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集成RF混频器与无源混频器方案的性能比较

导读: 本应用笔记比较了集成RF混频器与无源混频器方案的整体性能,论述了两种方案的主要特征,并指出集成方案相对于无源方案的主要优点。

  过去,RF研发人员在高性能接收器设计中使用无源下变频混频器取得了较好的整体线性指标和杂散指标。但在这些设计中使用分立的无源混频器也存在一些缺点。

  为了达到接收器整体噪声系数的指标要求,需要在射频(RF)增益级或中频(IF)增益级补偿无源混频器的插入损耗。与集成混频器相比,使用无源混频器时,用户不仅要考虑其输入三阶截点(IIP3),还要考虑输出三阶截点(OIP3)。无源混频器的二阶线性指标一般都比集成平衡混频器的差,而该指标在考虑接收器的半中频杂散性能时非常重要。由于混频器的线性度与本振驱动电平直接相关,所以必须产生相当大的本振注入,然后通过PCB布线馈入无源混频器的本振端口。此外,还需要外部RF放大级对这些信号进行放大,使整个设计对本振辐射和干扰非常敏感。由于无源混频器是一个全分立方案,成本更高、PCB尺寸更大,由于分立元件之间的偏差也会导致性能上的差异。

  集成(或有源)混频器设计可以获得与无源混频器相媲美的性能,因而备受欢迎。集成混频器包含一个真正的平衡混频器(Gilbert单元)或带有中频放大的无源混频器,借助增益补偿了损耗。由于集成混频器具有增益级,不再像无源混频器那样需要外部中频放大器补偿损耗。对于噪声系数指标非常好的集成混频器,如Maxim的MAX9993、MAX9981和MAX9982,在混频电路前端需要较小的RF增益,从而改善了接收器的整体线性指标。值得强调的是,如果通过在混频器前端提高增益来改善串联噪声系数,也必须提高混频器的线性度,以保持接收器的整体线性指标。MAXIM的MAX9993、MAX9981和MAX9982混频器还包括有本振(LO)驱动电路

  Maxim的MAX9993高线性度下变频混频器具有图1所示功能。

 

  MAX9993在PCS和UMTS频带的指标如下:

  变频增益=8.5dB

  噪声系数=9.5dB

  三阶输入截点(IIP3)=+23.5dBm

  三阶输出截点(OIP3)=+32dBm

  二阶输入截点(IIP2)=+60dBm

  二阶输出截点(OIP2)=+68.5dBm

  低本振驱动电平:0到+6dBm

  两路开关(SPDT)为GSM应用选择LO输入(本振开关在无切换应用重,如cdma2000,选择固定本振信号)

  图2所示是一个无源混频器、中频放大器和LO放大器组成的分立方案。图中使用了单端元件,其二阶线性度与Maxim的集成混频器相比较差。从集成RF混频器的数据资料看,为了与Maxim的集成混频器进行比较,RF电路设计人员必须在无源设计中考虑各个分立元件的等效串联特性。例如,设计人员不仅要注意无源混频器的三阶输入截点,而且要考虑它的三阶输出截点和包括中频放大级在内的整体系统响应。此外,设计者还必须计算无源混频器方案的等效增益和噪声系数,并将结果与集成混频器参数进行比较。

 

  对每级电路都使用了以下符号:

  G=变频功率增益

  NF=噪声系数

  IIP3=输入三阶截点

  OIP3=输出三阶截点

  实例

  参照图2,计算中频放大器参数,得到与MAX9993增益、噪声系数和三阶截点性能相当的整体串联响应。假定Mini-CircuitsHJK-19MH无源混频器用于PCS和UMTS频带,给定参数为:

  G1=-7.5dB

  NF1=7.5dB(假设)

  IIP31=+29dBm

  OIP31=IIP31+G1=+21.5dBm

  将MAX9993的典型指标作为PCS和UMTS频带的典型参数:

 

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