混頻器2x2雜散響應(yīng)和IP2關(guān)系

本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了二階交調(diào)截點(diǎn)（IP2）和2x2雜散響應(yīng)的定義，這些參數(shù)常見(jiàn)于混頻器等RF相關(guān)元件數(shù)據(jù)手冊(cè)中。通讀本應(yīng)用筆記將使用戶能夠?qū)P2轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的2x2雜散響應(yīng)值，反之亦然。

當(dāng)混頻器數(shù)據(jù)手冊(cè)在其交流電氣特性表中提供二階響應(yīng)信息時(shí)，它們將參考二階交調(diào)截點(diǎn)（IP2）性能或2x2雜散抑制性能。本應(yīng)用筆記旨在說(shuō)明這兩個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系及其對(duì)接收器設(shè)計(jì)的適用性。本文舉例演示了用于UMTS WCDMA系統(tǒng)的模擬MAX2有源混頻器的IP2和2x2關(guān)系。

混頻器諧波

在接收電路中，混頻器將高輸入射頻（RF）轉(zhuǎn)換為較低的中頻（IF）。此過(guò)程稱為下變頻，利用混頻器的RF輸入和本振輸入（LO）之間的差項(xiàng)進(jìn)行低側(cè)注入（LO頻率

fIF= ±fRF± fLO

其中 f如果是混頻器輸出端口的中頻，f射頻是施加到混頻器的射頻輸入端口的任何射頻信號(hào)，并且 f瞧是施加到混頻器LO輸入端口的本地振蕩器信號(hào)。

理想情況下，混頻器輸出信號(hào)的幅度和相位與輸入信號(hào)的幅度和相位成正比，與LO信號(hào)特性無(wú)關(guān)。（請(qǐng)注意，這與乘法器相反，在乘法器中，輸入幅度和相位關(guān)系在器件輸出端不保留。根據(jù)這一假設(shè)，混頻器的幅度響應(yīng)對(duì)于RF輸入是線性的，并且與LO輸入無(wú)關(guān)。

然而，混頻器的非線性會(huì)產(chǎn)生不需要的混頻產(chǎn)物，稱為雜散響應(yīng)，這是由于不需要的信號(hào)到達(dá)混頻器的RF輸入端口并在IF頻率下產(chǎn)生響應(yīng)引起的。到達(dá)RF輸入端口的信號(hào)不一定必須落入所需的RF頻段才會(huì)很麻煩。其中許多信號(hào)的功率電平足夠高，以至于混頻器前面的RF濾波器無(wú)法提供足夠的靈敏度來(lái)防止它們引起額外的雜散響應(yīng)。當(dāng)它們干擾所需的IF頻率時(shí)，混頻機(jī)制可以描述為：

fIF= ±m(xù) fRF±n fLO

請(qǐng)注意，m和n是RF和LO頻率的整數(shù)諧波，它們混合以產(chǎn)生許多雜散產(chǎn)物的組合。實(shí)際上，這些雜散分量的振幅隨著m或n值的增加而減小。

知道所需的RF頻率范圍后，使用頻率規(guī)劃來(lái)仔細(xì)選擇IF和產(chǎn)生的LO頻率選擇，以盡可能避免雜散混頻產(chǎn)物。濾波器用于抑制可能導(dǎo)致帶內(nèi)IF響應(yīng)的帶外RF信號(hào)。混頻器之后的IF濾波器靈敏度被指定為僅通過(guò)所需的頻率，從而在最終檢波器之前濾除雜散響應(yīng)信號(hào)。IF頻帶內(nèi)出現(xiàn)的雜散響應(yīng)不會(huì)被IF濾波器衰減。

許多類型的平衡混頻器抑制某些雜散響應(yīng)，其中m或n為偶數(shù)。理想的雙平衡混頻器可抑制m或n（或兩者）為偶數(shù)的所有響應(yīng)。IF、RF和LO端口在所有雙平衡混頻器中相互隔離。因此，使用設(shè)計(jì)合理的巴倫，這些混頻器可以具有重疊的RF、IF和LO頻段。

半中頻雜散頻率定位

本應(yīng)用筆記研究了特別麻煩的二階雜散響應(yīng)，稱為半中頻（2/1 IF）雜散響應(yīng)，該雜散響應(yīng)針對(duì)低邊注入的混頻器指數(shù)（m = 2， n = -2）和高端注入的混頻器指數(shù)（m = -2， n = 2）定義。對(duì)于低側(cè)注入，產(chǎn)生半中頻雜散響應(yīng)的輸入頻率位于所需RF頻率以下，數(shù)量為f如果從所需的RF輸入頻率/2（見(jiàn)圖1）。所需的RF頻率由1950MHz表示，結(jié)合LO頻率1750MHz，所得IF頻率為200MHz。在本例中，1850MHz處的無(wú)用信號(hào)在200MHz處產(chǎn)生半IF雜散產(chǎn)物。對(duì)于高端注入，產(chǎn)生半中頻雜散響應(yīng)的輸入頻率位于上方（乘以f如果/2） 所需的射頻。

圖1所示的半IF雜散響應(yīng)場(chǎng)景假設(shè)在UMTS WCDMA接收器中使用低側(cè)注入（m = 2，n = -2）。雖然WCDMA RF和IF載波占用3.84MHz帶寬，但它表示為表示中心載波頻率的單個(gè)頻率。

圖1.所需頻率的位置射頻， f瞧， f如果和不需要的 f半中頻.

假設(shè)：

fRF = 1950MHz

fLO = 1750MHz

fIF = 200MHz

Calculate fHalf-IF = fRF – fIF/2 = 1850

檢查：

2 × fHalf-IF – 2 × fLO =
2 × (fRF - fIF/2) - 2 × (fRF - fIF) =
2 × fRF – 2 × fIF/2 - 2 × fRF + 2 × fIF = fIF

結(jié)果：

2 × 1850MHz – 2 × 1750MHz = 200MHz

接收器 IP2

抑制量稱為2x2雜散響應(yīng)，可通過(guò)混頻器的IP2進(jìn)行預(yù)測(cè)。當(dāng)指定混頻器的IP2或2x2性能時(shí)，假設(shè)只有基波RF和LO頻率施加到混頻器端口，并且諧波失真僅在混頻器中產(chǎn)生?；祛l器前方RF路徑中使用的鏡像抑制濾波器可衰減任何放大器諧波。LO路徑中的噪聲濾波器衰減由LO注入源引起的諧波。高電平輸入信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真或互調(diào)產(chǎn)物，可以通過(guò)計(jì)算輸入或輸出的截點(diǎn)來(lái)量化1的設(shè)備或系統(tǒng)。輸入截點(diǎn)表示一個(gè)假設(shè)的輸入幅度，在該幅度下，所需信號(hào)分量和不需要分量的幅度相等。對(duì)于混頻器LO功率保持恒定的情況，交調(diào)截點(diǎn)或失真積的階數(shù)僅由RF乘法器決定，而不由LO乘法器決定，因?yàn)镽F信號(hào)的變化僅是問(wèn)題。階數(shù)是指失真產(chǎn)物的幅度隨著輸入電平的升高而增加的速度。例如，當(dāng)輸入信號(hào)升高2dB時(shí)，二階互調(diào)（IM）乘積的幅度將增加2dB。

半中頻雜散功率電平

MAX9993數(shù)據(jù)資料的交流電氣特性表如下：

1850MHz時(shí)的RF雜散電平設(shè)置為–5dBm。

1750MHz時(shí)的LO電平設(shè)置為+6dBm。

測(cè)量典型的 2RF – 2LO 雜散響應(yīng)，等于低于 RF 載波電平 70dB，因此以 dBc 為單位。

70dBc值稱為互調(diào)比（IMR）。

請(qǐng)注意，圖2中的信號(hào)電平是指計(jì)算輸入IP2或IIP2性能的混頻器的輸入。

圖2.折合混頻器輸入IIP2的信號(hào)的二階截點(diǎn)計(jì)算。

如此卓越的 2x2 性能水平可帶來(lái)以下結(jié)果：

IIP2 = 2 × IMR + PSPUR = IMR + PRF
IIP2 = 2 × 70dBc + (-75dBm) = 70dBc + (-5dBm)
IIP2 = +65dBm

同樣，Analog 的 MAX9982 900MHz 有源混頻器在類似條件下提供相當(dāng)于 2dBc 的典型 2RF – 65LO 雜散響應(yīng)，從而產(chǎn)生：

IIP2 = 2 × IMR + PSPUR = IMR + PRF
IIP2 = 2 × 65dBc + (-70dBm) = 65dBc + (-5dBm)
IIP2 = +60dBm

UMTS WCDMA 示例

在UMTS WCDMA 2G設(shè)計(jì)中使用MAX2數(shù)據(jù)資料中的9993x3值，計(jì)算出等效IIP2性能為+ 65dBm（如上圖2所示）。假設(shè)UMTS WCDMA蜂窩系統(tǒng)與DCS1800蜂窩系統(tǒng)位于同一位置，產(chǎn)生的帶外CW阻斷電平為+16dBm（如3GPP2標(biāo)準(zhǔn)中所述）。對(duì)于UMTS WCDMA接收器，在天線端子上計(jì)算的近似IIP2值為+128dBm。圖3為簡(jiǎn)化的接收器前端框圖，其中描述了通過(guò)第一混頻器的每個(gè)級(jí)的級(jí)增益、二階交調(diào)截點(diǎn)和半中頻靈敏度。

圖3.IIP2示例的簡(jiǎn)化框圖。

級(jí)聯(lián)IIP2的整體性能由級(jí)增益、半中頻頻率下的濾波器靈敏度以及混頻器2x2或IIP2性能共同決定。級(jí)聯(lián)的IIP2會(huì)因產(chǎn)品線中前面的功率增益值而降級(jí)（dB表示dB）。可以在混頻器前面增加RF靈敏度，以提供額外的雜散抑制。在天線上計(jì)算的等效截點(diǎn)提高了半中頻靈敏度（以dB為單位）的兩倍，因?yàn)槎沃C波失真分量的幅度以所需通道信號(hào)的兩倍速率增加。在天線上計(jì)算的 IIP2 為：

IIP2Cascade = IIP2Mixer – Gain + 2 × Sensitivity = +128dBm
IIP2Cascade = 65 – (-2 +25 –2) + 2 × (30 +12) = +128dBm

很明顯，MAX2的IIP9993高性能降低了濾波器靈敏度要求，滿足半中頻雜散響應(yīng)。例如，如果混頻器IIP2從+65dBm降低到+45dBm，級(jí)聯(lián)濾波器靈敏度必須增加10dB。

結(jié)論

通讀本應(yīng)用筆記后，應(yīng)該能夠?qū)⒒祛l器的2x2雜散響應(yīng)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的IIP2值，反之亦然。對(duì)這種二階關(guān)系的理解水平使RF工程師能夠確定所需應(yīng)用的適當(dāng)混頻器性能水平。MAX2 9993GHz混頻器和MAX2 9982MHz混頻器提供優(yōu)異的900x2 （IP2）性能，從而降低濾波器要求，非常適合高性能無(wú)線系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷