ADMV1013S 24 GHz 至 44 GHz，宽带，微波上变频器

一、引言

随着通信技术的快速发展，高频化、大带宽成为通信领域的重要趋势。毫米波频段，特别是24 GHz以上的频段，因其巨大的频谱资源潜力，在5G通信、卫星通信、雷达系统等领域得到了广泛应用。然而，高频信号的生成与处理面临着诸多挑战，如电路设计复杂、器件性能受限等。ADI公司推出的ADMV1013S-CSL微波上变频芯片，正是针对这一领域的前沿需求而设计的。本文将详细介绍ADMV1013S-CSL微波上变频器的特性、应用、工作原理以及其在通信系统中的重要作用。

二、ADMV1013S-CSL微波上变频器概述

ADMV1013S-CSL是一款宽带微波上变频器，针对在24 GHz至44 GHz RF范围内运行的点对点微波无线电设计进行了优化。该芯片集成了宽频段覆盖、多模式转换和航天级可靠性，能够在3.3V/1.8V双电源供电下实现从基带到44 GHz的直接变频。其卓越的性能指标和灵活的功能配置，使得它在高频通信系统中具有广泛的应用前景。

　　产品详情

　　ADMV1013S-CSL 是一款宽带微波上变频器，针对在 24 GHz 至 44 GHz RF 范围内运行的点对点微波无线电设计进行了优化。

　　上变频器提供两种频率转换模式。该设备能够从基带同相正交 (I/Q) 输入信号直接转换为 RF，以及从复杂中频 (IF) 输入进行单边带 (SSB) 上变频。可以禁用基带 I/Q 输入路径，而且可以在 IF 路径中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范围内任何频率的复杂调制 IF 信号并将该信号升频转换到 24 GHz 至 44 GHz，同时抑制不需要的边带，抑制幅度通常优于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允许调整正交相位和混频器栅极电压，以便实现最佳边带抑制和本地振荡器 (LO) 调零。此外，SPI 允许关闭输出包络检测器以降低功耗。

　　ADMV1013S-CSL 升频器采用 40 端子岸面栅格阵列 (LGA) 封装。ADMV1013S-CSL 的外壳工作温度范围为 −40°C 至 +85°C。

　　有关其他应用和技术信息，请参阅“商业太空产品计划”手册和 ADMV1013 数据手册。

　　应用

　　低地球轨道和中地球轨道 (LEO/MEO) 卫星

　　航空电子设备

　　点对点微波射频

　　雷达和电子战系统

　　特性

　　宽带 RF 输入频率范围：24 GHz 至 44 GHz

　　2 种上转换模式

　　从基带 I/Q 直接转换至 RF

　　从实际 IF 进行单边带升频转换

　　LO 输入频率范围：5.4 GHz 至 10.25 GHz

　　LO 四倍频器，最高可达 41 GHz

　　匹配的 50 Ω 单端 RF 输出和 IF 输入

　　可选择匹配的 100 Ω 平衡或 50 Ω 单端 LO 输入

　　100 Ω 平衡基带输入

　　边带抑制和载波馈通优化

　　用于收发器功率控制的可变衰减器

　　可通过 4 线 SPI 进行编程

　　40 端子栅格阵列封装 (LGA)

三、特性与功能

1. 宽带RF输入频率范围

   ADMV1013S-CSL的射频输出频率范围覆盖24 GHz至44 GHz，这一宽频段覆盖范围使得它能够适应多种高频通信应用的需求。无论是5G毫米波基站、卫星通信还是雷达系统，都能够在这一频段内找到合适的工作频率。

2. 多种频率转换模式

   ADMV1013S-CSL提供两种频率转换模式：从基带同相正交（I/Q）输入信号直接转换为RF，以及从复杂中频（IF）输入进行单边带（SSB）上变频。这两种模式为用户提供了极大的灵活性，可以根据不同的应用需求选择合适的转换方式。

• 基带I/Q直接转换至RF：在这种模式下，基带I和Q差分输入信号范围是从DC到6 GHz。这种转换方式适用于需要直接处理基带信号的应用场景，如零中频接收机。

• IF单边带上变频：在这种模式下，可以将0.8 GHz至6.0 GHz范围内的任何调制复中频信号上变频为24 GHz至44 GHz。同时，该芯片还能抑制不需要的边带，抑制幅度通常优于26 dBc。这种转换方式适用于需要处理中频信号的应用场景，如超外差接收机。

3. LO输入频率范围与四倍频器

   ADMV1013S-CSL的LO输入频率范围为5.4 GHz至10.25 GHz。通过内置的四倍频器，可以将LO频率倍升至所需的载波频率，最高可达41 GHz。这一设计大幅简化了高频本振源的设计难度，降低了系统的复杂性和成本。

4. 匹配与阻抗

• RF输出与IF输入：均匹配到50 Ω，使得芯片能够方便地与其他50 Ω阻抗的器件进行连接。

• LO输入：可选择匹配的100 Ω平衡或50 Ω单端输入，为用户提供了更多的设计选择。

• 基带输入：采用100 Ω平衡输入，有助于减少信号传输过程中的干扰和损耗。

5. 边带抑制与载波馈通优化

   ADMV1013S-CSL具有出色的边带抑制和载波馈通优化性能。在正常操作期间，上变频器展现出未经校准的26 dBc边带抑制。通过SPI接口调节正交相位和混频器栅极电压，可以将边带抑制提高到约36 dBc。这一指标已接近专业级外置滤波器的性能水平，有助于减少外部滤波器的使用，降低系统成本。

6. 可变衰减器与功率控制

   芯片内置了用于收发器功率控制的可变衰减器，为用户提供了35 dB的调节范围。这一功能使得用户可以根据实际需求动态调整输出功率，提高系统的灵活性和适应性。

7. SPI接口与编程控制

   ADMV1013S-CSL提供了4线SPI接口，允许用户通过软件对芯片进行编程控制。通过SPI接口，用户可以调整正交相位、混频器栅极电压、输出包络检测器开关等参数，以实现最佳的性能和功耗优化。此外，SPI接口还允许用户关闭输出包络检测器以降低功耗，进一步提高系统的能效。

8. 封装与工作环境

   ADMV1013S-CSL采用40端子岸面栅格阵列（LGA）封装，具有紧凑的尺寸和良好的散热性能。其外壳工作温度范围为-40°C至+85°C，能够适应各种严苛的工作环境。无论是低轨卫星等长寿命应用，还是航空电子与雷达系统等快速重构应用，ADMV1013S-CSL都能够提供稳定可靠的性能。

四、工作原理

ADMV1013S-CSL微波上变频器的工作原理主要基于混频技术。混频器是微波上变频器的核心部件，它能够将输入的低频信号（基带I/Q信号或中频IF信号）与本地振荡器（LO）产生的高频信号进行混频，从而生成所需的高频输出信号。

1. 基带I/Q直接转换至RF

   在这种模式下，基带I和Q差分输入信号首先经过正交移相器进行相位调整，以确保I和Q两路信号的相位正交性。然后，这两路信号分别与本地振荡器产生的正弦波和余弦波进行混频。混频后的信号经过滤波和放大处理，最终生成所需的高频RF输出信号。

2. IF单边带上变频

   在这种模式下，中频IF信号首先经过滤波器进行滤波处理，以去除不需要的杂散信号。然后，该信号与本地振荡器产生的高频信号进行混频。混频后的信号包含上边带和下边带两部分，通过滤波器选择其中一边带（如上边带）进行输出，从而实现单边带上变频。同时，芯片还会对不需要的边带进行抑制处理，以提高输出信号的纯度。

五、应用场景

ADMV1013S-CSL微波上变频器因其卓越的性能和灵活的功能配置，在多个领域得到了广泛应用。以下是一些典型的应用场景：

1. 卫星通信

   在卫星通信领域，ADMV1013S-CSL支持的24-44 GHz频段完美契合国际电信联盟为低轨卫星规划的Q/V波段资源。单芯片解决方案可以大幅减小星载载荷的体积和重量，降低卫星的发射成本。同时，芯片的高线性度和低噪声性能也有助于提高卫星通信的可靠性和数据吞吐量。

2. 5G毫米波基站

   在5G毫米波基站中，ADMV1013S-CSL可以作为射频前端的核心部件之一。其宽频段覆盖能力和高输出IP3性能使得它能够支持严苛的调制方案（如1024QAM），从而实现更高的数据吞吐量。此外，芯片的小尺寸和低功耗特性也有助于降低基站的建设成本和运营成本。

3. 航空电子与雷达系统

   在航空电子与雷达系统中，ADMV1013S-CSL的快速重构能力和高线性度特性使得它能够适应各种复杂的应用场景。通过SPI接口，系统可以在微秒级时间内切换工作模式：在电子战场景中，直接变频模式可快速生成复杂调制信号；切换到SSB模式时，又能以低杂散特性实现高纯度频谱输出。这些特性对于提高雷达系统的检测性能和抗干扰能力具有重要意义。

4. 仪器仪表与自动测试设备（ATE）

   在仪器仪表和自动测试设备中，ADMV1013S-CSL可以作为信号发生器或频谱分析仪的核心部件之一。其宽频段覆盖能力和高输出功率使得它能够生成或分析各种高频信号。同时，芯片的可编程性和灵活性也使得它能够适应不同的测试需求和应用场景。

六、技术优势与挑战

1. 技术优势

• 宽频段覆盖：ADMV1013S-CSL的射频输出频率范围覆盖24 GHz至44 GHz，这一宽频段覆盖范围使得它能够适应多种高频通信应用的需求。

• 多模式转换：提供两种频率转换模式（基带I/Q直接转换至RF和IF单边带上变频），为用户提供了极大的灵活性。

• 高性能指标：具有出色的边带抑制、载波馈通优化、可变衰减器等功能，使得它在高频通信系统中具有卓越的性能表现。

• 小尺寸与低功耗：采用40端子LGA封装，具有紧凑的尺寸和良好的散热性能。同时，其低功耗特性也有助于降低系统的运营成本。

• 可编程性与灵活性：通过SPI接口进行编程控制，用户可以方便地调整芯片的参数和配置，以适应不同的应用需求。

2. 挑战与解决方案

• 高频电路设计复杂：高频电路对器件寄生参数极度敏感，传统分立设计难以实现稳定性能。ADMV1013S-CSL通过集成宽带混频、本振四倍频、数字控制等模块于单一芯片上，有效解决了这一问题。

• 宽频段覆盖要求：宽频段覆盖要求电路具备优异的频率适应能力。ADMV1013S-CSL通过内置的四倍频器和可编程的带通滤波器，实现了对宽频段的良好覆盖和频率适应能力。

• 环境可靠性问题：在航天及军事应用中，器件需要解决辐射耐受、极端温度等环境可靠性问题。ADMV1013S-CSL通过航天级验证和优化的热设计，确保了其在严苛环境下的稳定性能。

七、未来发展趋势

随着通信技术的不断发展和应用场景的不断拓展，微波上变频器作为无线通信系统的核心部件之一，其性能和功能将不断得到提升和完善。以下是一些可能的发展趋势：

1. 更高频段覆盖：随着通信频段的不断向高频段迁移，微波上变频器将需要支持更高的频段覆盖范围。未来，可能会出现支持太赫兹频段的微波上变频器产品。

2. 更高集成度：为了降低系统的复杂性和成本，微波上变频器将向更高集成度方向发展。未来，可能会出现将多个功能模块（如混频器、滤波器、放大器等）集成于单一芯片上的产品。

3. 更智能化：随着人工智能和机器学习技术的不断发展，微波上变频器将向更智能化方向发展。未来，可能会出现具有自适应调整和优化功能的微波上变频器产品，能够根据实际应用场景和需求自动调整参数和配置。

4. 更低功耗：为了降低系统的运营成本和提高能效，微波上变频器将向更低功耗方向发展。未来，可能会出现采用更先进工艺和更优化设计的微波上变频器产品，以降低功耗并提高性能。

八、总结

ADMV1013S-CSL微波上变频器是一款具有卓越性能和灵活功能的高频通信芯片。其宽频段覆盖、多模式转换、高性能指标、小尺寸与低功耗以及可编程性与灵活性等特点使得它在卫星通信、5G毫米波基站、航空电子与雷达系统以及仪器仪表与自动测试设备等领域得到了广泛应用。随着通信技术的不断发展和应用场景的不断拓展，ADMV1013S-CSL微波上变频器将在未来发挥更加重要的作用并展现出更大的商业价值。同时，随着技术的不断进步和创新，微波上变频器也将不断向更高频段覆盖、更高集成度、更智能化和更低功耗方向发展以满足未来通信系统的需求。