직교 변조기를 평가할 때는 변조기의 정확도를 확인하는 목적으로 베이스밴드 입력에 두 개의 사인 파형을 직교 형태로 인가하는것이 유용하다. 직교 톤을 사용하고 RF 출력 스펙트럼을 관찰하면 반송파 억압, 측파대 억압, 이득 제어 범위, 그리고 대역
내 이득 평활도 등을 모두 정량화 할 수 있다. 또한 복소 변조 신호 생성기 등이 없어도 전체 송신기를 효율적으로 디버깅할
수 있다. 일단 시스템에 대한 디버깅과 동작 확인이 끝나면, 이를 보다 심도 있게 평가하여 보다 높은 수준의 장치와 테스트에
응용할 수 있을 것이다.
위상 일치 또는 직교(I/Q) 입력이 있는 시스템의 테스트를 위해서는 정확히 90° 위상 오프셋을 갖는 두 개의 톤이 필요하다.두 개의 실험실용 신호 생성기를 연결(외부 레퍼런스 등을 사용)하여도 어느 정도 효과를 볼 수 있겠지만, 이 작업이 만만찮고어떤 경우에는 불가능하기도 하다.
그림 1에는 사인-코사인 쌍을 이루는 신호를 만드는 실용적인 접근 방법이 나와 있다. 이 회로에서는 R-C(저항-커패시터)브리지를 사용하고, 이를 하나의 사인파형으로 구동하게끔 되어 있다. 이로써 만들어지는 두 개의 신호(사인 및 코사인)는 서로분리되어 있는 이득 0dB인 증폭기(하나의 MAX4454)로 보내어져 버퍼링을 하도록 하고, 이것은 50Ω 포트를 통해 액세스하도록되어 있다. 원래의 사인 파형은 한 대의 저렴한 신호 생성기에 의해 생성할 수 있으며, 전체 솔루션은 일반적으로 구할 수 있는부품으로 반나절이면 만들 수 있다. MAX 4454는 이를 위한 탁월한 특성을 갖고 있는 소자이다. 이득 대역폭 200MHz,
저잡음, 초저 IMD(상호변조 왜곡) 및 0dB 안정성 등이 그것이다.
그림1.
회로 구현: 브리지 부품의 선택
RC 저역 부분은 -3dB 컷오프 주파수에서 -45°의 위상 지연을 제공하며, RC 고역 회로는 +45°의 위상 리드를 제공한다.따라서 동일한 R과 C를 선택하는 경우 브리지는 정확하게 90° 위상이 이동된 출력을 제공할 것이고, 각 출력은 입력 사인파보다3dB씩 크기가 작게 될 것이다. 물론 이 회로는 주파수에 매우 민감하므로, 브리지 부품은 가능한 한 정확하게 매칭되어야 한다.그렇지 않은 경우에는 출력되는 톤이 매칭되지 않게 된다. 테스트할 RF 회로의 코너 주파수가 올바르게 만들어지기 위해서도 적절한값을 선택해야 한다. 브리지 회로를 설계하기 위해서는 다음의 공식을 사용하면 된다.
Fcorner = 1/2 π RC
먼저 RF 회로에 대해 최적의 베이스밴드 입력 주파수를 결정하는 것(일반적으로 전송 I/Q 대역의 중간값)으로 시작한다.그 다음 100pF 이상의 커패시터를 선택하여 보드 기생 성분이 브리지 밸런스를 좌우하지 않도록 한다. 이 변수들을 선택한
다음에는 저항에 대해 식을 풀면 된다. MAX4454는 뛰어난 구동 능력(수 Vpp의 100MHz신호로 50Ω 부하를 구동할수 있다!)을 갖는 비디오 op 앰프이므로, 증폭기 왜곡을 최소화하기 위해 R값을 약 100Ω 이상으로 유지하는 것이 저항에대한 유일한(권장되는) 제한 사항이다. 표 1에는 실제로 제작되고 RF 회로를 성공적으로 테스트할 수 있었던 두 가지의 브리지 예제가 나와 있다.
표 1. 브리지 부품
Corner
Frequency
R1
(Ω)
C1
(pf)
408.09kHz
3.9K
100
4.38MHz
443
82
실제 회로의 구현에 있어서 기억해야 할 가장 중요한 사항은 바로 브리지의 밸런스를 반드시 유지해야 한다는 것이다. 각 저항의값을 측정하고 각각의 커패시터 역시 그 값이 정확하게 알려진 것을 사용해야 할 뿐더러, 모든 신호 경로(즉 도선) 역시 가능한 한 동일한 길이를 갖도록 해야 한다. 만약 이 부분이 무시되면 전체 회로의 완결성이 엉망이 될 수도 있다. 아래의 사진은 코너주파수 408kHz을 기준으로 만들어진 회로 유닛이다. 등거리에 있는 SMA 커넥터들, 그리고 브리지와 op 앰프까지의 상대적거리에 주목하자.
그림 2.
성능 확인
표1의 제 1행에 나와 있는 회로 값은 원래 408.09kHz의 사인-코사인 출력을 만들기 위해 선택한 값이다. 이 시험모델은 그림 3에 나온 셋업 상태로 조립, 시험되었다.
그림 3.
I/Q 생성기의 위상 및 진폭 밸런스는 대부분의 시스템에 탁월한 성능을 갖는 것으로 인정되는 -65dBc의 측파대(이미지)
제거율을 갖는 내장 직교 변조기가 있는 실험용 신호 생성기를 사용하여 업컨버전 방식으로 테스트하였다. 따라서 이 출력에서 관측되는
불균형은 모두 테스트 대상인 I/Q 생성기에 의한 것이라 하겠다.
스펙트럼 분석기로 이 회로에서 나오는 RF 신호를 관찰하면서, 반송파와 측파대 억압율이 최적이 되도록 입력 주파수를 조정하였다.
이것이 브리지의 정확한 Fcorner가 결정되는 원리이다. 408.65kHz에서 측파대
억압율의 최대값은 -46dBc였다. 또한 I 및 Q 출력에 블로킹 커패시터를 쓰는 관계로 테스트 회로가 변조기에 DC 오프셋을
제공하지 않고, 따라서 반송파 억압율을 떨어뜨리지 않는다는 점도 흥미로운 부분이다.
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