超寬帶匹配 2GHz 至 14GHz 微波混頻器可解決棘手的設計難題

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計師所面臨的一些富挑戰性問(wèn)題。LTC5548 混頻器憑借以下主要特性簡(jiǎn)化了設計：

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

· 片內 LO 限制放大器免除了一個(gè)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 驅動(dòng)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) 端口連續地匹配

該器件具有一個(gè)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(shí)現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 驅動(dòng)功率的大多數微波混頻器不同，LTC5548 具有一個(gè)集成型 LO 緩沖器，因而所需的是一個(gè)使用起來(lái)容易得多的 0dBm 驅動(dòng)電平。由于該器件以一個(gè) 0dBm 信號為開(kāi)始，而不是其他替代器件常見(jiàn)的 +13dBm 或更高功率的信號，因此在其他端口上存在的實(shí)際 LO 泄漏降低 13dB。這導致濾波要求大幅度簡(jiǎn)化，對于 LTC5548 能夠支持的低 IF 頻率尤其如此。而且，片內 LO 緩沖器還顯著(zhù)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(wèn)題。

LTC5548 專(zhuān)為寬帶操作而設計，并且可以雙向使用 (用作一個(gè)上變頻混頻器或下變頻混頻器)。就是說(shuō)，其 RF 端口可以是一個(gè)輸入 (如在下變頻接收器中那樣)，或一個(gè)輸出 (如在上變頻發(fā)送器中那樣)。它的 RF 端口具有一個(gè)片內平衡-不平衡變壓器，因而使其能夠方便地執行單端操作。該平衡-不平衡變壓器在 2GHz 至 13.6GHz 的頻率范圍內連續地匹配至 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用，其 LO 端口也是單端的，并在 1GHz 至 12GHz 的頻率范圍內連續地匹配至 50Ω。此外，50Ω 阻抗終端是恒定的，這與 LTC5548 是使能還是停用無(wú)關(guān)。于是，接通和關(guān)斷混頻器不會(huì )產(chǎn)生任何擾動(dòng)，這可把 LO 信號源中的鎖相環(huán)解鎖。50Ω 匹配端口極大地簡(jiǎn)化了微波系統設計師的設計任務(wù)。首先，這有利于簡(jiǎn)化濾波以及至一個(gè) 50Ω 系統其他部分的連接。其次，對于某個(gè)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(gè)系統生產(chǎn)變化的范圍內提供了非常一致的性能。

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

圖 1 示出了寬帶發(fā)送器應用的一個(gè)實(shí)例。該電路采用一個(gè) 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(jìn)行上變頻，由此產(chǎn)生一個(gè)固定的 6.5GHz RF 輸出。為實(shí)現此類(lèi)寬帶輸入性能，采用一個(gè) Mini-Circuits 型號 TCM1-83X+ 平衡-不平衡變壓器以把單端輸入轉換至混頻器的差分 IF 端口。利用高端 LO 抑制，混頻器在接近 DC 至 3GHz 的頻率范圍內表現出相對平坦的轉換損耗，如圖 2 所示。在低于 5GHz 的任何 1GHz 輸入帶寬之內，增益平坦度優(yōu)于 1dB。一旦輸入被推至高于 5GHz，則轉換損耗開(kāi)始更快地變化。IIP3 在接近 DC 至 2.5GHz 的頻率范圍內保持在 23dBm 以上，同時(shí)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量非常少的極緊湊型解決方案，只需 0dBm 的 LO 驅動(dòng)?？傮w解決方案成本富吸引力，能使采用其他同類(lèi)器件的復雜微波電路解決方案大為簡(jiǎn)化并擁有更高的可制造性。

圖 1：上變頻器的設計，從寬帶 10MHz ~ 6GHz IF 轉換至固定的 6.5GHz RF 輸出

圖 2：轉換損耗和 IIP3 與輸入頻率的關(guān)系，采用高端 LO 驅動(dòng)和 LO倍頻器關(guān)斷，T_C = 25ºC

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