電路為寬帶直接變頻發射機模擬部分的完整實施方案（模擬基帶輸入、RF輸出）。通過使用鎖相環（PLL）和寬帶集成電壓控制振蕩器（VCO），本電路支持500MHz至4.4GHz范圍內的RF頻率。PLL中的本振（LO）執行諧波濾波，確保提供出色的正交精度、邊帶抑制和低誤差矢量幅度（EVM）。低噪聲、低壓差調節器（LDO）確保電源管理方案對相位噪聲和EVM沒有不利影響。這種器件組合可以提供500MHz至4.4GHz頻率范圍內業界領先的直接變頻發射機性能。

　　圖1：直接變頻發射機（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）。

　　圖2:CN-0285直接變頻發射機評估板。

　　電路描述

　　圖1所示電路使用完全集成的小數N分頻PLL ICADF4351和寬帶發射調制器ADL5375.ADF4351向發射正交調制器ADL5375提供LO信號，后者將模擬I/Q信號上變頻為RF信號。兩個器件共同提供寬帶基帶I/Q至RF發射解決方案。ADF4351采用超低噪聲3.3VADP150調節器供電，以實現最佳LO相位噪聲性能。 ADL5375則采用5VADP3334LDO供電。ADP150 LDO的輸出電壓噪聲僅為9μVrms，有助于優化VCO相位噪聲并減少VCO推壓的影響（等效于電源抑制）。

　　需要對ADF4351 RF輸出進行濾波，以衰減諧波水平，使ADL5375正交產生模塊的誤差最小。依據測量和仿真得知，奇次諧波對正交誤差的貢獻大于偶次諧波；如果將奇次諧波衰減至？30dBc以下，則可以實現？40dBc或更好的邊帶抑制性能。ADF4351數據手冊給出了其二次諧波（2H）和三次諧波（3H）水平，如表 1所示。為使三次諧波低于-30dBc，大約需要衰減20dB.

　　表1:ADF4351 RF輸出諧波水平（未經濾波）。

　　本電路提供四種不同的濾波器選項，以適應四個不同的頻段。這些濾波器設計采用100Ω差分輸入（ADF4351 RF輸出經適當匹配）以及50Ω差分輸出（ADL5375 LOIN差分阻抗）。并采用切比雪夫響應，以獲得最佳濾波器滾降，但通道紋波會增多。濾波器原理圖如圖3所示。這種拓撲結構十分靈活，既可以使用全差分濾波器，使器件數量最少，也可以對各路輸出使用一個單端濾波器，或者綜合運用以上二者。我們發現，對于較高頻率（》2GHz），兩個單端濾波器的串聯電感值是全差分濾波器電感值的兩倍，因而器件寄生效應的影響得以減小，可提供最佳性能。對于較低頻率（《2GHz），全差分濾波器足以滿足需要。

　　圖3:ADF4351 RF輸出濾波器原理圖。

　　ADF4351輸出匹配包括ZBIAS上拉電阻，電源節點的去耦電容也起到一定的作用。為實現寬帶匹配，建議使用阻性負載（ZBIAS=50Ω），或者將一個阻性負載與ZBIAS的電抗性負載并聯。后者提供的輸出功率稍高，具體取決于所選的電感。

　　可以將并聯電阻作為差分元件（即100Ω）放置在C1c位置上，以最大程度減少電路板占位空間（見表2中的B型濾波器）。將濾波器設計成截止頻率約為目標頻段中最高頻率的1.2至1.5倍。該截止頻率允許設計留有一定余量，因為通常截止頻率會由于寄生效應而低于設計值。印刷電路板（PCB）寄生效應可以在電磁（EM）仿真工具中進行仿真，以提高精度。

　　表2:ADF4351 RF輸出濾波器元件值（DNI=不插入）。

　　從表2可以看出，在1250MHz以下的較低頻率時，需要一個五階濾波器。對于1.25GHz至2.8GHz的頻率，三階濾波器便足夠。對于2.8GHz以上的頻率，由于此時諧波水平非常低，足以滿足邊帶抑制要求，因此無需濾波。

　　圖4:B型濾波器的邊帶抑制（850MHz至2450MHz）。

　　圖5:EVM圖。

　　對于使用B型濾波器（800MHz至2，400MHz）的電路，其邊帶抑制性能與頻率的關系如圖4所示。此次掃描的測試條件如下：基帶I/Q幅度=1Vp-p差分正弦波與500mV（ADL5375-05）直流偏置正交。基帶I/Q頻率（fBB）=1MHz.EVM衡量數字發射機或接收機的性能質量，反映幅度和相位誤差所導致的實際星座點與理想位置的偏差（見圖5）。表3給出了有濾波器和無濾波器兩種情況下的EVM測量結果。本例中，基帶I/Q信號是利用3GPP測試模型4，使用Rhode & Schwarz AMIQ I/Q調制發生器，通過差分I和Q模擬輸出產生。

　　表3：單載波W-CDMA復合EVM結果：ADF4351 RF輸出端有濾波器和無濾波器兩種情況對比（根據3GPP規范測試模型4測量）。

　　另外還使用了B型濾波器。圖6為EVM測試設置的框圖。為了進行比較，還測量了 ADF4350.ADF4351由于帶內PLL噪聲性能改善產生較低的EVM可參見表3.其他改善EVM的因素有：ADF4351較低的鑒頻鑒相器（PFD）雜散水平。

　　圖6:EVM測量設置（原理示意圖）。

　　以差分方式驅動ADL5375 LO輸入，除了可以改善邊帶抑制和EVM之外，還具有性能優勢。與單端LO驅動相比，這一優勢提高了調制器輸出OIP2性能2dB至5dB.請注意，多數外部VCO僅提供單端輸出，因此ADF4351采用差分輸出優于使用外部VCO.圖7顯示使用850MHz至2450MHz濾波器（B型濾波器）的邊帶抑制結果。

　　圖7:850MHz至2450MHz、B型濾波器的邊帶抑制結果。

　　常見變化

　　當單個濾波器無法完成所需的寬帶操作時，可以使用ADF4351的輔助輸出，在兩種類型的濾波器之間切換（見圖8）。使用一個RF雙刀四擲開關（DP4T）選擇濾波器1或濾波器2的差分輸出。

　　圖8：利用ADF4351的主輸出和輔助輸出實現濾波器切換的應用圖。

　　電路評估與測試

　　EVAL-CN0285-EB1Z評估板包含CN-0285中描述的電路，可以快速完成設置并評估電路性能。EVAL-CN0285-EB1Z板的控制軟件使用標準ADF4351編程軟件，該軟件包含在評估板附帶的光盤上。