本應用筆記總結了零中頻、復中頻、高（實）中頻和直接射頻的RF發送器架構，然后詳細介紹了直接RF發射器在無線應用中的優勢，這些優勢隨著智能手機和平板電腦使用量的增加而增加。如應用筆記所示，采用高性能DAC的直接RF架構具有優勢，可在合成超寬帶信號時減少元件數量并降低功耗。

介紹

多年來，無線電發射器已經從真正的IF（中頻）發射器發展到復雜的IF發射器，再到零IF發射器。但是，這些常用體系結構仍然存在相關限制。一種較新的方法，即直接射頻無線電發射器，可以克服傳統發射器的局限性。本文比較了用于無線通信的各種無線電發射器架構。由高性能數模轉換器（DAC）支持的直接RF無線電發射器將顯示出與傳統技術相比具有明顯的優勢。直接到RF無線電發射器也有其自身的挑戰，但它為真正的軟件定義無線電發射器鋪平了道路。

RF DAC，如14位2.3Gsps MAX5879，是直接至RF架構的基本元件。該DAC在寬至1GHz的帶寬下實現了出色的雜散和噪聲性能。它具有在第二和第三奈奎斯特區進行發射的新方法，因此可以在高達3GHz的輸出頻率下執行RF合成。測量結果驗證了DAC的性能。

傳統射頻發射器架構

在過去的幾十年里，傳統的發射器架構是基于超外差原理實現的，其中使用本振（LO）和混頻器產生中頻（IF）?；祛l器通常在LO周圍創建兩個鏡像，稱為邊帶。然后通過濾除其中一個邊帶來獲得所需的信號。現代無線電發射器，特別是無線基站（BTS）中使用的無線電發射器，通常在基帶上使用復雜的同相（I）和正交相位（Q）符號來獲取數字調制信號。

圖1.無線電發射機架構。

復雜中頻發射器

因此，復基帶數字信號在基帶有兩條路徑，I和Q。以這種方式使用兩條信號路徑有一個優點：當使用模擬正交調制器（MOD）組合兩個復數中頻信號時，其中一個中頻邊帶被消除。然而，由于I和Q路徑的不對稱性，調制器鏡像的理想消除永遠無法實現。這種復雜的IF架構如圖1（B）所示。在這里，復數基帶I和Q信號值（通過因子R），并使用數字復數調制器和充當LO的數控振蕩器（NCO）調制為復數IF載波。然后，雙通道DAC將數字I和Q IF載波轉換為模擬載波，并將其饋送到調制器。為了進一步增加不需要邊帶的衰減，使用了帶通濾波器（BPF）。

零中頻發射器

在圖1（A）所示的零中頻（ZIF）發射器中，基帶上的數字復數信號只需插值以降低濾波要求，然后饋送到DAC。DAC的復數模擬輸出仍位于基帶（DC）處，被饋送到模擬正交調制器。使用復雜信號的“魔力”在ZIF架構中顯而易見，因為整個調制信號以精確的LO頻率轉換為RF載波。然而，LO饋通以及I和Q路徑中的不對稱等缺陷會導致LO雜散和落在發射信號內的反向信號鏡像。這反過來又會降低信號的誤碼率。在多載波發射器中，圖像可能與載波相鄰，然后產生帶內雜散發射。在無線電發射器中經常實施復雜的數字預失真方案，以抵消這些各種缺陷。

直接射頻發射器

在圖1（D）所示的直接RF發射器中，正交解調器在數字域中實現，LO由NCO取代。這導致I和Q路徑具有近乎完美的對稱性，幾乎沒有LO饋通。因此，數字調制器的輸出是一個數字RF載波，饋送到一個非常高速的DAC。由于DAC的輸出是離散時間，因此也會創建與DAC時鐘頻率（CLK）等距的混疊鏡像。DAC輸出由BPF濾波以選擇RF載波，然后饋送到可變增益放大器（VGA）。

高中頻發射器

這種直接RF發射器方案也可用于生成高“真實”（而不是復雜）數字IF載波，如圖1（C）所示。這里的DAC將數字IF轉換為模擬IF載波。DAC之后的帶通濾波器用于隔離所需的IF鏡像。然后將該真實IF饋送到混頻器，混頻器產生該IF信號的兩個邊帶與LO混合。然后，所需的RF邊帶由另一個帶通濾波器隔離。

很明顯，直接RF架構需要最少的有源元件。由于模擬正交調制器和LO可以在帶有數字正交調制器和NCO的FPGA或ASIC中實現，因此直接RF架構消除了I和Q不平衡誤差以及LO饋通。此外，由于DAC通常以高得多的采樣速率工作，因此更容易合成非常寬帶的信號，同時保持濾波要求可控。

高性能DAC是直接RF架構成為傳統無線電發射器的可行替代方案的重要組成部分。該DAC需要產生高達2GHz及以上的RF載波，其動態性能通常在基帶或使用其他架構的IF上實現。MAX5879就是這樣一種高性能DAC。

使用MAX5879 DAC作為直接RF發送器

MAX5879是一款14位2.3Gsps射頻DAC，具有超過2GHz的輸出帶寬、極低噪聲和低雜散性能，專為直接RF發送器而設計。其頻率響應（圖2）可以通過改變其脈沖響應來修改。不歸零 （NRZ） 模式用于第一奈奎斯特區的輸出。射頻 （RF） 模式將輸出功率集中在第二和第三奈奎斯特區。歸零 （RZ） 模式在多個奈奎斯特區提供更平坦的響應，但輸出功率更低。

MAX5879的獨特之處在于RFZ模式。RFZ模式是RF模式的“零填充”，因此進入DAC的輸入采樣速率是其他模式的一半。這種模式對于合成帶寬較低的信號很有用，同時保留了在上奈奎斯特區以更高頻率輸出信號的優勢。因此，MAX5879 DAC可用于合成遠超出其采樣速率的調制載波，僅受2+GHz模擬輸出帶寬的限制。

圖2.MAX5879 DAC的頻率響應可選。

MAX5879在940MHz時對4載波GSM信號的互調失真超過74dB（圖3）;2.1GHz 的 4 載波 WCDMA 信號的鄰道泄漏比 （ACLR） 為 67dB（圖 4）;和 65dB ACLR，帶有 2.6GHz 的 2 載波 LTE（圖 5）。憑借這種性能，該DAC可用于多個奈奎斯特區中各種數字調制信號的直接數字合成。因此，它可作為多標準和多頻段無線基站發射器的通用硬件平臺。

圖3.MAX5879在940MHz和2.3Gsps（第一奈奎斯特區）時具有4載波GSM性能。

圖4.MAX5879 4載波WCDMA性能，工作頻率為2140MHz和2.3Gsps （第二奈奎斯特區）。

圖5.MAX5879為2載波LTE性能，工作頻率為2650MHz和2.3Gsps （第三奈奎斯特區）。

直接射頻發射器的應用

MAX5879 DAC還可以在奈奎斯特區內同時發送多個載波。此功能現在通常用于下游有線電視發射器，其中多個QAM調制信號在50MHz至1000MHz頻段傳輸。對于該應用，與其他發射器架構相比，直接射頻發射器可以實現載波密度的20至30倍。此外，由于單個寬帶直接RF發射器可以取代多個無線電發射器，因此設計將大幅降低功耗和有線電視前端的面積。

使用MAX5879的直接RF發送器在需要寬信號帶寬和高輸出頻率的其它應用中也具有優勢。例如，隨著越來越多的智能手機和平板電腦被使用，無線基站將需要更大的帶寬。因此，許多服務于這些器件的現有發送器將被MAX5879等高性能RF DAC支持的直接RF發送器所取代也就不足為奇了。

總結

支持RF DAC的發射器以比傳統架構高得多的帶寬進行傳輸。它不會影響動態性能。它還允許FPGA或ASIC省去模擬正交調制器和LO頻率合成器，從而提高無線電發射器的可靠性。這種方法還可以減少元件數量，并且在許多情況下還可以降低功耗。

審核編輯：郭婷