Mešalnik je ključna stopnja RF signalne verige v superheterodinski (super) sprejemniški arhitekturi. Omogoča nastavitev sprejemnika na širokem frekvenčnem pasu, ki nas zanima, nato pa pretvorimo poljubno želeno frekvenco prejetega signala v znano fiksno frekvenco. To omogoča, da se signal, ki nas zanima, učinkovito obdela, filtrira in demodulira. Struktura super strukture je elegantna in preprosta, vendar je dejanska zmogljivost odvisna od zmogljivosti njenih sestavnih funkcionalnih blokov.
Upoštevajte, da je vseprisotni Superman razvil inženirski genij major EH Armstrong v tridesetih letih prejšnjega stoletja in je v veliki meri nadomestil njegovo prejšnjo zasnovo sprejemnika, super regenerativno zasnovo (čeprav se še danes uporablja v profesionalnih aplikacijah). Nato je Armstrong izumil tudi frekvenčno modulacijo, ki se še vedno pogosto uporablja. Vsak od njih bi Armstronga uvrstil v kategorijo "pionirjev in izumiteljev", vendar je res pomembno, da imamo te tri izume, povezane z radijem. Za več informacij o osnovah mešalnika si oglejte članek TechZone "Osnove mešalnika". V osnovnem super sprejemniku za "eno pretvorbo" se vhodni nosilni RF signal ojača z eno ali več stopnjami ojačevalnika z nizkim šumom (LNA) in nato vstopi v mešalnik (slika 1930). Mešalnik ima dva vhoda: RF signal in lokalni oscilator (LO). LO je v fiksnem odmiku od želenega signala za nastavitev in ga je mogoče nastaviti nad ali pod nosilno frekvenco; pri nekaterih modelih obstajajo tehnični razlogi, zakaj imajo eni prednost pred drugimi.
Slika 1: Osnovna superheterodinska arhitektura meša RF signal z lokalnim oscilatorjem in vzdržuje fiksni odmik z ojačanim RF signalom, ki ga je treba prilagoditi tako, da ustvari navzdol pretvorjen signal fiksne frekvence IF, ki ga je mogoče nato ojačati in demodulirati.
Mešalnik je nelinearna stopnja, ki združuje dva signala. To nelinearno mešanje proizvaja dva izhoda: enega pri seštevku dveh frekvenc signala, drugega pa pri njuni razliki (drugi in/harmoniki nastanejo tudi s postopkom nelinearnega mešanja, vendar niso zanimivi in enostavni za filtriranje). Obstaja takšen izhod s fiksno frekvenco, imenovan vmesna frekvenca (IF), zaradi česar je super zasnova tako učinkovita. Ne glede na to, kakšna je določena frekvenca, je IF vedno na isti frekvenci. Ker je frekvenca IF vedno enaka, je mogoče ojačevalnik IF in nadaljnji demodulator optimizirati za delovanje ene same znane frekvence.
Nato filtrirajte IF izhod mešalnika, da odstranite morebitne artefakte (kolikor je mogoče), nato pa nadaljujte na naslednjo stopnjo za nadaljnjo ojačitev in demodulacijo. Zgodovinsko gledano je tradicionalni oddajni AM radio uporabljal 455 kHz IF, tradicionalni radio FM 10.7 MHz, druge profesionalne aplikacije pa so uporabljale različne IF.
Poleg osnovnega enojnega pretvarjanja super obstajajo tudi dvojne pretvorbene topologije. To se uporablja za višje nosilne frekvence, kot je 500 MHz ali več kot 1 GHz, za lajšanje težav s filtriranjem signala in šuma z optimizacijo dosegljivih zmogljivosti vsake stopnje; nosilec gre skozi mešalnik prve stopnje/LO, da ga zmanjša na približno Prvi IF 50-100MHz se nato z drugim mešalnikom/LO dodatno zniža v drugi IF. To oblikovalcem zagotavlja večjo splošno prilagodljivost in omili nekatere zahteve za posamezne specifikacije komponent. (V komercialni rabi obstajajo celo trojni sprejemniki.) Slika 2: Pri zasnovi dvojne pretvorbe osnovna super metoda razširi prvo stopnjo pretvorbe navzdol za uglaševanje na višji frekvenci; izhod IF postane enakovreden RF frekvenčne frekvence, ki ga zmešamo z LO druge stopnje, da dobimo drugi IF izhod.
1. Oblika nič-IF
Čeprav je ultra natančna metoda LO/IF daleč najuspešnejša zasnovana sprejemniška arhitektura, zdaj pridobiva konkurenco z drugo metodo: sprejemnik z ničelnim IF, znan tudi kot sprejemnik z neposredno pretvorbo sprejemnika (DCR), sprejemnik homodyne ali sinhroni sprejemnik (slika 3). Tu je frekvenca LO nastavljena zelo blizu RF nosilne frekvence želenega signala. Mešani izhod je takoj v osnovnem pasu in ne potrebuje stopnje IF.
Slika 3: Metoda ničelnega IF uporablja LO, ki je zelo blizu RF signalu in se neposredno pretvori v osnovni pas brez vmesne stopnje IF.
Čeprav ta metoda teoretično zmanjšuje kompleksnost osnovnega vezja, nalaga stroge zahteve za vse stopnje, vključno z dinamičnim razponom, stabilnostjo, popačenjem, območjem uglaševanja in hrupom. Za nekatere skrbno izbrane in oblikovane aplikacije lahko IC sprejemnike z ničelnim IF naredi konkurenčne ali boljše od super sprejemnikov z nivoji IF.
2. Ključni parametri mešalnika
Mešalniki so lahko pasivni (običajno zgrajeni z diodami) ali aktivne naprave, ki uporabljajo tranzistorsko ojačanje. Kot funkcionalni modul, ki zbira signale v širokem frekvenčnem pasu RF in ga navzdol pretvori v fiksno frekvenco IF, imajo mešalniki zanj številne zahteve. Aktivni in pasivni mešalniki ponujajo različne kombinacije ključnih parametrov, ki se merijo v dB, razen če ni drugače navedeno:
Točka prestrezanja ali vhodna prečka tretjega reda (IIP3 ali IP3) se nanaša na učinek nelinearnega mešalnika izdelkov na linearno ojačan signal, ki ga povzroči izraz nelinearnega izdelka tretjega reda. Dve preskusni frekvenci v pasu mešalnika se uporabljata za oceno točke prestrezanja tretjega reda; običajno so te preskusne frekvence narazen približno 20 do 30 kHz. Višja vrednost IP3 (v dBm) kaže na boljši mešalnik.
Pretvorbena izguba/dobiček je razmerje med izhodno močjo IF in vhodno močjo RF. Pri pasivnih mešalnikih je to vedno izguba (negativni dB), običajno med -5 in -10 dB. Čeprav gre za merilo učinkovitosti mešalnika, tukaj problem ni v učinkovitosti napajanja z enosmernim tokom, ampak v relativno nizki ravni RF moči, ki jo mešalnik vidi.
Številka hrupa (NF) je zelo pomembna, ker označuje hrup, ki ga doda mešalnik, in se pojavi na izhodu IF. To je zaskrbljujoče, saj je enkrat, ko se signalu, ki nas zanima, doda hrup v pasu, skoraj nemogoče odpraviti, uničiti signal, narediti demodulacijo bolj zahtevno in zmanjšati stopnjo bitne napake (BER). Tipična vrednost hrupa je med 0.5 in 3 dB.
Izolacija definira stopnjo, do katere mešalnik preprečuje, da bi vhodni signal RF ali LO dosegel izhod IF, kar lahko uniči in popači IF ter povzroči težave in napake pri demodulaciji. To je razmerje med RF ali LO vhodom in puščanjem IF izhoda.
Dinamični razpon meri razmerje med največjo stopnjo signala in najnižjo stopnjo signala, ki jo lahko upravlja mešalnik, in še vedno zagotavlja signal IF, ki ustreza specifikacijam. Odvisno od pričakovanega vhoda RF lahko sistem zahteva srednje (50 dB) ali široko dinamično območje (100 dB).
To so le parametri delovanja, povezani z zgornjim mešalnikom. Druge vključujejo zavrnitev slike, stiskanje ojačitve, enosmerni odmik in 1 dB kompresijsko točko.
3. Širok izbor mešalnikov, ki so na voljo
Prodajalci mešalnikov vključujejo tradicionalne prodajalce analognih IC z izkušnjami na področju RF, pa tudi prodajalce, osredotočene na RF, ki razvijajo IC in diskretne mešalnike. Ker ti dve skupini na delovanje mešalnika gledata z različnih smeri, imata različna področja pozornosti v smislu prednostnih nalog in kompromisov ter skupnih vidikov.
IC dobavitelj ADI je predstavil ADL5350, ki je enosmerni pasivni mešalnik GaAs pHEMT z vgrajenim ojačevalnikom LO pufra (slika 4).
Slika 4: Pasivni mešalnik ADL5350 vključuje aktivni ojačevalnik LO za poenostavitev delovanja in zahtev pri ustvarjanju signala LO.
Ta širokopasovna naprava lahko prenese frekvence od 750 MHz do 4 GHz in je namenjena mobilnim baznim postajam z različnimi vrstami in standardi modulacije. Medpomnilnik uporabniku omogoča nizko raven LO, kar poenostavi zasnovo. Izguba pri pretvorbi je 6.8 dB, hrup 6.5 dB, IP3 pa 25 dB. Zaradi vključenih frekvenc ADL5350 uporablja 8 VFDFN izpostavljeno blazinico, paket velikosti čipov. (Lahko se uporablja tudi za dopolnilni proces pretvorbe, vendar je to druga zgodba.)
CEL (prej California Eastern Laboratory) ponuja UPC2757 silicijev čip MMIC (monolitna mikrovalovna IC) za RF vhod od 0.1 do 2.0 GHz in IF od 20 do 300 MHz (slika 6).
Slika 6: CEL -ova serija UPC2757 vključuje osnovne aktivne mešalnike za RF vhode med 0.1 in 2.0 GHz.
UPC2757TB je optimiziran za nizko porabo energije, UPC2758TB pa za nizko popačenje. Za vsak IC je pretvorbeni dobiček funkcija frekvence LO (slika 7).
Slika 7: Konverzijski dobiček CEL -jevega UPC2757 MMIC se spreminja glede na frekvenco LO; dva glavna družinska člana zagotavljata osnovno izbiro porabe energije in popačenja.
To sta le dva primera. Mešalniki so na voljo pri številnih dobaviteljih; Oprema se lahko uporablja za različne RF in LO frekvence, pa tudi za različne ravni moči in parametre delovanja. Oblikovalčev postopek odločanja najprej navaja osnovne zahteve glede frekvence in zahtevane vrednosti za druge lastnosti mešalnika ter vse prilagodljivosti ali kompromise, ki lahko obstajajo pri katerem koli od teh dejavnikov.
Naš drugi izdelek:
