Mixér je klíčovou fází řetězce RF signálu v architektuře superheterodynových (super) přijímačů. Umožňuje přijímač naladit v širokém požadovaném frekvenčním pásmu a poté převést libovolnou požadovanou frekvenci přijímaného signálu na známou pevnou frekvenci. To umožňuje efektivně zpracovávat, filtrovat a demodulovat požadovaný signál. Struktura superstruktury je elegantní a jednoduchá, ale skutečný výkon závisí na výkonu jejích funkčních bloků.
Všimněte si, že všudypřítomný Superman vyvinul inženýrský génius Major EH Armstrong byl ve třicátých letech minulého století a do značné míry nahradil jeho předchozí design přijímače, super regenerační design (i když se v profesionálních aplikacích používá dodnes). Následně Armstrong také vynalezl frekvenční modulaci, která je stále široce používána. Kterýkoli z nich by z Armstronga udělal kategorii „průkopník a vynálezce“, ale je opravdu důležité mít tyto tři vynálezy související s rádiem. Další informace o základech mixéru najdete v článku TechZone „Základy mixéru“. V základním super přijímači s „jednoduchou konverzí“ je vstupní nosný RF signál zesílen jedním nebo více stupni zesilovače s nízkým šumem (LNA) a poté vstupuje do směšovače (obrázek 1930). Mixér má dva vstupy: RF signál a lokální oscilátor (LO). LO je v pevném posunu od požadovaného signálu, který má být naladěn, a může být nastaven nad nebo pod nosnou frekvenci; v některých provedeních existují technické důvody, proč má jeden přednost před druhým.
Obrázek 1: Základní superheterodynová architektura mísí RF signál s místním oscilátorem a udržuje pevný offset se zesíleným RF signálem, který má být naladěn tak, aby generoval IF signál se sníženou konverzí a pevnou frekvencí, který pak může být zesílen a demodulován základním pásmem.
Mixér je nelineární stupeň, který kombinuje dva signály. Toto nelineární směšování produkuje dva výstupy: jeden na součtu dvou frekvencí signálu a druhý na jejich rozdílu (jiné a/harmonické jsou také vytvářeny nelineárním procesem míchání, ale nejsou zajímavé a snadno se filtrují). Existuje takový pevný frekvenční výstup, nazývaný mezifrekvenční (IF), což dělá super design tak efektivním. Důvodem je, že bez ohledu na to, jaká konkrétní frekvence je naladěna, IF je vždy na stejné frekvenci. Protože frekvence IF je vždy stejná, může být zesilovač stupně IF a následný demodulátor optimalizován pro výkon jedné známé frekvence.
Dále filtrujte výstup IF směšovače, abyste odstranili veškeré artefakty (co nejvíce) a poté pokračujte do další fáze pro další zesílení a demodulaci. Historicky tradiční rádio AM používalo 455 kHz IF, tradiční FM rádio používalo 10.7 MHz, ale jiné profesionální aplikace používaly různé IF.
Kromě základní super jednoduché konverze existují také topologie dvojité konverze. Toho se využívá u vyšších nosných frekvencí, jako je 500 MHz nebo více než 1 GHz, ke zmírnění problémů s filtrováním signálu a problémů s hlukem optimalizací dosažitelného výkonu každého stupně; nosič prochází mixérem/LO prvního stupně, aby se snížil na přibližně První IF 50-100MHz je pak dále down-převeden na druhý IF druhým mixérem/LO. To poskytuje konstruktérům větší celkovou flexibilitu a uvolňuje některé požadavky na specifikace jednotlivých komponent. (V komerčním použití jsou dokonce přijímače s trojitou konverzí.) Obrázek 2: V provedení s dvojitou konverzí základní super metoda rozšiřuje první stupeň převodu dolů pro ladění na vyšší frekvenci; výstup IF se stává ekvivalentem RF s pevnou frekvencí, který je smíchán s LO druhého stupně za vzniku druhého výstupu IF.
1. Návrh nulového IF
Přestože metoda ultrapřesnosti LO/IF je zdaleka nejúspěšněji navrženou architekturou přijímače, nyní získává konkurenci z jiné metody: přijímač s nulovým IF, známý také jako přijímač s přímou konverzí přijímače (DCR), přijímač homodyn nebo synchronní přijímač (obrázek 3). Zde je frekvence LO nastavena velmi blízko k nosné frekvenci RF požadovaného signálu. Smíšený výstup je okamžitě v základním pásmu a nevyžaduje fázi IF.
Obrázek 3: Metoda nulového IF používá LO, který je velmi blízko RF signálu a přímo downkonvertuje na základní pásmo bez mezistupně IF stupně.
Ačkoli tato metoda teoreticky snižuje složitost základního obvodu, ukládá přísné požadavky na všechny stupně, včetně dynamického rozsahu, stability, zkreslení, rozsahu ladění a šumu. U některých pečlivě vybraných a navržených aplikací může IC zajistit, aby přijímače s nulovým IF byly konkurenceschopné nebo lepší než super přijímače s úrovněmi IF.
2. Parametry směšovače klíčů
Mixéry mohou být pasivní (obvykle postavené s diodami) nebo aktivní zařízení využívající zesílení tranzistoru. Jako funkční modul, který shromažďuje signály v širokém frekvenčním pásmu RF a převádí jej na pevnou frekvenci IF, mají na něj mixéry mnoho požadavků. Aktivní a pasivní směšovače poskytují různé kombinace klíčových parametrů, všechny jsou měřeny v dB, pokud není uvedeno jinak:
Zachycovací bod třetího řádu nebo vstupní křížový bod (IIP3 nebo IP3) se týká účinku nelineárního směšovače produktů na lineárně zesílený signál způsobený nelineárním součinem produktu třetího řádu. K vyhodnocení zachycovacího bodu třetího řádu se používají dvě testovací frekvence v propustném pásmu směšovače; typicky jsou tyto testovací frekvence od sebe vzdáleny asi 20 až 30 kHz. Vyšší hodnota IP3 (v dBm) znamená lepší směšovač.
Ztráta/zisk z převodu je poměrem IF výstupního výkonu k RF vstupnímu výkonu. U pasivních směšovačů je to vždy ztráta (záporný dB), obvykle mezi -5 a -10 dB. Ačkoli se jedná o měřítko účinnosti směšovače, problémem zde není účinnost stejnosměrného napájecího zdroje, ale relativně nízká úroveň vysokofrekvenčního výkonu, kterou mixér vidí.
Hodnota šumu (NF) je velmi důležitá, protože charakterizuje hluk přidaný směšovačem a objevuje se na výstupu IF. To je problém, protože jakmile je k požadovanému signálu přidán šum v pásmu, je téměř nemožné eliminovat, zničit signál, zvýšit náročnost demodulace a snížit bitovou chybovost (BER). Typická hodnota hluku je mezi 0.5 a 3 dB.
Izolace definuje, do jaké míry mixér brání tomu, aby energie vstupního signálu RF nebo LO dosáhla výstupu IF, což může zničit a narušit IF a způsobit problémy a chyby v demodulaci. Je to poměr vstupu RF nebo LO k úniku IF výstupu.
Dynamický rozsah měří poměr maximální úrovně signálu k minimální úrovni signálu, kterou směšovač zvládne, a přesto poskytuje signál IF, který splňuje specifikace. V závislosti na očekávaném vysokofrekvenčním vstupu může systém vyžadovat střední (50 dB) nebo široký dynamický rozsah (100 dB).
To jsou jen parametry výkonu související s nejlepším mixérem. Mezi další patří odmítnutí obrazu, komprese zisku, DC offset a bod komprese 1 dB.
3. Široký sortiment dostupných mixérů
Mezi dodavatele směšovačů patří tradiční analogoví prodejci IC s odborností na RF a také prodejci zaměření na RF, kteří vyvíjejí IC a diskrétní směšovače. Protože se tyto dvě skupiny dívají na výkon mixéru z různých směrů, mají různé oblasti zaměření, pokud jde o priority a kompromisy, a také společné aspekty.
Dodavatel IC IC ADI představil ADL5350, což je GaAs pHEMT jednostranný pasivní mixér s integrovaným zesilovačem LO pufru (obrázek 4).
Obrázek 4: Pasivní směšovač ADL5350 obsahuje aktivní zesilovač LO pro zjednodušení provozu a požadavků na generování signálu LO.
Toto širokopásmové zařízení zvládne frekvence od 750 MHz do 4 GHz a je určeno pro mobilní základnové stanice s různými typy a standardy modulace. Vyrovnávací paměť umožňuje uživateli poskytnout nízkou úroveň LO, což zjednodušuje návrh. Ztráta převodu je 6.8 dB, hodnota šumu je 6.5 dB a IP3 je 25 dB. Vzhledem k použitým frekvencím používá ADL5350 podložku vystavenou 8 VFDFN, balíček s čipovou stupnicí. (Může být také použit pro doplňkový proces up-konverze, ale to je jiný příběh.)
CEL (dříve California Eastern Laboratory) poskytuje UPC2757 křemíkový čip MMIC (monolitický mikrovlnný IC) pro RF vstup od 0.1 do 2.0 GHz a IF od 20 do 300 MHz (obrázek 6).
Obrázek 6: Řada CEL UPC2757 obsahuje základní aktivní směšovače pro RF vstupy mezi 0.1 a 2.0 GHz.
UPC2757TB je optimalizován pro nízkou spotřebu energie, zatímco UPC2758TB je optimalizován pro nízké zkreslení. Pro každý IC je zisk z převodu funkcí frekvence LO (obrázek 7).
Obrázek 7: Zisk převodu CEL UPC2757 MMIC se mění s frekvencí LO; dva hlavní členové rodiny poskytují základní možnosti pro spotřebu energie a zkreslení.
To jsou jen dva příklady. Mixéry jsou k dispozici od mnoha dodavatelů; zařízení lze použít pro různé RF a LO frekvence, stejně jako pro různé úrovně výkonu a výkonové parametry. Rozhodovací proces projektanta nejprve uvádí základní požadavky na frekvenci a požadované hodnoty pro další vlastnosti mixéru, jakož i jakoukoli flexibilitu nebo kompromisy, které mohou v kterémkoli z těchto faktorů existovat.
Náš další produkt:
