【導讀】在萬物互聯(lián)的時代，市場對更高帶寬的需求是永無止境的?，F(xiàn)在，范圍約在20GHz至110GHz之間的毫米波頻率變得越來越受歡迎，因為在毫米波頻率下可以獲得更高的帶寬。隨著半導體技術(shù)不斷發(fā)展，可供使用的毫米波頻率器件也變得越來越多，但是，毫米波器件的測試測量儀器儀表可能非常復雜。如何使儀器儀表解決方案滿足毫米波設(shè)備的測試量需求，是通信測試行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。
在這類設(shè)備的設(shè)計中，高性能信號鏈非常關(guān)鍵，例如高速轉(zhuǎn)換器需要具有實現(xiàn)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(diào)制器和解調(diào)器、寬帶混頻器、寬帶開關(guān)和衰減器，以及完整的收發(fā)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和 RF 組件系列等也扮演著至關(guān)重要的角色。作為高性能模擬技術(shù)提供商，ADI公司可提供各種滿足通信測試設(shè)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(gòu)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(shù)字調(diào)制準確度的一種標量測量，對于任何數(shù)字調(diào)制信號源來說都是一項重要的品質(zhì)因數(shù)。在發(fā)送器調(diào)制器中實現(xiàn)低EVM是很重要，因為一個信號的EVM在通過發(fā)送/接收鏈路的每個組件時都將發(fā)生劣化。發(fā)送器上變頻轉(zhuǎn)換器、濾波器、功率放大器、接收器、甚至包括通信通道均會損害信號質(zhì)量。
下圖顯示了無線電器件的EVM浴盆曲線，此曲線顯示了器件在操作功率下的可用動態(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數(shù)量級，所以如果將該限值應(yīng)用于同一器件，就會發(fā)現(xiàn)該器件的可用范圍縮小了。如何構(gòu)建出EVM性能高出標準，是一個不小的挑戰(zhàn)。
▼如何構(gòu)建數(shù)量級差距的優(yōu)質(zhì)毫米波測試設(shè)備
在大多數(shù)情況下，通過元件選型和優(yōu)化，可以大大改善EVM，但這可能還不夠，通過重新配置系統(tǒng)，可以用噪聲性能換取線性度性能，使曲線向右移動，當然也可以做相反的事情，重新配置系統(tǒng)以獲得更好的噪聲性能，曲線將向左移動，經(jīng)過重新配置，可以創(chuàng)建一條新的浴盆曲線，如下圖所示，它比原始設(shè)計好一個數(shù)量級。在這種設(shè)置下，設(shè)計人員可以使用一個高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個毫米波上變頻器、一個超低相位噪聲轉(zhuǎn)換環(huán)路器件和一個放大器來構(gòu)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，濾波可以得到簡化，同時能夠?qū)崿F(xiàn)出色的整體性能。首先使用混合信號前端(MxFE)器件AD9082來創(chuàng)建復中頻，該器件包含4個DAC，每個以12GSPS運行，可以使用內(nèi)置的數(shù)字調(diào)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，該器件是一個集成式毫米波上變頻器，配有內(nèi)置的倍頻器和可調(diào)諧的LO濾波器。接著使用轉(zhuǎn)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。最后將這個毫米波調(diào)制器的輸出連接到毫米波頻率放大器HMC635上，將結(jié)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(diào)零功能，可以大幅降低載波饋通效應(yīng)，LO饋通消除和邊帶減小將有助于簡化信號鏈所需的濾波器，在這種設(shè)置下，邊帶降低了-35dBc，載波饋通降低了﹣30dBc，且無需實施額外校準，通過校準還能實現(xiàn)進一步改善。
再來說說發(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新無線電FR2波形具備256正交波幅調(diào)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(tǒng)的每種配置會有多個浴盆曲線，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)先于線性度性能。隨著輸出功率提高，將器件配置為線性度性能優(yōu)先于噪聲性能，由此產(chǎn)生的EVM浴盆曲線要寬得多，這證明，通過重新配置系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)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(nèi)核，以及12位、6 GSPS采樣速率的RF ADC內(nèi)核，支持4個發(fā)射器通道和2個接收器通道，非常適合需要使用寬帶ADC和DAC來處理具有寬瞬時帶寬的信號的應(yīng)用。
ADMV1013：這是一款專門針對點對點微波無線電設(shè)計進行優(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(zhuǎn)換模式，能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號直接轉(zhuǎn)換為 RF，以及從復雜中頻 (IF) 輸入進行單邊帶 (SSB) 升頻轉(zhuǎn)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(nèi)任何頻率的復雜調(diào)制 IF 信號并將該信號升頻轉(zhuǎn)換到 24 GHz 至 44 GHz，同時抑制不需要的邊帶，抑制幅度通常優(yōu)于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調(diào)整正交相位和混頻器柵極電壓，以便實現(xiàn)最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調(diào)零。
ADF4401A：一款10fs抖動、DC至8GHz轉(zhuǎn)換環(huán)路，可以實現(xiàn)超低相位噪聲和抖動性能，進而實現(xiàn)儀表級性能，完全集成且內(nèi)置屏蔽體的緊湊器件，可以減少整體的設(shè)計尺寸。使用該器件構(gòu)建的信號鏈的EVM性能大大優(yōu)于使用傳統(tǒng)基于PLL的LO構(gòu)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(qū)動放大器裸片，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），功耗為280 mA（+5V電源），非常適合作為微波無線電應(yīng)用的驅(qū)動放大器，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(jié)
隨著科技的發(fā)展，越來越多的行業(yè)和應(yīng)用開始使用毫米波的頻率，但毫米波測試所需的設(shè)備具有極高的性能要求，ADI可提供廣泛的器件來構(gòu)建儀表級毫米波信號鏈，支持客戶為新興的毫米波市場開發(fā)差異化系統(tǒng)。
（來源：亞德諾半導體）
（來源：亞德諾半導體）
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