新聞中心

EEPW首頁 > 手機(jī)與無線通信 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 設(shè)計(jì)無線基站接收通道混頻器的選擇

設(shè)計(jì)無線基站接收通道混頻器的選擇

作者: 時(shí)間:2010-07-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
通信標(biāo)準(zhǔn),例如GSM、UMTS和LTE,定義了不同參數(shù)的下限指標(biāo),包括機(jī)的靈敏度和大信號(hào)性能。這些關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)中的每個(gè)射頻功能模塊提出了挑戰(zhàn)。在信號(hào)通路,混頻器性能主要影響機(jī)的靈敏度和大信號(hào)性能。本文所介紹的混頻器關(guān)鍵性能和參數(shù),有助于接收時(shí)最佳的混頻器。

  接收機(jī)

本文引用地址:http://www.butianyuan.cn/article/157322.htm

  我們首先分析無線基站中的典型接收機(jī)方框圖(圖1)。因?yàn)榻邮盏降男盘?hào)經(jīng)過兩次連續(xù)的下變頻,變換到較低頻率,這些接收機(jī)被稱為超外差式接收機(jī)。如圖所示,信號(hào)通過天線接收,然后經(jīng)過第1級(jí)RF濾波器濾波,該濾波器通常用于濾除無用信號(hào)。隨后,該濾波器輸出通過一個(gè)LNA (低噪聲放大器)進(jìn)行放大,該放大器通常具有非常低的噪聲系數(shù)。

  放大信號(hào)通過第2級(jí)RF濾波器再次進(jìn)行濾波,該濾波器濾除限制混頻器性能的無用信號(hào)的同時(shí)還對(duì)頻率范圍加以限制。經(jīng)過濾波后帶寬受限的信號(hào)被送入第一級(jí)混頻器,在此通過與LO (本振)信號(hào)混頻,下變頻至一次IF頻率。根據(jù)接收機(jī)結(jié)構(gòu)的不同,該IF信號(hào)可以進(jìn)一步下變頻至更低的二次IF頻率,然后送入基帶進(jìn)行解調(diào)處理。

  現(xiàn)在,我們開始研究接收鏈路中的混頻器。因?yàn)橛绊懡邮諜C(jī)靈敏度和大信號(hào)性能的主要因素是混頻器參數(shù),應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析。

  混頻器參數(shù)

  混頻器的噪聲系數(shù)表示從輸入至輸出的SNR (信噪比)衰減,該比值通常用對(duì)數(shù)表示(dB),如式(1)所示:

  另一個(gè)重要參數(shù)是變換增益(或變換損耗)。變換增益是判斷混頻器配置為有源架構(gòu)或無源架構(gòu)的重要依據(jù)。無源混頻器不包含放大信號(hào)的元件,存在插入損耗(稱為變換損耗);而有源混頻器包含有源器件,能夠提供變換增益??梢圆捎脙煞N配置實(shí)現(xiàn)有源混頻器:基于平衡(吉爾伯特單元)架構(gòu)的集成混頻器,或結(jié)合IF放大級(jí)的無源混頻器,提供增益而非損耗。由于集成混頻器具有放大能力,不需要額外的IF放大級(jí)補(bǔ)償插入損耗。

  變換增益(或損耗)用對(duì)數(shù)表示,單位為dB,如式2所示,是頻率的函數(shù),定義在混頻器的整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)。為了保證最佳接收性能,變換增益/損耗的變化應(yīng)該在規(guī)定頻率范圍內(nèi)盡可能小。

  由于無線基站通常工作在溫度波動(dòng)的環(huán)境下,應(yīng)該給出整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)變換增益/損耗的規(guī)格,而且要求變化量盡可能小。由于正常工作條件下,較小的溫度變化范圍對(duì)設(shè)計(jì)裕量的要求也較小,而設(shè)計(jì)裕量對(duì)于系統(tǒng)規(guī)劃非常有用,因此,溫度范圍在設(shè)計(jì)中是非常重要的因素。

  混頻器在大信號(hào)下的特性利用一個(gè)稱為“1dB壓縮點(diǎn)”(該指標(biāo)也稱為壓縮點(diǎn)(IP1dB))的混頻器參數(shù)以及2階、3階交調(diào)截點(diǎn)(IP2和IP3)表示。根據(jù)下式所示線性表達(dá)式,IP1dB壓縮點(diǎn)用于預(yù)測混頻器增益降低1dB時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入功率:

  當(dāng)兩個(gè)頻率幾乎相同的大信號(hào)作用到混頻器的輸入時(shí),混頻器應(yīng)該也能夠轉(zhuǎn)換微弱信號(hào)。該性能通常用3階交調(diào)截點(diǎn)(IP3)表示,該參數(shù)與噪聲系數(shù)一起表示混頻器的動(dòng)態(tài)范圍。IP3較大說明混頻器的線性度較高?;祛l器數(shù)據(jù)手冊(cè)還應(yīng)提供混頻器的輸入、輸出交調(diào)截點(diǎn),利用式(4),可以根據(jù)IIP3(輸入交調(diào)截點(diǎn))計(jì)算OIP3(輸出交調(diào)截點(diǎn)),反之亦然:

  式中,OIP3是混頻器的輸出交調(diào)截點(diǎn),IIP3是輸入交調(diào)截點(diǎn),G為變換損耗或增益。由此,對(duì)于無源混頻器,混頻器的變換損耗降低了OIP3。為了達(dá)到接收機(jī)要求的總體噪聲系數(shù),應(yīng)該在RF或IF增益級(jí)對(duì)插入損耗進(jìn)行補(bǔ)償(噪聲系數(shù)是在設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)必須考慮的另一參數(shù))。

  無源混頻器與有源混頻器

  無源混頻器的主要優(yōu)勢在于它們也可以用作上變頻器。換句話說,其輸入信號(hào)可以轉(zhuǎn)換到更高頻率。上變頻器通常用于發(fā)射鏈路,它將IF信號(hào)變換到最終的發(fā)射頻率。因?yàn)闊o源混頻器既可用于發(fā)射鏈路,亦可用于接收鏈路,只需訂購一款器件或保留一款器件的庫存。

  “直接下變頻接收機(jī)”將輸入信號(hào)直接下變頻至基帶,無需IF信號(hào)。對(duì)于這種接收機(jī),混頻器的數(shù)據(jù)手冊(cè)應(yīng)該規(guī)定另一重要參數(shù),即端口間隔離度。該參數(shù)用于衡量LO信號(hào)和混頻器輸入信號(hào)之間的隔離度。如果端口間隔離度不足,LO將與其自身信號(hào)混頻,從而在混頻器輸出產(chǎn)生一個(gè)直流失調(diào),進(jìn)而降低接收機(jī)性能。

  由于混頻器對(duì)頻率進(jìn)行變換,它將產(chǎn)生新的頻率分量(稱為混頻器雜散分量)。應(yīng)該對(duì)雜散分量進(jìn)行全面分析,特別是(2RF-2LO)、(3RF-3LO)和更高階頻譜分量,它們與IF頻率相吻合,直接影響接收機(jī)性能。這種現(xiàn)象通常在混頻器數(shù)據(jù)手冊(cè)中用2×2和3×3指標(biāo)表示。

  除這些參數(shù)外,還必須考慮集成度。將混頻器內(nèi)核與LO放大器、非平衡變壓器和LO開關(guān)集成在一起對(duì)于一些應(yīng)用非常有益。通用PCB接收機(jī)布板提高設(shè)計(jì)靈活性

  目前,針對(duì)不同頻率范圍采用同一電路板布局可有效減輕開發(fā)工作的負(fù)荷。只需改動(dòng)少數(shù)關(guān)鍵元件,即可將900MHz GSM接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于1800MHz GSM系統(tǒng)。

  引腳兼容的混頻器系列產(chǎn)品非常適合采用同一通用PCB布局支持多頻段無線架構(gòu)的應(yīng)用。最終目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)電路布局用于多種標(biāo)準(zhǔn)的無線基站,支持GSM、UMTS、WiMAX和LTE應(yīng)用。

  例如,接收鏈路中,類似于MAX2029的無源混頻器可以對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行下變頻,而同樣的混頻器可以在發(fā)送鏈路對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行上變頻,將其轉(zhuǎn)換到最終發(fā)射頻率。圖2所示電路中集成了所有外部元件:LO緩沖放大器、非平衡變壓器和LO開關(guān)。

  作為下變頻器,MAX2029可提供36.5dBm的IIP3、27dBm的IP1dB、6.5dB的變換損耗以及6.7dB的噪聲系數(shù)。由于MAX2029的SiGe處理工藝大大提高了器件性能,非常適合要求超高線性度和低噪聲系數(shù)的基站應(yīng)用。

  2RF-2LO抑制(-10dBm RF輸入信號(hào)時(shí)72dBc)有助于降低中心頻率附近諧波分量的濾波要求,從而簡化濾波器設(shè)計(jì),提高性價(jià)比。MAX2029擴(kuò)展了815MHz至1000MHz的低端頻率范圍。作為引腳兼容的混頻器系列(包括MAX2039和MAX2041)產(chǎn)品的一員,MAX2029允許接收機(jī)采用同一PCB布局支持不同頻率范圍、不同通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。

  有源混頻器既可采用平衡式(吉爾伯特單元)設(shè)計(jì),亦可采用無源混頻器與IF放大器相組合的形式。例如,MAX9986即采用了第二種配置。較低的噪聲系數(shù)允許混頻器之前采用很低的RF增益,有助于改善接收機(jī)的線性度。另一方面,如果為了降低串聯(lián)噪聲系數(shù)而增大混頻器前級(jí)的增益時(shí),混頻器必須具備足夠高的線性度,以保證接收機(jī)的整體線性度指標(biāo)。正確混頻器

  從互聯(lián)網(wǎng)搜索混頻器時(shí),很難篩選出不同混頻器的全部技術(shù)指標(biāo)列表,需要做出優(yōu)化。幸運(yùn)的是,我們提供基于Web的參數(shù)搜索工具,幫助您完成這項(xiàng)工作。設(shè)計(jì)工程師可利用參數(shù)搜索工具快速找到最合適的IC。在一個(gè)網(wǎng)頁即可顯示所有檢索要求,列出篩選結(jié)果和相關(guān)型號(hào)。更改任何檢索條件都將立即刷新型號(hào)列表。檢索功能包括:單擊篩選框、滑動(dòng)條篩選控制、多級(jí)篩選及其它多項(xiàng)提示工具。提供了一種最便捷的型號(hào)查找途徑。



評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉