作者：James Wong, Kasey Chatzopoulos, and Murtaza Thahirally

ADI公司分別推出了一對高度集成的微波上變頻器和下變頻器芯片ADMV1013和ADMV1014。這些 IC 可在非常寬的頻率范圍內(nèi)工作，在 50 GHz 至 24 GHz 范圍內(nèi)具有 44 Ω匹配，可支持超過 1 GHz 的瞬時帶寬。ADMV1013和ADMV1014的性能屬性簡化了小型5G毫米波（mmW）平臺的設(shè)計和實現(xiàn)，這些平臺覆蓋回傳和前傳中流行的28 GHz和39 GHz頻段，以及許多其他超寬帶寬發(fā)射器和接收器應(yīng)用。

每個上變頻器和下變頻器芯片都是高度集成的（見圖1），由同相（I）和正交相位（Q）混頻器組成，片內(nèi)正交移相器可配置為與基帶（可在直流至6 GHz范圍內(nèi)工作）或工作頻率為800 MHz至6 GHz的中頻（IF）之間的直接轉(zhuǎn)換。上變頻器RF輸出具有帶電壓可變衰減器（VVA）的片內(nèi)發(fā)射驅(qū)動放大器，而下變頻器的RF輸入包含低噪聲放大器（LNA）和帶VVA的增益級。兩個芯片的本振（LO）鏈由一個集成LO緩沖器、一個頻率四倍器和一個可編程帶通濾波器組成。大多數(shù)可編程性和校準功能通過SPI接口進行控制，使IC易于通過軟件配置為無與倫比的性能水平。

圖1.（a） ADMV1013上變頻器芯片框圖。（b） ADMV1014下變頻器芯片框圖。

ADMV1013上變頻器內(nèi)部介紹

ADMV1013提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式。一種模式是從基帶I和Q到RF的直接上變頻。在這種I/Q模式下，基帶I和Q差分輸入可以接受直流至6 GHz的信號，例如，由一對高速發(fā)射數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）產(chǎn)生的信號。這些輸入具有0 V至2.6 V的可配置共模范圍;因此，它們可以滿足大多數(shù)DAC的接口要求。因此，當(dāng)選擇具有特定共模電壓的DAC時，可以輕松設(shè)置上變頻器的寄存器，以匹配該V的最佳偏置厘米電壓，簡化接口設(shè)計。另一種模式是從復(fù)雜的IF輸入（例如正交數(shù)字上變頻器器件產(chǎn)生的信號）將單邊帶上變頻至RF。ADMV1013的獨特之處在于，它能夠在I/Q模式下對I和Q混頻器的直流失調(diào)誤差進行數(shù)字校正，從而改善RF輸出的LO泄漏。校準后可實現(xiàn)的LO泄漏在RF輸出端可低至–45 dBm，最大增益。困擾直接變頻無線電設(shè)計的一個更困難的挑戰(zhàn)是I和Q相位不平衡，這會導(dǎo)致邊帶抑制不良。直接變頻的另一個挑戰(zhàn)是邊帶通常離微波載波太近，這使得濾波器不切實際。ADMV1013允許用戶通過寄存器調(diào)諧對I和Q相位不平衡進行數(shù)字校正，從而解決了這一問題。正常工作時，上變頻器表現(xiàn)出26 dBc的未校準邊帶抑制。使用片內(nèi)寄存器，校準后其邊帶抑制可改善至約36 dBc。兩種校正功能均可通過SPI訪問，無需額外電路。在I/Q模式下，通過進一步調(diào)整基帶I和Q DAC的相位平衡，可以實現(xiàn)額外的抑制。這些性能增強功能最大限度地減少了外部濾波，同時提高了微波頻率下的無線電性能。

集成LO緩沖器后，該器件僅需0 dBm驅(qū)動。因此，該器件可以方便地直接從集成壓控振蕩器（VCO）的頻率合成器驅(qū)動，如ADF4372或ADF5610，從而進一步減少外部元件。片內(nèi)頻率四倍器將LO頻率乘以所需的載波頻率，并通過可編程帶通濾波器，以減少不需要的乘法器諧波，然后再饋入混頻器的正交相位發(fā)生器級。這種布置大大減少了混頻器的雜散注入，同時允許該器件與外部低成本、低頻頻率合成器/VCO配合使用。然后，調(diào)制后的RF輸出通過一對放大器級放大，中間有一個VVA。增益控制提供35 dB的用戶調(diào)整范圍，最大級聯(lián)轉(zhuǎn)換增益為23 dB。ADMV1013采用40引腳焊盤柵格陣列封裝（見圖2）。這些特性相結(jié)合，可提供卓越的性能、最大的靈活性和易用性，同時需要最少的外部元件。因此，可以實現(xiàn)小型微波平臺，例如小型蜂窩基站。

圖2.ADMV1013采用6 mm×6 mm表面貼裝封裝，如評估板所示。

ADMV1014下變頻器內(nèi)部簡介

ADMV1014的LO路徑中還具有一些類似的元件，如LO緩沖器、四倍頻器、可編程帶通濾波器和正交移相器。但是，ADMV1采用下變頻器件（見圖1014b框圖），其RF前端具有LNA，后跟VVA和放大器。連續(xù)的19 dB增益調(diào)節(jié)范圍由施加到VCTRL引腳的直流電壓控制。用戶可以選擇在I/Q模式下將ADMV1014用作從微波到基帶直流的直接變頻解調(diào)器。在這種模式下，解調(diào)的I和Q信號在各自的I和Q差分輸出上放大。它們的增益和直流共模電壓可通過SPI通過寄存器設(shè)置，從而允許差分信號直流耦合，例如，耦合到一對基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。或者，ADMV1014可用作單端I和Q IF端口的鏡像抑制下變頻器。在任一模式下，I和Q相位以及幅度不平衡都可以通過SPI進行校正，從而改善下變頻器解調(diào)至基帶或IF時的鏡像抑制性能。總體而言，下變頻器在5 GHz至5 GHz的頻率范圍內(nèi)提供17.24 dB的總級聯(lián)噪聲系數(shù)，最大轉(zhuǎn)換增益為42 dB。當(dāng)工作頻率接近頻帶邊緣（高達44 GHz）時，級聯(lián)NF仍然是一個可觀的6 dB。

圖3.ADMV1014采用略小的5 mm×5 mm封裝，安裝在評估板上。

提升 5G 毫米波無線電性能

圖4顯示了在28 GHz頻率下測得的性能，在5個獨立的4 MHz通道上使用100G NR波形，每個通道的輸入功率為256 QAM，每通道輸入功率為–20 dBm。由此產(chǎn)生的 EVM 測量值為 –40 dB （1% rms），能夠解調(diào)毫米波 5G 所需的高階調(diào)制方案。憑借上變頻器和下變頻器的> GHz帶寬能力，以及上變頻器的1 dBm OIP23和下變頻器的3 dBm IIP0，該組合有望支持高階QAM調(diào)制，從而實現(xiàn)高數(shù)據(jù)吞吐量。此外，這些器件還有利于其他應(yīng)用，如衛(wèi)星和地面站寬帶通信鏈路、安全通信無線電、射頻測試設(shè)備和雷達系統(tǒng)。其卓越的線性度和鏡像抑制性能令人信服，當(dāng)與緊湊的解決方案尺寸、小尺寸、高性能微波鏈路相結(jié)合時，可以實現(xiàn)寬帶基站。

圖4.以均方根百分比與輸入功率和相應(yīng)的 256 QAM 星座圖（以均方根百分比表示）測量的 EVM 性能，以及 28 GHz 時的相應(yīng) <> QAM 星座圖。

審核編輯：郭婷