以下應(yīng)用筆記比較了集成RF和無源混頻器解決方案的特性。它討論了兩種解決方案的主要功能，并展示了集成解決方案相對(duì)于無源解決方案的主要優(yōu)勢(shì)。

過去，RF設(shè)計(jì)人員使用無源下變頻混頻器來為其高性能接收器設(shè)計(jì)獲得最佳的整體線性度和雜散性能。在這些設(shè)計(jì)中使用分立式無源混頻器時(shí)有幾個(gè)缺點(diǎn)。

無源混頻器的插入損耗需要在RF或IF增益級(jí)中進(jìn)行補(bǔ)償，以確定所需的接收器整體噪聲系數(shù)性能。對(duì)于這些無源混頻器，用戶在比較性能與集成混頻器時(shí)，不僅要考慮三階輸入交調(diào)截點(diǎn)（IIP3），還要考慮輸出三階交調(diào)截點(diǎn)（OIP3）。無源混頻器的二階線性度性能很少能像集成平衡混頻器設(shè)計(jì)那樣好，這對(duì)于考慮接收器半中頻雜散非常重要。由于混頻器的線性度性能與LO驅(qū)動(dòng)電平直接相關(guān)，因此必須產(chǎn)生相當(dāng)大的LO注入信號(hào)，然后在印刷電路板上路由到無源混頻器的LO端口。需要外部RF級(jí)來放大這些信號(hào)，使整個(gè)設(shè)計(jì)容易受到LO輻射和拾取的影響。最后，無源混頻器通常會(huì)導(dǎo)致全分立設(shè)計(jì)，導(dǎo)致成本更高、印刷電路板空間更大，并且由于分立器件間容差而導(dǎo)致更大的性能變化。

集成（或有源）混頻器設(shè)計(jì)正變得越來越流行，因?yàn)樗鼈兊男阅芸膳c無源混頻器解決方案相媲美。集成混頻器可能由真平衡（吉爾伯特單元）設(shè)計(jì)或帶有IF放大器級(jí)的無源混頻器組成，從而產(chǎn)生增益而不是損耗。由于集成混頻器具有增益，因此不需要外部IF放大器級(jí)來彌補(bǔ)使用無源混頻器時(shí)所需的損耗。對(duì)于具有出色噪聲系數(shù)性能的集成混頻器，如Maxim的MAX9993、MAX9981和MAX9982，混頻器級(jí)前需要的RF增益更少，這意味著接收器的整體線性度性能更好。重申一下，由于在混頻器前面增加了更多的增益以最小化級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)，因此必須提高混頻器的線性度性能，以保持接收器的整體線性度。Maxim的MAX9993、MAX9981和MAX9982混頻器包括LO驅(qū)動(dòng)電路。

考慮Maxim的MAX9993高線性度下變頻混頻器，其功能如圖1所示：

圖1.MAX9993等效電路

MAX9993在PCS和UMTS頻段的標(biāo)稱規(guī)格為：

轉(zhuǎn)換增益 = 8.5dB

噪聲系數(shù) = 9.5dB

IIP3 = +23.5dBm

OIP3 = +32dBm

IIP2 = +60dBm

OIP2 = +68.5dBm

低LO驅(qū)動(dòng)電平：0至+6dBm

兩個(gè)開關(guān)可選 （SPDT） LO 輸入，用于 GSM 應(yīng)用（對(duì)于非開關(guān)應(yīng)用，如 cdma2000?，LO 開關(guān)可以是靜態(tài)的）

圖2所示為采用無源混頻器、IF放大器和LO放大器的分立解決方案。該圖假設(shè)使用單端元件，結(jié)果為劣質(zhì) 2德·階次線性度性能與Maxim集成混頻器系列相比。在查看集成RF混頻器數(shù)據(jù)手冊(cè)時(shí)，RF電路設(shè)計(jì)人員必須考慮無源設(shè)計(jì)中各個(gè)分立級(jí)的等效級(jí)聯(lián)響應(yīng)，以便與Maxim的集成混頻器進(jìn)行公平比較。例如，設(shè)計(jì)人員不能只看無源混頻器的 3RD訂單輸入截點(diǎn)，但也必須考慮其3RD排序輸出交調(diào)截點(diǎn)性能和整體級(jí)聯(lián)響應(yīng)，包括隨后的IF放大器級(jí)。此外，設(shè)計(jì)人員必須計(jì)算無源混頻器解決方案的等效增益和噪聲系數(shù)，并將結(jié)果與集成混頻器規(guī)格進(jìn)行比較。

圖2.分立混頻器/中頻放大器

對(duì)于每個(gè)級(jí)，使用以下表示法：

G = 轉(zhuǎn)換功率增益 NF = 噪聲系數(shù)

IIP3 = 輸入 3RD階次截點(diǎn)

OIP3 = 輸出 3RD訂單截點(diǎn)

示例：

請(qǐng)參閱圖 2。計(jì)算獲得與MAX9993性能相等的總級(jí)聯(lián)響應(yīng)所需的IF放大器規(guī)格，包括增益、噪聲系數(shù)和3RD訂單截點(diǎn)。假設(shè)微型電路? HJK-19MH無源混頻器與PCS和UMTS頻段中的標(biāo)稱規(guī)格一起使用，如下所示：

G1= -7.5dB

NF1= 7.5dB（假設(shè)）

IIP31= +29dBm

OIP31= IIP31+ 克1= +21.5分貝

使用MAX9993典型規(guī)格作為PCS和UMTS頻段的典型系統(tǒng)參數(shù)：

Gsys = 整體系統(tǒng)增益 = +8.5dB

NFsys = 整體系統(tǒng)噪聲系數(shù) = 9.5dB

IIP3sys = 整體系統(tǒng)輸入 3RD階次交調(diào)截點(diǎn) = +23.5dBm

OIP3sys = 整體系統(tǒng)輸出 3RD階次交調(diào)截點(diǎn) = +32dBm

所需的中頻放大器增益：從以下公式確定所需的中頻放大器增益：

Gsys = 8.5dB

= G1 + G2 so solving for G2，

G2 = Gsys - G1 = 8.5dB - （-7.5dB）

= 16dB

所需的中頻放大器噪聲系數(shù)：

為了獲得9.5dB的級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)性能，并假設(shè)無源混頻器噪聲系數(shù)等于7.5dB，請(qǐng)使用眾所周知的級(jí)聯(lián)噪聲因數(shù)方程確定所需的中頻放大器噪聲系數(shù)，其中噪聲系數(shù)（以dB為單位）等于10 * log（噪聲因數(shù)），其中噪聲因數(shù)為數(shù)字。

NFsys = 9.5dB

= 10 * log （System Noise Factor）

= 10 * log （Fsys）

= 10 * log （F1 + （F2 - 1） / G1）

Solve for NF2 using：

NF2 = 10 * log （（Fsys - F1） * G1 + 1）

= 10 * log （（10^（9.5 / 10） - 10^（7.5 / 10）） * （10^（-7.5 / 10）） + 1）

= 10 * log （（8.91 - 5.62） * 0.18 + 1）

= 10 * log （1.59）

= 2dB

所需的中頻放大器 3RD階次攔截性能：

使用級(jí)聯(lián)輸入交調(diào)截點(diǎn)公式確定中頻放大器IIP3要求：

IIP3sys （dBm） = +23.5dBm

= 10 * log （IIP3numeric）

= 10 * log （1 / （1/10^（IIP31 / 10） + 10^（G1 / 10） / 10^（IIP32 / 10）））

解決 IIP3 問題2為了確定所需的 3RD中頻放大器級(jí)的階次交調(diào)截點(diǎn)：

IIP32（dBm） = 10 * log （10^（G1 / 10） * （1 / 1^（IIP10sys / 3） - 10 / 1^（IIP101/ 10））））

= 10 * log （10^（-7.5/10） * （1 / （1 / 10^（23.5 / 10） - 1 / 10^（29 / 10））））

= 17.5分貝

這個(gè) IIP32值結(jié)果為以下 3RD放大器的階次輸出交調(diào)截點(diǎn)：

OIP32 （dBm） = OIP32 + G2

= +17.5dBm + 16dB

= +33.5dBm

級(jí)聯(lián)結(jié)果：

等效級(jí)聯(lián)參數(shù)匯總在下面的圖 3 中：

圖3.無源混頻器和IF放大器值，用于所需的級(jí)聯(lián)響應(yīng)。

根據(jù)計(jì)算出的中頻放大器規(guī)格，不僅很難找到增益為16dB、噪聲系數(shù)為2dB的中頻放大器，而且極好的2德·MAX9993的階次線性度性能無法利用這種分立方案實(shí)現(xiàn)。此外，至少需要一個(gè)甚至兩個(gè)外部LO放大器來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)微型電路HJK-13MH混頻器所需的+19dBm LO驅(qū)動(dòng)電平。

結(jié)論：

謹(jǐn)慎的接收電路設(shè)計(jì)人員不應(yīng)放棄使用集成混頻器解決方案的想法，除非首先計(jì)算分立式解決方案的等效級(jí)聯(lián)性能并將其與Maxim的集成混頻器進(jìn)行比較。與上面討論的分立式混頻器解決方案相比，使用集成混頻器解決方案的優(yōu)勢(shì)顯而易見。比較這兩種解決方案時(shí)必須考慮的最重要參數(shù)包括轉(zhuǎn)換增益、噪聲系數(shù)和線性度（主要是2德·和 3RD序）。本應(yīng)用筆記介紹了計(jì)算這些級(jí)聯(lián)參數(shù)的正確方法。

審核編輯：郭婷