Смесителят е ключов етап от веригата на радиочестотните сигнали в архитектурата на суперхетеродинния (супер) приемник. Той позволява приемникът да бъде настроен в широка честотна лента, която представлява интерес, и след това да преобразува всяка желана честота на приемания сигнал в известна фиксирана честота. Това позволява на сигнала от интерес да бъде ефективно обработен, филтриран и демодулиран. Структурата на супер структурата е елегантна и проста, но действителната производителност зависи от работата на съставните й функционални блокове.
Имайте предвид, че вездесъщият Супермен е разработен от инженерния гений майор Е. Х. Армстронг през 1930-те години на миналия век и до голяма степен замества предишния му дизайн на приемника, супер-регенеративния дизайн (въпреки че все още се използва в професионални приложения днес). Впоследствие Армстронг също изобретява честотна модулация, която все още се използва широко. Всеки от тях би направил Армстронг категория „пионер и изобретател“, но наистина е важно да имаме тези три изобретения, свързани с радиото. За повече информация относно основите на миксера вижте статията в TechZone „Основи на миксера“. В един основен супер "единичен преобразуващ" приемник, входният носител RF сигнал се усилва от един или повече етапи на усилвател с нисък шум (LNA) и след това влиза в миксера (Фигура 1). Смесителят има два входа: RF сигнал и локален осцилатор (LO). LO е на фиксирано отклонение от желания сигнал за настройка и може да бъде настроен над или под носещата честота; в някои дизайни има технически причини, поради които единият има предимство пред другия.
Фигура 1: Основната суперхетеродинна архитектура смесва радиочестотния сигнал с локалния осцилатор и поддържа фиксирано отместване с усиления RF сигнал, който трябва да бъде настроен за генериране на преобразуващ надолу, фиксиран честотен IF сигнал, който след това може да бъде усилен и демодулиран Baseband.
Смесителят е нелинеен етап, който комбинира два сигнала. Това нелинейно смесване произвежда два изхода: единият в сумата от двете честоти на сигнала, а другият в тяхната разлика (други и/хармоници също се произвеждат от процеса на нелинейно смесване, но те не са интересни и лесни за филтриране). Има такъв изход с фиксирана честота на удара, наречен междинна честота (IF), което прави супер дизайна толкова ефективен. Това е така, защото без значение каква конкретна честота е настроена, IF винаги е на една и съща честота. Тъй като честотата на IF винаги е една и съща, усилвателят на IF степен и последващият демодулатор могат да бъдат оптимизирани за работата на една известна честота.
След това филтрирайте IF изхода на миксера, за да елиминирате всички артефакти (доколкото е възможно), и след това преминете към следващия етап за по -нататъшно усилване и демодулация. В исторически план традиционното AM радио с излъчване използва 455 kHz IF, традиционното FM радио с 10.7 MHz, но други професионални приложения използват различни IF.
В допълнение към основната единична конверсия супер, има и топологии с двойно преобразуване. Това се използва за по -високи носещи честоти, като 500 MHz или над 1 GHz, за облекчаване на проблемите с филтрирането на сигнала и проблемите с шума чрез оптимизиране на постижимата производителност на всеки етап; носителят преминава през първия етап миксер/LO, за да го намали до приблизително Първият IF от 50-100MHz след това се преобразува допълнително във втория IF от втория миксер/LO. Това осигурява на дизайнерите по -голяма цялостна гъвкавост и отпуска някои от изискванията за спецификациите на отделните компоненти. (Има дори тройни приемници за преобразуване в търговска употреба.) Фигура 2: В дизайна с двойно преобразуване основният супер метод разширява първия етап на преобразуване надолу за настройка на по -висока честота; IF изходът става еквивалентен на RF с фиксирана честота, който се смесва с LO на втория етап, за да се получи втори IF изход.
1. Дизайн с нулев IF
Въпреки че методът на свръх прецизност LO/IF е далеч най-успешно проектираната архитектура на приемника, сега той печели конкуренция от друг метод: приемник с нулево IF, известен също като приемник с директно преобразуване на приемник (DCR), хомодинният приемник или синхронен приемник (Фигура 3). Тук честотата на LO е зададена много близо до честотата на радиочестотния носител на желания сигнал. Смесеният изход е веднага в основната лента и не изисква IF етап.
Фигура 3: Методът с нулево IF използва LO, който е много близо до радиочестотния сигнал и директно преобразува надолу към базовата лента без междинен IF етап.
Въпреки че този метод теоретично намалява сложността на основната верига, той налага строги изисквания за всички етапи, включително динамичен обхват, стабилност, изкривяване, обхват на настройка и шум. За някои внимателно подбрани и проектирани приложения IC може да направи приемниците с нулева IF стойност конкурентни или по-добри от супер приемниците с нива на IF.
2. Ключови параметри на миксера
Смесителите могат да бъдат пасивни (обикновено изградени с диоди) или активни устройства, които използват транзисторно усилване. Като функционален модул, който събира сигнали в широк радиочестотен диапазон и го преобразува надолу във фиксирана честота на IF, миксерите имат много изисквания към него. Всеки от активните и пасивните миксери осигурява различни комбинации от ключови параметри, всички от които се измерват в dB, освен ако не е посочено друго:
Точката на прехващане от трети ред или входната кръстосана точка (IIP3 или IP3) се отнася до ефекта на нелинейния миксер на продукта върху линейно усиления сигнал, причинен от термина нелинеен продукт от трети ред. Две честоти на изпитване в рамките на честотната лента на миксера се използват за оценка на точката на прихващане от трети ред; обикновено тези тестови честоти са на разстояние около 20 до 30 kHz. По -високата стойност на IP3 (в dBm) показва по -добър миксер.
Загуба/печалба при преобразуване е съотношението на изходната мощност на IF към входната мощност на RF. За пасивните миксери това винаги е загубата (отрицателни dB), обикновено между -5 и -10 dB. Въпреки че това е мярка за ефективността на миксер, проблемът тук не е ефективността на DC захранването, а относително ниското ниво на RF мощност, което миксерът вижда от него.
Цифрата на шума (NF) е много важна, тъй като характеризира шума, добавен от миксера и се появява на IF изхода. Това е притеснително, тъй като след като вътрешният шум се добави към сигнала от интерес, е почти невъзможно да се елиминира, унищожи сигнала, да се направи демодулацията по-предизвикателна и да се намали степента на грешка в битовете (BER). Типичната цифра на шума е между 0.5 и 3 dB.
Изолацията определя степента, до която миксерът предотвратява достигането на енергията на RF или LO входния сигнал до IF изхода, което може да разруши и изкриви IF и да причини проблеми и грешки в демодулацията. Това е съотношението на RF или LO вход към изтичане IF изход.
Динамичният диапазон измерва съотношението на максималното ниво на сигнала към минималното ниво на сигнала, с което миксерът може да се справи, и все пак осигурява IF сигнал, който отговаря на спецификациите. В зависимост от очаквания RF вход, системата може да изисква среден (50 dB) или широк динамичен диапазон (100 dB).
Това са само параметрите за изпълнение, свързани с горния миксер. Други включват отхвърляне на изображение, компресия на усилване, DC отместване и 1 dB точка на компресия.
3. Широка гама от налични миксери
Доставчиците на миксери включват традиционни аналогови IC доставчици с RF опит, както и RF-ориентирани доставчици, които разработват IC и дискретни миксери. Тъй като тези две групи разглеждат работата на миксера от различни посоки, те имат различни области на фокус по отношение на приоритетите и компромисите, както и общи аспекти.
IC доставчикът ADI представи ADL5350, който е GaAs pHEMT еднократен пасивен миксер с интегриран LO буферен усилвател (Фигура 4).
Фигура 4: Пасивният миксер ADL5350 включва активен LO усилвател за опростяване на работата и изискванията за генериране на LO сигнал.
Това широколентово устройство може да обработва честоти от 750 MHz до 4 GHz и е предназначено за клетъчни базови станции с различни видове модулация и стандарти. Буферът позволява на потребителя да предостави LO на ниско ниво, което опростява дизайна. Загубата при преобразуване е 6.8 dB, шумът е 6.5 dB, а IP3 е 25 dB. Поради включените честоти, ADL5350 използва 8 VFDFN експонирана подложка, пакет с чип-мащаб. (Може да се използва и за допълнителен процес на преобразуване нагоре, но това е друга история.)
CEL (бивша Калифорнийска източна лаборатория) предоставя UPC2757 силициев чип MMIC (монолитна микровълнова IC) за RF вход от 0.1 до 2.0 GHz и IF от 20 до 300 MHz (Фигура 6).
Фигура 6: Серията UPC2757 на CEL включва основни активни миксери за RF входове между 0.1 и 2.0 GHz.
UPC2757TB е оптимизиран за ниска консумация на енергия, докато UPC2758TB е оптимизиран за ниско изкривяване. За всяка IC, печалбата на преобразуване е функция от LO честотата (Фигура 7).
Фигура 7: Коефициентът на преобразуване на UPC2757 MMIC на CEL варира в зависимост от честотата на LO; двама основни членове на семейството осигуряват основен избор за консумация на енергия и изкривяване.
Това са само два примера. Смесителите се предлагат от много доставчици; оборудването може да се използва за различни RF и LO честоти, както и за различни нива на мощност и параметри на работа. Процесът на вземане на решения от дизайнера първо изброява основните изисквания за честотата и необходимите стойности за други свойства на смесителя, както и всяка гъвкавост или компромиси, които могат да съществуват при някой от тези фактори.
Нашата друг продукт:
