应用笔记 282

减少使用芯片的数量,宽带应用的理想选择:MAX2721直接频率变换上变频器


摘要 : 本文描述了MAX2721在宽带发射机中的应用。介绍了一个2.3GHz的WCDMA应用电路。在2.4GHz进行直接变频是困难的,因为I/Q信号幅度和相位匹配必须非常理想,MAX2721一般具有±0.2dB和±1度的匹配误差、31dB的载波抑制、35dB的边带抑制和32dB的增益控制范围。驱动放大器在1dB压缩点输出+12.5dBm。从性能数据摘要中可以看出2300MHz WCDMA应用的EVM为6.6%。

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概述

为了提供高质量的多媒体服务,无线通信领域正在经历对更高的数据速率和信道容量的需求。这些系统通常需要频谱扩展技术,比如符合IEEE® 802.11b的2.4GHz频段无线LAN应用中直接序列扩频(DSSS)系统的更高速率扩展。第三代系统,如3GPP和无线本地环路(WLL)也使用了WCDMA (宽带码分多址)调制方案,信道间距分别为5MHz和10MHz。

MAX2721直接上变频器正交调制器IC是专门为简化2.4GHz频段宽带发射机设计的。由于不需要使用IF振荡器和合成器,它比基于IF的发射机结构有更低的系统成本。在本应用笔记中,给出了用于2.3GHz WLL的完整的直接上变频WCDMA发射机的系统性能,展示了一个可代替基于IF的发射机的新的、简单的、优雅的方案。发射机的构造框图见图1

图1. MAX2721直接变频发射机框图
图1. MAX2721直接变频发射机框图

宽带发射机的要求和问题

MAX2721 I/Q输入端口具有20MHz的-1dB带宽和1kΩ的阻抗。试验得到的-1dB输入带宽在300Ω为44MHz,在50Ω时为250MHz。因此,MAX2721应用在任何需要宽基带带宽的新无线标准中都是足够的。

在2.4GHz频段直接变频调制给RF IC设计者提出了很多挑战,尤其是LO信号要求的I/Q幅度、相位平衡和正交精度。一般地,正交调制器都工作在低于300MHz的IF频率上。在更高的工作频率上幅度和相位匹配会变得更困难。边带抑制和载波抑制不充分可能是由在2.4GHz的不完全正交LO信号或者幅度失衡与DC偏移造成的。误差矢量幅度(EVM)能够很好地描绘矢量幅度和相位精确度。假设从DSP来的调制I/Q信号拥有最小的幅度/相位误差和DC偏移量,MAX2721一般有±0.2dB和±1.0度的增益与相位失衡,能够实现的载波抑制为31dB,边带抑制为35dB。

另一个主要问题是发射合成器上功率放大器(PA)的强信号对VCO注入的牵引。PA输出的以VCO调谐频率为中心频率的高功率调制波形通过传导或者辐射泄漏回VCO。为了在PA和VCO之间提供足够的隔离,设计者必须花费很大的精力在PCB图设计和屏蔽技术上面。MAX2721有一个片内LO倍频器以减小注入牵引效应。为了进一步提高传导隔离,MAX2472 VCO使用了缓冲器。典型的MAX2472反向隔离在2.4GHz为26dB。

MAX2721典型的可变功率控制范围是32dB。这对于IEEE 802.11b应用来说是足够的,而且在发射机电路中不再需要任何额外的可变增益放大器。在WLL应用中用一个PIN二极管衰减器和可变增益PA实现更大的功率控制范围,这样可以提高功率放大器的效率。在图1所示的PA电路中,PHEMT器件上可变的栅极电压和漏极电压能提供可变的增益同时减小低功率工作时的漏极电流。MAX2721还包括一个驱动放大器,其1dB压缩点为+12.5dBm。根据调制波形的峰值-平均值比,这个驱动放大器可以给出足够的线性功率,提供了与无线系统很多种功率放大器的连接接口。发射机性能摘要如表1所示。

表1. 性能摘要
Output Frequency 2300MHz
Modulation WCDMA
I/Q Chip Rate 4.096Mcps, α = 0.22 (HP-E4433B)
Input I/Q Level 200mVP-P
Maximum Power Output +21dBm
ACPR -38dBc (integrated over 4.9MHz BW, POUT = +21.8dBm)
EVM 6.6% (typ)
Carrier Suppression 30dBc
Power-Control Range 25dB (65dB with PIN attenuator and variable-gain PA)
LO Input Frequency 1150MHz (fO/2)
LO Input Level -13dBm
PLL Synthesizer Step Size 125kHz
PLL Tuning Speed 2ms to ±1kHz of final frequency
DC-Supply Voltage +3.6V and +5.0V for PA

ACPR和EVM的测量结果分别见图2图3。LO PLL合成频率为1150MHz。打开LO倍频器,并将VGA调谐电压设置为+2.5V。在4.9MHz带宽测得的ACPR小于-38dBc。在双工器天线端口得到的信道功率为+21.8dBm。EVM最小为5.9%,典型值为6.6% RMS,最大值为7.9% RMS。

图2. 发射机天线端口的频谱
图2. 发射机天线端口的频谱

图3. 发射机天线端口信号的星座图和EVM
图3. 发射机天线端口信号的星座图和EVM

结论

MAX2721是2.4GHz频段宽带发射机应用的理想选择。这款器件拥有无限的潜力,它有很宽的基带带宽,集成LO倍频器、可变增益放大器和一个高线性度驱动放大器,作为基本组成模块非常适合用在低成本发射机中。在2.3GHz的测试数据显示了它在WCDMA环境中卓越的EVM和ACPR表现。



参考资料
  1. Draft Supplement to Standard [for] Information Technology. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer Specifications: Higher Speed Physical Layer Extension in the 2.4GHz Band. IEEE Standard 802.11b/D7.0, July 1999.
  2. Razavi, Behzad, RF Microelectronics, Prentice Hall, Inc. 1998.
  3. MAX2720/MAX2721,1.7GHz至2.5GHz、直接变频I/Q调制器,带有VGA和PA驱动器,数据资料Rev 0,2000年1月。
  4. MAX2742/MAX2743,500MHz至2500MHz VCO缓冲放大器,数据资料Rev 0,1999年6月。