【導讀】5G的帶寬至少需要從目前的20MHz帶寬增大到100MHz甚至更高，這就意味著需要進入3.6GHz以上或更高的頻段。為了滿足這種需求，淩力爾特的LTC5593雙無源下變頻混頻器在3.6GHz提供了出色的線性度和動態範圍性能
，同時支持超過200MHz的平坦信號帶寬
，可用來構成極其堅固的MIMO（多輸入多輸出） 接收器。

引言

數據傳輸速率日益提高是一種全球化需求，這種需求已經超越了目前4G無線網絡容量的極限。下一代 5G網絡需要將容量提高10倍以上
，以跟上未來的發展需求。盡管5G標準尚未最終確定，但即使不是全部也是大部分市場參與者都認為
，帶寬至少需要 （從目前的 20MHz帶寬） 增大到100MHz
，有些人甚至說，會增大到200MHz。如果這樣，就需要進入3.6GHz以上或更高的頻段。

為了滿足這種需求，淩力爾特的LTC5593雙無源下變頻混頻器在3.6GHz提供了出色的線性度和動態範圍性能，同時支持超過200MHz的平坦信號帶寬，可用來構成堅固的MIMO（多輸入多輸出） 接收器。在Wi-Fi和4G網絡等係統中，當帶寬有限時，MIMO技術顯著提高了數據的淨吞度速率和接收率，因此MIMO技術已經證明了其自身的有用性。在5G係統向頻率更高的頻段遷移時，LTC5593在2.3GHz至4.5GHz範圍內提供連續的50Ω匹配，從而支持在2.6GHz和3.6GHz頻段上的多頻段接收器。就頻率較低的頻段而言
，淩力爾特還提供其他引腳兼容的混頻器
，包括LTC5590、LTC5591和LTC5592，這些混頻器涵蓋了其餘所有LTE接收器。每款混頻器的頻率覆蓋範圍和典型的3.3V性能如表1所示。這些混頻器可提供高轉換增益、低噪聲指數（NF）以及高線性度和低DC功耗。典型功率轉換增益為8dB
，並具有26dBm的輸入三階截取點（IIP3）
、10dB的噪聲指數和1.3W功耗。

圖1 雙通道混頻器方框圖

LTC5593係列的雙高性能混頻器非常適合無線基礎設施MIMO接收器，例如RRH（遠端射頻頭）。這(zhe)類(lei)係(xi)統(tong)極(ji)端(duan)緊(jin)湊(cou)
，采(cai)用(yong)密(mi)封(feng)且(qie)不(bu)受(shou)天(tian)氣(qi)影(ying)響(xiang)和(he)自(zi)成(cheng)一(yi)體(ti)的(de)外(wai)殼(ke)
，因(yin)此(ci)在(zai)采(cai)用(yong)大(da)量(liang)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)時(shi)
，對(dui)保(bao)持(chi)小(xiao)尺(chi)寸(cun)和(he)熱(re)量(liang)管(guan)理(li)造(zao)成(cheng)了(le)挑(tiao)戰(zhan)。雙(shuang)通(tong)道(dao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)減(jian)少(shao)了(le)所(suo)需(xu)器(qi)件(jian)數(shu)量(liang)
，簡(jian)化(hua)了(le)LO信號走線並減小了電路板麵積。此外
，每個LTC5593都包含集成的RF和LO平衡-不平衡轉換器
、雙平衡混頻器、LO緩衝放大器和差分IF放大器，從而進一步減小了總的解決方案尺寸、降低了複雜性和成本。

1 混頻器描述

圖1中的簡化方框圖表示出了雙通道混頻器拓撲，其采用無源雙平衡混頻器內核驅動IF輸出放大器。混頻器內核是四路開關MOSFET，通常具有大約7dB的轉換損耗。然而在此場合中，位於其後的片內IF放大器增益大大彌補了該損耗，從而實現了8dB左右的總功率增益。差分IF輸出針對一個標準的200Ω接口進行了優化，它能夠直接驅動差分IF濾波器和可變增益放大器，從而最大限度減少了外部組件。

LO通路采用了一個共用的平衡-不平衡轉換器
，以將單端輸入轉換為一個差分LO，然後驅動每個通道的獨立緩衝放大器。這種分離的LO驅動拓撲保持了至兩個混頻器之LO信號的相位相幹性，同時可提供卓越的通道隔離度。此外，為了避免發生不希望的VCO負載拉移或者對VCO的幹擾
，在所有的操作模式中均保持了恒定的50Ω LO輸入阻抗匹配，甚至當一個或兩個混頻器級被接通和關斷時也不例外。2.1GHz至3.4GHz頻率範圍內的50Ω阻抗匹配通過增設一個1.5pF外部串聯電容器C2來實現。該電容器也是DC隔離所需要的。對於更高的3.6GHz頻段
，在電容器的電源側上增設一個10nH 並聯電感器可在LO提供良好的回程損耗。圖2顯示了在各種工作條件下LTC5593的LO輸入回程損耗。該功能消除了對外部LO緩衝級的需要。

傳統基站保持其環境是溫度受控的
，要求組件在溫度高達+85°時保持正常工作。然而，較小的蜂窩和遠端射頻頭對組件而言則是一種更嚴酷的環境，要求在溫度高達+105℃時保持正常運行。LTC5593混頻器針對高達+105℃的溫度而設計
，並在這一溫度上經過測試，以滿足要求。

為了最大限度減小解決方案尺寸，LTC5593係列混頻器組裝在小型5mmx5mm 24引線QFN封裝中。然而，較小的封裝尺寸僅在減小總體解決方案尺寸上起到了部分作用。該器件的高集成度將所需外部組件數減少到約19個，從而最大限度減小了電路板麵積、降低了複雜性和成本。

2 接收器應用

雙通道接收器中的LTC5593混頻器功能圖如圖3所示。單端RF信號加到混頻器輸入之前經過放大和濾波。在這個例子中有差分IF信號通路，因此無需IF平衡-不平衡轉換器。SAW濾波器、IF放大器和集總元件帶通濾波器都是差分式的。這個例子中的接收器采用如圖3所示的電路組件值時
，支持150MHz IF帶寬。通過降低差分引腳之間的阻抗，可以實現更大的帶寬，但增益會略有降低。

在很多MIMO接收器中，都采用高選擇性SAW濾波器，以在混頻器輸出端隔離不想要的雜散噪聲和噪聲。混頻器的8dB轉(zhuan)換(huan)增(zeng)益(yi)補(bu)償(chang)了(le)這(zhe)類(lei)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)高(gao)插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)，降(jiang)低(di)了(le)它(ta)們(men)對(dui)係(xi)統(tong)噪(zao)聲(sheng)層(ceng)的(de)影(ying)響(xiang)。混(hun)頻(pin)器(qi)的(de)總(zong)體(ti)性(xing)能(neng)很(hen)高(gao)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)在(zai)承(cheng)受(shou)濾(lv)波(bo)器(qi)損(sun)耗(hao)的(de)同(tong)時(shi)，使(shi)接(jie)收(shou)器(qi)滿(man)足(zu)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)無(wu)寄(ji)生(sheng)要(yao)求(qiu)。

圖2 在不同工作狀態下LTC5593的LO回程損耗

多通道接收器的另一個重要性能目標是通道至通道隔離度。通道至通道隔離度指的是，未驅動通道的IF輸出值與已驅動通道的IF輸出值之比。這個參數通常規定為比天線至天線隔離度高10dB，以避免降低係統性能。LTC5593以精確的IC設計為基礎

，在3.6GHz時實現了44dB通道至通道隔離度
，在2.6GHz時則為 52dB，這滿足了很多種多通道應用的需求。

3 功耗和解決方案尺寸

隨著多頻段 / 多模式基站拓撲的成熟以及從4G到未來的5Gwangluoxitongdedingyigengjiajingque，wuxianjichusheshixitongyezhengzaixiangxindepingtaipeizhifangshizhuanbian
，zhexiepeizhifangshiyunxuyizuidixiandudeyingjianheruanjiangenggai，manzugezhongbutongdepinduanhuomoshixuqiu。LTC559x係列雙混頻器全部擁有相同的引腳布局
，因此易於針對所有頻段使用相同的電路板布局。

圖3 接收器應用中的LTC5593雙無源混頻器

wuxiantongxindechixuzengchangyecijilegengxiaoxingfengwodeshiyong
，liruweiweifengwohehaoweiweifengwo。xuyaogengduogengxiaodefengwojiashangyuelaiyueduodishiyongyuanduanshepintou
，yijingduijichusheshixitongzaochenglegengduoxianzhi，yincixuyaogenggaodejichengduhegengxiaodejiejuefanganchicun，

隨sui著zhe蜂feng窩wo數shu量liang的de增zeng加jia，功gong耗hao也ye變bian得de日ri益yi重zhong要yao，因yin為wei能neng耗hao成cheng本ben成cheng比bi例li地di上shang升sheng了le。另ling一yi方fang麵mian，在zai遠yuan端duan射she頻pin頭tou中zhong，由you於yu依yi靠kao被bei動dong冷leng卻que，所suo以yi熱re量liang壓ya力li成cheng了le主zhu要yao問wen題ti。隻zhi是shi減jian小xiao解jie決jue方fang案an尺chi寸cun還hai不bu夠gou
，因yin為wei係xi統tong尺chi寸cun減jian小xiao會hui導dao致zhi功gong率lv密mi度du提ti高gao、結溫上升和潛在的組件可靠性降低之問題。因此，有必要同時降低係統功耗和減小尺寸。這個目標很有挑戰性
，因為必須保證不影響RF性能。

表1 LTC559X頻率覆蓋範圍和3.3V性能總結

過去，將兩個單獨的混頻器整合到一個芯片上會導致2W的總體功耗。為了降低功耗，LTC5593係列混頻器設計為以3.3V而不是5V運行。低壓電路設計方法降低了功耗但不影響轉換增益
、IIP3或噪聲指數性能。惟一受到較低電源電壓影響的參數是輸出P1dB性能，該性能參數約為10.4dBm。當驅動200Ω負載阻抗時
，P1dB受IF放大器開路集電極端輸出電壓擺幅的限製。就需要較高P1dB的應用而言，這些混頻器被專門設計成允許在IF放大器上使用5V電源。電源電壓提高後，P1dB改善為13.7dBm。

如表1所示，雙混頻器實現了卓越的性能，同時在兩個通道都啟動時，功耗才剛剛超過1.3W。為了進一步降低功率，通過使用獨立的使能控製，每個通道都可以獨立地按需關閉。在可以接受降低線性度要求的情況下
，ISEL引腳允許用戶切換至小電流模式，以進一步降低DC功耗。

4 結論

為滿足新興5G多通道基礎設施接收器的嚴格要求，LTC5593雙無源下變頻混頻器提供了所需的高性能，推進了頻率升高和帶寬增大。該混頻器兼具高轉換增益

、低di噪zao聲sheng指zhi數shu和he高gao線xian性xing度du，改gai善shan了le係xi統tong總zong體ti性xing能neng
，同tong時shi低di功gong耗hao和he很hen小xiao的de解jie決jue方fang案an尺chi寸cun滿man足zu了le不bu斷duan變bian小xiao的de基ji站zhan和he遠yuan端duan射she頻pin頭tou越yue來lai越yue嚴yan格ge的de要yao求qiu。

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