混频器2x2杂散响应与IP2的关系

当混频器数据资料在交流电气特性表中提供2阶响应指标时，均会提到2阶交调(IP2)特性或者2x2杂散响应特性。这篇应用笔记的目的就是提供这两个指标之间的关系及其在接收机设计中的应用。此外还会以Maxim的MAX9993有源混频器在UMTS WCDMA系统中的应用为例具体分析IP2与2x2杂散响应的关系。

混频器的谐波

在接收电路中，混频器将较高频率的射频(RF)信号转换到较低频率的中频(IF)信号，这个过程称为下变频，当使用RF频率减去本振(LO)信号频率时称为低边注入(LO频率低于RF频率)，当使用LO频率减去RF频率时称为高边注入。这种下变频过程可以使用如下公式描述：

fIF = ±fRF ± fLO

上式中fIF表示混频器输出端的IF信号，fRF为加在混频器RF输入端的任何RF信号，fLO表示加在混频器LO输入端的LO信号。

理想情况下，混频器的输出信号幅度和相位与输入信号的幅度和相位呈一定的比例关系，且这种关系与LO信号的特性无关。(这里是与乘法器相对比而言的，乘法器的幅度和相位在输入和输出之间并没有确定的关系。)利用这个假设前提，混频器的幅度响应与RF输入呈线性关系并且独立于LO输入。

然而，混频器的非线性会产生被称为杂散的不希望出现的混频产物，这些产物是由于不希望的信号到达混频器的RF输入端口，并且在IF频点产生相应的产物。比较麻烦的是，进入RF端口的信号并不一定落在所希望输入的RF频带内。很多情况下，这些信号的功率电平较高，混频器之前的RF滤波器无法提供足够的抑制度以避免产生额外的杂散产物。当这些杂散产物干扰到所需要的IF频率时，混频机制可以用下式表述：

fIF = ±m fRF ±n fLO

上式中m、n分别为RF和LO的整数次谐波，经混频后产生数量众多的杂散产物。实际上，这些杂散产物的幅度随着m或者n的增加而减小。

在确定所要处理的频率范围之后，应谨慎选择IF和LO的频率，以避免任何可能的混频杂散产物。可使用滤波器将可能混频后产生落入IF频带内的RF信号滤除。混频器之后的滤波器用来滤除检波器之前的杂散信号，仅通过所需要的IF信号。但是IF频带内的杂散信号不会被IF滤波器滤除。

多种型号的平衡式混频器可以抑制某些m，n为偶数的杂散信号。理想的双平衡混频器可以抑制所有m或n(或二者均为偶数)为偶数次的混频产物。在所有双平衡混频器中，IF，RF以及LO之间是相互隔离的。因此，通过设计合适的单端到差分转换变压器(Balun)，这些混频器可以覆盖所有RF、IF以及LO频带。

半中频杂散产物的分布

这篇应用笔记研究了一种明显比较棘手的被称作半中频(fIF/2)的2阶杂散响应，在混频器的术语中，当m = 2，n = -2时称为低边注入，m = -2，n = 2称为高边注入。对于低边注入，产生半中频杂散的输入频率低于所需要RF信号频率的fIF/2 (参照图1)。所需要的RF频率为1950MHz，与1750MHz的LO信号混频后，产生的IF频率为200MHz。以此为例，在1850MHz的信号在200MHz就可产生所不希望的半IF杂散信号。对于高边注入，产生半中频杂散的输入频率(fIF/2)高于所需要的RF信号。

在图1中所示的半中频杂散响应假定是低边注入(m = 2, n = -2)，并且用于UMTS WCDMA接收机中。虽然WCDMA的RF和IF载波具有3.84MHz的带宽，但图中所示的单频点显示为中心载波频率。

图1：所要求的fRF、fLO、fIF以及fHalf-IF杂散信号频率分布。