对创新混频器的详细分析以及软件无线电应用

随着多种通信标准广泛共存，越来越多的无线通信设备需要满足多频段、高带宽要求，这给系统设计，特别是射频电路设计带来极大的挑战。受制于半导体技术制约以及射频技术本身的复杂性，高性能、宽带射频集成电路的设计实现通常难度非常大，射频器件在满足高带宽、低噪声、无杂散动态范围等关键技术指标上常常左支右绌。而混频器作为射频电路设计的关键器件之一，无疑是典型代表。

熟悉射频电路的工程师通常了解两个术语——有源混频器和无源混频器。由于两种混频器固有的架构特点，有源混频器通常意味着高带宽，而无源混频器几乎等同于低带宽混频器。但是，混频器技术的高带宽和高性能似乎天生就有点鱼与熊掌不可兼得的尴尬——有源混频器泛泛的无杂散动态范围和线性度特性让其在很多对性能要求苛刻的宽带应用中黯然失色，而无源混频器尽管具有无杂散动态范围特性、线性度的明显优势明，但低带宽让人望而却步。然而，在像蜂窝基站这样的应用中，恶劣的工作环境和不断变化的市场格局要求接收器件具有极高的性能，为了满足高带宽设计需求，大部分都采用了具有良好带宽但其他性能指标平平的有源混频器。这样的折中无疑存在一定的性能隐患，例如更高的掉话率。

 

 

 

图1：ADL5811/5812将射频前端电路大大简化并提高射频电路性能。

在多频段/多标准蜂窝基站接收机、宽带无线电链路下变频器、多模式蜂窝中继器和微微蜂窝应用等常见的无线通信系统应用中，如果要利用到上述的无源混频器优势特性，通常的解决方案是采用多个窄带混频器。ADI公司利用三大创新技术有效解除了提高无源混频器带宽的“魔咒”，最近在业界首次推出宽带无源混频器——ADL5811/5812，700MHz到2800MHz的频率范围，让传统需要三块无源混频器的射频前端电路仅需单颗芯片即可实现，大大简化系统设计并提高射频电路性能（见图1）。

三大创新技术突破无源混频器的窄带“宿命”

ADL5811/5812无源混频器消除了一直以来宽带应用中选择有源或无源混频器必然面对的折中尴尬，因为它们不但能够提供工程师需要的线性度、失真和噪声性能，而且支持真正意义上的宽带频率工作模式。新款ADI无源混频器在单个器件中支持宽达700MHz至2800MHz的频率范围，其输入IP3（三阶交调）为24 dBm，SSB噪声系数为11dB ，功率转换增益为7dB。ADL5811/5812实现了业界最佳的线性度、噪声系数、无杂散动态范围和阻塞性能，而且这些性能规格在整个工作频率范围内保持稳定。

新款无源混频器出色表现要归功于三大技术（图2）：宽带、限幅LO放大器；可编程RF巴伦变压器；可编程低通滤波器。其中最突出的是宽带方波限幅LO放大器，与传统的窄带正弦波LO放大器不同，允许将高于或低于RF输入的LO应用于极宽的带宽，这种放大器可以在250MHz到2760MHz的较高带宽范围内产生一种上升时间较快的高压方波，而不会导致直流电流上升。而这是窄带无源混频器中通常难以克服的问题。此外，由于不需要储能元件，因此直流功耗也随着LO频率降低而降低。

以前，窄带混频器集成一种由磁性或传输线路变压器构成的RF巴伦，有限带宽大大限制了此类混频器的应用。ADL5811/5812业界创新地首次采用了可编程的RF巴伦变压器结构，用来确保平衡的RF信号加载至FET混频器，能够在700 MHz至2800 MHz RF输入频率范围内实现最佳性能，在整个射频带宽内提供出色的LO至RF和LO至IF泄漏、出色的RF至IF隔离以及出色的交调性能。
ADL5811/5812采用的第三种创新技术是在混频器输出端集成了可编程低通滤波器, 低通滤波器可以滤除无用的边带信号,从而去除因无用边带信号引起的中频放大器的过早的压缩, 这样可以提高线性。ADI设计了一种调谐滤波器网络来提供适当的频端（为RF和LO频率的函数），由此降低了负载中无用边带的幅度。

 

 

 

图2：三大技术进步成就高性能宽带无源混频器：1.宽带、限幅LO放大器；2.可编程RF巴伦变压器；3.可编程低通滤波器。

此外，ADL5811/5812所采用的平衡混频器内核还能提供极高的输入线性度，使该系列器件能用在要求苛刻的宽带应用中。对于这些应用，如果输入线性度不高，带内阻塞信号可能会导致动态范围降低。平衡混频器内核所实现的阻塞器噪声系数性能与窄带无源混频器设计相当。在ADL5811/5812上，紧跟在无源混频器内核之后，采用了高线性度中频缓冲放大器，可提供7 dB的典型功率转换增益，并且可以与各种输出阻抗一起使用。

适合无线基础设施及软件无线电应用