以下文章將介紹Maxim新型LO緩沖器/分路器系列MAX9987和MAX9990的特性和功能。本文介紹了指定的參數(shù)及其對蜂窩基站等系統(tǒng)應(yīng)用的重要性和影響，并以實(shí)際應(yīng)用電路結(jié)束，該電路配置緩沖器/分配器電路以調(diào)整模擬和數(shù)字輸出功率電平以及補(bǔ)償溫度波動(dòng)。

介紹

在當(dāng)今競爭激烈的市場中，無線基站設(shè)計(jì)人員面臨著降低產(chǎn)品成本同時(shí)保持卓越無線電性能的艱巨任務(wù)。通過減少DM（直接材料）支出、零件數(shù)量、設(shè)計(jì)時(shí)間、性能可變性以及設(shè)計(jì)系統(tǒng)故障，可以降低成本。與此同時(shí)，蜂窩運(yùn)營商需要更高密度的系統(tǒng)，將兩到四倍的硬件封裝到當(dāng)前基站的占用空間中。

一種常見的解決方案是在整個(gè)接收和發(fā)送陣容中采用更高程度的電路集成。MAX9987/MAX9990系列LO緩沖器/分路器就是為了這一目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。這些組件通過提供出色的 P 提高了 LO 驅(qū)動(dòng)器陣容的性能外方差控制、隔離和噪聲性能 - 優(yōu)化無源混頻器設(shè)計(jì)的所有關(guān)鍵參數(shù)。

下面概述了典型的LO驅(qū)動(dòng)電路，并描述了MAX9987/MAX9990系列器件如何針對幾乎任何LO驅(qū)動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。

與LO驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)相關(guān)的挑戰(zhàn)

典型的LO系列需要一個(gè)緩沖放大器來隔離和驅(qū)動(dòng)無源混頻器與輸出功率相對較低的VCO。大多數(shù)無源混頻器需要+14dBm至+20dBm的驅(qū)動(dòng)電平。然而，VCO信號(hào)的簡單放大不足以優(yōu)化混頻器性能。任何LO系列的一個(gè)關(guān)鍵要求是，無論溫度、電壓和VCO驅(qū)動(dòng)變化如何，都要保持標(biāo)稱驅(qū)動(dòng)電平。未能控制LO驅(qū)動(dòng)器差異會(huì)導(dǎo)致接收器靈敏度和IP3性能下降。對于發(fā)射鏈，LO驅(qū)動(dòng)差異也會(huì)影響輸出功率、IP3和相應(yīng)的ACPR。

LO驅(qū)動(dòng)電路中遇到的大多數(shù)差異與VCO的輸出特性直接相關(guān)。VCO的輸出功率通常變化高達(dá)±3dB，具體取決于溫度、頻率和器件間的差異。表 1 詳細(xì)介紹了這些差異貢獻(xiàn)者中的每一個(gè)。

如圖所示，VCO器件間的差異是LO驅(qū)動(dòng)電路功率差異的最重要因素。然而，一個(gè)好的LO驅(qū)動(dòng)電路試圖用一個(gè)通用的解決方案來解決所有差異。

傳統(tǒng)解決方案

分立解決方案通常用于當(dāng)今的高功率分集和單分支LO驅(qū)動(dòng)電路（見圖1）。這些電路中的絕大多數(shù)使用至少一個(gè)放大器，該放大器被硬驅(qū)動(dòng)到飽和狀態(tài)。通過將安培推入壓縮狀態(tài)，無論P(yáng)的變化如何，都能提供相對穩(wěn)定的輸出驅(qū)動(dòng)水平在、溫度和電源電壓。

圖1.使用MAX9987/MAX9988 LO緩沖器/分路器的典型應(yīng)用電路

然而，這些分立式解決方案的缺點(diǎn)是它們相對笨重，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)人員使用集總或分布式Wilkinson分路器作為功率分配器的表示時(shí)。此外，如表2所示，器件數(shù)量可能很重要。

MAX9987/MAX9990替代方案

如圖1所示，MAX9987/MAX9988取代了四個(gè)分立放大器、一個(gè)無源分路器和耦合器，以及數(shù)十個(gè)偏置元件。這種高集成度使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)O驅(qū)動(dòng)電路的整體尺寸減小2.5倍，同時(shí)將器件數(shù)量減少多達(dá)41%。表2更詳細(xì)地介紹了該器件與其分立等效器件的對比情況。

這些組件非常適合蜂窩/GSM/DCS/PCS 和 UMTS 基站應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，分集發(fā)射和接收陣容需要雙、高級 LO 驅(qū)動(dòng)器。單路輸出版本，即MAX9989/MAX9990，同樣可用于單支路系統(tǒng)。每個(gè)器件的核心是片內(nèi)緩沖電路，該電路提供40dB的輸出至輸入隔離度以防止LO牽引，并提供30dB的輸出至輸出隔離度，以減少分支間干擾。另外，MAX9987/MAX9990具有板載PLL放大器，為預(yù)分頻器反饋提供方便的+3dBm輸出。MAX9987/MAX9990系列的每個(gè)成員都采用非常小、引腳兼容的5mm x 5mm QFN-20封裝。

MAX9987/MAX9990的標(biāo)準(zhǔn)配置

MAX9987–MAX9990系列LO緩沖器/分路器專門設(shè)計(jì)用于在整個(gè)溫度（-1°C至+40°C）范圍內(nèi)提供優(yōu)于±85dB的LO驅(qū)動(dòng)控制，P在（±3dB） 和 V供應(yīng)（5±0.25V）;所有這些都無需使用外部校準(zhǔn)或控制。

圖2描繪了P之間的基本關(guān)系外和 P在用于MAX9987/MAX9990的典型應(yīng)用電路。如圖所示，該器件能夠在相對較大的P上提供±1dB的方差控制在擺幅為 ±3dB。設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是提供標(biāo)稱水平 P在用于MAX9987/MAX9990。確定此標(biāo)稱水平后，所有方差控制（包括部件間差異）， 由 IC 直接處理。

圖2.MAX9987/MAX9990輸出功率特性采用典型應(yīng)用電路（標(biāo)稱P外設(shè)置為 +17dBm）。

標(biāo)稱輸出電平為+17dBm，如圖2所示。但請注意， MAX9987/MAX9990還具有一個(gè)特性，設(shè)計(jì)人員可以通過實(shí)現(xiàn)四個(gè)外部偏置電阻來精確設(shè)置輸出功率電平。實(shí)際上，這些電阻決定了芯片內(nèi)部放大器的偏置程度。指定的輸出功率電平可在+14dBm至+20dBm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，具體取決于所選的電阻設(shè)置。（參見圖3;MAX9987/MAX9990數(shù)據(jù)資料也可提供其它細(xì)節(jié)）。

圖3.P外使用MAX9987/MAX9990偏置功能進(jìn)行電平控制

利用MAX9987/MAX9990的偏置特性補(bǔ)償LO驅(qū)動(dòng)電路中的器件間變化

對于大多數(shù)LO驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，±1dB的方差控制足以優(yōu)化混頻器性能。但是，在某些情況下，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)將此方差限制在更低的限值是可取的。

下面介紹的技術(shù)通過擴(kuò)展MAX9987/MAX9990的功能，使標(biāo)稱輸出電平精確到0.05dB以內(nèi)，從而迎合了這種應(yīng)用。這種調(diào)整允許設(shè)計(jì)人員校準(zhǔn)導(dǎo)致輸入驅(qū)動(dòng)電平差異的器件間差異。在典型的LO驅(qū)動(dòng)電路中，VCO的器件間變化為±2dB，可以完全消除。剩下的只是一個(gè)非常可管理的增量，在整個(gè)溫度和電壓范圍內(nèi)小于±0.5dB，以P的校準(zhǔn)值為中心。外.

校準(zhǔn)過程由MAX9987/MAX9990的可編程P提供。外特征。無需使用固定電阻，而是可以通過施加到基準(zhǔn)引腳的電壓直接控制輸出功率。這種類型的控制提供了隨時(shí)修改輸出功率的選項(xiàng)，并適合在校準(zhǔn)測試期間實(shí)施的動(dòng)態(tài)調(diào)整。所提出的方法如圖4所示，允許在生產(chǎn)環(huán)境中測試和設(shè)置輸出功率電平。本文末尾建議了其他可能的實(shí)現(xiàn)。

圖4.MAX9989/MAX9990（單路輸出版本）的RF檢測和DAC功率控制電路。

出于演示目的，設(shè)計(jì)目標(biāo)如圖4所示 用于在MAX17上設(shè)置（高精度）9989dBm的輸出功率電平。其他輸出功率電平也是可能的，具體取決于施加到基準(zhǔn)引腳的偏置電平。此外，該技術(shù)可應(yīng)用于MAX9987/MAX9990系列的任何成員。

為了測試該電路，使用+7dBm恒定在900MHz的RF源來驅(qū)動(dòng)MAX9989。圖5顯示了該特定電路中RF輸出與DAC電壓的測量傳遞函數(shù)。該電路的實(shí)驗(yàn)室測量表明，MAX9989的輸出功率可以微調(diào)，精度為0.05dB。應(yīng)該注意的是，對于該特定電路，17dBm的標(biāo)稱電平（輸送到負(fù)載）對應(yīng)于320mV的DAC電壓。校準(zhǔn)端口上使用的耦合器從MAX7分接-4.9989dBm的功率，因此設(shè)計(jì)人員需要將器件上的偏置驅(qū)動(dòng)得更高一些，以補(bǔ)償0.3dB耦合器損耗。

圖5.測得的MAX9989的RF功率與控制電壓的關(guān)系。

下面列出了圖 4 中所示實(shí)現(xiàn)的一些關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

DAC選擇：如果使用10位DAC設(shè)置0至1.25V之間的電壓，則控制分辨率為：

控制約為0.02dB/mV，因此分辨率實(shí)際上為0.02dB（這對于我們0.05dB控制的目標(biāo)來說綽綽有余）?？梢允褂?位DAC來提供足夠的分辨率，具體取決于應(yīng)用的目標(biāo)。為簡化測量，圖5所示曲線使用集成在MAX1407中的DAC（片上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）生成。其他獨(dú)立DAC，如2通道、3線接口、8位MAX519，也適用于這種類型的控制。

DAC基準(zhǔn)：圖1407中使用的MAX4具有1.25V內(nèi)部基準(zhǔn)，用于Maxim的內(nèi)部測試。如果使用花樣DAC，可以使用MAX9989的內(nèi)部1.5V基準(zhǔn)源（器件第5引腳提供）。

低通濾波器：低通濾波器用于抑制飽和放大器產(chǎn)生的任何二階或高次諧波分量。直接測量負(fù)載RF功率時(shí)，還應(yīng)使用低通濾波器。在這種情況下，使用了2MHz同軸濾波器。

其他變體

還可以進(jìn)一步增強(qiáng)圖4中的電路;下面提出了四種其他可能性：

將輸出功率設(shè)置為17dBm以外的電平：設(shè)計(jì)人員可能希望將輸出功率精確設(shè)置為+14至+17dBm之間的電平。為此，將引腳6（BIASIN）連接到圖2所示的電阻R4和R4。建議的R2和R4值見MAX1數(shù)據(jù)資料表9989。

寬范圍功率變化：在寬范圍內(nèi)調(diào)整MAX9987/MAX9990的功率電平可能比在特定電平上設(shè)置精度更有意義。如上所述，該器件的輸出功率電平可在+14至+20dBm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。DAC控制可用于通過用戶控制實(shí)現(xiàn)這些輸出功率電平。為了擴(kuò)展控制范圍，建議提高或降低引腳6和7上的偏置電壓，而不是僅提高或降低引腳7上的偏置電壓。由于每個(gè)引腳需要不同的偏置，因此建議設(shè)計(jì)人員在此實(shí)現(xiàn)中使用兩個(gè)獨(dú)立的DAC。有關(guān)施加到引腳 3 和 6 的理想電壓的詳細(xì)信息，請參閱圖 7。

溫度控制：用量P外如果設(shè)計(jì)人員能夠考慮環(huán)境溫度的變化，則可以進(jìn)一步減小方差。如圖6和圖7所示，可以將溫度傳感器連接到MAX9989的偏置控制?？梢詫?shí)現(xiàn)正或負(fù)溫度斜率，允許用戶設(shè)置功率/溫度曲線，以提取下一個(gè)RF級的最佳質(zhì)量。

圖6.使用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

圖7.使用模擬技術(shù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

實(shí)時(shí)閉環(huán)控制回路：可以采用閉環(huán)控制系統(tǒng)來提高精度。圖8顯示了使用模擬集成電路的一種可能實(shí)現(xiàn)方案。

圖8.模擬閉環(huán)控制。

結(jié)論

無論采用何種方案，MAX9987/MAX9990都是提供具有出色性能的高電平LO驅(qū)動(dòng)的理想器件。外差異控制。通過使用這些器件，基站設(shè)計(jì)人員可以顯著提高其LO驅(qū)動(dòng)電路的性能，同時(shí)僅使用當(dāng)前元件數(shù)量和電路板占位面積的一小部分。這些進(jìn)步將幫助設(shè)計(jì)人員滿足當(dāng)今基站運(yùn)營商日益增長的需求。

審核編輯：郭婷