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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Produkt-Portrait

Produkt-Portrait 14-Bit-Empfänger-Subsystem für Direktmischung Der LTM9004 von Linear Technology ist ein 14-Bit-Empfänger- Subsystem für direkte Umwandlung, das für den Einsatz als Empfänger hoher Linearität z.B. in der Wireless-Infrastruktur bis zu Eingangsfrequenzen von 2,7 GHz konzipiert wurde. Es handelt sich hier um einen integrierten µModul-Empfänger, der mit „System-in-a-package“- Technologie (SIP) einen Dual- 14-Bit-A/D-Wandler mit hoher Geschwindigkeit, Tiefpassfilter, zwei rauscharme Differenzverstärker je Kanal mit konstanter Verstärkung und einen I/Q- Demodulator mit DC-Offset- Einstellung auf einem Chip vereint. Die direkte Umwandlungsarchitektur bietet gegenüber dem traditionellen Superhet mehrere Vorteile. Sie reduziert die Anforderungen an die HF-Eingangs- Filterung, da diese Architektur gegenüber Signalen auf der Spiegelfrequenz unempfindlich ist. Die HF-Bandpässe müssen lediglich starke Außerband- Signale ausreichend unterdrücken, damit sie das Front-end nicht überlasten. Die Direktumsetzung macht zudem ZF- Verstärker und Bandpass-Filter überflüssig, da das HF-Eingangssignal direkt ins Basisband heruntergemischt wird. Direkte Umsetzung hat natürlich auch ihre eigenen Implementierungsprobleme. Da das empfangene Signal und der LO die gleiche Frequenz haben, kann es sehr leicht zu LO-Abstrahlungen über die eigene Antenne kommen, die eventuell Regulierungs- Standards verletzen. Unerwünschte Basisbandsignale können auch durch die Nichtlinearität zweiter Ordnung des Empfängers generiert werden. Ein Ton auf einer beliebigen Frequenz, der in den Empfänger gelangt, verursacht einen Anstieg des DC-Offsets in den Basisband-Schaltungen. Deshalb sorgt der LTM9004 für Gleichstromoffsetkorrektur direkt hinter dem I/Q-Demodulator. Die direkte Eliminierung des DC- Offsets ist jedoch sehr problematisch. Die notwendige Verstärkung der Basisbandstufen vergrößert nämlich den Offset, da sich ihr Frequenzbereich bis DC erstreckt. Die Arbeitsweise des Mischers Das RF-Signal wird an die Eingänge der HF-Transconductance-Verstärker gelegt und dann in I/Q-Basisbandsignale demoduliert. Dazu werden Quadratur-LO-Signale verwendet, die intern mit Präzisions-Phasenschiebern aus einem externen LO-Signal erzeugt werden. An den RF- und LO-Eingängen sind Breitbandtransformatoren integriert, um unsymmetrische Signalanschlüsse zu ermöglichen. Im hohen Frequenzband (1,5 GHz bis 2,7 GHz) sind sowohl die RF- als auch die LO- Anschlüsse intern an 50 Ohm angepasst. Daher werden keine externen Anpassungskomponenten benötigt. Für die niederfrequenteren Bänder (700 MHz bis 1,5 GHz) kann ein einfaches Netzwerk mit Serien- und/oder Shunt-Kondensatoren zur Impedanz-Anpassung vorgesehen werden. Die Phasenbeziehung zwischen den I- und Q-Signalen ist konstant. Wenn die LO-Frequenz größer oder kleiner als die RF-Frequenz ist, haben die Ausgangssignale des Q-Kanals eine Phasenverschiebung von +90° oder – 90° gegenüber dem I-Kanal. Verstärker Jeder Kanal des LTM9004 besteht aus zwei Stufen mit gleichstromgekoppelten, rauschund verzerrungsarmen, vollständig differentiell arbeitenden Op-Amps/ADC-Treibern. Jede Stufe implementiert - mit Unter Verwendung des Datenblatts: „LTM9004 - 14 –Bit Direct Conversion Receiver Subsystem“ Linear Technology www.linear.com Bild 1: Typisches Anwendungsbeispiel mit dem LTM9004 24 hf-praxis 2/2016

Produkt-Portrait Bild 2: Funktionelles Blockdiagramm eines Kanals Bild 3: HF- Eingangsschaltung einem schnellen hochwertigen Operationsverstärker und passiven Präzisionskomponenten - ein 2-poliges aktives Tiefpassfilter. Der Tiefpass kann für verschiedene Grenzfrequenzen konfiguriert werden. Der LTM9004-AA implementiert zum Beispiel einen für 1,92 MHz entworfenen Tiefpass. HF-Eingang Bild 3 zeigt den RF-Eingang des Mischers, der aus einem integrierten Transformator und Transkonduktanz-Verstärkern hoher Linearität besteht. Die Primärseite des Transformators ist mit dem RF-Eingangs- Bild 4: Rückflussdämpfung des HF-Eingangs über der Frequenz hf-praxis 2/2016 25

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel