Mikser on superheterodüüni (super) vastuvõtja arhitektuuris RF -signaali ahela põhietapp. See võimaldab vastuvõtjat häälestada laia huviväärsuse sagedusribale ja seejärel muuta soovitud vastuvõetud signaali sagedus teadaolevaks fikseeritud sageduseks. See võimaldab huvipakkuvat signaali tõhusalt töödelda, filtreerida ja demoduleerida. Ülistruktuuri struktuur on elegantne ja lihtne, kuid tegelik jõudlus sõltub selle koostisosade funktsionaalsete plokkide toimivusest.
Pange tähele, et üldlevinud Supermani töötas välja insenerigeenius major EH Armstrong 1930ndatel aastatel ja asendas suures osas oma varasema vastuvõtja disaini, super-regeneratiivse disaini (kuigi seda kasutatakse tänapäevalgi professionaalsetes rakendustes). Seejärel leiutas Armstrong ka sagedusmodulatsiooni, mida kasutatakse siiani laialdaselt. Igaüks neist teeks Armstrongi kategooria "pioneer ja leiutaja", kuid on tõesti oluline, et need kolm raadioga seotud leiutist oleksid olemas. Mikseri põhitõdede kohta leiate lisateavet TechZone'i artiklist "Mikseri põhitõed". Põhilises super "ühe konversiooni" vastuvõtjas võimendatakse sisendkandja RF signaali ühe või mitme madala müratasemega võimendi (LNA) astmega ja seejärel siseneb segisti (joonis 1). Mikseril on kaks sisendit: raadiosignaal ja kohalik ostsillaator (LO). LO on soovitud häälestatavast signaalist fikseeritud nihkes ja seda saab seadistada kandesageduse kohale või alla; mõnel kujundusel on tehnilised põhjused, miks üks on teise ees.
Joonis 1: Superheterodüüni põhiarhitektuur segab raadiosignaali kohaliku ostsillaatoriga ja säilitab fikseeritud nihke koos häälestatava võimendatud raadiosignaaliga, et genereerida allakonverteeritud fikseeritud sagedusega IF-signaal, mida saab seejärel võimendada ja demoduleerida.
Mikser on mittelineaarne etapp, mis ühendab kaks signaali. See mittelineaarne segamine tekitab kaks väljundit: ühe kahe signaali sageduse summas ja teise nende erinevuse korral (ka teisi ja/ja harmoonilisi toodetakse mittelineaarse segamisprotsessi abil, kuid need ei ole huvitavad ja neid on lihtne filtreerida). Seal on selline fikseeritud löögisageduse väljund, mida nimetatakse vahesageduseks (IF), mis muudab ülidisaini nii tõhusaks. Seda seetõttu, et olenemata sellest, milline konkreetne sagedus on häälestatud, on IF alati samal sagedusel. Kuna IF -sagedus on alati sama, saab IF -etapi võimendi ja sellele järgneva demodulaatori optimeerida ühe tuntud sageduse toimimiseks.
Järgmisena filtreerige segisti IF väljund, et kõrvaldada kõik esemed (nii palju kui võimalik), ja jätkake järgmise etapiga edasiseks võimendamiseks ja demodulatsiooniks. Ajalooliselt kasutati traditsioonilist ringhäälingu AM -raadiot 455 kHz IF -d, traditsioonilist ringhäälingu FM -raadiot 10.7 MHz, kuid muud professionaalsed rakendused kasutasid erinevaid IF -sid.
Lisaks põhilisele ühe konversiooni superle on olemas ka topeltkonversiooni topoloogiad. Seda kasutatakse kõrgemate kandesageduste puhul, näiteks 500 MHz või üle 1 GHz, et leevendada signaali filtreerimisprobleeme ja müraprobleeme, optimeerides iga etapi saavutatavat jõudlust; kandja läbib esimese astme mikseri/LO, et vähendada seda ligikaudu. Seejärel muudetakse esimene mikser 50-100 MHz teise segisti/LO abil allapoole. See annab disaineritele suurema üldise paindlikkuse ja leevendab mõningaid komponentide spetsifikatsioonidele esitatavaid nõudeid. (Kaubanduslikus kasutuses on isegi kolmekordse konversiooni vastuvõtjaid.) Joonis 2: Topeltkonversiooniga konstruktsioonis pikendab põhiline supermeetod esimest allapoole teisendamise etappi häälestamiseks kõrgemal sagedusel; IF -väljund võrdub fikseeritud sagedusega RF -ga, mis segatakse teise astme LO -ga, et saada teine IF -väljund.
1. Zero-IF disain
Kuigi ülitäpne meetod LO/IF on vaieldamatult kõige edukamalt kavandatud vastuvõtjaarhitektuur, on see nüüd võitmas konkurentsi mõne teise meetodiga: null-IF-vastuvõtja, tuntud ka kui otsene vastuvõtja-teisendaja (DCR), The homodyne -vastuvõtja või sünkroonvastuvõtja (joonis 3). Siin on LO sagedus seatud soovitud signaali RF -kandesagedusele väga lähedale. Segatud väljund on kohe põhiribal ja ei vaja IF -etappi.
Joonis 3: null-IF-meetod kasutab LO-d, mis on RF-signaalile väga lähedal ja muundub otse põhiribale ilma vahepealse IF-etapita.
Kuigi see meetod vähendab teoreetiliselt põhiahela keerukust, seab see kõikidele etappidele, sealhulgas dünaamilisele vahemikule, stabiilsusele, moonutustele, häälestamisvahemikule ja mürale ranged nõuded. Mõne hoolikalt valitud ja kavandatud rakenduse puhul võib IC muuta null-IF-vastuvõtjad konkurentsivõimelisteks või paremateks kui IF-tasemega supervastuvõtjad.
2. Mikseri võtmeparameetrid
Mikserid võivad olla passiivsed (tavaliselt dioodidega ehitatud) või aktiivsed seadmed, mis kasutavad transistori võimendust. Funktsionaalse moodulina, mis kogub signaale laias raadiosagedusribas ja muundab need alla fikseeritud IF-sageduseks, on segistitel sellele palju nõudeid. Aktiivsed ja passiivsed segistid pakuvad erinevaid võtmeparameetrite kombinatsioone, mida mõõdetakse dB -des, kui pole teisiti öeldud:
Kolmanda järgu lõikepunkt või sisend ristpunkt (IIP3 või IP3) on seotud mittelineaarse tootesegaja mõjuga lineaarselt võimendatud signaalile, mis on põhjustatud kolmanda järgu mittelineaarsest tooteterminist. Kolmanda järgu lõikepunkti hindamiseks kasutatakse segisti pääsuriba kahte katsesagedust; tavaliselt on nende katsesageduste vahe umbes 20 kuni 30 kHz. Kõrgem IP3 väärtus (dBm) näitab paremat mikserit.
Konversiooni kadu/võimendus on IF väljundvõimsuse ja raadiosagedusliku sisendvõimsuse suhe. Passiivsete segistite puhul on see alati kaotus (negatiivne dB), tavaliselt vahemikus -5 kuni -10 dB. Kuigi see on mikseri efektiivsuse näitaja, pole siin probleemiks alalisvoolu toiteallika kasutegur, vaid suhteliselt madal raadiosagedusliku võimsuse tase, mida segisti sellest näeb.
Müraarv (NF) on väga oluline, kuna see iseloomustab mikseri lisatud müra ja ilmub IF väljundis. See on murettekitav, sest kui ribasisene müra on huvipakkuvale signaalile lisatud, on peaaegu võimatu signaali kõrvaldada, hävitada, demodulatsiooni keerukamaks muuta ja bittide veamäära (BER) vähendada. Tüüpiline müra on vahemikus 0.5 kuni 3 dB.
Isolatsioon määrab kindlaks, mil määral segaja takistab RF- või LO -sisendsignaali energia jõudmist IF -väljundisse, mis võib IF -d hävitada ja moonutada ning põhjustada demodulatsiooniprobleeme ja -vigu. See on RF või LO sisendi suhe lekke IF väljundisse.
Dünaamiline ulatus mõõdab maksimaalse signaaltaseme ja minimaalse signaaltaseme suhet, mida mikser suudab taluda, ja annab siiski spetsifikatsioonidele vastava IF -signaali. Sõltuvalt eeldatavast RF -sisendist võib süsteem nõuda keskmist (50 dB) või laia dünaamilist vahemikku (100 dB).
Need on ainult ülemise segistiga seotud jõudlusparameetrid. Teised hõlmavad pildi tagasilükkamist, võimenduse tihendamist, alalisvoolu nihet ja 1 dB tihenduspunkti.
3. Lai valik saadaolevaid segisteid
Mikserite müüjad hõlmavad traditsioonilisi raadiosagedusalaseid teadmisi omavaid analoog-IC-müüjaid, aga ka raadiosageduskeskseid müüjaid, kes arendavad IC- ja diskreetseid segisteid. Kuna need kaks rühma vaatavad mikseri jõudlust eri suundadest, on neil prioriteetide ja kompromisside ning ühiste aspektide osas erinevad fookusvaldkonnad.
IC tarnija ADI tutvustas ADL5350, mis on GaAs pHEMT ühe otsaga passiivne mikser koos integreeritud LO puhvervõimendiga (joonis 4).
Joonis 4: passiivne mikser ADL5350 sisaldab aktiivset LO võimendit, et lihtsustada LO signaali genereerimise toimimist ja nõudeid.
See lairibaseade suudab töödelda sagedusi vahemikus 750 MHz kuni 4 GHz ja on mõeldud erinevate modulatsioonitüüpide ja standarditega mobiilside tugijaamade jaoks. Puhver võimaldab kasutajal esitada madala taseme LO, mis lihtsustab disaini. Teisenduskaod on 6.8 dB, müraarv on 6.5 dB ja IP3 on 25 dB. Sageduste tõttu kasutab ADL5350 8 VFDFN katmata kiibi skaala paketti. (Seda saab kasutada ka täiendava konversiooniprotsessi jaoks, kuid see on teine lugu.)
CEL (endine California Eastern Laboratory) pakub UPC2757 ränikiipi MMIC (monoliitne mikrolaineahju IC) raadiosagedusliku sisendi jaoks vahemikus 0.1 kuni 2.0 GHz ja IF vahemikus 20 kuni 300 MHz (joonis 6).
Joonis 6: CELi UPC2757 seeria sisaldab põhilisi aktiivseid miksereid RF sisendite jaoks vahemikus 0.1 kuni 2.0 GHz.
UPC2757TB on optimeeritud väikese energiatarbimise jaoks, samas kui UPC2758TB on optimeeritud madala moonutuse jaoks. Iga IC puhul on teisendusvõimendus LO sageduse funktsioon (joonis 7).
Joonis 7: CEL -i UPC2757 MMIC teisendusvõimendus varieerub sõltuvalt LO sagedusest; kaks peamist pereliiget pakuvad põhilisi valikuid energiatarbimiseks ja moonutamiseks.
Need on vaid kaks näidet. Mikserid on saadaval paljudelt tarnijatelt; seadmeid saab kasutada erinevate RF- ja LO -sageduste jaoks, samuti erinevate võimsustasemete ja jõudlusparameetrite jaoks. Disaineri otsustusprotsessis loetletakse kõigepealt põhilised sagedusnõuded ja nõutavad väärtused muude segistiomaduste jaoks, samuti kõik paindlikkus või kompromissid, mis võivad esineda mis tahes nende tegurite puhul.
Meie teise tootega:
