【導讀】在萬物互聯的時代，市場對更高帶寬的需求是永無止境的。現在，范圍約在20GHz至110GHz之間的毫米波頻率變得越來越受歡迎，因為在毫米波頻率下可以獲得更高的帶寬。隨著半導體技術不斷發展，可供使用的毫米波頻率器件也變得越來越多，但是，毫米波器件的測試測量儀器儀表可能非常復雜。如何使儀器儀表解決方案滿足毫米波設備的測試量需求，是通信測試行業面臨的挑戰。
在這類設備的設計中，高性能信號鏈非常關鍵，例如高速轉換器需要具有實現最新技術的寬帶寬發射和接收通道所需的性能，高性能 PLL、正交調制器和解調器、寬帶混頻器、寬帶開關和衰減器，以及完整的收發器、數據轉換器和 RF 組件系列等也扮演著至關重要的角色。作為高性能模擬技術提供商，ADI公司可提供各種滿足通信測試設備需求的解決方案，本文從該公司相幾款核心器件入手分析如何構建儀表級毫米波發射信號鏈。
▼測量性能指標EVM的重要性
誤差矢量幅度 (EVM) 是數字調制準確度的一種標量測量，對于任何數字調制信號源來說都是一項重要的品質因數。在發送器調制器中實現低EVM是很重要，因為一個信號的EVM在通過發送/接收鏈路的每個組件時都將發生劣化。發送器上變頻轉換器、濾波器、功率放大器、接收器、甚至包括通信通道均會損害信號質量。
下圖顯示了無線電器件的EVM浴盆曲線，此曲線顯示了器件在操作功率下的可用動態范圍。由于儀器儀表解決方案的EVM目標通常比大部份標準限值低一個數量級，所以如果將該限值應用于同一器件，就會發現該器件的可用范圍縮小了。如何構建出EVM性能高出標準，是一個不小的挑戰。
▼如何構建數量級差距的優質毫米波測試設備
在大多數情況下，通過元件選型和優化，可以大大改善EVM，但這可能還不夠，通過重新配置系統，可以用噪聲性能換取線性度性能，使曲線向右移動，當然也可以做相反的事情，重新配置系統以獲得更好的噪聲性能，曲線將向左移動，經過重新配置，可以創建一條新的浴盆曲線，如下圖所示，它比原始設計好一個數量級。在這種設置下，設計人員可以使用一個高速數模轉換器、一個毫米波上變頻器、一個超低相位噪聲轉換環路器件和一個放大器來構建毫米波發射鏈。
在該毫米波發射鏈中使用的是復中頻拓撲，因為使用這種復中頻拓撲之后，濾波可以得到簡化，同時能夠實現出色的整體性能。首先使用混合信號前端(MxFE)器件AD9082來創建復中頻，該器件包含4個DAC，每個以12GSPS運行，可以使用內置的數字調制器直接生成復中頻波形。然后將這些相隔90°的中頻信號饋送至ADMV1013，該器件是一個集成式毫米波上變頻器，配有內置的倍頻器和可調諧的LO濾波器。接著使用轉換環路器件ADF4401A生成載波信號，用于上變頻操作，此器件生成的載波信號，具有非常整齊的光譜含量和超低相位噪聲。最后將這個毫米波調制器的輸出連接到毫米波頻率放大器HMC635上，將結果輸出連接至矢量信號分析儀。
另外，使用集成到ADMV1013器件中的LO調零功能，可以大幅降低載波饋通效應，LO饋通消除和邊帶減小將有助于簡化信號鏈所需的濾波器，在這種設置下，邊帶降低了-35dBc，載波饋通降低了﹣30dBc，且無需實施額外校準，通過校準還能實現進一步改善。
再來說說發射鏈上的EVM性能，發射鏈的輸出連接到商用矢量信號分析儀，再次得出測試矢量寬度為100MHz，5G新無線電FR2波形具備256正交波幅調制。如下圖所示，全部頻率上的EVM性能非常好，標準EVM限值約為﹣30dBc，圖中顯示的EVM比標準限值低約15dB，與商用臺式信號發生器相比，使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。注意，對于系統的每種配置會有多個浴盆曲線，在較低功率水平下，信號鏈中的最終放大器被旁路，這有助于使噪聲性能優先于線性度性能。隨著輸出功率提高，將器件配置為線性度性能優先于噪聲性能，由此產生的EVM浴盆曲線要寬得多，這證明，通過重新配置系統，可以提高系統級EVM性能。
▼毫米波發射鏈核心器件解析
AD9082：混合信號前端AD9082是一款高度集成的器件，搭載16位、12 GSPS最大采樣速率的RF DAC內核，以及12位、6 GSPS采樣速率的RF ADC內核，支持4個發射器通道和2個接收器通道，非常適合需要使用寬帶ADC和DAC來處理具有寬瞬時帶寬的信號的應用。
ADMV1013：這是一款專門針對點對點微波無線電設計進行優化的寬帶微波升頻器，其工作射頻 (RF) 范圍為 24 GHz 至 44 GHz。ADMV1013提供兩種頻率轉換模式，能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號直接轉換為 RF，以及從復雜中頻 (IF) 輸入進行單邊帶 (SSB) 升頻轉換。可以禁用基帶 I/Q 輸入路徑，而且可以在 IF 路徑中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范圍內任何頻率的復雜調制 IF 信號并將該信號升頻轉換到 24 GHz 至 44 GHz，同時抑制不需要的邊帶，抑制幅度通常優于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調整正交相位和混頻器柵極電壓，以便實現最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調零。
ADF4401A：一款10fs抖動、DC至8GHz轉換環路，可以實現超低相位噪聲和抖動性能，進而實現儀表級性能，完全集成且內置屏蔽體的緊湊器件，可以減少整體的設計尺寸。使用該器件構建的信號鏈的EVM性能大大優于使用傳統基于PLL的LO構建的信號鏈，此外，與商用臺式信號發生器相比，使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。
HMC635：一款GaAs PHEMT MMIC驅動放大器裸片，工作頻率范圍為18至40 GHz，提供19.5 dB的增益，+29 dBm輸出IP3及+23 dBm的輸出功率（1 dB增益壓縮時），功耗為280 mA（+5V電源），非常適合作為微波無線電應用的驅動放大器，或用作工作頻率范圍為18至40 GHz的混頻器LO放大器，可提供高達+24 dBm的飽和輸出功率(15% PAE)。
▼總結
隨著科技的發展，越來越多的行業和應用開始使用毫米波的頻率，但毫米波測試所需的設備具有極高的性能要求，ADI可提供廣泛的器件來構建儀表級毫米波信號鏈，支持客戶為新興的毫米波市場開發差異化系統。
（來源：亞德諾半導體）
（來源：亞德諾半導體）
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