簡(jiǎn)介

本信號(hào)鏈電源優(yōu)化系列文章的第1部分討論了如何量化電源噪聲以確定其影響信號(hào)鏈器件的哪些參數(shù)。通過(guò)確定信號(hào)處理器件可以接受而不影響其所產(chǎn)生信號(hào)的完整性的實(shí)際噪聲限值，可以創(chuàng)建優(yōu)化的配電網(wǎng)絡(luò)(PDN)。在第2部分中，該方法被應(yīng)用于高速模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，證明將噪聲降低到必要水平并不一定要提高成本、增加尺寸、降低效率。這些設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)際上可以在一個(gè)優(yōu)化的電源解決方案中滿足。

本文重點(diǎn)關(guān)注信號(hào)鏈的另一部分——RF收發(fā)器。本文將探討器件對(duì)來(lái)自各電源軌的噪聲的敏感度，確定哪些器件需要額外的噪聲濾波。本文提供了一種優(yōu)化的電源解決方案，并通過(guò)將其SFDR和相位噪聲性能與當(dāng)前PDN（當(dāng)連接到RF收發(fā)器時(shí)）進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證。

優(yōu)化ADRV9009 6 GHz雙通道RF收發(fā)器的電源系統(tǒng)

ADRV9009是一款高集成度射頻(RF)、捷變收發(fā)器，提供雙通道發(fā)射器和接收器、集成式頻率合成器以及數(shù)字信號(hào)處理功能。這款I(lǐng)C具備多樣化的高性能和低功耗組合，可滿足3G、4G和5G宏蜂窩時(shí)分雙工(TDD)基站應(yīng)用要求。

對(duì)于VDDA1P3_AN電源軌，測(cè)量是在收發(fā)器板的兩個(gè)不同分支上進(jìn)行。請(qǐng)注意，在圖2中，PSMR在<200kHz紋波頻率時(shí)低于0 dB，表示這些頻率下的紋波產(chǎn)生更高的相同幅度調(diào)制雜散。這意味著在200 kHz以下，接收器1對(duì)VDDA1P3_AN電源軌產(chǎn)生的最小紋波也非常敏感。

VDDA_1P8電源軌在收發(fā)器板上分為兩個(gè)分支：VDDA1P8_TX和VDDA1P8_BB。VDDA1P8_TX電源軌在100 kHz時(shí)達(dá)到最小PSMR，約為27 dB，對(duì)應(yīng)于100kHz紋波的63.25 mV p-p，產(chǎn)生2.77 mV p-p的調(diào)制雜散。VDDA1P8_BB在5 MHz紋波頻率時(shí)測(cè)量約11 dB的最小值，相當(dāng)于0.136 mV p-p的注入紋波產(chǎn)生的0.038 mV p-p雜散。

VDDA_3P3數(shù)據(jù)顯示，在大約130 kHz及以下，PSMR低于0 dB，表示接收器1處的RF信號(hào)對(duì)來(lái)自VDDA_3P3的噪聲非常敏感。該電源軌的PSMR隨著頻率提高而上升，在5 MHz達(dá)到72.5 dB。

總之，PSMR結(jié)果表明，在這些電源軌中，VDDA1P3_AN和VDDA_3P3電源軌噪聲最令人擔(dān)憂，貢獻(xiàn)了ADRV9009收發(fā)器最大部分的耦合到接收器1的紋波量。

測(cè)試

圖4顯示了VDDA1P3_AN電源軌的雜散閾值，以及LTM8063 μModule?穩(wěn)壓器不同配置的實(shí)測(cè)噪聲頻譜。 如圖4所示，在禁用展頻(SSFM)的情況下，使用LTM8063為電源軌直接供電，在LTM8063的基波工作頻率和諧波頻率處產(chǎn)生超過(guò)閾值的紋波。具體說(shuō)來(lái)，紋波在1.1 MHz時(shí)超過(guò)限值0.57 mV，表明需要后置穩(wěn)壓器和濾波器的某種組合來(lái)抑制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲。

如果僅增加LC濾波器（無(wú)LDO穩(wěn)壓器），則開(kāi)關(guān)頻率處的紋波剛剛達(dá)到最大允許的紋波——可能沒(méi)有足夠的設(shè)計(jì)裕量來(lái)確保收發(fā)器性能最佳。增加ADP1764 LDO后置穩(wěn)壓器并開(kāi)啟LTM8063的展頻模式，可以降低整個(gè)頻譜上的基波開(kāi)關(guān)紋波幅度及其諧波，以及SSFM在1/f區(qū)域中引起的噪聲峰值。 通過(guò)開(kāi)啟SSFM并增加LDO穩(wěn)壓器和LC濾波器，可以實(shí)現(xiàn)最佳效果，降低開(kāi)關(guān)動(dòng)作所引起的剩余噪聲，給最大允許紋波留下約18 dB的裕量。

展頻將噪聲擴(kuò)散到更寬頻帶上，從而降低開(kāi)關(guān)頻率及其諧波處的峰值和平均噪聲。這是通過(guò)3 kHz三角波上下調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率來(lái)做到的。這會(huì)在3 kHz處引入新的紋波，LDO穩(wěn)壓器會(huì)進(jìn)行處理。

使能SSFM后，由此產(chǎn)生的低頻紋波及其諧波在圖5和圖6所示的VDDA_1P8和VDDA_3P3輸出頻譜中顯而易見(jiàn)。如圖5所示，使能SSFM時(shí)LTM8074的噪聲頻譜為VDDA_1P8電源軌的最大允許紋波提供最小約8 dB的裕量。因此，滿足此電源軌的噪聲要求不需要后置穩(wěn)壓器濾波。

優(yōu)化解決方案

基于上述測(cè)試結(jié)果，圖7顯示了一種優(yōu)化解決方案，當(dāng)用在ADRV9009收發(fā)器板上時(shí)，它能提供>6 dB的噪聲裕量。

表1顯示了優(yōu)化PDN與標(biāo)準(zhǔn)PDN的對(duì)比。組件大小減小29.8%，效率從66.9%提高到69.9%，整體節(jié)能0.5 W。

表1.ADRV9009優(yōu)化PDN與當(dāng)前PDN的比較

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