ADI公司推出了一對高集成的微波上下變頻器，ADMV1013和ADMV1014。這兩顆器件的工作頻率極寬，從24GHz到44GHz，并提供50?匹配，同時可以支持大于1GHz的瞬時帶寬。ADMV1013和ADMV1014的性能特性簡化了小型5G毫米波(mmW)平臺的設(shè)計和實現(xiàn)，這些平臺包括回傳和前傳應(yīng)用中常見的28GHz和39GHz頻段，以及許多其他的超帶寬發(fā)射器和接收器應(yīng)用。

每個上變頻器和下變頻器芯片都是高集成的(見圖1)，由IQ混頻器及片內(nèi)正交移相器構(gòu)成，可配置為基帶IQ模式(零中頻，IQ頻率支持dc至6GHz)，或者配置為中頻模式(實中頻，中頻頻率支持800MHz至6GHz)。上變頻器的RF輸出端集成了一個含壓控衰減器(VVA)的驅(qū)動放大器，下變頻器的RF輸入端包含低噪聲放大器(LNA)和帶VVA的增益放大器。兩個芯片的本振(LO)鏈路由一個集成式LO緩沖放大器、一個四倍頻器和一個可編程的帶通濾波器組成。大部分可編程和校準功能都通過SPI接口進行控制，這使得IC易于通過軟件配置至出色的性能水平。

圖1.(a)ADMV1013上變頻器芯片框圖

圖1.(b)ADMV1014下變頻器芯片框圖

ADMV1013上變頻器內(nèi)部視圖

ADMV1013提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式。一種模式是從基帶I和Q直接上變頻至RF頻段。在這種I/Q模式下，基帶I和Q差分輸入信號范圍是從dc到6GHz，例如，由一對高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生的信號。IQ輸入信號的共模電壓范圍為0V至2.6V;因此，它們可以滿足大部分DAC的接口需求。當(dāng)所選DAC的共模電壓在這個范圍內(nèi)時，可以通過配置上變頻器的寄存器，使其輸入共模電壓和DAC輸出的共模電壓實現(xiàn)最佳的匹配，從而簡化接口設(shè)計。另一種模式是復(fù)IF輸入(例如由正交數(shù)字上變頻器器件生成的信號)，單邊帶上變頻到RF頻段。ADMV1013的獨特之處在于，它能夠在I/Q模式下對I和Q混頻器的直流偏置誤差進行數(shù)字校正，從而改善RF輸出的LO泄漏。校準之后，在最大增益下，RF輸出端的LO泄漏可以低至-45dBm。對零中頻無線電設(shè)計造成妨礙的一個更困難的挑戰(zhàn)是I和Q的相位不平衡，導(dǎo)致邊帶抑制能力差。零中頻面臨的另一個挑戰(zhàn)是邊帶通常太接近微波載波，使濾波器難以實現(xiàn)。ADMV1013解決了這個問題，它允許用戶通過寄存器調(diào)諧對I和Q相位不平衡進行數(shù)字校正。正常操作期間，上變頻器展現(xiàn)出未經(jīng)校準的26dBc邊帶抑制。使用片內(nèi)寄存器之后，其邊帶抑制經(jīng)過校準可以提高到約36dBc。兩種校準特性都是通過SPI實現(xiàn)，無需額外電路。在I/Q模式下，還可以通過調(diào)節(jié)基帶I和Q DAC的相位平衡來進一步提高邊帶抑制。這些性能增強特性幫助最小化外部濾波，同時改善微波頻率下的無線電性能。

圖2.采用6mm × 6mm表貼封裝的ADMV1013在評估板上的圖示

集成了LO緩沖器之后，該部件所需的驅(qū)動力僅為0dBm。因此，可使用集成壓控振蕩器(VCO)的頻綜(例如ADF4372或ADF5610)直接地驅(qū)動該器件，進一步減少外部組件數(shù)量。片內(nèi)四倍頻器將LO頻率倍升至所需的載波頻率，然后通過可編程的帶通濾波器濾除不需要的倍頻器諧波，該帶通濾波器放置在混頻器正交相位生成模塊之前。這種布局大大減少了進入混頻器的雜散頻率，同時允許該部件與外部低成本、低頻率的頻率合成器/VCO協(xié)同工作。然后，經(jīng)過調(diào)制的RF輸出通過一對放大器級(兩者中間存在一個VVA)進行放大。增益控制模塊為用戶提供35dB調(diào)節(jié)范圍，最大級聯(lián)轉(zhuǎn)換增益為23dB。ADMV1013采用40引腳基板柵格陣列封裝(見圖2)。這些特性結(jié)合起來，可以提供卓越的性能、最大的靈活性和易用性，同時最大程度減少需要的外部組件的數(shù)量。因此，可以實現(xiàn)小型蜂窩基站等小型微波平臺。

ADMV1014下變頻器內(nèi)部視圖

ADMV1014也有一些相似的元件，例如其LO路徑中包含LO緩沖器、四倍頻器、可編程的帶通濾波器，以及正交移相器。但是，構(gòu)建作為下變頻器件(見圖1b中的框圖)，ADMV1014的RF前端中安裝有一個LNA，緊接著安裝了一個VVA和一個放大器。連續(xù)的19dB增益調(diào)整范圍由施加給VCTRL引腳的dc電壓進行控制。用戶可以選擇在I/Q模式下使用ADMV1014作為從微波到基帶dc的直接解調(diào)器。在這種模式下，經(jīng)過解調(diào)的I和Q信號在各自的I和Q差分輸出處放大。它們的增益和dc共模電壓可以通過SPI由寄存器設(shè)置，使得差分信號可以dc耦合到(例如)一對基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)?；蛘?，ADMV1014可以用作單端復(fù)IF端口的鏡像抑制下變頻器。在任何一種模式下，I和Q相位、幅度的不平衡都可以通過SPI進行校正，在下變頻器解調(diào)至基帶或IF時，提高其鏡像抑制性能。總的來說，下變頻器在24GHz至42GHz頻率范圍內(nèi)，可以提供5.5dB總級聯(lián)噪聲系數(shù)，以及17dB最大轉(zhuǎn)換增益。當(dāng)工作頻率接近基帶邊緣(高達44GHz)時，級聯(lián)式NF仍然堅定保持6dB。

圖3.采用更小型的5mm × 5mm封裝的ADMV1014在評估板上的圖示

大幅提升5G mmW無線電性能

圖4所示為下變頻器在28GHz頻率時的測量性能，測量時，采用5G NR波形，包含4個獨立的100MHz通道，每個通道都在-20dBm輸入功率下調(diào)制至256QAM。測量得出的EVM結(jié)果為-40dB(1% rms)，支持對mmW 5G所需的高階調(diào)制方案進行解調(diào)。憑借上下變頻器>1GHz的帶寬容量，以及上變頻器的23dBm OIP3和下變頻器的0dBm IIP3，其組合可以支持高階QAM調(diào)制，從而實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量。此外，該器件也支持其他應(yīng)用，如衛(wèi)星和地面接收站寬帶通信鏈路、安全通信無線電、RF測試設(shè)備和雷達系統(tǒng)。其出色的線性度和鏡像抑制性能令人矚目，與緊湊的解決方案尺寸、較小外形、高性能微波鏈路結(jié)合之后，可以實現(xiàn)寬帶基站。

圖4.測量得出的EVM性能(rms百分比)與28GHz時的輸入功率以及對應(yīng)的256QAM星座圖