ADMV1013 24 GHz 至 44 GHz 宽带微波上变频器详解

一、引言

随着通信技术的飞速发展，高频化、大带宽成为趋势，毫米波频段（24 GHz 以上）因其巨大的频谱资源潜力，在 5G 通信、卫星通信、雷达系统等领域展现出重要应用价值。然而，高频信号的生成与处理面临诸多挑战，如电路设计复杂、器件性能受限等。ADI 公司推出的 ADMV1013 宽带微波上变频器，正是针对这些挑战而设计的一款高性能芯片。本文将详细介绍 ADMV1013 的各项特性、工作原理、应用场景以及技术优势。

二、ADMV1013 基本概述

ADMV1013 是一款专门针对点对点微波无线电设计进行优化的宽带微波上变频器，其工作射频（RF）范围为 24 GHz 至 44 GHz。该芯片提供了两种频率转换模式：从基带同相正交（I/Q）输入信号直接转换为射频（RF），以及从复杂中频（IF）输入进行单边带（SSB）上变频。这种设计使得 ADMV1013 能够灵活应对不同的通信需求。

　　产品详情

　　ADMV1013 是一款宽带微波上变频器，针对在 24 GHz 至 44 GHz 射频 (RF) 范围内工作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，并且可以将 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范围内的调制复杂 IF 信号插入 IF 路径并上变频至 24 GHz 至 44 GHz，同时抑制不需要的边带，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 接口允许关闭输出包络检测器以降低功耗。

　　ADMV1013 升频器采用 40 端子岸面栅格阵列 (LGA) 封装。ADMV1013 的工作外壳温度范围为 −40°C 至 +85°C。

　　应用

　　点对点微波射频

　　雷达、电子战系统

　　仪器仪表、自动测试设备 (ATE)

　　特性

　　宽带射频输出频率范围：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 接口进行编程

　　40 端子栅格阵列封装 (LGA)

三、主要特性

1. 宽带射频输入频率范围：ADMV1013 支持 24 GHz 至 44 GHz 的宽带射频输入频率范围，这一频段覆盖了当前毫米波通信的多个重要频段，如 28 GHz 和 39 GHz，为 5G 毫米波通信、卫星通信等应用提供了有力支持。

2. 两种上变频模式：

• 从基带 I/Q 直接变频至 RF：在这种模式下，ADMV1013 能够接收基带 I/Q 输入信号，并直接将其转换为射频信号。这种零中频转换方式简化了系统设计，降低了功耗和成本。

• 从实 IF 单边带上变频：ADMV1013 还支持从复杂中频（IF）输入进行单边带上变频。这种模式下，用户可以在 IF 路径中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范围内的复杂调制 IF 信号，并将其上变频至 24 GHz 至 44 GHz 的射频频段。

3. LO 输入频率范围及四倍频器：ADMV1013 的 LO（本地振荡器）输入频率范围为 5.4 GHz 至 10.25 GHz。芯片内置的四倍频器可以将 LO 频率倍升至最高 41 GHz，从而大大简化了高频本振源的设计难度。

4. 匹配阻抗：ADMV1013 的单端 RF 输出和 IF 输入均匹配到 50 Ω，LO 输入可配置为 100 Ω 差分或 50 Ω 单端，基带输入为 100 Ω 平衡输入。这种设计使得芯片能够轻松与各种外部电路进行连接和匹配。

5. 边带抑制和载波馈通优化：ADMV1013 通过优化电路设计，实现了优异的边带抑制和载波馈通性能。在未经校准的情况下，边带抑制通常优于 26 dBc；通过 SPI 接口进行校准后，边带抑制可以进一步提高到约 36 dBc。

6. 可变衰减器：芯片内置了用于收发器功率控制的可变衰减器，用户可以通过 SPI 接口进行编程控制，实现灵活的功率调节。

7. SPI 接口编程：ADMV1013 支持通过四线 SPI 接口进行编程配置，用户可以方便地调整芯片的各项参数，以实现最佳的性能表现。

8. 封装与工作环境：ADMV1013 采用 40 引脚基板栅格阵列（LGA）封装，外壳工作温度范围为 -40°C 至 +85°C，能够满足各种严苛的工作环境要求。

四、工作原理

ADMV1013 的工作原理主要基于混频技术。在混频过程中，输入信号（基带 I/Q 信号或中频 IF 信号）与本地振荡器（LO）信号在混频器中进行相乘运算，产生包含所需射频信号和不需要的边带信号在内的混合信号。通过滤波器对混合信号进行滤波处理，去除不需要的边带信号，最终得到所需的射频输出信号。

具体来说，当 ADMV1013 工作在从基带 I/Q 直接变频至 RF 的模式下时，基带 I/Q 信号首先经过正交调制器进行调制处理，然后与 LO 信号在混频器中进行混频运算。混频后的信号经过滤波器和放大器处理后，得到所需的射频输出信号。

当 ADMV1013 工作在从实 IF 单边带上变频的模式下时，中频 IF 信号首先经过预处理电路进行幅度和相位调整，然后与 LO 信号在混频器中进行混频运算。同样地，混频后的信号经过滤波器和放大器处理后，得到所需的射频输出信号。

五、应用场景

1. 点对点微波无线电：ADMV1013 的宽带射频输入频率范围和优异的性能特性使其成为点对点微波无线电系统的理想选择。在这些系统中，ADMV1013 可以实现高效的信号上变频处理，提高通信质量和传输距离。

2. 雷达和电子战系统：雷达和电子战系统对高频信号的处理能力有着极高的要求。ADMV1013 的宽带射频输入频率范围和高性能特性能够满足这些系统的需求，实现高精度的目标探测和干扰对抗。

3. 仪器仪表和自动测试设备（ATE）：在仪器仪表和自动测试设备领域，ADMV1013 可以作为信号源或信号分析模块的核心组件，为测试系统提供高质量的高频信号处理能力。

4. 卫星通信：随着卫星通信技术的不断发展，对高频信号的处理能力也提出了更高的要求。ADMV1013 的宽带射频输入频率范围和支持的高频本振源设计使得其在卫星通信领域具有广泛的应用前景。

六、技术优势

1. 高集成度：ADMV1013 集成了宽带混频器、本振四倍频器、数字控制模块等多个功能模块于一体，实现了高度集成化设计。这种设计不仅简化了系统设计复杂度，还降低了功耗和成本。

2. 优异的性能特性：ADMV1013 具有宽带射频输入频率范围、两种上变频模式、优异的边带抑制和载波馈通性能等特性，能够满足各种严苛的通信需求。

3. 灵活的编程配置：通过四线 SPI 接口进行编程配置，用户可以方便地调整 ADMV1013 的各项参数以实现最佳的性能表现。这种灵活性使得 ADMV1013 能够适应不同的应用场景和需求。

4. 严苛的工作环境适应性：ADMV1013 采用 40 引脚基板栅格阵列封装，外壳工作温度范围为 -40°C 至 +85°C，能够满足各种严苛的工作环境要求。这种适应性使得 ADMV1013 能够在各种恶劣环境下稳定工作。

七、与其他产品的比较

与市场上其他同类产品相比，ADMV1013 具有以下优势：

1. 更宽的射频输入频率范围：ADMV1013 支持 24 GHz 至 44 GHz 的宽带射频输入频率范围，相比其他产品具有更宽的覆盖范围。

2. 更高的集成度：ADMV1013 集成了多个功能模块于一体，实现了高度集成化设计。相比其他产品需要多个芯片组合才能实现相同功能的情况，ADMV1013 降低了系统设计的复杂度和成本。

3. 更优异的性能特性：ADMV1013 在边带抑制、载波馈通优化、可变衰减器等方面具有更优异的性能特性。这些特性使得 ADMV1013 在实际应用中能够表现出更好的通信质量和传输性能。

4. 更灵活的编程配置：ADMV1013 支持通过四线 SPI 接口进行编程配置，用户可以根据实际需求灵活调整芯片的各项参数。相比其他产品可能需要通过硬件调整或专用软件配置的情况，ADMV1013 提供了更便捷的编程方式。

八、发展趋势与展望

随着通信技术的不断发展，对高频信号的处理能力将提出更高的要求。ADMV1013 作为一款高性能的宽带微波上变频器，将在未来的通信系统中发挥更加重要的作用。

未来，随着 6G 研究的推进和太赫兹频段的开发，对高频射频芯片的需求将进一步增加。ADMV1013 的技术架构和设计理念为未来的高频通信系统提供了有力的支持。通过不断优化和升级，ADMV1013 有望在未来成为更多高频通信系统的核心组件。

同时，随着卫星互联网星座等大规模部署场景的出现，对高频射频芯片的能效和成本也提出了更高的要求。ADMV1013 的低功耗设计和高度集成化特性使其在这些场景中具有显著的优势。未来，随着技术的不断进步和成本的进一步降低，ADMV1013 有望在更广泛的领域得到应用。

九、结论

ADMV1013 是一款具有高性能、高集成度和灵活编程配置的宽带微波上变频器。其宽带射频输入频率范围、两种上变频模式、优异的边带抑制和载波馈通性能等特性使其能够满足各种严苛的通信需求。在点对点微波无线电、雷达和电子战系统、仪器仪表和自动测试设备以及卫星通信等领域具有广泛的应用前景。

通过与其他产品的比较可以看出，ADMV1013 在射频输入频率范围、集成度、性能特性和编程配置等方面具有显著的优势。未来，随着通信技术的不断发展和应用场景的不断拓展，ADMV1013 有望在更多领域发挥重要作用，并为高频通信系统的设计和实现提供有力支持。

十、附录

附录 A：ADMV1013 技术规格表

附录 B：ADMV1013 功能框图

（此处可插入 ADMV1013 的功能框图，展示芯片内部各模块的连接关系和信号流向）

附录 C：ADMV1013 应用电路图

（此处可插入 ADMV1013 在典型应用中的电路图，展示芯片与外部电路的连接方式和信号处理方式）

附录 D：ADMV1013 编程指南

（此处可简要介绍 ADMV1013 的编程方法和步骤，包括 SPI 接口的使用、寄存器配置等）