mixer混频过程解析

前面，对于使用n-path作基带解调信号，我说：

关于npath电路（以fig19为例），从开关上方取电压，是带通滤波电路（若低通更换高通即可换为带阻滤波电路），但是如果从电容上取电压，则看作mixer下变频电路。

两者区别在于，上一种情况，rf信号没经过开关的“处理”就直接输出了，而mixer的精髓在于“开关”的乘法过程，电容上的信号是流经过开关的，这里面的开关过程才是真正的mixer混频过程。

这是错误的，混频过程是双向的。从开关上面取电压，一样存在混频过程，电容上面的基带信号被上变频到RF上面输出了。具体解释如下：

先给出电路方便叙述：

fig1. npath从开关上取输出(A点)与从电容上取输出(B点)

RF信号经过开关后被变频（同时上变频与下变频），流到电容后，高频分量被滤除（抑制），因此，只留下低频信号在电容上（B点）。

至于A点上面，并不是我前面说的“rf信号没经过开关的‘处理’就直接输出了”，因为如果是那样的话，A的信号应该和rf信号完全一样才对，而不应该表现出任何的频率特性。

实际上，A点的信号可以看作两个部分组成，一部分是电容上面原有的电荷造成的电压，这一部分电压是低频信号（前面说过了），经过开关的作用又上变频到高频处（表现为带通特性）。

另一部分是因为RF信号对电容充放电造成的电压变化（由于A点与rf信号通过电阻直连，这部分应该是全通特性）。

这样一看，从开关上（A点）取电压，既有带通特性，又有全通特性，那怎么办？怎么解释npath是带通特性的？思考如下：

1 A点既有“带通信号”又有“全通信号”，因此npath的带通特性可能只是带通特性为主，全通特性被压制了，并非是绝对的带通特性，甚至这两种特性是可以转换的。

2 为什么全通特性被压制，肯定和电路结构或者参数有关。回忆到：npath的要求就是RC常数远大于Ton，这一点是关键。

3 RC常数很大，那么充电需要很久，每个电容都需要经过很多个导通过程之后才能达到稳定的采样电压。反过来说，每个导通时间内，电容上因为rf信号造成的电压变化是很缓慢、不明显的。也就是说，A点的电压主要是由电容贡献，rf信号贡献很少。也就是说，带通特性的信号贡献很大，全通特性的信号贡献很少。所以此时，A点上呈现出很强的带通特性。

4 反向思考如下：如果RC常数很小，那么充电很快，那么每个电容上很快就充满电了。多块呢？快到RF信号一变，“瞬间”电容就充满电了，因此，电容电压是和RF信号几乎一模一样的。也就是说，A点上面的电压主要是由RF信号贡献的，电容原有信号贡献很少。也就是说，全通特性的信号贡献很大，带通特性的信号贡献很少。所以此时，A点上面应该呈现出全通特性。

验证如下：

1 rc常数很大（不能过大，不然要跑tran跑很久电压才稳定下来），B点的电压如下：

fig2. B点电压（全过程，大RC）

如前面分析，需要很多个充电过程（每个“小曲线”就是一个充电过程）才会达到“稳定”（大致不变）。

fig3. B点电压（“稳定段”，大RC）

稳定段，电压波动很小，和前面分析一致。这些小波动就是rf信号直接造成的“全通特性”的信号。

2 RC常数很小，B点的电压（取一个电容上面的电压为例）如下：

fig4. B点电压（小RC）

和分析的一样，此时电容电压紧紧跟随rf信号变化，而不会有“稳定”段，一直在高频地变化着。下面的fig5给出了与之前分析类似的情况，蓝线为B点电压，在导通的时候紧随A点电压（红线）变化。凸起的竖线与开关突然导通有关。

fig5. A/B点电压（放大）

3 频域仿真S11，先仿真大RC情况，如下图，与分析一致，主要是带通特性为主。

fig6. 大RC下频域仿真

接下来是小RC下的仿真，应该是一根直线，因为是“全通特性”为主。出来是下面这样的，我第一时间就懵逼了，然后想了很久，又想起了传输线的频率特性好像也是这样的正弦曲线。暂停想一想，哪里出错了？

fig7. 小RC下频域仿真

答案如下：

fig8. 大小RC的电容设置（仅改变c）

fig9. 大小RC下的频域响应

答案：注意fig7中的单位大小。我还是太急了，没注意到这个细节。

问：今天的勘雾是否就是”对的“？

答：不一定，很可能又是错的，但是应该比之前更”对“。但是不合理的地方确实还是存在的，比如我用散射参数仿真，出来的更多是衡量功率情况，滤波器应该用交流参数仿真，那样是衡量电压/电流情况，但是不影响总体道理（应该不影响吧？）。

实际上，小RC情况就是经典的采样过程，因为这样才可以保证电容电压是“准确采样”导通瞬间被采样信号的电压情况。只要时钟够快，采样出来的阶梯电压形状很接近原信号情况。

npath（大RC情况）的“采样过程”则是通过多路开关轮流导通，轮流采样多个电容上的“稳定”电压来完成的，因此采样出来的必然是一段一段（N路就有N段）的阶梯电压，含有很多谐波量（npath缺点之一），很明显，N越大近似性就越好。