創(chuàng)新混頻器讓混頻設(shè)計(jì)更有保障

隨著多種通信標(biāo)準(zhǔn)廣泛共存，越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備需要滿(mǎn)足多頻段、高帶寬要求，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是射頻電路設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。受制于半導(dǎo)體技術(shù)制約以及射頻技術(shù)本身的復(fù)雜性，高性能、寬帶射頻集成電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)通常難度非常大，射頻器件在滿(mǎn)足高帶寬、低噪聲、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上常常左支右絀。而混頻器作為射頻電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵器件之一，無(wú)疑是典型代表。

熟悉射頻電路的工程師通常了解兩個(gè)術(shù)語(yǔ)——有源混頻器和無(wú)源混頻器。由于兩種混頻器固有的架構(gòu)特點(diǎn)，有源混頻器通常意味著高帶寬，而無(wú)源混頻器幾乎等同于低帶寬混頻器。但是，混頻器技術(shù)的高帶寬和高性能似乎天生就有點(diǎn)魚(yú)與熊掌不可兼得的尷尬——有源混頻器泛泛的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍和線(xiàn)性度特性讓其在很多對(duì)性能要求苛刻的寬帶應(yīng)用中黯然失色，而無(wú)源混頻器盡管具有無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍特性、線(xiàn)性度的明顯優(yōu)勢(shì)明，但低帶寬讓人望而卻步。然而，在像蜂窩基站這樣的應(yīng)用中，惡劣的工作環(huán)境和不斷變化的市場(chǎng)格局要求接收器件具有極高的性能，為了滿(mǎn)足高帶寬設(shè)計(jì)需求，大部分都采用了具有良好帶寬但其他性能指標(biāo)平平的有源混頻器。這樣的折中無(wú)疑存在一定的性能隱患，例如更高的掉話(huà)率。

圖1：ADL5811/5812將射頻前端電路大大簡(jiǎn)化并提高射頻電路性能。

在多頻段/多標(biāo)準(zhǔn)蜂窩基站接收機(jī)、寬帶無(wú)線(xiàn)電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應(yīng)用等常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)應(yīng)用中，如果要利用到上述的無(wú)源混頻器優(yōu)勢(shì)特性，通常的解決方案是采用多個(gè)窄帶混頻器。ADI公司利用三大創(chuàng)新技術(shù)有效解除了提高無(wú)源混頻器帶寬的“魔咒”，最近在業(yè)界首次推出寬帶無(wú)源混頻器——ADL5811/5812，700MHz到2800MHz的頻率范圍，讓傳統(tǒng)需要三塊無(wú)源混頻器的射頻前端電路僅需單顆芯片即可實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提高射頻電路性能（見(jiàn)圖1）。

三大創(chuàng)新技術(shù)突破無(wú)源混頻器的窄帶“宿命”

ADL5811/5812無(wú)源混頻器消除了一直以來(lái)寬帶應(yīng)用中選擇有源或無(wú)源混頻器必然面對(duì)的折中尷尬，因?yàn)樗鼈儾坏軌蛱峁┕こ處熜枰木€(xiàn)性度、失真和噪聲性能，而且支持真正意義上的寬帶頻率工作模式。新款A(yù)DI無(wú)源混頻器在單個(gè)器件中支持寬達(dá)700MHz至2800MHz的頻率范圍，其輸入IP3（三階交調(diào)）為24 dBm，SSB噪聲系數(shù)為11dB ，功率轉(zhuǎn)換增益為7dB。ADL5811/5812實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最佳的線(xiàn)性度、噪聲系數(shù)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍和阻塞性能，而且這些性能規(guī)格在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

新款無(wú)源混頻器出色表現(xiàn)要?dú)w功于三大技術(shù)（圖2）：寬帶、限幅LO放大器；可編程RF巴倫變壓器；可編程低通濾波器。其中最突出的是寬帶方波限幅LO放大器，與傳統(tǒng)的窄帶正弦波LO放大器不同，允許將高于或低于RF輸入的LO應(yīng)用于極寬的帶寬，這種放大器可以在250MHz到2760MHz的較高帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生一種上升時(shí)間較快的高壓方波，而不會(huì)導(dǎo)致直流電流上升。而這是窄帶無(wú)源混頻器中通常難以克服的問(wèn)題。此外，由于不需要儲(chǔ)能元件，因此直流功耗也隨著LO頻率降低而降低。

以前，窄帶混頻器集成一種由磁性或傳輸線(xiàn)路變壓器構(gòu)成的RF巴倫，有限帶寬大大限制了此類(lèi)混頻器的應(yīng)用。ADL5811/5812業(yè)界創(chuàng)新地首次采用了可編程的RF巴倫變壓器結(jié)構(gòu)，用來(lái)確保平衡的RF信號(hào)加載至FET混頻器，能夠在700 MHz至2800 MHz RF輸入頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳性能，在整個(gè)射頻帶寬內(nèi)提供出色的LO至RF和LO至IF泄漏、出色的RF至IF隔離以及出色的交調(diào)性能。
ADL5811/5812采用的第三種創(chuàng)新技術(shù)是在混頻器輸出端集成了可編程低通濾波器, 低通濾波器可以濾除無(wú)用的邊帶信號(hào),從而去除因無(wú)用邊帶信號(hào)引起的中頻放大器的過(guò)早的壓縮, 這樣可以提高線(xiàn)性。ADI設(shè)計(jì)了一種調(diào)諧濾波器網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供適當(dāng)?shù)念l端（為RF和LO頻率的函數(shù)），由此降低了負(fù)載中無(wú)用邊帶的幅度。

圖2：三大技術(shù)進(jìn)步成就高性能寬帶無(wú)源混頻器：1.寬帶、限幅LO放大器；2.可編程RF巴倫變壓器；3.可編程低通濾波器。

此外，ADL5811/5812所采用的平衡混頻器內(nèi)核還能提供極高的輸入線(xiàn)性度，使該系列器件能用在要求苛刻的寬帶應(yīng)用中。對(duì)于這些應(yīng)用，如果輸入線(xiàn)性度不高，帶內(nèi)阻塞信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍降低。平衡混頻器內(nèi)核所實(shí)現(xiàn)的阻塞器噪聲系數(shù)性能與窄帶無(wú)源混頻器設(shè)計(jì)相當(dāng)。在ADL5811/5812上，緊跟在無(wú)源混頻器內(nèi)核之后，采用了高線(xiàn)性度中頻緩沖放大器，可提供7 dB的典型功率轉(zhuǎn)換增益，并且可以與各種輸出阻抗一起使用。

適合無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施及軟件無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用

ADL5811和ADL581高性能射頻無(wú)源混頻器適合各種寬帶無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用和軟件定義無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用，包括多頻段/多標(biāo)準(zhǔn)蜂窩基站接收機(jī)、寬帶無(wú)線(xiàn)電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應(yīng)用。針對(duì)這些應(yīng)用的設(shè)計(jì)通常要求高線(xiàn)性度和低噪聲，而現(xiàn)有混頻器解決方案通常需要使用外部元件，如巴倫和匹配元件，從而增加了設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜度，使設(shè)計(jì)變得更具挑戰(zhàn)性。上述的ADL5811和ADL5812高性能特性在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)都表現(xiàn)穩(wěn)定，并可通過(guò)SPI調(diào)諧控制消除片外匹配元件的必要性，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、減少器件驗(yàn)證、降低開(kāi)發(fā)成本、降低元器件成本、改進(jìn)庫(kù)存管理。

在GSM、CDMA、WCDMA、LTE等無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)中，優(yōu)異的線(xiàn)性度、轉(zhuǎn)換增益、雜散抑制和低噪聲系數(shù)對(duì)對(duì)增強(qiáng)接收器靈敏度和抗阻塞性能至關(guān)重要。這些無(wú)線(xiàn)基站通信標(biāo)準(zhǔn)定義了不同參數(shù)的下限指標(biāo)，包括接收機(jī)的靈敏度和無(wú)線(xiàn)電信號(hào)性能，這些關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)無(wú)線(xiàn)基站中的每個(gè)射頻功能模塊提出了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。而作為信號(hào)通路中對(duì)靈敏度有關(guān)鍵影響的混頻器，其性能特性非常重要，ADL5811/5812在繼承無(wú)源混頻器的卓越動(dòng)態(tài)特性、高線(xiàn)性度、低噪聲優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，帶寬上完全滿(mǎn)足了這些應(yīng)用需求，將成為包括蜂窩基站、微基站和微微基站等無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的最佳的混頻器選擇。ADL5811/5812的卓越性能將大大有助于降低通信運(yùn)營(yíng)商的掉話(huà)率等用戶(hù)敏感的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

軟件無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用的關(guān)鍵特性之一就是可重新配置和寬帶適應(yīng)性，ADL5811/5812的寬帶、高性能和可編程特性使其非常適合軟件無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用。ADL5811/5812突破性地將頻率范圍擴(kuò)展到700MHz到2800MHz，不僅滿(mǎn)足了寬帶無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的頻率要求，而且所有功能都通過(guò)三線(xiàn)式SPI（串行端口接口）輕松更改，設(shè)計(jì)師無(wú)需借助外部阻抗匹配元件也可對(duì)混頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些可編程特性包括：通過(guò)片上寄存器簡(jiǎn)單設(shè)置，雙通道ADL5812的每個(gè)通道都可以獨(dú)立使能或禁用；頻率設(shè)置；中頻輸出低通濾波器設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)增益、噪聲系數(shù)和輸入三階截取點(diǎn)之間的折中；混頻器VGS設(shè)置；等等。

圖3：ADL5812評(píng)估板原理圖。

本文小結(jié)：

作為射頻集成電路領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，ADI一直在致力于寬帶射頻電路的研發(fā)，利用完善的設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)知識(shí)與工藝技術(shù)，從業(yè)界領(lǐng)先的高性能分立RF功能模塊，到高度集成的多功能、單芯片RF解決方案，提供覆蓋整個(gè)射頻信號(hào)鏈的RF產(chǎn)品。在混頻器技術(shù)和市場(chǎng)上具有領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，ADL5811和ADL5812無(wú)源混頻器的推出再次為高性能射頻電路設(shè)計(jì)提供了一款關(guān)鍵器件，兼顧高性能和高帶寬。

作為完整無(wú)線(xiàn)通信信號(hào)鏈的一部分，ADL5811和ADL5812無(wú)源混頻器可以與ADI的AD8375/6 IF DGA或ADL5561/2差分放大器及ADF435X系列頻率合成器配合使用，共同構(gòu)成完整的接收機(jī)信號(hào)鏈。