Schaltungstipp Breitband-Synthesizer mit Quadratur-Demodulator-Interface

Die vorgestellte Schaltung beschreibt den einfachen Anschluss des Breitbandsynthesizers ADF4350 mit integriertem VCO an die Breitband-I/Q-Demodulatoren ADL5380 und ADL5387.

Anbieter zum Thema

ISH Ingenieursozietät GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Analog Devices

Die Schaltung in Bild 1 erläutert den einfachen Anschluss des Breitbandsynthesizers ADF4350 mit integriertem VCO (Voltage-Controlled Oscillator) an die Breitband-I/Q-Demodulatoren ADL5380 und ADL5387 von Analog Devices. Der ADF4350 liefert das Hochfrequenz-LO-Signal (Local Oscillator) mit geringem Phasenrauschen, das für breitbandige I/Q-Demodulatoren erforderlich ist. Die Schaltung eignet sich für Anwendungen, in denen Signale per Quadratur-Mixing hinunter auf das Basisband oder auf eine Zwischenfrequenz gewandelt werden müssen.

Der ADF4350 verfügt über differenzielle HF-Ausgänge. Die Bauteile ADL5380/ADL5387 akzeptieren differenzielle Eingangssignale. Die Schnittstelle zeichnet sich einerseits durch ihre einfache Handhabung aus und bietet zugleich Vorteile in Hinblick auf die Leistungsfähigkeit. Die differenzielle Signalkonfiguration reduziert das Gleichtaktrausch und löscht LO-Harmonische geradzahliger Ordnung aus. Somit wird die Quadraturgenauigkeit des I/Q-Demodulators beibehalten. Darüber hinaus passt der Ausgangspegel des ADF4350 optimal zur Eingangsleistung der Quadratur-Demodulatoren. Ein LO-Pufferverstärker ist somit nicht erforderlich.

Die Ausgänge des ADF4350 decken einen Frequenzbereich von 137,5 bis 4400 MHz ab. Der Frequenzbereich des ADL5387 erstreckt sich von 50 MHz bis 2 GHz, der ADL5380 arbeitet in einem Frequenzbereich von 400 MHz bis 6 GHz. Zwischen den Bauteilen ADL5380 und ADL5387 kann sich der HF-Eingangsbereich von 50 MHz bis 6 GHz erstrecken. Daher überstreicht die Zweichip-Konfiguration in Bild 1 einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 4400 GHz.

Schaltungsbeschreibung

Beim ADF4350 handelt es sich um einen Breitband-Fractional-N- und Integer-N-PLL-Frequenzsynthesizer (Phase-Locked-Loop) für Frequenzen von 137,5 bis 4400 MHz. Das Bauteil verfügt über einen integrierten spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) mit einem Basis-Frequenzbereich von 2200 bis 4400 MHz.

Der ADF4350 erreicht eine hohe Synthesizerleistungsfähigkeit. Je nach Demodulator-Architektur kann jedoch eine LO-Filterung erforderlich sein, um die Einflüsse von Harmonischen von der PLL auf die Quadraturgenauigkeit des I/Q-Demodulators zu minimieren.

Die Quadratur-Demodulatoren decken einen sehr großen Frequenzbereich ab: Beim ADL5387 von 50 MHz bis 2 GHz, beim ADL5380 von 400 MHz bis 6 GHz. Die Bauteile nutzen zwei verschiedene Architekturen, um die 90°-Phasenverschiebung zwischen den I- und Q-Pfaden zu erzeugen. Beim ADL5387 kommt eine Architektur zum Einsatz, bei der der Lokaloszillatoreingang mit der doppelten Frequenz getrieben wird.

Der ADL5380 arbeitet mit einem mehrphasigen, filterbasierten Phasensplitter. Die Mehrphasenarchitektur hat eine schmalere „Fractional“ Bandbreite (d.h., sie arbeitet über weniger Oktaven) und ist gegenüber Phasensplittern mit einem LO-Teiler empfindlicher gegenüber PLL-Harmonischen. Deshalb erfordert der ADL5380 eine Filterung der Harmonischen des LO, um die Quadraturgenauigkeit des I/Q-Demodulators aufrecht zu erhalten. Eine Filterung ist nur für den ADL5387 am oberen Ende seines Frequenzbereichs erforderlich.

Bild 2 zeigt einen vereinfachten Phasensplitter mit 2x LO wie er im ADL5387 implementiert ist. Der 90°-Phasensplit des LO-Pfads wird mit einer Digitalschaltung erreicht, die D-Flipflops und einen Inverter nutzt. Diese Architektur benötigt einen externen LO, der mit der doppelten Frequenz des gewünschten LOs arbeitet.

Bild 3 zeigt die vereinfachte Schaltung eines mehrphasigen Filters erster Ordnung, wie sie im ADL5380 implementiert ist. Die Mehrphasenschaltung besteht aus komplementären RC-Unterschaltungen, die eine Tiefpass-Übertragungsfunktion vom Eingang zu einem Ausgang sowie eine Hochpass-Übertragungsfunktion zum anderen Ausgang repräsentieren. Falls die R- und C-Werte der zwei Mehrphasenpfade aufeinander abgestimmt sind, haben beide Pfade die gleiche Eckfrequenz und die Phase eines Ausgangszweigs zum anderen ist um 90° versetzt.

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