LTC5540 600MHz至1.3GHz、高动态范围、下变频混频器技术手册

概述
LTC 5540 隶属于一个覆盖 600MHz 至 4GHz 频率范围的高动态范围无源下变频混频器系列。LTC5540专为 0.6GHz 至 1.3GHz RF 应用而优化。LO 频率必须位于 0.7GHz 至 1.2GHz 的范围之内，以获得最佳性能。该器件的典型应用是具有一个 700MHz 至 915MHz RF 输入和高端 LO 的 LTE 或 GSM 接收器。
数据表：*附件：LTC5540 600MHz至1.3GHz、高动态范围、下变频混频器技术手册.pdf

LTC5540 专为 3.3V 工作电压而设计，然而，IF 放大器可由 5V 电压来供电，旨在实现最高的 P1dB。一个执行快速开关操作的集成 SPDT LO 开关可以接受两个有源 LO 信号，同时提供高隔离度。

LTC5540 的高转换增益和高动态范围允许在高选择性接收机设计中使用规格较宽松的 IF 滤波器，并最大限度地缩减了总体解决方案的成本、板级空间和系统级偏差。
应用

• 无线基础设施接收机
  (LTE、GSM、CDMA)
• 点对点微波链路
• 高动态范围下变频混频器应用

特性

• 转换增益：7.9dB (在 900MHz)
• IIP3：25.9dBm (在 900MHz)
• 噪声指数：9.9dB (在 900MHz)
• 16.2dB NF (在 +5dBm 隔离条件下)
• 高输入 P1dB
• 3.3V 电源，640mW 功耗
• 停机引脚
• 50Ω 单端 RF 和 LO 输入
• LO 输入 50Ω 匹配 (停机时)
• 高隔离度 LO 开关
• 0dBm LO 驱动电平
• 高 LO-RF 和 LO-IF 隔离度
• 小的解决方案外形尺寸
• 20 引脚 (5mm x 5mm) QFN 封装

典型应用

引脚配置描述

引脚功能

• NC（引脚1） ：该引脚内部未连接。可以将其悬空，或者连接到地或Vcc。
• RF（引脚2） ：射频信号的单端输入引脚。此引脚内部连接到射频输入变压器的初级侧，其初级侧对地直流电阻较低。需使用串联隔直电容，以避免直流电压损坏集成变压器。只要所选的本振输入由0dBm±6dBm、0.7GHz至1.2GHz的信号源驱动，射频输入即可实现阻抗匹配。
• CT（引脚3） ：射频变压器次级中心抽头引脚。该引脚可能需要一个旁路电容接地，具体见“应用信息”部分。此引脚内部产生的偏置电压为1.2V，必须与地和Vcc进行直流隔离。
• GND（引脚4、10、12、13、17，外露焊盘引脚21） ：接地引脚。这些引脚必须焊接到电路板上的射频接地层。封装的外露焊盘金属层可提供与接地层的电气连接，并且有助于良好的散热。
• SHDN（引脚5） ：关断引脚。当输入电压小于0.3V时，通过引脚6、8、14、18和19供电的内部电路启用。当输入电压大于3V时，所有电路禁用。典型的输入电流小于10μA。该引脚不能悬空。
• Vcc2（引脚6）和Vcc1（引脚8） ：本振缓冲器和偏置电路的电源引脚。这两个引脚在内部相连，必须外部连接到经过稳压的3.3V电源，并在引脚附近连接旁路电容。典型电流消耗为97mA。
• LOBIAS（引脚7） ：该引脚可用于调整本振缓冲器电流。典型直流电压为2.2V。
• LOSEL（引脚9） ：LO1/LO2选择引脚。当输入电压小于0.3V时，选择LO1端口；当输入电压大于3V时，选择LO2端口。对于LOSEL = 3.3V，典型输入电流大于11μA。该引脚不能悬空。
• LO1（引脚11）和LO2（引脚15） ：本振单端输入引脚。这些引脚在内部偏置为0V，且需要外部隔直电容。即使芯片禁用（SHDN = 高电平），两个输入在内部均匹配到50Ω。
• Vcc3（引脚14） ：本振开关的电源引脚。该引脚必须连接到经过稳压的3.3V电源，并通过引脚附近的电容接地进行旁路。典型直流电流消耗小于100μA。
• IFGND（引脚16） ：中频放大器的直流接地返回引脚。该引脚必须连接到地，以构成中频放大器的直流电流通路。典型直流电流为96mA。
• IF⁻（引脚18）和IF⁺（引脚19） ：集电极开路差分中频输出引脚。这些引脚必须通过阻抗匹配电感或变压器中心抽头连接到直流电源。每个引脚的典型直流电流消耗为48mA。
• IFBIAS（引脚20） ：该引脚可用于调整中频放大器电流。典型直流电压为2.1V。

框图

应用信息

简介

LTC5540由一个高线性度无源双平衡混频器核心、中频缓冲放大器、高速单刀双掷（SPDT）本振开关、本振缓冲放大器以及偏置/关断电路组成。有关每个引脚功能的描述，请参见“引脚功能”部分。射频（RF）和本振（LO）输入为单端输入，中频输出为差分输出。可采用低侧或高侧本振注入。如图1所示的评估电路，利用了一个带通中频输出匹配电路和一个中频变压器，以实现50Ω单端中频输出。评估板布局如图2所示。

RF输入

如图3所示，混频器的RF输入连接到集成变压器的初级绕组。通过连接一个串联电容C1，可实现50Ω匹配。如果射频信号源存在直流电压，也需要C1进行隔直，因为RF变压器的初级侧在内部直流接地，初级侧的直流电阻约为5Ω。

RF变压器的次级绕组内部连接到无源混频器。变压器次级绕组的中心抽头连接到引脚3（CT），用于连接旁路电容C2。C2的值可用于优化所选本振注入的性能。对于高侧本振应用（见图1），通过C1 = 5.6pF实现宽带输入匹配。图4展示了在700MHz、1090MHz和1200MHz本振频率下测得的输入回波损耗。如图4所示，射频输入阻抗与本振频率有关，尽管单个C1值足以覆盖较宽的射频范围。

为了实现RF输入的正确匹配，必须驱动所选的本振输入。C1和C2的值可以调整，以优化高侧或低侧本振的性能。

LO 输入的标称电平为 0dBm，不过限幅放大器在约 + 6dBm 的输入功率范围内都能提供出色的性能。LO 输入的 ESR（等效串联电阻）为 6Ω，可能会导致内部大信号二极管导通。电容 C3 和 C4 可优化输入匹配并提供直流阻断功能。

LO1 输入阻抗和输入反射系数随频率的变化情况如图所示。由于器件布局和封装的对称性，LO2 端口的情况与之相同。

IF 输出

如图 7 所示，中频放大器具有差分集电极开路输出（IF⁺和 IF⁻）、一个直流接地返回引脚（IFGND）以及一个用于修改内部偏置（IFBIAS）的引脚。中频输出必须通过匹配电感 L1 和 L2 施加电源电压（VCC）来进行偏置。或者，也可通过变压器的中心抽头对中频输出进行偏置。每个输出引脚可汲取约 48mA 的直流电源电流（总共 96mA）。电阻 R2 用于改善阻抗匹配。

IFGND（引脚 16）必须接地，否则放大器将不汲取直流电流。通过电感 L3 可改善 LO - IF 和 RF - IF 泄漏性能，否则并非必需。L3 中较高的直流电阻会降低中频放大器的电源电流，从而降低射频性能。

为实现最佳单端性能，差分输出必须通过外部中频变压器或分立巴伦电路进行合并。评估板（见图 1 和图 2）使用 4:1 比例的中频变压器进行阻抗变换以及差分信号到单端信号的转换。也可以省略变压器，直接驱动差分滤波器或放大器。

在中频频率下，IF 输出阻抗可建模为 320Ω 与 2.3pF 电容并联。等效小信号模型（包括寄生电感）如图 8 所示。不同频率下的中频输出阻抗列于表 4 中。此数据以封装引脚为参考（无外部组件），包含了芯片及封装寄生效应的影响。