میکسر یک مرحله کلیدی از زنجیره سیگنال RF در معماری گیرنده superheterodyne (super) است. این اجازه می دهد تا گیرنده در یک محدوده فرکانسی مورد علاقه تنظیم شود و سپس هر فرکانس سیگنال دریافتی دلخواه را به یک فرکانس ثابت شناخته شده تبدیل کند. این اجازه می دهد تا سیگنال مورد نظر به طور موثر پردازش ، فیلتر و تغییر شکل داده شود. ساختار فوق العاده زیبا و ساده است ، اما عملکرد واقعی بستگی به عملکرد بلوک های عملکردی تشکیل دهنده آن دارد.
توجه داشته باشید که سوپرمن در همه جا توسط نابغه مهندسی Major EH Armstrong در دهه 1930 توسعه داده شد و تا حد زیادی جایگزین طراحی گیرنده قبلی او شد ، طراحی فوق بازسازی (اگرچه امروزه هنوز در برنامه های حرفه ای استفاده می شود). متعاقباً ، آرمسترانگ مدولاسیون فرکانس را نیز اختراع کرد ، که هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. هر یک از آنها آرمسترانگ را به یک گروه "پیشگام و مخترع" تبدیل می کند ، اما داشتن این سه اختراع مرتبط با رادیو بسیار مهم است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد اصول اولیه میکسر ، مقاله TechZone "اصول اولیه مخلوط کن" را مشاهده کنید. در یک گیرنده فوق العاده "تبدیل واحد" ، سیگنال RF حامل ورودی توسط یک یا چند مرحله تقویت کننده نویز کم (LNA) تقویت شده و سپس وارد میکسر می شود (شکل 1). میکسر دارای دو ورودی است: سیگنال RF و نوسان ساز محلی (LO). LO در یک فاصله ثابت از سیگنال مورد نظر برای تنظیم است ، و می تواند در بالا یا پایین فرکانس حامل تنظیم شود. در برخی از طرح ها دلایل فنی وجود دارد ، چرا یکی بر دیگری برتری دارد.
شکل 1: معماری اصلی superheterodyne سیگنال RF را با نوسان ساز محلی مخلوط می کند و یک سیگنال RF تقویت شده را تنظیم می کند تا برای ایجاد یک سیگنال IF با تبدیل پایین ، با فرکانس ثابت تنظیم شود ، و سپس می توان آن را تقویت و تغییر شکل داد.
میکسر یک مرحله غیر خطی است که دو سیگنال را با هم ترکیب می کند. این اختلاط غیر خطی دو خروجی تولید می کند: یکی در مجموع دو فرکانس سیگنال ، و دیگری در تفاوت آنها (سایر و/هارمونیک ها نیز توسط فرایند اختلاط غیر خطی تولید می شوند ، اما جالب نیستند و به راحتی فیلتر می شوند). چنین خروجی فرکانس ضربان ثابتی به نام فرکانس متوسط (IF) وجود دارد که باعث می شود طراحی فوق العاده مثر باشد. این امر به این دلیل است که صرف نظر از فرکانس خاصی که تنظیم می شود ، IF همیشه در یک فرکانس است. از آنجا که فرکانس IF همیشه یکسان است ، تقویت کننده مرحله IF و تعدیل کننده بعدی می توانند برای عملکرد یک فرکانس شناخته شده بهینه شوند.
در مرحله بعد ، خروجی IF مخلوط کن را فیلتر کنید تا هرگونه مصنوعی (تا حد امکان) از بین برود و سپس برای تقویت و دمودوله بیشتر به مرحله بعدی بروید. از نظر تاریخی ، رادیو AM پخش سنتی از IF 455 کیلوهرتز ، رادیو FM پخش سنتی از 10.7 مگاهرتز استفاده می کرد ، اما سایر برنامه های حرفه ای از IF های مختلف استفاده می کردند.
علاوه بر مبدل تبدیل واحد اصلی ، توپولوژی تبدیل دوگانه نیز وجود دارد. این برای فرکانس های حامل بالاتر مانند 500 مگاهرتز یا بالاتر از 1 گیگاهرتز استفاده می شود تا با بهینه سازی عملکرد قابل دستیابی هر مرحله ، مشکلات فیلتر سیگنال و مشکلات نویز را کاهش دهد. حامل از طریق میکسر مرحله اول/LO عبور می کند تا تقریباً کاهش یابد IF اول 50-100 مگاهرتز سپس توسط میکسر دوم/LO به پایین تر به IF دوم تبدیل می شود. این امر انعطاف پذیری کلی بیشتری را برای طراحان فراهم می کند و برخی از الزامات مربوط به مشخصات قطعات فردی را برطرف می کند. (حتی سه گیرنده تبدیل در استفاده تجاری وجود دارد.) شکل 2: در طراحی تبدیل دوگانه ، روش فوق العاده اولیه اولین مرحله تبدیل به پایین را برای تنظیم با فرکانس بالاتر گسترش می دهد. خروجی IF معادل RF فرکانس ثابت می شود که با LO مرحله دوم مخلوط می شود تا خروجی IF دوم تولید شود.
1. طراحی Zero-IF
اگرچه روش فوق دقیق LO/IF با موفقیت ترین طراحی معمار گیرنده است ، اما اکنون در حال رقابت با روش دیگری است: گیرنده صفر IF ، همچنین به عنوان گیرنده تبدیل مستقیم گیرنده (DCR) ، گیرنده همودین یا گیرنده همزمان (شکل 3). در اینجا ، فرکانس LO بسیار نزدیک به فرکانس حامل RF سیگنال مورد نظر تنظیم شده است. خروجی مخلوط بلافاصله در پهنای باند قرار دارد و نیازی به مرحله IF ندارد.
شکل 3: روش صفر-IF از یک LO استفاده می کند که بسیار نزدیک به سیگنال RF است و مستقیماً بدون مرحله IF متوسط به باند پایه تبدیل می شود.
اگرچه این روش از نظر تئوری پیچیدگی مدار اصلی را کاهش می دهد ، اما الزامات سختگیرانه ای را در تمام مراحل شامل محدوده دینامیکی ، پایداری ، اعوجاج ، محدوده تنظیم و نویز تحمیل می کند. برای برخی از برنامه های با دقت انتخاب شده و طراحی شده ، IC می تواند گیرنده های صفر IF را رقابتی یا برتر از گیرنده های فوق العاده با سطح IF کند.
2. پارامترهای کلید میکسر
میکسرها می توانند منفعل (معمولاً با دیودها) یا دستگاههای فعال هستند که از افزایش ترانزیستور استفاده می کنند. به عنوان یک ماژول کاربردی که سیگنال ها را در یک باند فرکانسی RF گسترده جمع آوری کرده و آن را به یک فرکانس IF ثابت تبدیل می کند ، میکسرها نیازهای زیادی برای آن دارند. مخلوط کن های فعال و غیرفعال هر کدام ترکیب متفاوتی از پارامترهای کلیدی را ارائه می دهند که همه آنها در dB اندازه گیری می شوند ، مگر اینکه خلاف آن بیان شده باشد:
نقطه رهگیری مرتبه سوم یا نقطه متقاطع ورودی (IIP3 یا IP3) به تأثیر مخلوط کن محصول غیر خطی بر سیگنال تقویت شده خطی ناشی از اصطلاح محصول غیر خطی مرتبه سوم مربوط می شود. دو فرکانس آزمایشی در محدوده عبور میکسر برای ارزیابی نقطه رهگیری مرتبه سوم استفاده می شود. به طور معمول ، این فرکانس های آزمایش حدود 20 تا 30 کیلوهرتز از هم فاصله دارند. مقدار IP3 بالاتر (در dBm) نشان دهنده مخلوط کن بهتر است.
کاهش/افزایش تبدیل نسبت توان خروجی IF به توان ورودی RF است. برای میکسرهای منفعل ، این همیشه ضرر (منفی دسی بل) است ، معمولاً بین -5 تا -10 دسی بل. اگرچه این معیار اندازه گیری کارایی یک میکسر است ، اما مشکل در اینجا کارایی منبع تغذیه DC نیست ، بلکه سطح نسبتا پایین RF است که میکسر توسط آن می بیند.
شکل نویز (NF) بسیار مهم است زیرا نویز اضافه شده توسط میکسر را مشخص می کند و در خروجی IF ظاهر می شود. این نگران کننده است ، زیرا هنگامی که نویز درون باند به سیگنال مورد علاقه اضافه می شود ، حذف ، از بین بردن سیگنال ، ایجاد چالش بیشتر و کاهش نرخ خطای بیت (BER) تقریباً غیرممکن است. میزان نویز معمولی بین 0.5 تا 3 دسی بل است.
جداسازی درجه ای است که میکسر از رسیدن سیگنال ورودی RF یا LO به خروجی IF جلوگیری می کند ، که می تواند IF را از بین ببرد و تحریف کرده و مشکلات و خطاهای دمودولاسیون را ایجاد کند. این نسبت ورودی RF یا LO به خروجی IF نشت است.
محدوده دینامیکی نسبت حداکثر سطح سیگنال را به حداقل سطح سیگنال که میکسر می تواند کنترل کند اندازه گیری می کند و همچنان یک سیگنال IF را ارائه می دهد که با مشخصات مطابقت دارد. بسته به ورودی RF مورد انتظار ، سیستم ممکن است به محدوده دینامیکی متوسط (50 دسی بل) یا وسیع (100 دسی بل) نیاز داشته باشد.
اینها فقط پارامترهای عملکرد مربوط به میکسر بالا هستند. موارد دیگر شامل رد تصویر ، فشرده سازی افزایش ، افست DC و نقطه فشرده سازی 1 دسی بل است.
3. طیف گسترده ای از میکسرهای موجود
فروشندگان میکسر شامل فروشندگان IC سنتی آنالوگ با تخصص RF و همچنین فروشندگان RF محور هستند که میکسرهای IC و گسسته را توسعه می دهند. از آنجا که این دو گروه به عملکرد مخلوط کن از جهات مختلف نگاه می کنند ، از نظر اولویت ها و توافقات و جنبه های مشترک ، تمرکز متفاوتی دارند.
تامین کننده IC ADI ADL5350 را معرفی کرد ، که یک میکسر منفعل GaAs pHEMT تک سر و با تقویت کننده بافر LO یکپارچه است (شکل 4).
شکل 4: میکسر غیرفعال ADL5350 شامل یک تقویت کننده فعال LO برای ساده سازی عملکرد و الزامات تولید سیگنال LO است.
این دستگاه پهنای باند می تواند فرکانس های 750 مگاهرتز تا 4 گیگاهرتز را کنترل کند و برای ایستگاه های پایه سلولی با انواع و استانداردهای مدولاسیون مختلف طراحی شده است. بافر به کاربر اجازه می دهد LO سطح پایینی را ارائه دهد ، که این امر طراحی را ساده می کند. ضریب تبدیل 6.8 دسی بل ، رقم نویز 6.5 دسی بل و IP3 25 دسی بل است. با توجه به فرکانس های موجود ، ADL5350 از یک پد در معرض 8 VFDFN ، بسته در مقیاس تراشه استفاده می کند. (همچنین می تواند برای فرایند تکمیلی تبدیل مجدد استفاده شود ، اما این یک داستان دیگر است.)
CEL (قبلاً آزمایشگاه شرقی کالیفرنیا) تراشه سیلیکون UPC2757 MMIC (IC مایکروویو یکپارچه) را برای ورودی RF از 0.1 تا 2.0 گیگاهرتز و IF از 20 تا 300 مگاهرتز ارائه می دهد (شکل 6).
شکل 6: سری UPC2757 CEL شامل میکسرهای فعال اصلی برای ورودی RF بین 0.1 تا 2.0 گیگاهرتز است.
UPC2757TB برای مصرف برق کم و UPC2758TB برای اعوجاج کم بهینه شده است. برای هر IC ، افزایش تبدیل تابعی از فرکانس LO است (شکل 7).
شکل 7: افزایش تبدیل CM's UPC2757 MMIC با فرکانس LO متفاوت است. دو عضو اصلی خانواده انتخابهای اساسی برای مصرف برق و اعوجاج ارائه می دهند.
اینها فقط دو نمونه است. میکسرها از بسیاری از تامین کنندگان در دسترس هستند. این تجهیزات را می توان برای فرکانس های مختلف RF و LO و همچنین سطوح مختلف قدرت و پارامترهای عملکرد استفاده کرد. فرایند تصمیم گیری طراح ابتدا الزامات فرکانس اساسی و مقادیر مورد نیاز برای سایر ویژگی های مخلوط کن ، و همچنین هرگونه انعطاف پذیری یا مبادله ای را که ممکن است در هر یک از این عوامل وجود داشته باشد ، فهرست می کند.
محصول دیگر ما:
