Mikseren er en sentral fase i RF -signalkjeden i superheterodyne (super) mottakerarkitekturen. Det gjør at mottakeren kan stilles inn over et bredt frekvensbånd av interesse og deretter konvertere ønsket mottatt signalfrekvens til en kjent fast frekvens. Dette gjør at signalet av interesse kan behandles, filtreres og demoduleres effektivt. Strukturen til superstrukturen er elegant og enkel, men den faktiske ytelsen avhenger av ytelsen til dens funksjonelle blokker.
Vær oppmerksom på at den allestedsnærværende Superman ble utviklet av ingeniørgeniet Major EH Armstrong var på 1930-tallet og erstattet i stor grad hans tidligere mottakerdesign, det superregenerative designet (selv om det fremdeles brukes i profesjonelle applikasjoner i dag). Deretter oppfant Armstrong også frekvensmodulasjon, som fremdeles er mye brukt. Enhver av dem ville gjøre Armstrong til en "pioner og oppfinner" -kategori, men det er virkelig viktig å ha disse tre radiorelaterte oppfinnelsene. For mer informasjon om det grunnleggende om mikseren, se TechZone -artikkelen "Grunnleggende om mikseren". I en grunnleggende super "enkelt konvertering" -mottaker forsterkes inngangsbærerens RF -signal med ett eller flere lavstøyforsterker (LNA) trinn og går deretter inn i mikseren (figur 1). Mikseren har to innganger: RF -signal og lokal oscillator (LO). LO er på en fast forskyvning fra ønsket signal som skal stilles inn, og kan settes over eller under bærefrekvensen; det er tekniske årsaker i noen design, hvorfor den ene går foran den andre.
Figur 1: Den grunnleggende superheterodyne-arkitekturen blander RF-signalet med den lokale oscillatoren og opprettholder en fast forskyvning med det forsterkede RF-signalet som skal stilles inn for å generere et ned-konvertering, fast frekvens IF-signal, som deretter kan forsterkes og demoduleres Baseband.
Blanderen er et ikke-lineært trinn som kombinerer to signaler. Denne ikke -lineære blandingen gir to utganger: en i summen av de to signalfrekvensene, og den andre ved forskjellen (andre og/harmoniske blir også produsert av den ikke -lineære blandingsprosessen, men de er ikke interessante og enkle å filtrere). Det er en slik fast taktfrekvensutgang, kalt en mellomfrekvens (IF), noe som gjør superdesignet så effektivt. Dette er fordi uansett hva den spesifikke frekvensen er innstilt, er IF alltid på samme frekvens. Siden IF -frekvensen alltid er den samme, kan IF -trinnforsterkeren og påfølgende demodulator optimaliseres for ytelsen til en enkelt kjent frekvens.
Deretter filtrerer du IF -utgangen til mikseren for å eliminere eventuelle gjenstander (så mye som mulig), og fortsetter deretter til neste trinn for ytterligere forsterkning og demodulering. Historisk sett brukte tradisjonell AM -radio 455 kHz IF, tradisjonell FM -radio på 10.7 MHz, men andre profesjonelle applikasjoner brukte forskjellige IF -er.
I tillegg til den grunnleggende enkeltkonverterings -superen, er det også doble konverteringstopologier. Dette brukes til høyere bærefrekvenser, for eksempel 500 MHz eller over 1 GHz, for å lindre problemer med signalfiltrering og støy ved å optimalisere oppnåelig ytelse for hvert trinn; bæreren passerer gjennom første trinns mikser/LO for å redusere den til omtrent Den første IF på 50-100MHz blir deretter ytterligere nedkonvertert til den andre IF av den andre mikseren/LO. Dette gir designere større generell fleksibilitet og slapper av noen av kravene til individuelle komponentspesifikasjoner. (Det er til og med trippel konverteringsmottakere i kommersiell bruk.) Figur 2: I en dobbel konverteringsdesign utvider den grunnleggende supermetoden det første nedkonverteringstrinnet for tuning med en høyere frekvens; IF -utgangen blir ekvivalent med en fast frekvens RF, som blandes med LO i det andre trinnet for å produsere en andre IF -utgang.
1. Null-IF design
Selv om ultra/presisjonsmetoden LO/IF er den desidert mest vellykkede designede mottakerarkitekturen, vinner den nå konkurranse fra en annen metode: en null-IF-mottaker, også kjent som en direkte mottaker-konverteringsmottaker (DCR), The homodyne receiver eller synkron mottaker (figur 3). Her settes LO -frekvensen veldig nær RF -bærefrekvensen til det ønskede signalet. Den blandede utgangen er umiddelbart på basisbåndet og krever ikke et IF -trinn.
Figur 3: Null-IF-metoden bruker en LO som er veldig nær RF-signalet og direkte konverterer til basebånd uten et mellomliggende IF-trinn.
Selv om denne metoden teoretisk reduserer kompleksiteten til grunnkretsen, stiller den strenge krav til alle trinn, inkludert dynamisk område, stabilitet, forvrengning, tuningsområde og støy. For noen nøye utvalgte og designede applikasjoner kan IC gjøre null-IF-mottakere konkurransedyktige eller bedre enn supermottakere med IF-nivåer.
2. Viktige parametere for mikser
Blandere kan være passive (vanligvis bygget med dioder) eller aktive enheter som bruker transistorforsterkning. Som en funksjonell modul som samler signaler i et bredt RF-frekvensbånd og nedkonverterer det til en fast IF-frekvens, har miksere mange krav til det. Aktive og passive miksere gir hver sin kombinasjon av nøkkelparametere, som alle måles i dB, med mindre annet er angitt:
Tredje-ordens avskjæringspunkt eller inngangskrysspunkt (IIP3 eller IP3) vedrører effekten av den ikke-lineære produktblanderen på det lineært forsterkede signalet forårsaket av tredje-ordens ikke-lineære produktuttrykk. To testfrekvenser i blandebåndets passbånd brukes til å evaluere tredje-ordens avskjæringspunkt; vanligvis er disse testfrekvensene omtrent 20 til 30 kHz fra hverandre. En høyere IP3 -verdi (i dBm) indikerer en bedre mikser.
Konverteringstap/forsterkning er forholdet mellom IF -utgangseffekt og RF -inngangseffekt. For passive miksere er dette alltid tapet (negativ dB), vanligvis mellom -5 og -10 dB. Selv om det er et mål på effektiviteten til en mikser, er problemet her ikke effektiviteten til likestrømforsyningen, men det relativt lave RF -effektnivået som mikseren ser ved den.
Støytallet (NF) er veldig viktig fordi det kjennetegner støyen som miksen tilfører og vises ved IF -utgangen. Dette er en bekymring, fordi når båndstøyen er lagt til signalet av interesse, er det nesten umulig å eliminere, ødelegge signalet, gjøre demodulering mer utfordrende og redusere bitfeilhastigheten (BER). Det typiske støytallet er mellom 0.5 og 3 dB.
Isolasjon definerer i hvilken grad mikseren forhindrer RF- eller LO -inngangssignalenergien i å nå IF -utgangen, noe som kan ødelegge og forvride IF og forårsake demoduleringsproblemer og feil. Det er forholdet mellom RF- eller LO -inngang og lekkasje IF -utgang.
Det dynamiske området måler forholdet mellom det maksimale signalnivået og det minimale signalnivået som mikseren kan håndtere, og gir fortsatt et IF -signal som oppfyller spesifikasjonene. Avhengig av forventet RF -inngang, kan systemet kreve middels (50 dB) eller stort dynamisk område (100 dB).
Dette er bare ytelsesparametrene knyttet til toppmikser. Andre inkluderer avvisning av bilder, forsterkningskomprimering, DC -forskyvning og 1 dB komprimeringspunkt.
3. Stort utvalg av tilgjengelige miksere
Mikserleverandører inkluderer tradisjonelle analoge IC-leverandører med RF-ekspertise, samt RF-sentriske leverandører som utvikler IC og diskrete miksere. Siden disse to gruppene ser på mikserytelse fra forskjellige retninger, har de forskjellige fokusområder når det gjelder prioriteringer og avveininger, samt felles aspekter.
IC-leverandør ADI introduserte ADL5350, som er en GaAs pHEMT passiv mikser med én ende og integrert LO-bufferforsterker (figur 4).
Figur 4: ADL5350 passiv mikser inkluderer en aktiv LO -forsterker for å forenkle driften og kravene til LO -signalgenerering.
Denne bredbåndsenheten kan håndtere frekvenser fra 750 MHz til 4 GHz og er designet for basestasjoner med forskjellige moduleringstyper og standarder. Bufferen lar brukeren gi et lavt nivå LO, noe som forenkler designet. Konverteringstapet er 6.8 dB, støytallet er 6.5 dB og IP3 er 25 dB. På grunn av frekvensene som er involvert, bruker ADL5350 en 8 VFDFN eksponert pad, chip-skala pakke. (Den kan også brukes til den kompletterende prosessen med oppkonvertering, men dette er en annen historie.)
CEL (tidligere California Eastern Laboratory) tilbyr UPC2757 silisiumbrikke MMIC (monolitisk mikrobølgeovn IC) for RF -inngang fra 0.1 til 2.0 GHz og IF fra 20 til 300 MHz (figur 6).
Figur 6: CELs UPC2757 -serie inkluderer grunnleggende aktive miksere for RF -innganger mellom 0.1 og 2.0 GHz.
UPC2757TB er optimalisert for lavt strømforbruk, mens UPC2758TB er optimalisert for lav forvrengning. For hver IC er konverteringsforsterkningen en funksjon av LO -frekvensen (figur 7).
Figur 7: Konverteringsgevinsten for CELs UPC2757 MMIC varierer med LO -frekvens; to familiemedlemmer gir grunnleggende valg for strømforbruk og forvrengning.
Dette er bare to eksempler. Blandere er tilgjengelig fra mange leverandører; utstyret kan brukes til forskjellige RF- og LO -frekvenser, i tillegg til forskjellige effektnivåer og ytelsesparametere. Designerens beslutningsprosess viser først de grunnleggende frekvenskravene og de nødvendige verdiene for andre mikseregenskaper, samt eventuell fleksibilitet eller avveininger som kan eksistere i noen av disse faktorene.
Vår andre produkt:
