调制解调器电路设计要点.ppt

第4章调制解调器电路设计 4 1AD630调制解调器电路4 2MAX2450正交调制解调器电路4 3RF2713100 kHz 250 MHz正交调制解调器电路 4 1AD630调制解调器电路1 AD630的主要技术特性AD630的优点如下 1 AD630的结构使它能够理想地对信号进行处理 如平衡调制器和解调器 锁定放大 相位检测和正交相乘 2 在需要确定固定增益 转换增益 多路技术 集成转换功能和高速精确放大的应用时 AD630所具有的特性使它成为最好的选择之一 3 AD630拥有100dB的动态范围 胜过其它任何集成平衡调制器 解调器 甚至可与昂贵的信号处理器件相媲美 4 AD630的OP放大器结构使它容易实现高增益和复杂的转换反馈功能 应用电阻可使AD630完成大多数一般应用 而无需增加其它部分 5 AD630可以高精度地配置乘法器 1 2 3 4增益 6 AD630有引脚跳频补偿 无需外接电容 可使其稳定工作在统一增益 而不牺牲高增益时的动态范围 AD630的开环增益为110dB 闭环增益匹配为0 1 信道输入电压范围为 VS 4V VS 1V 输入偏置电压为100 500 V 信道失真为100dB 在10kHz时 比较器输入电压范围为 VS 3V VS 1 5V 响应时间 5 5mV 为200ns 增益带宽为2MHz 上升速度为45V s 电源电压范围为5 16 5V 电源电流为5mA 输出电压 RL 2k 为10V 输出电流为25mA 2 AD630的引脚功能与内部结构AD630采用的封装形式有SOIC 20 PDIP 20 CLCC 20和CERDIP 20 其引脚封装形式和内部结构框图分别如图4 1 1和图4 1 2所示 引脚功能如表4 1 1所示 图4 1 1AD630的引脚封装形式 a SOIC 20 PDIP 20 CERDIP 20封装 b CLCC 20封装 图4 1 2AD630的内部结构框图 表4 1 1AD630的引脚功能 图4 1 3AD630构成的增益为1的平衡型调制器电路 3 AD630的应用电路设计AD630常用来组成双平衡调制器电路 如图4 1 3和图4 1 4所示 引脚14内部的电阻10k 为反馈电阻 引脚12的内部电容为补偿电容 引脚3 4和引脚5 6外接的电位器用于调节零点漂移 AD630构成的增益为2的平衡型调制器电路的采样波形如图4 1 5所示 图4 1 4AD630构成的增益为2的平衡型调制器电路 图4 1 5AD630构成的增益为2的平衡型调制器电路的采样波形 4 2MAX2450正交调制解调器电路1 MAX2450的主要技术特性MAX2450的工作电压为 3V 电流消耗为5 9mA 解调器能够接收35 80MHz频率范围内的中频信号 具有51dB电压转换增益 并且能够将IF信号解调为I Q基带信号 中频输入端输入电阻为400 能够与外接的中频滤波器相匹配 基带输出信号采用完全差分形式 信号幅度为1 35V 峰峰值 调制器接收振幅达到1 35V 峰峰值 的差分I和Q基带信号 带宽为15MHz 调制器同时产生一个频率范围为35 80MHz的差分IF信号 当ENABLE 使能 引脚端为低电平时 芯片电流消耗小于1 A 为了尽量减少寄生反馈 MAX2450的内部振荡器的频率通过外接调谐元件被设置为中频频率的两倍 振荡器和相位移相器产生差分的信号具有较低的振幅和相位不平衡 2 MAX2450的引脚功能与内部结构MAX2450采用QSOP 20的封装形式 其引脚封装形式和内部结构框图分别如图4 2 1和图4 2 2所示 引脚功能如表4 2 1所示 图4 2 1MAX2450的引脚封装形式 图4 2 2MAX2450的内部结构框图 表4 2 1MAX2450的引脚功能 MAX2450芯片内部包含有解调器 本地振荡器 正交相位发生器 前置分频器 调制器和偏置电路 1 解调器 解调器包括一个单端 差分的转换器 两个吉尔伯特 Gilbertcell 乘法器和两个固定增益的放大级 中频信号是以交流耦合的方式输入到IF IN 芯片内部IF IN通过一个400 的电阻连接到地 且IF放大器提供一个14dB的增益 为了解调 被放大的中频信号被馈送到了I和Q混频器中 乘法器将中频信号和正交本地振荡信号相乘 产生基带I和Q信号 其转换增益为15dB 该信号被基带放大器进一步放大到21dB 基带I和Q放大器通道采用直流耦合形式 2 本地振荡器 本地振荡器是由一个发射极耦合的差分对组成的 一个外接LC谐振回路决定其振荡频率 谐振回路的Q值影响振荡器的相位噪声 为了便于产生正交信号 振荡频率应该是中频频率的两倍 振荡器可以被一个外接的信号源驱动 这个信号源需要交流耦合到TANK TANK 并且必须提供200mV 峰峰值 的电平 TANK和TANK之间需要一个2 2 H的扼流圈电感 TANK TANK的差分输入电阻为10k 对于单端驱动 从TANK到GND连接一个交流旁路电容 1000pF 并且交流耦合TANK到信号源上 3 正交相位发生器 正交相位发生器使用两个锁存的2分频器对本地振荡频率进行分频 同时产生两个精确的正交信号 内部的限幅放大器形成近似于方波的信号去驱动吉尔伯特混频器 同相信号 本地振荡频率的一半 被前置分频器4分频后输出 4 前置分频器 PRE OUT是前置分频器的输出端 可驱动一个10k 和6pF的负载 输出信号的幅度为0 35V 峰峰值 它能够交流耦合到频率合成器的输入端 5 调制器 调制器可接收幅度为1 35V 峰峰值 频率为15MHz的差分I和Q基带信号 并且转换它们为更高频率的IF信号 这些输入端被内部偏置在1 5V附近 采用外部电容耦合信号进入高阻抗端 差动输入阻抗接近44k 以改善载波抑制 对于单端驱动 从I IN和Q IN到GND连接一个交流旁路电容 0 1 F 6 主偏置 在正常工作中 使能控制端电压必须高于VCC 0 4V 使能控制端的输入信号为低电平状态 可以关闭主偏置电路 并且减少电路的电流消耗到2 A 主偏置部分包含了一个能隙基准电压发生器和一个PTAT 与绝对温度成比例 电流发生器 3 MAX2450的应用电路设计MAX2450的基本应用电路形式如图4 2 3所示 振荡器的谐振电路如图4 2 4所示 其中包含一个电感 两个电容和一个双变容二极管 振荡器的频率范围是130 160MHz 电感直接连接在振荡器的TANK端 在启动期间确保振荡器不被锁住 可进入稳定状态 两个33pF的电容增加谐振回路的Q值 减少VCO的增益 图4 2 3MAX2450的基本应用电路图 图4 2 4振荡器的谐振电路图 振荡器频率由下式决定 其中 并且 式中 CSTRAY为寄生电容值 LSTRAY为寄生电感值 改变电感或电容值 或者两者都改变 都可以改变振荡频率 为获得更好的相位噪音性能 应保持谐振回路的Q值最大 其表达式为 式中 REQ 10k 振荡频率也可以通过改变控制电压VCTRL来改变 4 3RF2713100kHz 250MHz正交调制解调器电路1 RF2713的引脚功能与内部结构RF2713采用SOIC 14的封装形式 其引脚封装形式和内部结构框图如图4 3 1所示 由于RF2713可作为解调器 也可作为调制器 因此其引脚功能根据其用途的不同而异 图4 3 1RF2713的引脚封装形式和内部结构框图 1 解调器引脚端的功能如下 引脚端1 IINPUTA 当RF2713被配置作为一个正交解调器时 两个混频器被IF驱动 无论是单端还是差分驱动 A输入 引脚端1和3 应该被互相连接 同样 两个B输入 引脚端2和4 也应该被互相连接 这样就保证了IF将以同样的高度和相位到达每一个混频器 产生最佳的I Q输出高度和正交平衡 注意 并联输入的连接改变了输入阻抗 参见Gilbertcell混频器等效电路 输入阻抗变为630 但在平衡的结构中 输入阻抗会依然保持为1260 单端 对于稳定的输入 混频器采用Gilbert蜂窝设计 每一个引脚的这个输入阻抗都是通过由1260 的电阻器连接到VCC与晶体管基极并联所决定的 引脚端1和3以及引脚端2和4 4个输入引脚端都有一个内置的直流偏置 因此 这些输入端 引脚端1到引脚端4 都应该被隔直流 隔直电容器的电容值由IF频率所决定 当采用单端驱动时 两组输入端 引脚端1和3以及引脚端2和4 串联的隔直电容器相对一个630 输入阻抗应该是低阻抗的 引脚端2 IINPUTB 引脚端1互补输入端 功能与引脚端1相同 引脚端3 QINPUTA Q缓冲放大器输入端 功能与引脚端1相同 引脚端4 QINPUTB 引脚端3互补输入端 功能与引脚端3相同 引脚端5 BGOUT 能隙基准电压输出端 当电源电压和工作温度变化时 这个电压输出能够保持恒定 也可以作为基准电压用于其他外部电路 该引脚端的输出电流不能够超过1mA 该引脚端应采用一个0 1 F电容器旁路 引脚端6 IIFOUT 该引脚端在解调器里不使用 但是为了恰当地偏置I混频器 必须被连接到VCC 引脚端7 QIFOUT 该引脚端在解调器里不使用 但是为了恰当地偏置Q混频器 必须被连接到VCC 引脚端8 QOUT Q混频器的基带输出端 该引脚端是不可以被内部隔直的 并且由于内部偏置而出现了当前的直流 这是一种发射极输出放大器的输出和一个内部2k 下拉电阻器 即使交流输出阻抗为50 这个引脚也可以像一个运算放大器或一个数 模转换器一样被高阻抗负载所驱动 这个输出晶体管不会被偏置 并且它能驱动一个大信号进入一个50 负载里 这个输出的直流耦合可以提供直流阻抗连接到地 并且与大于2k 的内部下拉电阻器并联 引脚端9 IOUT I混频器的基带输出端 与引脚端8相同 除了Q混频器的基带 输出 引脚端10 11 12 GND 接地 为了获得较好的性能 保持导线长度较短并且要直接连接到地面 引脚端13 LOINPUT 高阻抗单端调制器LO输入端 加到LOINPUT引脚端的信号被2分频后 形成 载波信号 为了直接调制 载波信号频率与输入信号的IF中心频率相同 除了SSB SC方式 这个引脚端的输入阻抗由内部连接到VCC的一个500 偏置电阻器所决定 如果这个引脚端被连接到一个直流输出的器件上 则应该采用一个隔直电容器 在交流耦合时连接一个51 的电阻器到地 输入阻抗能够很好地与50 信号源匹配 对于这个LO输入端 其最大功率传输是不重要的 这个内部LO开关电路是由电压控制的 而不是由功率控制的 LO电路由一个数字分频器和一个限幅放大器组成 限幅放大器确保采用一个矩形波驱动双稳态型的分频器 因为双稳态电路使用限幅器输出的上升沿和下降沿触发 提供到混频器的载波的正交精确性直接与占空比有关 特别注意的是 应该确保LO输入电平至少为20dB 如果LO输入是一个矩形波 为了确保双稳态电路可以适当地触发 需要使用足够大的隔直电容器 IF频率可以低于100kHz 引脚端14 VCC 整个器件的电源电压输入端 该引脚端应该在所有的频率 IF LO 载波 基带 上被很好地旁路 2 RF2713的应用电路设计FR2713解调器应用电路电原理图和印制板图分别如图4 3 2 图4 3 5所示 印制板的大小为2 0英寸 2 0英寸 印制板厚度为0 031英寸 印制板材料为FR 4 FR2713调制器应用电路电原理图