超寬帶匹配 2GHz 至 14GHz 微波混頻器可解決棘手的設(shè)計難題

一款具集成型 LO 緩沖器和倍頻器的新型超寬帶混頻器解決了微波設(shè)計師所面臨的一些富挑戰(zhàn)性問題。LTC5548 混頻器憑借以下主要特性簡化了設(shè)計：

· 頻率覆蓋范圍從 DC 延伸至 6GHz 的 IF 端口簡化了寬帶 IF 采樣

· 片內(nèi) LO 限制放大器免除了一個外部 LO 緩沖級，從而降低了成本并最大限度地縮減了總體解決方案尺寸 (相比于混合模塊解決方案)

· 0dBm LO 驅(qū)動可減少總輻射泄漏，從而降低了外部濾波器和屏蔽要求

· 超寬帶 RF (2GHz 至 14GHz) 和 LO (1GHz 至 12GHz) 端口連續(xù)地匹配

該器件具有一個工作頻率范圍從 DC 至 6GHz 的寬帶差分 IF 端口。其低頻能力有利于實現(xiàn)更加靈活的頻率處理。LTC5548 非常適合接收寬帶信號，尤其是那些帶寬為 500MHz 至 1GHz 甚至更高的信號。

與通常需要巨大的 +13dBm (或更高) LO 驅(qū)動功率的大多數(shù)微波混頻器不同，LTC5548 具有一個集成型 LO 緩沖器，因而所需的是一個使用起來容易得多的 0dBm 驅(qū)動電平。由于該器件以一個 0dBm 信號為開始，而不是其他替代器件常見的 +13dBm 或更高功率的信號，因此在其他端口上存在的實際 LO 泄漏降低 13dB。這導致濾波要求大幅度簡化，對于 LTC5548 能夠支持的低 IF 頻率尤其如此。而且，片內(nèi) LO 緩沖器還顯著地改善了 RF-LO 端口隔離。這有助于減少與合成器信號源的頻率牽引 (由于 LO 輸入端上的寄生 RF 信號所致) 有關(guān)的任何問題。

LTC5548 專為寬帶操作而設(shè)計，并且可以雙向使用 (用作一個上變頻混頻器或下變頻混頻器)。就是說，其 RF 端口可以是一個輸入 (如在下變頻接收器中那樣)，或一個輸出 (如在上變頻發(fā)送器中那樣)。它的 RF 端口具有一個片內(nèi)平衡-不平衡變壓器，因而使其能夠方便地執(zhí)行單端操作。該平衡-不平衡變壓器在 2GHz 至 13.6GHz 的頻率范圍內(nèi)連續(xù)地匹配至 50Ω，并具有優(yōu)于 10dB 的回程損耗。

為使該器件真正地適用于寬帶應(yīng)用，其 LO 端口也是單端的，并在 1GHz 至 12GHz 的頻率范圍內(nèi)連續(xù)地匹配至 50Ω。此外，50Ω 阻抗終端是恒定的，這與 LTC5548 是使能還是停用無關(guān)。于是，接通和關(guān)斷混頻器不會產(chǎn)生任何擾動，這可把 LO 信號源中的鎖相環(huán)解鎖。50Ω 匹配端口極大地簡化了微波系統(tǒng)設(shè)計師的設(shè)計任務(wù)。首先，這有利于簡化濾波以及至一個 50Ω 系統(tǒng)其他部分的連接。其次，對于某個電路對外部匹配組件值變化的敏感度，極寬帶匹配的寬容度要大得多，因而在整個系統(tǒng)生產(chǎn)變化的范圍內(nèi)提供了非常一致的性能。

LTC5548 的 LO 端口可利用一個高達 12GHz 的信號源直接驅(qū)動，以實現(xiàn)最佳的噪聲指數(shù)和雜散性能?；蛘?，也可通過配置使該端口采用內(nèi)部倍頻器，該倍頻器在被選擇時 (通過一個數(shù)字選擇引腳來實現(xiàn)) 將取一個達 6GHz 的 LO 信號并在內(nèi)部將之倍頻以工作于 12GHz。這選項便于使用一個成本較低的低頻 PLL / 合成器。折衷之處是有稍高的噪聲系數(shù)和在混頻器的輸入和輸出會增加雜散，因為倍頻器不僅產(chǎn)生所需的LO頻率諧波，也會有半LO輸入頻率的諧波。結(jié)果是造就了極小的解決方案尺寸。

圖 1 示出了寬帶發(fā)送器應(yīng)用的一個實例。該電路采用一個 6.51GHz 至 12.5GHz 掃掠 LO 頻率對具有單 IF 輸入匹配的 10MHz 至 6GHz 輸入信號進行上變頻，由此產(chǎn)生一個固定的 6.5GHz RF 輸出。為實現(xiàn)此類寬帶輸入性能，采用一個 Mini-Circuits 型號 TCM1-83X+ 平衡-不平衡變壓器以把單端輸入轉(zhuǎn)換至混頻器的差分 IF 端口。利用高端 LO 抑制，混頻器在接近 DC 至 3GHz 的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出相對平坦的轉(zhuǎn)換損耗，如圖 2 所示。在低于 5GHz 的任何 1GHz 輸入帶寬之內(nèi)，增益平坦度優(yōu)于 1dB。一旦輸入被推至高于 5GHz，則轉(zhuǎn)換損耗開始更快地變化。IIP3 在接近 DC 至 2.5GHz 的頻率范圍內(nèi)保持在 23dBm 以上，同時仍然在高達 6GHz 的頻率條件下顯示出優(yōu)于 19dBm。這示例展示了一款外部組件數(shù)量非常少的極緊湊型解決方案，只需 0dBm 的 LO 驅(qū)動?？傮w解決方案成本富吸引力，能使采用其他同類器件的復雜微波電路解決方案大為簡化并擁有更高的可制造性。

圖 1：上變頻器的設(shè)計，從寬帶 10MHz ~ 6GHz IF 轉(zhuǎn)換至固定的 6.5GHz RF 輸出

圖 2：轉(zhuǎn)換損耗和 IIP3 與輸入頻率的關(guān)系，采用高端 LO 驅(qū)動和 LO倍頻器關(guān)斷，T_C = 25ºC

LTC5548 混頻器內(nèi)置于一個纖巧型 2mm x 3mm 塑料 QFN 封裝中，基于一種先進的 SiGe BiCMOS 工藝而建立并擁有非常一致的性能。