基于CMX993的正交調制發(fā)射機的實現(xiàn)

張銀紅 陳葉民 陳明

【摘要】 ? ?分析了QPSK調制方式下直接正交調制發(fā)射機中IQ的平衡性與正交度對EVM的影響，基于CMX993給出了一種直接正交調制發(fā)射機的設計方案，并在其基礎了提出了一些在工程實踐中改善相關指標的具體措施。

【關鍵詞】 ? ?直接正交調制? ? EVM? ? CMX993

引言：

近年來，隨著半導體技術的不斷發(fā)展，直接正交調制發(fā)射機因其結構形式簡單，電路元器件少，功耗體積小等優(yōu)點已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。

本文將分析QPSK調制方式下直接正交調制發(fā)射機中IQ的平衡性與正交度對EVM的影響，并給出一個設計實例，就其提出一些在工程實踐中改善EVM指標的具體方法。

一、QPSK調制方式下直接正交調制發(fā)射機中IQ平衡性與正交度對EVM的影響

典型的無線直接正交調制發(fā)射機的功能框如圖1所示，F(xiàn)LO是射頻本振信號，經(jīng)過移相器后產(chǎn)生完全正交的本振信號然后分別與來自I路和Q路的基帶信號混頻后做相加運算，輸出想要的射頻信號Fo（t），從而實現(xiàn)正交調制。

在這種正交調制方式下，通過有規(guī)律的改變I路和Q路信號的相位與幅度，可以輕易實現(xiàn)QPSK、QAM等復雜調制。

EVM是衡量信號調制性能的一個重要參數(shù)，它反映了實際調制信號與理想信號之間的誤差。

下面就這種系統(tǒng)在QPSK調制方式下，I路與Q路信號的平衡性與正交度能對EVM的產(chǎn)生的影響進行分析。

實際系統(tǒng)中I路和Q路信號必然存在一定的幅度不平衡及相位的不正交，而且本振經(jīng)移相器后產(chǎn)生的兩路信號必然不完全正交，為了便于分析問題，我們假定本振是理想的，將實際中本振引起的相位誤差歸一到I路與Q路信號中去。

當I路與Q路的幅度不平衡但相位完全正交時，即b≠1，而θ=0，EVM隨相位不平衡的關系見圖3，它們基本上成線性關系。

若I路與Q路的幅度完全一致，而相位不完全正交時，即b=1，而θ≠0時，EVM隨相位不平衡的關系見圖4。相位因素帶來的惡化基本呈現(xiàn)為拋物線。

如系統(tǒng)中同時存在幅度不平衡與相位不正交時，他們對EVM的影響將產(chǎn)生疊加效應。因此直接正交調制發(fā)射機必須保持整個通路盡可能的幅度平衡與相位正交。

三、直接正交調制發(fā)射機設計

直接正交調制發(fā)射機的原理框圖如圖5所示。其主要由基帶處理芯片、正交調制器、濾波器、功率放大器以及低相噪本振組成。

圖中的基帶處理芯片生成I、Q信號，經(jīng)過濾波器后進入直接正交上變頻器CMX993，經(jīng)正交調制到射頻載波后送入后級射頻功率放大器放大，最終通過天線輻射出去。

CMX993是CML Microcircuits公司推出的正交解調器，其工作范圍為30 MHz～1000MHz，其內部集成了基帶放大器、移相器，混頻器、偏置電路、可控增益放大器以及本振放大器，為設計提供了極大的便利。另外，CMX993典型工作電壓為3.3 V，工作最大電流僅為95mA，非常適合低功耗場合的運用。

通過前文分析，我們可以看到直接正交調制發(fā)射機的EVM在很大程度上都受到I路與Q路信號的幅度平衡性與相位正交度的影響，另外，放大器的非線性也對EVM存在一定的影響，因此在工程實踐中，我們主要圍繞這些因素采取一些措施來提高正交調制精度。

1）首先盡可能從源頭上保證從基帶芯片輸出的I路與Q路信號的正交性與幅度的一致性。另外，由于采用了模擬濾波器，因此也必須保證兩路濾波器參數(shù)的一致性。

2）選用正交度和平衡度指標盡量好的正交調制器。隨著半導體技術的發(fā)展，正交調制器發(fā)展到了一定的水平，一般都能滿足系統(tǒng)設計要求，但在一些要求極高的場合，我們可以通過調節(jié)基帶輸出信號幅度與正交性來補償正交調制器的影響，從而提高輸出信號的調制精度。

3）當正交調制器的性能一定時，還有一個重要的因素的會影響正交調制的精度，那就是本振。如果本振的相位噪聲比較高，混頻時它將把噪聲引入正交調制器，引起隨機的相位抖動，從而影響輸出信號的正交度，因此必須盡量提高合成器的相位噪聲。值得一提的是，直接正交發(fā)射機中因功放輸出的大功率信號頻率與本振信號比較接近時，會嚴重影響合成器的相位噪聲，實際中為了解決這一問題，往往采用諧波法產(chǎn)生本振，然后將本振進行分頻后進行混頻從而避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。CMX993內部已經(jīng)集成了分頻器，ADF4360系列合成器的相位噪聲也可達到-90dBc/Hz@10K以上。

4）實際電路中正交調制器與基帶芯片的偏置電壓往往存在差別，同時為了避免直流漂移在正交調制中的影響，一般都采用交流耦合的方式。這時一般應保持偏置電路的穩(wěn)定，否則由于電容兩端電壓不一致帶來的充放電將影響I路和Q路信號的幅度平衡性和相位的正交度。

四、實際測試結果

基于CMX993的直接正交調制發(fā)射機的實際測試結果如圖6所示。

輸出頻率：F=428MHz，信道帶寬：4.8MHz，輸出功率：25dBm

發(fā)射EVM：2.5%

五、結束語

通過分析和實踐我們可知，直接正交調制發(fā)射機中IQ信號的平衡性及相位正交度對發(fā)射機EVM指標影響非常大，在工程實踐中，我們通過采取一定的措施解決影響IQ信號平衡性與正交度的關鍵因素，非常好的實現(xiàn)了直接正交調制發(fā)射機對EVM指標的要求。

參? 考? 文? 獻

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