使用無源LC非平衡轉(zhuǎn)換器優(yōu)化MAX2538的FM通道

MAX2538蜂窩前端IC具有一個(gè)AMPS蜂窩信號通道專用混頻器。蜂窩頻段LNA (低噪聲放大器) (869至894MHz)對于AMPS和蜂窩CDMA (碼分多址)是通用的。為了達(dá)到最優(yōu)的噪聲和LO (本地振蕩)抑制，混頻器設(shè)計(jì)為雙平衡的。此混頻器的IC外部引腳提供了差分IF輸出，但使用單端RF輸入。

Maxim的V3.5蜂窩電話參考設(shè)計(jì)使用具有單端輸入和輸出的FM IF濾波器，所以必需將混頻器的差分輸出轉(zhuǎn)換為單端工作方式。設(shè)計(jì)一個(gè)分立的L-C非平衡轉(zhuǎn)換器的難度主要在于從混頻器輸出(~3.3 kilohms)到IF濾波器輸入(180 ohms)的高阻抗轉(zhuǎn)換("Z")比。這表示Z之比為18:1，用單一部分轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)它非常難。我們發(fā)現(xiàn)4:1的轉(zhuǎn)換比是具有低插入損耗的實(shí)際應(yīng)用的極限。為了讓所用元件的數(shù)量最小，使用一階LC設(shè)計(jì)并對插入損耗指標(biāo)作1.5dB的讓步。

下面是設(shè)計(jì)LC非平衡轉(zhuǎn)換器及匹配FM濾波器的一個(gè)實(shí)例。

混頻器內(nèi)部源阻抗可以看作12 kilohm || (并聯(lián)) 0.75pF。使用3.3 kilohm的外部負(fù)載電阻以達(dá)到對混頻器IIP3 (三階輸入截取點(diǎn))、增益和NF (噪聲系數(shù))性能的整體最佳折衷。為了最好發(fā)揮MAX2538的能力，上述三個(gè)參數(shù)的目標(biāo)分別定為約+7dBm、 13dB和8.5dB。電阻負(fù)載還要保持寬帶特性以吸收嚴(yán)重降低互調(diào)性能的帶外反射。

步驟1：

根據(jù)對MAX2538 FM混頻器的仿真得出輸出阻抗模型。為簡化并適當(dāng)?shù)啬MFM混頻器的L-C非平衡轉(zhuǎn)換器和FM濾波器匹配網(wǎng)絡(luò)，將IF負(fù)載電阻和混頻器的輸出模型合并起來比較方便，最后將差分并聯(lián)電路轉(zhuǎn)換成差分串聯(lián)等效電路。

圖1. 建立混頻器輸出阻抗模型以簡化設(shè)計(jì)。

步驟2：

必需知道在我們感興趣的頻率上FM濾波器的輸入和輸出模型。濾波器使用Toyocom的TF3-J3DC5 (183.6MHz)。

圖2. FM濾波器輸入和輸出阻抗

步驟3：

現(xiàn)在使用RF仿真軟件和濾波器的2口S參數(shù)模擬Toyocom FM濾波器，同時(shí)使用理想元件值建立參考點(diǎn)(見圖3)。圖4所示為理想的頻率響應(yīng)。這一參考點(diǎn)給出了理想的性能。一旦使用真正的電感模型，實(shí)際電感較低的品質(zhì)因數(shù)(Q)將使性能有所下降。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該使用具有高Q值的繞線電感以減小插入損耗。本應(yīng)用中的電容器應(yīng)該使用陶瓷單片電容，因?yàn)樗鼈兊腝值在183.6MHz時(shí)大于200并且引入的插入損耗最小。

圖3. 具有理想元件的單端匹配網(wǎng)絡(luò)作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)

圖4. 理想的FM濾波器性能。

步驟4：

一旦我們知道了濾波器的輸入輸出阻抗和頻率響應(yīng)，就可以設(shè)計(jì)L-C非平衡(balun)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將在183.6MHz達(dá)到諧振。使用下面的公式可以計(jì)算出電路的諧振頻率。

如果我們選擇L = 238.5nH，C = 3.15pF (使用2.4pF＋混頻器模型中的0.75pF = 3.15pF)，F(xiàn)o = 183.6MHz。

因此，濾波器的輸入阻抗為55.49 - j64.33 。下面的電路首先將混頻器的輸出阻抗匹配到55.49 。由于L-C非平衡轉(zhuǎn)換器并非理想且電感的Q值為35，所以使用最初的238.5nH電感時(shí)電路會有插入損耗而且不會在183.6MHz諧振。因此必需使用220nH的電感重新調(diào)諧設(shè)計(jì)使其在183.6MHz諧振，見圖5。圖5中的電路具有-1.44dB的插入損耗，見圖6。

圖5. 使用220nH電感將設(shè)計(jì)調(diào)諧到諧振頻率183.6MHz

圖6.

步驟5：

最后，將L-C非平衡轉(zhuǎn)換器匹配到Toyocom FM濾波器。

圖7. 具有3個(gè)電容的最終設(shè)計(jì)

圖8. 完整設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng).

結(jié)論

使用最少數(shù)量的分立元件設(shè)計(jì)了L-C非平衡轉(zhuǎn)換器 —— D兩個(gè)電感和一個(gè)電容，插入損耗保持最小。通過L-C非平衡轉(zhuǎn)換器的損耗是-1.44dB并且在183.6MHz時(shí)通過FM濾波器的插入損耗為-3.16dB。圖7所示為實(shí)際應(yīng)用電路圖8為其性能