有源混频器差分至单端IF匹配

　　引言

　　高线性度有源混频器最近的性能改进使无线及电缆基础设施系统的设计人员对其吸引力在日益提高。与传统无源混频器相比，经过良好设计的高线性度有源混频器拥有以下几种优势：

　　·低本振(LO)泄漏电平

　　·低本振驱动电平

　　·更高输出信号电平

　　·更小解决方案尺寸

　　低LO泄漏是由于平衡电路拓扑的使用，以及近乎完美及 IC布局的可重复对称性。

　　在UHF及微波频段，低噪声放大器(LNA)、滤波器及压控振荡器(VCO)均一般为单端。鉴于此，早期的高线性度有源混频器要求为RF及LO端口使用外部变压器，从而增加了整个解决方案的尺寸。

　　现在，单端50Ω RF输入可以集成RF变压器来实现，而单端LO输入则能以集成放大器来使能，此类放大器可精确地将单端输入转换成用于驱动双平衡混频器开关内核的差分输入。

　　在典型的IF输出频段，SAW滤波器、放大器及ADC均可采用差分接口，故无需使用IF变压器。但很多系统仍要求采用单端IF输出。由于成本、物理尺寸及制造可变性等因素，利用这些应用中的变压器来执行差分至单端转换并不理想。且由于在芯片上实现VHF变压器所需的面积很大，故对这些应用中所使用的IF输出变压器进行集成并不实际。而执行差分至单端转换的内部IF放大器则可以在某些低功率有源混频器来实现，但在高线性度应用中的表现并不佳，除非在IF放大前能对混频器输出进行滤波。

　　变压器IF匹配

　　如图1所示的LT5522为一款带集成变压器RF输入的高信号电平下变频混频器。其射频端口从1.2GHz至2.3GHz于内部匹配。只需在RF输入上使用一个分流器件即可在低至600MHz或高至2.7GHz的频率上工作。LO输入经过内部匹配，以用于从400MHz至2.7GHz的单端50Ω工作。差分IF输出阻抗在内部被设置为400Ω电阻与1pF电容并联的阻抗网络。图1为一种由L1、L2及C4组成的简单、三组件、低通IF匹配网络，可将内部400Ω差分输出阻抗转换成240MHz IF频率上的200Ω差分。而变压器T1则将200欧姆差分IF输出转换成50Ω单端输出。

　　每一集电极开路IF输出从T1中心抽头上拽取15mA的DC偏置电流。

　　图1所示的低通匹配组件是基于图2所示的阻抗变压器。假设使用4:1变压器，则IF输出匹配的带宽很宽，这要归功于阻抗变压器的低Q值(Q=1)。

　　分立器件式拜仑中频匹配

　　低通IF匹配与变压器可用如图3所示的分立器件式拜仑来代替。L与C值被计算成可在IF频率上实现180°的相移，并转换阻抗。整个应用原理如图4所示，其中240MHz 拜仑由L1、L2、C4及C6构成。L3取消了内部1pF电容并给IF+ 引脚提供偏压，C7则为一个隔直电容。

　　与变压器相比，此分立器件式拜仑的带宽较窄。如果不要求50欧姆端接电阻的话，则可通过提高负载电阻来增加带宽。

　　所测性能

 　　两种IF匹配技术的测量性能列于表1。图5显示变压器匹配IF方案的转换增益、IIP3、单边带NF以及LO-IF泄漏与RF输入频率的关系。图6显示了分立IF匹配方案的相同参数。

　　这两种方案最大的不同是用分立器件式拜仑测得的 LO-IF 泄漏较高，与使用变压器方这两种方案最大的不同是用分立器件式拜仑测得的 LO-IF 泄漏较高，与使用变压器方案的泄漏相比为 -32dBm 比 -58dBm。由于分立器件式拜仑的器件值仅在 240MHz 中频上优化，因此会有较高的 LO 泄漏。变压器匹配方案的 IIP3 相对要高1.2dB，因为变压器在互调音频上的混频器输出呈现出一个宽带及平衡阻抗。相反，采用分立器件式拜仑方案的变频增益则相对要高 0.8dB，因为可消除变压器损耗。

　　两种匹配技术的RF性能与IF输出频率的关系如图7及图8所示。比较这两张图表，即可发现其最大的不同在于NF。分立器件式拜仑匹配在所需240MHz 中频的 ±20MHz 带宽内具有好的NF，但随着IF带宽的增加而迅速变差。而变压器匹配技术则在所显示的整个100MHz IF带宽内都具有良好的NF。

 

　　结语

　　当IF带宽小于20% IF频率时，分立器件式中频拜仑匹配技术是混频器应用中变压器匹配方案的一种良好替代。在此带宽内，最主要的性能下降是LO-IF泄漏。对于较宽的IF带宽而言，NF会增加得太高，故此时应采用变压器匹配方案。■