Mješalica je ključna faza lanca RF signala u arhitekturi superheterodinskog (super) prijamnika. Omogućuje prijamniku da se podesi na široki frekvencijski opseg od interesa i zatim pretvori bilo koju željenu primljenu frekvenciju signala u poznatu fiksnu frekvenciju. To omogućuje učinkovitu obradu, filtriranje i demodulaciju signala od interesa. Struktura super strukture je elegantna i jednostavna, ali stvarne performanse ovise o izvedbi njezinih sastavnih funkcionalnih blokova.
Imajte na umu da je sveprisutnog Supermana razvio inženjerski genij Major EH Armstrong 1930-ih godina i uglavnom je zamijenio njegov prijašnji dizajn prijemnika, super-regenerativni dizajn (iako se i danas koristi u profesionalnoj primjeni). Nakon toga, Armstrong je također izumio frekvencijsku modulaciju koja se još uvijek često koristi. Bilo tko od njih učinio bi Armstronga kategorijom "pionira i izumitelja", ali zaista je važno imati ova tri izuma povezana s radiom. Za više informacija o osnovama mješalice, pogledajte članak TechZone "Osnove miješalice". U osnovnom super prijemniku s "jednom pretvorbom", ulazni RF signal nosača pojačava se jednim ili više stupnjeva pojačala niskog šuma (LNA), a zatim ulazi u mikser (slika 1). Mješalica ima dva ulaza: RF signal i lokalni oscilator (LO). LO je na fiksnom odmaku od željenog signala koji se podešava i može se postaviti iznad ili ispod noseće frekvencije; postoje tehnički razlozi u nekim nacrtima, zašto jedan ima prednost nad drugim.
Slika 1: Osnovna arhitektura superheterodina miješa RF signal s lokalnim oscilatorom i održava fiksni pomak s pojačanim RF signalom koji treba podesiti tako da generira IF konverzijski signal fiksne frekvencije prema dolje, koji se zatim može pojačati i demodulirati osnovni opseg.
Miješalica je nelinearna pozornica koja kombinira dva signala. Ovo nelinearno miješanje daje dva izlaza: jedan na zbroju dviju frekvencija signala, a drugi na njihovoj razlici (ostali i / harmoniki se također proizvode nelinearnim postupkom miješanja, ali nisu zanimljivi i lako filtrirani). Postoji takav fiksni izlaz frekvencije otkucaja, koji se naziva međufrekvencija (IF), što super dizajn čini tako učinkovitim. To je zato što bez obzira na to koja je specifična frekvencija podešena, IF je uvijek na istoj frekvenciji. Budući da je IF frekvencija uvijek ista, pojačalo IF stupnja i sljedeći demodulator mogu se optimizirati za izvedbu jedne poznate frekvencije.
Zatim filtrirajte IF izlaz mješalice kako biste uklonili sve artefakte (što je više moguće), a zatim prijeđite na sljedeću fazu za daljnje pojačanje i demodulaciju. Povijesno gledano, tradicionalni emitirani AM radio koristio je 455 kHz IF, tradicionalni FM radio radio je 10.7 MHz, ali druge profesionalne aplikacije koristile su različite IF.
Pored osnovne super pretvorbe super, postoje i dvostruke pretvorbe topologije. To se koristi za veće noseće frekvencije, poput 500 MHz ili više od 1 GHz, za ublažavanje problema s filtriranjem signala i problema s šumom optimiziranjem dostignutih performansi svake faze; nosač prolazi kroz miješalicu / LO u prvom stupnju kako bi ga smanjio na približno Prvi miješalica / LO od 50-100MHz se zatim dalje pretvara u drugi IF. To pruža dizajnerima veću ukupnu fleksibilnost i ublažava neke zahtjeve za pojedine specifikacije komponenata. (Postoje čak i trostruki pretvarači u komercijalnoj upotrebi.) Slika 2: U dizajnu dvostruke pretvorbe, osnovna super metoda proširuje prvu fazu pretvorbe prema dolje za ugađanje na višoj frekvenciji; IF izlaz postaje ekvivalentan fiksnoj frekvenciji RF, koja se miješa s LO drugog stupnja kako bi se dobio drugi IF izlaz.
1. Dizajn nula-IF
Iako je metoda LO / IF ultra preciznosti daleko najuspješnije dizajnirana arhitektura prijamnika, ona sada stječe konkurenciju drugom metodom: nula-IF prijamnik, također poznat kao prijemnik s izravnom pretvorbom (DCR), homodinski prijamnik ili sinkroni prijemnik (slika 3). Ovdje je LO frekvencija postavljena vrlo blizu RF frekvenciji nosača željenog signala. Mješoviti izlaz je odmah u osnovnom pojasu i ne zahtijeva IF stupanj.
Slika 3: Metoda nultog IF koristi LO koji je vrlo blizu RF signalu i izravno se pretvara u osnovni opseg bez međufaze IF stupnja.
Iako ova metoda teoretski smanjuje složenost osnovnog kruga, nameće stroge zahtjeve na svim stupnjevima, uključujući dinamički raspon, stabilnost, izobličenja, raspon podešavanja i buku. Za neke pažljivo odabrane i dizajnirane aplikacije, IC može prihvatnike s nula IF učiniti konkurentnima ili superiornima od super prijemnika s razinama IF.
2. Ključni parametri miksera
Mješalice mogu biti pasivne (obično se grade s diodama) ili aktivne uređaje koji koriste tranzistorsko pojačanje. Kao funkcionalni modul koji prikuplja signale u širokom frekvencijskom opsegu i pretvara ih u fiksnu IF frekvenciju, mikseri za njega imaju mnogo zahtjeva. Aktivne i pasivne miješalice pružaju različite kombinacije ključnih parametara, a svi se mjere u dB, ako nije drugačije navedeno:
Prekrižna točka ili ulazna poprečna točka trećeg reda (IIP3 ili IP3) odnosi se na učinak nelinearne mješalice proizvoda na linearno pojačani signal uzrokovan nelinearnim pojmom proizvoda trećeg reda. Dvije probne frekvencije unutar propusnog opsega miksera koriste se za procjenu točke presretanja trećeg reda; tipično su ove ispitne frekvencije oko 20 do 30 kHz. Viša vrijednost IP3 (u dBm) ukazuje na bolji mikser.
Gubitak / dobitak pretvorbe je omjer IF izlazne snage i RF ulazne snage. Za pasivne miješalice to je uvijek gubitak (negativni dB), obično između -5 i -10 dB. Iako je to mjera učinkovitosti mješalice, ovdje problem nije učinkovitost istosmjernog napajanja, već relativno niska razina RF snage koju mješač vidi kod nje.
Vrijednost buke (NF) vrlo je važna jer karakterizira buku koju dodaje miješalica i pojavljuje se na IF izlazu. To je zabrinjavajuće, jer kada se signal unutar opsega doda šum unutar opsega, gotovo je nemoguće eliminirati, uništiti signal, učiniti demodulaciju izazovnijom i smanjiti stopu pogreške u bitu (BER). Tipična vrijednost buke je između 0.5 i 3 dB.
Izolacija definira stupanj do kojeg mješalica sprečava da RF ili LO energija ulaznog signala dosegne izlaz IF, što može uništiti i iskriviti IF te uzrokovati probleme i pogreške u demodulaciji. To je odnos RF ili LO ulaza prema propuštanju IF izlaza.
Dinamički opseg mjeri omjer maksimalne razine signala i minimalne razine signala koju mješalica može podnijeti, a i dalje pruža IF signal koji udovoljava specifikacijama. Ovisno o očekivanom RF ulazu, sustav može zahtijevati srednji (50 dB) ili široki dinamički raspon (100 dB).
To su samo parametri performansi koji se odnose na gornju miješalicu. Ostalo uključuje odbacivanje slike, kompresiju pojačanja, DC pomak i točku kompresije od 1 dB.
3. Širok raspon mješalica
Dobavljači mješalica uključuju tradicionalne dobavljače analognih IC-a s RF znanjem, kao i dobavljače usmjerene na RF koji razvijaju IC i diskretne mješalice. Budući da ove dvije skupine promatraju izvedbu miksera iz različitih pravaca, imaju različita područja fokusa u smislu prioriteta i kompromisa, kao i zajedničkih aspekata.
Dobavljač IC-a ADI predstavio je ADL5350, koji je GaAs pHEMT jednokračna pasivna mješalica s integriranim pojačalom LO međuspremnika (slika 4).
Slika 4: Pasivna mješalica ADL5350 uključuje aktivno LO pojačalo radi pojednostavljenja rada i zahtjeva za generiranjem LO signala.
Ovaj širokopojasni uređaj može rukovati frekvencijama od 750 MHz do 4 GHz i dizajniran je za bazne stanice s različitim vrstama modulacije i standardima. Međuspremnik omogućuje korisniku da pruži nisku razinu LO, što pojednostavljuje dizajn. Gubitak pretvorbe je 6.8 dB, broj buke 6.5 dB, a IP3 25 dB. Zbog uključenih frekvencija, ADL5350 koristi 8 VFDFN izloženih jastučića, paket s čipom. (Može se koristiti i za dopunski postupak pretvorbe, ali ovo je druga priča.)
CEL (bivši California Eastern Laboratory) pruža UPC2757 silicijski čip MMIC (monolitna mikrovalna IC) za RF ulaz od 0.1 do 2.0 GHz i IF od 20 do 300 MHz (slika 6).
Slika 6: CEL-ova serija UPC2757 uključuje osnovne aktivne mješalice za RF ulaze između 0.1 i 2.0 GHz.
UPC2757TB optimiziran je za malu potrošnju energije, dok je UPC2758TB optimiziran za mala izobličenja. Za svaki IC, dobitak pretvorbe je funkcija LO frekvencije (slika 7).
Slika 7: Dobitak konverzije CEL-ovog UPC2757 MMIC varira s LO frekvencijom; dva glavna člana obitelji daju osnovne izbore za potrošnju i izobličenje energije.
Ovo su samo dva primjera. Mješalice su dostupne od mnogih dobavljača; oprema se može koristiti za različite RF i LO frekvencije, kao i za različite razine snage i parametre performansi. Dizajnerov postupak donošenja odluka prvo navodi osnovne zahtjeve za frekvencijom i potrebne vrijednosti za ostala svojstva miješalice, kao i svu fleksibilnost ili kompromise koji mogu postojati u bilo kojem od ovih čimbenika.
Naš drugi proizvod:
