หลังจากหลายปีของการพัฒนาเครื่องส่งวิทยุได้ค่อยๆเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมการส่งสัญญาณ IF ธรรมดาไปเป็นเครื่องส่งสัญญาณ IF แบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสและเครื่องส่งสัญญาณ IF เป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามสถาปัตยกรรมเหล่านี้ยังมีข้อ จำกัด เครื่องส่งสัญญาณ RF แบบแปลงตรงรุ่นล่าสุดสามารถเอาชนะข้อ จำกัด ของเครื่องส่งแบบเดิมได้ บทความนี้เปรียบเทียบลักษณะของสถาปัตยกรรมการส่งข้อมูลที่แตกต่างกันในการสื่อสารไร้สาย เครื่องส่งสัญญาณการแปลงโดยตรง RF ใช้ตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) ประสิทธิภาพสูงซึ่งมีข้อได้เปรียบเหนือเทคโนโลยีแบบเดิมอย่างชัดเจน เครื่องส่งสัญญาณการแปลง RF โดยตรงยังมีความท้าทายของตัวเอง แต่จะปูทางไปสู่การใช้สถาปัตยกรรมการส่งสัญญาณวิทยุซอฟต์แวร์ที่แท้จริง
RF DAC เช่น 14-bit 2.3Gsps MAX5879 เป็นวงจรหลักของสถาปัตยกรรมการแปลง RF โดยตรง DAC นี้สามารถให้ประสิทธิภาพการปลอมแปลงและเสียงรบกวนที่ยอดเยี่ยมภายในแบนด์วิดท์ 1GHz อุปกรณ์นี้ใช้การออกแบบที่สร้างสรรค์ในแถบ Nyquist ที่สองและสามรองรับการส่งสัญญาณและสามารถสังเคราะห์สัญญาณความถี่วิทยุที่มีความถี่เอาต์พุตสูงถึง 3GHz ผลการวัดจะตรวจสอบประสิทธิภาพของ DAC
สถาปัตยกรรมเครื่องส่ง RF แบบดั้งเดิม
ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาสถาปัตยกรรมเครื่องส่งสัญญาณแบบดั้งเดิมถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดการออกแบบ superheterodyne โดยใช้ oscillator (LO) และเครื่องผสมเพื่อสร้างความถี่กลาง (IF) โดยปกติมิกเซอร์จะสร้างความถี่ภาพสองความถี่ (เรียกว่าไซด์แบนด์) ใกล้กับ LO และได้รับสัญญาณที่มีประโยชน์โดยการกรองหนึ่งในแถบด้านข้างออก ระบบส่งสัญญาณไร้สายที่ทันสมัยโดยเฉพาะเครื่องส่งสัญญาณสถานีฐาน (BTS) ส่วนใหญ่จะทำการมอดูเลต I และ Q กำลังสองบนสัญญาณดิจิตอลมอดูเลตเบสแบนด์
0 สถาปัตยกรรมเครื่องส่ง RF แบบดั้งเดิม
ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาสถาปัตยกรรมเครื่องส่งสัญญาณแบบดั้งเดิมถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดการออกแบบ superheterodyne โดยใช้ oscillator (LO) และเครื่องผสมเพื่อสร้างความถี่กลาง (IF) โดยปกติมิกเซอร์จะสร้างความถี่ภาพสองความถี่ (เรียกว่าไซด์แบนด์) ใกล้กับ LO และได้รับสัญญาณที่มีประโยชน์โดยการกรองหนึ่งในแถบด้านข้างออก ระบบส่งสัญญาณไร้สายที่ทันสมัยโดยเฉพาะเครื่องส่งสัญญาณสถานีฐาน (BTS) ส่วนใหญ่จะทำการมอดูเลต I และ Q กำลังสองบนสัญญาณดิจิตอลมอดูเลตเบสแบนด์
รูปที่ 1. สถาปัตยกรรมเครื่องส่งสัญญาณไร้สาย
เครื่องส่งสัญญาณ IF กำลังสอง
สัญญาณดิจิทัลเบสแบนด์ที่ซับซ้อนมีสองเส้นทางในเบสแบนด์: I และ Q ข้อดีของการใช้สองเส้นทางสัญญาณคือเมื่อใช้โมดูเลเตอร์พื้นที่สี่เหลี่ยมแบบแอนะล็อก (MOD) เพื่อสังเคราะห์สัญญาณ IF ที่ซับซ้อนสองสัญญาณหนึ่งในแถบด้านข้าง IF จะถูกตัดออก อย่างไรก็ตามเนื่องจากความไม่สมมาตรของช่อง I และ Q ความถี่ภาพของโมดูเลเตอร์จะไม่ถูกหักล้างอย่างสมบูรณ์ สถาปัตยกรรม IF กำลังสองนี้แสดงในรูปที่ 1 (B) ในรูปนี้โมดูเลเตอร์การสร้างกำลังสองแบบดิจิทัลและออสซิลเลเตอร์ที่ควบคุมด้วยตัวเลข (NCO) ของ LO ถูกใช้เพื่อแก้ไขสัญญาณเบสแบนด์ I และ Q (ค่าสัมประสิทธิ์ R) และปรับให้เป็นบวกส่งมอบผ่านตัวพาหะ IF จากนั้น DAC คู่จะแปลงผู้ให้บริการดิจิตอล I และ Q IF เป็นสัญญาณแอนะล็อกและส่งไปยังโมดูเลเตอร์ เพื่อเพิ่มการปราบปรามแถบด้านข้างที่ไร้ประโยชน์ระบบยังใช้ตัวกรองแบนด์พาส (BPF)
เครื่องส่ง Zero-IF
ในเครื่องส่งสัญญาณความถี่กลาง (ZIF) ที่เป็นศูนย์ที่แสดงในรูปที่ 1 (A) สัญญาณดิจิตอลกำลังสองแบบเบสแบนด์จะถูกสอดแทรกเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดในการกรอง จากนั้นจะถูกส่งไปยัง DAC เอาต์พุตอะนาล็อกกำลังสองของ DAC จะถูกส่งไปยังโมดูเลเตอร์กำลังสองแบบแอนะล็อกที่เบสแบนด์ เนื่องจากสัญญาณมอดูเลตทั้งหมดถูกแปลงเป็นตัวส่งสัญญาณ RF ที่ความถี่ LO สถาปัตยกรรม ZIF จึงเน้น "เสน่ห์" ของการผสมพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาว่าเส้นทาง I และ Q ไม่ใช่เส้นทางที่เหมาะเช่นการรั่วไหลของ LO และความไม่สมมาตรจะมีการสร้างภาพสัญญาณกลับด้าน (อยู่ในช่วงสัญญาณที่ส่ง) ซึ่งส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดของสัญญาณ ในเครื่องส่งสัญญาณแบบหลายผู้ให้บริการสัญญาณภาพอาจอยู่ใกล้กับพาหะทำให้เกิดการแผ่รังสีปลอมในย่านความถี่ เครื่องส่งสัญญาณไร้สายมักใช้การคาดเดาทางดิจิทัลที่ซับซ้อนเพื่อชดเชยข้อบกพร่องดังกล่าว
ในเครื่องส่งสัญญาณการแปลง RF โดยตรงที่แสดงในรูปที่ 1 (D) ตัวถอดรหัสกำลังสองถูกใช้ในโดเมนดิจิทัลและ LO จะถูกแทนที่ด้วย NCO เพื่อให้ได้สมมาตรเกือบสมบูรณ์แบบในช่อง I และ Q และมี โดยทั่วไปไม่มีการรั่วไหลของ LO ดังนั้นเอาต์พุตของโมดูเลเตอร์ดิจิทัลจึงเป็นตัวให้บริการ RF แบบดิจิทัลซึ่งส่งไปยัง DAC ความเร็วสูงพิเศษ เนื่องจากเอาต์พุต DAC เป็นสัญญาณเวลาแบบไม่ต่อเนื่องจึงมีการสร้างความถี่ภาพนามแฝงเท่ากับความถี่นาฬิกา DAC (CLK) BPF จะกรองเอาต์พุต DAC เลือกผู้ให้บริการ RF จากนั้นส่งไปยังเครื่องขยายสัญญาณ (VGA)
เครื่องส่งสัญญาณ High-IF
เครื่องส่งสัญญาณ RF แบบแปลงตรงยังสามารถใช้วิธีนี้เพื่อสร้างพาหะดิจิทัลความถี่กลางที่สูงขึ้นดังแสดงในรูปที่ 1 (C) ที่นี่ DAC จะแปลงความถี่กลางดิจิทัลเป็นตัวให้บริการความถี่กลางแบบอะนาล็อก หลังจาก DAC ใช้คุณสมบัติการเลือกความถี่ของตัวกรองแบนด์พาสเพื่อกรองความถี่ภาพความถี่กลางออกไป จากนั้นสัญญาณความถี่กลางที่ต้องการจะถูกส่งไปยังเครื่องผสมเพื่อสร้างแถบด้านข้างสองแถบโดยที่สัญญาณ IF ถูกผสมกับ LO และกรองด้วยตัวกรองแบนด์พาสอื่นเพื่อให้ได้แถบความถี่ RF ที่ต้องการ
เห็นได้ชัดว่าสถาปัตยกรรมการแปลง RF โดยตรงต้องการส่วนประกอบที่ใช้งานน้อยที่สุด เนื่องจาก FPGA หรือ ASIC ที่มีโมดูเลเตอร์การสร้างกำลังสองแบบดิจิทัลและ NCO ถูกใช้เพื่อแทนที่ตัวปรับกำลังสองแบบแอนะล็อกและ LO สถาปัตยกรรมการแปลงความถี่ RF โดยตรงจึงหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดความไม่สมดุลของช่อง I และ Q และการรั่วไหลของ LO นอกจากนี้เนื่องจากอัตราการสุ่มตัวอย่างของ DAC สูงมากจึงง่ายต่อการสังเคราะห์สัญญาณบรอดแบนด์ในขณะเดียวกันก็มั่นใจได้ว่าตรงตามข้อกำหนดในการกรอง
DAC ประสิทธิภาพสูงเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับสถาปัตยกรรมการแปลง RF โดยตรงเพื่อแทนที่เครื่องส่งสัญญาณไร้สายแบบเดิม DAC จำเป็นต้องสร้างผู้ให้บริการความถี่วิทยุที่สูงถึง 2GHz หรือสูงกว่าและประสิทธิภาพแบบไดนามิกจะต้องไปถึงเบสแบนด์หรือประสิทธิภาพความถี่กลางที่สถาปัตยกรรมอื่นจัดเตรียมไว้ MAX5879 เป็น DAC ประสิทธิภาพสูง
ใช้ MAX5879 DAC เพื่อรับรู้ RF Direct Conversion Transmitter
MAX5879 เป็น RF DAC 14 บิต 2.3Gsps ที่มีแบนด์วิดท์เอาต์พุตมากกว่า 2GHz สัญญาณรบกวนต่ำพิเศษและประสิทธิภาพการปลอมแปลงต่ำและได้รับการออกแบบมาสำหรับเครื่องส่งสัญญาณการแปลงโดยตรง RF การตอบสนองความถี่ (รูปที่ 2) สามารถตั้งค่าได้โดยการเปลี่ยนการตอบสนองของอิมพัลส์และโหมด non-return-to-zero (NRZ) จะใช้สำหรับเอาต์พุตแถบ Nyquist ตัวแรก โหมด RF จะเน้นที่กำลังขับของแถบ Nyquist ที่สองและสาม โหมด return-to-zero (RZ) ให้การตอบสนองแบบแบนในแถบ Nyquist หลายแถบ แต่กำลังขับต่ำ คุณลักษณะเฉพาะของ MAX5879 คือโหมด RFZ โหมด RFZ เป็นโหมดความถี่วิทยุแบบ "เติมศูนย์" ดังนั้นอัตราการสุ่มตัวอย่างอินพุต DAC จึงเป็นครึ่งหนึ่งของโหมดอื่น ๆ โหมดนี้มีประโยชน์มากสำหรับการสังเคราะห์สัญญาณที่มีแบนด์วิดท์ต่ำกว่าและสามารถส่งสัญญาณความถี่สูงในแถบ Nyquist ระดับสูง ดังนั้นจึงสามารถใช้ MAX5879 DAC เพื่อสังเคราะห์ผู้ให้บริการแบบมอดูเลตที่เกินอัตราการสุ่มตัวอย่างโดย จำกัด ด้วยแบนด์วิดท์เอาต์พุตอนาล็อก 2 + GHz เท่านั้น
รูปที่ 2. ลักษณะการตอบสนองความถี่ที่เลือกได้ของ MAX5879 DAC การทดสอบประสิทธิภาพ MAX5879 แสดงให้เห็นว่าความผิดเพี้ยนระหว่างการมอดูเลตของสัญญาณ GSM 4 ตัวมีค่ามากกว่า 74dB ที่ 940MHz (รูปที่ 3) ที่ 2.1GHz อัตราส่วนกำลังรั่วของช่องสัญญาณที่อยู่ติดกัน (ACLR) ของสัญญาณ WCDMA 4 ตัวคือ 67dB (รูปที่ 4) ที่ 2.6GHz ACLR ของ 2 ผู้ให้บริการ LTE คือ 65dB (รูปที่ 5) DAC ที่มีประสิทธิภาพนี้สามารถรองรับการสังเคราะห์สัญญาณดิจิทัลโดยตรงของสัญญาณการมอดูเลตแบบดิจิทัลต่างๆในย่านความถี่แบบหลายย่านความถี่และสามารถใช้เป็นฮาร์ดแวร์ทั่วไปสำหรับเครื่องส่งสัญญาณสถานีฐานแบบไร้สายแบบหลายมาตรฐานหลายย่านความถี่
รูปที่ 3. การทดสอบประสิทธิภาพ GSM 5879 ผู้ให้บริการ MAX4, 940MHz และ 2.3Gsps (แถบ Nyquist แรก)
รูปที่ 4. การทดสอบประสิทธิภาพ WCDMA 5879 ผู้ให้บริการ MAX4, 2140MHz และ 2.3Gsps (แถบ Nyquist ที่สอง)
รูปที่ 5. การทดสอบประสิทธิภาพ LTE 5879 ผู้ให้บริการ MAX2, 2650MHz และ 2.3Gsps (แถบ Nyquist ที่สาม)
แอปพลิเคชั่นเครื่องส่งสัญญาณ RF โดยตรง
MAX5879 DAC ยังสามารถส่งผู้ให้บริการหลายรายในแถบ Nyquist ได้พร้อมกัน ปัจจุบันฟังก์ชั่นนี้ใช้ในลิงค์การส่งดาวน์ลิงค์ของเคเบิลทีวีเพื่อส่งสัญญาณมอดูเลต QAM หลายตัวในย่านความถี่ 50MHz ถึง 1000MHz สำหรับแอปพลิเคชันนี้ความหนาแน่นของพาหะที่รองรับโดยเครื่องส่งสัญญาณการแปลง RF โดยตรงคือ 20-30 เท่าของสถาปัตยกรรมการส่งผ่านอื่น ๆ นอกจากนี้เนื่องจากเครื่องส่งสัญญาณ RF แบบบรอดแบนด์ตัวเดียวแทนที่เครื่องส่งสัญญาณไร้สายหลายเครื่องการใช้พลังงานและพื้นที่ของส่วนหน้าของเคเบิลทีวีจึงลดลงอย่างมาก
เครื่องส่งสัญญาณ RF แบบแปลงตรงตาม MAX5879 สามารถใช้สำหรับแอปพลิเคชั่นบรอดแบรนด์และเอาต์พุตความถี่สูง ตัวอย่างเช่นด้วยความนิยมที่เพิ่มขึ้นของสมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์แท็บเล็ตสถานีฐานแบบไร้สายจะต้องใช้ย่านความถี่ที่กว้างขึ้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเครื่องส่งสัญญาณปัจจุบันที่รองรับอุปกรณ์ดังกล่าวจะค่อยๆถูกแทนที่ด้วยเครื่องส่งสัญญาณ RF แบบแปลงตรงตาม RF DAC ประสิทธิภาพสูง (เช่น MAX5879)
เพื่อสรุป
เครื่องส่งที่ใช้ RF DAC มีแบนด์วิดท์ในการรับส่งข้อมูลที่ไกลกว่าสถาปัตยกรรมแบบเดิมโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพแบบไดนามิก สามารถใช้งานได้โดยใช้ FPGA หรือ ASIC ทำให้ไม่ต้องใช้ตัวปรับกำลังสองแบบแอนะล็อกและตัวสังเคราะห์ LO ซึ่งจะช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของเครื่องส่งสัญญาณไร้สาย Sex โครงร่างนี้ยังช่วยลดจำนวนส่วนประกอบลงอย่างมากและในกรณีส่วนใหญ่จะช่วยลดการใช้พลังงานของระบบด้วย
สินค้าอื่น ๆ ของเรา:
