无源下变频混频器与有源混频器的比较

2012-09-26 15:51:24来源: 互联网

无源变频混频器LTC554x系列涵盖600MHz至4GHz的频率范围,以高线性度提供高变频增益和低噪声指数(NF)。这些混频器面向无线基础设施接收器,这类接收器需要高增益混频器,以克服当今高灵敏度IF SAW滤波器的高插入损耗问题。尽管传统无源混频器一般具7dB的变频损耗,但是新的LTC554x混频器有集成的IF放大器,如图1所示,可产生8dB的总变频增益。这允许IF滤波器有15dB的额外损耗,同时仍然能使接收器满足灵敏度和无寄生动态范围要求。

  无源下变频混频器与有源混频器的比较:增益高、噪声低(电子工程专辑)

  图1:在一个接收器应用中的LTC554x无源混频器

  有源混频器与无源混频器的比较

  大多数集成电路混频器都基于有源或电流转向拓扑。凌力尔特公司拥有种类繁多的有源混频器产品,如LT5527和LT5557,而且这些有源混频器得到了广泛采用,因为它们易于使用,且功耗很低。然而,这些有源混频器2dB至3dB的变频增益不够高,不能满足有些无线基础设施设计的要求。此外,在线性度可比情况下,有源混频器的噪声指数一般比无源混频器高。LTC554x混频器系列运用无源混频器内核,以高线性度实现最低的噪声指数。表1比较了LTC5541无源混频器与LT5557有源混频器的性能。如表中所示,无源混频器的增益约高 5dB、噪声指数约低2dB、IIP3高1.7dB。不过LT5557的DC功耗则低得多。

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  表1:在1.95GHz时有源混频器和无源混频器的比较

  大信号噪声指数

  另一个重要的混频器性能参数是大信号噪声指数。和在放大器中一样,混频器的NF是输入S/N与输出S/N之比。当采用高电平RF信号进行驱动时,所有混频器的NF都将有所增加。在接收器应用中,这种现象也被称为“受阻塞条件下的噪声指数”,这里,“阻塞”信号是一个相邻通道中的高幅度信号。由于混频器的输出噪声层与RF输入幅度和LO通路噪声的乘积 (ARF·NLO) 成比例,因而导致噪声指数增加。

  在许多场合中接收器需要在存在强大阻塞信号源的情况下检测一个微弱的信号。如果阻塞信号使噪声层充分地上升,那么所需要的弱信号就有可能淹没在噪声中。图2显示了LTC5540的噪声指数相对于RF输入功率的变化。噪声指数在低输入值时接近小信号值,但是当RF信号功率上升时,ARF x NLO的贡献就变得显著了,而且噪声指数增大了。在+5dBm 的高RF输入值和0dBm的标称LO功率时,噪声指数仅比小信号值提高6dB,达到16.2dB。该图中也很明显的是,大信号噪声随着LO功率值的提高而改进,因此如果需要,甚至可以实现更高的性能。

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  图2:LTC5540的噪声指数随RF阻塞信号值的变化

尽管噪声指数升高的问题无法彻底消除,但是通过仔细的设计,性能可以得到改进。LTC554x系列中的所有器件都具有卓越的大信号噪声指数,如表2所示。

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  表2:在+5dBm阻塞信号时,LTC554x的大信号噪声指数

  在一个接收器链路中计算性能的比较

  以下接收器链路分析展现了这些新的无源混频器优势。图3所示是一个典型的、单次变频基站接收器链路,该链路用来比较同一个接收器使用新的LTC5541无源混频器和使用LT5557 有源混频器所产生的总体系统性能(参见表3)。增益为26dB的LTC6400-26 IF放大器用在基于LT5557的链路中,而增益为20dB的LTC6400-20用在基于LTC5541的链路中。这样就可以保持两种情况下总的接收器增益接近相同。如高性能基站所要求的那样,在每种情况下,都将一个高选择性SAW滤波器用在混频器的输出端。如图3所示,使用LTC5541无源混频器的接收器链路的噪声指数低0.76dB,IIP3高1.6dB。就基于LTC5541的接收器而言,这产生较高的信噪比(SNR)和较大的无寄生动态范围(SFDR)。

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  图3:基于LT5557的接收器和基于LTC5541的接收器构成的典型无线基站接收器链路的比较

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  表3:级联接收器性能总结

  在一个发送器DPD应用中测量性能的比较

  单次变频数字接收器的最简单形式是,由一个下变频混频器、一个低通或带通滤波器和一个模数转换器(ADC)组成。在高线性度基站发送器中,这类接收器可用作数字预失真(DPD) 接收器。在这类应用中,最重要的性能参数是线性度、增益平坦度、宽IF带宽,当然还有简单性。与之前叙述的接收器应用不同,在DPD应用中,由于从发送器输出耦合的大幅度信号,因此噪声指数不是关键参数。LTC554x混频器是用于DPD接收器应用的理想器件,因为这些器件在频率变化时,具有高线性度、高变频增益和平坦的IF输出响应。

  图4所示是一个采用LTC5541的原型DPD接收器。这个接收器针对1.95GHz应用设计和测试,具有185 ± 60MHz的宽IF带宽。为了进行比较,采用LT5557有源混频器设计了另一个接收器。基于LT5557的DPD接收器在带通滤波器之前需要一个外部IF放大器,以补偿有源混频器低5dB的增益。LTC5541的主要优点是,它无需这个IF放大器。此外,如表4所总结的那样,基于LTC5541的DPD接收器具有较高的SNR、较高的IIP3和较低的谐波失真。

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  图4:原型DPD接收器方框图

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  表4:原型DPD接收器的测量结果 (RF = 1950MHz,IF = 185MHz)

  结论

  新的LTC554x无源下变频混频器系列提供了当今无线基础设施接收器所需的高性能。这些混频器兼有高变频增益、低噪声指数、阻塞噪声條件下卓越的噪声指数和高线性度,可改进总体系统信噪比和无寄生动态范围。其卓越的性能还为改进DPD接收器性能做出了贡献,同时,LTC554x系列的600MHz至4GHz频率覆盖范围使这些器件能在多种接收器应用中使用。

关键字:无源  变频混频器  有源混频器

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0926/article_16914.html
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