作者 Bill Beckwith Xudong Wang Tom Schiltz ADI公司
摘要：5G的带宽至少需求从现在的20MHz带宽增大到100MHz乃至更高，这就意味着需求进入3.6GHz以上或更高的频段。为了满意这种需求，凌力尔特的LTC5593双无源下变频混频器在3.6GHz供给了超卓的线性度和动态规模功用，一起支撑逾越200MHz的平整信号带宽，可用来构成极点巩固的MIMO(多输入多输出) 接收器。
导言
数据传输速率日益进步是一种全球化需求，这种需求现已逾越了现在4G无线网络容量的极限。下一代 5G网络需求将容量进步10倍以上，以跟上未来的开展需求。虽然5G规范没有终究确认，但即便不是悉数也是大部分商场参与者都以为，带宽至少需求 (从现在的 20MHz带宽) 增大到100MHz，有些人乃至说，会增大到200MHz。假如这样，就需求进入3.6GHz以上或更高的频段。
为了满意这种需求，凌力尔特的LTC5593双无源下变频混频器在3.6GHz供给了超卓的线性度和动态规模功用，一起支撑逾越200MHz的平整信号带宽，可用来构成巩固的MIMO(多输入多输出) 接收器。在Wi-Fi和4G网络等体系中，当带宽有限时，MIMO技能明显进步了数据的净吞度速率和接收率，因而MIMO技能现已证明了其本身的有用性。在5G体系向频率更高的频段迁移时，LTC5593在2.3GHz至4.5GHz规模内供给接连的50Ω匹配，然后支撑在2.6GHz和3.6GHz频段上的多频段接收器。就频率较低的频段而言，凌力尔特还供给其他引脚兼容的混频器，包括LTC5590、LTC5591和LTC5592，这些混频器涵盖了其他一切LTE接收器。每款混频器的频率掩盖规模和典型的3.3V功用如表1所示。这些混频器可供给高转化增益、低噪声指数(NF)以及高线性度和低DC功耗。典型功率转化增益为8dB，并具有26dBm的输入三阶截取点(IIP3)、10dB的噪声指数和1.3W功耗。
LTC5593系列的双高功用混频器十分合适无线根底设施MIMO接收器，例如RRH(远端射频头)。这类体系极点紧凑，选用密封且不受气候影响和自成一体的外壳，因而在选用许多电子器材时，对坚持小尺度和热量办理造成了应战。双通道解决方案削减了所需器材数量，简化了LO信号走线并减小了电路板面积。此外，每个LTC5593都包括集成的RF和LO平衡-不平衡转化器、双平衡混频器、LO缓冲放大器和差分IF放大器，然后进一步减小了总的解决方案尺度、下降了复杂性和本钱。
1 混频器描绘
图1中的简化方框图表明出了双通道混频器拓扑，其选用无源双平衡混频器内核驱动IF输出放大器。混频器内核是四路开关MOSFET，一般具有大约7dB的转化损耗。但是在此场合中，坐落这以后的片内IF放大器增益大大弥补了该损耗，然后完成了8dB左右的总功率增益。差分IF输出针对一个规范的200Ω接口进行了优化，它能够直接驱动差分IF滤波器和可变增益放大器，然后最大极限削减了外部组件。
LO通路选用了一个共用的平衡-不平衡转化器，以将单端输入转化为一个差分LO，然后驱动每个通道的独立缓冲放大器。这种别离的LO驱动拓扑坚持了至两个混频器之LO信号的相位相干性，一起可供给杰出的通道阻隔度。此外，为了防止产生不期望的VCO负载拉移或许对VCO的搅扰，在一切的操作形式中均坚持了稳定的50Ω LO输入阻抗匹配，乃至当一个或两个混频器级被接通和关断时也不破例。2.1GHz至3.4GHz频率规模内的50Ω阻抗匹配经过增设一个1.5pF外部串联电容器C2来完成。该电容器也是DC阻隔所需求的。关于更高的3.6GHz频段，在%&&&&&%器的电源侧上增设一个10nH 并联电感器可在LO供给杰出的回程损耗。图2显现了在各种作业条件下LTC5593的LO输入回程损耗。该功用消除了对外部LO缓冲级的需求。
传统基站坚持其环境是温度受控的，要求组件在温度高达+85°时坚持正常作业。但是，较小的蜂窝和远端射频头对组件而言则是一种更严厉的环境，要求在温度高达+105℃时坚持正常运转。LTC5593混频器针对高达+105℃的温度而规划，并在这一温度上经过测验，以满意要求。
为了最大极限减小解决方案尺度，LTC5593系列混频器组装在小型5mmx5mm 24引线QFN封装中。但是，较小的封装尺度仅在减小整体解决方案尺度上起到了部分效果。该器材的高集成度将所需外部组件数削减到约19个，然后最大极限减小了电路板面积、下降了复杂性和本钱。
2 接收器运用
双通道接收器中的LTC5593混频器功用图如图3所示。单端RF信号加到混频器输入之前经过放大和滤波。在这个比如中有差分IF信号通路，因而无需IF平衡-不平衡转化器。SAW滤波器、IF放大器和集总元件带通滤波器都是差分式的。这个比如中的接收器选用如图3所示的电路组件值时，支撑150MHz IF带宽。经过下降差分引脚之间的阻抗，能够完成更大的带宽，但增益会略有下降。
在许多MIMO接收器中，都选用高选择性SAW滤波器，以在混频器输出端阻隔不想要的杂散噪声和噪声。混频器的8dB转化增益补偿了这类滤波器的高插入损耗，下降了它们对体系噪声层的影响。混频器的整体功用很高，因而能够在承受滤波器损耗的一起，使接收器满意灵敏度和无寄生要求。
多通道接收器的另一个重要功用方针是通道至通道阻隔度。通道至通道阻隔度指的是，未驱动通道的IF输出值与已驱动通道的IF输出值之比。这个参数一般规定为比天线至天线阻隔度高10dB，以防止下降体系功用。LTC5593以准确的%&&&&&%规划为根底，在3.6GHz时完成了44dB通道至通道阻隔度，在2.6GHz时则为 52dB，这满意了许多种多通道运用的需求。
3 功耗和解决方案尺度
跟着多频段 / 多形式基站拓扑的老练以及从4G到未来的5G网络体系的界说愈加准确，无线根底设施体系也正在向新的渠道装备办法改变，这些装备办法答应以最低极限的硬件和软件更改，满意各种不同的频段或形式需求。LTC559x系列双混频器悉数具有相同的引脚布局，因而易于针对一切频段运用相同的电路板布局。
无线通信的持续增长也影响了更小型蜂窝的运用，例如轻轻蜂窝和毫轻轻蜂窝。需求更多更小的蜂窝加上越来越多地运用远端射频头，现已对根底设施体系造成了更多约束，因而需求更高的集成度和更小的解决方案尺度，
跟着蜂窝数量的添加，功耗也变得日益重要，由于能耗本钱成份额地上升了。另一方面，在远端射频头中，由于依托被迫冷却，所以热量压力成了首要问题。仅仅减小解决方案尺度还不行，由于体系尺度减小会导致功率密度进步、结温上升和潜在的组件可靠性下降之问题。因而，有必要一起下降体系功耗和减小尺度。这个方针很有应战性，由于有必要确保不影响RF功用。
曩昔，将两个独自的混频器整合到一个芯片上会导致2W的整体功耗。为了下降功耗，LTC5593系列混频器规划为以3.3V而不是5V运转。低压电路规划办法下降了功耗但不影响转化增益、IIP3或噪声指数功用。专一遭到较低电源电压影响的参数是输出P1dB功用，该功用参数约为10.4dBm。当驱动200Ω负载阻抗时，P1dB受IF放大器开路集电极点输出电压摆幅的约束。就需求较高P1dB的运用而言，这些混频器被专门规划成答应在IF放大器上运用5V电源。电源电压进步后，P1dB改进为13.7dBm。
如表1所示，双混频器完成了杰出的功用，一起在两个通道都启动时，功耗才刚刚逾越1.3W。为了进一步下降功率，经过运用独立的使能操控，每个通道都能够独登时按需封闭。在能够承受下降线性度要求的情况下，ISEL引脚答运用户切换至小电流形式，以进一步下降DC功耗。
4 定论
为满意新式5G多通道根底设施接收器的严厉要求，LTC5593双无源下变频混频器供给了所需的高功用，推进了频率升高和带宽增大。该混频器兼具高转化增益、低噪声指数和高线性度，改进了体系整体功用，一起低功耗和很小的解决方案尺度满意了不断变小的基站和远端射频头越来越严厉的要求。
本文来源于《电子产品世界》2017年第11期第74页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
