Новый смеситель от Analog Devices для высокочастотных приложений

Добавлено6 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