개요: 베이스밴드 출력 DAC와 I/Q 변조기 입력 간의 직접 커플링을 필요로 하는 RF 시스템을 설계하기란 쉬운 일이 아니다. 이러한 독특한 직접 커플링은 많은 RF 시스템에서 공히 요구되는 것은 아닌데, 왜냐하면 시스템의 이 지점에서 DC 응답이 필요해지는 상황을 피하기 위해 변조와 인코딩이 고안되는 것이기 때문이다. 매우 낮은 주파수의 응답이 필요한 경우에는 DAC 출력 신호를 I/Q 변조기로 라우팅함과 동시에 충분한 RF 성능을 제공할 방법을 찾아내야 한다. 이 기술 문서는 MAX2510 IF 송수신기 소자로부터 DC 커플링이 변조기에 미치는 영향을 측정하는 테스트 방법과 그 결과를 제공하고, MAX5183 DAC로의 DC 인터페이스를 제공하는 간단한 회로를 제안한다.
베이스밴드 출력 DAC(디지털-아날로그 컨버터)와 I/Q (위상 일치/쿼드러처) 변조기 입력 간의 직접 커플링을 필요로 하는 RF 시스템의 설계하기란 쉬운 일이 아니다. 이러한 독특한 직접 커플링은 많은 RF 시스템에서 공히 요구되는 것은 아닌데, 왜냐하면 시스템의 이 지점에서 DC 응답이 필요해지는 상황을 피하기 위해 변조와 인코딩이 고안되는 것이기 때문이다. 매우 낮은 주파수의 응답이 필요한 경우에는 DAC 출력 신호를 I/Q 변조기로 라우팅함과 동시에 충분한 RF 성능을 제공할 방법을 찾아내야
한다. 이 기술 문서는 MAX2510 IF 송수신기 소자로부터 DC 커플링이 변조기에 미치는 영향을 측정하는 테스트 방법과 그 결과를 제공하고, MAX5183 DAC으로의 DC 인터페이스를 제공하는 간단한 회로를 제안한다.
테스트 결과에 의하면 하나의 변조기 입력에 10mV의 오프셋이 존재하는 경우, LO (국부 발진자) 억제율이 -43dBc에서 -20dBc로 열화된다. I 및 Q 입력 모두에 ±20mV의 오프셋 전압이 있는 경우 LO 억제율은 -15dBc로 열화된다. 테스트는 LO를 200MHz로 하여 수행되었다.
접근 방법
MAX2510 내의 I/Q 변조기의 RF 성능에 대한 오프셋 전압의 영향을 인터페이스 설계 이전에 이해해야 한다. 이러한 영향을 평가하기 위해 MAX2510 EV 킷을 변경하여 오프셋 전압을 변화시킬 수 있게 하고(그림 1 참조), I/Q 변조기 출력을 스펙트럼 분석기로 관찰하였다.
표준 MAX2510 EV 킷에 3개의 권선수 10의 포텐쇼미터를 추가함으로써 변경을 가한다. 하나는 출력 증폭기에 대한 이득 제어 전압을 설정하는 역할을 한다. 다른 두 개의 권선수 10의 포텐쇼미터는 변조기로의 I 및 Q 입력에 대한 오프셋 전압을 만드는 역할을 한다. 신호 생성기를 사용하여 200MHz, -13dBm 국부 발진자 역할을 하게 한다. 변조기의 I 및 Q 입력을 구동하기 위해서는 베이스밴드 쿼드러처 출력이 있는 신호 생성기를 사용한다. 10dB 감쇠기는 MAX2510으로의 I 및 Q 신호 레벨을 낮추는 역할을 하여 신호 왜곡을 방지한다. 이 상태에서 스펙트럼 분석기를 사용하여 출력 스펙트럼을 관찰한다.
오프셋 전압의 주된 영향은 변조기의 LO 억제율에 있을 것임을 예측할 수 있는데, 이것은 오프셋 전압을 변경하며 출력 스펙트럼을 관찰하는 간단한 실험으로 증명할 수 있었다. 측대역 억제율의 변화는 매우 미미했으며, 이득과 2차 고조파 레벨의 경우도 마찬가지였다.
표 1에는 실험실의 실측 결과 데이터가 실려 있는데, 이것으로 오프셋 전압에 대한 LO 레벨의 종속성을 알 수 있다.
모든 데이터에 대해 테스트 조건은 다음과 같다.
실온에서 모든 테스트 진행
변조 방식: CW
VCC = 3.3V
VBIAS = 1.809V
VGC = 2.003V
LO = 200MHz, -13dBm
표 1. MAX2510 I/Q 변조기 RF 성능 vs. 오프셋 전압
Vary just the QOFFSET
QOFFSET voltage (mV)
LO level (dBc)
IOFFSET set for minimum (mV)
SA Ref. level
LO
VQ pp
VBIAS
VGC
0
-43
2
-13dBm
200MHz, -13dBm
0.4V
1.809V
2.003V
-4
-28
2
-9
-22
2
-19
-15
2
6
-22
2
11
-18
2
21
-13
2
Vary the IOFFSET
IOFFSET voltage (mV)
LO level (dBc)
QOFFSET set for minimum (mV)
0
-44
-1
3
-33
-1
8
-23
-1
13
-18
-1
18
-15
-1
-7
-21
-1
-12
-18
-1
-22
-13
-1
Vary both the IOFFSET and QOFFSET
QOFFSET voltage (mV)
IOFFSET voltage (mV)
LO level (dBc)
Lower sideband (dBc)
2nd harmonic
-3
2
-44
-40
-34dBc
-20
2
-20
-40
-20
20
-17
-40
20
20
-16
-40
20
-20
-15
-40
-32dBc
인터페이스 제안
실험 결과를 바탕으로 하여 MAX5183 DAC를 MAX2510 변조기로 연결하는 인터페이스 방법을 한 가지 제안할 수 있다. 그림 2에는 이 인터페이스의 설계와 여기에 필요한 저역 필터까지를 모두 실었다.
그림 2. 버터워스 (Butterworth) 저역 통과 필터가 있는 인터페이스 설계
이 인터페이스는 원하는 전압 이동을 구현하기 위해 저항을 사용한다. 일부 독자는 이러한 인터페이스가 갖는 손실에 대해 반대할 것이다. 그러나 MAX5183 DAC로부터의 신호 진폭이 MAX2510 I/Q 입력을 구동하기 위해 필요한 것보다 더 크므로 이러한 손실은 용인할 수 있다. 이 인터페이스에서 신경이 쓰이는 또 하나의 문제는 전원으로부터 I 및 Q 입력으로 타고 들어오는 잡음에 대한 것이다. 차동 네트워크를 쓰는 경우에는 전원단의 잡음이 공통 모드 방식의 입력에 나타나는 것을 어쩔 수가 없다. 변조기의 공통 모드 제거 기능이 이 잡음을 막고 출력 스펙트럼을 깨끗하게 만드는 데 도움이 된다.
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