調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)

1、第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 第第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)4.1AD630 調(diào)制解調(diào)器電路調(diào)制解調(diào)器電路 4.2MAX2450 正交調(diào)制解調(diào)器電路正交調(diào)制解調(diào)器電路 4.3RF2713 100kHz250MHz正交調(diào)制解調(diào)器電路正交調(diào)制解調(diào)器電路 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 4.1AD630調(diào)制解調(diào)器電路調(diào)制解調(diào)器電路 1AD630的主要技術(shù)特性的主要技術(shù)特性AD630的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）AD630的結(jié)構(gòu)使它能夠理想地對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，如平衡調(diào)制器和解調(diào)器、鎖定放大、相位檢測和正交相乘。（2）在需要確定固定增益、轉(zhuǎn)換增益、多路技術(shù)、集成轉(zhuǎn)換功能和高速精確放大的應(yīng)用時(shí),AD630所具有的

2、特性使它成為最好的選擇之一。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) （3）AD630擁有100dB的動(dòng)態(tài)范圍，勝過其它任何集成平衡調(diào)制器/解調(diào)器，甚至可與昂貴的信號(hào)處理器件相媲美。（4）AD630的OP放大器結(jié)構(gòu)使它容易實(shí)現(xiàn)高增益和復(fù)雜的轉(zhuǎn)換反饋功能。應(yīng)用電阻可使AD630完成大多數(shù)一般應(yīng)用，而無需增加其它部分。（5）AD630可以高精度地配置乘法器+1、+2、+3、+4增益。（6）AD630有引腳跳頻補(bǔ)償（無需外接電容），可使其穩(wěn)定工作在統(tǒng)一增益，而不犧牲高增益時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) AD630的開環(huán)增益為110dB，閉環(huán)增益匹配為0.1%；信道輸入電壓范圍為（-VS+4V）（+VS-

3、1V），輸入偏置電壓為100500V，信道失真為100dB(在10kHz時(shí))；比較器輸入電壓范圍為（-VS+3V）（+VS-1.5V），響應(yīng)時(shí)間（-5+5mV）為200ns；增益帶寬為2MHz，上升速度為45V/s；電源電壓范圍為516.5V，電源電流為5mA；輸出電壓（RL=2k）為10V，輸出電流為25mA。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 2AD630的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)AD630采用的封裝形式有SOIC20、PDIP20、CLCC20和CERDIP20，其引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖分別如圖4.1.1和圖4.1.2所示，引腳功能如表4.1.1所示。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì)

4、 圖4.1.1AD630的引腳封裝形式（a）SOIC20、PDIP20、CERDIP20封裝;（b）CLCC20封裝 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.1.2AD630的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 表4.1.1AD630的引腳功能 引腳 符號(hào) 功能 1 RINA 放大器 A 的同相反饋端，與 RA一起控制信道 A 的增益。 2，20 CH A+，CH A- 信道 A 的差分輸入端 3, 4 DIFF OFF ADJ,DIFF OFF ADJ DIFF OFF 調(diào)節(jié)端 5, 6 CM OFF ADJ,CM OFF ADJ CM OFF 調(diào)節(jié)端 7 B/A 信道狀態(tài)選擇輸出端。輸出高電平

5、表示選中信道 B；輸出低電平表示選中信道 A 8 -Vs 電源電壓負(fù)端 9，10 SEL B，SEL A 信道 A，B 選擇控制端。SEL B 為高電平選中信道 B；SEL A為高電平選中信道 A 11 +Vs 電源電壓正端 12 COMP 比較器輸出端 13 VOUT 輸出端。OP 放大器的輸出 14 RB 信道 B 的增益控制端。與 RINB 一起控制信道B 的增益 15 RF 輸出增益控制端。通過一個(gè)10K 的電阻與輸出端相連 16 RA 信道 A 的增益控制端。與 RINA 一起控制信道A 的增益 17 RINB 放大器 B 的同相反饋端，與RB 一起控制信道 B 的增益 18，19

6、CH B+，CH B- 信道 B 的差分輸入端 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.1.3AD630構(gòu)成的增益為1的平衡型調(diào)制器電路 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 3AD630的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用電路設(shè)計(jì) AD630常用來組成雙平衡調(diào)制器電路，如圖4.1.3和圖4.1.4所示，引腳14內(nèi)部的電阻10k為反饋電阻，引腳12的內(nèi)部電容為補(bǔ)償電容，引腳3、4和引腳5、6外接的電位器用于調(diào)節(jié)零點(diǎn)漂移。AD630構(gòu)成的增益為2的平衡型調(diào)制器電路的采樣波形如圖4.1.5所示。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.1.4AD630構(gòu)成的增益為2的平衡型調(diào)制器電路 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.1.5AD630構(gòu)成的增

7、益為2的平衡型調(diào)制器電路的采樣波形 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 4.2MAX2450正交調(diào)制解調(diào)器電路正交調(diào)制解調(diào)器電路1MAX2450的主要技術(shù)特性的主要技術(shù)特性MAX2450的工作電壓為+3V，電流消耗為5.9mA。解調(diào)器能夠接收3580MHz頻率范圍內(nèi)的中頻信號(hào)，具有51dB電壓轉(zhuǎn)換增益，并且能夠?qū)F信號(hào)解調(diào)為I/Q基帶信號(hào)。中頻輸入端輸入電阻為400，能夠與外接的中頻濾波器相匹配。基帶輸出信號(hào)采用完全差分形式，信號(hào)幅度為1.35V(峰峰值）。調(diào)制器接收振幅達(dá)到1.35V(峰峰值)的差分I和Q基帶信號(hào)，帶寬為15MHz。調(diào)制器同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率范圍為3580MHz的差分IF信號(hào)。當(dāng)ENAB

8、LE（使能）引腳端為低電平時(shí)，芯片電流消耗小于1A。為了盡量減少寄生反饋，MAX2450的內(nèi)部振蕩器的頻率通過外接調(diào)諧元件被設(shè)置為中頻頻率的兩倍。振蕩器和相位移相器產(chǎn)生差分的信號(hào)具有較低的振幅和相位不平衡。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 2MAX2450的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)MAX2450采用QSOP20的封裝形式。其引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖分別如圖4.2.1和圖4.2.2所示，引腳功能如表4.2.1所示。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.2.1MAX2450的引腳封裝形式 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.2.2MAX2450的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 表表4.2

9、.1MAX2450的引腳功能的引腳功能 引腳 符號(hào) 功能 引腳 符號(hào) 功能 1 IF_OUT 調(diào)制器中頻信號(hào)輸出 11 TANK 本地振蕩器諧振輸入 2 OUTIF_ 調(diào)制器中頻信號(hào)反向輸出 12 TANK 本地振蕩器諧振反相輸入 3,19 GND 接地端 13 LO_GND 本地振蕩器接地端 4 INI _ I基帶信號(hào)輸入 14 OUTQ_ 解調(diào)器Q基帶信號(hào)反相輸出 5 INI _ 反相I基帶信號(hào)輸入 15 Q_OUT 解調(diào)器Q基帶信號(hào)輸出 6 INQ _ Q基帶信號(hào)輸入 16 OUTI _ 解調(diào)器I基帶信號(hào)反相輸出 7 INQ_ 反相Q基帶信號(hào)輸入 17 I_OUT 解調(diào)器I基帶信號(hào)輸出

10、8 ENABLE 使能控制端，高電平有效 18 VCC 調(diào)制器和解調(diào)器電源電壓 9 PRE_OUT 本地振蕩器8分頻輸出 20 IF_IN 解調(diào)器中頻信號(hào)輸入 10 LO_VCC 本地振蕩器電源電壓 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) MAX2450芯片內(nèi)部包含有解調(diào)器、本地振蕩器、正交相位發(fā)生器、前置分頻器、調(diào)制器和偏置電路。1）解調(diào)器解調(diào)器包括一個(gè)單端差分的轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)吉爾伯特（Gilbertcell）乘法器和兩個(gè)固定增益的放大級(jí)。中頻信號(hào)是以交流耦合的方式輸入到IF-IN，芯片內(nèi)部IF-IN通過一個(gè)400的電阻連接到地，且IF放大器提供一個(gè)14dB的增益。為了解調(diào)，被放大的中頻信號(hào)被饋送到了I和Q

11、混頻器中，乘法器將中頻信號(hào)和正交本地振蕩信號(hào)相乘，產(chǎn)生基帶I和Q信號(hào)，其轉(zhuǎn)換增益為15dB。該信號(hào)被基帶放大器進(jìn)一步放大到21dB?；鶐和Q放大器通道采用直流耦合形式。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 2）本地振蕩器本地振蕩器是由一個(gè)發(fā)射極耦合的差分對(duì)組成的。一個(gè)外接LC諧振回路決定其振蕩頻率。諧振回路的Q值影響振蕩器的相位噪聲。為了便于產(chǎn)生正交信號(hào)，振蕩頻率應(yīng)該是中頻頻率的兩倍。振蕩器可以被一個(gè)外接的信號(hào)源驅(qū)動(dòng)。這個(gè)信號(hào)源需要交流耦合到TANK/TANK，并且必須提供200mV(峰峰值)的電平。TANK和TANK之間需要一個(gè)2.2H的扼流圈電感。TANK/TANK的差分輸入電阻為10k。對(duì)于單端

12、驅(qū)動(dòng)，從TANK到GND連接一個(gè)交流旁路電容（1000pF），并且交流耦合TANK到信號(hào)源上。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 3）正交相位發(fā)生器正交相位發(fā)生器使用兩個(gè)鎖存的2分頻器對(duì)本地振蕩頻率進(jìn)行分頻，同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)精確的正交信號(hào)，內(nèi)部的限幅放大器形成近似于方波的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)吉爾伯特混頻器。同相信號(hào)（本地振蕩頻率的一半）被前置分頻器4分頻后輸出。4）前置分頻器 PRE_OUT是前置分頻器的輸出端，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)10k和6pF的負(fù)載，輸出信號(hào)的幅度為0.35V（峰峰值）。它能夠交流耦合到頻率合成器的輸入端。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 5）調(diào)制器 調(diào)制器可接收幅度為1.35V(峰峰值)、頻率為15MHz的差

13、分I和Q基帶信號(hào)，并且轉(zhuǎn)換它們?yōu)楦哳l率的IF信號(hào)。這些輸入端被內(nèi)部偏置在1.5V附近，采用外部電容耦合信號(hào)進(jìn)入高阻抗端（差動(dòng)輸入阻抗接近44k），以改善載波抑制。對(duì)于單端驅(qū)動(dòng)，從I_IN和Q_IN到GND連接一個(gè)交流旁路電容（0.1F）。6）主偏置在正常工作中，使能控制端電壓必須高于VCC-0.4V，使能控制端的輸入信號(hào)為低電平狀態(tài)，可以關(guān)閉主偏置電路，并且減少電路的電流消耗到2A。主偏置部分包含了一個(gè)能隙基準(zhǔn)電壓發(fā)生器和一個(gè)PTAT（與絕對(duì)溫度成比例）電流發(fā)生器。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 3MAX2450的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)MAX2450的基本應(yīng)用電路形式如圖4.2.3所示。振蕩

14、器的諧振電路如圖4.2.4所示，其中包含一個(gè)電感、兩個(gè)電容和一個(gè)雙變?nèi)荻O管。振蕩器的頻率范圍是130160MHz。電感直接連接在振蕩器的TANK端，在啟動(dòng)期間確保振蕩器不被鎖住，可進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。兩個(gè)33pF的電容增加諧振回路的Q值，減少VCO的增益。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.2.3MAX2450的基本應(yīng)用電路圖 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.2.4振蕩器的諧振電路圖 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 振蕩器頻率由下式?jīng)Q定： 12OEQEQfL C其中： 并且 式中：CSTRAY為寄生電容值；LSTRAY為寄生電感值。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 改變電感或電容值，或者兩者都改變，都可以改變振

15、蕩頻率。為獲得更好的相位噪音性能，應(yīng)保持諧振回路的Q值最大，其表達(dá)式為 式中：REQ=10k。 振蕩頻率也可以通過改變控制電壓VCTRL來改變。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 4.3RF2713100kHz250MHz正交調(diào)制解調(diào)器電路正交調(diào)制解調(diào)器電路 1RF2713的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳功能與內(nèi)部結(jié)構(gòu) RF2713采用SOIC14的封裝形式。其引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4.3.1所示。 由于RF2713可作為解調(diào)器，也可作為調(diào)制器，因此其引腳功能根據(jù)其用途的不同而異。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 圖4.3.1 RF2713的引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖的引腳封裝形式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 第4章調(diào)

16、制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) （1）解調(diào)器引腳端的功能如下：引腳端1（IINPUTA）：當(dāng)RF2713被配置作為一個(gè)正交解調(diào)器時(shí)，兩個(gè)混頻器被IF驅(qū)動(dòng)。無論是單端還是差分驅(qū)動(dòng)，A輸入(引腳端1和3)應(yīng)該被互相連接。同樣，兩個(gè)B輸入(引腳端2和4)也應(yīng)該被互相連接。這樣就保證了IF將以同樣的高度和相位到達(dá)每一個(gè)混頻器，產(chǎn)生最佳的IQ輸出高度和正交平衡。注意，并聯(lián)輸入的連接改變了輸入阻抗（參見Gilbertcell混頻器等效電路）。輸入阻抗變?yōu)?30，但在平衡的結(jié)構(gòu)中，輸入阻抗會(huì)依然保持為1260單端。對(duì)于穩(wěn)定的輸入，混頻器采用Gilbert蜂窩設(shè)計(jì)。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 每一個(gè)引腳的這個(gè)輸入阻抗都是通

17、過由1260的電阻器連接到VCC與晶體管基極并聯(lián)所決定的。引腳端1和3以及引腳端2和4，4個(gè)輸入引腳端都有一個(gè)內(nèi)置的直流偏置。因此，這些輸入端（引腳端1到引腳端4）都應(yīng)該被隔直流。隔直電容器的電容值由IF頻率所決定。當(dāng)采用單端驅(qū)動(dòng)時(shí)，兩組輸入端（引腳端1和3以及引腳端2和4）串聯(lián)的隔直電容器相對(duì)一個(gè)630輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗的。引腳端2（IINPUTB）：引腳端1互補(bǔ)輸入端。功能與引腳端1相同。引腳端3（QINPUTA）：Q緩沖放大器輸入端。功能與引腳端1相同。引腳端4（QINPUTB）：引腳端3互補(bǔ)輸入端。功能與引腳端3相同。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 引腳端5（BGOUT）：能隙基準(zhǔn)電壓輸

18、出端。當(dāng)電源電壓和工作溫度變化時(shí)，這個(gè)電壓輸出能夠保持恒定，也可以作為基準(zhǔn)電壓用于其他外部電路。該引腳端的輸出電流不能夠超過1mA。該引腳端應(yīng)采用一個(gè)0.1F電容器旁路。引腳端6（IIFOUT）：該引腳端在解調(diào)器里不使用，但是為了恰當(dāng)?shù)仄肐混頻器，必須被連接到VCC。引腳端7（QIFOUT）：該引腳端在解調(diào)器里不使用，但是為了恰當(dāng)?shù)仄肣混頻器，必須被連接到VCC。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 引腳端8（QOUT）：Q混頻器的基帶輸出端。該引腳端是不可以被內(nèi)部隔直的，并且由于內(nèi)部偏置而出現(xiàn)了當(dāng)前的直流。這是一種發(fā)射極輸出放大器的輸出和一個(gè)內(nèi)部2k下拉電阻器。即使交流輸出阻抗為50，這個(gè)引腳也可

19、以像一個(gè)運(yùn)算放大器或一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器一樣被高阻抗負(fù)載所驅(qū)動(dòng)。這個(gè)輸出晶體管不會(huì)被偏置，并且它能驅(qū)動(dòng)一個(gè)大信號(hào)進(jìn)入一個(gè)50負(fù)載里。這個(gè)輸出的直流耦合可以提供直流阻抗連接到地，并且與大于2k的內(nèi)部下拉電阻器并聯(lián)。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 引腳端9（IOUT）：I混頻器的基帶輸出端，與引腳端8相同(除了Q混頻器的基帶輸出)。引腳端10、11、12（GND）：接地。為了獲得較好的性能，保持導(dǎo)線長度較短并且要直接連接到地面。 第4章調(diào)制解調(diào)器電路設(shè)計(jì) 引腳端13（LOINPUT）：高阻抗單端調(diào)制器LO輸入端。加到LOINPUT引腳端的信號(hào)被2分頻后，形成“載波信號(hào)”。為了直接調(diào)制，載波信號(hào)頻率與輸入信號(hào)的IF中心頻率相同(除了SSB/SC方式)。這個(gè)引腳端的輸入阻抗由內(nèi)部連接到VCC的一個(gè)500偏置電阻器所決定。如果這個(gè)引腳端被連接到一個(gè)直流輸出的器件上，則應(yīng)該采用一個(gè)隔直電容器。在交流耦合時(shí)連接一個(gè)51的電阻器到地，輸入阻抗能夠很好地與50信號(hào)源匹配。對(duì)于這個(gè)LO輸入端，其最大功率傳輸是不重要的。這個(gè)內(nèi)部LO開關(guān)電路是由電壓控制的，而不是由功率控制的。LO電路由一個(gè)數(shù)字分頻器和一個(gè)限幅放大器組成。限幅放大器確保采用一個(gè)矩形波驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)型的分頻器。因?yàn)殡p穩(wěn)態(tài)電路使用限幅器輸出的上升沿和下降沿觸發(fā)。提供到混頻器的載