當今的通信系統(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。本文重點介紹混頻器，介紹關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

無線基站的通信標準（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的性能。這些關鍵要求對無線基站中無線電的每個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，因為接收到的信號經(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)，該中頻信號可以進一步下變頻至第二個較低的中頻頻率，然后解調(diào)以在基帶中進行處理。

我們現(xiàn)在檢查此接收器鏈中的混頻器。應研究混頻器的參數(shù)，因為它們對接收器的靈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），因為它們不包含用于放大信號的組件。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現(xiàn)：基于平衡（吉爾伯特單元）設計的集成混頻器;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，應在混頻器的整個工作頻率范圍內(nèi)指定。為確保最佳接收機性能，指定頻率范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換增益/損耗變化應盡可能小。

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/損耗也應在工作溫度范圍內(nèi)指定，同樣應盡可能小地變化。此溫度范圍很重要，因為在正常情況下，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”（也稱為壓縮點（IP1dB））的混頻器參數(shù)以及二階和三階交調(diào)截點（IP2和知識產(chǎn)權(quán)3).IP1dB壓縮點預測混頻器增益降低1dB時的輸入功率水平，相對于公式3中的線性表達式：

P外= G × P在

當兩個頻率幾乎相同的大信號施加到混頻器的輸入時，混頻器還應該能夠轉(zhuǎn)換微弱信號。此行為通常由三階截點 （IP3），與噪聲系數(shù)一起描述了混頻器的動態(tài)范圍。一個大知識產(chǎn)權(quán)3表示高線性度混頻器?；祛l器的數(shù)據(jù)手冊還應指定混頻器輸入和輸出的截點。使用公式4，您可以計算OIP3（輸出截點）來自 IIP3（輸入截點），反之亦然：

伊辦3= 工業(yè)生產(chǎn)力3+ 克

伊辦的地點3是混頻器輸出端的交調(diào)截點，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增益級進行補償，以確定接收器所需的總噪聲系數(shù)。（噪聲系數(shù)是接收器設計中必須考慮的附加參數(shù)。

無源混頻器與有源混頻器

無源混頻器的一個主要優(yōu)點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)手冊應指定另一個重要參數(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開關集成在一起，某些應用可以從中受益。

通用 PCB 接收器布局帶來設計靈活性

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，只需更改幾個關鍵組件，即可將專為900MHz GSM系統(tǒng)設計的接收器用于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設施多個頻段的應用。最終目標是為處理GSM，UMTS，WiMAX?和LTE的多標準無線基站開發(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信號，而發(fā)送器中的另一個相同混頻器可以將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。

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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)至關重要的基站應用。

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準。

有源混頻器可以采用平衡（吉爾伯特單元）設計的形式，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

在互聯(lián)網(wǎng)上搜索混音器時，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。幸運的是，基于 Web 的參數(shù)搜索工具將幫助您做到這一點。參數(shù)搜索使設計工程師能夠快速找到適合應用的IC。單個頁面顯示用于篩選信息的所有搜索條件和所有相應的部分。更改這些標準中的任何一個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用找到合適的零件。

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

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

使用Maxim的這個網(wǎng)絡工具進行參數(shù)搜索，可以在用戶第一次點擊之前顯示與特定的過濾器設置組合相匹配的產(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