電路功能與優勢

無論IQ調制器是用于直接變頻應用還是作為上變頻器用于第一中頻（IF），通常都會有一些增益直接施加在IQ調制器之后。本文將介紹如何選擇合適的驅動器放大器，以便在 IQ調制器的輸出端提供第一級增益。圖1所示器件為 ADL5375 IQ調制器和 ADL5320 驅動器放大器。這兩款器件在系統性水平方面匹配良好；也就是說，它們具備同等性能，因此任何一方都不會造成整體性能下降。由于這些器件的動態范圍匹配良好，因此建議在IQ調制器與RF驅動器放大器之間進行簡單的直接連接，器件之間無需任何衰減。

圖1. 帶輸出功率增益的IQ調制器電路原理圖

電路描述

ADL5375 是一款通用型高性能IQ調制器，輸出頻率范圍是400 MHz至6 GHz。由于具備低噪聲和750 MHz的寬輸入基帶帶寬（3 dB），因此可通過多種調制和帶寬的信號來驅動該器件。這些輸入信號能夠以直流或復數中頻為中心。

與 ADL5375 的LO接口為1XLO型，即輸出頻率和LO頻率相等（當基帶信號以直流為中心時）。

系統級計算和RF放大器選擇

在1 GHz至2 GHz的頻率范圍內， ADL5375 的輸出壓縮點（OP1dB）和三階壓縮點（OIP3）分別為10 dBm和25 dBm左右。在選擇RF放大器以便在IQ調制器之后提供增益時，必須選擇輸入P1dB和輸入IP3等于或略高于這些數值的器件。如果所選器件的輸入P1dB和輸入IP3較低，則會導致級聯性能降低；如果這兩項規格明顯高于ADL5375，卻不會帶來任何好處，并且可能會造成信號鏈的總電源電流出現不必要增加。

ADL5320是一款驅動器放大器（需要外部調諧元件的RF放大器），額定工作范圍是400 MHz至2700 MHz。采用5 V電源供電時，其功耗為104 mA（也可以采用低至3.3 V的電源供電，此時功耗和性能都有所下降）。

表1顯示了1900 MHz條件下 ADL5375 IQ調制器折合到輸出端的IP3 （OIP3）和P1dB （OP1dB）以及 ADL5320驅動器放大器折合到輸入端的規格。兩種情況下，IQ調制器折合到輸出端的規格與放大器折合到輸入端的規格之間均相差3 dB左右。

表1. 1900 MHz條件下 ADL5375 IQ調制器與 ADL5320 驅動器放大器的IP3和P1dB規格

圖2顯示了2140 MHz條件下IQ調制器與驅動器放大器的仿真級聯性能。此仿真利用 ADIsimRF 設計工具來完成。值得注意的是，調制器的OIP3 （24.2 dBm）與復合OIP3 （36.5 dBm）之差12.3 dB剛好略小于 ADL5320 驅動器放大器的增益（13.7 dB）。這表明驅動器放大器對總體OIP3的影響非常小。

圖2. 顯示了ADL5375與ADL5320級聯性能的ADIsimRF設計工具屏幕截圖

圖3顯示了IQ調制器輸出端與復合電路輸出端所測OIP3與輸出功率（POUT）的關系圖。兩條OIP3曲線輪廓的形狀非常相似，只在輸出功率和OIP3方面有所偏移。這進一步表明，當信號經過RF放大器時，IP3只會略有下降

圖3. 2100 MHz條件下ADL5375 IQ調制器與復合電路（ADL5375和ADL5320驅動器放大器）的OIP3與POUT之間的關系

選擇輸出功率水平

雖然輸出功率水平高達15 dBm時電路的OIP3水平介于35 dBm至40 dBm范圍內，但實際工作時無法實現這一點，尤其在包絡調制方案并非恒定不變的情況下，此類方案往往擁有相對較高的峰均比。為了理解這一點，請檢查電路的輸入電壓與輸出功率傳遞函數，然后考慮IQ調制器輸入端的典型驅動電平。

圖4顯示了使用CW正弦波驅動信號時以輸出功率（dBm）和輸入電壓（V p-p）表示的電路傳遞函數。 ADL5375等IQ調制器通常由雙通道、電流輸出、數模轉換器（DAC）驅動。一般而言，DAC的兩個電流輸出端（標稱范圍是0 mA至20 mA）會通過兩個50Ω電阻接地，并且每個IQ輸入端上會放置兩個100Ω分流電阻DAC在0 dBFS條件下運行時，這對應于IQ調制器上的驅動電平為1 V p-p或0.353 V rms（這里忽略了低通濾波器的插入損耗，該濾波器通常放置在DAC和IQ調制器之間）。這樣就會產生約13 dBm的輸出功率。

圖4. 以輸出功率（dBm）和輸入電平（V p-p差分）

表示的電路傳遞函數

假設IQ調制器的I和Q輸入端如上文所述通過100Ω 電阻端接，則可相對于典型ADI DAC的dBFS驅動電平來繪制輸出功率曲線（見圖5）。因此，0 dBFS的驅動電平對應于1 V p-p，這樣也就產生了與上文所述相同的13 dBm輸出功率。

圖5. IQ調制器I和Q輸入端通過100Ω電阻端接以及未端接情況下以輸出功率和DAC驅動電平表示的電路傳遞函數

圖5還顯示了I和Q輸入端未通過100 Ω電阻端接時電路的傳遞函數。由于得到的DAC電壓驅動電平增加一倍（最大2 Vp-p），因此得到的輸出功率相對于同樣的DAC驅動電平增加了6 dB。

雖然在沒有I和Q端接電阻的情況下電路也可以運行，但這確實為通常放置在DAC和IQ調制器之間的濾波器帶來了一些問題。由于該濾波器一般兩端都會端接，因此最好在IQ 調制器的I和Q輸入端之間放置一些電阻（這些輸入端的未端接輸入電阻值約為60 kΩ）。可利用100 Ω to 1000 Ω 范圍內的電阻值來提高得到的DAC電壓驅動電平和對應的輸出功率。但是，設計DAC和IQ調制器之間的濾波器時要小心謹慎，確保其支持不同的源阻抗和負載阻抗。

如上所述，從圖4和圖5中可以看出，采用1 V p-p正弦波（0dBFS）信號時輸出功率約為13 dBm（I和Q輸入端通過100 Ω電阻端接）。實際上，DAC驅動電平必須略低于0 dBFS，以減少失真（通常為1 dB至2 dB）。除此之外，均方根驅動電平也應該降低一些，具體幅度等于載波調制的峰均比。峰值包絡功率（PEP）與均方根功率之比通常在5 dB（對于類似于QPSK的調制方案，在調制為恒定包絡的特殊情況下則為0 dB）至10 dB（對于更高階的QAM調制方案）范圍內。參見圖6，這表明0 dBm至10 dBm范圍內的輸出功率水平是可行的。

單載波寬帶碼分多址（WCDMA）信號的鄰道功率比（ACPR）已成為評估電路系統級失真（也就是相對于僅依靠IP3和IMD電平的評估）的主流指標。圖6顯示了測得的電路ACPR與輸出功率水平之間的關系。在采用WCDMA信號的情況下，ACPR定義為載波（帶寬3.84 MHz）中的功率與鄰道（通道間隔為5 MHz）中的功率之比，同樣也是在3.84 MHz帶寬條件下測量。該曲線還顯示了同類測量的相間通道功率比，但是載波偏移為10 MHz。

圖6. OIP3和WDCMA ACPR與輸出功率的曲線圖

本例中，信號的PEP與均方根之比約為10 dB（WCDMA信號的峰均比視載波的配置及加載方式而定）。根據該曲線和所需的ACPR級別，在0 dBm至10 dBm范圍內選擇一個輸出功率水平。功率水平低于0 dBm時，ACPR開始取決于電路逐漸降低的信噪比。

常見變化

ADL5320 驅動器放大器的額定工作范圍是400 MHz至2.7 GHz。這樣很方便地涵蓋了 ADL5375 IQ調制器額定頻率范圍的較低部分。在2.3 GHz至4 GHz的頻率范圍內工作時，推薦使用 ADL5321驅動器放大器。 ADL5320 和 ADL5321 都必須調諧至各自的工作頻率范圍內。這兩款器件的數據手冊都包含一些表格，其中提供了針對常用工作頻率進行元件調諧的推薦值。

也可以使用ADL5601或ADL5602，等內部匹配的寬帶增益模塊來在IQ調制器的輸出端提供增益。然而，由于這類器件的OIP3較低（相對于ADL5320和ADL5321而言），因此它們往往決定電路的總體IP3并使其降低。

許多窄帶IQ調制器都可在其工作頻率范圍內提供更高的性z能。例如， ADL5370/ ADL5371/ ADL5372/ ADL5373/ ADL5374。與ADL5375相比，這些窄帶器件可提供更高的增益和OIP3。與ADL5320及ADL5321驅動器放大器搭配使用時，最終結果就是總輸出功率更高，而復合OIP3相似。

ADRF6701/ADRF6702/ADRF6703/ADRF6704系列窄帶IQ調制器集成鎖相環（PLL）和壓控振蕩器（VCO）。這些器件的性能與 ADL5370/ ADL5371/ ADL5372/ ADL5373/ ADL5374系列相似，但集成度更高。

有許多選項可用于驅動IQ調制器的I和Q輸入端。 AD9125 和 AD9122 均為16位雙通道DAC，工作速率分別是1 GSPS和1.2 GSPS。這些器件可用于生成基帶頻譜（以0 Hz為中心）或復數中頻頻譜（通常在100 MHz至200 MHz范圍內）。

電路評估與測試

該電路使用包含 ADL5320驅動器放大器的 ADL5375 評估板 （ ADL5375-05-EVALZ）來實現。此電路板可配置為提供IQ調制器輸出信號，或者復合調制器和放大器信號。此電路板的默認配置是調制器和放大器復合輸出，并且放大器調諧為在1800 MHz至2200 MHz范圍內工作。如上所述， ADL5320 數據冊提供了為支持其它頻率進行電容調諧的值和布放位置。

設備要求

需要以下設備：

ADL5375 評估板 （ ADL5375-05-EVALZ）

兩個RF信號發生器：Agilent 8648C或等效設備，工作頻率為25 MHz和26 MHz

一個RF信號發生器：Agilent 8648C或等效設備，工作頻率約為2 GHz

一個RF頻譜分析儀：Rohde & Schwarz FSIQ、Rohde &Schwarz FSQ、Agilent PSA或等效設備

一個ZFSC-2-2-S+ 180°功率分路器/合成器，Mini-Circuits

一個ZMSCQ-2-50+ 90°功率分路器，Mini-Circuits

兩個ADT2-1T 1:2巴倫，Mini-Circuits

四個ZFBT-6GW-FT+偏置器，Mini-Circuits

設置與測試

圖7顯示了用于IP3測試和功率掃描測試的測試設置。兩個工作頻率分別為25 MHz和26 MHz的RF信號發生器產生的信號通過一個具有良好輸入間隔離的180°分相器/合相器以無源方式合并。接著，該雙音信號被施加到一個90°分相器，該分相器的額定工作頻率范圍是25 MHz至50 MHz。然后，這些分相器輸出再施加到兩個1:2變壓器，從而產生差分輸出信號（分相器的0°輸出應該傳送到IQ調制器的IP和IN輸入端）。這些差分信號再施加到四個偏置器，從而偏置為0.5 V。該網絡由兩個100 Ω 電阻端接（ ADL5375評估板上提供用于這些電阻的焊盤）。

ADL5375的本振（LO）由第三個信號發生器提供，產生0dBm。最終輸出頻率等于輸入RF信號頻率與LO頻率之差。因此，如果雙音信號的頻率為25 MHz和26 MHz，而LO的頻率為2150 MHz，則輸出頻譜會出現在2124 MHz和2125MHz。

也可以使用包含 ADL5375IQ調制器的 AD9122 雙通道DAC評估板（ （ AD9122-M5375-EBZ） 來實現本電路。這種情況下，應將ADL5375 ADL5375 IQ調制器的輸出端連接到獨立的 ADL5320 評估板（ ADL5320-EVALZ）。這種方法的好處是DAC可以生成適當偏置的差分信號，而無需偏置器、分相器和變壓器。

圖7. IP3測試和功率掃描的測量設置