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深圳pcb抄板无线基站的高线性度混频器关键性能及参数

2012年06月20日08:57

    无线基站通信标准,例如GSM、UMTS和(当前的) LTE,定义了不同参数的下限指标,包括接收机的灵敏度和大信号性能。这些关键指标对无线基站中的每个射频功能模块提出了设计挑战。在接收信号通路,混频器性能主要影响接收机的灵敏度和大信号性能。本文介绍了混频器的关键性能和参数,有助于设计接收通道时选择最佳的混频器。
    无线基站接收机
    我们首先分析无线基站中的典型接收机方框图(图1)。
    图1. 无线基站接收机典型框图
    因为接收到的信号经过两次连续的下变频,变换到较低频率,这些接收机被称为超外差式接收机。如图所示,信号通过天线接收,然后经过第1级RF滤波器滤波,该滤波器通常用于滤除无用信号。随后,该滤波器输出通过一个LNA (低噪声放大器)进行放大,该放大器通常具有非常低的噪声系数。
    放大信号通过第2级RF滤波器再次进行滤波,该滤波器滤除限制混频器性能的无用信号的同时还对频率范围加以限制。经过滤波后带宽受限的信号被送入第一级混频器,在此通过与LO (本振)信号混频,下变频至一次IF频率。根据接收机结构的不同,该IF信号可以进一步下变频至更低的二次IF频率,然后送入基带进行解调处理。
    现在,我们开始研究接收链路中的混频器。因为影响接收机灵敏度和大信号性能的主要因素是混频器参数,应该对其进行仔细分析。
    混频器参数
    混频器的噪声系数表示从输入至输出的SNR (信噪比)衰减,该比值通常用对数表示(dB),如式1所示:
    (式1)
    另一个重要参数是变换增益(或变换损耗)。变换增益是判断混频器配置为有源架构或无源架构的重要依据。无源混频器不包含放大信号的元件,存在插入损耗(称为变换损耗);而有源混频器包含有源器件,能够提供变换增益。
    可以采用两种配置实现有源混频器:基于平衡(吉尔伯特单元)架构设计的集成混频器,或结合IF放大级的无源混频器,提供增益而非损耗。由于集成混频器具有放大能力,不需要额外的IF放大级补偿插入损耗。
    (式2)
    变换增益(或损耗)用对数表示,单位为dB,如式2所示,是频率的函数,电路板克隆定义在混频器的整个工作频率范围内。为了保证最佳接收性能,变换增益/损耗的变化应该在规定频率范围内尽可能小。
    由于无线基站通常工作在温度波动的环境下,应该给出整个工作温度范围内变换增益/损耗的规格,而且要求变化量尽可能小。由于正常工作条件下,较小的温度变化范围对设计裕量的要求也较小,而设计裕量对于系统规划非常有用,因此,温度范围在设计中是非常重要的因素。
    混频器在大信号下的特性利用一个称为“1dB压缩点” (该指标也称为压缩点(IP1dB))的混频器参数以及2阶、3阶交调截点(IP2和IP3)表示。根据式3所示线性表达式,IP1dB压缩点用于预测混频器增益降低1dB时对应的输入功率:
   

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