调制解调器电路设计

第4章 调制解调器电路设计
2．MAX2450的引脚功能与内部结构
MAX2450采用QSOP－20的封装形式。其引脚封装形式 和内部结构框图分别如图4.2.1和图4.2.2所示，引脚功能如表 4.2.1所示。
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图4.2.1 MAX2450的引脚封装形式
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TANK
LO_GND Q _ OUT Q_OUT I _ OUT I_OUT VCC IF_IN
GND
I _ IN
I _ IN
Q _ IN
Q _ IN
ENABLE PRE_OUT LO_VCC
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MAX2450芯片内部包含有解调器、本地振荡器、正交
1 解调器包括一个单端－差分的转换器、两个吉尔伯特 （Gilbertcell）乘法器和两个固定增益的放大级。中频信号 是以交流耦合的方式输入到IF -IN，芯片内部IF -IN通过 一个400Ω的电阻连接到地，且IF放大器提供一个14dB的增 益。为了解调，被放大的中频信号被馈送到了I和Q混频器 中，乘法器将中频信号和正交本地振荡信号相乘，产生基带 I和Q信号，其转换增益为15dB。该信号被基带放大器进一 步放大到21dB。基带I和Q放大器通道采用直流耦合形式。
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图4.1.3 AD630构成的增益为1的平衡型调制器电路
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3．AD630的应用电路设计
AD630常用来组成双平衡调制器电路，如图4.1.3和图 4.1.4所示，引脚14内部的电阻10kΩ为反馈电阻，引脚12的 内部电容为补偿电容，引脚3、4和引脚5、6外接的电位器用 于调节零点漂移。AD630构成的增益为2的平衡型调制器电 路的采样波形如图4.1.5所示。
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图4.2.3 MAX2450的基本应用电路图
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图4.2.4 振荡器的谐振电路图
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振荡器频率由下式决定：
1 fO 2 LEQCEQ
其中：
并且
式中：CSTRAY为寄生电容值；LSTRAY为寄生电感值。
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引脚端5（BGOUT）：能隙基准电压输出端。当电源电
压和工作温度变化时，这个电压输出能够保持恒定，也可以 作为基准电压用于其他外部电路。该引脚端的输出电流不能 够超过1mA。该引脚端应采用一个0.1μF 引脚端6（IIFOUT）：该引脚端在解调器里不使用，但 是为了恰当地偏置I混频器，必须被连接到VCC 引脚端7（QIFOUT）：该引脚端在解调器里不使用， 但是为了恰当地偏置Q混频器，必须被连接到VCC。
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AD630的开环增益为110dB，闭环增益匹配为0.1%；信
道输入电压范围为（-VS+4V）～（+VS-1V），输入偏置电 压为100～500μV，信道失真为100dB(在10kHz时)；比较器 输入电压范围为（-VS+3V）～（+VS-1.5V），响应时间（5～+5mV）为200ns；增益带宽为2MHz，上升速度为45V/μs； 电源电压范围为5～16.5V，电源电流为5mA；输出电压 （RL=2kΩ）为10V，输出电流为25mA。
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3
正交相位发生器使用两个锁存的2分频器对本地振荡频 率进行分频，同时产生两个精确的正交信号，内部的限幅放 大器形成近似于方波的信号去驱动吉尔伯特混频器。同相信 号（本地振荡频率的一半）被前置分频器4 4 PRE_OUT是前置分频器的输出端，可驱动一个10kΩ和 6pF的负载，输出信号的幅度为0.35V（峰峰值）。它能够
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每一个引脚的这个输入阻抗都是通过由1260Ω的电阻器 连接到VCC与晶体管基极并联所决定的。引脚端1和3以及引 脚端2和4，4个输入引脚端都有一个内置的直流偏置。因此， 这些输入端（引脚端1到引脚端4）都应该被隔直流。隔直电 容器的电容值由IF频率所决定。当采用单端驱动时，两组输 入端（引脚端1和3以及引脚端2和4）串联的隔直电容器相对 一个630Ω 引脚端2（IINPUTB）：引脚端1互补输入端。功能与引 脚端1相同。 引脚端3（QINPUTA）：Q缓冲放大器输入端。功能与 引脚端1相同。 引脚端4（QINPUTB）：引脚端3互补输入端。功能与 引脚端3相同。
6
在正常工作中，使能控制端电压必须高于VCC-0.4V，使能控 制端的输入信号为低电平状态，可以关闭主偏置电路，并且减少
电路的电流消耗到2μA。主偏置部分包含了一个能隙基准电压发
生器和一个PTAT（与绝对温度成比例）电流发生器。
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3．MAX2450的应用电路设计
MAX2450的基本应用电路形式如图4.2.3所示。振荡器 的谐振电路如图4.2.4所示，其中包含一个电感、两个电容和 一个双变容二极管。振荡器的频率范围是130～160MHz。 电感直接连接在振荡器的TANK端，在启动期间确保振荡器 不被锁住，可进入稳定状态。两个33pF的电容增加谐振回 路的Q值，减少VCO的增益。
MAX2450的引脚功能
引脚 11 12 13 14 15 16 17 18 20 符号 TANK 功能 本地振荡器谐振输入 本地振荡器谐振反相输入 本地振荡器接地端 解调器Q基带信号反相输出 解调器Q基带信号输出 解调器I 基带信号反相输出 解调器I 基带信号输出 调制器和解调器电源电压 解调器中频信号输入
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图4.1.4 AD630构成的增益为2的平衡型调制器电路
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图4.1.5 AD630构成的增益为2的平衡型调制器电路的采样波形
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4.2
MAX2450正交调制解调器电路
1．MAX2450的主要技术特性 MAX2450的工作电压为+3V，电流消耗为5.9mA。解调器能够接收 35～80MHz频率范围内的中频信号，具有51dB电压转换增益，并且能够 将IF信号解调为I/Q基带信号。中频输入端输入电阻为400Ω，能够与外 接的中频滤波器相匹配。基带输出信号采用完全差分形式，信号幅度为
改变电感或电容值，或者两者都改变，都可以改变振荡
频率。为获得更好的相位噪音性能，应保持谐振回路的Q值
式中：REQ=10kΩ。 振荡频率也可以通过改变控制电压VCTRL来改变。
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4.3 RF2713100kHz～250MHz正交调制解调器电路
1．RF2713的引脚功能与内部结构 RF2713采用SOIC－14的封装形式。其引脚封装形式和 内部结构框图如图4.3.1
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2．AD630的引脚功能与内部结构
AD630采用的封装形式有SOIC－20、PDIP－20、CLCC －20和CERDIP－20，其引脚封装形式和内部结构框图分别 如图4.1.1和图4.1.2所示，引脚功能如表4.1.1所示。
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图4.1.1 AD630 （a）SOIC－20、PDIP－20、CERDIP－20封装;（b）CLCC－20封装
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（3）AD630拥有100dB的动态范围，胜过其它任何集
成平衡调制器/解调器，甚至可与昂贵的信号处理器件相媲 （4）AD630的OP放大器结构使它容易实现高增益和复 杂的转换反馈功能。应用电阻可使AD630完成大多数一般应 （5）AD630可以高精度地配置乘法器+1、+2、+3、+4 （6）AD630有引脚跳频补偿（无需外接电容），可使 其稳定工作在统一增益，而不牺牲高增益时的动态范围。
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4.1 AD630调制解调器电路
1．AD630的主要技术特性
AD630 （1）AD630的结构使它能够理想地对信号进行处理，
如平衡调制器和解调器、锁定放大、相位检测和正交相乘。
（2）在需要确定固定增益、转换增益、多路技术、集 成转换功能和高速精确放大的应用时,AD630所具有的特性 使它成为最好的选择之一。
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2
本地振荡器是由一个发射极耦合的差分对组成的。一个 外接LC谐振回路决定其振荡频率。谐振回路的Q值影响振荡 器的相位噪声。为了便于产生正交信号，振荡频率应该是中 频频率的两倍。振荡器可以被一个外接的信号源驱动。这个 信号源需要交流耦合到TANK/TANK，并且必须提供 200mV(峰峰值)的电平。TANK和TANK之间需要一个2.2μH 的扼流圈电感。TANK/TANK的差分输入电阻为10kΩ。对 于单端驱动，从TANK到GND连接一个交流旁路电容 （1000pF），并且交流耦合TANK到信号源上。
图4.2.2 MAX2450的内部结构框图
第4章 调制解调器电路设计 表4.2.1
引脚 1 2 3,19 4 5 6 7 8 9 10 符号 IF_OUT IF _ OUT 功能 调制器中频信号输出 调制器中频信号反向输出 接地端 I基带信号输入 反相I 基带信号输入 Q基带信号输入 反相Q 基带信号输入 使能控制端，高电平有效 本地振荡器 8分频输出 本地振荡器电源电压
由于RF2713可作为解调器，也可作为调制器，因此其
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图4.3.1
RF2713的引脚封装形式和内部结构框图
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（1
引脚端1（IINPUTA）：当RF2713被配置作为一个正交 解调器时，两个混频器被IF驱动。无论是单端还是差分驱动， A输入(引脚端1和3)应该被互相连接。同样，两个B输入(引 脚端2和4)也应该被互相连接。这样就保证了IF将以同样的 高度和相位到达每一个混频器，产生最佳的I／Q输出高度 和正交平衡。注意，并联输入的连接改变了输入阻抗（参见 Gilbertcell混频器等效电路）。输入阻抗变为630Ω，但在平 衡的结构中，输入阻抗会依然保持为1260Ω单端。对于稳定 的输入，混频器采用Gilbert蜂窝设计。
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5
调制器可接收幅度为1.35V(峰峰值)、频率为15MHz的差分I和 Q基带信号，并且转换它们为更高频率的IF信号。这些输入端被
内部偏置在1.5V附近，采用外部电容耦合信号进入高阻抗端（差
动输入阻抗接近44kΩ），以改善载波抑制。对于单端驱动，从 I_IN和Q_IN到GND连接一个交流旁路电容（0.1μF
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图4.1.2 AD630的内部结构框图
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表4.1.1 AD630的引脚功能
引脚 1 2， 20 3, 4 5, 6 7 8 9， 10 11 12 13 14 15 16 17 18，19 符号 RINA CH A+ ，CH ADIFF OFF ADJ,DIFF OFF ADJ CM OFF ADJ,CM OFF ADJ B/ A -Vs SEL B ，SEL A +Vs COMP VOUT RB RF RA RINB CH B+ ，CH B功能 放大器 A 的同相反馈端，与 RA 一起控制信道 A 的增益。 信道 A 的差分输入端 DIFF OFF 调节端 CM OFF 调节端 信道状态选择输出端。输出高电平表示选中信道 B；输出低 电平表示选中信道 A 电源电压负端 信道 A，B 选择控制端。SEL B 为高电平选中信道 B ；SEL A 为高电平选中信道 A 电源电压正端 比较器输出端 输出端。 OP 放大器的输出 信道 B 的增益控制端。与 RINB 一起控制信道 B 的增益 输出增益控制端。通过一个 10KΩ 的电阻与输出端相连 信道 A 的增益控制端。与 RINA 一起控制信道 A 的增益 放大器 B 的同相反馈端，与 RB 一起控制信道 B 的增益 信道 B 的差分输入端
1.35V(峰峰值）。调制器接收振幅达到1.35V(峰峰值)的差分I和Q基带信
号，带宽为15MHz。调制器同时产生一个频率范围为35～80MHz的差分 IF信号。当ENABLE（使能）引脚端为低电平时，芯片电流消耗小于
1μA
为了尽量减少寄生反馈，MAX2450的内部振荡器的频率通过外接 调谐元件被设置为中频频率的两倍。振荡器和相位移相器产生差分的信 号具有较低的振幅和相位不平衡。