零中頻I/Q調(diào)制器/解調(diào)器

1.概述

MAX2021是一款低噪聲、高線性度、直接上變頻/下變頻、正交調(diào)制/解調(diào)器，適用于手

持RFID、便攜式讀卡器以及750MHz至1200MHz的單載波/多載波GSM/EDGE、CDMA2000?、

WCDMA和iDEN?基站。與傳統(tǒng)的二次變頻結(jié)構(gòu)相比，直接變頻結(jié)構(gòu)可顯著降低發(fā)射/接收機(jī)

成本，減小系統(tǒng)尺寸、降低功耗。

除了高線性度和低噪聲優(yōu)勢外，MAX2021還具備很高的集成度。器件包括：兩路匹配

的無源混頻器用于正交調(diào)制/解調(diào)、兩路LO緩沖放大器和?路LO正交分配器。另外，芯片

還內(nèi)置非平衡變壓器，允許RF和LO單端輸入。作為附加功能，芯片內(nèi)部還集成了基帶輸

入匹配電路，可直接與發(fā)送DAC連接，省去了昂貴的I/Q緩沖放大器。

MAX2021采用單+5V供電，提供結(jié)構(gòu)緊湊的36引腳TQFN(6mmx6mm)封裝，底部帶有

裸焊盤。在-40。C至+85°C范圍內(nèi)確保電氣特性。

2.關(guān)鍵特性

?750MHz至1200MHzRF頻率范圍

?可選擇功率模式：通過外部電阻設(shè)置器件工作在低功耗/低性能模式

?36引腳、(6mmx6mm)>TQFN封裝，提供高隔離度

調(diào)制器性能：

?滿足4載波WCDMA的65dBcACLR要求

?OIP3典型值：+21dBm

?OIP2典型值：+58dBm

?OPldB典型值:+16.7dBm

?L0泄漏典型值：-32dBm

?邊帶抑制典型值：43.5dBc

?輸出噪聲譜密度：-174dBm/Hz

?DC至550MHz基帶輸入可直接與DAC連接，減少了I/Q緩沖器的成本

?直流耦合輸入允許用戶控制失調(diào)電壓

解調(diào)器性能：

?IIP3典型值：+35.2dBm

?IIP2典型值：+76dBm

TPldB典型值：>30dBm

?轉(zhuǎn)換損耗典型值：9.2dB

?NF典型值:9.3dB

?I/Q增益平衡：0.06dB

?I/Q相位平衡：0.15°

3.芯片結(jié)構(gòu)

3.1引腳配置/功能框圖

GNDGND

RBIASL03BBQ.

VCCLOAB8Q-

LOGND

GNDRF

RBIASLO1GND

N.C.BBI-

RBIASL02BBk

GNDGND

引腳說明

引腳名稱功能

1,5,9-12,14,16-19,22,GND地

24,27-30,32,34,35,36

2RBIASL03第三級(jí)本振(LO)放大器偏置，通過一個(gè)332Q的電阻接地

3VCCLOA本振(L。)輸入緩沖放大器的電源，在盡可能靠近引腳處

用33pF和O.luF的電容旁路到地

4LO本振輸入，50Q輸入阻抗

6RBIASL01第一級(jí)本振(LO)放大器偏置，通過一個(gè)432Q的電阻接地

7N.C.無連接，懸空

8RBIASL02第二級(jí)本振(L0)放大器偏置，通過一個(gè)619Q的電阻接地

13VCCLOI11信道第一級(jí)本振(L。)放大器電源，在盡可能靠近引腳處

用33pF和O.luF的電容旁路到地

15VCCLOI21信道第二級(jí)本振(L0)放大器電源，在盡可能靠近引腳處

用33pF和O.luF的電容旁路到地

20BBI+基帶1通道同相端口

21BBI-基帶1通道反相端口

23RFRF端口

25BBQ-基帶Q通道反相端口

26BBQ+基帶Q通道同相端口

31VCCLOQ2Q信道第二級(jí)本振(L0)放大器電源,在盡可能靠近引腳處

用33pF和O.luF的電容旁路到地

33VCCLOQ1Q信道第一級(jí)本振(L0)放大器電源,在盡可能靠近引腳處

用33pF和O.luF的電容旁路到地

EPGND裸露接地焊盤，該裸露焊盤必須通過多個(gè)過孔連接到地

層

4.詳細(xì)介紹

MAX2021是專為在同相（I）和正交（Q）基帶的輸入在650MHz到1200MHz的RF頻率

范圍中的上變頻差。該設(shè)備還可以被用作一個(gè)解調(diào)器，將RF輸入信號(hào)下變頻到基帶的直接。

應(yīng)用包括RFID手持設(shè)備和門戶網(wǎng)站的讀者，以及單載波和多載波GSM/EDGE,CDMA2000,

WCDMA和iDEN基站。直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)是有利的，因?yàn)樗麄兇蟠蠼档桶l(fā)射機(jī)或接收機(jī)成本，

元件數(shù)量和功耗相比傳統(tǒng)基于IF的雙轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

MAX2021集成了內(nèi)部的非平衡變壓器，一個(gè)LO緩沖器，分相器，兩個(gè)L。驅(qū)動(dòng)器放大

器，兩個(gè)匹配的雙平衡無源混頻器和寬帶正交組合。該MAX2021的高線性組合-ERS,在結(jié)

合部分的精確的同相和正交信道匹配，使設(shè)備的POS-SESS優(yōu)異的動(dòng)態(tài)范圍，ACLR,ldB壓

縮點(diǎn)，和LO和邊帶抑制特性tics。這些特性使MAX2021四我波WCDMA業(yè)務(wù)的理想選擇。

4.1LO緩沖器，L。輸入巴倫，分相器

MAX2021需要一個(gè)單端LO輸入，標(biāo)稱功率為OdBm。一個(gè)內(nèi)部低損耗巴倫在LO輸入

LO緩沖器輸入到差分信號(hào)轉(zhuǎn)換單端LO信號(hào)。此外，內(nèi)部的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器相匹配的

緩沖器的輸入阻抗為50Q,在整個(gè)工作頻帶。

LO緩沖器的輸出經(jīng)過分相器，它產(chǎn)生的第二LO信號(hào)是相對于原來的90。轉(zhuǎn)向。在0°

利90°LO信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的I和Q混頻器。

4.2LO驅(qū)動(dòng)器

分相器后，在0°和90"的LO信號(hào)分別由兩級(jí)放大器放大，驅(qū)動(dòng)器的I和Q混頻器。

的放大的電平的LO信號(hào)，以補(bǔ)償在LO驅(qū)動(dòng)電平的任何變化的。這兩個(gè)階段的LO放大器允

許較寬的輸入功率范圍為L。驅(qū)動(dòng)器。MAX2021可以容忍為-6dBm至+3dBm的LO電平擺幅。

4.3I/Q調(diào)制器

MAX2021調(diào)制器組成的一對匹配的雙平衡無源混頻器和平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。I和Q

差分基帶輸入接受信號(hào)從DC到550MHz差分振幅4VP-P。寬輸入帶寬允許的MAX2021作為

一個(gè)直接射頻調(diào)制器或作為操作鏡像抑制混頻器。寬共模合格范圍允許直接接口與基帶DAC

的。沒有有效的緩沖電路之間需要基帶DAC和MAX2021用于CDMA2000和WCDMA應(yīng)用。

該I和Q信號(hào)直接調(diào)制在0°和90°LO信號(hào)上變頻到RF頻率。通過平衡-不平衡轉(zhuǎn)

換器的I和Q混頻器的輸出相結(jié)合，以產(chǎn)生一個(gè)單端的RF輸出。

5.應(yīng)用信息

5.1LO輸入驅(qū)動(dòng)

MAX2021的LO輸入在內(nèi)部匹配到50Q,需要一個(gè)單端驅(qū)動(dòng)器在750MHz至1200MHz

的頻率范圍。集成了巴倫，單端輸入信號(hào)LO緩沖差分輸入到差分信號(hào)轉(zhuǎn)換。外部隔直流電

容器是唯一在此界面所需的外部零件。LO輸入功率應(yīng)在-6dBm至+3dBm范圍。的LO輸入

功率為-3dBm的建議為最佳表現(xiàn)評估。

5.2調(diào)制器基帶I/Q輸入驅(qū)動(dòng)器

驅(qū)動(dòng)器MAX2021I和Q基帶輸入為最佳性能差異?；鶐л斎氩罘州斎胱杩褂?3Q。I

和Q輸入的最佳源阻抗是100。差分。該源阻抗實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)傳送到I和Q輸入，和最佳

輸出射頻阻抗匹配。MAX2021可以接受最多至+20dBm的輸入功率電平上的I和Q輸入。

操作復(fù)雜的波形，如CDMA運(yùn)營商或GSM信號(hào)，利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輸入功率電平?這種低功耗

運(yùn)行作出必要的高峰值平均比這些復(fù)雜的波形。的峰值信號(hào)必須保持在低于MAX2021的壓

縮級(jí)別。

四個(gè)基帶端口需要某種形式的DC回報(bào)，建立一個(gè)共同的模式，芯片上的電路驅(qū)動(dòng)器。

這樣就可以實(shí)現(xiàn)直接直流耦合到基帶端口（入住±3.5V的共模范圍內(nèi)的），通過一個(gè)電感接

地，或通過一個(gè)低阻值的電阻到地。

MAX2021是一款被設(shè)計(jì)為直接與Maxim高速DAC接U。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)理想的總發(fā)射陣

容，以最小的輔助電路元件。這種DAC包括雙DAC的MAX5875系列，MAX5895雙插DAC。

這些DAC具有接地參考的差分電流輸出。典型終止成50Qloadresistor的接地每個(gè)DAC輸出，

10mA的額定直流輸出電流結(jié)果到0.5V的共模DC水平調(diào)制器的1/Q輸入。由DACs標(biāo)稱信

號(hào)電平在-12dBm的范圍內(nèi)為一個(gè)單一的CDMA或WCDMA載波，降低至-18dBm的每個(gè)載波

的四載波應(yīng)用程序。

在I/Q輸入帶寬是大于50MHz的反應(yīng)在0.1分貝。直接連接的DACMAX2021確保最大

的信號(hào)保真度，與沒有限制性能所需的基帶放大器。該DAC輸出可以通過通過一個(gè)低通濾

波器去除圖像頻率從DAC的輸出響應(yīng)。雙內(nèi)插DACMAX5895可以工作在最高以x8插值率。

這樣做的好處的的DAC圖像的頻率移動(dòng)到一個(gè)非常高的，遠(yuǎn)程的頻率，緩和的基帶濾波器

的設(shè)計(jì)。DAC的輸出的本底噪聲和內(nèi)插濾波器的阻帶衰減足夠好，以確保滿足3GPP的本

底噪聲的要求大的頻率偏移量，例如，60MHz的與沒有過濾需要在調(diào)制器的RF輸出。

圖1示出接口的MAX2021Maxim的DAC（在這種情況下，MAX5895雙16位內(nèi)插調(diào)制

DAC）和與MaximVGA和VC。/合成器集成電路的方便性和效率。MAX5895DAC有可編程增

益和偏移控制內(nèi)置英寸這些可以被用來優(yōu)化的MAX2021正交調(diào)制器的L0泄漏和邊帶抑制的

差。

5.3RF輸出

MAX2021利用內(nèi)部的無源混頻器的架構(gòu)，使設(shè)備具有一個(gè)非常低的輸出噪聲層。在這

樣的架構(gòu)下，總輸HI噪聲是一個(gè)典型的功率總和的理論熱噪聲（KTB）和片上L0緩沖器電

路的噪聲貢獻(xiàn)。表現(xiàn)在典型的工作特性，較低的輸出功率水平接近的熱限制MAX2021的輸

出噪聲為：74dBm/Hz。隨著輸出功率的增大，噪聲電平跟蹤L0緩沖器電路，這是約

-168dBc/Hz的噪聲貢獻(xiàn)。

50a

圖lo發(fā)射機(jī)陣容

MAX2O21

RF-MODULATOR

RF

□

C=6.8pF

圖2o雙工器網(wǎng)絡(luò)為GSM900變送器的應(yīng)用推薦

在I/Q輸入功率電平，設(shè)備的插入損耗，確定RF輸出功率電平。輸入功率為交付的輸

入I和Q的內(nèi)部50Q終止電壓的函數(shù)。對于簡單的正弦基帶信號(hào)的I和Q輸入的查詢結(jié)果

中的-17dBm的輸入功率電平傳送到的I和Q的內(nèi)部50Q終端，電平89mVPP差分。這將導(dǎo)

致在一個(gè)射頻輸出功率為-23.2dBm。

5.4外部雙工器

在RF端口L0泄漏可清零的電平小于-80dBm傳輸通過引入上面的I和Q端口的DC偏

移。然而，這種空在RF端口可以妥協(xié)由不當(dāng)終止I/Q中頻接口。必須小心，以匹配的I/Q

端口驅(qū)動(dòng)的DAC電路。不匹配的情況下，勞的第二個(gè)的順序（2fLO）短期可能會(huì)泄漏到調(diào)

制器的"Q輸入端口，它可以混合使用內(nèi)部L。在RF輸出信號(hào)產(chǎn)生更多的L0泄漏。這種泄

漏有效地抵消對L0歸零。此外，L0信號(hào)反映在I/Q,IF端口產(chǎn)生的殘余DC術(shù)語，可以擾

亂歸零條件。

作為展示了在圖2中，在每個(gè)提供個(gè)RC終止之后的I+,我Q+,Q-端口在RF端口

減少的L0泄漏本量根據(jù)不同溫度，L。頻率，基帶驅(qū)動(dòng)條件。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱典型工

作特性。請注意，電阻值被選擇為100Q的轉(zhuǎn)角頻率1/（2HRC）選擇適當(dāng)過濾FLO和2f

的L0泄漏，但不影響基帶頻率最高的基帶響應(yīng)的平坦性。該共模FLO和2fL0信號(hào)在1+/I-

和Q+/Q地看到的RC網(wǎng)絡(luò)，從而成為50Q終止的情況卜（R/2）。該RC網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)路

徑用于吸收2FL0和FLO泄漏，而電感提供高阻抗FLO和2fLO到幫助的雙工過程。

5.5RF解調(diào)器

MAX2021也可以被用來作為一個(gè)RF解調(diào)器（參見圖3）,將RF輸入信號(hào)下變頻到基帶

的直接。接受單端RF輸入功率高達(dá)+30dBm的信號(hào)從650MHz至1200MHz的。無源混頻器

架構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換損耗通常9.2分貝的。下變頻器優(yōu)化的高線性度和卓越的噪聲性能，通常與一

個(gè)+35.2dBm的IIP3,PldB為大于+30dBm的和9.3分貝的噪聲系數(shù)。

寬1/Q端口帶寬允許的端口被用作一個(gè)鏡像抑制混頻器下變頻正交IF頻率。RF和LO

輸入內(nèi)部匹配到50Q。因此，需要無匹配元件，只隔直流電容器所需要的接口。

5.6解調(diào)器輸出端口注意事項(xiàng)

就像在調(diào)制器的情況下，需要某種形式的DC返回的4個(gè)基帶端口建立?個(gè)共同的模式,

芯片上的電路，驅(qū)動(dòng)器。這樣就可以實(shí)現(xiàn)直接直流耦合到基帶端口（入住±3.5V的共模范

圍內(nèi)的），通過個(gè)電感接地，或通過一個(gè)低阻值的電阻到地。圖4顯示了?個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)，

將用于連接到解調(diào)器操作每個(gè)基帶端口。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)共同的模式DC回報(bào)，實(shí)現(xiàn)了

高頻率雙工器終止不必要的RF條款，還親志愿組織可能帶來的阻抗基帶放大器阻抗變換。

網(wǎng)絡(luò)的Ca,Ra,La和Cb形成一個(gè)高通/低通網(wǎng)絡(luò)到負(fù)載，同時(shí)傳遞所需的較低的中頻頻

率終止頻率高。LA,LB,CB,CC,LC,CD提供了一個(gè)可能的阻抗變壓器。根據(jù)不同的阻抗

變換和所需的帶寬，更少數(shù)量的元素都可以使用。建議使L和Cb總是被使用，因?yàn)樗鼈兪?/p>

高的頻率雙工器的一部分。如果功率匹配不關(guān)心，那么這將減少的元素只是雙工器。

電阻RB提供了一個(gè)DC返回到設(shè)置共模電壓。在這種情況下，由于芯片上的電路，該

電壓將是大約0V的直流。它也可以被用于減少下一階段的負(fù)載阻抗。電感Ld可以提供?

點(diǎn)高頻增益峰值寬帶IF系統(tǒng)。電容CE是DC模塊。典型值1.5pF的，50Q,llnH利4.7pF,

鈣，鐳，香格里拉，和CB。這些值可以改變?nèi)Q于在LO,RF和IF的使用頻率。電阻Rb是

在50Q至！J200Q范圍

圖4中的電路不會(huì)允許LO泄漏RF端口歸零。根據(jù)LORF泄漏要求，可能需要微調(diào)電壓

推出基帶口空的L。泄漏。

EXTERNAL

STAGE

圖4.,典型的過濾基帶端口和DC返回網(wǎng)絡(luò)

圖5o解調(diào)器結(jié)合圖

5.7功率調(diào)節(jié)偏置電阻的變化

微調(diào)電阻器RI,R2,和R3的L。緩沖器的偏置電流進(jìn)行了優(yōu)化。Maxim建議使用±1%

公差的電阻，但是，標(biāo)準(zhǔn)的±5%±1%的組件可以使用，如果沒有現(xiàn)成的值。典型應(yīng)用電路

中的電阻值被選為整個(gè)650MHz至1200MHz的頻段，提供峰值性能。如果需要，該電流可

以備份從這個(gè)標(biāo)稱值，通過選擇不同的RI,R2,和R3的值。表1和表2列出的性能折衷,

可以預(yù)期這些偏置電阻的各種組合。正如表內(nèi)，不同的工作頻率,性能權(quán)衡可能會(huì)更加明顯。

更多詳細(xì)信息，請與工廠聯(lián)系。

5.8布局的注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)合理的PCB是任何射頻/微波電路的重要組成部分。保持RF信號(hào)線盡可能的短，以

減少損失，輻射和電感。為了獲得最佳性能，路線，接地引腳裸露焊盤的痕跡直接向包下。

PCB裸露焊盤必須連接到地平面的PCB。有人建議，可以使用多個(gè)過孔，此焊墊連接到較低

級(jí)別的接地平面。這種方法提供了良好的RF/熱傳導(dǎo)路徑的設(shè)備。將裸露焊盤焊接器件封裝

到PCB的底部。MAX2021評估套件，可以用來作為個(gè)參考電路板布局。Gerber文件可

以「請求后。

表1中。典型性能權(quán)衡電流調(diào)制模式的函數(shù)

LOFREQRFFREQR1R2R3iccOIP3LOLEAKIMAGEREJOIP2

(MHz)(MHz)(Q)9)(Q)(mA)(dBm)(dBm)(dBc)(dBm)

42062033027119.6-32.123.950.5

45366536025321.9?32.734.051.0

800801.849969840222918.9-33.730.052.6

54980646420515.7?34423.7460

650100055017313.6-34223.3323

42062033027120.7-31443.454.0

45366536025321.6-31.642.455.4

900901.8499698402229206?31842.7598

54980646420519.0-31940.350.7

650100055017314.9-30.525.034.6

42062033027122.4-32.839.355.5

453665360253222-33239.1563

10001001.849969840222919.9-33.843.555.0

54980646420517.6-34.840.551.4

650100055017314.6-33.936.832.8

5.9電源旁路

正確電壓的電源旁路高頻電路的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。繞道所有VCC_引腳33PF和0.1

UF電容置于盡可能靠近引腳。最小的電容應(yīng)放置在最近的移動(dòng)設(shè)備。為了達(dá)到最佳的性能,

使用良好的的電壓電源布局技術(shù)。MAX2021有幾個(gè)RF處理的階段使用各種VCC引腳的，

而他們有片上脫鉤，片外它們之間的相互作用，可能會(huì)降低增益，線性度，載波抑制和輸出

功率控制范圍。過度階段之間的耦合可能降低的穩(wěn)定。

5.10裸露焊盤RF/散熱注意事項(xiàng)

MAX2021的36引腳TQFN-EP封裝的EP的模具提供了低熱阻路徑。重要的是，該IC安

裝在印刷電路板被設(shè)計(jì)成從該接觸進(jìn)行熱。此外，EP提供低電感射頻設(shè)備的接地路徑。

裸露焊盤(EP)必須被焊接到PCB上的一個(gè)地平面，無論是直接或通過數(shù)組的鍍通孔。

9個(gè)通孔的陣列，在一個(gè)3X3陣列，提出了建議。墊焊接到地面的關(guān)鍵有效的熱傳遞。盡

可能使用穩(wěn)固的地平面。

表2中。作為一個(gè)功能的解調(diào)模式電流消耗的典型性能權(quán)衡

LOFREQRFFREQRIR2R3iccCONVERSIONIIP357MHzIIP2

(MHz)(MHz)(Q)9)(O)(mA)LOSS(dB)(dBm)(dBm)

4206203302699.83385621

4536653602549833398629

8007714996984022309.8132.266.6

5498064642079843116686

65010005501739.95298765.25

4206203302699.2133.168

4536653602549.253396687

9008714996984022309.363477667

54980646420793935366.6

6501000550173946326464

4206203302699.47349>77.7

453665360