novice

Kako pomnožiti RF signale brez množitelja: preklopni mešalnik

The Internet of Things by James Whittaker of Microsoft (December 2018).

Anonim

Kako pomnožiti RF signale brez množitelja: preklopni mešalnik


Ta članek uvaja pomembno tehniko, ki se uporablja za izvajanje mešanja frekvenc v sodobnih RF vezjih.

Mešalnik je temeljna sestavina pri načrtovanju RF vezij. RF mešalnik (v nasprotju z zvočnim mešalnikom) izvaja matematično množenje, katerega učinek je prevod frekvence. Mešalnik "downconversion" se nanaša na mešalnik, ki je vgrajen v RF sprejemnik in se uporablja za preusmeritev sprejetih signalov na osnovno pasovno ali vmesno frekvenco.

To je vse povsem enostavno, dokler ostanemo v matematičnem področju. Poglejte identitete trigona in natančno boste videli, kaj se zgodi, ko pomnožite dva sinusoida. Vendar se elektronika običajno izvaja prek vezij namesto s formulami, kar pomeni, da potrebujemo množilni krog. Natančneje, potrebujemo vezje, ki izvaja množenje pri visokih (morda izjemno visokih) frekvencah.

Analogni mešalnik

Možno je oblikovati vezje, ki sprejema dva analogna vhoda in proizvaja izhodni signal, ki ustreza proizvodu vhodov. Ti so zgrajeni okoli diode ali tranzistorjev in izkoriščajo multiplikativne odnose, ki so značilne za te naprave. Te naprave uporabljam kot "analogne" mešalne naprave, ki poudarjajo dejstvo, da množenje ne vključuje digitalnega preklopa.

Ta analogni pristop k mešanju je prijetno intuitiven. Na žalost sodobni RF sprejemniki pogosto sprejmejo daleč manj intuitiven digitalni / stikalni pristop kot sredstvo za zmanjšanje porabe energije. Analogni mešalniki niso nikakršni neuporabni in dioda temelji na različicah, ki so dragocene v zelo visokofrekvenčnih sistemih, kjer bi zmogljivost ogrozila neizogibne omejitve pasovne širine, ki jih razkrivajo BJT in FETs. Kljub temu pa se v današnjih RF sistemih pogosto uporabljajo digitalni mešalniki mešalnih ali mešalnih mešalnikov ali "preklopi" ali (v nekaterih izvedbah) "mešalniki, ki se trenutno komutirajo", zato je dobro razumeti, kaj so in kako delujejo .

Preklopni mešalnik

Prva konceptualna ovira, ki jo predstavlja stikalni mešalnik, je lokalni oscilator (LO) signal. To je kvadratni val (ali, če gre za sinusni val, mešalnik obravnava, kot da je kvadratni val). Kar se mene tiče, je to nepopustljivo. V svoji viziji sveta je RF apogee analognih elektronskih sinusoidov povsod, kjer izgledate, dobronamerni matematični odnosi … celo digitalni podatki se prenašajo z uporabo analognih valovnih oblik. Ko sprejmete dejstvo, da ta preklopna mešalna posoda omogoča pretresljiv digitalni signal v gladko spreminjajočem se svetu RF, se morate soočiti s tem, da je vklop / izklop preklopno sredstvo večkratnik.

Naslednji diagram predstavlja najosnovnejšo manifestacijo mešalnega stikala z nizko konverzijo.

To je dejansko nič več kot napetostno krmiljeno stikalo. Prejeti RF signal se uporablja kot vhodna napetost, LO pa stikalo. Torej vse, kar res počnemo tukaj, vklopi in izklopi vhodni signal glede na frekvenco LO.

Prvo vprašanje, za katerega vem, da sprašujete: "Kako se to morda sme mešati" No, najprej se spomniš, da je mešanje množenje. Če menite, da je LO kvadratni val, ki prehaja med 0 V in 1 V, stikalo učinkovito pomnoži vhodni signal z LO: Ko je stikalo zaprto, je izhod enako vhodu, pomnoženemu z eno. Ko je stikalo odprto, je izhod enak vhodu, pomnoženemu z ničlo.

Naslednje vprašanje: "Kako je to morda enakovredno množenju s sinusoidno? Seveda, frekvence so lahko enake, vendar matematični odnosi, ki kažejo, da množenje proizvaja frekvenčno prevajanje, temeljijo na dveh sinusoidih, ne samo v sinusoidnem in enem kvadratnem valu." Odlično, toda pozabiš na eno stvar: sinusni val je v tem kvadratnem valu. Fourier nam je povedal in si ne upamo dvomiti njega. Ne vidimo tega, ker je brezupno mešan z vsemi harmonskimi komponentami, vendar je tam nekje in to pomeni naslednje: če ta stikalna naprava pomnoži vhodni signal s kvadratnim valom LO, pomnoži tudi vhod signal s sinusoidno frekvenco, ki je enaka LO frekvenci.

Na tej točki se verjetno sprašujete, zakaj bi želeli prekiniti razmnoževanje z vsemi temi harmoničnimi komponentami, vendar se lahko s filtriranjem zatakne harmonična energija in se izkaže, da so v mnogih primerih harmoniki manj problematićni od pomanjkljivosti, ki jih predstavljajo rešitev, ki temelji na analognem mešalniku.

Ali to res deluje?

Poglejmo si primer. Tukaj je vezje LTspice:

Predstavljamo si, da bo ta mešalnik prestavil prejeto RF signal navzdol na vmesno frekvenco (IF). Prejeti signal je na 11 MHz, LO pa 10 MHz kvadratni val. Povečanje se izvaja s preklapljanjem napetosti, ki je priključeno na signal LO. Frekvenca izhodnega signala mora biti enaka vhodni frekvenci, zmanjšani za frekvenco LO, tj. 1 MHz.

Oglejmo si nekaj valovnih oblik. Ta prva slika prikazuje vhodni signal in LO.

Tu je ista ploskev, vendar z izhodom, vključenim v ločeno podokno.

Tu lahko vidite razmerje razmnoževanja, vendar se zdi, da je vse, kar smo storili, zgrabil povsem dober sinus vala. Slika se začne pojavljati, ko pomanjšate:

Vidite lahko, da je vsa ta vdora nekako povzročila nekaj, kar je videti nejasno sinusoidno, in ta nejasna sinusoidna stvar se zgodi, da ima frekvenco 1 MHz. Naša končna potrditev izhaja iz FFT, ki prikazuje prevladujoči koniček pri 1 MHz (skupaj z veliko harmonično vsebino):

Zaključek

Mikser vezje je obsežna tema, in ta članek ni nič drugega kot uvod v osnovne koncepte mešanice na osnovi stikala. Kljub temu pa moramo nekje začeti in dejansko lahko ustvarite pravi mešalnik z izvajanjem zgoraj omenjenega vezja z uporabo vrat CMOS namesto idealiziranega napetostno krmiljenega stikala.

Če obstaja zanimanje, bi lahko to temo raziskuje še naprej v prihodnjih člankih. Če želite videti več informacij o preklopu mešalnikov, prosimo pustite komentar in mi sporočite.