圖 3.

在基帶下變頻過程中，正交解調(diào)器會(huì)以直流信號(hào)形式產(chǎn)生一些能量。泄漏至 RF 輸入的任何 LO 信號(hào)會(huì)與同一 LO 信號(hào)混頻，從而生成直流分量。而避免同一通道直流偏置的一種方式就是將 RF 載波解調(diào)至通道帶寬一半的倍數(shù)。直流分量幅度不應(yīng)影響接收機(jī)接收弱信號(hào)的能力。

作為直接變頻接收機(jī)的一部分，ADI公司生產(chǎn)的ADL5380 和ADL5382 I/Q解調(diào)器能夠以最佳LO泄露和鏡像抑制性能來實(shí)現(xiàn)寬帶操作。理想情況下，解調(diào)器可通過兩個(gè)混頻器實(shí)現(xiàn)單邊帶混頻操作。經(jīng)過放大的本振(LO)信號(hào)直接送入第一個(gè)混頻器，同時(shí)相同信號(hào)經(jīng)過 90 度偏移后送入第二個(gè)混頻器。為了充分滿足性能規(guī)格要求，I/Q 解調(diào)器采用經(jīng)過優(yōu)化的 LO緩沖器和移相器電路。通過采用新穎的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該解調(diào)器可以在寬頻范圍內(nèi)保持精確的 90 度相移，同時(shí)將電路噪聲控制在 LO PLL 的相位噪聲以下。該設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化，可以最大程度地減少 AM/PM 失真，因而能夠增強(qiáng)二階失真性能并且對(duì)LO 驅(qū)動(dòng)電平不敏感。

經(jīng)測(cè)量，ADL5380 的LO至RF泄露在頻率高達(dá) 3 GHz范圍內(nèi)要優(yōu)于-50 dBm，而ADL5382 I/Q解調(diào)器則可實(shí)現(xiàn)更低的泄露性能，在頻率高達(dá) 2.3 GHz范圍內(nèi)超過-60 dBm。增益不平衡優(yōu)于+/-0.1 dB，相位不平衡則優(yōu)于+/-0.5 度（圖 4），因而鏡像抑制優(yōu)于 50 dB。由于具有這種高邊帶抑制性能，因此零中頻方案中的數(shù)字校準(zhǔn)要求得以降低。

圖 4.

ADL5380 I/Q 解調(diào)器的工作頻率范圍為 0.4 至 4.0 GHz，基帶帶寬為 500MHz。在頻率高達(dá) 3 GHz 范圍內(nèi)，該器件具有低噪聲系數(shù)(13 dB)，RF 輸入功率水平為-10 dBm。出現(xiàn)阻塞時(shí)，對(duì)于高達(dá) 0 dBm RMS 的輸入功率，噪聲系數(shù)依然維持在 17 dB以下。假設(shè)前端增益為 25 dB，這意味著天線處具有-25 dBm的良好抗阻塞能力。

該解調(diào)器能夠以至少+11 dBm的輸入功率達(dá)到1-dB壓縮性能，并且輸入三階交調(diào)截點(diǎn)優(yōu)于+25 dBm。20MHz 帶寬時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍（或壓縮點(diǎn)和噪底之間的增量）接近 100 dB，因而此電路適用于寬帶 3G/4G 多載波系統(tǒng)。該 I/Q 解調(diào)器與 ADC 的接口設(shè)計(jì)和布局對(duì)于確保良好 I/Q 信號(hào)平衡至關(guān)重要?？够殳B濾波器組件容差以及在差分走線長度范圍內(nèi)進(jìn)行嚴(yán)格控制則是確保設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。

在 ADC 數(shù)字轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字域中，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)直流偏置消除和鏡像校正。此直流變頻接收機(jī)示例采用 16 位流水線ADC AD9269。它可實(shí)現(xiàn)集成直流偏置和正交糾錯(cuò)方案。該算法可以估算出 I/Q 信號(hào)直流偏置、增益和相位不匹配，然后利用與頻率無關(guān)的自適應(yīng)校正環(huán)路，應(yīng)用校正矢量來清除增益不平衡。它可以校正高達(dá)+/-1 dB 的幅度誤差和+/-1.8 度的相位不匹配，因而足以校正 I/Q 解調(diào)器殘留不平衡，以及來自基帶濾波器或 ADC 輸入級(jí)等的其他不平衡。由于該 I/Q 解調(diào)器的信號(hào)損害程度已經(jīng)相當(dāng)?shù)停虼嗽鰪?qiáng)了算法融合。

為了完善校準(zhǔn)方案，AD9269 還集成具有自適應(yīng)性截止頻率的直流零點(diǎn)陷波濾波器，可幫助消除無用的直流偏置分量。

為了演示直流變頻解決方案的可行性，圖 1的接收機(jī)采用ADI公司器件構(gòu)建和表征。該接收機(jī)設(shè)計(jì)采用兩個(gè)ADL5521 LNA、ADL5380 I/Q解調(diào)器、一個(gè)基帶DGAC和雙通道ADC AD9269。經(jīng)過調(diào)制的輸入RF信號(hào)由直流變頻發(fā)射機(jī)產(chǎn)生，該發(fā)射機(jī)由雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) AD9122 和寬帶正交調(diào)制器ADL5375構(gòu)建而成。由于接收機(jī)總增益為 28 dB且AD9269 SNR為 76 dBFS，因此無需AGC便可維持高接收機(jī)靈敏度，同時(shí)可以處理高達(dá)-25 dBm的帶內(nèi)阻塞。分立式四階低通LC離散濾波器采用 30MHz截止頻率，能夠正確衰減帶外噪聲，并支持高達(dá) 40 MHz的復(fù)合解調(diào)帶寬（見下表）。