Un modulador BPSK de 2 GHz a 12 GHz

La modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), también conocida como modulación bifásica, es un esquema de modulación digital simple y popular. Las constelaciones de símbolos están lo más separadas posible, lo cual es deseable para trabajos con señales débiles. BPSK también es popular por su capacidad de dispersión de espectro relativamente simple. Por lo tanto, BPSK encuentra aplicaciones en comunicaciones de señal débil, espectro ensanchado, rango y sistemas de radar.[1].

El LTC5548 es fundamentalmente un mezclador pasivo de doble balance con un puerto IF acoplado a CC. Como modulador BPSK (Figura 1), el mezclador no proporciona traducción de frecuencia, por lo tanto, el rango de frecuencia del modulador está limitado a lo que pueden manejar los puertos LO y RF. La Figura 2 muestra la configuración de prueba para el modulador BPSK. Un generador de señal vectorial de grado de laboratorio con salidas diferenciales genera las formas de onda de banda base.

Figura 1 - Esquema

Figura 1. Mezclador de RF utilizado como modulador BPSK. Las resistencias R1 y R2 construyen cada una de las entradas IF para que sean 50 Ω, adecuadas para funcionar con equipos de prueba de laboratorio modernos.

Figura 2 - Configuración de prueba

Figura 2. Configuración de prueba para el modulador BPSK.

El nivel de la unidad de banda base en la entrada de FI acoplada a CC del LTC5548 debe cumplir con las siguientes pautas:

  • El accionamiento siempre debe ser diferencial (equilibrado), con modo común de 0,0 V.
  • El nivel de excitación típico en cada pin IF puede ser de ±0,1 V continuo (0,2 VPÁGINAS).
  • El nivel de excitación en cada pin IF no debe exceder de ±0,2 V en los picos de señal (0,4 VPÁGINAS).
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El nivel de la unidad en cada pin IF nunca debe exceder la clasificación máxima absoluta de ±0,3 V. Además, tales señales de entrada grandes generalmente producen un nuevo crecimiento espectral inaceptablemente alto en la salida de RF.

Para la mayoría de las aplicaciones, se requiere una baja fuga de LO, lo que significa que el voltaje de compensación de CC a través de los pines de entrada IF debe estar cerca de cero voltios. Por lo general, la fuga LO se encuentra en una fase que no se puede cancelar por completo con un ajuste de compensación de CC. En consecuencia, la fuga de LO puede reducirse pero no eliminarse mediante el ajuste de compensación de CC.

La figura 3 muestra los voltajes de los pines IF+ y IF–, que componen la señal de entrada de IF diferencial. El circuito de prueba es como se muestra en la Figura 1. Tenga en cuenta que la señal es diferencial y está centrada en aproximadamente cero voltios, y cumple con los criterios de nivel de excitación enumerados anteriormente.

Figura 3 - Formas de onda de la unidad

Figura 3. Formas de onda típicas de excitación del modulador, medidas en los pines de entrada IF+ y IF-. Tasa de símbolo = tasa de datos = 5 Mbps.

Las aplicaciones que irradian la señal BPSK por aire tienden a beneficiarse del filtrado digital de la fuente de banda base. En otras aplicaciones, el ancho de banda de la señal modulada puede no ser un problema, ya que requiere poco o ningún filtrado de banda base. La figura 4 ilustra el espectro de salida del modulador, con y sin filtrado de banda base.

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Figura 4 - Salida del modulador

Figura 4. Salida del modulador mientras funciona con datos PN9 de 5 Mbps. El filtrado de entrada digital proporciona la forma de pulso que es altamente efectiva para reducir el ancho de banda de salida. Aquí, la elección del filtro digital es una respuesta de coseno alzado, alfa = 0,35. El promedio de seguimiento enmascara la relación de pico a promedio de 4,0 dB en la señal filtrada digitalmente.

Un analizador de señales vectoriales (VSA) mide la precisión de la modulación BPSK del LTC5548. El esquema del modulador es como se muestra en la Figura 1, y cada señal de pin de entrada diferencial se controla como se muestra en la Figura 3. La configuración de prueba es como se muestra en la Figura 2. EVM mide mejor que 0.5% rms, satisfactorio para un sistema de comunicación BPSK.

Figura 5

Figura 5. Precisión de modulación BPSK a 2,4 GHz. El filtro de medición VSA es una respuesta de coseno alzado, alfa = 0,35. La potencia de salida mide –2.6dBm.

Con el mismo circuito probado a 8,6 GHz, vemos que la potencia de salida se reduce y la fuga de LO aumenta. El error de fase aumentado es atribuible al ruido de fase aumentado del LO a la frecuencia más alta, y también al ruido de fase residual más alto del VSA a la frecuencia más alta. La precisión de modulación general de EVM = 0,6 % sigue siendo aceptable para BPSK.

Figura 6

Figura 6. Precisión de modulación a 8,6 GHz. La potencia de salida mide –5.8dBm.

En esta prueba, aumentamos la frecuencia LO a 12 GHz, derivada del duplicador de frecuencia interno LTC5548 LO. De esta manera, la prueba también incluye cualquier error de ruido de fase residual que pueda aportar el duplicador LO. La unidad LO externa es de 6 GHz y ×2 (pin 8) está vinculado alto.

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El VSA muestra solo una degradación leve y gradual del rendimiento, en comparación con las frecuencias más bajas. EVM es mejor que 0.8%, aceptable para aplicaciones BPSK.

Figura 7

Figura 7. Precisión de modulación a 12 GHz utilizando un multiplicador interno LO ×2. La potencia de salida mide –9 dBm a 12 GHz.

Las mediciones de EVM indican que a medida que aumenta la frecuencia LO, la EVM y la fuga de LO (compensación de IQ) se degradan suavemente, pero el rendimiento sigue siendo aceptable para las aplicaciones BPSK.

En los tres ejemplos anteriores, tasa de símbolo = 5Msps. Si opera a frecuencias LO más altas y anchos de banda más amplios (tasas de símbolo más rápidas), EVM aumentará debido a la caída de alta frecuencia del puerto RF del modulador. Para estas aplicaciones de alta tasa de símbolos (o alta tasa de chips), los diseñadores deben realizar sus propias mediciones para confirmar que la precisión de la modulación sigue siendo aceptable.

[1] Por ejemplo, CDMA, GPS, WiMAX, WLAN y ZigBee, por nombrar algunos.

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