超寬帶匹配 2GHz 至 14GHz 微波混頻器可解決棘手的設(shè)計(jì)難題

一款具集成型 LO 緩沖器和倍頻器的新型超寬帶混頻器解決了微波設(shè)計(jì)師所面臨的一些富挑戰(zhàn)性問(wèn)題。LTC5548 混頻器憑借以下主要特性簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)：

· 頻率覆蓋范圍從 DC 延伸至 6GHz 的 IF 端口簡(jiǎn)化了寬帶 IF 采樣

· 片內(nèi) LO 限制放大器免除了一個(gè)外部 LO 緩沖級(jí)，從而降低了成本并最大限度地縮減了總體解決方案尺寸 (相比于混合模塊解決方案)

· 0dBm LO 驅(qū)動(dòng)可減少總輻射泄漏，從而降低了外部濾波器和屏蔽要求

· 超寬帶 RF (2GHz 至 14GHz) 和 LO (1GHz 至 12GHz) 端口連續(xù)地匹配

該器件具有一個(gè)工作頻率范圍從 DC 至 6GHz 的寬帶差分 IF 端口。其低頻能力有利于實(shí)現(xiàn)更加靈活的頻率處理。LTC5548 非常適合接收寬帶信號(hào)，尤其是那些帶寬為 500MHz 至 1GHz 甚至更高的信號(hào)。

與通常需要巨大的 +13dBm (或更高) LO 驅(qū)動(dòng)功率的大多數(shù)微波混頻器不同，LTC5548 具有一個(gè)集成型 LO 緩沖器，因而所需的是一個(gè)使用起來(lái)容易得多的 0dBm 驅(qū)動(dòng)電平。由于該器件以一個(gè) 0dBm 信號(hào)為開(kāi)始，而不是其他替代器件常見(jiàn)的 +13dBm 或更高功率的信號(hào)，因此在其他端口上存在的實(shí)際 LO 泄漏降低 13dB。這導(dǎo)致濾波要求大幅度簡(jiǎn)化，對(duì)于 LTC5548 能夠支持的低 IF 頻率尤其如此。而且，片內(nèi) LO 緩沖器還顯著地改善了 RF-LO 端口隔離。這有助于減少與合成器信號(hào)源的頻率牽引 (由于 LO 輸入端上的寄生 RF 信號(hào)所致) 有關(guān)的任何問(wèn)題。

LTC5548 專為寬帶操作而設(shè)計(jì)，并且可以雙向使用 (用作一個(gè)上變頻混頻器或下變頻混頻器)。就是說(shuō)，其 RF 端口可以是一個(gè)輸入 (如在下變頻接收器中那樣)，或一個(gè)輸出 (如在上變頻發(fā)送器中那樣)。它的 RF 端口具有一個(gè)片內(nèi)平衡-不平衡變壓器，因而使其能夠方便地執(zhí)行單端操作。該平衡-不平衡變壓器在 2GHz 至 13.6GHz 的頻率范圍內(nèi)連續(xù)地匹配至 50Ω，并具有優(yōu)于 10dB 的回程損耗。

為使該器件真正地適用于寬帶應(yīng)用，其 LO 端口也是單端的，并在 1GHz 至 12GHz 的頻率范圍內(nèi)連續(xù)地匹配至 50Ω。此外，50Ω 阻抗終端是恒定的，這與 LTC5548 是使能還是停用無(wú)關(guān)。于是，接通和關(guān)斷混頻器不會(huì)產(chǎn)生任何擾動(dòng)，這可把 LO 信號(hào)源中的鎖相環(huán)解鎖。50Ω 匹配端口極大地簡(jiǎn)化了微波系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)任務(wù)。首先，這有利于簡(jiǎn)化濾波以及至一個(gè) 50Ω 系統(tǒng)其他部分的連接。其次，對(duì)于某個(gè)電路對(duì)外部匹配組件值變化的敏感度，極寬帶匹配的寬容度要大得多，因而在整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)變化的范圍內(nèi)提供了非常一致的性能。

LTC5548 的 LO 端口可利用一個(gè)高達(dá) 12GHz 的信號(hào)源直接驅(qū)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的噪聲指數(shù)和雜散性能。或者，也可通過(guò)配置使該端口采用內(nèi)部倍頻器，該倍頻器在被選擇時(shí) (通過(guò)一個(gè)數(shù)字選擇引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)) 將取一個(gè)達(dá) 6GHz 的 LO 信號(hào)并在內(nèi)部將之倍頻以工作于 12GHz。這選項(xiàng)便于使用一個(gè)成本較低的低頻 PLL / 合成器。折衷之處是有稍高的噪聲系數(shù)和在混頻器的輸入和輸出會(huì)增加雜散，因?yàn)楸额l器不僅產(chǎn)生所需的LO頻率諧波，也會(huì)有半LO輸入頻率的諧波。結(jié)果是造就了極小的解決方案尺寸。

圖 1 示出了寬帶發(fā)送器應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。該電路采用一個(gè) 6.51GHz 至 12.5GHz 掃掠 LO 頻率對(duì)具有單 IF 輸入匹配的 10MHz 至 6GHz 輸入信號(hào)進(jìn)行上變頻，由此產(chǎn)生一個(gè)固定的 6.5GHz RF 輸出。為實(shí)現(xiàn)此類寬帶輸入性能，采用一個(gè) Mini-Circuits 型號(hào) TCM1-83X+ 平衡-不平衡變壓器以把單端輸入轉(zhuǎn)換至混頻器的差分 IF 端口。利用高端 LO 抑制，混頻器在接近 DC 至 3GHz 的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出相對(duì)平坦的轉(zhuǎn)換損耗，如圖 2 所示。在低于 5GHz 的任何 1GHz 輸入帶寬之內(nèi)，增益平坦度優(yōu)于 1dB。一旦輸入被推至高于 5GHz，則轉(zhuǎn)換損耗開(kāi)始更快地變化。IIP3 在接近 DC 至 2.5GHz 的頻率范圍內(nèi)保持在 23dBm 以上，同時(shí)仍然在高達(dá) 6GHz 的頻率條件下顯示出優(yōu)于 19dBm。這示例展示了一款外部組件數(shù)量非常少的極緊湊型解決方案，只需 0dBm 的 LO 驅(qū)動(dòng)?？傮w解決方案成本富吸引力，能使采用其他同類器件的復(fù)雜微波電路解決方案大為簡(jiǎn)化并擁有更高的可制造性。

圖 1：上變頻器的設(shè)計(jì)，從寬帶 10MHz ~ 6GHz IF 轉(zhuǎn)換至固定的 6.5GHz RF 輸出

圖 2：轉(zhuǎn)換損耗和 IIP3 與輸入頻率的關(guān)系，采用高端 LO 驅(qū)動(dòng)和 LO倍頻器關(guān)斷，T_C = 25ºC

LTC5548 混頻器內(nèi)置于一個(gè)纖巧型 2mm x 3mm 塑料 QFN 封裝中，基于一種先進(jìn)的 SiGe BiCMOS 工藝而建立并擁有非常一致的性能。