MAX2721直接頻率變換上變頻器

MAX2721直接頻率變換上變頻器

摘要：本文描述了MAX2721在寬帶發射機中的應用。介紹了一個2.3GHz的WCDMA應用電路。在2.4GHz進行直接變頻是困難的，因為I/Q信號幅度和相位匹配必須非常理想，MAX2721一般具有±0.2dB和±1度的匹配誤差、31dB的載波抑制、35dB的邊帶抑制和32dB的增益控制范圍。驅動放大器在1dB壓縮點輸出+12.5dBm。從性能數據摘要中可以看出2300MHz WCDMA應用的EVM為6.6%。

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概述

為了提供高質量的多媒體服務，無線通信領域正在經歷對更高的數據速率和信道容量的需求。這些系統通常需要頻譜擴展技術，比如符合IEEE® 802.11b的2.4GHz頻段無線LAN應用中直接序列擴頻(DSSS)系統的更高速率擴展。第三代系統，如3GPP和無線本地環路(WLL)也使用了WCDMA (寬帶碼分多址)調制方案，信道間距分別為5MHz和10MHz。

MAX2721直接上變頻器正交調制器IC是專門為簡化2.4GHz頻段寬帶發射機設計的。由于不需要使用IF振蕩器和合成器，它比基于IF的發射機結構有更低的系統成本。在本應用筆記中，給出了用于2.3GHz WLL的完整的直接上變頻WCDMA發射機的系統性能，展示了一個可代替基于IF的發射機的新的、簡單的、優雅的方案。發射機的構造框圖見圖1。

圖1. MAX2721直接變頻發射機框圖

寬帶發射機的要求和問題

MAX2721 I/Q輸入端口具有20MHz的-1dB帶寬和1kΩ的阻抗。試驗得到的-1dB輸入帶寬在300Ω為44MHz，在50Ω時為250MHz。因此，MAX2721應用在任何需要寬基帶帶寬的新無線標準中都是足夠的。

在2.4GHz頻段直接變頻調制給RF IC設計者提出了很多挑戰，尤其是LO信號要求的I/Q幅度、相位平衡和正交精度。一般地，正交調制器都工作在低于300MHz的IF頻率上。在更高的工作頻率上幅度和相位匹配會變得更困難。邊帶抑制和載波抑制不充分可能是由在2.4GHz的不完全正交LO信號或者幅度失衡與DC偏移造成的。誤差矢量幅度(EVM)能夠很好地描繪矢量幅度和相位精確度。假設從DSP來的調制I/Q信號擁有最小的幅度/相位誤差和DC偏移量，MAX2720一般有±0.2dB和±1.0度的增益與相位失衡，能夠實現的載波抑制為31dB，邊帶抑制為35dB。

另一個主要問題是發射合成器上功率放大器(PA)的強信號對VCO注入的牽引。PA輸出的以VCO調諧頻率為中心頻率的高功率調制波形通過傳導或者輻射泄漏回VCO。為了在PA和VCO之間提供足夠的隔離，設計者必須花費很大的精力在PCB圖設計和屏蔽技術上面。MAX2721有一個片內LO倍頻器以減小注入牽引效應。為了進一步提高傳導隔離，MAX2472 VCO使用了緩沖器。典型的MAX2472反向隔離在2.4GHz為26dB。

MAX2721典型的可變功率控制范圍是32dB。這對于IEEE 802.11b應用來說是足夠的，而且在發射機電路中不再需要任何額外的可變增益放大器。在WLL應用中用一個PIN二極管衰減器和可變增益PA實現更大的功率控制范圍，這樣可以提高功率放大器的效率。在圖1所示的PA電路中，PHEMT器件上可變的柵極電壓和漏極電壓能提供可變的增益同時減小低功率工作時的漏極電流。MAX2721還包括一個驅動放大器，其1dB壓縮點為+12.5dBm。根據調制波形的峰值-平均值比，這個驅動放大器可以給出足夠的線性功率，提供了與無線系統很多種功率放大器的連接接口。發射機性能摘要如表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	200mV_P-P
Maximum Power Output	+21dBm
ACPR	-38dBc (integrated over 4.9MHz BW, P_OUT = +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 (f_O/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的測量結果分別見圖2和圖3。LO PLL合成頻率為1150MHz。打開LO倍頻器，并將VGA調諧電壓設置為+2.5V。在4.9MHz帶寬測得的ACPR小于-38dBc。在雙工器天線端口得到的信道功率為+21.8dBm。EVM最小為5.9%，典型值為6.6% RMS，最大值為7.9% RMS。

圖2. 發射機天線端口的頻譜

圖3. 發射機天線端口信號的星座圖和EVM

結論

MAX2721是2.4GHz頻段寬帶發射機應用的理想選擇。這款器件擁有無限的潛力，它有很寬的基帶帶寬，集成LO倍頻器、可變增益放大器和一個高線性度驅動放大器，作為基本組成模塊非常適合用在低成本發射機中。在2.3GHz的測試數據顯示了它在WCDMA環境中卓越的EVM和ACPR表現。

參考資料

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.
Razavi, Behzad, RF Microelectronics, Prentice Hall, Inc. 1998.
MAX2720/MAX2721，1.7GH至2.5GHz、直接變頻I/Q調制器，帶有VGA和PA驅動器，數據資料Rev 0，2000年1月。
MAX2742/MAX2743，500MHz至2500MHz VCO緩沖放大器，數據資料Rev 0，1999年6月。

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