高速通信领域的混频器和调制器分析

器的噪声指数的两倍。

　　隔离

　　混频器中的隔离在以下端口之间指定：RF与IF；LO与IF；IF与RF以及LO与RF。隔离量度计算一个端口到另一个端口的泄漏功率。例如，要测量LO到RF的隔离，只需将一个信号施加到LO端口，然后测量RF端口的这个输入LO信号的功率。

　　由于输入信号（特别是LO）较高，足以导致系统性能下降，因此隔离至关重要。LO泄漏会通过干扰RF放大器或在天线端口辐射RF能量，从而干扰输入信号。LO至IF输出的泄漏会压缩接收器阵列中剩余的IF单元，引起处理错误。

　　RF至IF的泄漏以及IF至RF的泄漏表示电路平衡性能，该性能与变频损耗有关。混频器的平衡性能越好，变频损耗就越低；因此，也具有较好的变频性能平坦度。理想情况下，隔离规格尽可能高，并且在最终的外形板设计上具有屏蔽和良好的布局。

　　1dB压缩点

　　在接收系统中，混频器最有可能是整个系统中 功率最高的器件。因此线性规格非常重要，它可以确定整个接收器的诸多系统规格和发射能力。

　　在标准或线性工作条件下，混频器的变频损耗是恒定的，与RF功率无关。这意味着，当你以1dB的幅度增加输入功率时，输出功率也会以1dB递增。在P1dB压缩点，输入功率增加，以便输出不随输入功率线性增加。这也是混频器变频损耗高出理想值1dB的原因（图2）。　　

　　在P1dB点或更高点运行混频器会使需要的IF或RF信号失真，同时会增加频谱中的杂散量。完整信号链的1dB压缩点会影响系统的动态范围。混频器的典型P1dB规格介于0至15 dB之间。P1dB越高，性能越高，系统动态范围相应地越好。

　　三阶截取点

　　与P1dB类似，三阶截取点（IP3）也会影响系统性能。不佳的三阶交调性能与IP3有直接关系，并且会增加真实工作条件下的噪声基底。这看来会降低无线接收器的灵敏度，相应地降低整个无线通信系统的性能。因此，IP3点越高越好。

　　要测量IP3，我们对RF输入端施加两个相同功率的输入信号F1和F2 （假设这是下变频过程）。要计算IP3，由于非常靠近相关的IP输出，因此我们在（2F2 – F1） – FLO和（2F1 – F2） – FLO产生相关的三阶交调失真（IMD3），我们从中频输出去掉该失真，得到以下计算结果：

　　由于未能达到实际的IP3点，因此IP3点是从IMD3获得的理论值。混频器的输出级在达到IP3之前饱和。一般对于无源混频器而言，高频信号的IP3至少为P1dB以上15 dB，低频信号的IP3至少为压缩点以上10dB。

　　杂散信号

　　混频过程会产生输入信号的和与差的输出积以及大量额外的有害杂散信号（图3）。这些杂散信号包括基本的混频器输入和输出、其谐波产物（nRF、mLO或kIF）和交调产物、nRF ± mLO（下变频）和nLO ± mIF（上变频）。　　

　　图3：混频器输出的频谱图显示产生的所有不同产物。需要的信号为和频或差频，不过请注意，有害镜像信号和二阶和三阶信号为谐波的结果。滤波有助于减少这些有害信号。

　　我们将这些交调产物定义为有害的混频产物。这些杂散响应是由于输入信号和LO的谐波混频引起的。这些杂散信号的电平取决于诸多因素。信号输入电平、负载阻抗、温度和频率都会影响杂散信号。

　　谐波产物（nRF、mLO或kIF）以指数级增加输出信号的功率。这些有害产物可以简单地以数学方式按照以下显示功率增加的等式表示：

　　基本：VOut = Acos（ωt） （10）

　　二次谐波为二次幂：A2cos（2ωt） （11）

　　三次谐波为三次幂：

　　A3cos（3ωt） （12）

　　由于滤波的复杂性和受这些杂散响应影响的频率性能的广泛性，非线性失真产物会对宽带系统产生相当大的影响。窄带应用仅受通带的失真产物的影响。采用足够的带通滤波可以有效地减少大部分有害产物。但是，如前面提到的，IMD3产物极为靠近需要的信号，因此很难过滤出这样的信号。

　　镜像（边带抑制）

　　同时影响典型混频器的接收通路和发射通路的一种信号是镜像。离输入信号的RF输入端口2IF的信号将在下变频过程中直接被转换成与需要的输入信号相同的IF。滤波和采用多个IF级和镜像抑制混频器（IRM）等方法可以最大限度地降低这种有害信号的影响。

　　镜像就是按照系统规划来自需要的输出信号的“其它”输出，这是因为任何简单的混频器的输出都包含混频的和与差。可在混频器输出端实现更高的镜像抑制的高级混频器设计称为SSB或同相/正交（I/Q）调制器。例如，TI公司的TRF372017是一款高集成度锁相环/压控振荡器（PLL/VCO） I/Q调制器。

　　直流偏置

输出频谱的另一个关键部分是LO泄漏或直流偏置和载波抑制。隔离会影响混频器的这种功能，直流偏置是表示混频器不平衡的量度。此规格在I/Q调制器和解调器中特别重要。由于I/Q调制器和解调器本身就是两个混频器，因此这些混频器的部分不平