基于ADL5385的128QAM發(fā)送器設(shè)計(jì)

時(shí)間：2009-04-29 09:37:27

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[導(dǎo)讀]幅度與相位相結(jié)合的多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(MQAM)技術(shù)利用載波幅度和相位傳遞信息比特，具有充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電視、微波通信、光傳輸?shù)认到y(tǒng)。MQAM發(fā)送器是研究MQAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)的基礎(chǔ)。ADL5385是一款硅半導(dǎo)體單片正交調(diào)制器件，其頻率范圍為50~2 200 MHz。探討了利用ADL5385設(shè)計(jì)的155Mb／s(STM一1)128樣點(diǎn)QAM發(fā)送器，為研究MQAM提供借鑒。

1 引言
幅度與相位相結(jié)合的多進(jìn)制正交幅度調(diào)制(MultilevelQuadrature Amplitude Modulation，簡稱MQAM)是幅度、相位聯(lián)合調(diào)制技術(shù)，它同時(shí)利用載波幅度和相位傳遞信息比特，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示，因此在相同最小距離條件下實(shí)現(xiàn)更高的頻帶利用率。一般而言，MQAM的樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高。目前MQAM最高已達(dá)l 024一QAM(1 024個(gè)樣點(diǎn))。與其他調(diào)制技術(shù)相比，MOAM編碼具有充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于MQAM的星座點(diǎn)相移鍵控(Phase Shm Keying，簡稱PSK)的星座點(diǎn)更分散，星座點(diǎn)間距更大，因此，可提供良好的傳輸性能。當(dāng)要求數(shù)據(jù)傳輸速率的要求高過8一PSK能提供的上限時(shí)，一般采用MQAM的調(diào)制方式。目前，MQAM調(diào)制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電視系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、光傳輸系統(tǒng)。這里探討了利用ADL5385設(shè)計(jì)的155 Mb／s(STM一1)128樣點(diǎn)QAM發(fā)送器。

2 QAM調(diào)制原理
QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特(一般采用格雷碼)先映射到一個(gè)復(fù)平面(星座)上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)，然后將符號(hào)的I、Q分量(對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部，也就是水平和垂直方向)采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交(時(shí)域正交)的2個(gè)載波。這樣與幅度調(diào)制(Amplitude Modulation，簡稱AM)相比，其頻譜利用率提高1倍。其原理框圖如圖1所示。

圖1中，速率為Rb的發(fā)送數(shù)據(jù)在串-并轉(zhuǎn)換器(比特／符號(hào)編碼器)內(nèi)被分成兩路，各為原信號(hào)的l／2，2一L電平轉(zhuǎn)換器將每個(gè)速率為Rb／2的兩電平序列變成速率為風(fēng)Rb/log2M的L電平信號(hào)，然后分別與兩個(gè)正交的載波調(diào)制分量相乘，相加后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個(gè)相反碼流，均衡器補(bǔ)償由信道引起的失真，判決器識(shí)別復(fù)數(shù)信號(hào)并映射回原來的二進(jìn)制信號(hào)。

3 基于ADL5385的128QAM發(fā)送器設(shè)計(jì)
3．1 128QAM發(fā)送器的組成
依據(jù)正交調(diào)制法的原理，128QAM發(fā)送器系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示。計(jì)算機(jī)通過軟件生成128QAM串行數(shù)據(jù)，由雙通道發(fā)送D／A轉(zhuǎn)換器將分離后的串行數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成模擬電平，模擬電平經(jīng)正交調(diào)制器件與本地振蕩器正交相乘生成128QAM發(fā)送信號(hào)。系統(tǒng)中，雙通道發(fā)送D／A轉(zhuǎn)換器選用AD9777，該器件為16位，160 MS／s的雙通道發(fā)射D／A轉(zhuǎn)換器正交調(diào)制器件選用ADL5385。

3．2 ADL5385簡介
    ADL5385是一款硅半導(dǎo)體單片正交調(diào)制器，頻率范圍為50~200 MHz，具有優(yōu)異的相位精度和幅度平衡性。ADL5385的寬基帶輸入帶寬允許基帶啟動(dòng)或復(fù)雜的IF驅(qū)動(dòng)，因此可用于IF或RF調(diào)制的通信系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于無線連接發(fā)送器、電纜調(diào)制終端系統(tǒng)、寬帶無線接入系統(tǒng)等。ADL5385從2個(gè)差分基帶輸入端獲取信號(hào)，然后把其調(diào)制到兩個(gè)正交的載頻。兩個(gè)內(nèi)部載頻來自于一個(gè)單端、外部本地振蕩器輸入信號(hào)，振蕩器的頻率是所需要載頻頻率的2倍。兩路已調(diào)的信號(hào)一起送入差分一單端放大器。放大器應(yīng)設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)50 Ω輸出阻抗。
    ADL5385高輸出功率能力(+10 dBm P1dB)、高單端輸出線性度(+24 dBm IP3)和低本底噪聲(一158 dBm／Hz)提供極高的輸出動(dòng)態(tài)范圍。ADl5385具有一46 dBm載波饋通和一50dBm單邊帶抑制(在14MHz處)能力使其在復(fù)合高階調(diào)制應(yīng)用(例如，大于或等于16點(diǎn)的正交幅度調(diào)制(QAM)]中對(duì)校準(zhǔn)和調(diào)零的需求最少。
    ADL5385可接收來自直流DC~700 MHz的寬帶輸入，并且與AD977x系列D／A轉(zhuǎn)換器輸出幅度相兼容。ADL5385具有一7 dBm的低L0驅(qū)動(dòng)要求也與ADIA360系列帶VCO的集成PLL產(chǎn)品兼容。ADL5385的兩倍L0輸入頻率特性有助于在L0隔離和電路板密度至關(guān)重要的應(yīng)用中使L0頻率牽引最小。ADL5385的功能框圖如圖3所示。

    圖3中,IBBP，IBBN分別為正交調(diào)制中I信號(hào)的正、負(fù)極輸入端。QBBP，QBBN分別為正交調(diào)制中Q信號(hào)的正、負(fù)極輸入端。LOIP，LOIN分別為本地振蕩輸入的正、負(fù)端。ENBL是ADL5385的使能端。高電平時(shí)，該器件工作；低電平時(shí)，則進(jìn)入休眠狀態(tài)。TEMP是溫度傳感器輸入連接端，將外部溫度變化通過電阻引入器件內(nèi)部的溫度傳感器。
    ADL5385按功能劃分為5部分：本地振蕩器接口電路、基帶電壓-電流轉(zhuǎn)換器、混頻器、差分一單端放大器和偏置電路。其中，本地振蕩器接口電路由緩沖放大器和一組分頻器構(gòu)成，可產(chǎn)生頻率為輸入頻率一半的兩個(gè)正交載頻。每個(gè)載頻經(jīng)放大和限幅后，驅(qū)動(dòng)雙平衡混頻器；電壓一電流轉(zhuǎn)換器將基帶電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)饋入混頻器。基帶輸入端饋入的差分基帶輸入電壓送入一組共發(fā)射極電壓一電流轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的輸出電流在混頻器中調(diào)制兩個(gè)一半頻率的本地振蕩載頻；ADL5385有兩個(gè)雙平衡混頻器，分別用于I通道和Q通道。這兩個(gè)混頻器由4個(gè)交叉連接的晶體管構(gòu)成希爾伯特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2個(gè)混頻器的電流輸出一起輸入到差分一單端放大器中；差分一單端放大器由兩個(gè)射極跟隨器驅(qū)動(dòng)級(jí)構(gòu)成，輸出阻抗被射極電阻穩(wěn)定在50Ω的輸出：每一部分的參考電流由偏置電路產(chǎn)生。因此，ADL5385可實(shí)現(xiàn)圖1中2一L電平轉(zhuǎn)換后續(xù)功能。
3．3 基于ADL5385的128QAM發(fā)送器
    圖1中的2-L電平轉(zhuǎn)換前部分可由雙通道發(fā)送D／A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)STM一1(155 Mb／s)的傳輸速率，選用的雙通道發(fā)送D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率應(yīng)大于155 MS／s。考慮到器件的兼容性，D／A轉(zhuǎn)換器仍從同類產(chǎn)品中選取?？紤]到信號(hào)恢復(fù)和今后系統(tǒng)擴(kuò)展，選用AD9777。
    根據(jù)上述分析，ADL5383與雙通道發(fā)送D／A轉(zhuǎn)換器AD9777將計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)生的基帶I、Q串行數(shù)據(jù)生成155Mb／s(STM-1)128QAM調(diào)制信號(hào)，其電路連接如圖4所示。

圖4中，AD9777接收來自計(jì)算機(jī)生成的基帶I、Q串行數(shù)據(jù)組，并經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換分別產(chǎn)生I、Q的模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)由電阻和電容構(gòu)成的交流耦合電路后送入正交調(diào)制器ADL5383，在其中與LOIP、LOIN饋送入的本振信號(hào)正交相乘，最后將正交相乘后的兩路信號(hào)合成為調(diào)制在本振頻率上的已調(diào)128QAM信號(hào)，從VOUT端輸出。

4 需注意的問題
    (1)系統(tǒng)利用的ADL5383與D／A轉(zhuǎn)換器AD9777的特性較一致，兼容性較好等特點(diǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能選用同一公司的產(chǎn)品，以獲得較為一致的溫度特性，從而提高硬件電路的穩(wěn)定性。
    (2)當(dāng)調(diào)整MOAM樣點(diǎn)時(shí)，通過改變ADL5383的本地振蕩輸入頻率，同時(shí)在表1中選取相應(yīng)的D／A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。但是，其基本硬件構(gòu)成保持不變，具有一定的通用性。
    (3)由于AD9777是模擬和數(shù)字混合電路器件，因此在電路板布局時(shí)，應(yīng)注意模擬電路地線和數(shù)字電路地線的設(shè)置與連接。一般情況下，模擬電路地線和數(shù)字電路地線應(yīng)盡可能短并設(shè)置為一點(diǎn)連接，避免引入不必要的噪聲而影響模擬電路部分的工作，降低系統(tǒng)的性能。

5 結(jié)語
MQAM利用載波的幅度和相位傳遞信息比特，在最小距離相同的條件下可實(shí)現(xiàn)更高的頻帶利用率。利用ADL5383與AD9777產(chǎn)生QAM信號(hào)，接口電路較為簡單，器件之間的兼容性較好；同時(shí)可通過改變ADL5383的本地振蕩頻率實(shí)現(xiàn)MQAM樣點(diǎn)改變的要求，具有較好的通用性。