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MAX
零中频I/Q调制器/解调器
1.概述
MAX2021是一款低噪声、高线性度、直接上变频/下变频、正交调制/解调器,适用于手持RFID、便携式读卡器以及750MHz至1200MHz的单载波/多载波GSM/EDGE、CDMA2000®、WCDMA和iDEN®基站。
与传统的二次变频结构相比,直接变频结构可显著降低发射/接收机成本,减小系统尺寸、降低功耗。
除了高线性度和低噪声优势外,MAX2021还具备很高的集成度。
器件包括:
两路匹配的无源混频器用于正交调制/解调、两路LO缓冲放大器和一路LO正交分配器。
另外,芯片还内置非平衡变压器,允许RF和LO单端输入。
作为附加功能,芯片内部还集成了基带输入匹配电路,可直接与发送DAC连接,省去了昂贵的I/Q缓冲放大器。
MAX2021采用单+5V供电,提供结构紧凑的36引脚TQFN(6mmx6mm)封装,底部带有裸焊盘。
在-40°C至+85°C范围内确保电气特性。
2.关键特性
•750MHz至1200MHzRF频率范围
•可选择功率模式:
通过外部电阻设置器件工作在低功耗/低性能模式
•36引脚、(6mmx6mm)、TQFN封装,提供高隔离度
调制器性能:
•满足4载波WCDMA的65dBcACLR要求
•OIP3典型值:
+21dBm
•OIP2典型值:
+58dBm
•OP1dB典型值:
+16.7dBm
•LO泄漏典型值:
-32dBm
•边带抑制典型值:
43.5dBc
•输出噪声谱密度:
-174dBm/Hz
•DC至550MHz基带输入可直接与DAC连接,减少了I/Q缓冲器的成本
•直流耦合输入允许用户控制失调电压
解调器性能:
•IIP3典型值:
+35.2dBm
•IIP2典型值:
+76dBm
•IP1dB典型值:
>30dBm
•转换损耗典型值:
9.2dB
•NF典型值:
9.3dB
•I/Q增益平衡:
0.06dB
•I/Q相位平衡:
0.15°
3.芯片结构
3.1引脚配置/功能框图
引脚说明
引脚
名称
功能
1,5,9-12,14,16-19,22,
24,27-30,32,34,35,36
GND
地
2
RBIASLO3
第三级本振(LO)放大器偏置,通过一个332Ω的电阻接地
3
VCCLOA
本振(LO)输入缓冲放大器的电源,在尽可能靠近引脚处用33pF和0.1uF的电容旁路到地
4
LO
本振输入,50Ω输入阻抗
6
RBIASLO1
第一级本振(LO)放大器偏置,通过一个432Ω的电阻接地
7
N.C.
无连接,悬空
8
RBIASLO2
第二级本振(LO)放大器偏置,通过一个619Ω的电阻接地
13
VCCLOI1
1信道第一级本振(LO)放大器电源,在尽可能靠近引脚处用33pF和0.1uF的电容旁路到地
15
VCCLOI2
1信道第二级本振(LO)放大器电源,在尽可能靠近引脚处用33pF和0.1uF的电容旁路到地
20
BBI+
基带I通道同相端口
21
BBI-
基带I通道反相端口
23
RF
RF端口
25
BBQ-
基带Q通道反相端口
26
BBQ+
基带Q通道同相端口
31
VCCLOQ2
Q信道第二级本振(LO)放大器电源,在尽可能靠近引脚处用33pF和0.1uF的电容旁路到地
33
VCCLOQ1
Q信道第一级本振(LO)放大器电源,在尽可能靠近引脚处用33pF和0.1uF的电容旁路到地
EP
GND
裸露接地焊盘,该裸露焊盘必须通过多个过孔连接到地层
4.详细介绍
MAX2021是专为在同相(I)和正交(Q)基带的输入在650MHz到1200MHz的RF频率范围中的上变频差。
该设备还可以被用作一个解调器,将RF输入信号下变频到基带的直接。
应用包括RFID手持设备和门户网站的读者,以及单载波和多载波GSM/EDGE,CDMA2000,WCDMA和iDEN基站。
直接转换架构是有利的,因为他们大大降低发射机或接收机成本,元件数量和功耗相比传统基于IF的双转换系统。
MAX2021集成了内部的非平衡变压器,一个LO缓冲器,分相器,两个LO驱动器放大器,两个匹配的双平衡无源混频器和宽带正交组合。
该MAX2021的高线性组合-ERS,在结合部分的精确的同相和正交信道匹配,使设备的POS-SESS优异的动态范围,ACLR,1dB压缩点,和LO和边带抑制特性tics。
这些特性使MAX2021四载波WCDMA业务的理想选择。
4.1LO缓冲器,LO输入巴伦,分相器
MAX2021需要一个单端LO输入,标称功率为0dBm。
一个内部低损耗巴伦在LO输入LO缓冲器输入到差分信号转换单端LO信号。
此外,内部的平衡-不平衡转换器相匹配的缓冲器的输入阻抗为50Ω,在整个工作频带。
LO缓冲器的输出经过分相器,它产生的第二LO信号是相对于原来的90°转向。
在0°和90°LO信号驱动器的I和Q混频器。
4.2LO驱动器
分相器后,在0°和90°的LO信号分别由两级放大器放大,驱动器的I和Q混频器。
的放大的电平的LO信号,以补偿在LO驱动电平的任何变化的。
这两个阶段的LO放大器允许较宽的输入功率范围为LO驱动器。
MAX2021可以容忍为-6dBm至+3dBm的LO电平摆幅。
4.3I/Q调制器
MAX2021调制器组成的一对匹配的双平衡无源混频器和平衡-不平衡转换器。
I和Q差分基带输入接受信号从DC到550MHz差分振幅4VP-P。
宽输入带宽允许的MAX2021作为一个直接射频调制器或作为操作镜像抑制混频器。
宽共模合格范围允许直接接口与基带DAC的。
没有有效的缓冲电路之间需要基带DAC和MAX2021用于CDMA2000和WCDMA应用。
该I和Q信号直接调制在0°和90°LO信号上变频到RF频率。
通过平衡-不平衡转换器的I和Q混频器的输出相结合,以产生一个单端的RF输出。
5.应用信息
5.1LO输入驱动
MAX2021的LO输入在内部匹配到50Ω,需要一个单端驱动器在750MHz至1200MHz的频率范围。
集成了巴伦,单端输入信号LO缓冲差分输入到差分信号转换。
外部隔直流电容器是唯一在此界面所需的外部零件。
LO输入功率应在-6dBm至+3dBm范围。
的LO输入功率为-3dBm的建议为最佳表现评估。
5.2调制器基带I/Q输入驱动器
驱动器MAX2021I和Q基带输入为最佳性能差异。
基带输入差分输入阻抗有53Ω。
I和Q输入的最佳源阻抗是100Ω差分。
该源阻抗实现最佳的信号传送到I和Q输入,和最佳输出射频阻抗匹配。
MAX2021可以接受最多至+20dBm的输入功率电平上的I和Q输入。
操作复杂的波形,如CDMA运营商或GSM信号,利用远远低于输入功率电平。
这种低功耗运行作出必要的高峰值平均比这些复杂的波形。
的峰值信号必须保持在低于MAX2021的压缩级别。
四个基带端口需要某种形式的DC回报,建立一个共同的模式,芯片上的电路驱动器。
这样就可以实现直接直流耦合到基带端口(入住±3.5V的共模范围内的),通过一个电感接地,或通过一个低阻值的电阻到地。
MAX2021是一款被设计为直接与Maxim高速DAC接口。
这会产生一个理想的总发射阵容,以最小的辅助电路元件。
这种DAC包括双DAC的MAX5875系列,MAX5895双插DAC。
这些DAC具有接地参考的差分电流输出。
典型终止成50Ωloadresistor的接地每个DAC输出,10mA的额定直流输出电流结果到0.5V的共模DC水平调制器的I/Q输入。
由DACs标称信号电平在-12dBm的范围内为一个单一的CDMA或WCDMA载波,降低至-18dBm的每个载波的四载波应用程序。
在I/Q输入带宽是大于50MHz的反应在0.1分贝。
直接连接的DACMAX2021确保最大的信号保真度,与没有限制性能所需的基带放大器。
该DAC输出可以通过通过一个低通滤波器去除图像频率从DAC的输出响应。
双内插DACMAX5895可以工作在最高以x8插值率。
这样做的好处的的DAC图像的频率移动到一个非常高的,远程的频率,缓和的基带滤波器的设计。
DAC的输出的本底噪声和内插滤波器的阻带衰减足够好,以确保满足3GPP的本底噪声的要求大的频率偏移量,例如,60MHz的与没有过滤需要在调制器的RF输出。
图1示出接口的MAX2021Maxim的DAC(在这种情况下,MAX5895双16位内插调制DAC)和与MaximVGA和VCO/合成器集成电路的方便性和效率。
MAX5895DAC有可编程增益和偏移控制内置英寸这些可以被用来优化的MAX2021正交调制器的LO泄漏和边带抑制的差。
5.3RF输出
MAX2021利用内部的无源混频器的架构,使设备具有一个非常低的输出噪声层。
在这样的架构下,总输出噪声是一个典型的功率总和的理论热噪声(KTB)和片上LO缓冲器电路的噪声贡献。
表现在典型的工作特性,较低的输出功率水平接近的热限制MAX2021的输出噪声为-174dBm/Hz。
随着输出功率的增大,噪声电平跟踪LO缓冲器电路,这是约-168dBc/Hz的噪声贡献。
图1。
发射机阵容
图2。
双工器网络为GSM900变送器的应用推荐
在I/Q输入功率电平,设备的插入损耗,确定RF输出功率电平。
输入功率为交付的输入I和Q的内部50Ω终止电压的函数。
对于简单的正弦基带信号的I和Q输入的查询结果中的-17dBm的输入功率电平传送到的I和Q的内部50Ω终端,电平89mVPP差分。
这将导致在一个射频输出功率为-23.2dBm。
5.4外部双工器
在RF端口LO泄漏可清零的电平小于-80dBm传输通过引入上面的I和Q端口的DC偏移。
然而,这种空在RF端口可以妥协由不当终止I/Q中频接口。
必须小心,以匹配的I/Q端口驱动的DAC电路。
不匹配的情况下,劳的第二个的顺序(2fLO)短期可能会泄漏到调制器的I/Q输入端口,它可以混合使用内部LO在RF输出信号产生更多的LO泄漏。
这种泄漏有效地抵消对LO归零。
此外,LO信号反映在I/Q,IF端口产生的残余DC术语,可以扰乱归零条件。
作为展示了在图2中,在每个提供一个RC终止之后的I+,我-,Q+,Q-端口在RF端口减少的LO泄漏本量根据不同温度,LO频率,基带驱动条件。
有关详细信息,请参阅典型工作特性。
请注意,电阻值被选择为100Ω的转角频率1/(2πRC)选择适当过滤FLO和2f的LO泄漏,但不影响基带频率最高的基带响应的平坦性。
该共模FLO和2fLO信号在I+/I-和Q+/Q地看到的RC网络,从而成为50Ω终止的情况下(R/2)。
该RC网络提供了一个路径用于吸收2FLO和FLO泄漏,而电感提供高阻抗FLO和2fLO到帮助的双工过程。
5.5RF解调器
MAX2021也可以被用来作为一个RF解调器(参见图3),将RF输入信号下变频到基带的直接。
接受单端RF输入功率高达+30dBm的信号从650MHz至1200MHz的。
无源混频器架构产生转换损耗通常9.2分贝的。
下变频器优化的高线性度和卓越的噪声性能,通常与一个+35.2dBm的IIP3,P1dB为大于+30dBm的和9.3分贝的噪声系数。
宽I/Q端口带宽允许的端口被用作一个镜像抑制混频器下变频正交IF频率。
RF和LO输入内部匹配到50Ω。
因此,需要无匹配元件,只隔直流电容器所需要的接口。
5.6解调器输出端口注意事项
就像在调制器的情况下,需要某种形式的DC返回的4个基带端口建立一个共同的模式,芯片上的电路,驱动器。
这样就可以实现直接直流耦合到基带端口(入住±3.5V的共模范围内的),通过一个电感接地,或通过一个低阻值的电阻到地。
图4显示了一个典型的网络,将用于连接到解调器操作每个基带端口。
这个网络提供了一个共同的模式DC回报,实现了高频率双工器终止不必要的RF条款,还亲志愿组织可能带来的阻抗基带放大器阻抗变换。
网络的Ca,Ra,La和Cb形成一个高通/低通网络到负载,同时传递所需的较低的中频频率终止频率高。
LA,LB,CB,CC,LC,CD提供了一个可能的阻抗变压器。
根据不同的阻抗变换和所需的带宽,更少数量的元素都可以使用。
建议使L和Cb总是被使用,因为它们是高的频率双工器的一部分。
如果功率匹配不关心,那么这将减少的元素只是双工器。
电阻RB提供了一个DC返回到设置共模电压。
在这种情况下,由于芯片上的电路,该电压将是大约0V的直流。
它也可以被用于减少下一阶段的负载阻抗。
电感Ld可以提供一点高频增益峰值宽带IF系统。
电容CE是DC模块。
典型值1.5pF的,50Ω,11nH和4.7pF,钙,镭,香格里拉,和CB。
这些值可以改变取决于在LO,RF和IF的使用频率。
电阻Rb是在50Ω到200Ω范围
图4中的电路不会允许LO泄漏RF端口归零。
根据LORF泄漏要求,可能需要微调电压
推出基带口空的LO泄漏。
图3。
MAX2021解调器配置
图4。
典型的过滤基带端口和DC返回网络
图5。
解调器结合图
5.7功率调节偏置电阻的变化
微调电阻器R1,R2,和R3的LO缓冲器的偏置电流进行了优化。
Maxim建议使用±1%公差的电阻,但是,标准的±5%±1%的组件可以使用,如果没有现成的值。
典型应用电路中的电阻值被选为整个650MHz至1200MHz的频段,提供峰值性能。
如果需要,该电流可以备份从这个标称值,通过选择不同的R1,R2,和R3的值。
表1和表2列出的性能折衷,可以预期这些偏置电阻的各种组合。
正如表内,不同的工作频率,性能权衡可能会更加明显。
更多详细信息,请与工厂联系。
5.8布局的注意事项
设计合理的PCB是任何射频/微波电路的重要组成部分。
保持RF信号线尽可能的短,以减少损失,辐射和电感。
为了获得最佳性能,路线,接地引脚裸露焊盘的痕迹直接向包下。
PCB裸露焊盘必须连接到地平面的PCB。
有人建议,可以使用多个过孔,此焊垫连接到较低级别的接地平面。
这种方法提供了良好的RF/热传导路径的设备。
将裸露焊盘焊接器件封装到PCB的底部。
MAX2021评估套件,可以用来作为一个参考电路板布局。
Gerber文件可以请求
表1中。
典型性能权衡电流调制模式的函数
5.9电源旁路
正确电压的电源旁路高频电路的稳定性是至关重要的。
绕道所有VCC_引脚33PF和0.1μF电容置于尽可能靠近引脚。
最小的电容应放置在最近的移动设备。
为了达到最佳的性能,使用良好的的电压电源布局技术。
MAX2021有几个RF处理的阶段使用各种VCC引脚的,而他们有片上脱钩,片外它们之间的相互作用,可能会降低增益,线性度,载波抑制和输出功率控制范围。
过度阶段之间的耦合可能降低的稳定。
5.10裸露焊盘RF/散热注意事项
MAX2021的36引脚TQFN-EP封装的EP的模具提供了低热阻路径。
重要的是,该IC安装在印刷电路板被设计成从该接触进行热。
此外,EP提供低电感射频设备的接地路径。
裸露焊盘(EP)必须被焊接到PCB上的一个地平面,无论是直接或通过数组的镀通孔。
9个通孔的阵列,在一个3×3阵列,提出了建议。
垫焊接到地面的关键有效的热传递。
尽可能使用稳固的地平面。
表2中。
作为一个功能的解调模式电流消耗的典型性能权衡
5.11应用电路
MAX2021:
典型工作电路
MAX2021:
典型工作电路PCB图
5.12适用范围
•电缆调制解调器终端系统(CMTS)
•数字与扩频通信系统
•固定宽带无线接入
•GSM850/GSM900EDGE基站
•微波链路
•军用系统
•预校正发送器与接收器
•RFID手持产品或入口读卡器
•单载波与多载波cdmaOne™和cdma2000基站
•单载波与多载波WCDMA850基站
•视频点播(VOD)与DOCSIS®兼容的边沿QAM调制
•WiMAX发射机与接收机
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