现在高线性度有源混频器性能的改进正在引起无线和有线基础结构系统设计人员的关注。与传统无源混频器相比,良好设计的高线性度有源混频器有下列优点:
_低本振(LO)泄漏电平;
_低LO驱动电平;
_较高的输出信号电平;
_较小的尺寸。
低LO漏电是由于采用平衡电路拓扑和精确可重复的对称集成电路布线。在VHF和微波频率,低噪声放大器(LAN)、滤波器和压控振荡器(VCO)一般是单端的。基于此原因,早期的高线性度有源混濒器对于RF和LO端口需要外部变压器,这会增加整个方案的尺寸。现在,单端50ΩRF输入用集成RF变压器实现、由集成放大器使能LO输入,能精确地变换单端输入到差分,以便驱动双平衡混频器的开关部分。
在一般的中频(IF)输出频率,表面声波(SAW)滤波器、放大器和模/数转换器(ADC)备有差分接口,因此不需要IF变压器。然而,很多系统需要1个单端IF输出。在这些应用中用变压器来执行差分到单端变换,这是不希望的,因为成本、物理尺寸和制造可变性的原因。集成IF输出变压器是不现实的,这是由于需要在片上实现VHF变压器。在一些低功率有源滤波器中用内部IF放大器执行差分到单端变换,但在高线性度应用中工作比较差,除非在IF放大前滤波混频器输出。
变压器IF匹配
所示LT5522(Linear公司)是高信号电平下变频混频器的1个实例,它具有RF输入集成变压器。它的RF口从1.2GHz到2.3GHz内部匹配。在RF输入用单个分流元件可使其工作在低到600MHz或高达2.7GHz。对于400MHz~2.7GHz单端50Ω工作,内部匹配LO输入。差分IF输出阻抗内部设置到400Ω并联1pF。图1中示出由L1、L2和C4组成的简单、3元件低通IF匹配网络,它在240MHz IF频率变换内部400Ω差分输出阻抗到200Ω差分输出。变压器T1变换200Ω差分IF输出到50Ω单端输出。
每个集电极开路IF输出耗电15mA DC偏置电流,此电流通过T1中心抽头提供。所示的低通匹配元件是基于图2所示的阻抗变换器。假定用4:1变压器,则IF输出匹配带宽是宽的,这是由于阻抗变换器的低Q(Q=1)值所致。
分立平衡——不平衡变换器IF匹配
可以用分立平衡——不平衡变换器(图3)替代低通IF匹配和变压器。计算L和C值来实现在IF频率180°相移和变换阻抗。其完整的应用电路示于图4,其中由L1、L2、C4和C6构成240MHz平衡——不平衡变换器。L3消除内部1pF电容和提供偏置电压到1F+引脚。C7是DC阻塞电容器。与变压器相比,该分立平衡——不平衡变换器的带宽是窄的。若不需要50Ω,可以提高负载电阻来增加带宽。
测量性能
示出变压器匹配1F的变换增益、3阶截听点(IIP3)、单边带噪声系数(NF)和LO-IF泄漏与RF输入频率的关系。图6示出分立IF匹配方法的相同参量的关系线。
它们之间的最大差别是用分立平衡——不平衡变换器测得的LO-IF汇漏比较高:-32dBm比-58dBm。较高的LO泄漏是预料中的,因为分立平衡——不平衡变换器的元件值仅在240MHz IF频率是最佳的。其IIP3比变压器匹配高1.2dB,因为变压器在交调音频呈现宽带、平衡阻抗。相比,变压器的变换增益比分立平衡——不平衡变换器高0.8dB,这是由于去除了变压器损耗。
两种匹配技术的RF性能与IF输出频率的关系示于。可见最大差别是NF。分立平衡——不平衡变换器方法在所希望的240MHz IF频率的±20MHz内具有良好的NF,但对于较宽的频带NF迅速递降。变压器匹配技术在整个的100MHz IF带宽内具有良好的NF。
结语
对于IF带宽小于20% IF频率的混频器应用,分立IF平衡——不平衡变换器匹配技术是变压器方法的良好替代技术。在此带宽内,最显著的性能下降是LO-IF泄漏。对于较窄的IF带宽,NF增加可能太大,而应采用变压器匹配方法。