为无线基站选择高线性度混频器

当今的通信系统，如无线基站，对接收器灵敏度和大信号性能提出了很高的要求。本文重点介绍混频器，介绍关键的混频器性能问题和数据手册中规定的基本参数。本文介绍了如何选择最佳混频器来优化接收通道。

介绍

无线基站的通信标准（例如GSM、UMTS和（现在的）LTE）定义了各种参数的最低规格，包括接收器灵敏度和存在大信号时的性能。这些关键要求对无线基站中无线电的每个功能块都提出了很高的要求。在接收信号路径中，混频器性能对接收器的灵敏度和大信号性能有重大影响。本文介绍关键的混频器性能问题和参数，以帮助您为接收通道选择最佳混频器。

无线基站接收器

首先，我们首先分析无线基站中使用的典型接收器的框图（图1）。这些接收器被称为超外差接收器，因为接收到的信号经历两次连续的下变频到较低频率。如图所示，信号由天线接收，然后由RF滤波器1滤波，通常用于滤除垃圾信号。然后，该滤波器输出由LNA（低噪声放大器）放大，LNA通常具有非常低的噪声系数。

图1.典型无线基站接收器框图。

放大后的信号再次被滤波，这次是RF滤波器2，它限制了频率范围，同时滤除可能限制混频器性能的不需要的信号。然后，滤波和带限信号被馈送到第一个混频器，在那里通过与LO（本振）信号混合将其下变频为IF频率。根据接收器的架构，该中频信号可以进一步下变频至第二个较低的中频频率，然后解调以在基带中进行处理。

我们现在检查此接收器链中的混频器。应研究混频器的参数，因为它们对接收器的灵敏度和大信号性能有重大影响。

混音器参数

混频器的噪声系数描述了从输入到输出的SNR（信噪比）的下降。该比率通常以分贝（dB）的对数度量表示，如公式1所示：

第二个重要参数是转换增益（或者转换损耗）。转换增益是指示混频器配置是有源还是无源的重要指示。无源混频器具有插入损耗（称为转换损耗），因为它们不包含用于放大信号的组件。然而，有源混频器具有有源元件并提供转换增益。

有源混频器可以在两种配置中的任何一种中实现：基于平衡（吉尔伯特单元）设计的集成混频器;或作为无源混频器，与IF放大器级结合使用，以提供增益而不是损耗。由于集成混频器具有增益，因此无需外部IF放大器级来弥补插入损耗。

转换增益（或损耗）是以dB表示的对数度量，如公式2所示。它与频率相关，应在混频器的整个工作频率范围内指定。为确保最佳接收机性能，指定频率范围内的转换增益/损耗变化应尽可能小。

由于无线基站通常在波动的温度环境中工作，因此转换增益/损耗也应在工作温度范围内指定，同样应尽可能小地变化。此温度范围很重要，因为在正常情况下，温度的微小变化允许较小的裕量，这在系统规划中很有用。

混频器的大信号行为由称为“1dB压缩点”（也称为压缩点（IP1dB））的混频器参数以及二阶和三阶交调截点（IP2和知识产权3).IP1dB压缩点预测混频器增益降低1dB时的输入功率水平，相对于公式3中的线性表达式：

P外= G × P在

当两个频率几乎相同的大信号施加到混频器的输入时，混频器还应该能够转换微弱信号。此行为通常由三阶截点 （IP3），与噪声系数一起描述了混频器的动态范围。一个大知识产权3表示高线性度混频器。混频器的数据手册还应指定混频器输入和输出的截点。使用公式4，您可以计算OIP3（输出截点）来自 IIP3（输入截点），反之亦然：

伊办3= 工业生产力3+ 克

伊办的地点3是混频器输出端的交调截点，IIP3在输入端，G是转换损耗或增益。伊办3因此，对于无源混频器，混频器的转换损耗会降低。该插入损耗需要在RF或IF增益级进行补偿，以确定接收器所需的总噪声系数。（噪声系数是接收器设计中必须考虑的附加参数。

无源混频器与有源混频器

无源混频器的一个主要优点是它们也可以用作上变频器。换句话说，它们的输入信号可以转换为更高的频率。上变频器通常用于发射器链，将IF信号转换为最终发射频率。由于无源混频器可用于发射链和接收链，因此您只需订购和库存一个组件。

“直接下变频接收器”将输入信号直接下变频至基带，无需IF信号。对于这些接收器，混频器的数据手册应指定另一个重要参数，称为端口间隔离。该参数测量LO信号与混频器输入信号之间的隔离量。如果端口间隔离度不够大，LO可能会与自身混频，从而在混频器输出端产生直流失调，从而降低接收器的性能。

由于混频器转换频率，因此会产生称为混频器杂散的新频率。应彻底研究杂散，尤其是（2RF - 2LO）、（3RF - 3LO）和更高阶的杂散，这些杂散通过与IF频率一致而影响接收器。这种行为通常在混频器的数据手册中用2x2和3x3参数来描述。

除了这些不同的参数外，您还必须考虑集成水平。通过将混频器内核与LO放大器、巴伦和LO开关集成在一起，某些应用可以从中受益。

通用 PCB 接收器布局带来设计灵活性

如今，通过对不同的频率范围使用一种布局，可以减少开发工作。然后，只需更改几个关键组件，即可将专为900MHz GSM系统设计的接收器用于1800MHz GSM系统。

引脚兼容混频器系列非常适合通用PCB布局可容纳无线基础设施多个频段的应用。最终目标是为处理GSM，UMTS，WiMAX™和LTE的多标准无线基站开发单一布局。

例如，接收器链中的MAX2029等无源混频器可以下变频接收机信号，而发送器中的另一个相同混频器可以将IF信号上变频至最终发射频率。图2中的电路集成了所有外部元件：LO缓冲放大器、巴伦和LO开关。

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MAX2029用作下变频器，提供36.5dBm的IIP3、27dBm的IP1dB、6.5dB的转换损耗和6.7dB的噪声系数。由于MAX2029的SiGe工艺技术可实现令人印象深刻的性能，因此非常适合高线性度和低噪声系数至关重要的基站应用。

2RF - 2LO抑制（72dBc，-10dBm RF输入信号）通过放宽对近载波滤波的要求，实现了更简单、更具成本效益的滤波器。MAX2029将低端的频率范围从815MHz扩展至1000MHz。MAX2039是引脚兼容混频器系列（包括MAX2041和MAX2029）的成员之一，允许为接收器创建单PCB布局，处理不同的频率范围和不同的通信标准。

有源混频器可以采用平衡（吉尔伯特单元）设计的形式，也可以采用与IF放大器级相结合的无源混频器。例如，MAX9986代表第二种配置。其低噪声系数允许混频器级之前的RF增益较小，从而为接收器提供更好的整体线性度。同样，由于在混频器前面增加了更多的增益以最小化级联噪声系数，因此混频器的线性度必须更高，以保持接收器的整体线性度。

选择合适的搅拌机

在互联网上搜索混音器时，面临的挑战是筛选各种混音器列出的所有规格。然后，您必须做出最佳选择。幸运的是，基于 Web 的参数搜索工具将帮助您做到这一点。参数搜索使设计工程师能够快速找到适合应用的IC。单个页面显示用于筛选信息的所有搜索条件和所有相应的部分。更改这些标准中的任何一个都会立即更新零件列表。搜索功能包括单击筛选、滑动筛选器控件、多级排序和丰富的工具提示。没有比这更简单的方法可以为应用找到合适的零件。

图3显示了专为基站设计的增益为10dB的有源混频器的搜索结果。建议的器件为MAX9986。用户只需额外点击该元件，即可直接进入该元件的概览主页，在那里可以找到相关的数据手册、应用笔记和其他信息。

图3.此 Web 工具在用户点击之前显示与过滤器设置匹配的产品数量！

使用Maxim的这个网络工具进行参数搜索，可以在用户第一次点击之前显示与特定的过滤器设置组合相匹配的产品数量！“智能”搜索算法仅显示有效条件。用户无法进行排除所有部件的选择。这种参数搜索使用最新的 Web 2.0 技术构建，不需要用户系统上的插件。

审核编辑：郭婷