Sekoitin on RF -signaaliketjun keskeinen vaihe superheterodyne (super) -vastaanotinarkkitehtuurissa. Sen avulla vastaanotin voidaan virittää laajalle kiinnostavalle taajuuskaistalle ja muuntaa sitten haluttu vastaanotettu signaalitaajuus tunnetuksi kiinteäksi taajuudeksi. Tämä mahdollistaa kiinnostavan signaalin käsittelyn, suodattamisen ja demoduloinnin tehokkaasti. Superrakenteen rakenne on tyylikäs ja yksinkertainen, mutta todellinen suorituskyky riippuu sen muodostavien toiminnallisten lohkojen suorituskyvystä.
Huomaa, että kaikkialla läsnä olevan Supermanin on kehittänyt insinööri-nero majuri EH Armstrong 1930-luvulla ja se korvasi suurelta osin aiemman vastaanottimensa, super-regeneratiivisen suunnittelun (vaikka sitä käytetään edelleen ammattikäyttöön nykyään). Myöhemmin Armstrong keksi myös taajuusmodulaation, jota käytetään edelleen laajalti. Kuka tahansa heistä tekisi Armstrongista "edelläkävijä ja keksijä" -luokan, mutta on todella tärkeää saada nämä kolme radiota koskevaa keksintöä. Lisätietoja sekoittimen perusteista on TechZone -artikkelissa "Sekoittimen perusteet". Perus -super "yhden muunnoksen" vastaanottimessa sisääntulon kantoaallon RF -signaali vahvistetaan yhdellä tai useammalla matalan kohinan vahvistin (LNA) -vaiheella ja siirtyy sitten sekoittimeen (kuva 1). Sekoittimessa on kaksi tuloa: RF -signaali ja paikallinen oskillaattori (LO). LO on kiinteällä siirtymällä halutusta viritettävästä signaalista, ja se voidaan asettaa kantoaaltotaajuuden ylä- tai alapuolelle; Joissakin malleissa on teknisiä syitä, miksi yksi on etusijalla toiseen verrattuna.
Kuva 1: Superheterodyne-perusarkkitehtuuri sekoittaa RF-signaalin paikalliseen oskillaattoriin ja ylläpitää kiinteän poikkeaman vahvistettavan RF-signaalin kanssa, jotta saadaan aikaan alasmuunnos, kiinteän taajuuden IF-signaali, joka voidaan sitten vahvistaa ja demoduloida Baseband.
Sekoitin on epälineaarinen vaihe, joka yhdistää kaksi signaalia. Tämä epälineaarinen sekoitus tuottaa kaksi lähtöä: yhden kahden signaalitaajuuden summana ja toisen niiden erolla (muut ja/ja yliaallot tuotetaan myös epälineaarisella sekoitusprosessilla, mutta ne eivät ole mielenkiintoisia ja helppoja suodattaa). On olemassa sellainen kiinteä taajuuslähtö, jota kutsutaan välitaajuudeksi (IF), mikä tekee supersuunnittelusta niin tehokkaan. Tämä johtuu siitä, että riippumatta siitä, mikä tietty taajuus on viritetty, IF on aina samalla taajuudella. Koska IF -taajuus on aina sama, IF -vaihevahvistin ja sitä seuraava demodulaattori voidaan optimoida yhden tunnetun taajuuden suorituskykyyn.
Suodata sitten sekoittimen IF -ulostulo mahdollisten esineiden poistamiseksi (niin paljon kuin mahdollista) ja jatka sitten seuraavaan vaiheeseen lisävahvistusta ja demodulointia varten. Historiallisesti perinteinen AM -radio lähetti 455 kHz IF: tä, perinteinen FM -radio 10.7 MHz, mutta muut ammattisovellukset käyttivät erilaisia IF: itä.
Yksittäisen muuntamisen perussuperin lisäksi on myös kaksoistransversiotopologioita. Tätä käytetään korkeammille kantoaaltotaajuuksille, kuten 500 MHz tai yli 1 GHz, lievittämään signaalin suodatusongelmia ja kohinaongelmia optimoimalla kunkin vaiheen saavutettavissa oleva suorituskyky; kantaja kulkee ensimmäisen vaiheen sekoittimen/LO: n läpi pienentääkseen sen suunnilleen. Ensimmäinen 50-100 MHz: n IF muunnetaan sitten alaspäin toiseksi IF: ksi toisen sekoittimen/LO: n avulla. Tämä tarjoaa suunnittelijoille suuremman joustavuuden ja lievittää joitain yksittäisten komponenttien teknisiä vaatimuksia. (Kaupallisessa käytössä on jopa kolminkertaisia muunninvastaanottimia.) Kuva 2: Kaksoismuunnosmallissa perusperusmenetelmä laajentaa ensimmäistä alasmuunnosvaihetta korkeammalle taajuudelle virittämistä varten; IF -lähtö vastaa kiinteää taajuusta RF, joka sekoitetaan toisen vaiheen LO: n kanssa toisen IF -lähdön tuottamiseksi.
1. Zero-IF-suunnittelu
Vaikka erittäin tarkka LO/IF-menetelmä on ylivoimaisesti menestyksekkäimmin suunniteltu vastaanotinarkkitehtuuri, se kilpailee nyt toisesta menetelmästä: nolla-IF-vastaanotin, joka tunnetaan myös nimellä suora vastaanottimen muuntovastaanotin (DCR), The homodyne -vastaanotin tai synkroninen vastaanotin (kuva 3). Tässä LO -taajuus asetetaan hyvin lähelle halutun signaalin RF -kantoaaltotaajuutta. Sekoitettu lähtö on heti kantataajuudella eikä vaadi IF -vaihetta.
Kuva 3: Nolla-IF-menetelmässä käytetään LO: ta, joka on hyvin lähellä RF-signaalia ja muuttaa suoraan alas kantataajuudeksi ilman IF-välivaihetta.
Vaikka tämä menetelmä teoriassa vähentää peruspiirin monimutkaisuutta, se asettaa tiukat vaatimukset kaikille vaiheille, mukaan lukien dynaaminen alue, vakaus, särö, viritysalue ja melu. Joissakin huolellisesti valituissa ja suunnitelluissa sovelluksissa IC voi tehdä nolla-IF-vastaanottimet kilpailukykyisiksi tai paremmiksi kuin IF-tason supervastaanottimet.
2. Keskeiset sekoittimen parametrit
Sekoittimet voivat olla passiivisia (yleensä rakennettu diodeilla) tai aktiivisia laitteita, jotka käyttävät transistorin vahvistusta. Toimintamoduulina, joka kerää signaaleja laajalle RF-taajuuskaistalle ja muuntaa sen alas kiinteälle IF-taajuudelle, sekoittimilla on sille monia vaatimuksia. Aktiiviset ja passiiviset sekoittimet tarjoavat kumpikin erilaisia yhdistelmiä tärkeimmistä parametreista, jotka kaikki mitataan dB, ellei toisin mainita:
Kolmannen kertaluvun sieppauspiste tai tulon ristipiste (IIP3 tai IP3) liittyy epälineaarisen tuotesekoittimen vaikutukseen kolmannen kertaluvun epälineaarisen tuotetermin aiheuttamaan lineaarisesti vahvistettuun signaaliin. Kaksi testitaajuutta sekoittimen päästökaistalla käytetään kolmannen kertaluvun sieppauspisteen arvioimiseksi; tyypillisesti nämä testitaajuudet ovat noin 20-30 kHz: n päässä toisistaan. Korkeampi IP3 -arvo (dBm) osoittaa paremman sekoittimen.
Muunnoshäviö/-vahvistus on IF -lähtötehon ja RF -tulotehon suhde. Passiivisilla sekoittimilla tämä on aina häviö (negatiivinen dB), yleensä välillä -5 ja -10 dB. Vaikka se on sekoittimen tehokkuuden mittari, ongelma ei tässä ole DC -virtalähteen tehokkuus, vaan suhteellisen alhainen RF -tehotaso, jonka sekoitin näkee.
Kohinaluku (NF) on erittäin tärkeä, koska se kuvaa sekoittimen lisäämää kohinaa ja näkyy IF -lähdössä. Tämä on huolenaihe, koska kun kaistan sisäinen melu lisätään kiinnostavaan signaaliin, on lähes mahdotonta poistaa, tuhota signaali, tehdä demodulaatiosta haastavampi ja vähentää bittivirhesuhdetta (BER). Tyypillinen melu on 0.5–3 dB.
Eristys määrittää, missä määrin sekoitin estää RF- tai LO -tulosignaalin energian pääsyn IF -lähtöön, mikä voi tuhota ja vääristää IF: tä ja aiheuttaa demodulaatio -ongelmia ja virheitä. Se on RF- tai LO -tulon suhde vuoto -IF -lähtöön.
Dynaaminen alue mittaa signaalin enimmäistason ja pienimmän signaalitason välistä suhdetta, jonka sekoitin pystyy käsittelemään, ja antaa silti IF -signaalin, joka täyttää vaatimukset. Odotetusta RF -tulosta riippuen järjestelmä saattaa vaatia keskikokoista (50 dB) tai laajaa dynaamista aluetta (100 dB).
Nämä ovat vain ylimmän sekoittimen suorituskykyparametreja. Muita ovat kuvan hylkääminen, vahvistuksen pakkaus, DC -siirtymä ja 1 dB: n pakkauspiste.
3. Laaja valikoima sekoittimia
Sekoittimien myyjiä ovat perinteiset analogiset IC-toimittajat, joilla on RF-asiantuntemusta, sekä RF-keskeiset toimittajat, jotka kehittävät IC- ja erillisiä sekoittimia. Koska nämä kaksi ryhmää tarkastelevat sekoittimen suorituskykyä eri suunnista, niillä on eri painopistealueita prioriteettien ja kompromissien sekä yhteisten näkökohtien suhteen.
IC-toimittaja ADI esitteli ADL5350: n, joka on GaAs pHEMT yksipäinen passiivinen sekoitin, jossa on integroitu LO-puskurivahvistin (kuva 4).
Kuva 4: ADL5350 -passiivisekoittimessa on aktiivinen LO -vahvistin, joka yksinkertaistaa LO -signaalin muodostamisen toimintaa ja vaatimuksia.
Tämä laajakaistalaite pystyy käsittelemään taajuuksia 750 MHz - 4 GHz, ja se on suunniteltu solukkotukiasemille, joilla on erilaiset modulaatiotyypit ja -standardit. Puskurin avulla käyttäjä voi tarjota matalan tason LO: n, mikä yksinkertaistaa suunnittelua. Muunnoshäviö on 6.8 dB, kohina on 6.5 dB ja IP3 on 25 dB. Taajuuksien vuoksi ADL5350 käyttää 8 VFDFN: n paljastettua tyynyä, siruasteikkoa. (Sitä voidaan käyttää myös lisäprosessiin ylösmuunnokseen, mutta tämä on toinen tarina.)
CEL (aiemmin California Eastern Laboratory) tarjoaa UPC2757 -piisirun MMIC (monoliittinen mikroaaltouuni IC) RF -tulolle 0.1 - 2.0 GHz ja IF: lle 20 - 300 MHz (kuva 6).
Kuva 6: CEL: n UPC2757 -sarja sisältää perusaktiivisekoittimet 0.1 - 2.0 GHz: n RF -tuloille.
UPC2757TB on optimoitu pienelle virrankulutukselle, kun taas UPC2758TB on optimoitu pienille vääristymille. Jokaiselle IC: lle muunnosvahvistus on LO -taajuuden funktio (kuva 7).
Kuva 7: CEL: n UPC2757 MMIC: n muuntovahvistus vaihtelee LO -taajuuden mukaan; kaksi perheenjäsentä tarjoavat perusvaihtoehdot virrankulutukselle ja vääristymille.
Nämä ovat vain kaksi esimerkkiä. Sekoittimia on saatavana monilta toimittajilta; Laitteita voidaan käyttää eri RF- ja LO -taajuuksille sekä eri tehotasoille ja suorituskykyparametreille. Suunnittelijan päätöksentekoprosessissa luetellaan ensin perustaajuusvaatimukset ja vaadittavat arvot muille sekoittimen ominaisuuksille sekä mahdollinen joustavuus tai kompromisseja, jotka voivat ilmetä missä tahansa näistä tekijöistä.
Meidän muiden tuotteiden:
