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12-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Bauelemente

Bauelemente Ultra-breitbandiger i/Q-Demodulator Ultra-breitbandiger 6-GHz-Zero-IF-I/Q- Demodulator mit 60 dB Seitenbandunterdrückung steigert die Leistungsfähigkeit von Empfängern Linear Technology www.linear.com/product/ LTC5586 Bild 1: Ultra-breitbandiger, direkt umsetzender 6-GHz-I/Q- Demodulator Linear Technology präsentiert einen neuen, hochlinearen I/Q- Demodulator, LTC5586, mit einer -1-dB-Bandbreite von über 1 GHz, der Infrastrukturelemente für 5G-Funknetze wie z. B. DPD-Empfänger (Digital Predistortion Correction) für Basisstationen, Mikrowellen- Backhaul-Verbindungen, software-definierte Funksysteme (SDR, Software Defined Radio) sowie weitere Breitbandempfänger-Anwendungen unterstützt. Der Eingang des LTC5586 ist „echt-breitbandig“ - dank eines optimierten Anpassungsnetzwerks, das über den extrem weiten Frequenzbereich von 500 MHz bis 6 GHz eine Eingangs impedanz von 50 Ω bietet. Der Demodulator deckt sämtliche LTE-Frequenzbänder ab, dazu die künftigen 4,5Gund 5G-Bänder bei 3,6 GHz und 5 GHz. Für den Betrieb im Frequenzbereich von 300 MHz bis 500 MHz ist nur ein einziger zusätzlicher Kondensator erforderlich. Der LO-Eingang kann via SPI-Schnittstelle für ein beliebiges Frequenzband im Bereich von 300 MHz bis 6 GHz konfiguriert werden, ohne dass dafür externe Anpassungsglieder benötigt werden. Der neue Demodulator zeichnet sich durch einen sehr hohen OIP2 von 80 dBm und eine Seitenbandunterdrückung von 60 dBc aus. Diese hervorragenden Spezifikationen ermöglichen Empfänger mit überlegener Performance. Der LTC5586 ist ein echtes Zero- IF-Design mit DC-gekoppelten Zwischenfrequenz-Signalpfaden, das breitbandige HF- Signale direkt ins Basisband umsetzt. Der Demodulator leitet aus der Quadraturbeziehung zwischen dem I- und dem Q-Kanal die Basisbandsignale ab. Um alle im Eingangssignal enthaltenen Informationen zurückzugewinnen, muss die Abtastfrequenz der nachgeschalteten A/D-Wandler nur halb so groß wie die HF- Eingangssignal-Bandbreite sein. Dadurch können preisgünstige A/D-Wandler eingesetzt werden. Der Eingangsteil des LTC5586 enthält einen HF-Schalter, der über die SPI-Schnittstelle gesteuert wird und jeweils einen der beiden HF-Eingänge mit einem ebenfalls SPI-programmierbaren internen Abschwächer verbindet. Der Abschwächer ermöglicht eine Dämpfung des Eingangssignals in 1-dB-Schritten um maximal 31 dB. Dadurch kommt der Empfänger problemlos mit unterschiedlichen Eingangssignalpegeln zurecht. Der eigentliche Demodulator besteht aus einem I- und einem Q-Mischer, deren LO-Eingänge über einen hochgenauen, breitbandigen Quadratur-Phasenschieber von einem externen Lokaloszillator angesteuert werden. Die demodulierten I- und Q-Signale gelangen jeweils zu einem Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor über die SPI-Schnittstelle in 1-dB- Schritten bis auf einen Maximalwert von 7,7 dB programmierbar Eigenschaften des Demodulators • Echte Zero-IF-Bandbreite: DC bis1 GHz (1 dB Flatness) • Integrierte ZF-Verstärker mit 8 Verstärkungseinstellungen • HF-Dämpfungsglied für 0 - 31 dB mit 1-dB-Schrittweite • Zweikanal-SPDT-HF-Schalter mit 40 dB Entkopplung • Serielle Vierdraht-SPI-Bussteuerung Spiegelunterdrückung (I/Q-Balance) IIP2 & IIP3 Einstellung HD2 & HD3 Einstellung DC-Offset Null RF & LO gleichlaufende Frequenzabstimmung IF-Verstärkungs-Einstellung • Schnelle, geschaltete 100-ns-RF-Eingänge • Angepasster Breitband-HF-Eingang: Keine externe Anpassung von 500 – 6000 MHz Externer Kondensator für 300 – 500 MHz • Kleiner Footprint von 5 x 5 mm, QFN-32 Leads 16 hf-praxis 12/2016

Bauelemente Bild 2: Blockdiagramm des LTC5586 ist. Der Verstärker ermöglicht die direkte Ansteuerung von zwei externen A/D-Wandlern. Als weitere Besonderheit hat der LTC5586 eine einzigartige, auf dem Chip untergebrachte Abgleichfunktion, die eine einfache Kalibrierung der I- und Q-Amplituden und der Phasenunsymmetrie über die SPI- Schnittstelle ermöglicht. Beide Fehler führen üblicherweise zu einer schlechten Unterdrückung der Spiegelfrequenzen des RF- Signals, wenn es ins Basisband demoduliert wird. Die typische Spiegelunterdrückung dieser Art von Komponenten liegt in der Größenordnung von 20 bis 30 dB. Das Resultat der Kalibrierung ist eine bislang unerreichte Spiegelunterdrückung von 60 dBc oder mehr. Auch die Parameter IIP2, IIP3, HD2 (Oberwellenverzerrungen zweiter Ordnung) und HD3 können via SPI-Schnittstelle auf bestmögliche Empfängerlinearität optimiert werden. Ebenso kann die DC-Offsetspannung der gesamten DC-gekoppelten Basisband-Signalkette via SPI- Schnittstelle kompensiert werden, sofern deren kombinierte Gesamt-Offsetspannung innerhalb des Abgleichbereichs des LTC5586 liegt. Der LTC5586 verwendet ein 5 mm x 5 mm großes QFN- Gehäuse. Die I- und Q-Ausgänge können direkt jeweils ein differenzielles Zwischenstufenfilter oder einen externen A/D-Wandler mit einer Eingangsimpedanz von 100 Ω ansteuern. Dies alles resultiert in einer kompakten Gesamtlösung mit sehr wenigen externen Bauteilen. Der Demodulator ist für den Betriebstemperaturbereich von –40 °C bis +105 °C (Gehäusetemperatur) spezifiziert und ist ab sofort in Produktionsstückzahlen lieferbar. ◄ Bild 3: Wichtige Eigenschaften des LTC5586 Bild 4: Der Zweikanal-Breitband-DPD-Empfänger steigert die Leistungseffizienz der Sender-PA und verbessert die spektrale Reinheit des Signals Leistungsmerkmale des LTC5586 • Extrem große Bandbreite: • Arbeitsfrequenzbereich: • Spiegelfrequenzunterdrückung (nach Kalibrierung): • OIP3 bei 3,5 GHz: • OIP2 bei 3,5 GHz: (nach Kalibrierung) • Max. Leistungsverstärkung bei 1,9 GHz: DC bis 1 GHz 300 MHz bis 6 GHz 70 dBc bei 3,5 GHz +35 dBm +70dBm 7,7 dB • Via SPI-Schnittstelle optimierbare bzw. programmierbare Eigenschaften: Spiegelfrequenzunterdrückung (I/Q-Amplitudenund -Phasengleichlauf) IIP2 und IIP3 / HD2 und HD3 DC-Offset LO-Frequenzanpassung HF-Schalter und -Abschwächer im Eingangsteil ZF-Verstärkung hf-praxis 12/2016 17

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