隨著多種通信標準廣泛共存，越來越多的無線通信設(shè)備需要滿足多頻段、高帶寬要求，這給系統(tǒng)設(shè)計，特別是射頻電路設(shè)計帶來極大的挑戰(zhàn)。受制于半導(dǎo)體技術(shù)制約以及射頻技術(shù)本身的復(fù)雜性，高性能、寬帶射頻集成電路的設(shè)計實現(xiàn)通常難度非常大，射頻器件在滿足高帶寬、低噪聲、無雜散動態(tài)范圍等關(guān)鍵技術(shù)指標上常常左支右絀。而混頻器作為射頻電路設(shè)計的關(guān)鍵器件之一，無疑是典型代表。
熟悉射頻電路的工程師通常了解兩個術(shù)語——有源混頻器和無源混頻器。由于兩種混頻器固有的架構(gòu)特點，有源混頻器通常意味著高帶寬，而無源混頻器幾乎等同于低帶寬混頻器。但是，混頻器技術(shù)的高帶寬和高性能似乎天生就有點魚與熊掌不可兼得的尷尬——有源混頻器泛泛的無雜散動態(tài)范圍和線性度特性讓其在很多對性能要求苛刻的寬帶應(yīng)用中黯然失色，而無源混頻器盡管具有無雜散動態(tài)范圍特性、線性度的明顯優(yōu)勢明，但低帶寬讓人望而卻步。然而，在像蜂窩基站這樣的應(yīng)用中，惡劣的工作環(huán)境和不斷變化的市場格局要求接收器件具有極高的性能，為了滿足高帶寬設(shè)計需求，大部分都采用了具有良好帶寬但其他性能指標平平的有源混頻器。這樣的折中無疑存在一定的性能隱患，例如更高的掉話率。
圖1：ADL5811/5812將射頻前端電路大大簡化并提高射頻電路性能。
在多頻段/多標準蜂窩基站接收機、寬帶無線電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應(yīng)用等常見的無線通信系統(tǒng)應(yīng)用中，如果要利用到上述的無源混頻器優(yōu)勢特性，通常的解決方案是采用多個窄帶混頻器。ADI公司利用三大創(chuàng)新技術(shù)有效解除了提高無源混頻器帶寬的“魔咒”，最近在業(yè)界首次推出寬帶無源混頻器——ADL5811/5812，700MHz到2800MHz的頻率范圍，讓傳統(tǒng)需要三塊無源混頻器的射頻前端電路僅需單顆芯片即可實現(xiàn)，大大簡化系統(tǒng)設(shè)計并提高射頻電路性能（見圖1）。
三大創(chuàng)新技術(shù)突破無源混頻器的窄帶“宿命”
ADL5811/5812無源混頻器消除了一直以來寬帶應(yīng)用中選擇有源或無源混頻器必然面對的折中尷尬，因為它們不但能夠提供工程師需要的線性度、失真和噪聲性能，而且支持真正意義上的寬帶頻率工作模式。新款A(yù)DI無源混頻器在單個器件中支持寬達700MHz至2800MHz的頻率范圍，其輸入IP3（三階交調(diào)）為24 dBm，SSB噪聲系數(shù)為11dB ，功率轉(zhuǎn)換增益為7dB。ADL5811/5812實現(xiàn)了業(yè)界最佳的線性度、噪聲系數(shù)、無雜散動態(tài)范圍和阻塞性能，而且這些性能規(guī)格在整個工作頻率范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
新款無源混頻器出色表現(xiàn)要歸功于三大技術(shù)（圖2）：寬帶、限幅LO放大器；可編程RF巴倫變壓器；可編程低通濾波器。其中最突出的是寬帶方波限幅LO放大器，與傳統(tǒng)的窄帶正弦波LO放大器不同，允許將高于或低于RF輸入的LO應(yīng)用于極寬的帶寬，這種放大器可以在250MHz到2760MHz的較高帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生一種上升時間較快的高壓方波，而不會導(dǎo)致直流電流上升。而這是窄帶無源混頻器中通常難以克服的問題。此外，由于不需要儲能元件，因此直流功耗也隨著LO頻率降低而降低。
以前，窄帶混頻器集成一種由磁性或傳輸線路變壓器構(gòu)成的RF巴倫，有限帶寬大大限制了此類混頻器的應(yīng)用。ADL5811/5812業(yè)界創(chuàng)新地首次采用了可編程的RF巴倫變壓器結(jié)構(gòu)，用來確保平衡的RF信號加載至FET混頻器，能夠在700 MHz至2800 MHz RF輸入頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳性能，在整個射頻帶寬內(nèi)提供出色的LO至RF和LO至IF泄漏、出色的RF至IF隔離以及出色的交調(diào)性能。
ADL5811/5812采用的第三種創(chuàng)新技術(shù)是在混頻器輸出端集成了可編程低通濾波器, 低通濾波器可以濾除無用的邊帶信號,從而去除因無用邊帶信號引起的中頻放大器的過早的壓縮, 這樣可以提高線性。ADI設(shè)計了一種調(diào)諧濾波器網(wǎng)絡(luò)來提供適當?shù)念l端（為RF和LO頻率的函數(shù)），由此降低了負載中無用邊帶的幅度。
圖2：三大技術(shù)進步成就高性能寬帶無源混頻器：1.寬帶、限幅LO放大器；2.可編程RF巴倫變壓器；3.可編程低通濾波器。
此外，ADL5811/5812所采用的平衡混頻器內(nèi)核還能提供極高的輸入線性度，使該系列器件能用在要求苛刻的寬帶應(yīng)用中。對于這些應(yīng)用，如果輸入線性度不高，帶內(nèi)阻塞信號可能會導(dǎo)致動態(tài)范圍降低。平衡混頻器內(nèi)核所實現(xiàn)的阻塞器噪聲系數(shù)性能與窄帶無源混頻器設(shè)計相當。在ADL5811/5812上，緊跟在無源混頻器內(nèi)核之后，采用了高線性度中頻緩沖放大器，可提供7 dB的典型功率轉(zhuǎn)換增益，并且可以與各種輸出阻抗一起使用。
適合無線基礎(chǔ)設(shè)施及軟件無線電應(yīng)用
ADL5811和ADL581高性能射頻無源混頻器適合各種寬帶無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用和軟件定義無線電應(yīng)用，包括多頻段/多標準蜂窩基站接收機、寬帶無線電鏈路下變頻器、多模式蜂窩中繼器和微微蜂窩應(yīng)用。針對這些應(yīng)用的設(shè)計通常要求高線性度和低噪聲，而現(xiàn)有混頻器解決方案通常需要使用外部元件，如巴倫和匹配元件，從而增加了設(shè)計和調(diào)試的復(fù)雜度，使設(shè)計變得更具挑戰(zhàn)性。上述的ADL5811和ADL5812高性能特性在整個頻帶范圍內(nèi)都表現(xiàn)穩(wěn)定，并可通過SPI調(diào)諧控制消除片外匹配元件的必要性，縮短設(shè)計時間、減少器件驗證、降低開發(fā)成本、降低元器件成本、改進庫存管理。
在GSM、CDMA、WCDMA、LTE等無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計中，優(yōu)異的線性度、轉(zhuǎn)換增益、雜散抑制和低噪聲系數(shù)對對增強接收器靈敏度和抗阻塞性能至關(guān)重要。這些無線基站通信標準定義了不同參數(shù)的下限指標，包括接收機的靈敏度和無線電信號性能，這些關(guān)鍵指標對無線基站中的每個射頻功能模塊提出了設(shè)計挑戰(zhàn)。而作為信號通路中對靈敏度有關(guān)鍵影響的混頻器，其性能特性非常重要，ADL5811/5812在繼承無源混頻器的卓越動態(tài)特性、高線性度、低噪聲優(yōu)勢的同時，帶寬上完全滿足了這些應(yīng)用需求，將成為包括蜂窩基站、微基站和微微基站等無線基礎(chǔ)設(shè)施的最佳的混頻器選擇。ADL5811/5812的卓越性能將大大有助于降低通信運營商的掉話率等用戶敏感的關(guān)鍵性能指標。
軟件無線電應(yīng)用的關(guān)鍵特性之一就是可重新配置和寬帶適應(yīng)性，ADL5811/5812的寬帶、高性能和可編程特性使其非常適合軟件無線電應(yīng)用。ADL5811/5812突破性地將頻率范圍擴展到700MHz到2800MHz，不僅滿足了寬帶無線應(yīng)用的頻率要求，而且所有功能都通過三線式SPI（串行端口接口）輕松更改，設(shè)計師無需借助外部阻抗匹配元件也可對混頻器進行調(diào)節(jié)。這些可編程特性包括：通過片上寄存器簡單設(shè)置，雙通道ADL5812的每個通道都可以獨立使能或禁用；頻率設(shè)置；中頻輸出低通濾波器設(shè)置，可以實現(xiàn)增益、噪聲系數(shù)和輸入三階截取點之間的折中；混頻器VGS設(shè)置；等等。
圖3：ADL5812評估板原理圖。
本文小結(jié)：
作為射頻集成電路領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，ADI一直在致力于寬帶射頻電路的研發(fā)，利用完善的設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)知識與工藝技術(shù)，從業(yè)界領(lǐng)先的高性能分立RF功能模塊，到高度集成的多功能、單芯片RF解決方案，提供覆蓋整個射頻信號鏈的RF產(chǎn)品。在混頻器技術(shù)和市場上具有領(lǐng)先的優(yōu)勢，ADL5811和ADL5812無源混頻器的推出再次為高性能射頻電路設(shè)計提供了一款關(guān)鍵器件，兼顧高性能和高帶寬。
作為完整無線通信信號鏈的一部分，ADL5811和ADL5812無源混頻器可以與ADI的AD8375/6 IF DGA或ADL5561/2差分放大器及ADF435X系列頻率合成器配合使用，共同構(gòu)成完整的接收機信號鏈。