使用無源LC巴倫優(yōu)化MAX2538的FM路徑

本應(yīng)用筆記介紹了183.6MHz單端FM IF濾波器的接口設(shè)計(jì)。使用“巴倫”的無源LC網(wǎng)絡(luò)提供所需的平衡至非平衡接口。該設(shè)計(jì)使用 4 個(gè)電感器和 3 個(gè)電容器。通過匹配網(wǎng)絡(luò)和FM濾波器的插入損耗為4.9dB。

MAX2538蜂窩前端IC具有專用混頻器，用于AMPS蜂窩信號(hào)路徑。蜂窩頻段LNA（低噪聲放大器）（869至894MHz）對(duì)于AMPS和蜂窩CDMA（碼分多址）都是通用的?；祛l器設(shè)計(jì)采用雙平衡，可實(shí)現(xiàn)最佳噪聲和LO（本振）抑制。該混頻器的IC引腳排列提供差分IF輸出，但提供單端RF輸入。

ADI公司的V3.5蜂窩電話參考設(shè)計(jì)采用具有單端輸入和輸出的FM IF濾波器，因此有必要將差分混頻器輸出轉(zhuǎn)換為單端操作。設(shè)計(jì)分立式L-C巴倫（平衡至非平衡變壓器）的困難主要?dú)w因于從混頻器輸出（~3.3 kilΩ）到IF濾波器輸入（180 Ω）的高阻抗變換（“Z”）比。這表示18：1 Z比，這在單節(jié)變壓器中很難實(shí)現(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)，4：1的轉(zhuǎn)換比是低插入損耗的實(shí)際限制。為了將器件數(shù)量降至最低，采用單階LC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了1.5dB的插入損耗折衷方案。

下面是如何設(shè)計(jì)平衡到不平衡LC變壓器以及如何匹配FM濾波器的示例。

混頻器內(nèi)部源阻抗為 12 kilΩ ||（并行）0.75pF。選擇3.3 kilΩ外部負(fù)載電阻，以實(shí)現(xiàn)混頻器IIP3（輸入三階交調(diào)截點(diǎn)）、增益和NF（噪聲系數(shù)）的最佳整體權(quán)衡。為了充分利用MAX2538的功能，這些器件的目標(biāo)范圍約為+7dBm、13dB和8.5 dB。阻性負(fù)載還保持寬帶端接以吸收帶外反射，從而嚴(yán)重降低互調(diào)性能。

第 1 步：

通過仿真MAX2538 FM混頻器，提取輸出阻抗模型。為了簡化和正確仿真FM混頻器的平衡至非平衡L-C變壓器和FM濾波器匹配網(wǎng)絡(luò)，可以將IF負(fù)載電阻與混頻器的輸出模型相結(jié)合，并將差分并聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為差分串聯(lián)等效電路。

圖1.對(duì)混頻器輸出阻抗進(jìn)行建模以簡化設(shè)計(jì)。

第 2 步：

FM濾波器輸入和輸出模型必須在目標(biāo)頻率下已知。使用的濾波器來自東洋通信部分# TF3-J3DC5 （183.6MHz）

圖2.FM濾波器輸入和輸出阻抗。

第 3 步：

RF仿真軟件現(xiàn)在用于使用濾波器的2端口S參數(shù)來仿真Toyocom FM濾波器，并使用理想的元件值來建立參考點(diǎn)（見圖3）。圖4顯示了理想的頻率響應(yīng)。這個(gè)參考點(diǎn)提供了理想的性能。一旦使用實(shí)際電感器型號(hào)，由于實(shí)際電感器的品質(zhì)因數(shù)（Q）較低，性能將下降。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中應(yīng)使用具有高Q值的繞線電感器，以降低插入損耗。本應(yīng)用中使用的電容器應(yīng)為陶瓷單片片式電容器，因?yàn)樗鼈兊腝值在200.183MHz時(shí)大于6，并且插入損耗最小。

圖3.具有理想元件的單端匹配網(wǎng)絡(luò)是設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

圖4.理想的 FM 濾波器性能。

第 4 步：

一旦我們知道濾波器的輸入和輸出阻抗以及頻率響應(yīng)，就可以設(shè)計(jì)L-C平衡至非平衡（巴倫）變壓器。變壓器將在183.6MHz諧振。使用下面的公式，我們可以計(jì)算電路的諧振頻率。

如果我們選擇 L = 238.5nH 和 C = 3.15pF（從混頻器型號(hào)中選擇 2.4pF + 0.75pF = 3.15pF），F(xiàn)o = 183.6MHz。

因此，濾波器的輸入阻抗為55.49 - j64.33Ω;下面的電路將首先將混頻器的輸出阻抗匹配到55.49Ω。由于平衡至非平衡L-C變壓器并不理想，并且使用的電感器的Q值為35，因此電路將具有插入損耗，并且使用原始的183.6nH電感器不會(huì)在238.5MHz諧振。因此，必須重新調(diào)諧設(shè)計(jì)，以使用183nH在6.220MHz諧振，參見圖5。圖5中的電路的插入損耗為-1.44dB，見圖6。

圖5.設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)諧，可使用 183 nH 電感在 6.220 MHz 下諧振。

圖6.

第 5 步：

最后，平衡至非平衡L-C變壓器與東洋FM濾波器匹配。

圖7.最終設(shè)計(jì)使用 3 個(gè)電容器。

圖8.已完成設(shè)計(jì)的頻率響應(yīng)。

結(jié)論

平衡至非平衡L-C變壓器采用最少數(shù)量的分立元件（2個(gè)電感器和1個(gè)電容器）設(shè)計(jì)，并且插入損耗保持在最低水平。通過平衡至非平衡L-C變壓器的損耗為-1.44dB，通過FM濾波器在183.6MH處的插入損耗為-3.16dB。圖7所示為所用電路，性能如圖8所示。

審核編輯：郭婷