當(dāng)今的通信系統(tǒng)，如無線基站，對接收器靈敏度和大信號性能提出了很高的要求。本文重點(diǎn)介紹混頻器，介紹關(guān)鍵的混頻器性能問題和數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的基本參數(shù)。本文介紹了如何選擇最佳混頻器來優(yōu)化接收通道。

介紹

無線基站的通信標(biāo)準(zhǔn)（例如GSM、UMTS和（現(xiàn)在的）LTE）定義了各種參數(shù)的最低規(guī)格，包括接收器靈敏度和存在大信號時(shí)的性能。這些關(guān)鍵要求對無線基站中無線電的每個(gè)功能塊都提出了很高的要求。在接收信號路徑中，混頻器性能對接收器的靈敏度和大信號性能有重大影響。本文介紹關(guān)鍵的混頻器性能問題和參數(shù)，以幫助您為接收通道選擇最佳混頻器。

無線基站接收器

首先，我們首先分析無線基站中使用的典型接收器的框圖（圖1）。這些接收器被稱為超外差接收器，因?yàn)榻邮盏降男盘柦?jīng)歷兩次連續(xù)的下變頻到較低頻率。如圖所示，信號由天線接收，然后由RF濾波器1濾波，通常用于濾除垃圾信號。然后，該濾波器輸出由LNA（低噪聲放大器）放大，LNA通常具有非常低的噪聲系數(shù)。

圖1.典型無線基站接收器框圖。

放大后的信號再次被濾波，這次是RF濾波器2，它限制了頻率范圍，同時(shí)濾除可能限制混頻器性能的不需要的信號。然后，濾波和帶限信號被饋送到第一個(gè)混頻器，在那里通過與LO（本振）信號混合將其下變頻為IF頻率。根據(jù)接收器的架構(gòu)，該中頻信號可以進(jìn)一步下變頻至第二個(gè)較低的中頻頻率，然后解調(diào)以在基帶中進(jìn)行處理。

我們現(xiàn)在檢查此接收器鏈中的混頻器。應(yīng)研究混頻器的參數(shù)，因?yàn)樗鼈儗邮掌鞯撵`敏度和大信號性能有重大影響。

混音器參數(shù)

混頻器的噪聲系數(shù)描述了從輸入到輸出的SNR（信噪比）的下降。該比率通常以分貝（dB）的對數(shù)度量表示，如公式1所示：

第二個(gè)重要參數(shù)是轉(zhuǎn)換增益（或者轉(zhuǎn)換損耗）。轉(zhuǎn)換增益是指示混頻器配置是有源還是無源的重要指示。無源混頻器具有插入損耗（稱為轉(zhuǎn)換損耗），因?yàn)樗鼈儾话糜诜糯笮盘柕慕M件。然而，有源混頻器具有有源元件并提供轉(zhuǎn)換增益。

有源混頻器可以在兩種配置中的任何一種中實(shí)現(xiàn)：基于平衡（吉爾伯特單元）設(shè)計(jì)的集成混頻器;或作為無源混頻器，與IF放大器級結(jié)合使用，以提供增益而不是損耗。由于集成混頻器具有增益，因此無需外部IF放大器級來彌補(bǔ)插入損耗。

轉(zhuǎn)換增益（或損耗）是以dB表示的對數(shù)度量，如公式2所示。它與頻率相關(guān)，應(yīng)在混頻器的整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)指定。為確保最佳接收機(jī)性能，指定頻率范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換增益/損耗變化應(yīng)盡可能小。

由于無線基站通常在波動的溫度環(huán)境中工作，因此轉(zhuǎn)換增益/損耗也應(yīng)在工作溫度范圍內(nèi)指定，同樣應(yīng)盡可能小地變化。此溫度范圍很重要，因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，溫度的微小變化允許較小的裕量，這在系統(tǒng)規(guī)劃中很有用。

混頻器的大信號行為由稱為“1dB壓縮點(diǎn)”（也稱為壓縮點(diǎn)（IP1dB））的混頻器參數(shù)以及二階和三階交調(diào)截點(diǎn)（IP2和知識產(chǎn)權(quán)3).IP1dB壓縮點(diǎn)預(yù)測混頻器增益降低1dB時(shí)的輸入功率水平，相對于公式3中的線性表達(dá)式：

P外= G × P在

當(dāng)兩個(gè)頻率幾乎相同的大信號施加到混頻器的輸入時(shí)，混頻器還應(yīng)該能夠轉(zhuǎn)換微弱信號。此行為通常由三階截點(diǎn) （IP3），與噪聲系數(shù)一起描述了混頻器的動態(tài)范圍。一個(gè)大知識產(chǎn)權(quán)3表示高線性度混頻器。混頻器的數(shù)據(jù)手冊還應(yīng)指定混頻器輸入和輸出的截點(diǎn)。使用公式4，您可以計(jì)算OIP3（輸出截點(diǎn)）來自 IIP3（輸入截點(diǎn)），反之亦然：

伊辦3= 工業(yè)生產(chǎn)力3+ 克

伊辦的地點(diǎn)3是混頻器輸出端的交調(diào)截點(diǎn)，IIP3在輸入端，G是轉(zhuǎn)換損耗或增益。伊辦3因此，對于無源混頻器，混頻器的轉(zhuǎn)換損耗會降低。該插入損耗需要在RF或IF增益級進(jìn)行補(bǔ)償，以確定接收器所需的總噪聲系數(shù)。（噪聲系數(shù)是接收器設(shè)計(jì)中必須考慮的附加參數(shù)。

無源混頻器與有源混頻器

無源混頻器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它們也可以用作上變頻器。換句話說，它們的輸入信號可以轉(zhuǎn)換為更高的頻率。上變頻器通常用于發(fā)射器鏈，將IF信號轉(zhuǎn)換為最終發(fā)射頻率。由于無源混頻器可用于發(fā)射鏈和接收鏈，因此您只需訂購和庫存一個(gè)組件。

“直接下變頻接收器”將輸入信號直接下變頻至基帶，無需IF信號。對于這些接收器，混頻器的數(shù)據(jù)手冊應(yīng)指定另一個(gè)重要參數(shù)，稱為端口間隔離。該參數(shù)測量LO信號與混頻器輸入信號之間的隔離量。如果端口間隔離度不夠大，LO可能會與自身混頻，從而在混頻器輸出端產(chǎn)生直流失調(diào)，從而降低接收器的性能。

由于混頻器轉(zhuǎn)換頻率，因此會產(chǎn)生稱為混頻器雜散的新頻率。應(yīng)徹底研究雜散，尤其是（2RF - 2LO）、（3RF - 3LO）和更高階的雜散，這些雜散通過與IF頻率一致而影響接收器。這種行為通常在混頻器的數(shù)據(jù)手冊中用2x2和3x3參數(shù)來描述。

除了這些不同的參數(shù)外，您還必須考慮集成水平。通過將混頻器內(nèi)核與LO放大器、巴倫和LO開關(guān)集成在一起，某些應(yīng)用可以從中受益。

通用 PCB 接收器布局帶來設(shè)計(jì)靈活性

如今，通過對不同的頻率范圍使用一種布局，可以減少開發(fā)工作。然后，只需更改幾個(gè)關(guān)鍵組件，即可將專為900MHz GSM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接收器用于1800MHz GSM系統(tǒng)。

引腳兼容混頻器系列非常適合通用PCB布局可容納無線基礎(chǔ)設(shè)施多個(gè)頻段的應(yīng)用。最終目標(biāo)是為處理GSM，UMTS，WiMAX?和LTE的多標(biāo)準(zhǔn)無線基站開發(fā)單一布局。

例如，接收器鏈中的MAX2029等無源混頻器可以下變頻接收機(jī)信號，而發(fā)送器中的另一個(gè)相同混頻器可以將IF信號上變頻至最終發(fā)射頻率。圖2中的電路集成了所有外部元件：LO緩沖放大器、巴倫和LO開關(guān)。

.

MAX2029用作下變頻器，提供36.5dBm的IIP3、27dBm的IP1dB、6.5dB的轉(zhuǎn)換損耗和6.7dB的噪聲系數(shù)。由于MAX2029的SiGe工藝技術(shù)可實(shí)現(xiàn)令人印象深刻的性能，因此非常適合高線性度和低噪聲系數(shù)至關(guān)重要的基站應(yīng)用。

2RF - 2LO抑制（72dBc，-10dBm RF輸入信號）通過放寬對近載波濾波的要求，實(shí)現(xiàn)了更簡單、更具成本效益的濾波器。MAX2029將低端的頻率范圍從815MHz擴(kuò)展至1000MHz。MAX2039是引腳兼容混頻器系列（包括MAX2041和MAX2029）的成員之一，允許為接收器創(chuàng)建單PCB布局，處理不同的頻率范圍和不同的通信標(biāo)準(zhǔn)。

有源混頻器可以采用平衡（吉爾伯特單元）設(shè)計(jì)的形式，也可以采用與IF放大器級相結(jié)合的無源混頻器。例如，MAX9986代表第二種配置。其低噪聲系數(shù)允許混頻器級之前的RF增益較小，從而為接收器提供更好的整體線性度。同樣，由于在混頻器前面增加了更多的增益以最小化級聯(lián)噪聲系數(shù)，因此混頻器的線性度必須更高，以保持接收器的整體線性度。

選擇合適的攪拌機(jī)

在互聯(lián)網(wǎng)上搜索混音器時(shí)，面臨的挑戰(zhàn)是篩選各種混音器列出的所有規(guī)格。然后，您必須做出最佳選擇。幸運(yùn)的是，基于 Web 的參數(shù)搜索工具將幫助您做到這一點(diǎn)。參數(shù)搜索使設(shè)計(jì)工程師能夠快速找到適合應(yīng)用的IC。單個(gè)頁面顯示用于篩選信息的所有搜索條件和所有相應(yīng)的部分。更改這些標(biāo)準(zhǔn)中的任何一個(gè)都會立即更新零件列表。搜索功能包括單擊篩選、滑動篩選器控件、多級排序和豐富的工具提示。沒有比這更簡單的方法可以為應(yīng)用找到合適的零件。

圖3顯示了專為基站設(shè)計(jì)的增益為10dB的有源混頻器的搜索結(jié)果。建議的器件為MAX9986。用戶只需額外點(diǎn)擊該元件，即可直接進(jìn)入該元件的概覽主頁，在那里可以找到相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊、應(yīng)用筆記和其他信息。

圖3.此 Web 工具在用戶點(diǎn)擊之前顯示與過濾器設(shè)置匹配的產(chǎn)品數(shù)量！

使用Maxim的這個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具進(jìn)行參數(shù)搜索，可以在用戶第一次點(diǎn)擊之前顯示與特定的過濾器設(shè)置組合相匹配的產(chǎn)品數(shù)量！“智能”搜索算法僅顯示有效條件。用戶無法進(jìn)行排除所有部件的選擇。這種參數(shù)搜索使用最新的 Web 2.0 技術(shù)構(gòu)建，不需要用戶系統(tǒng)上的插件。

審核編輯：郭婷