Mikser, süperheterodin (süper) alıcı mimarisindeki RF sinyal zincirinin önemli bir aşamasıdır. Alıcının ilgilenilen geniş bir frekans bandı üzerinden ayarlanmasına ve daha sonra istenen herhangi bir alınan sinyal frekansını bilinen bir sabit frekansa dönüştürmesine izin verir. Bu, ilgilenilen sinyalin verimli bir şekilde işlenmesini, filtrelenmesini ve demodüle edilmesini sağlar. Üst yapının yapısı zarif ve basittir, ancak gerçek performans, onu oluşturan fonksiyonel blokların performansına bağlıdır.
Her yerde bulunan Superman'in mühendislik dehası Binbaşı EH Armstrong tarafından 1930'larda geliştirildiğini ve önceki alıcı tasarımı olan süper rejeneratif tasarımın (bugün hala profesyonel uygulamalarda kullanılmasına rağmen) büyük ölçüde yerini aldığını unutmayın. Daha sonra Armstrong, hala yaygın olarak kullanılan frekans modülasyonunu da icat etti. Bunlardan herhangi biri Armstrong'u bir "öncü ve mucit" kategorisi yapacaktır, ancak radyo ile ilgili bu üç buluşa sahip olmak gerçekten önemlidir. Karıştırıcının temelleri hakkında daha fazla bilgi için "Karıştırıcının Temelleri" başlıklı TechZone makalesine bakın. Temel bir süper "tek dönüşüm" alıcısında, giriş taşıyıcı RF sinyali bir veya daha fazla düşük gürültülü amplifikatör (LNA) aşaması tarafından yükseltilir ve ardından miksere girer (Şekil 1). Mikserin iki girişi vardır: RF sinyali ve yerel osilatör (LO). LO, ayarlanması istenen sinyalden sabit bir sapmadadır ve taşıyıcı frekansın üstüne veya altına ayarlanabilir; bazı tasarımlarda teknik nedenler vardır, neden birinin diğerine göre öncelikli olduğu.
Şekil 1: Temel süperheterodin mimarisi, RF sinyalini yerel osilatör ile karıştırır ve daha sonra amplifiye edilebilen ve demodüle edilebilen bir aşağı dönüşüm, sabit frekanslı IF sinyali oluşturmak için ayarlanacak güçlendirilmiş RF sinyali ile sabit bir ofset tutar.
Karıştırıcı, iki sinyali birleştiren doğrusal olmayan bir aşamadır. Bu doğrusal olmayan karıştırma iki çıktı üretir: biri iki sinyal frekansının toplamında ve diğeri farklarında (diğer ve/harmonikler de doğrusal olmayan karıştırma işlemi tarafından üretilir, ancak bunlar ilginç değildir ve filtrelenmesi kolay değildir). Süper tasarımı bu kadar etkili kılan, ara frekans (IF) adı verilen böyle sabit bir vuruş frekansı çıkışı vardır. Bunun nedeni, hangi frekansa ayarlanmış olursa olsun, IF'nin her zaman aynı frekansta olmasıdır. IF frekansı her zaman aynı olduğundan, IF aşamalı amplifikatör ve sonraki demodülatör, bilinen tek bir frekansın performansı için optimize edilebilir.
Ardından, herhangi bir artefaktı (mümkün olduğunca) ortadan kaldırmak için mikserin IF çıkışını filtreleyin ve ardından daha fazla amplifikasyon ve demodülasyon için bir sonraki aşamaya geçin. Tarihsel olarak, geleneksel yayın AM radyosu 455 kHz IF, geleneksel yayın FM radyosu 10.7 MHz kullandı, ancak diğer profesyonel uygulamalar farklı IF'ler kullandı.
Temel tek dönüşüm süperine ek olarak, çift dönüşüm topolojileri de vardır. Bu, her aşamanın ulaşılabilir performansını optimize ederek sinyal filtreleme sorunlarını ve gürültü sorunlarını hafifletmek için 500 MHz veya 1 GHz üzeri gibi daha yüksek taşıyıcı frekansları için kullanılır; taşıyıcı, onu yaklaşık olarak azaltmak için birinci aşama karıştırıcı/LO'dan geçer. 50-100 MHz'lik ilk IF daha sonra ikinci karıştırıcı/LO tarafından ikinci IF'ye aşağı dönüştürülür. Bu, tasarımcılara daha fazla genel esneklik sağlar ve bireysel bileşen özellikleri için bazı gereksinimleri hafifletir. (Ticari kullanımda üçlü dönüşüm alıcıları bile vardır.) Şekil 2: Çift dönüşüm tasarımında, temel süper yöntem, daha yüksek bir frekansta ayarlama için ilk aşağı dönüşüm aşamasını genişletir; IF çıkışı, ikinci bir IF çıkışı üretmek için ikinci aşamanın LO'su ile karıştırılan sabit bir Frekans RF'sine eşdeğer hale gelir.
1. Sıfır EĞER tasarımı
LO/IF ultra-precision yöntemi açık ara en başarılı tasarlanmış alıcı mimarisi olmasına rağmen, şimdi başka bir yöntemle rekabet kazanıyor: doğrudan alıcı dönüşüm alıcısı (DCR) olarak da bilinen sıfır IF alıcısı, homodin alıcısı veya senkron alıcı (Şekil 3). Burada LO frekansı, istenen sinyalin RF taşıyıcı frekansına çok yakın olarak ayarlanır. Karışık çıktı hemen temel banttadır ve bir IF aşaması gerektirmez.
Şekil 3: Sıfır IF yöntemi, RF sinyaline çok yakın bir LO kullanır ve bir ara IF aşaması olmadan doğrudan temel banda aşağı dönüştürür.
Bu yöntem teorik olarak temel devrenin karmaşıklığını azaltsa da, dinamik aralık, kararlılık, bozulma, ayar aralığı ve gürültü dahil olmak üzere tüm aşamalara katı gereksinimler getirir. Özenle seçilmiş ve tasarlanmış bazı uygulamalar için IC, sıfır IF alıcıları, IF seviyelerine sahip süper alıcılara göre rekabetçi veya üstün kılabilir.
2. Anahtar karıştırıcı parametreleri
Karıştırıcılar pasif (genellikle diyotlarla oluşturulmuş) veya transistör kazancı kullanan aktif cihazlar olabilir. Geniş bir RF frekans bandında sinyalleri toplayan ve bunu sabit bir IF frekansına indirgeyen işlevsel bir modül olarak mikserlerin birçok gereksinimi vardır. Aktif ve pasif karıştırıcıların her biri, aksi belirtilmedikçe tümü dB cinsinden ölçülen farklı anahtar parametre kombinasyonları sağlar:
Üçüncü dereceden kesişme noktası veya giriş çapraz noktası (IIP3 veya IP3), doğrusal olmayan ürün karıştırıcısının, üçüncü dereceden doğrusal olmayan ürün teriminin neden olduğu doğrusal olarak yükseltilmiş sinyal üzerindeki etkisiyle ilgilidir. Üçüncü dereceden kesişme noktasını değerlendirmek için karıştırıcının geçiş bandı içindeki iki test frekansı kullanılır; tipik olarak, bu test frekansları yaklaşık 20 ila 30 kHz'dir. Daha yüksek bir IP3 değeri (dBm cinsinden) daha iyi bir mikser olduğunu gösterir.
Dönüşüm kaybı/kazancı, IF çıkış gücünün RF giriş gücüne oranıdır. Pasif karıştırıcılar için bu her zaman kayıptır (negatif dB), genellikle -5 ile -10 dB arasındadır. Bir mikserin verimliliğinin bir ölçüsü olmasına rağmen, buradaki sorun DC güç kaynağının verimliliği değil, mikserin gördüğü nispeten düşük RF güç seviyesidir.
Gürültü rakamı (NF), mikser tarafından eklenen gürültüyü karakterize ettiği ve IF çıkışında göründüğü için çok önemlidir. Bu bir endişe kaynağıdır, çünkü ilgili sinyale bir kez bant içi gürültü eklendiğinde, ortadan kaldırmak, sinyali yok etmek, demodülasyonu daha zor hale getirmek ve bit hata oranını (BER) azaltmak neredeyse imkansızdır. Tipik gürültü değeri 0.5 ile 3 dB arasındadır.
İzolasyon, mikserin RF veya LO giriş sinyali enerjisinin IF çıkışına ulaşmasını engelleme derecesini tanımlar; bu, IF'yi bozabilir ve bozabilir ve demodülasyon sorunlarına ve hatalarına neden olabilir. RF veya LO girişinin kaçak IF çıkışına oranıdır.
Dinamik aralık, mikserin kaldırabileceği maksimum sinyal seviyesinin minimum sinyal seviyesine oranını ölçer ve yine de spesifikasyonları karşılayan bir IF sinyali sağlar. Beklenen RF girişine bağlı olarak, sistem orta (50 dB) veya geniş dinamik aralık (100 dB) gerektirebilir.
Bunlar sadece üst mikser ile ilgili performans parametreleridir. Diğerleri arasında görüntü reddi, kazanç sıkıştırması, DC ofseti ve 1 dB sıkıştırma noktası bulunur.
3. Çok çeşitli mikserler
Mikser satıcıları, RF uzmanlığına sahip geleneksel analog IC satıcılarının yanı sıra IC ve ayrık karıştırıcılar geliştiren RF merkezli satıcıları içerir. Bu iki grup mikser performansına farklı yönlerden baktığı için, öncelikler ve ödünleşimler ve ortak yönler açısından farklı odak alanlarına sahiptirler.
IC tedarikçisi ADI, entegre LO tampon yükselticisine sahip bir GaAs pHEMT tek uçlu pasif karıştırıcı olan ADL5350'yi tanıttı (Şekil 4).
Şekil 4: ADL5350 pasif karıştırıcı, LO sinyal oluşturma işlemini ve gereksinimlerini basitleştirmek için aktif bir LO amplifikatörü içerir.
Bu geniş bant cihaz, 750 MHz'den 4 GHz'e kadar olan frekansları işleyebilir ve farklı modülasyon türleri ve standartlarına sahip hücresel baz istasyonları için tasarlanmıştır. Tampon, kullanıcının tasarımı basitleştiren düşük seviyeli bir LO sağlamasına izin verir. Dönüşüm kaybı 6.8 dB, gürültü değeri 6.5 dB ve IP3 25 dB'dir. İlgili frekanslar nedeniyle, ADL5350, 8 VFDFN'ye maruz kalan bir ped, çip ölçeği paketi kullanır. (Ayrıca yukarı dönüştürmenin tamamlayıcı süreci için de kullanılabilir, ancak bu başka bir hikaye.)
CEL (eski adıyla California Eastern Laboratory), 2757 ila 0.1 GHz arasındaki RF girişi ve 2.0 ila 20 MHz arasındaki IF girişi için UPC300 silikon çip MMIC (monolitik mikrodalga IC) sağlar (Şekil 6).
Şekil 6: CEL'in UPC2757 serisi, 0.1 ve 2.0 GHz arasındaki RF girişleri için temel aktif karıştırıcılar içerir.
UPC2757TB, düşük güç tüketimi için optimize edilmiştir, UPC2758TB ise düşük bozulma için optimize edilmiştir. Her IC için dönüştürme kazancı LO frekansının bir fonksiyonudur (Şekil 7).
Şekil 7: CEL'in UPC2757 MMIC'sinin dönüştürme kazancı, LO frekansına göre değişir; iki ana aile üyesi, güç tüketimi ve bozulma için temel seçenekler sunar.
Bunlar sadece iki örnek. Mikserler birçok tedarikçiden temin edilebilir; ekipman, çeşitli RF ve LO frekanslarının yanı sıra farklı güç seviyeleri ve performans parametreleri için kullanılabilir. Tasarımcının karar verme süreci, öncelikle temel frekans gereksinimlerini ve diğer mikser özellikleri için gerekli değerleri ve ayrıca bu faktörlerin herhangi birinde olabilecek herhangi bir esneklik veya ödünleşimleri listeler.
Bizim diğer ürün:
