개요: 이 애플리케이션 노트는 WCDMA/UMTS 시스템을 지원하는 80kHz의 비교 주파수를 갖는 MAX2395를 위한 최적 루프 필터를 소개하고 있다. 레퍼런스 주파수는 13MHz 또는 26MHz이다. EVM 결과도 함께 실었다.
서론
MAX2395는 WCDMA/UMTS 송신기에 사용되는 완전 모놀리틱 준 직접 변환 변조기 IC이다. 이 소자의 내부 구조에 의해 RF 출력 주파수는 RF LO 주파수의 5/6인데, 이는 온칩 정수-N PLL으로부터 생성된다. WCDMA 시스템의 주사 래스터 (raster) 주파수가 200kHz이므로, MAX2395 PLL은 240kHz 스텝 사이즈(200의 6/5배)를 제공해야 한다. WCDMA 사용자 단말 애플리케이션에서 가장 널리 쓰이는 레퍼런스 주파수인 19.2MHz 및 15.36MHz에 대해, 240kHz 비교 주파수는 내장 PLL 정수 분주기에 의해 각각 80 및 64분주로 쉽게 생성할 수 있다. Maxim 평가 보드는 19.2MHz 레퍼런스를 기준으로 제작되었다.
UMTS 시스템에서는 13.0MHz 또는 26.0MHz 레퍼런스 주파수가 종종 사용되는데, 이는 240kHz의 정수배가 아니다. 따라서 MAX2395의 PLL에 의해 사용되는 비교 주파수는 240kHz과 13/26MHz를 배수로 갖는 것으로 감소되어야 한다. 26MHz 크리스탈에 대해 일반적으로 사용되는 비교 주파수는 80kHz로, 이는 세 개의 80kHz 스텝을 사용하여 240kHz 채널 주사(래스터)가 가능하다. 80kHz의 PLL 주파수를 사용함으로써 동일 LO에 대해 3배의 N분주 값을 가지게 되어 클로즈인 (close-in) 위상 노이즈 (20logN)가 10dB 증가하게 된다.
EVM (오차 벡터 크기) 역시 줄어들게 되는데, 이는 EVM에 대한 PLL의 영향이 PLL의 적분 위상 오차에 대략 비례하기 때문이다. 비교 스퍼(spur)로 인하여 루프 필터로부터의 감쇠가 적게 일어나므로, 루프 필터는 적분 위상 오차, 안정화 시간 및 비교 스퍼 감쇠 간의 균형을 맞추도록 재설계해야 한다.
루프 필터 부품
240kHz 비교 주파수에서 사용되는 루프 대역폭은 약 12kHz이며, 80kHz 비교 주파수를 사용하는 경우에는 약 7kHz이다. 다음의 표에는 각각에 대한 루프 필터 부품의 값들이 나와 있다.
표 1.
BW
= 12kHz, 240kHz comparison freq.
BW
= 7kHz, 80kHz comparison freq.
C1 = 2.2nF
C1 = 1nF
C2 = 22nF
C2 = 10nF
R2 = 3.3kΩ
R2 = 7.5kΩ
수동 루프 필터 토폴로지에 대해서는 아래의 회로도(그림 1)를 참고한다.
그림 1.
측정 데이터
MAX2395의 성능은 각각 19.2MHz 및 26MHz 크리스털을 사용하여 Maxim WCDMA 레퍼런스 설계 보드에서 측정하였다. 모든 측정 그래프는 그림 2 ~ 그림 7에 나타내었다.
그림 2. 19.2MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 위상 노이즈
그림 3. 26.0MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 위상 노이즈
그림 4. 19.2MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 RF 출력에서의 EVM
그림 5. 26.0MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 RF 출력에서의 EVM
그림 6. 19.2MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 60MHz 점프에서의 PLL 안정화 시간
그림 7. 26.0MHz 레퍼런스 크리스털을 사용할 때의 60MHz 점프에서의 PLL 안정화 시간
500Hz ~ 1.92Mhz 구간에서의 적분 위상 오차는 비교 주파수가 240kHz일 때 1.98도, 비교 주파수가 80kHz일 때 2.75도이다. 전자의 경우 RF 출력에서의 EVM이 5.5%이고, 후자의 경우 EVM이 7.2%이다. 루프 안정화 시간은 19.2MHz 크리스털을 사용할 때 60MHz 스텝 주파수에서 720µs이고, 26MHz 크리스털을 사용할 경우에는 820µs이다. 비교 스퍼 감쇠는 두 경우 모두 약 -40dBc로 비슷하다.
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