确定总体半中频杂散指标和为LTE接收机选择RF混频器

本文介绍如何满足高性能基站（BTS）接收机对半中频杂散指标的要求。为达到这一目标，工程师必须理解混频器的IP2与二阶响应之间的关系，然后选择满足系统级联要求的RF混频器。混频器数据手册以二阶交调点（IP2）或2x2杂散抑制指标的形式表示二阶响应性能。本文通过介绍这两个参数之间的关系，说明接收机设计以及如何确定总体半中频杂散指标。以MAX19997A的IP2与2x2关系为例，这是一款用于E-UTRA LTE接收机的有源混频器。

混频器谐波

在超外差接收机电路中，混频器将高频RF信号转换到较低中频（IF），该过程称为下变频。混频器中，如果输出频率为射频输入频率减去本振（LO）输入频 率，称为低边注入（LO频率低于RF频率）；如果输出频率为LO频率减去RF频率，则称为高边注入。下变频过程可由下式表示：

fIF= fRF - fLO= - fRF+ fLO

式中，fIF为混频器输出端口的中频；fRF为加至混频器RF端口的RF信号；fLO为加至混频器LO端口的LO信号。

理想情况下，混频器的输出信号幅值和相位与其输入信号的幅值和相位成比例，与LO信号无关。在这一假设前提下，混频器幅值响应与RF输入信号成线性关系，也与LO信号幅值无关。

然而，由于混频器的非线性特性，将产生所不希望的混频产物，称为杂散响应。杂散响应是由混频器RF端口输入的干扰或噪声信号引起的，在IF频率产生响应。 到达RF输入端口的干扰信号可能没有在所规定的RF带宽内，但也会造成麻烦。这类信号通常具有足够高的功率，混频之前的RF滤波器不能对其实施足够衰减， 使其引起额外的杂散响应，直接影响到所要求的IF信号，混频原理可表示为：

fIF= m fRF -n fLO= - m fRF + n fLO

注意，m和n为RF和LO频率的整数次谐波，通过混频产生格中杂散产物组合。通常情况下，这些杂散分量的幅值随m或n的增大而减小。

已知相应的RF输入频率范围，谨慎规划频率，选择适当的IF及相应的LO频率。仔细规划频率非常重要，因为它有助于减少混频后落入有效信号频带的干扰，这 些干扰源会直接影响接收器性能。对于宽带系统，频率规划时避免杂散混频产物更加困难，需要利用滤波器抑制那些可能落入IF频带的带外（OOB） RF信号。混频器之后的IF滤波器的选择性限定在只允许通过有效信号频率，由此，在信号进入最终检测器之前（混频器之后）对杂散响应进行衰减。IF滤波器 不会衰减IF带内的杂散响应。

许多类型的平衡混频器将抑制m或n为偶数的杂散成分。理想的双平衡混频器抑制m或n（或两者）为偶数的所有谐波分量。双平衡混频器中的IF、RF和LO端 口彼此隔离，使LO泄漏降至最小，并提供固有的RF至IF隔离。双平衡混频器设计能够提供最佳的线性特性，降低每个端口的滤波器衰减要求。

半中频杂散频率分布

2阶杂散响应（被称作半中频，1/2 IF）是一种非常棘手的特殊杂散信号。混频器中，当m = 2,n = -2时称为低边LO注入；m = -2,n = 2时，称为高边LO注入（图1）。对于高边注入，产生半中频杂散响应的输入频率比所要求的RF信号频率高fIF/2.

例如，所要求的RF中心频率为2510MHz （E-UTRA上行链路信道号39790）。该RF频率与2860MHz LO频率混频后，产生IF频率为350MHz.本例中，2685MHz为不希望出现的信号（或阻塞信号），产生350MHz的半中频杂散分量。对于低边注入，产生半中频杂散的输入频率比所要求的LO频率高fIF/2.

图1:E-UTRA高边LO注入示例，显示了所要求的fRF、fLO、fIF和不希望出现的fHALF-IF频率分布。

假设：

●fRF中心频率 = 2510MHz

●fLO= 2860MHz

●fIF = fLO- fRF= 2860MHz - 2510MHz = 350MHz

计算造成杂散响应的阻塞频率：

fHALF-IF= fRF+ fIF/2 = 2685MHz

检查算法以验证半中频阻塞或杂散频率：

2 × fLO - 2 × fHALF-IF = 2 × （fRF + fIF） - 2 × （fRF+ fIF/2） = 2fRF+ 2fIF- 2fRF- fIF= fIF

这造成半中频杂散频率产生不希望的IF杂散信号：

2 × 2860MHz - 2 × 2685MHz = 350MHz

接收器的IP2

如果器件数据手册没有直接给出2x2杂散响应的抑制度，则可从混频器的IP2指标推导。假设：只有RF和LO的基波分量施加在混频器端口，谐波失真仅由混频器自身产生。

RF通路的镜频抑制滤波器会在混频器前端抑制任何不希望出现的RF放大器谐波；LO通路的噪声滤波器对LO注入产生的谐波进行抑制。强输入信号无论是在器 件或系统的输入或输出端都会产生失真或交调产物，这些产物可通过计算交调（IP）进行量化。输入交调计算中假定有用信号的幅值与干扰信号分量的输入幅值相 同。如果混频器LO功率保持恒定，IP或失真产物的阶数仅由RF的倍乘（而非LO倍乘）决定，这是因为我们仅考虑RF信号的变化，阶数代表失真产物的幅值 随输入电平的上升而增加的快慢。例如，由于成平方关系，当输入信号增大1dB时，2阶交调（IM）产物的幅值增加2dB. 半中频杂散功率水平

以下讨论以MAX19997A下变频混频器为例，从数据手册的交流电气特性规格中可以查到以下指标：

●RF杂散功率为-5dBm （2685MHz）

●LO电平设置为+0dBm （2860MHz）

●典型2LO - 2RF杂散响应比RF载波电平低64dB,单位为dBc;64dBc指2阶交调抑制比（IMR2）。

●计算得到：PSPUR= -5dBm + （-64dBc） = -69dBm.

MAX19997A如此优异的2x2性能在其输入形成以下等效的IP2性能（IIP2）：

IIP2 = 2 × IMR2 + PSPUR= IMR2 + PRF

= 2 × 64dBc + （-69dBm） = 64dBc + （-5dBm）