Новый смеситель от Analog Devices для высокочастотных приложений

Добавлено 6 февраля 2020 в 00:27

HMC553ACHIPS – это пассивный двойной балансный смеситель, который поддерживает преобразование с повышением и понижением частоты на радиочастотах от 6 до 14 ГГц.

Утечка в радиочастотных цепях

Одной из фундаментальных трудностей проектирования радиочастотных систем является склонность высокочастотных сигналов к сбеганию из обычных проводящих путей и их попадание в места, где они быть не должны. Это явление называется утечкой.

На низких частотах сигналы в основном ограничиваются металлическими соединениями, ведущими от одного компонента к другому. Эти сигналы не могут проходить через диэлектрические материалы, и они не создают большого количества электромагнитных помех.

Высокочастотные сигналы, напротив, передаются не только через металлические соединения, но также посредством емкостной и индуктивной связей, а также с помощью излучения. Паразитная емкость есть везде, и поскольку по мере увеличения частоты емкость оказывает току меньшее сопротивление, пути передачи сигналов, создаваемые паразитными емкостями, в радиочастотных системах становятся более проблематичными.

Пример паразитной емкости
Рисунок 1 – Паразитная емкость имеет особо важное значение на печатных платах, где проводящие элементы часто разделяются относительно тонкими участками диэлектрического материала

Утечки сигнала гетеродина

Один конкретный тип утечки, который вызывает головные боли у радиоинженеров, – это утечка сигнала гетеродина. Гетеродин (англ. аббревиатура LO, «local oscillator») является источником одного из сигналов, который подается в качестве входного на РЧ смеситель, активный компонент в радиочастотных цепях. Одной из задач в работе со смесителями является предотвращение проблем, связанных со склонностью сигнала гетеродина находить пути через паразитные связи.

На следующей диаграмме показан пример утечки сигнала гетеродина, происходящей в контексте преобразования с понижением частоты. Сигнал гетеродина подается на вход смесителя, предназначенный специально для гетеродина, но в итоге он непреднамеренно подается и на другой вход.

Пример утечки
Рисунок 2 – Утечка сигнала гетеродина при преобразовании с понижением частоты

Смешивание двух сигналов, имеющих одинаковую фазу и частоту, приводит к нежелательному смещению по постоянному напряжению в сдвинутом вниз по частоте сигнале.

Утечка сигнала гетеродина также является проблемой, когда смесители используются для преобразования с повышением частоты. Если сигнал гетеродина просачивается в выходной сигнал, радиочастотный спектр будет содержать не только энергию сигнала, сдвинутого вверх по частоте, но также некоторую энергию на частоте гетеродина:

Рисунок 3 Радиочастотный спектр с энергией от сигнала, преобразованного с повышением частоты, и от утечки сигнала гетеродина
Рисунок 3 – Радиочастотный спектр с энергией от сигнала, преобразованного с повышением частоты, и от утечки сигнала гетеродина

Если передаваемый сигнал должен содержать обе выходные боковые полосы, то просочившийся на выход сигнал гетеродина не может быть удален посредством фильтрации, и в случаях, когда амплитуда сигнала гетеродина на выходе достаточно высока, чтобы помешать работе системы или нарушить требования к излучению, необходимо использовать специальные методы подавления.

Универсальный смеситель с широким частотным диапазоном

Блок-схема HMC553ACHIPS довольно проста.

Рисунок 4 Схема HMC553ACHIPS
Рисунок 4 – Схема HMC553ACHIPS

Этот чип работает либо как понижающий, либо как повышающий преобразователь. Для преобразования с понижением частоты на его вход RF (радиочастота) подается сигнал в диапазоне 6–14 ГГц, а с выхода IF (промежуточная частота) снимается выходной, сдвинутый вниз по частоте сигнал, который может быть где угодно в диапазоне между постоянным напряжением и 5 ГГц. Для преобразования с повышением частоты сигнал подается на вход IF (опять же, в диапазоне от постоянного напряжения до 5 ГГц), и на выходе RF выдается поднятый по частоте сигнал в том же диапазоне 6–14 ГГц.

Техническое описание также содержит точную фразу «не требует никаких внешних компонентов». Это одно из лучшего, что можно найти в описании на компонент, особенно при работе в мире СВЧ.

Тем не менее, если частотный диапазон сигнала промежуточной частоты в вашем проекте не доходит до постоянной составляющей, то «рекомендуется» использовать один внешний конденсатор последовательно с портом IF.

Уменьшение утечки сигнала гетеродина

В техническом описании HMC553ACHIPS подчеркивается сильное подавление утечек, которое приписывается «оптимизированным симметричным структурам». Типовое значение развязки от входа гетеродина (LO) к радиочастотному выходу (RF) составляет 37 дБ (минимальное значение 32 дБ). Типовое значение развязки от входа гетеродина (LO) к выходу промежуточной частоты (IF) составляет 33 дБ при работе в диапазоне от 6 ГГц до 11 ГГц и 35 дБ при работе в диапазоне от 11 ГГц до 14 ГГц.

Вы когда-нибудь работали над радиочастотной системой, у которой были проблемы, связанные с утечкой сигнала гетеродина? Не стесняйтесь оставлять комментарии, если вы хотите поделиться своим опытом или советом.

Теги

Analog DevicesБалансный смесительГетеродинЕмкостная связьПаразитная емкостьПомехаРадиочастотные схемыСмесительУтечкаЭлектромагнитные помехи

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.