无源收发混频器IC中的宽带LO噪声

摘要：无源双平衡混频器由场效应管和二极管组成，可以在蜂窝基站收发器中作为上变频器或下变频器。高线性度(IP3)、低噪声及无杂散响应的上/下变频器需要低电平本振信号，可以通过内置缓冲放大器配合FET和二极管混频器核达到上述要求。缓冲放大器的宽带噪声会削弱接收和发射信号。这种噪声可以通过一个参数定义、描述。对于无源混频器IC引入一个以dBc/Hz为单位的噪声参数，该IC用于基站收发器时，用户可以计算出系统损耗。

引言

理想状况下，蜂窝基站发送器的发射功率应该集中在所分配的频段内。但是，即使没有功率放大器产生再生频谱，这也是一个颇具挑战的设计。上变频器发射信号中存在宽带残留相位噪声底，会混入接收器产生干扰。宽带噪声的电平虽然很低，但对于一个协同工作的接收器来说，会大大降低其灵敏度。传统基站发送器采用分立无源二极管或场效应管混频器核，LO端口匹配阻抗为50Ω，能够在LO信号进入LO端口之前滤除宽带噪声。集成了混频器和调制器的方案提供片内本振驱动电路，内部电路降低了宽带输入噪声。为了得到较低的带外发射噪声，设计了宽带噪声较低的LO缓冲器。有助于降低前端设备中双工滤波器和高Q值发送滤波器的噪声抑制要求。

接收微弱的带内信号时，蜂窝基站接收器必须处理高电平阻塞干扰。阻塞信号与本振噪声经过混频器混频，增加了IF输出端信号频带的噪声底。本文评估了基站混频器IC及混频器噪声，并指定一个参数，用来表述器件作为下变频器时接收器的单音信号灵敏度和作为上变频混频器时的带外发射噪声。

基站混频器

基站接收器中广泛采用无源二极管和场效应管构成的混频器。这些器件要求较高电平的本振驱动(大于17dBm)，以获得高IP3。图1给出了基站接收器中采用无源分立混频器的应用方案。它们与分立的IF放大器一起驱动声表面波(SAW)滤波器，并由分立LO缓冲放大器驱动。 尽管有源IC Gilbert混频器可以提供所需增益，但仍不能满足基站系统对线性度和噪声的严格要求[2,3]。近期推出的新型的硅混频器IC [7]具有非常高的线性度(IP3 = 34dBm)和低噪声系数(NF = 7dB)，可以满足基站设计的要求。这些混频器具有内部本振驱动器，不需要外部提供大信号驱动。与Gilbert混频器不同的是，这些无源混频器IC是可逆的。它们既可以作为上变频器，又可以作为下变频器。与IF放大器串联一起工作时，可提供高IP3 (26dBm)和低的NF (<10dB)，并且具有足够的增益，以弥补接收器中由SAW滤波器带来的损耗。图2给出了一款高动态范围(HDR)混频器IC的功能框图。这些器件可以适应电平低至-3dBm的本振信号。它们采用小尺寸5mm x 5mm QFN封装，电路板尺寸远远小于分立方案。

图1：二极管和场效应管构成的无源混频器在基站接收机中的典型应用。图中插入的封装形式为Mini-Circuits? TTT 167 (面积为12.7mm x 9.5mm)。

图2：典型的高动态范围基站接收混频器IC，采用5mm x 5mm的封装形式，内置RF和LO非平衡变压器、LO缓冲器、FET和二极管混频器、IF放大器。性能优于分立混频器，尺寸更小、功能更强大。