混頻器是超外差（超級(jí)）接收器架構(gòu)中RF信號(hào)鏈的關(guān)鍵階段。它允許接收器在感興趣的寬頻帶上進(jìn)行調(diào)諧，然后將所需的任意接收信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換為已知的固定頻率。這允許感興趣的信號(hào)被有效地處理，過(guò)濾和解調(diào)。超級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)優(yōu)雅而簡(jiǎn)單，但實(shí)際性能取決于其組成功能塊的性能。

注意，現(xiàn)在無(wú)處不在的超人是由工程天才Major E.H.開(kāi)發(fā)的。阿姆斯特朗在20世紀(jì)30年代，并在很大程度上取代了他以前的接收器設(shè)計(jì)，超再生設(shè)計(jì)（盡管今天仍然在專(zhuān)業(yè)應(yīng)用中使用）。隨后，阿姆斯特朗也發(fā)明了頻率調(diào)制，仍在廣泛使用。其中任何一個(gè)都會(huì)讓阿姆斯特朗成為“先鋒和發(fā)明家”的類(lèi)別，但擁有這三個(gè)與無(wú)線(xiàn)電相關(guān)的發(fā)明真的很重要。有關(guān)混音器基礎(chǔ)知識(shí)的更多信息，請(qǐng)參閱TechZone文章“混音器的基礎(chǔ)知識(shí)”。在基本的超級(jí)“單轉(zhuǎn)換”接收器中，輸入載波RF信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)低噪聲放大器（LNA）級(jí)放大，然后進(jìn)入調(diào)音臺(tái)（圖1）。混頻器有兩個(gè)輸入：RF信號(hào)和本地振蕩器（LO）。 LO與要調(diào)諧的所需信號(hào)處于固定偏移，并且可以設(shè)置在載波頻率之上或之下;在一些設(shè)計(jì)中存在技術(shù)原因，為什么一個(gè)優(yōu)先于另一個(gè)。

圖1：基本的超外差架構(gòu)將RF信號(hào)與本地振蕩器混合，與放大的RF信號(hào)保持固定偏移，以進(jìn)行調(diào)諧以產(chǎn)生下變頻，固定頻率的IF信號(hào)，然后可以被放大和解調(diào)到基帶。

混頻器是一個(gè)非線(xiàn)性級(jí)，它將兩個(gè)信號(hào)組合在一起。這種非線(xiàn)性混合產(chǎn)生兩個(gè)輸出：一個(gè)在兩個(gè)信號(hào)頻率的總和，另一個(gè)在它們的差異（其他和/諧波也由非線(xiàn)性混合過(guò)程產(chǎn)生，但它們不感興趣且易于過(guò)濾）。存在這種固定差頻輸出，稱(chēng)為中頻（IF），這使得超級(jí)設(shè)計(jì)如此有效。這是因?yàn)闊o(wú)論調(diào)諧的具體頻率如何，IF始終處于相同的頻率。由于IF頻率始終相同，因此IF級(jí)放大器以及后續(xù)解調(diào)器可針對(duì)單個(gè)已知頻率的性能進(jìn)行優(yōu)化。

接下來(lái)對(duì)混頻器的IF輸出進(jìn)行濾波以消除任何偽像（盡可能），然后進(jìn)入下一階段進(jìn)行進(jìn)一步的放大和解調(diào)。歷史上，傳統(tǒng)廣播AM無(wú)線(xiàn)電使用455 kHz的IF，傳統(tǒng)廣播FM無(wú)線(xiàn)電采用10.7 MHz，但其他專(zhuān)業(yè)應(yīng)用使用不同的IF。

除了基本的單轉(zhuǎn)換超級(jí)外，還有雙轉(zhuǎn)換拓?fù)洌▓D2）。這用于更高的載波頻率，例如500 MHz或1 GHz以上，通過(guò)優(yōu)化每個(gè)階段的可實(shí)現(xiàn)性能來(lái)緩解信號(hào)濾波問(wèn)題和噪聲問(wèn)題;載波通過(guò)第一級(jí)混頻器/LO將其降低到大約50-100MHz的第一IF，然后通過(guò)第二混頻器/LO進(jìn)一步下變頻到第二IF。這為設(shè)計(jì)人員提供了更大的整體靈活性，并放寬了對(duì)單個(gè)元件規(guī)格的一些要求。 （商用時(shí)甚至還有三重轉(zhuǎn)換接收器。）圖2：在雙轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中，基本的超級(jí)方法以更高的頻率擴(kuò)展第一個(gè)用于調(diào)諧的下轉(zhuǎn)換階段; IF輸出變?yōu)榈刃в诠潭l率RF，其與第二級(jí)的LO混合以產(chǎn)生第二IF輸出。

零中頻設(shè)計(jì)

盡管LO/IF超精密方法是迄今為止設(shè)計(jì)最成功的接收機(jī)架構(gòu)，但它現(xiàn)在正在從另一種方法中獲得競(jìng)爭(zhēng)：零中頻接收機(jī)，也稱(chēng)為直接接收機(jī) - 轉(zhuǎn)換接收器（DCR），零差接收器或同步接收器（圖3）。這里，LO頻率被設(shè)置得非常接近所需信號(hào)的RF載波頻率。混合輸出立即在基帶，并且不需要IF級(jí)。

圖3：零中頻方法使用非常接近RF信號(hào)的LO工作，并且直接下變頻到基帶而沒(méi)有中間IF級(jí)。

雖然這種方法在理論上降低了基本電路的復(fù)雜性，但它對(duì)所有階段提出了嚴(yán)格的要求，包括動(dòng)態(tài)范圍，穩(wěn)定性，失真，調(diào)諧范圍和噪聲。對(duì)于一些經(jīng)過(guò)精心挑選和設(shè)計(jì)的應(yīng)用，IC可以使零中頻接收器具有競(jìng)爭(zhēng)力，或者優(yōu)于具有IF級(jí)的超級(jí)接收器。

關(guān)鍵混頻器參數(shù)

混頻器可以是無(wú)源的（通常用二極管構(gòu)建），也可以是使用晶體管增益的有源器件。作為在寬RF頻帶中采集信號(hào)并將其下變頻到固定IF頻率的功能模塊，混頻器對(duì)其有很多要求。有源和無(wú)源混頻器各自提供關(guān)鍵參數(shù)的不同組合，所有這些都以dB為單位測(cè)量，除非另有說(shuō)明：

三階交調(diào)截點(diǎn)或輸入交叉點(diǎn)（IIP3或IP3）涉及由三階非線(xiàn)性乘積項(xiàng)引起的非線(xiàn)性乘積混頻器對(duì)線(xiàn)性放大信號(hào)的影響。使用混頻器通帶內(nèi)的兩個(gè)測(cè)試頻率來(lái)評(píng)估該三階交調(diào)截點(diǎn);通常，這些測(cè)試頻率相隔約20至30kHz。較高的IP3值（以dBm為單位）表示更好的混頻器。

轉(zhuǎn)換損耗/增益是IF輸出功率與RF輸入功率之比。對(duì)于無(wú)源混頻器，這總是損耗（負(fù)dB），通常在-5到-10 dB之間。雖然它是混頻器效率的衡量標(biāo)準(zhǔn)，但這里的問(wèn)題不是直流電源效率，而是混頻器利用它所看到的相對(duì)較低的射頻功率水平。

噪聲系數(shù)（NF）至關(guān)重要，因?yàn)樗碚髁嘶祛l器增加的噪聲，并出現(xiàn)在IF輸出端。這是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)閹?nèi)噪聲一旦被添加到感興趣的信號(hào)中，幾乎不可能消除，破壞信號(hào)，使解調(diào)更具挑戰(zhàn)性，并降低誤碼率（BER）。典型的噪聲系數(shù)介于0.5和3 dB之間。

隔離定義了混頻器阻止RF或LO輸入信號(hào)能量到達(dá)IF輸出的程度，這會(huì)破壞和扭曲IF并導(dǎo)致解調(diào)問(wèn)題和錯(cuò)誤。它是RF或LO輸入與泄漏IF輸出的比率。

動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量混頻器可以處理的最大信號(hào)電平與最小信號(hào)電平之比，并仍提供符合規(guī)格的IF信號(hào)。根據(jù)預(yù)期的RF輸入，系統(tǒng)可能需要中等（50 dB）或?qū)拕?dòng)態(tài)范圍（100 dB）。

這些只是頂級(jí)混頻器相關(guān)的性能參數(shù)。其他包括鏡像抑制，增益壓縮，DC偏移和1 dB壓縮點(diǎn)。

可用的混頻器范圍廣泛

混頻器供應(yīng)商包括具有RF專(zhuān)業(yè)知識(shí)的傳統(tǒng)模擬IC供應(yīng)商，以及開(kāi)發(fā)IC和分立器件混頻器的以RF為中心的供應(yīng)商。由于這兩個(gè)小組從不同方向看混合器的性能，因此它們?cè)趦?yōu)先級(jí)和權(quán)衡以及常見(jiàn)方面有不同的關(guān)注領(lǐng)域。

IC供應(yīng)商ADI公司推出ADL5350，這是一款具有集成LO緩沖放大器的GaAs pHEMT單端無(wú)源混頻器（圖4）。

圖4：ADL5350無(wú)源混頻器包括一個(gè)有源LO放大器，可簡(jiǎn)化LO信號(hào)生成的操作和要求。

該寬帶設(shè)備可處理750 MHz至4 GHz的頻率，專(zhuān)為不同調(diào)制類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩基站而設(shè)計(jì)。緩沖區(qū)允許用戶(hù)提供低電平LO，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)換損耗為6.8 dB，噪聲系數(shù)為6.5 dB，IP3為25 dB。由于涉及的頻率，ADL5350采用8 VFDFN裸焊盤(pán)，芯片級(jí)封裝（圖5）。 （它也可以用于上轉(zhuǎn)換的補(bǔ)充過(guò)程，但這是另一個(gè)故事。）

圖5：為了獲得最大的RF性能，ADL5350安裝在采用裸露焊盤(pán)，芯片級(jí)封裝。

CEL（原加利福尼亞?wèn)|部實(shí)驗(yàn)室）提供UPC2757硅片MMIC（單片微波IC），用于0.1至2.0 GHz的RF輸入和20至300 MHz的IF（圖6）。

圖6：CEL的UPC2757系列包括用于0.1和2.0 GHz之間RF輸入的基本有源混頻器。

UPC2757TB針對(duì)低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，而UPC2758TB則針對(duì)低失真進(jìn)行了優(yōu)化。對(duì)于每個(gè)IC，轉(zhuǎn)換增益是LO頻率的函數(shù)（圖7）。

圖7：CEL的UPC2757 MMIC的轉(zhuǎn)換增益隨LO頻率而變化;兩個(gè)主要的家庭成員提供功耗與失真的基本選擇。

這只是兩個(gè)例子。混合器可從許多供應(yīng)商處獲得;設(shè)備可用于各種RF和LO頻率，以及不同的功率水平和性能參數(shù)。設(shè)計(jì)人員的決策過(guò)程首先列出了基本頻率要求以及其他混頻器屬性所需的值，以及任何這些因素中可能存在的任何靈活性或權(quán)衡。