1.5GHz 至 3.8GHz 高线性上变频混频器 LT5579 快速上手指南

在射频电路设计领域，高线性上变频混频器是至关重要的组件。今天，我们就来深入了解一下 Linear Technology 公司的 LT5579 高线性上变频混频器以及配套的演示电路 1233A - x。

文件下载：DC1233A-A.pdf

一、LT5579 混频器概述

1. 基本特性

LT5579 是一款高性能上变频混频器 IC，专为 1.5GHz 至 3.8GHz 范围内的输出频率进行了优化。它具有单端 LO 输入和 RF 输出端口，这一设计大大简化了电路板布局，同时降低了系统成本。

2. 与无源混频器对比

与传统的无源混频器相比，LT5579 优势明显。无源混频器存在转换损耗，并且需要较高的 LO 驱动电平；而 LT5579 在显著较低的 LO 输入电平下就能实现转换增益，并且对 LO 功率电平变化不太敏感。仅需 -1dBm 的 LO 功率，其平衡设计还能使 LO 信号泄漏到 RF 输出的情况降至最低，有效减少了输出信号受 LO 信号的污染。

二、演示电路 1233A - x

1. 应用版本

演示电路 1233A - x 系列针对 LT5579 IC 在多个常见频率范围进行了设计评估，具体版本和参数如下：	VERSION	APPLICATION	IF INPUT	LO INPUT	RF OUTPUT
-A	WiMAX	456MHz	Low - side	3.6GHz
-B	WiMAX	456MHz	High - side	2.6GHz
-C	UMTS	240MHz	High - side	2.14GHz
-D	PCS	240MHz	Low - side	1.95GHz

2. 电路优化

该演示电路可以轻松针对其他频率进行优化。如果需要详细信息，可以参考“应用笔记”部分和 LT5579 数据手册。同时，此电路板的设计文件可通过联系 LTC 工厂获取。

3. 典型性能总结

在 (T{A}=25^{circ} C)，(V{C C}=3.3 ~V)，(P{IF}=-5 dBm)（双音测试时为 -5dBm/音，(Delta f = 1 MHz)），(P{L O}=-1 dBm) 的条件下，演示电路的典型性能如下：	PARAMETER	CONDITIONS	TYPICAL PERFORMANCE
Supply Voltage	3.3V
Supply Current		226mA
LO Input Frequency Range				1.1GHz 至 4GHz
LO Input Power		-5 至 +2dBm
	1233A - A	1233A - B	1233A - C	1233A - D
	WiMAX 3.6GHz	WiMAX 2.6GHz	UMTS	PCS
IF Input Frequency Range	12dB Return Loss, LO applied	330 至 505MHz	330 至 505MHz	174 至 263MHz	174 至 263MHz
RF Output Frequency Range	10dB Return Loss, LO applied			3170 至 4100MHz 2260 至 2780MHz 2035 至 2285MHz 1840 至 2020MHz
Conversion Gain		-0.5dB	1.3dB	2.6dB	1.9dB
Conversion Gain vs. Temperature	(T_{A} = -40^{circ}C) 至 85°C	-0.027dB/°C	-0.027dB/°C	-0.020dB/°C	-0.020dB/°C
Output 3rd Order Intercept		23.2dBm	26.2dBm	27.3dBm	28dBm
Output 2nd Order Intercept		54dBm	45dBm	42dBm	40dBm
Single Sideband Noise Figure		12dB	12dB	9.9dB	9.9dB
Output Noise Floor	(P_{OUT} = -5dBm)	-155.5dBm/Hz	-157.5dBm/Hz	-158.1dBm/Hz	-158.1dBm/Hz
Output 1dB Compression		10.7dBm	13.7dBm	13.9dBm	13.6dBm
IF to LO Isolation		73dB	74dB	81dB	80dB
LO to IF Leakage		-22dBm	-26dBm	-28dBm	-25dBm
LO to RF Leakage		-35dBm	-36dBm	-35dBm	-34dBm

三、应用注意事项

1. 绝对最大额定值

在使用 LT5579 时，需要注意以下绝对最大额定值：	Supply Voltage	3.6V
LO Input Power	+10dBm
LO Input DC Voltage	-0.3V 至 (V_{CC} + 0.3V)
RF Output DC Current	60mA
IF Input Power (Differential)	+13dBm
IF +, IF - DC Currents	60mA
(T_{JMAX})	150°C
Operating Temperature Range	-40°C 至 85°C
Storage Temperature Range	-65°C 至 150°C

2. 接口匹配

IF 输入接口

标准演示电路 1233A - x 可以针对其他 IF 输入频率进行重新配置。匹配电路的详细信息可参考 LT5579 数据手册，其中列出了几种常见 IF 输入频率的匹配组件值：	IF Freq. (MHz)	C1,C2 (pF)	C9 (1) (pF)	C3 (pF)	TL1,TL2 (3)	L1,L2 (nH)	R1,R2 (Ω)
70	1000	120	(2)	4.7nH	100	9.1
140	1000	120	(2)	(Z_{0} = 70Ω)	100	9.1
240	82	33	(2)	(Z_{0} = 70Ω)	40	11
450	33	33	(2)	(Z_{0} = 70Ω)	40	11

LO 输入接口

LT5579 的 LO 输入端口在 1.1GHz 至 4GHz 范围内进行了内部匹配，在 2.3GHz 处的最小回波损耗约为 9dB。对于较低的 LO 频率，为了获得最佳性能，建议使用外部匹配。详细信息和阻抗数据可参考 LT5579 数据手册。

RF 输出接口

LT5579 利用内部 RF 变压器将混频器核心输出阻抗降压，以简化 RF 输出匹配。以下是几种常见 RF 输出频率的匹配组件值：	RF Frequency (MHz)	C8 (pF)	L3 (nH)
1650	1.5	6.8
1750	1.2	6.8
1950	1	4.7
2140	0.45	3.9
2600	-	1.0
3600	0.7	0Ω

四、测试设备与设置

在对 LT5579 进行性能测量时，其准确性高度依赖于设备设置和测量技术。以下是一些建议的预防措施：

1. 使用低谐波输出的高性能信号发生器，或者在信号发生器输出端使用低通滤波器来抑制高阶谐波。
2. 关闭信号发生器的输出自动电平控制（ALC），以避免两个信号源之间的功率电平控制冲突，从而产生互调产物。
3. 使用高质量的合路器，确保所有端口具有宽带 50Ω 终端，并具有良好的端口间隔离。建议在信号发生器输出端使用衰减器，以进一步提高源隔离度，防止信号源相互调制产生互调产物。
4. 注意信号发生器和源放大器的 1dB 压缩点。当接近其 1dB 压缩点驱动时，信号源和放大器可能会引入额外的失真。
5. 输入源产生的互调产物水平应远低于被测设备（DUT）预期产生的产物。一般来说，在 DUT 输入连接器处测量的互调产物应比 DUT 输出端的预期水平低 25dB 或更多。
6. 如果可能，在演示电路的输入和输出端口使用具有良好电压驻波比（VSWR）的小衰减器垫，以改善源和负载匹配，减少反射，从而提高测量准确性。
7. 在频谱分析仪上使用窄分辨率带宽（RBW）并开启视频平均功能，以降低显示的平均噪声电平（DANL），提高灵敏度和动态范围，但这会增加扫描时间。
8. 频谱分析仪在过载时会产生显著的内部失真产物。通常，频谱分析仪在输入滤波器或预选器处约 -30dBm 至 -40dBm 的输入功率下性能最佳。应使用足够的频谱分析仪输入衰减，以避免仪器饱和，但过多的衰减会降低灵敏度和动态范围。
9. 在对演示电路进行测量之前，应评估系统性能，确保：1）能产生干净的输入信号；2）频谱分析仪的内部失真最小化；3）频谱分析仪具有足够的动态范围和灵敏度；4）系统的功率和频率校准准确。

五、快速启动程序

1. 回波损耗测量

1. 配置网络分析仪进行回波损耗测量，设置适当的频率范围，并将测试信号设置为 -5dBm。
2. 校准网络分析仪。
3. 按照图 1 连接所有测试设备。
4. 施加 3.3V 直流电源，并在存在 LO 信号的情况下验证电流消耗约为 226mA。应在演示板的 (V_{CC}) 和 GND 端子处确认电源电压，以考虑高电流引起的欧姆损耗。
5. 在施加 LO 信号且未使用的演示板端口端接 50Ω 的情况下，测量 IF 输入和 RF 输出端口的回波损耗。
6. 将测试信号设置为 -1dBm，并重新校准网络分析仪。
7. 将 IF 输入和 RF 输出端口端接 50Ω，测量 LO 输入端口的回波损耗。

2. RF 性能测量

1. 按照图 2 连接所有测试设备。
2. 设置 LO 源（信号发生器 1），以在适当的 LO 频率下向演示板 LO 输入端口提供 -1dBm 的连续波（CW）信号。
3. 设置 IF 源（信号发生器 2 和 3），以在适当的 IF 频率下向演示板 IF 输入端口提供两个 -5dBm 的 CW 信号，频率间隔为 1MHz。
4. 在频谱分析仪上测量所得的 RF 输出：
   • 所需的双音 RF 输出信号为：
     • 对于低侧 LO：(f{OUT (1,2)} = f{L O} + f_{IF(1,2)})
     • 对于高侧 LO：(f{OUT (1,2)} = f{L O} - f_{IF(1,2)})
   • 最接近所需 RF 信号的 2 阶互调产物用于计算输出 2 阶截点：
     • 对于低侧 LO：(f{I M 2} = f{L O} + (f{| F 1} + f{| F 2}))
     • 对于高侧 LO：(f{I M 2} = f{L O} - (f{I F 1} + f{I F 2}))
   • 同样，使用最接近所需 RF 信号的 3 阶互调产物计算输出 3 阶截点：
     • 对于低侧 LO：
     • (f{I M 3,1} = f{L O} + f{I F 1} - Delta{I F})
     • (f{I M 3,2} = f{L 0} + f{I F 2} + Delta{I F})
     • 对于高侧 LO：
     • (f{I M 3,1} = f{L O} - f{I F 1} + Delta{I F})
     • (f{I M 3,2} = f{L O} - f{I F 2} - Delta{I F}) 其中 (Delta{I F} = f{I F 2} - f_{I F 1})。
5. 计算输出 2 阶和 3 阶截点：
   • (OIP2 = 2 cdot P{OUT } - P{IM 2})
   • (OIP3 = (3 cdot P{OUT } - P{IM 3}) / 2) 其中 (P{OUT }) 是两个所需输出信号在 (f{OUT1}) 或 (f{OUT2}) 处的最低功率电平，(P{IM2 }) 是 (f{IM2 }) 处的 2 阶互调产物功率，(P{IM3 }) 是 (f{IM 3,1}) 或 (f{IM 3,2}) 处最大的 3 阶互调产物功率，所有单位均为 dBm。 或者，也可以使用所需输出信号与互调产物之间的功率差来计算输出截点：
   • (OIP2 = Delta{IM 2} + P{OUT })
   • (OIP3 = (Delta{IM 3}) / 2 + P{OUT }) 其中 (Delta{IM(2,3)} = P{OUT } - P_{IM(2,3)})。
6. 关闭其中一个 IF 信号发生器，测量转换增益、IF 到 LO 隔离、LO 到 IF 和 LO 到 RF 泄漏以及输入 1dB 压缩点。

通过以上步骤，电子工程师们可以快速上手 LT5579 高线性上变频混频器的评估和测试工作。大家在实际操作过程中遇到什么问题，欢迎在评论区交流讨论。