Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF"

Βασιλική Μέλιοι
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων Κεφάλαιο 6.2 Mixers /25

2 Βασικές Παράμετροι Μικτών Mixer Βασικές παράμετροι των μικτών: Z =5Ω Band Selecion Filer - -8dBm Z =5Ω Receiver Fron End LNA A 5dB Z =5Ω Image Rejec Filer L 4dB Downconversion Mixer LO Channel Selecion Filer IF Z =.5kΩ kω Επιτυγχάνεται υψηλή απολαβή τάσης στον mixer IFA IF Signal Τυπικά χαρακτηριστικά mixer NF εικόνα θορύβου I I P3 Απολαβή Εμπέδηση εισόδου και εξόδου Απομόνωση Por-o-Por 2 db +5 dbm db 5 Ω -2 db 2/25

3 Mixers Βασικές Παράμετροι Με ημιτονικό σήμα τοπικού ταλαντωτή: y FT x s Y S A 2 Y X v S v dv 2 X S Mixer x y s Acos A Y X X 2 X Up-conversion X X -ω +ω -ω +ω 3/25

4 Mixers Βασικές Παράμετροι Με ημιτονικό σήμα τοπικού ταλαντωτή: X Mixer S Y A X S 2 X X Downconversion X X X X -ω -ω +ω +ω -ω -ω +ω -ω +ω -ω +ω +ω 4/25

5 Mixers Βασικές Παράμετροι Με τετραγωνικό σήμα τοπικού ταλαντωτή: y K x s LO K Y X v SLO v dv 2 s LO X Mixer S Y X S s cos cos Y K K K X X X 2 5/25

6 Ενεργοί Μίκτες V DD V IF- V IF+ V LO+ M M 2 V LO- V M 3 Οι ενεργοί μίκτες, χάρη στην ενίσχυση που επιτυγχάνουν, μειώνουν τη συμβολή των επόμενων βαθμίδων στο θόρυβο του δέκτη, γι αυτό και χρησιμοποιούνται ευρέως στα. 6/25

7 Παθητικοί Μίκτες V LO V LO S V V IF V M V IF R L R L Οι παθητικοί μίκτες εμφανίζουν μεγαλύτερη γραμμικότητα και ταχύτητα απόκρισης και χρησιμοποιούνται στους σταθμούς βάσης. 7/25

8 Mixers Απολαβή μετατροπής Απολαβή μετατροπής τάσης: ο λόγος της RMS τάσης του σήματος IF προς την RMS τάση του σήματος. Απολαβή μετατροπής ισχύος ίση µε την απολαβή τάσης σε db αν η αντίσταση εισόδου και η αντίσταση εξόδου είναι ίσες µε την αντίσταση της πηγής σήματος. s LO cos cos s S 2 Y Mixer y x s Channel Selecion Filer y IF X X X 2 Volage Conversion Gain G C : Απολαβή μετατροπής τάσης < G C Y X v S v dv 2 Acive single balanced mixer: G C 2gmR 8/25

9 Mixers Εικόνα θορύβου SSB Αθόρυβος μίκτης με μοναδιαία απολαβή: Mixer Θερμικός θόρυβος Σήμα Είδωλο R S x y V v LO Acos ω ω Το σήμα μετά την μετατροπή συχνότητας έχει διπλάσιο θόρυβο SNR / 2 ou SNR IN ω -ω NF 3dB 9/25

10 Mixers Εικόνα θορύβου DSB Αθόρυβος μίκτης με μοναδιαία απολαβή: Mixer Θερμικός θόρυβος Σήμα R S x y V v LO Acos ω ω = ω Zero-IF μετατροπή SNRou SNR IN NF db /25

11 /25 Mixers θόρυβος με μη ημιτονικό σήμα LO Εικόνα θορύβου NF: 2 s LO v LO 3 cos 3 2 cos 2 2, x e H x H y n jl l l n n l X H Y n l l n 2 l S H S xn l l yn

12 Mixers θόρυβος με μη ημιτονικό σήμα LO Θόρυβος N Συνιστώσες τοπικού ταλαντωτή LO f Ο θόρυβος αντιγράφεται σε κάθε αρμονική του σήματος LO noise folding Ο συνολικός θόρυβος εξόδου Power Specra Densiy of saionery folded noise S yn Hl Sxn l l 2 2/25

13 Mixers Απομόνωση Εισόδων εξόδων Η ελλιπής απομόνωση LO- προκαλεί διαρροή του τοπικού ταλαντωτή προς τον LNA και ενδεχομένως προς την κεραία. Η ελλιπής απομόνωση -LO επιτρέπει σε ισχυρούς παρεμβολείς να αλληλεπιδράσουν µε τον τοπικό ταλαντωτή που οδηγεί τον μίκτη. Η ελλιπής απομόνωση LO-IF μπορεί να προκαλέσει απευαισθητοποίηση των βαθμίδων που ακολουθούν. Η απομόνωση -IF καθορίζει τι ποσοστό του σήματος εμφανίζεται απ ευθείας στην έξοδο IF, κάτι που είναι κρίσιμο στους ομόδυνους δέκτες. Mixer x y IF v LO 3/25

14 Mixers Απομόνωση Εισόδων εξόδων Εκτίμηση της απομόνωσης LO- V DD R M M 2 V R 2 LO IF 3 V IF 2RI 3 VLO VIF R2I 3 V IF V R I Large Feedhrough V LO V M 3 I 3 I g V 3 m3 V IF V IF 2 4/25

15 Mixers Απομόνωση Εισόδων εξόδων Εκτίμηση της απομόνωσης LO- V DD R R 2 V IF V LO M 3 M 4 M 5 M 6 V M M 2 V V LO LO V V IF IF R I R I 2 R R 2 2 I I 2 R I R I 2 I I 2 V IF 2 2 R I I Small Feedhrough 5/25

16 Mixers Μίκτες Απλής και Διπλής Ισοστάθμισης Αν ένας μίκτης χρησιμοποιεί διαφορικό σήμα LO αλλά μονόπλευρο σήμα, λέγεται «απλής ισοστάθμισης». V DD R R 2 V IF Πλεονεκτήματα: μικρότερος θόρυβος ανηγμένος στην είσοδο για δεδομένη κατανάλωση ισχύος V LO M M 2 Μειονεκτήματα: μεγαλύτερη επίδραση του θορύβου του LO και μικρότερη απομόνωση LO-IF V M 3 G C 2gmR 6/25

17 Mixers Μίκτες Απλής και Διπλής Ισοστάθμισης Αν ο μίκτης λειτουργεί με διαφορικές και τις δύο εισόδους LO και, τότε λέγεται «διπλής ισοστάθµισης» π.χ. το κύτταρο Gilber. V DD R R 2 V IF V LO M 3 M 4 M 5 M 6 V M M 2 G C 4gmR Πλεονεκτήματα: μικρότερη παραμόρφωση άρτιας τάξης υπό την προϋπόθεση ότι ο LNA μπορεί να δώσει διαφορική έξοδο και αντιστάθμιση του σήματος του LO. 7/25

18 Mixers Μονόπλευρη έξοδος V CC R R V ou Direc feedhrough -IF Αύξηση του NF I V ou I R a bs + a b 2 I 2 8/25

19 Mixers Διαφορική έξοδος V CC R R V ou Direc feedhrough -IF Αύξηση του NF I V ou I R a bs + a, b I - 9/25

20 Mixers Μετατροπή διαφορικής εξόδου σε μονόπλευρη Δικτύωμα μετατροπής διαφορικής εξόδου σε μονόπλευρη. V DD L L 2 C I IF Z in M M 2 5Ω-kΩ 2/25

21 Mixers Ανεπιθύμητες Συχνότητες Επιθυμητή συχνότητα: LO Ανεπιθύμητες συχνότητες: Όπου m και n ακέραιοι m LO n Οι ανεπιθύμητες συχνότητες οφείλονται σε µη γραμμικότητες. Η πλήρης μελέτη τους απαιτεί ανάλυση µέσω Η/Υ. 2/25

22 R D V DD R D CMOS Mixers Το πλάτος της τάσης του LO στο κύκλωμα αυτό επηρεάζει τόσο την απολαβή μετατροπής όσο και τον θόρυβο. V LO M 2 M 3 V M V IF Επειδή απαιτείται αρκετά μεγάλο πλάτος για να επιτύχουμε πλήρη μεταγωγή, αν τα Μ2 και Μ3 είναι ταυτόχρονα αγώγιμα για ένα σημαντικό τµήμα της περιόδου, τότε ένα μέρος από το ρεύµα που παράγεται από το Μ «χάνεται» σαν σήμα κοινού τρόπου. Αυτό μειώνει την απολαβή μετατροπής και αυξάνει το θόρυβο από τα Μ2 και Μ3. Για δεδομένο πλάτος LO, αυξάνουμε το W των Μ2 και Μ3 ή μειώνουµε το ρεύμα πόλωσής τους. Για να βελτιωθεί η γραμμικότητα της θύρας του μίκτη πρέπει να αυξηθεί η τάση υπεροδήγησης πύλης-πηγής του τρανζίστορ εισόδου. Για δεδομένο ρεύμα πόλωσης, ωστόσο, αύξηση της υπεροδήγησης οδηγεί σε χαμηλότερη αγωγιμότητα, αυξάνοντας έτσι την εικόνα θορύβου και μειώνοντας την απολαβή μετατροπής. Σε σχεδιασμούς χαμηλής τάσης, ο συμβιβασµός μεταξύ της γραμμικότητας και της απολαβής του μίκτη είναι συχνά προβληματικός. 22/25

23 Mixers Παθητικοί μίκτες CMOS Παθητικοί µίκτες CMOS. Πλεονεκτήματα: α Υψηλότερη IP3 αν τα M και Μ2 δέχονται υψηλή τάση υπεροδήγησης πύλης-πηγή στην αγώγιμη κατάσταση ΟΝ, έτσι ώστε η V να µη μεταβάλλει σημαντικά την αντίστασή αγωγιμότητάς τους. β Δεν αντλούν ισχύ από την τάση τροφοδοσίας. Μειονεκτήματα: α Ο θόρυβος της βαθμίδας που ακολουθεί τον μίκτη «μεγεθύνεται» όταν ανάγεται στη V επειδή η απολαβή του μίκτη είναι μικρότερη της μονάδας. Η απολαβή τάσης του μίκτη στην ιδανική περίπτωση είναι ίση µε 2/π. Για ημιτονικό σήμα LO, η απολαβή είναι ακόμη χαμηλότερη, επειδή τα M και Μ2 είναι ταυτόχρονα αγώγιμα για αξιοσημείωτο τμήμα της περιόδου. βτο μεγάλο πλάτος που απαιτείται για τα M και Μ2, για χαμηλή αντίσταση αγωγιμότητας, οδηγεί σε σημαντική χωρητική διατροφοδότηση από την LO στην IF. V LO V M V IF V LO M 2 23/25

24 Mixers Παθητικοί μίκτες CMOS Η γραμμικότητα των παθητικών μικτών μειώνεται για χαμηλές τάσεις τροφοδοσίας. Με ημιτονικά σήματα LO, οι διακόπτες παρουσιάζουν σχετικά μικρή τάση υπεροδήγησης πύλης-πηγής, για ένα σημαντικό μέρος της περιόδου. Έτσι, η είσοδος μεταβάλλει σημαντικά την αντίσταση αγωγιμότητας του μεταγωγέα κατά τη διάρκεια του χρόνου αυτού, και εισάγει παραμόρφωση. V LO V M V IF R on V LO M 2 Turn-on poin of M V LO V + V TH 24/25

25 Mixers Τέλος 25/25

Σχετικά έγγραφα

Κεφάλαιο 6 -Μίκτες. Κεφάλαιο 6. Μίκτες (Mixers) (Mixers) 1

Κεφάλαιο 6 -Μίκτες. Κεφάλαιο 6. Μίκτες (Mixers) (Mixers) 1 Κεφάλαιο 6 Μίκτες (Mixers) (Mixers) 1 Βασικές παράµετροι των Μικτών Τυπικά χαρακτηριστικά του µίκτη NF (εικόνα θορύβου) I I P3 Απολαβή Αντίσταση εισόδου (ετερόδυνη) Αποµόνωση Port-to-Port 12 db +5 dbm