作者:Weston Sapia and Bruce Hemp

二進(jìn)制相移鍵控（BPSK），也稱為雙相調(diào)制，是一種簡(jiǎn)單、流行的數(shù)字調(diào)制方案。符號(hào)星座盡可能遠(yuǎn)，這對(duì)于弱信號(hào)工作是可取的。BPSK還因其相對(duì)簡(jiǎn)單的頻譜擴(kuò)展能力而廣受歡迎。因此，BPSK在弱信號(hào)通信、擴(kuò)頻、測(cè)距和雷達(dá)系統(tǒng)中都有應(yīng)用。

LTC?5548 基本上是一款具有一個(gè) DC 耦合 IF 端口的無(wú)源雙平衡混頻器。作為BPSK調(diào)制器（圖1），混頻器不提供頻率轉(zhuǎn)換，因此調(diào)制器的頻率范圍僅限于LO和RF端口都可以處理的頻率范圍。圖2顯示了BPSK調(diào)制器的測(cè)試設(shè)置。具有差分輸出的實(shí)驗(yàn)室級(jí)矢量信號(hào)發(fā)生器可生成基帶波形。

圖1.用作BPSK調(diào)制器的RF混頻器。電阻R1和R2將每個(gè)IF輸入設(shè)置為50Ω，適合使用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

圖2.BPSK 調(diào)制器的測(cè)試設(shè)置。

調(diào)制器中頻輸入信號(hào)

LTC5548 直流耦合 IF 輸入端的基帶驅(qū)動(dòng)電平應(yīng)符合以下準(zhǔn)則：

驅(qū)動(dòng)應(yīng)始終為差分（平衡），共模電壓為0.0V。

每個(gè)IF引腳的典型驅(qū)動(dòng)電平可為連續(xù)±0.1V （0.2VP-P).

每個(gè)IF引腳的驅(qū)動(dòng)電平在信號(hào)峰值上不應(yīng)超過(guò)±0.2V （0.4VP-P).

每個(gè)IF引腳的驅(qū)動(dòng)電平不得超過(guò)±0.3V絕對(duì)最大額定值。此外，如此大的輸入信號(hào)通常會(huì)在RF輸出端產(chǎn)生不可接受的高頻譜再生。

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，需要低LO泄漏，這意味著IF輸入引腳上的直流失調(diào)電壓應(yīng)接近零伏。通常，LO泄漏處于無(wú)法通過(guò)直流失調(diào)調(diào)整完全消除的相位。因此，使用直流失調(diào)調(diào)整可以減少但不能消除LO泄漏。

圖3顯示了構(gòu)成差分IF輸入信號(hào)的IF+和IF-引腳電壓。測(cè)試電路如圖1所示。請(qǐng)注意，信號(hào)是差分的，以大約零伏為中心，符合上面列出的驅(qū)動(dòng)電平標(biāo)準(zhǔn)。

圖3.典型的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)波形，在IF+和IF-輸入引腳上測(cè)量。符號(hào)速率 = 數(shù)據(jù)速率 = 5Mbps。

無(wú)線輻射BPSK信號(hào)的應(yīng)用往往受益于基帶源的數(shù)字濾波。在其他應(yīng)用中，調(diào)制信號(hào)帶寬可能不是問(wèn)題，幾乎不需要基帶濾波。圖4顯示了帶基帶濾波和不帶基帶濾波的調(diào)制器輸出頻譜。

圖4.調(diào)制器輸出，同時(shí)由 5Mbps PN9 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。數(shù)字輸入濾波提供脈沖整形，可有效降低輸出帶寬。這里，數(shù)字濾波器選擇是根升余弦響應(yīng)，alpha = 0.35。跡線平均屏蔽了數(shù)字濾波信號(hào)上的4.0dB峰均比。

示例 1：2.4GHz BPSK 調(diào)制器

矢量信號(hào)分析儀 （VSA） 測(cè)量 LTC5548 的 BPSK 調(diào)制準(zhǔn)確度。調(diào)制器原理圖如圖1所示，每個(gè)差分輸入引腳信號(hào)驅(qū)動(dòng)如圖3所示。測(cè)試設(shè)置如圖 2 所示。EVM 測(cè)量?jī)?yōu)于 0.5% rms，對(duì)于 BPSK 通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)令人滿意。

圖5.BPSK 調(diào)制精度為 2.4GHz。VSA 測(cè)量濾波器是根升高的余弦響應(yīng)，alpha = 0.35。輸出功率測(cè)量值為 –2.6dBm。

示例 2：8.6GHz BPSK 調(diào)制器

在8.6GHz下測(cè)試相同的電路時(shí)，我們看到輸出功率降低，LO泄漏增加。相位誤差增加是由于LO在較高頻率下的相位噪聲增加，以及VSA在較高頻率下的殘余相位噪聲增加。EVM = 0.6% 的總體調(diào)制精度對(duì)于 BPSK 來(lái)說(shuō)仍然是可以接受的。

圖6.8.6GHz 時(shí)的調(diào)制精度。輸出功率測(cè)量值為 –5.8dBm。

示例 3：使用內(nèi)部 ×2 LO 乘法器的 12 GHz BPSK 調(diào)制器

在本測(cè)試中，我們將LO頻率提高到12 GHz，該頻率源自內(nèi)部LTC5548 LO倍頻器。通過(guò)這種方式，測(cè)試還包括LO倍增器可能產(chǎn)生的任何殘余相位噪聲誤差。外部LO驅(qū)動(dòng)頻率為6GHz，×2（引腳8）連接高電平。

與較低頻率相比，VSA 僅顯示輕微、逐漸的性能下降。EVM 優(yōu)于 0.8%，對(duì)于 BPSK 應(yīng)用來(lái)說(shuō)是可以接受的。

圖7.12GHz 調(diào)制精度，采用內(nèi)部 LO ×2 乘法器。輸出功率在 12GHz 時(shí)測(cè)量 –9 dBm。

結(jié)論

EVM 測(cè)量表明，隨著 LO 頻率的增加，EVM 和 LO 泄漏（IQ 偏移）會(huì)略有下降，但 BPSK 應(yīng)用的性能仍然可以接受。

在上述所有三個(gè)示例中，符號(hào)速率 = 5Msps。如果在更高的LO頻率和更寬的帶寬（更快的符號(hào)速率）下工作，EVM將由于調(diào)制器RF端口的高頻滾降而增加。對(duì)于這些高符號(hào)速率（或高芯片速率）應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)自行進(jìn)行測(cè)量，以確認(rèn)調(diào)制精度是否仍可接受。

審核編輯：郭婷