O mesturador é unha etapa clave da cadea de sinal RF na arquitectura do receptor superheterodino (super). Permite sintonizar o receptor nunha ampla banda de frecuencia de interese e logo converter calquera frecuencia de sinal recibida desexada a unha frecuencia fixa coñecida. Isto permite procesar, filtrar e demodular o sinal de interese. A estrutura da superestrutura é elegante e sinxela, pero o rendemento real depende do rendemento dos seus bloques funcionais constitutivos.
Nótese que o omnipresente Superman foi desenvolvido polo xenio da enxeñaría O maior EH Armstrong estaba na década de 1930 e substituíu en gran parte ao seu deseño de receptor anterior, o deseño super-rexenerativo (aínda que aínda se usa en aplicacións profesionais na actualidade). Posteriormente, Armstrong tamén inventou a modulación de frecuencia, que aínda se usa moito. Calquera deles convertería a Armstrong nunha categoría "pioneira e inventora", pero é realmente importante contar con estes tres inventos relacionados coa radio. Para obter máis información sobre os conceptos básicos do mesturador, consulte o artigo de TechZone "Fundamentos do mesturador". Nun receptor básico de "conversión simple" básico, o sinal RF do portador de entrada amplifícase por un ou máis estadios de amplificador de baixo ruído (LNA) e despois entra no mesturador (Figura 1). O mesturador ten dúas entradas: sinal RF e oscilador local (LO). O LO está nun desprazamento fixo do sinal desexado a sintonizar e pódese establecer por riba ou por baixo da frecuencia portadora; hai motivos técnicos nalgúns deseños, polo que un ten precedencia sobre o outro.
Figura 1: A arquitectura básica superheterodina mestura o sinal de RF co oscilador local e mantén unha compensación fixa co sinal de RF amplificado que se vai sintonizar para xerar un sinal IF de conversión descendente de frecuencia fixa, que logo pode amplificarse e demodularse na banda Base.
O mesturador é unha etapa non lineal que combina dous sinais. Esta mestura non lineal produce dúas saídas: unha na suma das dúas frecuencias de sinal e a outra pola súa diferenza (outros e / harmónicos tamén se producen polo proceso de mestura non lineal, pero non son interesantes e fáciles de filtrar). Existe unha saída de frecuencia de ritmo fixa, chamada frecuencia intermedia (IF), que fai que o super deseño sexa tan efectivo. Isto débese a que, sen importar a frecuencia específica que se sintonice, o IF está sempre á mesma frecuencia. Dado que a frecuencia IF é sempre a mesma, o amplificador de etapa IF e o demodulador posterior pódense optimizar para o desempeño dunha única frecuencia coñecida.
A continuación, filtre a saída IF do mesturador para eliminar calquera artefacto (na medida do posible) e, a continuación, proceda á seguinte etapa para amplificación e demodulación posteriores. Historicamente, a radio AM de emisión tradicional empregaba IF de 455 kHz, a radio FM de emisión tradicional usaba 10.7 MHz, pero outras aplicacións profesionais empregaban IF diferentes.
Ademais da super conversión simple básica, tamén hai topoloxías de dobre conversión. Isto úsase para frecuencias portadoras máis altas, como 500 MHz ou superiores a 1 GHz, para aliviar os problemas de filtrado de sinal e problemas de ruído optimizando o rendemento alcanzable de cada etapa; o portador pasa polo primeiro mesturador de fase / LO para reducilo a aproximadamente O primeiro IF de 50-100MHz convértese aínda máis á segunda IF polo segundo mezclador / LO. Isto proporciona aos deseñadores unha maior flexibilidade xeral e relaxa algúns dos requisitos para as especificacións individuais dos compoñentes. (Hai incluso receptores de conversión tripla en uso comercial.) Figura 2: nun deseño de dobre conversión, o método super básico estende a primeira etapa de conversión descendente para sintonizar a unha frecuencia máis alta; a saída IF convértese en equivalente a unha frecuencia de RF fixa, que se mestura coa LO da segunda etapa para producir unha segunda saída IF.
1. Deseño cero-IF
Aínda que o método de ultra-precisión LO / IF é de lonxe a arquitectura de receptores deseñada con maior éxito, agora gaña a competencia doutro método: un receptor de cero IF, tamén coñecido como receptor de conversión de receptor directo (DCR), o receptor homodino ou receptor síncrono (Figura 3). Aquí, a frecuencia LO establécese moi preto da frecuencia portadora de RF do sinal desexado. A saída mixta está inmediatamente na banda base e non require unha etapa IF.
Figura 3: O método IF cero usa un LO que está moi preto do sinal de RF e converte directamente á banda base sen unha etapa IF intermedia.
Aínda que teoricamente este método reduce a complexidade do circuíto básico, impón requisitos estritos en todas as etapas, incluíndo rango dinámico, estabilidade, distorsión, rango de afinación e ruído. Para algunhas aplicacións coidadosamente seleccionadas e deseñadas, IC pode facer que os receptores de cero IF sexan competitivos ou superiores aos super receptores con niveis de IF.
2. Parámetros mesturadores clave
Os mesturadores poden ser dispositivos pasivos (normalmente construídos con diodos) ou activos que usan ganancia de transistor. Como un módulo funcional que recolle sinais nunha ampla banda de frecuencia RF e converteo cara abaixo nunha frecuencia IF fixa, os mesturadores teñen moitos requisitos para iso. Os mesturadores activos e pasivos proporcionan combinacións diferentes de parámetros clave, todos eles medidos en dB, a non ser que se indique o contrario:
O punto de interceptación de terceira orde ou punto cruzado de entrada (IIP3 ou IP3) refírese ao efecto do mesturador de produto non lineal sobre o sinal amplificado linealmente causado polo termo de produto non lineal de terceira orde. Dúas frecuencias de proba dentro da banda de paso do mesturador úsanse para avaliar o punto de interceptación de terceira orde; normalmente, estas frecuencias de proba distan entre 20 e 30 kHz. Un valor IP3 máis alto (en dBm) indica un mellor mesturador.
A perda / ganancia da conversión é a relación entre a potencia de saída IF e a potencia de entrada RF. Para os mesturadores pasivos, esta é sempre a perda (dB negativo), normalmente entre -5 e -10 dB. Aínda que é unha medida da eficiencia dun mesturador, o problema aquí non é a eficiencia da fonte de alimentación de CC, senón o nivel de potencia de RF relativamente baixo que ve o mesturador.
A cifra de ruído (NF) é moi importante porque caracteriza o ruído engadido polo mesturador e aparece na saída IF. Isto é preocupante, porque unha vez que se engade o ruído dentro da banda ao sinal de interese, é case imposible eliminar, destruír o sinal, facer a desmodulación máis desafiante e reducir a taxa de erro de bits (BER). A cifra típica de ruído está entre 0.5 e 3 dB.
O illamento define o grao en que o mesturador impide que a enerxía do sinal de entrada de RF ou LO chegue á saída IF, o que pode destruír e distorsionar o IF e causar problemas e erros de demodulación. É a relación entre a entrada de RF ou LO á saída IF de fuga.
O rango dinámico mide a relación entre o nivel de sinal máximo e o nivel de sinal mínimo que pode manexar o mesturador e aínda así proporciona un sinal IF que cumpre coas especificacións. Dependendo da entrada de RF esperada, o sistema pode requirir un rango dinámico medio (50 dB) ou amplo (100 dB).
Estes son só os parámetros de rendemento relacionados co mesturador superior. Outros inclúen rexeitamento de imaxe, compresión de ganancia, compensación de corrente continua e punto de compresión de 1 dB.
3. Ampla gama de mesturadores dispoñibles
Os vendedores de mesturadores inclúen vendedores tradicionais de IC analóxicos con experiencia en RF, así como os vendedores centrados en RF que desenvolven IC e mesturadores discretos. Dado que estes dous grupos miran o rendemento do mesturador desde direccións diferentes, teñen diferentes áreas de enfoque en termos de prioridades e compensacións, así como aspectos comúns.
O provedor de circuítos integrados ADI presentou o ADL5350, que é un mezclador pasivo mono-final GaAs pHEMT con amplificador de búfer LO integrado (Figura 4).
Figura 4: O mesturador pasivo ADL5350 inclúe un amplificador de LO activo para simplificar o funcionamento e os requisitos de xeración de sinal LO.
Este dispositivo de banda ancha pode manexar frecuencias de 750 MHz a 4 GHz e está deseñado para estacións base móbiles con diferentes tipos e estándares de modulación. O búfer permítelle ao usuario proporcionar un LO de baixo nivel, o que simplifica o deseño. A perda de conversión é de 6.8 dB, a cifra de ruído de 6.5 dB e o IP3 de 25 dB. Debido ás frecuencias implicadas, o ADL5350 usa un paquete de 8 VFDFN exposto, paquete a escala de chip. (Tamén se pode usar para o proceso suplementario de conversión ascendente, pero esta é outra historia).
CEL (antigo California Eastern Laboratory) proporciona chip de silicio UPC2757 MMIC (IC microondas monolítico) para entrada RF de 0.1 a 2.0 GHz e IF de 20 a 300 MHz (Figura 6).
Figura 6: A serie UPC2757 de CEL inclúe mesturadores activos básicos para entradas de RF entre 0.1 e 2.0 GHz.
UPC2757TB está optimizado para un baixo consumo de enerxía, mentres que UPC2758TB está optimizado para unha baixa distorsión. Para cada CI, a ganancia de conversión é unha función da frecuencia LO (Figura 7).
Figura 7: A ganancia de conversión do MMC UPC2757 de CEL varía coa frecuencia LO; dous membros principais da familia ofrecen opcións básicas para o consumo de enerxía e a distorsión.
Estes son só dous exemplos. Os mesturadores están dispoñibles en moitos provedores; o equipo pode usarse para varias frecuencias RF e LO, así como para diferentes niveis de potencia e parámetros de rendemento. O proceso de toma de decisións do deseñador enumera primeiro os requisitos básicos de frecuencia e os valores requiridos para outras propiedades do mesturador, así como calquera flexibilidade ou compensacións que poidan existir nalgún destes factores.
Noso outro produto:
