【導讀】在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，市場(chǎng)對更高帶寬的需求是永無(wú)止境的?，F在，范圍約在20GHz至110GHz之間的毫米波頻率變得越來(lái)越受歡迎，因為在毫米波頻率下可以獲得更高的帶寬。隨著(zhù)半導體技術(shù)不斷發(fā)展，可供使用的毫米波頻率器件也變得越來(lái)越多，但是，毫米波器件的測試測量?jì)x器儀表可能非常復雜。如何使儀器儀表解決方案滿(mǎn)足毫米波設備的測試量需求，是通信測試行業(yè)面臨的挑戰。
在這類(lèi)設備的設計中，高性能信號鏈非常關(guān)鍵，例如高速轉換器需要具有實(shí)現最新技術(shù)的寬帶寬發(fā)射和接收通道所需的性能，高性能 PLL、正交調制器和解調器、寬帶混頻器、寬帶開(kāi)關(guān)和衰減器，以及完整的收發(fā)器、數據轉換器和 RF 組件系列等也扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色。作為高性能模擬技術(shù)提供商，ADI公司可提供各種滿(mǎn)足通信測試設備需求的解決方案，本文從該公司相幾款核心器件入手分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈。
▼測量性能指標EVM的重要性
誤差矢量幅度 (EVM) 是數字調制準確度的一種標量測量，對于任何數字調制信號源來(lái)說(shuō)都是一項重要的品質(zhì)因數。在發(fā)送器調制器中實(shí)現低EVM是很重要，因為一個(gè)信號的EVM在通過(guò)發(fā)送/接收鏈路的每個(gè)組件時(shí)都將發(fā)生劣化。發(fā)送器上變頻轉換器、濾波器、功率放大器、接收器、甚至包括通信通道均會(huì )損害信號質(zhì)量。
下圖顯示了無(wú)線(xiàn)電器件的EVM浴盆曲線(xiàn)，此曲線(xiàn)顯示了器件在操作功率下的可用動(dòng)態(tài)范圍。由于儀器儀表解決方案的EVM目標通常比大部份標準限值低一個(gè)數量級，所以如果將該限值應用于同一器件，就會(huì )發(fā)現該器件的可用范圍縮小了。如何構建出EVM性能高出標準，是一個(gè)不小的挑戰。
▼如何構建數量級差距的優(yōu)質(zhì)毫米波測試設備
在大多數情況下，通過(guò)元件選型和優(yōu)化，可以大大改善EVM，但這可能還不夠，通過(guò)重新配置系統，可以用噪聲性能換取線(xiàn)性度性能，使曲線(xiàn)向右移動(dòng)，當然也可以做相反的事情，重新配置系統以獲得更好的噪聲性能，曲線(xiàn)將向左移動(dòng)，經(jīng)過(guò)重新配置，可以創(chuàng )建一條新的浴盆曲線(xiàn)，如下圖所示，它比原始設計好一個(gè)數量級。在這種設置下，設計人員可以使用一個(gè)高速數模轉換器、一個(gè)毫米波上變頻器、一個(gè)超低相位噪聲轉換環(huán)路器件和一個(gè)放大器來(lái)構建毫米波發(fā)射鏈。
在該毫米波發(fā)射鏈中使用的是復中頻拓撲，因為使用這種復中頻拓撲之后，濾波可以得到簡(jiǎn)化，同時(shí)能夠實(shí)現出色的整體性能。首先使用混合信號前端(MxFE)器件AD9082來(lái)創(chuàng )建復中頻，該器件包含4個(gè)DAC，每個(gè)以12GSPS運行，可以使用內置的數字調制器直接生成復中頻波形。然后將這些相隔90°的中頻信號饋送至ADMV1013，該器件是一個(gè)集成式毫米波上變頻器，配有內置的倍頻器和可調諧的LO濾波器。接著(zhù)使用轉換環(huán)路器件ADF4401A生成載波信號，用于上變頻操作，此器件生成的載波信號，具有非常整齊的光譜含量和超低相位噪聲。最后將這個(gè)毫米波調制器的輸出連接到毫米波頻率放大器HMC635上，將結果輸出連接至矢量信號分析儀。
另外，使用集成到ADMV1013器件中的LO調零功能，可以大幅降低載波饋通效應，LO饋通消除和邊帶減小將有助于簡(jiǎn)化信號鏈所需的濾波器，在這種設置下，邊帶降低了-35dBc，載波饋通降低了﹣30dBc，且無(wú)需實(shí)施額外校準，通過(guò)校準還能實(shí)現進(jìn)一步改善。
再來(lái)說(shuō)說(shuō)發(fā)射鏈上的EVM性能，發(fā)射鏈的輸出連接到商用矢量信號分析儀，再次得出測試矢量寬度為100MHz，5G新無(wú)線(xiàn)電FR2波形具備256正交波幅調制。如下圖所示，全部頻率上的EVM性能非常好，標準EVM限值約為﹣30dBc，圖中顯示的EVM比標準限值低約15dB，與商用臺式信號發(fā)生器相比，使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。注意，對于系統的每種配置會(huì )有多個(gè)浴盆曲線(xiàn)，在較低功率水平下，信號鏈中的最終放大器被旁路，這有助于使噪聲性能優(yōu)先于線(xiàn)性度性能。隨著(zhù)輸出功率提高，將器件配置為線(xiàn)性度性能優(yōu)先于噪聲性能，由此產(chǎn)生的EVM浴盆曲線(xiàn)要寬得多，這證明，通過(guò)重新配置系統，可以提高系統級EVM性能。
▼毫米波發(fā)射鏈核心器件解析
AD9082：混合信號前端AD9082是一款高度集成的器件，搭載16位、12 GSPS最大采樣速率的RF DAC內核，以及12位、6 GSPS采樣速率的RF ADC內核，支持4個(gè)發(fā)射器通道和2個(gè)接收器通道，非常適合需要使用寬帶ADC和DAC來(lái)處理具有寬瞬時(shí)帶寬的信號的應用。
ADMV1013：這是一款專(zhuān)門(mén)針對點(diǎn)對點(diǎn)微波無(wú)線(xiàn)電設計進(jìn)行優(yōu)化的寬帶微波升頻器，其工作射頻 (RF) 范圍為 24 GHz 至 44 GHz。ADMV1013提供兩種頻率轉換模式，能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號直接轉換為 RF，以及從復雜中頻 (IF) 輸入進(jìn)行單邊帶 (SSB) 升頻轉換?？梢越没鶐?I/Q 輸入路徑，而且可以在 IF 路徑中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范圍內任何頻率的復雜調制 IF 信號并將該信號升頻轉換到 24 GHz 至 44 GHz，同時(shí)抑制不需要的邊帶，抑制幅度通常優(yōu)于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調整正交相位和混頻器柵極電壓，以便實(shí)現最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調零。
ADF4401A：一款10fs抖動(dòng)、DC至8GHz轉換環(huán)路，可以實(shí)現超低相位噪聲和抖動(dòng)性能，進(jìn)而實(shí)現儀表級性能，完全集成且內置屏蔽體的緊湊器件，可以減少整體的設計尺寸。使用該器件構建的信號鏈的EVM性能大大優(yōu)于使用傳統基于PLL的LO構建的信號鏈，此外，與商用臺式信號發(fā)生器相比，使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。
HMC635：一款GaAs PHEMT MMIC驅動(dòng)放大器裸片，工作頻率范圍為18至40 GHz，提供19.5 dB的增益，+29 dBm輸出IP3及+23 dBm的輸出功率（1 dB增益壓縮時(shí)），功耗為280 mA（+5V電源），非常適合作為微波無(wú)線(xiàn)電應用的驅動(dòng)放大器，或用作工作頻率范圍為18至40 GHz的混頻器LO放大器，可提供高達+24 dBm的飽和輸出功率(15% PAE)。
▼總結
隨著(zhù)科技的發(fā)展，越來(lái)越多的行業(yè)和應用開(kāi)始使用毫米波的頻率，但毫米波測試所需的設備具有極高的性能要求，ADI可提供廣泛的器件來(lái)構建儀表級毫米波信號鏈，支持客戶(hù)為新興的毫米波市場(chǎng)開(kāi)發(fā)差異化系統。
（來(lái)源：亞德諾半導體）
（來(lái)源：亞德諾半導體）
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