Mixér je kľúčovou fázou reťazca RF signálov v architektúre superheterodynových (super) prijímačov. Umožňuje prijímaču naladiť sa v širokom požadovanom frekvenčnom pásme a potom previesť ľubovoľnú požadovanú frekvenciu prijatého signálu na známu pevnú frekvenciu. To umožňuje, aby bol požadovaný signál efektívne spracovaný, filtrovaný a demodulovaný. Štruktúra superštruktúry je elegantná a jednoduchá, ale skutočný výkon závisí od výkonu jej funkčných blokov.
Všimnite si toho, že všadeprítomný Superman bol vyvinutý inžinierskym géniusom Major EH Armstrong bol v 1930. rokoch minulého storočia a do značnej miery nahradil jeho predchádzajúci dizajn prijímača, super regeneračný dizajn (aj keď sa v profesionálnych aplikáciách používa dodnes). Následne Armstrong vynašiel aj frekvenčnú moduláciu, ktorá je stále široko používaná. Každý z nich by z Armstronga urobil kategóriu „priekopník a vynálezca“, ale je dôležité, aby ste mali tieto tri vynálezy súvisiace s rádiom. Ďalšie informácie o základoch mixéra nájdete v článku TechZone „Základy mixéra“. V základnom superprijímači „jednoduchej konverzie“ je vstupný nosný RF signál zosilnený jedným alebo viacerými stupňami zosilňovača s nízkym šumom (LNA) a potom vstupuje do mixéra (obrázok 1). Mixér má dva vstupy: RF signál a lokálny oscilátor (LO). LO je v pevnom odchýlke od požadovaného signálu, ktorý sa má naladiť, a môže byť nastavený nad alebo pod nosnú frekvenciu; v niektorých prevedeniach existujú technické dôvody, prečo má jeden prednosť pred druhým.
Obrázok 1: Základná superheterodynová architektúra mieša RF signál s lokálnym oscilátorom a udržiava pevný offset so zosilneným RF signálom, ktorý má byť naladený tak, aby generoval IF signál so zníženou konverziou a pevnou frekvenciou, ktorý je potom možné zosilniť a demodulovať v základnom pásme.
Mixér je nelineárny stupeň, ktorý kombinuje dva signály. Toto nelineárne miešanie produkuje dva výstupy: jeden pri súčte dvoch frekvencií signálu a druhý pri ich rozdiele (nelineárne miešanie vytvára aj iné a/alebo harmonické tóny, ale nie sú zaujímavé a nie je ľahké ich filtrovať). Existuje taký výstup s pevnou frekvenciou úderov, nazývaný stredná frekvencia (IF), vďaka ktorému je super dizajn taký účinný. Dôvodom je, že bez ohľadu na to, aká je konkrétna frekvencia naladená, IF je vždy na rovnakej frekvencii. Pretože frekvencia IF je vždy rovnaká, zosilňovač stupňa IF a následný demodulátor je možné optimalizovať na výkon jednej známej frekvencie.
Ďalej prefiltrujte výstup IF mixéra, aby ste odstránili akékoľvek artefakty (ako je to len možné), a potom pokračujte do ďalšej fázy na ďalšie zosilnenie a demoduláciu. Historicky tradičné rádio AM používalo 455 kHz IF, tradičné FM rádio používalo 10.7 MHz, ale iné profesionálne aplikácie používali rôzne IF.
Okrem základnej super jednoduchej konverzie existujú aj topológie dvojitej konverzie. Toto sa používa pre vyššie nosné frekvencie, ako napríklad 500 MHz alebo viac ako 1 GHz, na zmiernenie problémov s filtrovaním signálu a problémov s hlukom optimalizáciou dosiahnuteľného výkonu každého stupňa; nosič prechádza mixérom/LO prvého stupňa, aby sa znížil na približne Prvý IF 50-100 MHz, sa potom ďalej down-konvertuje na druhý IF druhým mixérom/LO. To poskytuje projektantom väčšiu celkovú flexibilitu a uvoľňuje niektoré z požiadaviek na špecifikácie jednotlivých komponentov. (V komerčnom použití sú dokonca aj prijímače s trojitou konverziou.) Obrázok 2: V dizajne s dvojitou konverziou základná metóda super predlžuje prvý stupeň prevodu nadol na ladenie na vyššej frekvencii; výstup IF sa stane ekvivalentom RF s pevnou frekvenciou, ktorý sa zmieša s LO druhého stupňa na vytvorenie druhého výstupu IF.
1. Dizajn s nulovým IF
Napriek tomu, že ultrapresná metóda LO/IF je zďaleka najúspešnejšie navrhnutá architektúra prijímača, teraz získava konkurenciu od inej metódy: prijímač s nulovým IF, známy tiež ako prijímač s priamym prevodom na prijímač (DCR), prijímač homodyn alebo synchrónny prijímač (obrázok 3). Tu je frekvencia LO nastavená veľmi blízko k nosnej frekvencii RF požadovaného signálu. Zmiešaný výstup je bezprostredne v základnom pásme a nevyžaduje fázu IF.
Obrázok 3: Metóda zero-IF používa LO, ktorý je veľmi blízko k RF signálu a priamo sa prevádza na základný pás bez medzistupňa IF.
Aj keď táto metóda teoreticky znižuje zložitosť základného obvodu, kladie prísne požiadavky na všetky stupne vrátane dynamického rozsahu, stability, skreslenia, rozsahu ladenia a hluku. V prípade niektorých starostlivo vybraných a navrhnutých aplikácií môže IC spôsobiť, že prijímače s nulovým IF budú konkurencieschopné alebo lepšie ako superprijímače s úrovňami IF.
2. Kľúčové parametre mixéra
Mixéry môžu byť pasívne (zvyčajne vybavené diódami) alebo aktívne zariadenia, ktoré používajú zosilnenie tranzistora. Ako funkčný modul, ktorý zbiera signály v širokom frekvenčnom pásme RF a prevádza ich na pevnú frekvenciu IF, majú na to mixéry mnoho požiadaviek. Aktívne a pasívne mixéry poskytujú rôzne kombinácie kľúčových parametrov, všetky sú merané v dB, pokiaľ nie je uvedené inak:
Zachytávací bod tretieho rádu alebo vstupný krížový bod (IIP3 alebo IP3) sa týka účinku nelineárneho mixéra produktov na lineárne zosilnený signál spôsobený nelineárnym produktovým výrazom tretieho rádu. Na vyhodnotenie zachytávacieho bodu tretieho rádu sa použijú dve testovacie frekvencie v priepustnom pásme mixéra; typicky sú tieto testovacie frekvencie od seba vzdialené asi 20 až 30 kHz. Vyššia hodnota IP3 (v dBm) znamená lepší mixér.
Strata/zisk z konverzie je pomer výstupného výkonu IF k vstupnému výkonu RF. V prípade pasívnych mixérov je to vždy strata (záporný dB), zvyčajne medzi -5 a -10 dB. Napriek tomu, že ide o meradlo účinnosti mixéra, problémom nie je účinnosť zdroja jednosmerného prúdu, ale relatívne nízka úroveň RF výkonu, ktorú mixér vidí.
Hodnota šumu (NF) je veľmi dôležitá, pretože charakterizuje hluk pridaný mixérom a objavuje sa na výstupe IF. Je to znepokojujúce, pretože akonáhle je k požadovanému signálu pridaný šum v pásme, je takmer nemožné eliminovať, zničiť signál, sťažiť demoduláciu a znížiť bitovú chybovosť (BER). Typická hodnota hluku je medzi 0.5 a 3 dB.
Izolácia definuje, do akej miery mixér bráni tomu, aby energia vstupného signálu RF alebo LO dosiahla výstup IF, čo môže zničiť a zdeformovať IF a spôsobiť problémy a chyby v demodulácii. Je to pomer vstupu RF alebo LO k úniku IF výstupu.
Dynamický rozsah meria pomer maximálnej úrovne signálu k minimálnej úrovni signálu, ktorú mixér zvládne, a stále poskytuje signál IF, ktorý spĺňa špecifikácie. V závislosti od očakávaného vstupu RF môže systém vyžadovať stredný (50 dB) alebo široký dynamický rozsah (100 dB).
To sú len výkonnostné parametre súvisiace s horným mixérom. Medzi ďalšie patrí odmietnutie obrazu, kompresia zisku, offset DC a bod kompresie 1 dB.
3. Široký sortiment dostupných mixérov
Medzi dodávateľov mixérov patria tradiční dodávatelia analógových integrovaných obvodov s odbornosťou v oblasti RF, ako aj dodávatelia zameraní na RF, ktorí vyvíjajú integrované a diskrétne mixéry. Pretože tieto dve skupiny pozerajú na výkon mixéra z rôznych smerov, majú rôzne oblasti záujmu, pokiaľ ide o priority a kompromisy, ako aj spoločné aspekty.
Dodávateľ IC ADI predstavil ADL5350, čo je GaAs pHEMT jednostranný pasívny mixér s integrovaným zosilňovačom pufra LO (obrázok 4).
Obrázok 4: Pasívny mixér ADL5350 obsahuje aktívny zosilňovač LO na zjednodušenie prevádzky a požiadaviek na generovanie signálu LO.
Toto širokopásmové zariadenie zvláda frekvencie od 750 MHz do 4 GHz a je navrhnuté pre mobilné základňové stanice s rôznymi typmi a štandardmi modulácie. Vyrovnávacia pamäť umožňuje používateľovi poskytnúť nízkoúrovňové LO, čo zjednodušuje návrh. Strata konverzie je 6.8 dB, hodnota šumu je 6.5 dB a IP3 je 25 dB. Vzhľadom na frekvencie, ktoré používa, ADL5350 používa exponovanú podložku 8 VFDFN, balenie v čipovej škále. (Môže sa použiť aj na doplnkový proces konverzie nahor, ale toto je iný príbeh.)
CEL (predtým California Eastern Laboratory) poskytuje UPC2757 kremíkový čip MMIC (monolitický mikrovlnný IC) pre RF vstup od 0.1 do 2.0 GHz a IF od 20 do 300 MHz (obrázok 6).
Obrázok 6: Séria UPC2757 CEL obsahuje základné aktívne mixéry pre RF vstupy medzi 0.1 a 2.0 GHz.
UPC2757TB je optimalizovaný pre nízku spotrebu energie, zatiaľ čo UPC2758TB je optimalizovaný pre nízke skreslenie. Pre každý IC je konverzný zisk funkciou frekvencie LO (obrázok 7).
Obrázok 7: Zisk z konverzie CEL UPC2757 MMIC sa líši podľa frekvencie LO; dvaja hlavní členovia rodiny poskytujú základné možnosti pre spotrebu energie a skreslenie.
Toto sú len dva príklady. Mixéry sú k dispozícii od mnohých dodávateľov; zariadenie je možné použiť pre rôzne frekvencie RF a LO, ako aj pre rôzne úrovne výkonu a výkonové parametre. Rozhodovací proces projektanta najskôr uvádza základné požiadavky na frekvenciu a požadované hodnoty pre ďalšie vlastnosti mixéra, ako aj akúkoľvek flexibilitu alebo kompromisy, ktoré môžu existovať v ktoromkoľvek z týchto faktorov.
Náš ďalší produkt:
