ミキサーは、スーパーヘテロダイン（スーパー）受信機アーキテクチャのRF信号チェーンの重要なステージです。 これにより、受信機を対象の広い周波数帯域で調整し、任意の受信信号周波数を既知の固定周波数に変換できます。 これにより、対象の信号を効率的に処理、フィルタリング、および復調できます。 スーパー構造の構造はエレガントでシンプルですが、実際のパフォーマンスはその構成機能ブロックのパフォーマンスに依存します。
ユビキタスなスーパーマンは、エンジニアリングの天才であるメジャーEHアームストロングによって1930年代に開発され、以前のレシーバー設計である超再生設計に大きく取って代わったことに注意してください（現在でもプロのアプリケーションで使用されています）。 その後、アームストロングは周波数変調も発明しましたが、これは今でも広く使用されています。 それらのいずれかがアームストロングを「パイオニアおよび発明者」のカテゴリーにするでしょうが、これらの1つのラジオ関連の発明を持つことは本当に重要です。 ミキサーの基本の詳細については、TechZoneの記事「ミキサーの基本」を参照してください。 基本的なスーパー「シングルコンバージョン」レシーバーでは、入力キャリアRF信号はXNUMXつ以上の低ノイズアンプ（LNA）ステージによって増幅され、ミキサーに入ります（図XNUMX）。 ミキサーには、RF信号と局部発振器（LO）のXNUMXつの入力があります。 LOは、調整したい信号からの固定オフセットにあり、キャリア周波数より上または下に設定できます。 一部の設計には技術的な理由があり、一方が他方よりも優先される理由があります。
図1：基本的なスーパーヘテロダインアーキテクチャは、RF信号を局部発振器と混合し、増幅されたRF信号との固定オフセットを維持して、ダウンコンバージョンの固定周波数IF信号を生成します。この信号は、増幅および復調されたベースバンドになります。
ミキサーは、XNUMXつの信号を組み合わせた非線形ステージです。 この非線形ミキシングはXNUMXつの出力を生成します。XNUMXつはXNUMXつの信号周波数の合計で、もうXNUMXつはそれらの差で生成されます（その他および/または高調波も非線形ミキシングプロセスによって生成されますが、面白くなく、フィルタリングが簡単ではありません）。 中間周波数（IF）と呼ばれるこのような固定ビート周波数出力があり、スーパーデザインを非常に効果的にします。 これは、特定の周波数がどのように調整されていても、IFは常に同じ周波数であるためです。 IF周波数は常に同じであるため、IFステージアンプとそれに続く復調器は、単一の既知の周波数の性能に合わせて最適化できます。
次に、ミキサーのIF出力をフィルター処理してアーティファクトを（可能な限り）除去し、次のステージに進んでさらに増幅および復調します。 歴史的に、従来の放送AMラジオは455 kHz IFを使用し、従来の放送FMラジオは10.7 MHzを使用していましたが、他の専門的なアプリケーションは異なるIFを使用していました。
基本的なシングルコンバージョンスーパーに加えて、ダブルコンバージョントポロジもあります。 これは、500MHzや1GHz以上などのより高い搬送周波数に使用され、各ステージの達成可能なパフォーマンスを最適化することにより、信号フィルタリングの問題やノイズの問題を軽減します。 キャリアは第50ステージのミキサー/ LOを通過して約に減少します。次に、100〜2MHzの第XNUMXのIFは、第XNUMXのミキサー/ LOによってさらに第XNUMXのIFにダウンコンバートされます。 これにより、設計者は全体的な柔軟性が向上し、個々のコンポーネント仕様の要件の一部が緩和されます。 （商用利用されているトリプルコンバージョンレシーバーもあります。）図XNUMX：ダブルコンバージョン設計では、基本的なスーパーメソッドは、より高い周波数でチューニングするために最初のダウンコンバージョンステージを拡張します。 IF出力は固定周波数RFと同等になり、XNUMX番目のステージのLOと混合されてXNUMX番目のIF出力が生成されます。
1.ゼロIF設計
LO / IF超高精度方式は、これまでで最もうまく設計された受信機アーキテクチャですが、現在、別の方式との競争が激しくなっています。ゼロIF受信機、ダイレクト受信機変換受信機（DCR）、ホモダイン受信機としても知られていますまたは同期受信機（図3）。 ここで、LO周波数は、目的の信号のRFキャリア周波数に非常に近く設定されています。 混合出力はすぐにベースバンドになり、IFステージを必要としません。
図3：ゼロIF方式では、RF信号に非常に近いLOを使用し、中間IFステージなしでベースバンドに直接ダウンコンバートします。
この方法は理論的には基本回路の複雑さを軽減しますが、ダイナミックレンジ、安定性、歪み、チューニング範囲、ノイズなど、すべてのステージに厳しい要件を課します。 慎重に選択および設計された一部のアプリケーションでは、ICはゼロIFレシーバーをIFレベルのスーパーレシーバーよりも競争力のあるものにすることができます。
2.主要なミキサーパラメーター
ミキサーは、パッシブ（通常はダイオードで構築）またはトランジスタゲインを使用するアクティブデバイスにすることができます。 広いRF周波数帯域で信号を収集し、それを固定IF周波数にダウンコンバートする機能モジュールとして、ミキサーには多くの要件があります。 アクティブミキサーとパッシブミキサーはそれぞれ、特に明記されていない限り、主要なパラメーターのさまざまな組み合わせを提供します。これらはすべてdB単位で測定されます。
3次インターセプトポイントまたは入力クロスポイント（IIP3またはIP20）は、30次非線形積項によって引き起こされる線形増幅信号に対する非線形積ミキサーの影響に関連しています。 ミキサーの通過帯域内の3つのテスト周波数は、XNUMX次インターセプトポイントを評価するために使用されます。 通常、これらのテスト周波数は約XNUMX〜XNUMXkHz離れています。 IPXNUMX値（dBm）が高いほど、ミキサーが優れていることを示します。
変換損失/ゲインは、RF入力電力に対するIF出力電力の比率です。 パッシブミキサーの場合、これは常に損失（負のdB）であり、通常は-5〜-10dBです。 これはミキサーの効率の尺度ですが、ここでの問題はDC電源の効率ではなく、ミキサーが認識する比較的低いRF電力レベルです。
雑音指数（NF）は、ミキサーによって追加されたノイズを特徴づけ、IF出力に現れるため、非常に重要です。 対象の信号に帯域内ノイズが追加されると、信号を除去、破壊、復調をより困難にし、ビットエラーレート（BER）を低減することはほとんど不可能であるため、これは懸念事項です。 典型的な雑音指数は0.5〜3dBです。
アイソレーションは、ミキサーがRFまたはLO入力信号エネルギーがIF出力に到達するのを防ぐ程度を定義します。これにより、IFが破壊および歪曲され、復調の問題やエラーが発生する可能性があります。 これは、RFまたはLO入力とリークIF出力の比率です。
ダイナミックレンジは、ミキサーが処理できる最小信号レベルに対する最大信号レベルの比率を測定し、仕様を満たすIF信号を提供します。 予想されるRF入力に応じて、システムは中程度（50 dB）または広いダイナミックレンジ（100 dB）を必要とする場合があります。
これらは、トップミキサーに関連するパフォーマンスパラメーターにすぎません。 その他には、画像除去、ゲイン圧縮、DCオフセット、1dB圧縮ポイントが含まれます。
3.利用可能なミキサーの広い範囲
ミキサーベンダーには、RFの専門知識を持つ従来のアナログICベンダーだけでなく、ICおよびディスクリートミキサーを開発するRF中心のベンダーも含まれます。 これらのXNUMXつのグループは、ミキサーのパフォーマンスをさまざまな方向から見ているため、優先順位とトレードオフ、および共通の側面に関して、焦点が異なる領域があります。
ICサプライヤのADIは、LOバッファアンプを内蔵したGaAs pHEMTシングルエンドパッシブミキサーであるADL5350を発表しました（図4）。
図4：ADL5350パッシブミキサーには、LO信号生成の操作と要件を簡素化するアクティブLOアンプが含まれています。
このブロードバンドデバイスは、750 MHz〜4 GHzの周波数を処理でき、さまざまな変調タイプと規格のセルラー基地局向けに設計されています。 バッファにより、ユーザーは低レベルのLOを提供できるため、設計が簡素化されます。 変換損失は6.8dB、雑音指数は6.5 dB、IP3は25dBです。 関係する周波数のため、ADL5350は8 VFDFN露出パッド、チップスケールパッケージを使用します。 （アップコンバージョンの補足プロセスにも使用できますが、これは別の話です。）
CEL（以前のCalifornia Eastern Laboratory）は、2757〜0.1 GHzのRF入力および2.0〜20 MHzのIF用にUPC300シリコンチップMMIC（モノリシックマイクロ波IC）を提供します（図6）。
図6：CELのUPC2757シリーズには、0.1〜2.0GHzのRF入力用の基本的なアクティブミキサーが含まれています。
UPC2757TBは低消費電力向けに最適化されており、UPC2758TBは低歪み向けに最適化されています。 各ICの変換ゲインは、LO周波数の関数です（図7）。
図7：CELのUPC2757MMICの変換ゲインはLO周波数によって異なります。 XNUMXつの主要なファミリメンバーが、消費電力と歪みの基本的な選択肢を提供します。
これらはほんのXNUMXつの例です。 ミキサーは多くのサプライヤーから入手できます。 この機器は、さまざまなRF周波数とLO周波数、およびさまざまな電力レベルとパフォーマンスパラメータに使用できます。 設計者の意思決定プロセスでは、最初に、基本的な周波数要件と他のミキサープロパティに必要な値、およびこれらの要素のいずれかに存在する可能性のある柔軟性またはトレードオフをリストします。
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