混频器

在RF和微波设计中，混频是信号链最关键的部分之一。今天我们就讲讲各种类型的混频器以及各自的优缺点。

顾名思义，混频器将两个输入信号混合，产生其频率之和或频率之差。利用混频器产生比输入信号高的输出频率时（两个频率相加），称为上变频；利用混频器产生比输入信号低的输出频率时，称为下变频。

<strong>单/双/三平衡无源混频器</strong>

最常见的混频器类型是无源混频器。此类混频器有不同的设计样式，如单端、单平衡、双平衡和三平衡等。使用最广泛的架构是双平衡混频器。这种混频器很受欢迎，因为其性能出色，实现和架构简单，性价比高，并能提供多种选项。

Q：为什么我不能将乘法器用作调制器或混频器？它们不是一回事吗？
A：并非如此，了解它们之间的区别十分重要。

乘法器有两个模拟输入，输出与两个输入幅度的乘积成比例（注1）。

V_OUT = K × V_IN1 × V_IN2

其中，K是维数为1/V的常数。理论上，一个信号可以输入任一输入端，输出不受影响。

调制器（或混频器）也有两个输入，但信号输入是线性的，而载波输入包含一个限幅放大器，或利用受它限制的足够大信号驱动。无论何种情况，载波信号都会变成一个方波，因此其幅度相对不重要——只要足够大，而且其噪声或幅度变化不会出现在输出端。公式变成：

V_OUT = K × V_SIGNAL × sgn(V_CARRIER)

乘法器用于模拟计算。一个例子是计算电路中的功率。与瞬时电压和电流成比例的信号施加于乘法器的输入端，其输出与瞬时功率成比例。

“优势”总是和“挑战”站在一起，即使被称为“下一代SDR收发器中的黑魔法”，“零中频”现在也面临一个亟待克服的挑战——发射本振泄漏，简称“发射LOL”。

未校正的发射LOL会在所需发射范围内产生无用发射，造成潜在的违反系统规范的风险。本文论述发射LOL的问题，并介绍在ADI的RadioVerse™ 收发器系列中实现的可消除此问题的技术。如果可以将发射LOL降低到足够低的水平，使其不再导致系统或性能问题，也许人们就可以不必为LOL问题而烦恼！

<strong>什么是LOL？</strong>

RF混频器有两个输入端口和一个输出端口，如图1所示。理想混频器将产生一个输出，它是两个输入的乘积。就频率而言，该输出的频率应当是FIN + FLO以及FIN – FLO，不含其它项。如果任一输入不在驱动状态下，则不会有输出。

虽然，许多有关调制的描述，都将其描绘成一种乘法过程，但，实际情况更为复杂。

首先，为清晰起见，若信号Acos和未调制载波cos(ωt)施加于理想乘法器的两路输入，则我们将得到一个调制器。这是因为两个周期波形A_scos(ω_st) 和 A_ccos(ω_ct)施加于乘法器（为便于分析，假定比例因子为1 V）输入端，产生的输出为：

<center>Vo(t) = ½A_sA_c[cos((ω_s + ω_c)t) + cos(ω<sub>s</sub – ω_c)t))]</center>

若载波A_ccos(ω_ct)幅度为1 V (Ac = 1)，则该式进一步简化为：

在混频过程中，混频器在其输出端上产生的并不只是所期望的信号。位于输入和 LO 频率之整数倍上的其他无用信号也会出现在混频器的所有端口上。这些寄生信号接着又相互混频并离开混频器的输出端口而进入信号链路的其余部分。此类不希望有的输出信号被称为 “杂散脉冲”。假如这些杂散脉冲的功率足够高，那就会在射频设计中引发很多问题，例如：发送器中相邻通道的污染、接收器中的灵敏度损失、或期望信号自身的失真。视系统要求的不同，有多种处理此类问题信号的方法。谨慎的频率规划和滤波虽然能够有助于大幅度减少杂散脉冲的数量，但是它们总是会有。因此，系统设计师必需在混频器输出端上准确地测量杂散电平，以确定怎样用最佳的方式应对它们，这一点是很重要。

测量混频器杂散并不是简单的事。常常有可能盲目地相信某个 “测得的” 信号来自于有关的混频器，但实际上它却是某种不当测试设置的人为产物。幸运的是，有一些用于缓解这些测试问题并确保观察到的测量信号仅来自于混频器的方法。图 1 示出了用于测量混频器杂散分量的正确测试设置。带通滤波器以及衰减器对于尽量减少测试设置对在频谱分析仪上测量之杂散脉冲的影响是至关重要。

本视频描述了 LTC5566 的应用，该器件是一款集成了可编程增益 IF 放大器的双通道混频器，可实现面向 5G LTE 服务的 3.6GHz 紧凑型、宽带 MIMO 接收机。此接收器拥有极其坚固的性能，能处理较强的阻断器，同时支持 100MHz 带宽。