Խառնիչը ՌԴ ազդանշանային շղթայի առանցքային փուլն է գերհետերոդինային (սուպեր) ընդունիչի ճարտարապետության մեջ: Այն թույլ է տալիս ընդունիչին կարգավորել հետաքրքրության լայն հաճախականության տիրույթում և այնուհետև փոխարկել ցանկացած ցանկալի ստացված ազդանշանի հաճախականությունը հայտնի ֆիքսված հաճախականության: Սա թույլ է տալիս շահագրգիռ ազդանշանի արդյունավետ մշակումը, զտումը և դեմոդուլացումը: Սուպեր կառույցի կառուցվածքը նրբագեղ է և պարզ, բայց իրական կատարումը կախված է դրա բաղկացուցիչ ֆունկցիոնալ բլոկների կատարումից:
Նկատի ունեցեք, որ ամենուր տարածված Սուպերմենը մշակվել է ինժեներական հանճարի կողմից, մայոր Է. Է.Հ. Արմսթրոնգը 1930-ականներին և հիմնականում փոխարինել է նրա նախկին ընդունիչի դիզայնը՝ գերվերականգնվող դիզայնը (չնայած այն այսօր էլ օգտագործվում է պրոֆեսիոնալ կիրառություններում): Հետագայում Արմսթրոնգը հորինեց նաև հաճախականության մոդուլյացիան, որը մինչ օրս լայնորեն կիրառվում է։ Դրանցից որևէ մեկը Արմսթրոնգին կդարձներ «ռահվիրա և գյուտարար» կատեգորիա, բայց իսկապես կարևոր է ունենալ ռադիոյի հետ կապված այս երեք գյուտերը: Խառնիչի հիմունքների մասին լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս TechZone հոդվածը «Խառնիչի հիմունքները»: Հիմնական սուպեր «մեկ փոխակերպման» ընդունիչում մուտքային կրիչի ՌԴ ազդանշանն ուժեղացվում է ցածր աղմուկի ուժեղացուցիչի (LNA) մեկ կամ մի քանի փուլով և այնուհետև մտնում է խառնիչ (Նկար 1): Խառնիչն ունի երկու մուտք՝ ՌԴ ազդանշան և տեղային օսլիլատոր (LO): LO-ն գտնվում է ֆիքսված շեղումով կարգավորվող ցանկալի ազդանշանից և կարող է սահմանվել կրիչի հաճախականությունից վեր կամ ցածր; որոշ դիզայնի մեջ կան տեխնիկական պատճառներ, թե ինչու է մեկը մյուսի նկատմամբ գերակայում:
Գծապատկեր 1. Հիմնական գերհետերոդինային ճարտարապետությունը խառնում է ՌԴ ազդանշանը տեղական օսլիլատորի հետ և պահպանում է ֆիքսված օֆսեթ ուժեղացված ՌԴ ազդանշանի հետ, որը պետք է կարգավորվի՝ ներքևի փոխակերպման, ֆիքսված հաճախականության IF ազդանշան ստեղծելու համար, որն այնուհետև կարող է ուժեղացվել և դեմոդուլացվել բազային գոտին:
Խառնիչը ոչ գծային փուլ է, որը միավորում է երկու ազդանշան: Այս ոչ գծային խառնուրդն արտադրում է երկու ելք՝ մեկը երկու ազդանշանի հաճախականությունների գումարով, իսկ մյուսը՝ դրանց տարբերությամբ (այլ և/ներդաշնակությունները նույնպես արտադրվում են ոչ գծային խառնման գործընթացով, բայց դրանք հետաքրքիր չեն և հեշտ զտվող): Գոյություն ունի այնպիսի ֆիքսված հաճախականության ելք, որը կոչվում է միջանկյալ հաճախականություն (IF), որն այդքան արդյունավետ է դարձնում սուպեր դիզայնը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ անկախ նրանից, թե կոնկրետ ինչ հաճախականություն է կարգավորվում, IF-ը միշտ նույն հաճախականության վրա է: Քանի որ IF հաճախականությունը միշտ նույնն է, IF փուլի ուժեղացուցիչը և հետագա դեմոդուլյատորը կարող են օպտիմիզացվել մեկ հայտնի հաճախականության կատարման համար:
Հաջորդը, զտեք խառնիչի IF ելքը՝ ցանկացած արտեֆակտ վերացնելու համար (հնարավորինս շատ), այնուհետև անցեք հաջորդ փուլ՝ հետագա ուժեղացման և դեմոդուլյացիայի համար: Պատմականորեն, ավանդական հեռարձակման AM ռադիոն օգտագործում էր 455 կՀց IF, ավանդական հեռարձակման FM ռադիոն օգտագործում էր 10.7 ՄՀց, բայց այլ պրոֆեսիոնալ հավելվածներում օգտագործվում էին տարբեր IF-ներ:
Բացի հիմնական մեկ փոխակերպման սուպերից, կան նաև կրկնակի փոխակերպման տոպոլոգիաներ: Սա օգտագործվում է ավելի բարձր կրիչի հաճախականությունների համար, ինչպիսիք են 500 ՄՀց կամ 1 ԳՀց-ից բարձր, ազդանշանի զտման և աղմուկի խնդիրները մեղմելու համար՝ օպտիմալացնելով յուրաքանչյուր փուլի հասանելի կատարումը։ կրիչը անցնում է առաջին փուլի խառնիչի/LO-ի միջով՝ այն մոտավորապես նվազեցնելու համար: 50-100 ՄՀց հաճախականությամբ առաջին IF-ն այնուհետև երկրորդ խառնիչի/LO-ի կողմից հետագայում վերածվում է երկրորդ IF-ի: Սա դիզայներներին ապահովում է ավելի մեծ ընդհանուր ճկունությամբ և թուլացնում է առանձին բաղադրիչների բնութագրերի որոշ պահանջներ: (Կան նույնիսկ եռակի փոխակերպման ընդունիչներ առևտրային օգտագործման մեջ:) Նկար 2. Կրկնակի փոխակերպման նախագծում հիմնական սուպեր մեթոդը ընդլայնում է փոխակերպման առաջին փուլը ավելի բարձր հաճախականությամբ թյունինգի համար; IF-ի ելքը դառնում է համարժեք ֆիքսված հաճախականության RF-ի, որը խառնվում է երկրորդ փուլի LO-ի հետ՝ արտադրելու երկրորդ IF ելք:
1. Zero-IF դիզայն
Թեև LO/IF գերճշգրիտ մեթոդը, անկասկած, ամենահաջող նախագծված ընդունիչի ճարտարապետությունն է, այն այժմ մրցակցում է մեկ այլ մեթոդի՝ զրոյական IF ընդունիչ, որը նաև հայտնի է որպես ուղղակի ընդունիչ-փոխակերպման ընդունիչ (DCR), The homodyne ընդունիչ: կամ սինխրոն ընդունիչ (Նկար 3): Այստեղ LO հաճախականությունը սահմանվում է ցանկալի ազդանշանի ՌԴ կրիչի հաճախականությանը շատ մոտ: Խառը ելքը անմիջապես բազային գոտում է և չի պահանջում IF փուլ:
Նկար 3. Zero-IF մեթոդը օգտագործում է LO, որը շատ մոտ է ՌԴ ազդանշանին և ուղղակիորեն ներքև փոխակերպվում է բազայի առանց միջանկյալ IF փուլի:
Չնայած այս մեթոդը տեսականորեն նվազեցնում է հիմնական սխեմայի բարդությունը, այն խիստ պահանջներ է դնում բոլոր փուլերի վրա, ներառյալ դինամիկ տիրույթը, կայունությունը, աղավաղումը, թյունինգի տիրույթը և աղմուկը: Որոշ խնամքով ընտրված և մշակված ծրագրերի համար IC-ը կարող է զրոյական IF ընդունիչները դարձնել մրցունակ կամ գերազանցել IF մակարդակներով սուպեր ընդունիչներին:
2. Հիմնական խառնիչի պարամետրերը
Խառնիչները կարող են լինել պասիվ (սովորաբար կառուցված դիոդներով) կամ ակտիվ սարքեր, որոնք օգտագործում են տրանզիստորի շահույթ: Որպես ֆունկցիոնալ մոդուլ, որը ազդանշաններ է հավաքում ռադիոհաճախականության լայն տիրույթում և այն վերածում է ֆիքսված IF հաճախականության, խառնիչները դրա համար շատ պահանջներ ունեն: Ակտիվ և պասիվ խառնիչներից յուրաքանչյուրը ապահովում է հիմնական պարամետրերի տարբեր համակցություններ, որոնք բոլորը չափվում են դԲ-ով, եթե այլ բան նշված չէ.
Երրորդ կարգի կտրման կետը կամ մուտքային խաչմերուկը (IIP3 կամ IP3) վերաբերում է ոչ գծային արտադրանքի խառնիչի ազդեցությանը գծային ուժեղացված ազդանշանի վրա, որն առաջացել է երրորդ կարգի ոչ գծային արտադրանքի տերմինով: Փորձարկման երկու հաճախականություն խառնիչի անցակետում օգտագործվում են երրորդ կարգի ընդհատման կետը գնահատելու համար. սովորաբար, այս փորձարկման հաճախականությունները միմյանցից մոտ 20-30 կՀց են: Ավելի բարձր IP3 արժեքը (dBm-ով) ցույց է տալիս ավելի լավ խառնիչ:
Փոխակերպման կորուստ/շահույթ IF ելքային հզորության և ՌԴ մուտքային հզորության հարաբերակցությունն է: Պասիվ խառնիչների համար սա միշտ կորուստ է (բացասական դԲ), սովորաբար -5-ից -10 դԲ: Թեև դա խառնիչի արդյունավետության չափանիշն է, այստեղ խնդիրը ոչ թե DC էլեկտրամատակարարման արդյունավետությունն է, այլ համեմատաբար ցածր ՌԴ հզորության մակարդակը, որը խառնիչը տեսնում է դրա միջոցով:
Աղմուկի ցուցանիշը (NF) շատ կարևոր է, քանի որ այն բնութագրում է խառնիչի կողմից ավելացված աղմուկը և հայտնվում է IF ելքում: Սա մտահոգիչ է, քանի որ երբ ներզանգվածային աղմուկը ավելացվում է հետաքրքրող ազդանշանին, գրեթե անհնար է վերացնել, ոչնչացնել ազդանշանը, դեմոդուլյացիան դարձնել ավելի դժվար և նվազեցնել բիթային սխալի մակարդակը (BER): Տիպիկ աղմուկի ցուցանիշը 0.5-ից 3 դԲ է:
Մեկուսացումը սահմանում է այն աստիճանը, որով խառնիչը թույլ չի տալիս RF կամ LO մուտքային ազդանշանի էներգիան հասնել IF ելքի, որը կարող է ոչնչացնել և աղավաղել IF-ը և առաջացնել դեմոդուլյացիայի խնդիրներ և սխալներ: Դա RF կամ LO մուտքի և արտահոսքի IF ելքի հարաբերակցությունն է:
Դինամիկ տիրույթը չափում է ազդանշանի առավելագույն մակարդակի հարաբերակցությունը ազդանշանի նվազագույն մակարդակին, որը կարող է գործածել խառնիչը, և դեռ ապահովում է IF ազդանշան, որը համապատասխանում է բնութագրերին: Կախված ՌԴ ակնկալվող մուտքից, համակարգը կարող է պահանջել միջին (50 դԲ) կամ լայն դինամիկ տիրույթ (100 դԲ):
Սրանք ընդամենը վերին խառնիչի հետ կապված կատարողականի պարամետրերն են: Մյուսները ներառում են պատկերի մերժումը, ձեռքբերման սեղմումը, DC օֆսեթը և 1 դԲ սեղմման կետը:
3. Հասանելի խառնիչների լայն տեսականի
Mixer վաճառողները ներառում են ավանդական անալոգային IC մատակարարներ ՌԴ-ի փորձով, ինչպես նաև ՌԴ-ի վրա կենտրոնացած վաճառողներ, որոնք մշակում են IC և դիսկրետ խառնիչներ: Քանի որ այս երկու խմբերը տարբեր ուղղություններից են նայում խառնիչի աշխատանքին, նրանք ունեն տարբեր ուղղություններ՝ առաջնահերթությունների և փոխզիջումների, ինչպես նաև ընդհանուր ասպեկտների առումով:
IC մատակարար ADI-ն ներկայացրել է ADL5350-ը, որը GaAs pHEMT միակողմանի պասիվ խառնիչ է՝ ինտեգրված LO բուֆերային ուժեղացուցիչով (Նկար 4):
Նկար 4. ADL5350 պասիվ խառնիչը ներառում է ակտիվ LO ուժեղացուցիչ՝ պարզեցնելու LO ազդանշանի ստեղծման աշխատանքը և պահանջները:
Այս լայնաշերտ սարքը կարող է կառավարել 750 ՄՀց-ից մինչև 4 ԳՀց հաճախականություններ և նախատեսված է տարբեր մոդուլյացիայի տեսակներով և ստանդարտներով բջջային բազային կայանների համար: Բուֆերը թույլ է տալիս օգտագործողին ապահովել ցածր մակարդակի LO, ինչը հեշտացնում է դիզայնը: Փոխակերպման կորուստը 6.8 դԲ է, աղմուկի ցուցանիշը՝ 6.5 դԲ, իսկ IP3-ը՝ 25 դԲ։ Ընդգրկված հաճախականությունների շնորհիվ ADL5350-ն օգտագործում է 8 VFDFN բաց պահոց, չիպերի մասշտաբով փաթեթ: (Այն կարող է օգտագործվել նաև վերափոխման լրացուցիչ գործընթացի համար, բայց սա այլ պատմություն է):
CEL-ը (նախկին Կալիֆորնիայի արևելյան լաբորատորիա) տրամադրում է UPC2757 սիլիկոնային չիպ MMIC (միաձույլ միկրոալիքային IC) ՌԴ մուտքի համար 0.1-ից մինչև 2.0 ԳՀց և IF-ը 20-ից մինչև 300 ՄՀց (Նկար 6):
Նկար 6. CEL-ի UPC2757 շարքը ներառում է հիմնական ակտիվ խառնիչներ՝ 0.1-ից 2.0 ԳՀց հաճախականությամբ ՌԴ մուտքերի համար:
UPC2757TB-ն օպտիմիզացված է ցածր էներգիայի սպառման համար, մինչդեռ UPC2758TB-ն օպտիմիզացված է ցածր աղավաղումների համար: Յուրաքանչյուր IC-ի համար փոխակերպման շահույթը LO հաճախականության ֆունկցիա է (Նկար 7):
Նկար 7. CEL-ի UPC2757 MMIC-ի փոխակերպման շահույթը տատանվում է LO հաճախականությամբ; Ընտանիքի երկու հիմնական անդամները ապահովում են էներգիայի սպառման և աղավաղման հիմնական ընտրություն:
Սրանք ընդամենը երկու օրինակ են։ Խառնիչները հասանելի են բազմաթիվ մատակարարներից. Սարքավորումը կարող է օգտագործվել տարբեր RF և LO հաճախականությունների, ինչպես նաև տարբեր հզորության մակարդակների և կատարողականի պարամետրերի համար: Դիզայների որոշումների կայացման գործընթացը նախ թվարկում է հիմնական հաճախականության պահանջները և պահանջվող արժեքները խառնիչի այլ հատկությունների համար, ինչպես նաև ցանկացած ճկունություն կամ փոխզիջում, որը կարող է առկա լինել այս գործոններից որևէ մեկում:
Մեր մյուս արտադրանքը:
