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1、4.4 调制解调电路设计实例,4.4.1 基于U2790的1000MHz正交调制器电路,U2790是一个1000MHz的正交调制器，基带输入频率为050MHz，本机振荡器输入频率为1001000MHz，具有50的单端本机振荡器和RF端口。输出电平和寄生电平可以调整，连接Atmel公司的U2795B混频器，可以上变频到2GHz。U2790电源电压为5V，电流消耗30mA，具有低功耗模式（电流消耗1A），工作温度范围为40+85。U2790采用SO-16封装形式，适用GSM、ADC、JDC 和WLAN等数字无线通信系统应用。U2790内部包含放大器、混频器、加法器、移相器、占空比再生器（Duty
2、cycle regenerator）、倍频器（Frequency doubler）和控制环路器（Control loop）等电路。U2790的基带输入采用交流耦合形式，应用电路如图4.4.1所示。,图4.4.1 U2790的应用电路,4.4.2 基于STQ 2016的7002500MHz直接正交调制器电路,STQ2016是一个直接正交调制器芯片，芯片中集成了一对平衡混频器、移相器、功率放大器等电路，频率范围为7002500MHz，基频带宽为0500MHz，典型输出功率为12dBm，并具有大于50dB的IM3抑制。具有极好的载波和边带抑制。STQ2016具有宽带噪声低、功耗低、LO驱动要求低、相
3、位精确度高、幅度平衡好、无须外部IF滤波器等特性。在5V电压下正常工作，电流消耗82mA。STQ2016采用TSSOP-16封装，可广泛应用在各种通信系统中，例如，蜂窝电话/PCS/CDMA2000/UMTS收发器、900&2400 MHz ISM频带收发器、GMSK、QPSK、QAM、SSB调制器。STQ2016在17002500MHz的典型应用电路原理图、元器件布局与印制板图和芯片焊盘尺寸如图4.4.2所示，元件参数见表4.4.1。,图4.4.2 STQ2016在17002500MHz的应用电路原理图、元器件布局与印制板图和芯片焊盘尺寸,图4.4.3 直接正交调制器的参数测试电路,4.4.
4、3 基于LT5503的1.22.7GHz直接正交调制器电路,LT5503是一个发射机前端芯片，芯片中集成有可变增益放大器（VGA）、高频率正交调制器、平衡混频器。调制器包含一个精确的90移相器，可以将基带I和Q信号直接调制成RF信号，内部结构方框图如图4.4.4所示。LT5503的RF载波输入频率范围为1.22.7GHz，基带输入带宽为0120MHz，混频器第二本机振荡输入频率范围为01000MHz，混频器第一本机振荡输入频率范围为12400MHz，调制RF载波的输出功率有3dBm，VGA输出功率通过数字控制。LT5503采用1.85.25V的单电源供电，电流消耗38mA。LT5503采用TS
5、SOP-20封装，可用于IEEE 802.11DSSS和FHSS、高速无线局域网（WLAN）、无线本地回路（WLL）、PCS无线数据、MMDS等领域。,图4.4.4 LT5503内部结构方框图,LT5503在1.92.4GHz的应用电路如图4.4.5所示，其应用电路元器件参数见表4.4.2，应用电路测试连接图如图4.4.6所示。LT5503在1.92.4GHz的应用电路中，MODRFOUT和MIXRFOUT端口在2.45GHz下与50阻抗匹配，LO1端口在2.1GHz下与50阻抗匹配，LO2端口内部匹配。使用390电阻来降低调制输出的品质因数，使输出功率下降3dBm。如果希望得到更低的功率输出
6、，可以使用更低阻值的电阻。例如：如果使用200的阻抗，输出功率将低于3dBm。运算放大器转换单端I和Q信号为差分形式。运算放大器具有一定的电压增益，因此对于相同的RF输出功率，基带输入峰值电压应该除以2。运算放大器可接收差分平衡信号。通过连接板上的4个通孔（V1，V2，V3，V4），可以旁路运算放大器，直接与调制器的差分输入端连接。,图4.4.5 LT5503在1.92.4GHz的应用电路,图4.4.6 LT5503应用电路测试连接图,布线考虑：使用50阻抗传输线连接到匹配网络，必须使用接地板。匹配网络与引脚间的连线尽可能短。建议使用尺寸为0402（或者更小）的元件，以使寄生电感和电容最小。通
7、过在印制板的底层上设置LO2传输线，隔离LO2输入端与MODOUT引脚。IC通过封装的底层上的裸露焊盘连接到地。在这种方式下，可以得到完全RF抑制，这个裸露焊盘必须焊接到印制板上。,利用一个或更多个通孔直接连接到接地板上，以获得低阻抗的RF接地。VCC线必须使用低阻抗的、宽频带的电容去耦，以防止其不稳定性。必须使用独立的电源电压线，以隔离调制输入信号和调制输出信号。如果可以的话，要使用电源印制板面。如果可以的话，要避免使用长的印制线。长的印制线会导致信号辐射，降低隔离能力，增加损耗。,4.4.4 基于ATR0797的65300MHz的I/Q解调器电路,ATR0797是一种增益可控的I/Q解调器
8、芯片，内部结构如图4.4.7所示，它由可调增益放大器和混频器等电路组成，主要用于典型的超外差式结构的接收器中频部分（正交解调和直接解调中频电路）。ATR0797中频输入（I/Q基带混合）频率范围为65300MHz，在65300MHz频率范围内可以进行增益控制。ATR0797具有很低的I/Q振幅和相位误差，并且具有很高的输入1dB压缩（P1dB）。电源电压为5V，电流消耗为195mA。ATR0797采用TSSOP16封装，可广泛应用于数字通信系统、GSM/无线电收发机、ISM波段无线电收发机及3G无线通信系统中。,图4.4.7 ATR0797的内部结构,ATR0797有两个增益可控的放大器，这些
9、增益放大器电路是宽带差动放大器结构，分别由数字信号控制的引脚端GC1和GC2设置增益。中频输入是差分输入方式，它由一个内部的偏置电路设置共模电压。为了避免共模电压的改变，建议使用一个隔直电容进行交流耦合。如果其中一个输入端通过一个1000pF的电容进行交流短路到地，那么另一个输入端可以采用单端驱动。这种方式会导致输入P1dB稍有下降。两个匹配的混频器与正交本振发生器结合，提供同相和移相90的基带输出。本振和中频端口提供一个50的差分阻抗。在这些端口的无源元件（并联的L-R网络）和它的封装会增加电感系数，结果会使回波损耗增加。,ATR0797的结构特点可以消除本振功率的变化，本振功率在6dB的范
10、围内，增益特性发生改变少于0.6dB。ATR0797具有极佳的I/Q平衡，在65300MHz的范围内，I/Q失衡小于0.1dB和1；在40+85的温度范围内，I/Q失衡小于0.05dB和0.5。中频和本振的频率响应主要由输入的L-R电路网络决定。当无L-R网络时，在65300MHz的范围内，增益和P1dB响应在0.5dB内。ATR0797应用电路原理图和印制板图如图4.4.8所示，元器件参数见表4.4.3。,图4.4.8 ATR0797应用电路原理图和印制板图,4.4.5 基于SRF1016的65300MHz的解调器电路,SRF1016是多用途的射频解调器，具有正交解调或者直接中频输出的能力。
11、SRF1016 IF输入（I/Q混频到基带）频率范围65300MHz，I/Q输出频率范围0500MHz，具有可选择的增益控制（20dB），高输入1dB压缩，有良好的I/Q振幅和相位平衡及缓冲中频输出。电源电压5V，电流消耗180mA。SRF1016采用TSSOP16封装，通常应用于数字和扩频交换系统、蜂窝PCS/DCS/3G无线收发器、ISM频带收发器。SRF1016的内部结构如图4.4.9所示，芯片内部主要由两级增益可控制的放大器、两个混频器和移相器等电路组成。中频输入信号经过两级放大后送入混频器混频，产生I和Q信号输出。,图4.4.9 SRF1016的内部结构,图4.4.10 SRF101
12、6应用电路原理图、元器件布局与PCB板图,4.4.6 基于AD8347的800MHz2.7GHz宽带直接正交解调器电路,AD8347是一个具有RF和基带自动增益控制放大器的宽带直接正交解调器，输入的频率范围是800MHz2.7GHz，输出可以直接连接到A/D转换器，如AD9201、AD9283等。AD8347的RF输入信号通过两级可变增益放大器，达到Gilbert-cell混频器。在整个工作频率范围内，本振正交相位分相器实现高精确度正交和幅度的平衡。AD8347混频器的基带输出经过独立的I/Q通道可变增益放大器，其RF和基带放大器联合提供69.5dB的自动增益控制范围。AD8347精密的控制回
13、路提供线性的增益控制电压。AD8347基带电压检波器包含在自动增益控制回路中，用来保证输出电压的稳定。解调器的直流偏移通过一个内部回路使之最小化，此回路的时间常数由外接的电容值控制。直流偏移也可以通过设置外接电压使偏移归零。基带可变增益放大器输出通过片外的滤波器滤波。,AD8347集成了RF和AGC基带放大器，正交相位精确到1，I/Q振幅平衡为0.3dB，三阶截点为+11.5dBm，最大增益噪声系数是11dB。单端电源电压为2.75.5V，电流消耗80mA，具有低功耗模式，待机电流80400A。芯片采用TSSOP-28封装。AD8347可适用于许多通信接收器系统，完成直接正交解调。AD8347
14、广泛应用于蜂窝基台、无线电的连接、无线局部环路、中频宽带解调器、RF测试设备，以及卫星调制解调器。AD8347的内部结构如图4.4.11所示，芯片内部主要由RF的可变增益放大器、混频器、基带可变增益放大器、输出放大器、本机振荡器，分相器及偏置电路组成。,图4.4.11 AD8347的内部结构,RF的可变增益放大器（Variable Gain Amplifiers，VGA）RF的可变增益放大器的增益控制是由一高斯插入器来实现的，控制电压可根据在不同增益需求，设置差分对的电流。在第一级放大器，此组合输出电流来自共射-共基放大器。在第二级放大器的差分电流通过不同的共射-共基放大器分流馈送到Gilbe
15、rt-cel混频器。混频器（Gilbert-cell mixers）两个双平衡的Gilbert-cell混频器，每个位于一个通道，构成I和Q下变频器。每个混频器有四个交叉连接的晶体管对，这些交叉连接的晶体管对输出端连接负载，并且馈送信号到不同通道的基带可变增益放大器。混频器放大器的基极由LO的正交信号驱动。,基带可变增益放大器基带VGA的增益控制是由一高斯插入器来实现的，控制电压可根据在不同增益需求，设置差分对的电流。这些放大器的输出可以外接滤波器，自动补偿在I/O通道中直流偏移。共模输出电压通过基准电压1.0V设置。输出放大器输出放大器增益是由通过外接滤波器的信号达到能与大多数高速A/D转换
16、器相匹配而决定的。这些放大器采用有源负反馈设计，以获得高的增益带宽和低的失真。,本机振荡器及分相器输入的LO信号被加到分相器，给I通道和Q通道混频器提供LO信号。分相器与RC网络相连，以获得增益平衡和相位正交。分相器的宽工作频率范围由串联多个RC网络而获得，RC网络每个分支都通过一个缓冲器以减少损失和获得高的截止频率特性，从缓冲器的输出送入分相器以提高相位正交的精确。每个本振信号经过缓冲器后再驱动混频器。检波器输出电平检波器输出电平与每个输出通道的信号成比例，两个信号一起形成AGC的阈值电压（VAGC）。输入到这些均方值检波器的信号是以VREF为基准的。,偏置精确的基准电路产生基准电流，使用在电路不同的部分。基准电路由在引脚端ENBL的逻辑信号来控制，当设置ENBL为低电平时，整个芯片进入睡眠（模式）状态，只需400A的电源电流。1.0V的基准电压作为共模基准。AD8347的应用电路原理图、元器件布局图与印制板图如图4.4.12所示。,图4.4.12 AD8347的应用电路原理图、元器件布局图和印制板图,
