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

Transcript

1 Κεφάλαιο 6 Μίκτες (Mixers) (Mixers) 1

2 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 10 db 50 Ω db (Mixers) 2

3 Με ηµιτονικό σήµα τοπικού ταλαντωτή. (Mixers) 3

4 Με τετραγωνικό σήµα τοπικούταλαντωτή. ΜετάαπότοφίλτροIF (Mixers) 4

5 ΠαθητικοίκαιΕνεργοίΜίκτες. Οι ενεργοί µίκτες, χάρη στην ενίσχυση που επιτυγχάνουν, µειώνουν τη συµβολή των επόµενων βαθµίδωνστοθόρυβοτουδέκτη, γι αυτό και χρησιµοποιούνται ευρέως στα RF συστήµατα. Οι παθητικοί µίκτες εµφανίζουν µεγαλύτερη γραµµικότητα και ταχύτητα απόκρισης και χρησιµοποιούνται στους σταθµούς βάσης. (Mixers) 5

6 Απολαβή µετατροπής. Απολαβή µετατροπής τάσης:ο λόγος της RMS τάσης του σήµατος IF προς την RMS τάση του RF 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) (Mixers) 6

7 Εικόνα Θορύβου SSB και DSB. SSB DSB (Mixers) 7

8 Ο θόρυβος όταν το σήµα τουlo δεν είναι ηµιτονικό. (Mixers) 8

9 Αποµόνωση Εισόδων-Εξόδων. Η ελλειπής αποµόνωση LO-RF προκαλεί διαρροή του τοπικού ταλαντωτή προς τον LNA και ενδεχοµένως προς την κεραία. Η ελλειπής αποµόνωση RF-LO επιτρέπει σε ισχυρούς παρεµβολείς να αλληλεπιδράσουν µε τον τοπικό ταλαντωτή που οδηγεί τον µίκτη. Η ελλειπής αποµόνωση LO-IF µπορεί να προκαλέσει απευαισθητοποίηση των βαθµίδων που ακολουθούν. Ηαποµόνωση RF-IF καθορίζειτιποσοστότουrf σήµατος εµφανίζεται απ ευθείας στην έξοδο IF, κάτι που είναι κρίσιµοστουςοµόδυνους δέκτες. Εκτίµηση της αποµόνωσης LO-IF. (Mixers) 9

10 Μίκτες Απλής και ιπλής Ισοστάθµισης. Αν ένας µίκτης χρησιµοποιεί διαφορικό σήµα LO αλλά µονόπλευρο RF σήµα, λέγεται «απλής ισοστάθµισης». Αν ο µίκτης λειτουργεί µε διαφορικέςκαιτιςδύοεισόδουςlo και RF, τότε λέγεται «διπλής ισοστάθµισης π.χ. το κύτταρο Gilbert. Πλεονεκτήµατα: µικρότερος θόρυβος ανηγµένος στην είσοδο για δεδοµένη κατανάλωση ισχύος, Μειονεκτήµατα: µεγαλύτερη επίδραση του θορύβου του LO και µικρότερη αποµόνωση LO-IF.. Πλεονεκτήµατα: µικρότερη παραµόρφωση άρτιας τάξης υπό την προϋπόθεση ότι ο LNA µπορεί να δώσει διαφορική έξοδο και αντιστάθµιση του σήµατος του LO. (Mixers) 10

11 Μονόπλευρη και διαφορική έξοδος. Vout (t) = IRFR + [ α bs(t) ] Direct feedthrough (RF-IF) Αύξηση του NF α=b=0.5 α=0, b=1. ικτύωµα µετατροπής διαφορικής εξόδου σε µονόπλευρη. (Mixers) 11

12 Ανεπιθύµητες Συχνότητες στον Μίκτη. Επιθυµητή συχνότητα: ωlo ω RF Ανεπιθύµητες συχνότητες: όπου m και n ακέραιοι mω RF ± nω LO Οι ανεπιθύµητες συχνότητες οφείλονται σε µη γραµµικότητες. Ηπλήρηςµελέτη τους απαιτεί ανάλυση µέσω Η/Υ. (Mixers) 12

13 Μίκτες CMOS. Το πλάτος της τάσης του LO στο κύκλωµα αυτόεπηρεάζει τόσο την απολαβή µετατροπής όσο και τον θόρυβο. Επειδή απαιτείται αρκετά µεγάλο πλάτος για να επιτύχουµε πλήρη µεταγωγή, αν τα Μ 2 και Μ 3 είναι ταυτόχρονα αγώγιµα για ένα σηµαντικό τµήµα τηςπεριόδου, τότε ένα µέρος από το RF ρεύµα που παράγεται από το Μ 1 «χάνεται» σαν σήµα κοινού τρόπου. Αυτό µειώνει την απολαβή µετατροπής και αυξάνειτοθόρυβοαπόταμ 2 και Μ 3. Για δεδοµένο πλάτος LO, αυξάνουµε τοw των Μ 2 και Μ 3 ή µειώνουµε τορεύµα πόλωσήςτους. Για να βελτιωθεί η γραµµικότητα της θύρας RF 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. (Mixers) 13

14 Παθητικοί µίκτες CMOS. Πλεονεκτήµατα: α) Υψηλότερη IP 3 αν τα M 1 και Μ 2 δέχοντα υψηλή τάση υπεροδήγησης πύλης-πηγή στην αγώγιµη κατάσταση (ΟΝ), έτσι ώστε η V RF να µη µεταβάλλει σηµαντικά την αντίστασή αγωγιµότητάς τους. β) εν αντλούν ισχύ από την τάση τροφοδοσίας. Μειονεκτήµατα: α) Ο θόρυβος της βαθµίδας που ακολουθεί τον µίκτη «µεγεθύνεται» όταν ανάγεται στη V RF επειδή η απολαβή του µίκτη είναι µικρότερη της µονάδας,. Ηαπολαβήτάσηςτουµίκτη στην ιδανική περίπτωση είναι ίση µε 2/π. Για ηµιτονικό σήµα LO ηαπολαβήείναιακόµη χαµηλότερη επειδή τα M 1 και Μ 2 είναι ταυτόχρονα αγώγιµαγιααξιοσηµείωτο τµήµα της περιόδου. β)το µεγάλο πλάτος που απαιτείται για τα M 1 και Μ 2, για χαµηλή αντίσταση αγωγιµότητας, οδηγεί σ σηµαντική χωρητική διατροφοδότηση από την LO στην IF. Η γραµµικότητα των παθητικών µικτώ µειώνεται για χαµηλές τάσε τροφοδοσίας. Με ηµιτονικά σήµατα LO, οι διακόπτ παρουσιάζουν σχετικά µικρή τάσ υπεροδήγησης πύλης-πηγής, για έν σηµαντικό µέρος της περιόδου. Έτσι, είσοδος RF µεταβάλλει σηµαντικά τη αντίσταση αγωγιµότητας του µεταγωγέ κατά τη διάρκεια του χρόνου αυτού κ εισάγει παραµόρφωση. (Mixers) 14