El mesclador és una etapa clau de la cadena de senyals de RF en l'arquitectura del receptor superheterodí (super). Permet sintonitzar el receptor en una àmplia banda de freqüències d'interès i després convertir qualsevol freqüència de senyal rebuda desitjada a una freqüència fixa coneguda. Això permet processar, filtrar i demodular el senyal d’interès de manera eficient. L'estructura de la superestructura és elegant i senzilla, però el rendiment real depèn del rendiment dels seus blocs funcionals constitutius.
Tingueu en compte que l'omnipresent Superman va ser desenvolupat pel geni de l'enginyeria Major EH Armstrong que va ser a la dècada de 1930 i va substituir en gran mesura el seu anterior disseny de receptor, el disseny superregeneratiu (encara que encara s'utilitza en aplicacions professionals avui en dia). Posteriorment, Armstrong també va inventar la modulació de freqüència, que encara s’utilitza àmpliament. Qualsevol d'ells faria d'Armstrong una categoria "pionera i inventora", però és molt important tenir aquests tres invents relacionats amb la ràdio. Per obtenir més informació sobre els conceptes bàsics del mesclador, consulteu l'article "Conceptes bàsics del mesclador" de TechZone. En un receptor bàsic de "conversió simple" bàsic, el senyal de RF de la portadora d'entrada s'amplifica mitjançant un o més etapes d'amplificador de baix soroll (LNA) i després entra al mesclador (Figura 1). El mesclador té dues entrades: senyal RF i oscil·lador local (LO). El LO es troba a un desplaçament fix del senyal desitjat que es vol sintonitzar i es pot configurar per sobre o per sota de la freqüència de la portadora; hi ha motius tècnics en alguns dissenys, per què un té prioritat sobre l’altre.
Figura 1: L’arquitectura bàsica superheterodina barreja el senyal de RF amb l’oscil·lador local i manté un desplaçament fix amb el senyal de RF amplificat que cal sintonitzar per generar un senyal IF de freqüència fixa de conversió descendent, que després es pot amplificar i demodular amb la base Base.
El mesclador és una etapa no lineal que combina dos senyals. Aquesta barreja no lineal produeix dues sortides: una a la suma de les dues freqüències de senyal i l’altra a la seva diferència (altres i / harmònics també es produeixen mitjançant el procés de barreja no lineal, però no són interessants i fàcils de filtrar). Hi ha una sortida de freqüència de batecs fixa, anomenada freqüència intermèdia (IF), que fa que el super disseny sigui tan eficaç. Això es deu al fet que, independentment de la freqüència específica que estigui sintonitzada, l'IF sempre està a la mateixa freqüència. Com que la freqüència IF sempre és la mateixa, es pot optimitzar l'amplificador d'etapa IF i el demodulador posterior per al rendiment d'una única freqüència coneguda.
A continuació, filtreu la sortida IF del mesclador per eliminar qualsevol artefacte (tant com sigui possible) i, a continuació, passeu a la següent etapa per amplificar i demodular més. Històricament, la ràdio AM de transmissió tradicional utilitzava IF de 455 kHz, la ràdio FM de transmissió tradicional utilitzava 10.7 MHz, però altres aplicacions professionals feien servir IF diferents.
A més del súper de conversió simple bàsic, també hi ha topologies de doble conversió. S'utilitza per a freqüències portadores més altes, com ara 500 MHz o superiors a 1 GHz, per alleujar problemes de filtratge de senyals i problemes de soroll optimitzant el rendiment assolible de cada etapa; el portador passa pel primer mesclador / LO per reduir-lo a aproximadament. El primer IF de 50-100 MHz es converteix més a la segona IF pel segon mesclador / LO. Això proporciona als dissenyadors una major flexibilitat general i relaxa alguns dels requisits per a les especificacions de components individuals. (Fins i tot hi ha receptors de triple conversió en ús comercial.) Figura 2: en un disseny de doble conversió, el mètode súper bàsic amplia la primera etapa de conversió descendent per sintonitzar a una freqüència més alta; la sortida IF esdevé equivalent a una RF de freqüència fixa, que es barreja amb la LO de la segona etapa per produir una segona sortida IF.
1. Disseny zero-IF
Tot i que el mètode d’ultra precisió LO / IF és, amb diferència, l’arquitectura del receptor dissenyada amb més èxit, ara guanya la competència d’un altre mètode: un receptor zero-IF, també conegut com a receptor de conversió directa de receptor (DCR), el receptor homodí o receptor síncron (Figura 3). Aquí, la freqüència LO s’estableix molt a prop de la freqüència portadora de RF del senyal desitjat. La sortida mixta es troba immediatament a la banda base i no requereix una etapa IF.
Figura 3: El mètode zero-IF utilitza un LO molt a prop del senyal RF i converteix directament a la banda base sense una etapa IF intermedia.
Tot i que aquest mètode redueix teòricament la complexitat del circuit bàsic, imposa requisits estrictes en totes les etapes, inclosos el rang dinàmic, l’estabilitat, la distorsió, el rang d’afinació i el soroll. Per a algunes aplicacions acuradament seleccionades i dissenyades, IC pot fer que els receptors zero IF siguin competitius o superiors als super receptors amb nivells IF.
2. Paràmetres del mesclador de claus
Els mescladors poden ser dispositius passius (normalment construïts amb díodes) o actius que utilitzen guany de transistor. Com a mòdul funcional que recopila senyals en una àmplia banda de freqüència de RF i el converteix a una freqüència IF fixa, els mescladors tenen molts requisits. Els mescladors actius i passius proporcionen combinacions diferents de paràmetres clau, tots ells mesurats en dB, tret que s’indiqui el contrari:
El punt d'intercepció de tercer ordre o punt creuat d'entrada (IIP3 o IP3) es refereix a l'efecte del mesclador de productes no lineals sobre el senyal amplificat linealment causat pel terme de producte no lineal de tercer ordre. S'utilitzen dues freqüències de prova dins de la banda de passada del mesclador per avaluar el punt d'intercepció de tercer ordre; normalment, aquestes freqüències de prova estan separades entre 20 i 30 kHz. Un valor IP3 més alt (en dBm) indica un millor mesclador.
La pèrdua / guany de conversió és la proporció entre la potència de sortida IF i la potència d’entrada RF. Per als mescladors passius, sempre és la pèrdua (dB negatiu), normalment entre -5 i -10 dB. Tot i que és una mesura de l'eficiència d'un mesclador, el problema aquí no és l'eficiència de la font d'alimentació de CC, sinó el nivell de potència de RF relativament baix que el mesclador veu.
La xifra de soroll (NF) és molt important perquè caracteritza el soroll afegit pel mesclador i apareix a la sortida IF. Això és preocupant, perquè un cop s’afegeix el soroll dins de la banda al senyal d’interès, és gairebé impossible eliminar, destruir el senyal, fer que la demodulació sigui més difícil i reduir la taxa d’error de bits (BER). La xifra típica de soroll és d’entre 0.5 i 3 dB.
L'aïllament defineix el grau en què el mesclador impedeix que l'energia del senyal d'entrada de RF o LO arribi a la sortida IF, cosa que pot destruir i distorsionar el IF i provocar problemes i errors de demodulació. És la proporció d’entrada RF o LO a la sortida IF de fuites.
El rang dinàmic mesura la proporció del nivell de senyal màxim al nivell de senyal mínim que pot gestionar el mesclador i, tot i així, proporciona un senyal IF que compleix les especificacions. Depenent de l'entrada RF prevista, el sistema pot requerir un rang dinàmic mitjà (50 dB) o ampli (100 dB).
Aquests són només els paràmetres de rendiment relacionats amb el mesclador superior. Altres inclouen el rebuig d’imatges, la compressió del guany, l’offset de CC i el punt de compressió d’1 dB.
3. Àmplia gamma de mescladors disponibles
Els proveïdors de mescladors inclouen proveïdors de circuits analògics tradicionals analògics amb experiència en RF, així com proveïdors centrats en RF que desenvolupen mescladors de circuits integrats i discrets. Atès que aquests dos grups consideren el rendiment del mesclador des de diferents direccions, tenen diferents àrees d’enfocament en termes de prioritats i compromisos, així com aspectes comuns.
El proveïdor de CI ADI va introduir l’ADL5350, que és un mesclador passiu d’una sola punta GaAs pHEMT amb amplificador de memòria intermèdia LO integrat (Figura 4).
Figura 4: El mesclador passiu ADL5350 inclou un amplificador LO actiu per simplificar el funcionament i els requisits de generació de senyal LO.
Aquest dispositiu de banda ampla pot gestionar freqüències des de 750 MHz fins a 4 GHz i està dissenyat per a estacions base mòbils amb diferents tipus i estàndards de modulació. La memòria intermèdia permet a l'usuari proporcionar un LO de baix nivell, cosa que simplifica el disseny. La pèrdua de conversió és de 6.8 dB, la xifra de soroll de 6.5 dB i l’IP3 de 25 dB. A causa de les freqüències implicades, l'ADL5350 utilitza un paquet a escala de xips de 8 VFDFN. (També es pot utilitzar per al procés suplementari de conversió ascendent, però aquesta és una altra història).
CEL (antic California Eastern Laboratory) proporciona xip de silici UPC2757 MMIC (IC microones monolític) per a entrada RF de 0.1 a 2.0 GHz i IF de 20 a 300 MHz (Figura 6).
Figura 6: La sèrie UPC2757 de CEL inclou mescladors actius bàsics per a entrades de RF entre 0.1 i 2.0 GHz.
UPC2757TB està optimitzat per a un baix consum d'energia, mentre que UPC2758TB està optimitzat per a una distorsió baixa. Per a cada CI, el guany de conversió és una funció de la freqüència LO (Figura 7).
Figura 7: El guany de conversió del MMIC UPC2757 de CEL varia amb la freqüència LO; dos membres principals de la família proporcionen opcions bàsiques per al consum d'energia i la distorsió.
Aquests són només dos exemples. Hi ha mescladors disponibles a molts proveïdors; L'equip es pot utilitzar per a diverses freqüències de RF i LO, així com per a diferents nivells de potència i paràmetres de rendiment. El procés de presa de decisions del dissenyador enumera primer els requisits bàsics de freqüència i els valors requerits per a altres propietats del mesclador, així com qualsevol flexibilitat o compensacions que puguin existir en algun d’aquests factors.
El nostre altre producte:
