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深圳pcb抄板無線基站的高線性度混頻器關鍵性能及參數

2012年06月20日08:57

    無線基站通信標準,例如GSM、UMTS和(當前的) LTE,定義了不同參數的下限指標,包括接收機的靈敏度和大信號性能。這些關鍵指標對無線基站中的每個射頻功能模塊提出了設計挑戰。在接收信號通路,混頻器性能主要影響接收機的靈敏度和大信號性能。本文介紹了混頻器的關鍵性能和參數,有助于設計接收通道時選擇最佳的混頻器。
    無線基站接收機
    我們首先分析無線基站中的典型接收機方框圖(圖1)。
    圖1. 無線基站接收機典型框圖
    因為接收到的信號經過兩次連續的下變頻,變換到較低頻率,這些接收機被稱為超外差式接收機。如圖所示,信號通過天線接收,然后經過第1級RF濾波器濾波,該濾波器通常用于濾除無用信號。隨后,該濾波器輸出通過一個LNA (低噪聲放大器)進行放大,該放大器通常具有非常低的噪聲系數。
    放大信號通過第2級RF濾波器再次進行濾波,該濾波器濾除限制混頻器性能的無用信號的同時還對頻率范圍加以限制。經過濾波后帶寬受限的信號被送入第一級混頻器,在此通過與LO (本振)信號混頻,下變頻至一次IF頻率。根據接收機結構的不同,該IF信號可以進一步下變頻至更低的二次IF頻率,然后送入基帶進行解調處理。
    現在,我們開始研究接收鏈路中的混頻器。因為影響接收機靈敏度和大信號性能的主要因素是混頻器參數,應該對其進行仔細分析。
    混頻器參數
    混頻器的噪聲系數表示從輸入至輸出的SNR (信噪比)衰減,該比值通常用對數表示(dB),如式1所示:
    (式1)
    另一個重要參數是變換增益(或變換損耗)。變換增益是判斷混頻器配置為有源架構或無源架構的重要依據。無源混頻器不包含放大信號的元件,存在插入損耗(稱為變換損耗);而有源混頻器包含有源器件,能夠提供變換增益。
    可以采用兩種配置實現有源混頻器:基于平衡(吉爾伯特單元)架構設計的集成混頻器,或結合IF放大級的無源混頻器,提供增益而非損耗。由于集成混頻器具有放大能力,不需要額外的IF放大級補償插入損耗。
    (式2)
    變換增益(或損耗)用對數表示,單位為dB,如式2所示,是頻率的函數,電路板克隆定義在混頻器的整個工作頻率范圍內。為了保證最佳接收性能,變換增益/損耗的變化應該在規定頻率范圍內盡可能小。
    由于無線基站通常工作在溫度波動的環境下,應該給出整個工作溫度范圍內變換增益/損耗的規格,而且要求變化量盡可能小。由于正常工作條件下,較小的溫度變化范圍對設計裕量的要求也較小,而設計裕量對于系統規劃非常有用,因此,溫度范圍在設計中是非常重要的因素。
    混頻器在大信號下的特性利用一個稱為“1dB壓縮點” (該指標也稱為壓縮點(IP1dB))的混頻器參數以及2階、3階交調截點(IP2和IP3)表示。根據式3所示線性表達式,IP1dB壓縮點用于預測混頻器增益降低1dB時對應的輸入功率:
   

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