ADMV1013S 24 GHz 至 44 GHz，寬帶，微波上變頻器

一、引言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，高頻化、大帶寬成為通信領(lǐng)域的重要趨勢。毫米波頻段，特別是24 GHz以上的頻段，因其巨大的頻譜資源潛力，在5G通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，高頻信號的生成與處理面臨著諸多挑戰(zhàn)，如電路設(shè)計復(fù)雜、器件性能受限等。ADI公司推出的ADMV1013S-CSL微波上變頻芯片，正是針對這一領(lǐng)域的前沿需求而設(shè)計的。本文將詳細(xì)介紹ADMV1013S-CSL微波上變頻器的特性、應(yīng)用、工作原理以及其在通信系統(tǒng)中的重要作用。

二、ADMV1013S-CSL微波上變頻器概述

ADMV1013S-CSL是一款寬帶微波上變頻器，針對在24 GHz至44 GHz RF范圍內(nèi)運行的點對點微波無線電設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。該芯片集成了寬頻段覆蓋、多模式轉(zhuǎn)換和航天級可靠性，能夠在3.3V/1.8V雙電源供電下實現(xiàn)從基帶到44 GHz的直接變頻。其卓越的性能指標(biāo)和靈活的功能配置，使得它在高頻通信系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　產(chǎn)品詳情

　　ADMV1013S-CSL 是一款寬帶微波上變頻器，針對在 24 GHz 至 44 GHz RF 范圍內(nèi)運行的點對點微波無線電設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。

　　上變頻器提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式。該設(shè)備能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號直接轉(zhuǎn)換為 RF，以及從復(fù)雜中頻 (IF) 輸入進(jìn)行單邊帶 (SSB) 上變頻?？梢越没鶐?I/Q 輸入路徑，而且可以在 IF 路徑中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范圍內(nèi)任何頻率的復(fù)雜調(diào)制 IF 信號并將該信號升頻轉(zhuǎn)換到 24 GHz 至 44 GHz，同時抑制不需要的邊帶，抑制幅度通常優(yōu)于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調(diào)整正交相位和混頻器柵極電壓，以便實現(xiàn)最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調(diào)零。此外，SPI 允許關(guān)閉輸出包絡(luò)檢測器以降低功耗。

　　ADMV1013S-CSL 升頻器采用 40 端子岸面柵格陣列 (LGA) 封裝。ADMV1013S-CSL 的外殼工作溫度范圍為 ?40°C 至 +85°C。

　　有關(guān)其他應(yīng)用和技術(shù)信息，請參閱“商業(yè)太空產(chǎn)品計劃”手冊和 ADMV1013 數(shù)據(jù)手冊。

　　應(yīng)用

　　低地球軌道和中地球軌道 (LEO/MEO) 衛(wèi)星

　　航空電子設(shè)備

　　點對點微波射頻

　　雷達(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)

　　特性

　　寬帶 RF 輸入頻率范圍：24 GHz 至 44 GHz

　　2 種上轉(zhuǎn)換模式

　　從基帶 I/Q 直接轉(zhuǎn)換至 RF

　　從實際 IF 進(jìn)行單邊帶升頻轉(zhuǎn)換

　　LO 輸入頻率范圍：5.4 GHz 至 10.25 GHz

　　LO 四倍頻器，最高可達(dá) 41 GHz

　　匹配的 50 Ω 單端 RF 輸出和 IF 輸入

　　可選擇匹配的 100 Ω 平衡或 50 Ω 單端 LO 輸入

　　100 Ω 平衡基帶輸入

　　邊帶抑制和載波饋通優(yōu)化

　　用于收發(fā)器功率控制的可變衰減器

　　可通過 4 線 SPI 進(jìn)行編程

　　40 端子?xùn)鸥耜嚵蟹庋b (LGA)

三、特性與功能

1. 寬帶RF輸入頻率范圍

   ADMV1013S-CSL的射頻輸出頻率范圍覆蓋24 GHz至44 GHz，這一寬頻段覆蓋范圍使得它能夠適應(yīng)多種高頻通信應(yīng)用的需求。無論是5G毫米波基站、衛(wèi)星通信還是雷達(dá)系統(tǒng)，都能夠在這一頻段內(nèi)找到合適的工作頻率。

2. 多種頻率轉(zhuǎn)換模式

   ADMV1013S-CSL提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式：從基帶同相正交（I/Q）輸入信號直接轉(zhuǎn)換為RF，以及從復(fù)雜中頻（IF）輸入進(jìn)行單邊帶（SSB）上變頻。這兩種模式為用戶提供了極大的靈活性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的轉(zhuǎn)換方式。

• 基帶I/Q直接轉(zhuǎn)換至RF：在這種模式下，基帶I和Q差分輸入信號范圍是從DC到6 GHz。這種轉(zhuǎn)換方式適用于需要直接處理基帶信號的應(yīng)用場景，如零中頻接收機(jī)。

• IF單邊帶上變頻：在這種模式下，可以將0.8 GHz至6.0 GHz范圍內(nèi)的任何調(diào)制復(fù)中頻信號上變頻為24 GHz至44 GHz。同時，該芯片還能抑制不需要的邊帶，抑制幅度通常優(yōu)于26 dBc。這種轉(zhuǎn)換方式適用于需要處理中頻信號的應(yīng)用場景，如超外差接收機(jī)。

3. LO輸入頻率范圍與四倍頻器

   ADMV1013S-CSL的LO輸入頻率范圍為5.4 GHz至10.25 GHz。通過內(nèi)置的四倍頻器，可以將LO頻率倍升至所需的載波頻率，最高可達(dá)41 GHz。這一設(shè)計大幅簡化了高頻本振源的設(shè)計難度，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。

4. 匹配與阻抗

• RF輸出與IF輸入：均匹配到50 Ω，使得芯片能夠方便地與其他50 Ω阻抗的器件進(jìn)行連接。

• LO輸入：可選擇匹配的100 Ω平衡或50 Ω單端輸入，為用戶提供了更多的設(shè)計選擇。

• 基帶輸入：采用100 Ω平衡輸入，有助于減少信號傳輸過程中的干擾和損耗。

5. 邊帶抑制與載波饋通優(yōu)化

   ADMV1013S-CSL具有出色的邊帶抑制和載波饋通優(yōu)化性能。在正常操作期間，上變頻器展現(xiàn)出未經(jīng)校準(zhǔn)的26 dBc邊帶抑制。通過SPI接口調(diào)節(jié)正交相位和混頻器柵極電壓，可以將邊帶抑制提高到約36 dBc。這一指標(biāo)已接近專業(yè)級外置濾波器的性能水平，有助于減少外部濾波器的使用，降低系統(tǒng)成本。

6. 可變衰減器與功率控制

   芯片內(nèi)置了用于收發(fā)器功率控制的可變衰減器，為用戶提供了35 dB的調(diào)節(jié)范圍。這一功能使得用戶可以根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)整輸出功率，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

7. SPI接口與編程控制

   ADMV1013S-CSL提供了4線SPI接口，允許用戶通過軟件對芯片進(jìn)行編程控制。通過SPI接口，用戶可以調(diào)整正交相位、混頻器柵極電壓、輸出包絡(luò)檢測器開關(guān)等參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的性能和功耗優(yōu)化。此外，SPI接口還允許用戶關(guān)閉輸出包絡(luò)檢測器以降低功耗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能效。

8. 封裝與工作環(huán)境

   ADMV1013S-CSL采用40端子岸面柵格陣列（LGA）封裝，具有緊湊的尺寸和良好的散熱性能。其外殼工作溫度范圍為-40°C至+85°C，能夠適應(yīng)各種嚴(yán)苛的工作環(huán)境。無論是低軌衛(wèi)星等長壽命應(yīng)用，還是航空電子與雷達(dá)系統(tǒng)等快速重構(gòu)應(yīng)用，ADMV1013S-CSL都能夠提供穩(wěn)定可靠的性能。

四、工作原理

ADMV1013S-CSL微波上變頻器的工作原理主要基于混頻技術(shù)?；祛l器是微波上變頻器的核心部件，它能夠?qū)⑤斎氲牡皖l信號（基帶I/Q信號或中頻IF信號）與本地振蕩器（LO）產(chǎn)生的高頻信號進(jìn)行混頻，從而生成所需的高頻輸出信號。

1. 基帶I/Q直接轉(zhuǎn)換至RF

   在這種模式下，基帶I和Q差分輸入信號首先經(jīng)過正交移相器進(jìn)行相位調(diào)整，以確保I和Q兩路信號的相位正交性。然后，這兩路信號分別與本地振蕩器產(chǎn)生的正弦波和余弦波進(jìn)行混頻?；祛l后的信號經(jīng)過濾波和放大處理，最終生成所需的高頻RF輸出信號。

2. IF單邊帶上變頻

   在這種模式下，中頻IF信號首先經(jīng)過濾波器進(jìn)行濾波處理，以去除不需要的雜散信號。然后，該信號與本地振蕩器產(chǎn)生的高頻信號進(jìn)行混頻。混頻后的信號包含上邊帶和下邊帶兩部分，通過濾波器選擇其中一邊帶（如上邊帶）進(jìn)行輸出，從而實現(xiàn)單邊帶上變頻。同時，芯片還會對不需要的邊帶進(jìn)行抑制處理，以提高輸出信號的純度。

五、應(yīng)用場景

ADMV1013S-CSL微波上變頻器因其卓越的性能和靈活的功能配置，在多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用場景：

1. 衛(wèi)星通信

   在衛(wèi)星通信領(lǐng)域，ADMV1013S-CSL支持的24-44 GHz頻段完美契合國際電信聯(lián)盟為低軌衛(wèi)星規(guī)劃的Q/V波段資源。單芯片解決方案可以大幅減小星載載荷的體積和重量，降低衛(wèi)星的發(fā)射成本。同時，芯片的高線性度和低噪聲性能也有助于提高衛(wèi)星通信的可靠性和數(shù)據(jù)吞吐量。

2. 5G毫米波基站

   在5G毫米波基站中，ADMV1013S-CSL可以作為射頻前端的核心部件之一。其寬頻段覆蓋能力和高輸出IP3性能使得它能夠支持嚴(yán)苛的調(diào)制方案（如1024QAM），從而實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)吞吐量。此外，芯片的小尺寸和低功耗特性也有助于降低基站的建設(shè)成本和運營成本。

3. 航空電子與雷達(dá)系統(tǒng)

   在航空電子與雷達(dá)系統(tǒng)中，ADMV1013S-CSL的快速重構(gòu)能力和高線性度特性使得它能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景。通過SPI接口，系統(tǒng)可以在微秒級時間內(nèi)切換工作模式：在電子戰(zhàn)場景中，直接變頻模式可快速生成復(fù)雜調(diào)制信號；切換到SSB模式時，又能以低雜散特性實現(xiàn)高純度頻譜輸出。這些特性對于提高雷達(dá)系統(tǒng)的檢測性能和抗干擾能力具有重要意義。

4. 儀器儀表與自動測試設(shè)備（ATE）

   在儀器儀表和自動測試設(shè)備中，ADMV1013S-CSL可以作為信號發(fā)生器或頻譜分析儀的核心部件之一。其寬頻段覆蓋能力和高輸出功率使得它能夠生成或分析各種高頻信號。同時，芯片的可編程性和靈活性也使得它能夠適應(yīng)不同的測試需求和應(yīng)用場景。

六、技術(shù)優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

1. 技術(shù)優(yōu)勢

• 寬頻段覆蓋：ADMV1013S-CSL的射頻輸出頻率范圍覆蓋24 GHz至44 GHz，這一寬頻段覆蓋范圍使得它能夠適應(yīng)多種高頻通信應(yīng)用的需求。

• 多模式轉(zhuǎn)換：提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式（基帶I/Q直接轉(zhuǎn)換至RF和IF單邊帶上變頻），為用戶提供了極大的靈活性。

• 高性能指標(biāo)：具有出色的邊帶抑制、載波饋通優(yōu)化、可變衰減器等功能，使得它在高頻通信系統(tǒng)中具有卓越的性能表現(xiàn)。

• 小尺寸與低功耗：采用40端子LGA封裝，具有緊湊的尺寸和良好的散熱性能。同時，其低功耗特性也有助于降低系統(tǒng)的運營成本。

• 可編程性與靈活性：通過SPI接口進(jìn)行編程控制，用戶可以方便地調(diào)整芯片的參數(shù)和配置，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

2. 挑戰(zhàn)與解決方案

• 高頻電路設(shè)計復(fù)雜：高頻電路對器件寄生參數(shù)極度敏感，傳統(tǒng)分立設(shè)計難以實現(xiàn)穩(wěn)定性能。ADMV1013S-CSL通過集成寬帶混頻、本振四倍頻、數(shù)字控制等模塊于單一芯片上，有效解決了這一問題。

• 寬頻段覆蓋要求：寬頻段覆蓋要求電路具備優(yōu)異的頻率適應(yīng)能力。ADMV1013S-CSL通過內(nèi)置的四倍頻器和可編程的帶通濾波器，實現(xiàn)了對寬頻段的良好覆蓋和頻率適應(yīng)能力。

• 環(huán)境可靠性問題：在航天及軍事應(yīng)用中，器件需要解決輻射耐受、極端溫度等環(huán)境可靠性問題。ADMV1013S-CSL通過航天級驗證和優(yōu)化的熱設(shè)計，確保了其在嚴(yán)苛環(huán)境下的穩(wěn)定性能。

七、未來發(fā)展趨勢

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷拓展，微波上變頻器作為無線通信系統(tǒng)的核心部件之一，其性能和功能將不斷得到提升和完善。以下是一些可能的發(fā)展趨勢：

1. 更高頻段覆蓋：隨著通信頻段的不斷向高頻段遷移，微波上變頻器將需要支持更高的頻段覆蓋范圍。未來，可能會出現(xiàn)支持太赫茲頻段的微波上變頻器產(chǎn)品。

2. 更高集成度：為了降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，微波上變頻器將向更高集成度方向發(fā)展。未來，可能會出現(xiàn)將多個功能模塊（如混頻器、濾波器、放大器等）集成于單一芯片上的產(chǎn)品。

3. 更智能化：隨著人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷發(fā)展，微波上變頻器將向更智能化方向發(fā)展。未來，可能會出現(xiàn)具有自適應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化功能的微波上變頻器產(chǎn)品，能夠根據(jù)實際應(yīng)用場景和需求自動調(diào)整參數(shù)和配置。

4. 更低功耗：為了降低系統(tǒng)的運營成本和提高能效，微波上變頻器將向更低功耗方向發(fā)展。未來，可能會出現(xiàn)采用更先進(jìn)工藝和更優(yōu)化設(shè)計的微波上變頻器產(chǎn)品，以降低功耗并提高性能。

八、總結(jié)

ADMV1013S-CSL微波上變頻器是一款具有卓越性能和靈活功能的高頻通信芯片。其寬頻段覆蓋、多模式轉(zhuǎn)換、高性能指標(biāo)、小尺寸與低功耗以及可編程性與靈活性等特點使得它在衛(wèi)星通信、5G毫米波基站、航空電子與雷達(dá)系統(tǒng)以及儀器儀表與自動測試設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用場景的不斷拓展，ADMV1013S-CSL微波上變頻器將在未來發(fā)揮更加重要的作用并展現(xiàn)出更大的商業(yè)價值。同時，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，微波上變頻器也將不斷向更高頻段覆蓋、更高集成度、更智能化和更低功耗方向發(fā)展以滿足未來通信系統(tǒng)的需求。