Schaltungstipp

Flexibler ZF-/Basisbandempfänger mit umschaltbarer Frequenz

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Häufige Varianten: System und Synthesizer

Der Signalgenerator, der den 2×LO für den ADL5387 zur Verfügung stellt, kann durch einen Breitbandsynthesizer wie den ADF4350 ersetzt werden. Dieser verfügt über einen integrierten VCO. Der ADF4350 gehört zu einer Familie von Synthesizern, die über einen Frequenzbereich von 135 bis 4.350 MHz arbeiten. Die Bauteile sind mit unterschiedlichem Phasenrauschen und Ausgangsleitungen verfügbar. Dies vereinfacht die Auswahl des für die jeweilige Anwendung am besten geeigneten Modells.

System und A/D-Wandler

Die Erweiterung des Systems um einen A/D-Wandler zum Abtasten der I- und Q-Signale des ADRF6510 komplettiert die analoge Signalkette. Ein Zweifach-ADC wie der AD9248 bietet eine Auflösung von 14 Bit und wird mit Abtastraten von 20, 40 oder 65 MSample/s angeboten. Ein Antialiasing-Filter zwischen dem Ausgang des ADRF6510 und dem AD9248 wird empfohlen.

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Überlegungen zur ausgangsseitigen Gleichtaktspannung

Die ausgangsseitige Gleichtaktspannung des ADRF6510 ist ohne Verlust der Treiberfähigkeit von 1,5 bis 3,0 V einstellbar. Viele moderne A/D-Wandler arbeiten mit eingangsseitigen Gleichtaktspannungen unter 1,5 V. Treibt man den VOCM-Pin auf eine ausgangsseitige Gleichtaktspannung unter 1,5 V steigt die Verzerrung des ADRF6510. Die Funktionsfähigkeit bleibt aber bei Gleichtaktspannungspegeln bis unter 1,5 V erhalten. Damit die Verzerrungsleistung erhalten bleibt, kann eine Schaltung zur DC-Pegelanpassung oder ein Baustein mit integriertem Filter und VGA mit niedrigerer Gleichtaktspannung, etwa der ADRF6516, eingesetzt werden.

Schaltungsevaluierung und Test

Verwendetes Equipment

Signalgeneratoren: Agilent E4438C Vektor-Signalgenerator, Agilent E4438C Signalgenerator.

Als Basisband-Signalerfassungsgerät dient das Oszilloskop DSO90604A von Agilent.

Zur EVM-Berechnung dienen: Agilent 89600 VSA-Software, PC mit Windows XP, über USB-Kabel mit dem Oszilloskop verbunden.

Die Stromversorgung umfasst: ±5-V-Stromversorgung. Alle Boards benötigen +5 V mit Ausnahme des AD8130 Boards, dieses benötigt ±5 V.

Die Evaluation-Boards: ADL5336-EVALZ (ein Board erforderlich), ADL5387-EVALZ (ein Board erforderlich), ADRF6510-EVALZ (ein Board erforderlich), AD8130-EBZ (zwei Boards erforderlich)

Der Einstieg

Um die Bauteile ADL5336 und ADRF6510 zu nutzen ist eine Evaluation-Software erforderlich. Die Software befindet sich auf den jeweiligen Webseiten unter dem Link „Tools, Software, & Simulations Models“.

Nach dem Download und der Installation der Software verbindet man die USB-Kabel mit dem PC und den Evaluation-Boards. Jetzt wird die Software gestartet.

Bild 7 zeigt das Blockschaltbild des Testaufbaus, der zum Testen der Empfangskette verwendet wurde. Das Evaluation-Board ADL5336 hat nur massebezogene Ein- und Ausgänge. Das gleiche gilt für den HF-Eingang am ADL5387. Der HF-Ausgangsschnittstelle am Vektor-Signalgenerator ist nur massebezogen. Deshalb ist ein Balun (Balanced-Unbalanced) zwischen Signalgenerator und dem Eingang des ADL5336 erforderlich. Aus Bild 7 ist ersichtlich, dass der Rest des Signalpfads bis zu den Differenzverstärkern AD8130 differenziell ist. Die Wandlung differenziell/massebezogen war erforderlich, weil das Oszilloskop bei der Steuerung über die VSA-Software nur das Abtasten von massebezogenen Signalen ermöglicht.

Aufbau und Test

Im ersten Schritt des Empfängertests werden alle Geräte eingeschaltet. Während sich das Testequipment langsam aufwärmt, müssen die Boards richtig konfiguriert werden, damit sie optimal in der Signalkette funktionieren. Beim ADL5336 ist sicherzustellen, dass die 0-Ω-Jumper-Widerstände, die den Ausgang von VGA1 mit dem Eingang von VGA2 verbinden, vorhanden sind. Am Board ADL5387 umgeht man die ausgangsseitigen Baluns für komplett differenzielle DC-gekoppelte Signalpfade zwischen ADL5387 und ADRF6510. Am Board ADRF6510 macht man folgendes:

  • Bypass von Ein- und Ausgangs-Baluns.
  • Platzieren von differenziellen Ausgangslasten mit 1 kΩ an den Ausgangssignalleitungen (zwei 500-Ω-Widerstände auf Masse an jedem Ausgangspfad ist ausreichend).
  • Ersetzen der Kondensatoren COFS durch 1-μF-Kondensatoren.

An den Evaluation-Boards werden nun alle Signalpfade (Bild 7) verbunden. Jetzt werden alle Boards an +5 V und die beiden AD8130 Boards an −5 V angeschlossen. Es ist sicherzustellen, dass der Strom der Versorgungsspannung dem entspricht, was erwartet wird. Die in Bild 7 gezeigten Verbindungen sind vorzunehmen:

  • Verbinden des massebezogenen 50-Ω-Ausgangs des Vektor-Signalgenerators an INPUT1 des Evaluation-Boards ADL5336.
  • Anschluss des I-Signalpfadausgangs des AD8130 an Input 1 des Oszilloskops sowie Verbinden des Q-Signalpfadausgangs des AD8130 mit Input 3 des Oszilloskops.
  • PC und Oszilloskop mit dem USB-Kabel verbinden.
  • Verbinden des HF-Ausgangs des Signalgenerators mit dem LO-Eingang des Evaluation-Boards ADL5387.

Am Signalgenerator E4438C von Agilent ist folgendes zu machen:

  • Einstellen der Frequenz auf 400 MHz.
  • Einstellen der Amplitude auf 0 dBm.
  • Einschalten des HF-Ausgangs.

Am Vektor-Signalgenerator E4438C von Agilent ist folgendes zu machen:

  • Einstellen der HF-Trägerfrequenz auf 200 MHz.
  • Einstellen der Amplitude auf −30 dBm.
  • Einschalten des HF-Ausgangs.
  • Einschalten des „Custom ARB“ im Signalgenerator.
  • Einstellen des Signals auf 4-QAM, Symbolrate auf 5 MSymbols/s und Pulsformungsfilter-Alpha auf 0,35.

Am PC die VSA-Software Agilent 89600 starten. An der VSA-Software folgendes machen:

  • Einschalten des digitalen Demodulators.
  • Einstellen des Eingangs auf die I+ jQ Option.
  • Einstellen der Frequenz auf 0 Hz, Symbolrate auf 5 MSymbol/s und Alpha auf 0,35.

Die Signalmetriken am Vektor-Signalgenerator müssen zu den Metriken an der VSA-Software passen. Beim Starten der Software sollten die Fenster IQ Constellation und Spectrum dargestellt werden. Das Einblenden des Info-Fensters an der VSA-Software geschieht wie folgt:

  • 1. Auf Display klicken.
  • 2. Auf Layout klicken.
  • 3. Grid 2×2 wählen.

Gemäß Vorgabe sollten die anderen beiden Fenster, die erscheinen, eine Error-Vector-über-der-Zeit-Darstellung und das Info-Fenster „Syms/Errs“ sein. Falls dies nicht der Fall ist, macht man folgendes:

  • 1. Doppelklick auf den Titel eines Fensters.
  • 2. Auswahl von „Syms/Errs“ im Fenster, das erscheint.

Das Fenster „Syms/Errs“ präsentiert mehrere Ergebnisse inklusive EVM. Die Software sollte auf das Signal fixiert werden und eine EVM-Zahl ausgeben.

AGC-Sollwert, maximale Verstärkung und Filterbandbreite können über die jeweilige Steuerungssoftware für die Bauteile eingestellt werden. Die Leistungssteuerung am Eingang des ADL5336 kann über einen Leistungsdurchlauf am Vektor-Signalanalysator erfolgen. Bei diesem Aufbau zum Test des Empfängers wurde ein Durchlauf von −80 bis auf fast 16 dBm durchgeführt. Die Verstärkung am ADRF6510 war stets so eingestellt, dass ein differenzieller Ausgangspegel von 1,5 VSS erreicht wurde (angenommen es war ausreichend Verstärkung vorhanden, um dies zu erreichen). In einigen Fällen, nämlich bei sehr kleinen Signalpegeln, verfügte der ADRF6510 nicht über genügend Verstärkung, um den differenziellen Pegel von 1,5 VSS zu erreichen.

* * Joel Dobler arbeitet als Applikationsingenieur in der RFG Gruppe von Analog Devices in Beaverton, USA.

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