4.4 调制解调电路设计实例

⑤ 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。 ⑥ 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。
图4.4.7 ATR0797的内部结构
Leabharlann Baidu
ATR0797有两个增益可控的放大器，这些增益放大器 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50Ω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。
图4.4.9 SRF1016的内部结构
图4.4.10 SRF1016应用电路原理图、元器件布局与PCB板图
4.4.6 基于AD8347的800MHz～ 2.7GHz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800MHz～ 2.7GHz，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。
③ 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。 ④ 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。
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2.7～5.5V， 电流消耗80mA，具有低功耗模式，待机电流80～ 400µA。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。
⑥ 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。 ⑦ 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。 ⑧ 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。 ⑨ 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65～300MHz的I/Q 解调器电路
ATR0797是一种增益可控的I/Q解调器芯片，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65～300MHz，在 65～300MHz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4.4.1 U2790的应用电路
4.4.2 基于STQ 2016的700～2500MHz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700～2500MHz，基频带宽为0～500MHz，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、相位精确度高、幅度平衡好、无须外部 LO 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1700～2500MHz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4.4.5 LT5503在1.9～2.4GHz的应用电路
图4.4.6 LT5503应用电路测试连接图
布线考虑： ① 使用50Ω阻抗传输线连接到匹配网络，必须使用接 地板。 ② 匹配网络与引脚间的连线尽可能短。 ③ 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。 ④ 通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。 ⑤ 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。 。
图4.4.4 LT5503内部结构方框图
LT5503在1.9～2.4GHz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1.9～2.4GHz的应用电路中，MODRFOUT和 MIXRFOUT端口在2.45GHz下与50Ω阻抗匹配，LO1端口在 2.1GHz下与50Ω阻抗匹配，LO2端口内部匹配。使用390Ω 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，可以使用更低阻值的电阻。 例如：如果使用200Ω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4.4.2 STQ2016在1700～2500MHz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
4.4.3 基于LT5503的1.2～2.7GHz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1.2～2.7GHz，基带 输入带宽为0～120MHz，混频器第二本机振荡输入频 率范围为0～1000MHz，混频器第一本机振荡输入频率 范围为1～2400MHz，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 1.8～5.25V的单电源供电，电流消耗38mA。 LT5503采用TSSOP-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。
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65～300MHz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65～300MHz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65～300MHz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。SRF1016 IF输入（I/Q混频到基 带）频率范围65～300MHz，I/Q输出频率范围0～ 500MHz，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4.4.11 AD8347的内部结构
① 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Gilbert-cel混频器。 ② 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。
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 0～50MHz，本机振荡器输入频率为100～1000MHz，具 有50Ω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1µA），工作温度范围为 1µA −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 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。