mixer混頻過程解析

前面，對(duì)于使用n-path作基帶解調(diào)信號(hào)，我說：

關(guān)于npath電路（以fig19為例），從開關(guān)上方取電壓，是帶通濾波電路（若低通更換高通即可換為帶阻濾波電路），但是如果從電容上取電壓，則看作mixer下變頻電路。

兩者區(qū)別在于，上一種情況，rf信號(hào)沒經(jīng)過開關(guān)的“處理”就直接輸出了，而mixer的精髓在于“開關(guān)”的乘法過程，電容上的信號(hào)是流經(jīng)過開關(guān)的，這里面的開關(guān)過程才是真正的mixer混頻過程。

這是錯(cuò)誤的，混頻過程是雙向的。從開關(guān)上面取電壓，一樣存在混頻過程，電容上面的基帶信號(hào)被上變頻到RF上面輸出了。具體解釋如下：

先給出電路方便敘述：

fig1. npath從開關(guān)上取輸出(A點(diǎn))與從電容上取輸出(B點(diǎn))

RF信號(hào)經(jīng)過開關(guān)后被變頻（同時(shí)上變頻與下變頻），流到電容后，高頻分量被濾除（抑制），因此，只留下低頻信號(hào)在電容上（B點(diǎn)）。

至于A點(diǎn)上面，并不是我前面說的“rf信號(hào)沒經(jīng)過開關(guān)的‘處理’就直接輸出了”，因?yàn)槿绻悄菢拥脑?，A的信號(hào)應(yīng)該和rf信號(hào)完全一樣才對(duì)，而不應(yīng)該表現(xiàn)出任何的頻率特性。

實(shí)際上，A點(diǎn)的信號(hào)可以看作兩個(gè)部分組成，一部分是電容上面原有的電荷造成的電壓，這一部分電壓是低頻信號(hào)（前面說過了），經(jīng)過開關(guān)的作用又上變頻到高頻處（表現(xiàn)為帶通特性）。

另一部分是因?yàn)镽F信號(hào)對(duì)電容充放電造成的電壓變化（由于A點(diǎn)與rf信號(hào)通過電阻直連，這部分應(yīng)該是全通特性）。

這樣一看，從開關(guān)上（A點(diǎn)）取電壓，既有帶通特性，又有全通特性，那怎么辦？怎么解釋npath是帶通特性的？思考如下：

1 A點(diǎn)既有“帶通信號(hào)”又有“全通信號(hào)”，因此npath的帶通特性可能只是帶通特性為主，全通特性被壓制了，并非是絕對(duì)的帶通特性，甚至這兩種特性是可以轉(zhuǎn)換的。

2 為什么全通特性被壓制，肯定和電路結(jié)構(gòu)或者參數(shù)有關(guān)?；貞浀剑簄path的要求就是RC常數(shù)遠(yuǎn)大于Ton，這一點(diǎn)是關(guān)鍵。

3 RC常數(shù)很大，那么充電需要很久，每個(gè)電容都需要經(jīng)過很多個(gè)導(dǎo)通過程之后才能達(dá)到穩(wěn)定的采樣電壓。反過來說，每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電容上因?yàn)閞f信號(hào)造成的電壓變化是很緩慢、不明顯的。也就是說，A點(diǎn)的電壓主要是由電容貢獻(xiàn)，rf信號(hào)貢獻(xiàn)很少。也就是說，帶通特性的信號(hào)貢獻(xiàn)很大，全通特性的信號(hào)貢獻(xiàn)很少。所以此時(shí)，A點(diǎn)上呈現(xiàn)出很強(qiáng)的帶通特性。

4 反向思考如下：如果RC常數(shù)很小，那么充電很快，那么每個(gè)電容上很快就充滿電了。多塊呢？快到RF信號(hào)一變，“瞬間”電容就充滿電了，因此，電容電壓是和RF信號(hào)幾乎一模一樣的。也就是說，A點(diǎn)上面的電壓主要是由RF信號(hào)貢獻(xiàn)的，電容原有信號(hào)貢獻(xiàn)很少。也就是說，全通特性的信號(hào)貢獻(xiàn)很大，帶通特性的信號(hào)貢獻(xiàn)很少。所以此時(shí)，A點(diǎn)上面應(yīng)該呈現(xiàn)出全通特性。

驗(yàn)證如下：

1 rc常數(shù)很大（不能過大，不然要跑tran跑很久電壓才穩(wěn)定下來），B點(diǎn)的電壓如下：

fig2. B點(diǎn)電壓（全過程，大RC）

如前面分析，需要很多個(gè)充電過程（每個(gè)“小曲線”就是一個(gè)充電過程）才會(huì)達(dá)到“穩(wěn)定”（大致不變）。

fig3. B點(diǎn)電壓（“穩(wěn)定段”，大RC）

穩(wěn)定段，電壓波動(dòng)很小，和前面分析一致。這些小波動(dòng)就是rf信號(hào)直接造成的“全通特性”的信號(hào)。

2 RC常數(shù)很小，B點(diǎn)的電壓（取一個(gè)電容上面的電壓為例）如下：

fig4. B點(diǎn)電壓（小RC）

和分析的一樣，此時(shí)電容電壓緊緊跟隨rf信號(hào)變化，而不會(huì)有“穩(wěn)定”段，一直在高頻地變化著。下面的fig5給出了與之前分析類似的情況，藍(lán)線為B點(diǎn)電壓，在導(dǎo)通的時(shí)候緊隨A點(diǎn)電壓（紅線）變化。凸起的豎線與開關(guān)突然導(dǎo)通有關(guān)。

fig5. A/B點(diǎn)電壓（放大）

3 頻域仿真S11，先仿真大RC情況，如下圖，與分析一致，主要是帶通特性為主。

fig6. 大RC下頻域仿真

接下來是小RC下的仿真，應(yīng)該是一根直線，因?yàn)槭恰叭ㄌ匦浴睘橹?。出來是下面這樣的，我第一時(shí)間就懵逼了，然后想了很久，又想起了傳輸線的頻率特性好像也是這樣的正弦曲線。暫停想一想，哪里出錯(cuò)了？

fig7. 小RC下頻域仿真

答案如下：

fig8. 大小RC的電容設(shè)置（僅改變c）

fig9. 大小RC下的頻域響應(yīng)

答案：注意fig7中的單位大小。我還是太急了，沒注意到這個(gè)細(xì)節(jié)。

問：今天的勘霧是否就是”對(duì)的“？

答：不一定，很可能又是錯(cuò)的，但是應(yīng)該比之前更”對(duì)“。但是不合理的地方確實(shí)還是存在的，比如我用散射參數(shù)仿真，出來的更多是衡量功率情況，濾波器應(yīng)該用交流參數(shù)仿真，那樣是衡量電壓/電流情況，但是不影響總體道理（應(yīng)該不影響吧？）。

實(shí)際上，小RC情況就是經(jīng)典的采樣過程，因?yàn)檫@樣才可以保證電容電壓是“準(zhǔn)確采樣”導(dǎo)通瞬間被采樣信號(hào)的電壓情況。只要時(shí)鐘夠快，采樣出來的階梯電壓形狀很接近原信號(hào)情況。

npath（大RC情況）的“采樣過程”則是通過多路開關(guān)輪流導(dǎo)通，輪流采樣多個(gè)電容上的“穩(wěn)定”電壓來完成的，因此采樣出來的必然是一段一段（N路就有N段）的階梯電壓，含有很多諧波量（npath缺點(diǎn)之一），很明顯，N越大近似性就越好。