創(chuàng)新混頻器讓混頻設計更有保障

隨著多種通信標準廣泛共存，越來越多的無線通信設備需要滿足多頻段、高帶寬要求，這給系統(tǒng)設計，特別是射頻電路設計帶來極大的挑戰(zhàn)。受制于半導體技術制約以及射頻技術本身的復雜性，高性能、寬帶射頻集成電路的設計實現(xiàn)通常難度非常大，射頻器件在滿足高帶寬、低噪聲、無雜散動態(tài)范圍等關鍵技術指標上常常左支右絀。而混頻器作為射頻電路設計的關鍵器件之一，無疑是典型代表。

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

圖1：ADL5811/5812將射頻前端電路大大簡化并提高射頻電路性能。

在多頻段/多標準蜂窩基站接收機、寬帶無線電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應用等常見的無線通信系統(tǒng)應用中，如果要利用到上述的無源混頻器優(yōu)勢特性，通常的解決方案是采用多個窄帶混頻器。ADI公司利用三大創(chuàng)新技術有效解除了提高無源混頻器帶寬的“魔咒”，最近在業(yè)界首次推出寬帶無源混頻器——ADL5811/5812，700MHz到2800MHz的頻率范圍，讓傳統(tǒng)需要三塊無源混頻器的射頻前端電路僅需單顆芯片即可實現(xiàn)，大大簡化系統(tǒng)設計并提高射頻電路性能（見圖1）。

三大創(chuàng)新技術突破無源混頻器的窄帶“宿命”

ADL5811/5812無源混頻器消除了一直以來寬帶應用中選擇有源或無源混頻器必然面對的折中尷尬，因為它們不但能夠提供工程師需要的線性度、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ADI無源混頻器在單個器件中支持寬達700MHz至2800MHz的頻率范圍，其輸入IP3（三階交調）為24 dBm，SSB噪聲系數(shù)為11dB ，功率轉換增益為7dB。ADL5811/5812實現(xiàn)了業(yè)界最佳的線性度、噪聲系數(shù)、無雜散動態(tài)范圍和阻塞性能，而且這些性能規(guī)格在整個工作頻率范圍內保持穩(wěn)定。

新款無源混頻器出色表現(xiàn)要歸功于三大技術（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的較高帶寬范圍內產生一種上升時間較快的高壓方波，而不會導致直流電流上升。而這是窄帶無源混頻器中通常難以克服的問題。此外，由于不需要儲能元件，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路變壓器構成的RF巴倫，有限帶寬大大限制了此類混頻器的應用。ADL5811/5812業(yè)界創(chuàng)新地首次采用了可編程的RF巴倫變壓器結構，用來確保平衡的RF信號加載至FET混頻器，能夠在700 MHz至2800 MHz RF輸入頻率范圍內實現(xiàn)最佳性能，在整個射頻帶寬內提供出色的LO至RF和LO至IF泄漏、出色的RF至IF隔離以及出色的交調性能。
ADL5811/5812采用的第三種創(chuàng)新技術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用的邊帶信號,從而去除因無用邊帶信號引起的中頻放大器的過早的壓縮, 這樣可以提高線性。ADI設計了一種調諧濾波器網絡來提供適當?shù)念l端（為RF和LO頻率的函數(shù)），由此降低了負載中無用邊帶的幅度。

圖2：三大技術進步成就高性能寬帶無源混頻器：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核還能提供極高的輸入線性度，使該系列器件能用在要求苛刻的寬帶應用中。對于這些應用，如果輸入線性度不高，帶內阻塞信號可能會導致動態(tài)范圍降低。平衡混頻器內核所實現(xiàn)的阻塞器噪聲系數(shù)性能與窄帶無源混頻器設計相當。在ADL5811/5812上，緊跟在無源混頻器內核之后，采用了高線性度中頻緩沖放大器，可提供7 dB的典型功率轉換增益，并且可以與各種輸出阻抗一起使用。

適合無線基礎設施及軟件無線電應用

ADL5811和ADL581高性能射頻無源混頻器適合各種寬帶無線基礎設施應用和軟件定義無線電應用，包括多頻段/多標準蜂窩基站接收機、寬帶無線電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應用。針對這些應用的設計通常要求高線性度和低噪聲，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，從而增加了設計和調試的復雜度，使設計變得更具挑戰(zhàn)性。上述的ADL5811和ADL5812高性能特性在整個頻帶范圍內都表現(xiàn)穩(wěn)定，并可通過SPI調諧控制消除片外匹配元件的必要性，縮短設計時間、減少器件驗證、降低開發(fā)成本、降低元器件成本、改進庫存管理。

在GSM、CDMA、WCDMA、LTE等無線基礎設施設計中，優(yōu)異的線性度、轉換增益、雜散抑制和低噪聲系數(shù)對對增強接收器靈敏度和抗阻塞性能至關重要。這些無線基站通信標準定義了不同參數(shù)的下限指標，包括接收機的靈敏度和無線電信號性能，這些關鍵指標對無線基站中的每個射頻功能模塊提出了設計挑戰(zhàn)。而作為信號通路中對靈敏度有關鍵影響的混頻器，其性能特性非常重要，ADL5811/5812在繼承無源混頻器的卓越動態(tài)特性、高線性度、低噪聲優(yōu)勢的同時，帶寬上完全滿足了這些應用需求，將成為包括蜂窩基站、微基站和微微基站等無線基礎設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營商的掉話率等用戶敏感的關鍵性能指標。

軟件無線電應用的關鍵特性之一就是可重新配置和寬帶適應性，ADL5811/5812的寬帶、高性能和可編程特性使其非常適合軟件無線電應用。ADL5811/5812突破性地將頻率范圍擴展到700MHz到2800MHz，不僅滿足了寬帶無線應用的頻率要求，而且所有功能都通過三線式SPI（串行端口接口）輕松更改，設計師無需借助外部阻抗匹配元件也可對混頻器進行調節(jié)。這些可編程特性包括：通過片上寄存器簡單設置，雙通道ADL5812的每個通道都可以獨立使能或禁用；頻率設置；中頻輸出低通濾波器設置，可以實現(xiàn)增益、噪聲系數(shù)和輸入三階截取點之間的折中；混頻器VGS設置；等等。

圖3：ADL5812評估板原理圖。

本文小結：

作為射頻集成電路領域的領先供應商，ADI一直在致力于寬帶射頻電路的研發(fā)，利用完善的設計技術、系統(tǒng)知識與工藝技術，從業(yè)界領先的高性能分立RF功能模塊，到高度集成的多功能、單芯片RF解決方案，提供覆蓋整個射頻信號鏈的RF產品。在混頻器技術和市場上具有領先的優(yōu)勢，ADL5811和ADL5812無源混頻器的推出再次為高性能射頻電路設計提供了一款關鍵器件，兼顧高性能和高帶寬。

作為完整無線通信信號鏈的一部分，ADL5811和ADL5812無源混頻器可以與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，共同構成完整的接收機信號鏈。