LTC5543 2.3GHz 至 4GHz、高动态范围、下变频混频器技术手册

概述
LTC5543 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。LTC5543 专为 2.3GHz 至 4GHz RF 应用而优化。LO 频率必须位于 2.4GHz 至 3.6GHz 的范围之内，以获得较佳性能。该器件的典型应用是具有一个 2.3GHz 至 2.7GHz RF 输入和高端 LO 的 LTE 或 WiMAX 接收器。

LTC5543 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。

LTC5543 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，并较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。
数据表：*附件：LTC5543 2.3GHz 至 4GHz、高动态范围、下变频混频器技术手册.pdf

应用

• 无线基础设施接收机
  (LTE、WiMAX、WCS)
• 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：8.4dB (在 2500MHz)
• IIP3：24.5dBm (在 2500MHz)
• 噪声指数：10.2dB (在 2500MHz)
• 在 +5dBm 阻塞信号下的 17.5dB NF
• 高输入 P1dB
• 3.3V 电源，660mW 功耗
• 具停机引脚
• 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） ：此引脚内部未连接。可将其悬空，或连接到地或Vcc 。
• RF（引脚2） ：射频信号单端输入引脚。该引脚内部连接到射频输入变压器初级侧，其初级侧对地直流电阻低。需使用串联隔直电容，避免直流电压损坏集成变压器。只要所选本振输入由2.4GHz至3.6GHz、0dBm±6dBm信号源驱动，射频输入可实现阻抗匹配。
• CT（引脚3） ：射频变压器次级中心抽头引脚。该引脚可能需接地旁路电容，详见“应用信息”部分。此引脚内部产生偏置电压1.2V ，必须与地和Vcc直流隔离。
• GND（引脚4、10、12、13、17，外露焊盘引脚21） ：接地引脚。这些引脚须焊接到电路板射频接地层。封装外露焊盘金属层可提供接地电气连接及良好散热。
• 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电源引脚。两引脚内部相连，须外接稳压3.3V电源，并在引脚附近接旁路电容。典型电流消耗99mA。
• 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2.2V。
• LOSEL（引脚9） ：LO1/LO2选择引脚。输入电压小于0.3V时，选择LO1端口；输入电压大于3V时，选择LO2端口。对于LOSEL = 3.3V ，典型输入电流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。内部偏置为0V，需外接隔直电容。即使芯片禁用（SHDN = 高电平） ，两输入内部均匹配到50Ω。
• Vcc3（引脚14） ：本振开关电源引脚。须连接稳压3.3V电源，并通过引脚附近电容接地旁路。典型直流电流消耗小于100μA。
• IFGND（引脚16） ：中频放大器直流接地返回引脚。须接地以构成中频放大器直流电流通路。典型直流电流102mA。
• IF⁻（引脚18）和IF⁺（引脚19） ：集电极开路差分中频输出引脚。须通过阻抗匹配电感或变压器中心抽头连接到直流电源。每个引脚典型直流电流消耗51mA。
• 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2.1V。

框图

应用信息

简介

LTC5543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“框图”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。通过一个串联电感（L4）和一个并联电容（C11）实现50Ω匹配。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3.2Ω。如果RF信号源存在直流电压，则需要一个隔直电容。

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。使用时，C2应放置在距离引脚3 2mm范围内，以实现正确的高频去耦。CT引脚上的标称直流电压为1.2V。

为了实现RF输入的匹配，必须驱动所选的LO输入。通过C11 = 0.8pF实现宽带输入匹配。图4展示了在LO频率为2.6GHz、3.0GHz和3.4GHz时测得的RF输入回波损耗，这些LO频率分别对应LO范围的低频段、中频段和高频段。如图4所示，RF输入阻抗在一定程度上与LO频率相关。

RF输入阻抗和输入反射系数随RF频率的变化情况列于表1中。此数据的参考平面为IC的引脚2，无外部匹配，且LO驱动频率为2.69GHz。

LO输入

如图5所示，混频器的LO输入电路由一个集成SPDT开关、一个巴伦变压器和一个两级高速限幅差分放大器组成，用于驱动混频器核心。LTC5543的LO放大器针对2.4GHz至3.6GHz的LO频率范围进行了优化。使用该频率范围之外的LO频率可能会导致性能下降。

LO开关设计用于实现高隔离度和快速（<50ns）切换，这允许在频率捷变应用中使用两个有源合成器。如果仅使用一个合成器，则未使用的LO输入可以接地。LO开关由Vcc3（引脚14）供电，并由LOSEL逻辑输入（引脚9）控制。即使芯片处于关断状态，LO1和LO2输入始终连接到芯片上的Vcc。所选LO输入的直流电阻约为20Ω，未选输入约为50Ω。LO开关的逻辑表如表2所示。测得的LO输入回波损耗如图6所示。


LO放大器由Vcc1和Vcc2（引脚8和引脚6）供电。当芯片启用（SHDN = 低电平）时，内部偏置电路提供稳定的4mA参考电流至放大器的偏置输入，这会使放大器汲取约90mA的直流电流。此4mA参考电流也连接到LOBIAS（引脚7），以便在特殊应用中修改放大器的直流偏置电流。推荐的应用电路不需要LO放大器偏置修改，因此该引脚应保持开路。