Мікшер є ключовим етапом ланцюга ВЧ сигналів в архітектурі супергетеродинного (над) приймача. Він дозволяє налаштувати приймач на широку смугу частот, що представляють інтерес, а потім перетворити будь -яку бажану частоту прийнятого сигналу на відому фіксовану частоту. Це дозволяє ефективно обробляти, фільтрувати та демодулювати сигнал, що представляє інтерес. Структура суперструктури елегантна і проста, але фактична продуктивність залежить від продуктивності її складових функціональних блоків.
Зауважимо, що всюдисущий Супермен був розроблений інженерним генієм майором Е. Х. Армстронгом у 1930-х роках і значною мірою замінив його попередню конструкцію приймача, супер-регенеративну конструкцію (хоча вона і сьогодні використовується у професійних додатках). Згодом Армстронг також винайшов частотну модуляцію, яка досі широко використовується. Будь-який з них зробив би Армстронга категорією "піонер і винахідник", але дійсно важливо мати ці три винаходи, пов'язані з радіо. Для отримання додаткової інформації про основи змішувача див. Статтю TechZone "Основи роботи міксера". У базовому суперприймачі з "єдиним перетворенням" вхідний РЧ -сигнал несучої підсилюється одним або кількома каскадами підсилювача з низьким рівнем шуму (LNA), а потім надходить у змішувач (малюнок 1). Мікшер має два входи: радіочастотний сигнал та локальний генератор (LO). LO знаходиться на фіксованому зміщенні від бажаного сигналу для налаштування і може бути встановлений вище або нижче несучої частоти; У деяких конструкціях є технічні причини, чому одна має перевагу над іншою.
Малюнок 1: Основна супергетеродинна архітектура змішує радіочастотний сигнал з локальним осцилятором і підтримує фіксоване зміщення з посиленим радіочастотним сигналом, який потрібно налаштувати для створення сигналу ПЗ з фіксованою частотою з перетворенням вниз, який потім можна підсилити та демодулювати в базовій смузі.
Мікшер-це нелінійний каскад, який поєднує два сигнали. Це нелінійне змішування дає два виходи: один на суму двох частот сигналу, а інший на їх різниці (інші та/гармоніки також утворюються в результаті процесу нелінійного змішування, але вони не цікаві та легко фільтруються). Існує такий вихід з фіксованою частотою ударів, який називається проміжною частотою (IF), що робить супердизайн таким ефективним. Це тому, що незалежно від того, яка конкретна частота налаштована, ПЧ завжди на одній і тій самій частоті. Оскільки частота ПЧ завжди однакова, підсилювач каскаду ПЧ та подальший демодулятор можна оптимізувати для роботи однієї відомої частоти.
Потім відфільтруйте вихід ПЧ змішувача, щоб усунути будь -які артефакти (наскільки це можливо), а потім перейдіть до наступного етапу для подальшого посилення та демодуляції. Історично традиційне мовлення AM -радіо використовувало ПЧ 455 кГц, традиційне FM -радіо - 10.7 МГц, але інші професійні програми використовували різні ПЧ.
На додаток до базового одиночного перетворення супер, існують також топології подвійного перетворення. Це використовується для більш високих несучих частот, таких як 500 МГц або вище 1 ГГц, для полегшення проблем з фільтрацією сигналу та проблем із шумом шляхом оптимізації досяжної продуктивності кожного етапу; несуча проходить через змішувач першого ступеня/LO, щоб зменшити його приблизно до Перший IF 50-100 МГц потім далі перетворюється вниз до другого IF другим мікшером/LO. Це надає дизайнерам більшу загальну гнучкість і послаблює деякі вимоги до специфікацій окремих компонентів. (Є навіть комерційні приймачі з потрійним перетворенням.) Малюнок 2: У конструкції подвійного перетворення базовий супер метод розширює перший етап перетворення вниз для налаштування на більш високій частоті; вихід IF стає еквівалентним RF з фіксованою частотою, який змішується з LO другого каскаду для отримання другого виходу IF.
1. Конструкція нульового IF
Хоча надточний метод LO/IF є на сьогоднішній день найбільш успішно спроектованою архітектурою приймача, він зараз завойовує конкуренцію з іншого методу: приймача з нульовим IF, також відомого як приймач з перетворенням прямого приймача (DCR), гомодинний приймач або синхронний приймач (малюнок 3). Тут частота LO встановлюється дуже близько до частоти несучої радіочастоти потрібного сигналу. Змішаний вихід знаходиться відразу в базовій смузі і не вимагає стадії ПЧ.
Малюнок 3: Метод нульової ПЧ використовує LO, який дуже близький до радіочастотного сигналу і безпосередньо перетворюється на базову смугу без проміжного каскаду IF.
Хоча цей метод теоретично зменшує складність базової схеми, він накладає жорсткі вимоги до всіх етапів, включаючи динамічний діапазон, стабільність, спотворення, діапазон налаштування та шум. Для деяких ретельно відібраних та розроблених застосувань IC може зробити приймачі з нульовим ПЧ конкурентоспроможними або вищими за суперприймачі з рівнями ПЧ.
2. Основні параметри змішувача
Змішувачі можуть бути пасивними (зазвичай побудованими з діодами) або активними пристроями, які використовують посилення транзисторів. Як функціональний модуль, який збирає сигнали в широкому діапазоні ВЧ-частот і перетворює їх вниз на фіксовану частоту ПЧ, змішувачі мають до нього багато вимог. Кожен з активних та пасивних змішувачів забезпечує різні комбінації ключових параметрів, усі з яких вимірюються в дБ, якщо не зазначено інше:
Точка перехоплення третього порядку або вхідна точка перетину (IIP3 або IP3) стосується впливу нелінійного змішувача продуктів на лінійно посилений сигнал, спричинений терміном нелінійного продукту третього порядку. Дві тестові частоти в межах смуги пропускання змішувача використовуються для оцінки точки перехоплення третього порядку; зазвичай ці тестові частоти знаходяться на відстані приблизно 20-30 кГц. Більш високе значення IP3 (у дБм) вказує на кращий змішувач.
Втрати/посилення перетворення - це відношення вихідної потужності ПЧ до вхідної потужності ВЧ. Для пасивних змішувачів це завжди втрати (мінус дБ), зазвичай між -5 і -10 дБ. Хоча це міра ефективності змішувача, проблема тут не в ефективності джерела живлення постійного струму, а у відносно низькому рівні потужності ВЧ, який бачить змішувач.
Показник шуму (NF) дуже важливий, оскільки він характеризує шум, доданий змішувачем, і з'являється на виході ПЧ. Це викликає занепокоєння, оскільки як тільки до сигналу, що цікавить, додається внутрішньосмуговий шум, практично неможливо усунути, знищити сигнал, зробити демодуляцію більш складною та зменшити частоту помилок бітів (BER). Типовий показник шуму становить від 0.5 до 3 дБ.
Ізоляція визначає ступінь, до якого мікшер запобігає досягненню вхідного радіочастотного або низькочастотного сигналу виходу ПЧ, що може руйнувати і спотворювати ПЧ та спричиняти проблеми демодуляції та помилки. Це відношення входу RF або LO до витоку IF.
Динамічний діапазон вимірює відношення максимального рівня сигналу до мінімального рівня сигналу, який може обробляти мікшер, і все одно забезпечує сигнал ПЧ, який відповідає специфікаціям. Залежно від очікуваного входу ВЧ, система може вимагати середнього (50 дБ) або широкого динамічного діапазону (100 дБ).
Це лише параметри продуктивності, пов'язані з верхнім змішувачем. Інші включають відхилення зображення, стиснення посилення, зміщення постійного струму та точку стиснення 1 дБ.
3. Широкий асортимент доступних змішувачів
Постачальники змішувачів включають традиційних постачальників аналогових мікросхем з досвідом роботи з радіочастотами, а також постачальників, орієнтованих на радіочастоти, які розробляють мікросхеми та дискретні змішувачі. Оскільки ці дві групи дивляться на продуктивність змішувача з різних напрямків, вони мають різні сфери уваги з точки зору пріоритетів та компромісів, а також спільних аспектів.
Постачальник мікросхем ADI представив ADL5350, який являє собою односторонній пасивний змішувач GaAs pHEMT з вбудованим буферним підсилювачем LO (малюнок 4).
Малюнок 4: Пасивний мікшер ADL5350 містить активний підсилювач LO для спрощення роботи та вимог до генерації сигналу LO.
Цей широкосмуговий пристрій може обробляти частоти від 750 МГц до 4 ГГц і призначений для стільникових базових станцій з різними типами модуляції та стандартами. Буфер дозволяє користувачеві надавати низький рівень LO, що спрощує конструкцію. Втрата перетворення становить 6.8 дБ, показник шуму - 6.5 дБ, а IP3 - 25 дБ. З огляду на частоти, що використовуються, ADL5350 використовує 8 VFDFN експоновану колодку, пакет масштабу чіпів. (Його також можна використовувати для додаткового процесу перетворення, але це інша історія.)
CEL (колишня Каліфорнійська Східна Лабораторія) надає силіконовий мікросхему UPC2757 MMIC (монолітна мікрохвильова мікросхема) для ВЧ входу від 0.1 до 2.0 ГГц та IF від 20 до 300 МГц (Малюнок 6).
Малюнок 6: Серія UPC2757 компанії CEL містить основні активні мікшери для ВЧ входів між 0.1 і 2.0 ГГц.
UPC2757TB оптимізовано для низького споживання електроенергії, тоді як UPC2758TB оптимізовано для низьких спотворень. Для кожної ІС коефіцієнт підсилення перетворення є функцією частоти LO (Малюнок 7).
Малюнок 7: коефіцієнт підсилення конверсії MMC UPC2757 CEL змінюється залежно від частоти LO; два основні члени сім'ї забезпечують базовий вибір споживання електроенергії та спотворення.
Це лише два приклади. Змішувачі доступні у багатьох постачальників; обладнання може використовуватися для різних радіочастотних і низькочастотних частот, а також для різних рівнів потужності та параметрів продуктивності. Процес прийняття рішень проектувальником спочатку перераховує основні вимоги до частоти та необхідні значення для інших властивостей змішувача, а також будь-яку гнучкість або компроміси, які можуть існувати за будь-якого з цих факторів.
Наш інший продукт:
