Nota de aplicación 5315
18 de septiembre 2012
Resumen: alto rendimiento de la estación base-(BTS), los receptores deben cumplir los requerimientos medio-IF espurias, que se pueden conseguir mediante el uso de la mezcladora RF apropiada. Para ayudar a los ingenieros, esta nota de aplicación muestra la relación entre IP2 una mesa de mezclas y de segundo orden desempeño respuesta a la exigencia media-SI espuria. Se dan ejemplos de dos mezcladores que proporcionan un rendimiento superior, IP2, lo que es ideal para las necesidades de diseño inalámbricos..
Introducción
Esta nota de aplicación explica cómo el diseño de alto rendimiento de estación base (BTS) receptores que cumplan con los requisitos medio-SI espurios. Para ello, el ingeniero debe comprender la relación entre IP2 una mesa de mezclas y de segundo orden desempeño respuesta y luego elegir el mezclador de RF adecuado para cumplir los requisitos en cascada. Mezclador de hojas de datos proporcionará información de segundo orden en términos de respuesta sea el punto de intercepción de segundo orden (IP2) la prestación o el 2 x 2 rendimiento espurio rechazo. Al mostrar la relación entre estos dos parámetros, esta nota de aplicación se ilustran su aplicabilidad a un diseño de receptor y la determinación de la media global, si el rendimiento espuria. Un ejemplo demuestra la IP2 y 2 x 2 para la relación MAX19997A , un mezclador activo utilizado en un E-UTRA LTE 1 diseño del receptor.
Armónicos Mixer
En receptor superheterodino circuitos de los mezcladores traducir un radio de alta frecuencia (RF) a un nivel de frecuencia intermedia (IF). Conocido como conversión descendente, el proceso utiliza la diferencia de frecuencia entre la entrada de RF del mezclador y un oscilador local (LO) de entrada para el lado de baja inyección (frecuencia LO <frecuencia de RF), o la diferencia de frecuencia entre la LO del mezclador y RF para el lado de alta inyección . Este proceso de conversión en sentido descendente puede ser descrita por la siguiente ecuación:
f IF = f RF - f LO = - f RF + f LO
Donde f SI es la SI en el puerto de salida del mezclador; f RF es cualquier señal de RF aplicada al puerto de la mezcladora RF, y f LO es la señal LO aplicada al puerto LO del mezclador.
Idealmente, la amplitud de la señal de salida del mezclador y de fase son proporcionales a la amplitud de su señal de entrada y la fase, sino que es independiente de las características de la señal LO. Utilizando este supuesto, la respuesta de amplitud del mezclador es lineal con respecto a la señal de entrada RF. También es independiente de la amplitud de la señal LO.
No linealidades del mezclador, sin embargo, producir productos de mezcla no deseados llamados respuestas falsas. Las respuestas espurias son causadas por las señales no deseadas que alcanzan el puerto de la mezcladora RF y producir una respuesta a la frecuencia IF. Las señales que llegan al puerto de entrada de RF no es necesario que caen en la banda de RF deseado a ser problemático. Muchas de estas señales son lo suficientemente alta en nivel de potencia que preceden a los filtros de RF del mezclador no proporcionan atenuación suficiente para evitar que cause adicionales respuestas falsas.Cuando estas señales de interferir con la deseada frecuencia IF, el mecanismo de mezcla se describe por:
f IF = mf RF - nf LO = - mf RF + nf LO
Tenga en cuenta que m y n son enteros de armónicos tanto la RF y frecuencias de LO que se mezclan para crear numerosas combinaciones de productos espurios. Normalmente, la amplitud de estos componentes espurios disminuye a medida que m aumenta o n.
Conocer la RF de entrada deseada gama de frecuencias, planificación de frecuencias se utiliza para seleccionar cuidadosamente el SI y frecuencia resultante LO. La planificación de frecuencias precisa es importante debido a que minimiza la mezcla de productos que caen en la banda deseada, que, a su vez, degradar el rendimiento del receptor. Para más amplios de ancho de banda de sistemas, evitando mezclar productos falsos se convierte en mucho más difícil en la planificación de frecuencias. Los filtros se utilizan para rechazar fuera de banda (OOB) señales de RF que pueden causar no deseado en banda IF respuestas. Si la selectividad de filtro después de la mezcladora se especifica para pasar sólo las frecuencias deseadas, atenuando las señales de respuesta espurias por delante del detector de final que sigue a la mezcladora. Respuestas falsas que aparecen dentro de la banda de FI no será atenuada por el filtro IF.
Muchos tipos de equilibrado mezcladores rechazar ciertas respuestas espurias donde m o n es par. Ideal doble balanceo mezcladores rechazar todas las respuestas que m o n (o ambos) es par. El IF, RF, y los puertos LO están mutuamente aislados en todos los mezcladores de doble balanceo para minimizar las fugas LO a la RF y IF puertos y proporcionar de RF a IF inherente aislamiento. Haga doble equilibrados resultados de diseño del mezclador en funcionamiento linealidad óptima y reduce los requisitos asociados filtro de atenuación en cada uno de los puertos.
La mitad-si la ubicación de frecuencia espurias
Hay una particularmente problemático de segundo orden respuestas espurias llamado el medio-IF (1/2 IF) respuestas espurias, definida por los índices de mezcla de (m = 2, n = -2) para la inyección de lado bajo y LO (m = -2, n = 2) para el lado de alta inyección LO ( Figura 1 ). Por el lado de alta inyección, la frecuencia de entrada que crea el medio-IF respuestas espurias se encuentra por encima de la frecuencia de RF deseada por una cantidad f IF / 2 de la frecuencia RF de entrada deseada.
Consideremos un ejemplo en el que se centra la frecuencia de RF deseada a 2510MHz (E-UTRA número de canal de enlace ascendente 39 790). Cuando esta frecuencia de RF se combina con la frecuencia del OL de 2860MHz, la frecuencia de IF resultante es 350MHz. En este caso, una señal no deseada o el bloqueo a 2685MHz causa una media-IF producto espurio a 350MHz. Por el lado de baja inyección, la frecuencia de entrada que crea el medio-IF respuestas espurias se encuentra por encima de la frecuencia deseada LO por una cantidad f IF / 2.
Figura 1. Un ejemplo de E-UTRA del lado de alta inyección LO muestra las ubicaciones de frecuencia para f deseado RF , fLO , y f IF , y f no deseada MEDIA SI .
Hipótesis:
- f RF frecuencia central = 2510MHz
- f LO = 2860MHz
- f IF = f LO - f RF = 2860MHz - 2510MHz = 350MHz
Calcular la frecuencia de bloqueo que provoca respuestas espurias no deseadas:
f MEDIA SI = f RF + f IF / 2 = 2685MHz
Comprobar los cálculos para verificar la frecuencia media-SI bloqueador o falso:
2 × f LO - 2 × f MEDIA SI = 2 x (f RF + f IF ) - 2 x (f RF + f IF / 2) = 2fRF + 2f IF - 2fRF - f IF = f IF
Esto se traduce en la no deseada SI señal espuria generada a partir de la frecuencia media-IF espuria:
2 x 2860MHz - 2685MHz = 2 × 350 MHz
Receptor IP2
Si no se especifica directamente en la hoja de datos de un dispositivo, la cantidad de rechazo, llamado 2 x 2 respuestas espurias, se puede predecir de rendimiento IP2 de la mezcladora. Dos se hacen suposiciones: sólo la RF fundamental y las frecuencias de LO se aplica a los puertos del mezclador, y la distorsión armónica se crea en el mezclador solo.
Rechazan imagen-filtros utilizados en la trayectoria de RF inmediatamente por delante del mezclador de RF no deseadas atenuar cualquier amplificador armónicos. El filtro de ruido en el camino LO atenúa armónicos causados por la inyección LOfuente . Señales de alto nivel de entrada de crear la distorsión o de intermodulación y los productos se pueden cuantificar mediante el cálculo del IP, ya sea en la entrada o salida 2 del dispositivo o sistema. La IP de entrada representa una amplitud de entrada hipotética en la que los componentes de señal deseados y los componentes no deseados son iguales en amplitud. Para el caso donde la potencia LO del mezclador se mantiene constante, el orden de la IP o el producto de distorsión se determina sólo por el multiplicador de RF y no por el multiplicador LO. Esto es cierto porque las variaciones en la señal de RF son la única preocupación. La orden se refiere a la rapidez con las amplitudes de los productos de distorsión aumenta con un aumento en el nivel de entrada. Por ejemplo, debido a la relación de ley cuadrática, el segundo orden de intermodulación (IM) productos aumentará en amplitud en 2 dB cuando la señal de entrada se eleva en 1 dB.
Si la mitad-Niveles de potencia espurias
La discusión siguiente se utiliza el MAX19997A 3 mezclador de conversión en sentido descendente como en el ejemplo.Los valores se encuentran en las tablas de la hoja de datos de CA Características eléctricas:
- RF nivel de potencia espuria (a 2685MHz) =-5dBm
- Nivel bajo (a 2860MHz) set = 0dBm
- Típico 2LO - rechazo espurio 2RF se especifica 64dB por debajo del nivel de la portadora de RF en unidades de dBc, el valor 64dBc se refirió a la relación de intermodulación de segundo orden (IMR2).
- Calcule P SPUR =-5dBm + (-64dBc) =-69dBm debido al mezclador rendimiento.
Esta excelente rendimiento 2 x 2 para los resultados MAX19997A en el ejercicio siguiente IP2 equivalente a su entrada (IIP2):
IIP2
= 2 x + P IMR2 SPUR + P = IMR2 RF
= 2 × 64dBc + (-69dBm) = 64dBc + (-5dBm)
= 59 dBm
Del mismo modo, la MAX19985A 4 900MHz mezclador activo proporciona típico 2RF - 2LO respuesta espuria igual a 71dBc en condiciones similares:
IIP2
= 2 x + P IMR2 SPUR + P = IMR2 RF
= 2 × 71dBc + (-76dBm) = 71dBc + (-5dBm)
= 66 dBm
E-UTRA LTE Ejemplo numérico
Suponiendo que un E-UTRA LTE sistema celular lugar junto con una BTS de la misma clase, la onda resultante OOB continua (CW) se especifica como bloqueador de nivel +16 dBm (que se describe en el 3GPP TS 36,104 V10.2.0 estándares y se ilustra en la Figura 2 ). Para el receptor de LTE, el valor IIP2 equivalente requerido en el terminal de la antena es 131 dBm debido a la señal media-IF espuria. Los pasos siguientes se utilizan para este cálculo:
- Deseado nivel de señal = nivel de potencia de sensibilidad (P SENSIBILIDAD ) + 6 dB =-95.5dBm
- Para portador LTE 5MHz, utilizar SNR =-1.1dB que corresponde al nivel más alto de ruido combinado y el producto espurio,-96.6dBm.
- Determinar el nivel máximo permitido de producto espurio =-98.9dBm restando el ruido térmico + figura de ruido en el ancho de banda deseado (en este ejemplo, restar KTBF =-100.4dBm).
- Cálculo de segundo orden proporción intermodulación, IMR2 = 115 dB.
- Por último, calcular IIP2 = 131 dBm como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. OOB +16 dBm bloqueador CW requiere un rendimiento IIP2 mínimo de 131 dBm para LTE de área amplia receptor BTS; espaciamiento 5MHz usando QPSK, R = modulación de 1/3.
Consulte la Figura 3 para un diagrama de bloques simplificado receptor front-end que representa ganancia de la etapa, IP de segundo orden, y la mitad-SI selectividad para cada etapa a través de la primera mesa de mezclas.
Figura 3. Diagrama simplificado de bloques para IIP2 ejemplo ilustra LTE IIP2 la MAX19997A de rendimiento y la selectividad del filtro correspondiente.
El rendimiento global en cascada IIP2 es determinada por una combinación de ganancia de la etapa, la selectividad del filtro a la frecuencia media-IF, y el rendimiento mezclador IIP2 (o 2 x 2). Debido a que el mezclador domina el desempeño IIP2 en cascada de toda la línea, IIP2 valores para las etapas restantes se descuidan en los siguientes cálculos. IIP2 es degradado (dB por dB) por el valor de la ganancia de potencia anterior a la mezcladora en la alineación. En la práctica, la selectividad de RF en el medio-frecuencia IF se añade delante de la mezcladora para proporcionar rechazo espurio adicional. El IP equivalente calculado a la antena mejora por dos veces la cantidad de la selectividad media-IF a la frecuencia deseada de bloqueo en dB. Esta mejora se produce porque la amplitud de la componente de distorsión del segundo armónico aumenta a una tasa dos veces mayor que la de la deseada en la señal de canal. Usando el calculado 59 dBm IIP2 valor para el MAX19997A en un ejemplo E-UTRA LTE 3GPP diseño del receptor, la cascada IIP2 calculado a la antena es:
IIP2 Cascade = IIP2 Mixer - Ganancia + 2 × Selectividad = 131 dBm
IIP2 Cascade = 59 dBm - (-2 + 13 + 13 -2) dB + 2 × (30 +17) = 131 dB dBm
El magnífico 2LO - Rendimiento 2RF espurio de la MAX19997A es de gran valor en un diseño. Se puede aliviar los requisitos de selectividad de filtro para satisfacer el receptor media-IF respuestas espurias (como se muestra en este ejemplo) o puede proporcionar margen a las especificaciones cuando se utiliza la selectividad del filtro adicional.
Conclusión
Esta nota de aplicación ha demostrado cómo determinar el rendimiento medio-IF espurio el receptor requerido y convertir el mezclador de 2 x 2 valor de respuesta espuria (IMR2) a su valor IIP2 correspondiente, y viceversa. La comprensión de esta relación de segundo orden permite a un ingeniero de RF para determinar el nivel de rendimiento mezclador adecuado para la aplicación deseada. El mezclador MAX19997A 2,5 GHz y el mezclador MAX19985A 900MHz tanto proporcionar superior de 2 x 2 (IP2) que facilita los requisitos de rendimiento de filtro para el rendimiento medio-IF espuria del receptor. Esto hace que estos mezcladores ideales para alto rendimiento inalámbricos diseños.
Referencias
- El punto de intercepción de salida no es más que el punto de intercepción de entrada además de la ganancia (en dB) del circuito o sistema de medición.
- MAX19997A Dual SiGe de alta linealidad, 1800MHz a 2900MHz Mixer Downconversion con tampón LO hoja de datos .
- MAX19985A Dual, SiGe, alta linealidad, 700MHz a 1000MHz Mixer Downconversion con LO Buffer / Switch Hoja de datos .
Bibliografía de referencia
Larson, Lawrence E. ed., RF y Microondas Diseño de Circuitos para Comunicaciones Inalámbricas , Artech House, Inc., 1997.
Loy, Matt ed., "Descripción y mejora de la sensibilidad de los receptores para aplicaciones inalámbricas," Texas Instruments ® Resumen técnico SWRA030, mayo de 1999.
Vizmuller, Peter, RF Sistemas de Guía de Diseño, Circuitos y Ecuaciones , Artech House, Inc., 1995.
Texas Instruments es una marca registrada y marca de servicio registrada de Texas Instruments Incorporated.
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