高性能的雙通道無(wú)源混頻器運用于MIMO接收器

多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)正越來(lái)越多地應用于高數據速率系統，如Wi-Fi和3G/4G蜂窩技術(shù)。MIMO系統較高的數據速率可增加系統容量并提升效率水平。為了降低系統復雜性和尺寸，MIMO接收器需要能夠處理多個(gè)通道的集成電路(IC)。為滿(mǎn)足這一需求，LTC559x雙通道無(wú)源下變頻混頻器系列提供了600MHz至4.5GHz的頻率覆蓋范圍。該混頻器系列包含LTC5590、LTC5591、LTC5592和LTC5593。表1羅列了每款混頻器的頻率覆蓋范圍和典型3.3V性能。這些混頻器可提供高轉換增益、低噪聲指數(NF)以及高線(xiàn)性度和低DC功耗。典型轉換增益為8dB，并具有一個(gè)26dBm的輸入三階截取點(diǎn)(IIP3)、10dB的噪聲指數和1.3W功耗。

LTC559x雙通道高性能混頻器系列非常適用于無(wú)線(xiàn)基礎設施MIMO接收器。此類(lèi)雙通道解決方案減少了組件數目、簡(jiǎn)化了LO信號的布線(xiàn)、以及減小了電路板面積。此外，每款LTC559x 器件還內置了集成型RF和LO平衡-不平衡轉換器、雙平衡混頻器、LO緩沖放大器和差分IF放大器，從而進(jìn)一步減低了總體解決方案尺寸、復雜性和成本。

表1：LTC559x系列的頻率覆蓋范圍和3.3V性能概要

混頻器描述

圖1中的簡(jiǎn)化示意圖描繪了雙通道混頻器拓撲結構，其采用無(wú)源雙平衡混頻器內核來(lái)驅動(dòng)IF輸出放大器。這些混頻器內核是四路開(kāi)關(guān)MOSFET，通常具有大約7dB的轉換損耗。然而在此場(chǎng)合中，位于其后的IF放大器增益大大彌補了該損耗，從而實(shí)現了8dB左右的總增益。差分IF輸出針對200Ω負載進(jìn)行了優(yōu)化。

圖1：雙通道混頻器的方框圖

LO通路采用了一個(gè)共用的平衡-不平衡轉換器，以將單端輸入轉換為一個(gè)差分LO，然后驅動(dòng)每個(gè)通道的獨立緩沖放大器。為了避免發(fā)生不希望的VCO負載拉移，在所有的操作模式中均保持了優(yōu)良的LO阻抗匹配。作為例子，圖2示出了LTC5591在各種不同操作條件下的LO輸入回程損耗。該特性免除了增設一個(gè)外部LO緩沖級的需要。

圖2：LTC5591在各種不同操作狀態(tài)下的LO輸入回程損耗

傳統基站維持的是一種由溫度控制的環(huán)境，并要求組件能在高達+85℃的溫度下運作。然而，較小的蜂窩和遠端射頻頭卻使組件面臨著(zhù)一種更加嚴酷的環(huán)境，組件被要求能夠在高達 +105℃的溫度下工作。LTC559x混頻器專(zhuān)門(mén)針對+105℃的溫度條件進(jìn)行了設計和實(shí)際的測試，旨在滿(mǎn)足上述要求。

為盡量減小解決方案尺寸， LTC559x混頻器組裝于小型5mm x 5mm 24引線(xiàn)QFN封裝。不過(guò)，小封裝尺寸只是導致總體解決方案尺寸減小的原因之一。高集成度將所需的外部組件數目減少至大約19個(gè)，從而最大限度地縮減了電路板面積、復雜性和成本。

接收器應用

圖3給出了LTC559x混頻器在一個(gè)雙通道接收器中的功能示意圖。在把單端RF信號施加至混頻器輸入端之前對其進(jìn)行放大和濾波。在該實(shí)例中示出的是差分IF信號通路，免除了增設一個(gè)IF平衡-不平衡轉換器的需要。SAW濾波器、IF放大器和集總元件帶通濾波器均為差分型。

圖3：LTC559x雙通道無(wú)源混頻器在接收器中的應用

在許多MIMO接收器中均使用了高靈敏度SAW濾波器，旨在隔離混頻器輸出端上不想有的雜散信號和噪聲?；祛l器的8dB轉換增益可補償這些濾波器的高插入損耗，并減輕它們對于系統噪聲層的影響?？傮w混頻器性能可接納濾波器損耗，同時(shí)使接收器能夠滿(mǎn)足靈敏度和雜散性能要求。

多通道接收器的另一個(gè)重要規格指標是“通道間隔離”。通道間隔離是相對于受驅動(dòng)通道輸出IF電平的未驅動(dòng)通道輸出IF電平。該參數的規定值通常優(yōu)于“天線(xiàn)間隔離”(高10dB)，以避免導致系統性能下降。憑借其精準的IC設計，LTC559x混頻器實(shí)現了大于45dB的通道間隔離，可滿(mǎn)足大多數多通道應用要求。

功耗和解決方案尺寸

伴隨多頻段/多模式基站拓撲結構的成熟以及4G網(wǎng)絡(luò )系統定義的進(jìn)一步細化，無(wú)線(xiàn)基礎設施呈現出這樣的發(fā)展方向，即：構建能以極少的硬件和軟件變更來(lái)實(shí)現各種不同頻段或模式要求的平臺配置。所有的LTC559x混頻器均共用同一種引出腳配置，因而可以很容易地將相同的電路板布局用于所有的頻段。

另外，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展還促使業(yè)界采用更小的蜂窩，例如：微微蜂窩和毫微微蜂窩。由于需要更多和更小的蜂窩，再加上遠端射頻頭使用量的增加，給基礎設施系統施加了額外的限制條件，因而要求更高的集成度和更小的解決方案尺寸。

隨著(zhù)蜂窩數目的增加，功耗指標也變得日益重要起來(lái)，這是因為能源成本將隨之成正比例地上升。另一方面，在遠端射頻頭中，由于依賴(lài)被動(dòng)冷卻的原因，熱應力是一個(gè)重大的問(wèn)題。只是簡(jiǎn)單地縮減解決方案尺寸還不夠，因為系統尺寸的縮小將導致較高的功率密度、較高的結溫、以及潛在的組件可靠性下降問(wèn)題。因此，有必要同時(shí)縮減系統的功耗和尺寸。這一目標是頗具挑戰性的，原因是一定不得犧牲RF性能。

過(guò)去，把兩個(gè)單獨的混頻器組合在一顆芯片上將產(chǎn)生2W的總功耗。為了降低功耗，LTC559x混頻器專(zhuān)門(mén)針對3.3V(而不是5V)工作電壓進(jìn)行了設計。低電壓電路設計方法既可降低功耗，又不會(huì )影響轉換增益、IIP3或噪聲指數性能。唯一受到較低電源電壓影響的參數是P1dB性能，其大約為11dBm。當驅動(dòng)200Ω負載阻抗時(shí)，IF放大器開(kāi)路集電極上的電壓擺幅會(huì )對 P1dB性能產(chǎn)生輸出限制。對于那些需要較高P1dB的應用，混頻器進(jìn)行了針對性的特別設計，允許IF放大器采用一個(gè)5V電源。較高的電壓可將P1dB提升至大于14dBm。