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2015/2016

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Design Ein

Design Ein 14-GHz-Mischer mit hohem IIP3 vereinfacht das Mikrowellen-Funkdesign Die erforderliche Bandbreite wird in der nächsten Generation des drahtlosen Internetzugangs rapide ansteigen, um mit dem ständig zunehmenden Internet-Datenverkehr Schritt zu halten. Das Problem ist, dass das derzeitig verfügbare Frequenzspektrum die benötigte Bandbreite einfach nicht mehr liefern kann. Bruce Hemp Applications Section Leader James Wong Product Marketing Manager Linear Technology Corporation Bild 1: LTC5549-Evaluierungs-Board mit Schaltplan 6 HF-Einkaufsführer 2015/2016

Design Deshalb werden Spektren mit höheren Frequenzen untersucht, um die Nachhaltigkeit zu sichern. Dazu wurden mehrere Möglichkeiten erwogen, die von lizenzfreien, terrestrischen 5,8-GHz-Stationen bis hin zu Satelliten-Flotten reichen, die auf niedrigen Umlaufbahnen die Erde umrunden. Der sicherste Weg zu höherer Bandbreite liegt aber wohl in neuen Bändern mit höheren Frequenzen, die diese größere Bandbreite versprechen. Dazu werden auch neue Mischer mit gesteigerter Leistungsfähigkeit benötigt. Der neue Mischer LTC5549 von Linear Technology wurde für diese Aufgabe konzipiert. Der LTC5549 ist ein passiver, Doppelbalance-Mischer, der entweder als Aufwärts- oder Abwärtswandler agieren kann. Er arbeitet in einem großen HF-Betriebsfrequenzbereich von 2 GHz bis 14 GHz. Der LTC5549 bietet eine besonders gute Linearität von 28,2 dBm IIP3 bei 5,8 GHz und 22,8 dBm bei 12 GHz und verbessert damit den Dynamikbereich sowohl des Senders als auch des Empfängers. Der LTC5549 ermöglicht mit seinem integrierten LO-Buffer, der einen Treiberpegel von nur 0 dBm benötigt, effiziente Designs von Mikrowellensendern und -empfängern, so dass keine externen LO-Schaltungen mit hohem Leistungsbedarf mehr nötig sind. Darüber hinaus hat der LTC5549 einen Bypassfähigen Frequenzverdoppler für das LO-Signal auf dem Chip, der es ermöglicht, dort wo es vorteilhaft ist, den Baustein mit preiswerteren, handelsüblichen Niederfrequenz-Synthesizern einzusetzen. Der LTC5549 enthält integrierte Breitband-Balun-Trafos, die dafür optimiert sind, die Bandbreiten der LO- und HF-Frequenzbänder zu erweitern und dabei unsymmetrischen Betrieb ermöglichen. Sein ZF-Port unterstützt den großen Bereich von 0,5 bis 6 GHz. Alle drei Ausgänge sind auf 50 Ohm abgeglichen und weisen eine hohe Entkopplung von Port zu Port auf, womit unerwünschte LO- Verluste minimiert und externe Filtermaßnahmen vereinfacht werden. Die Leistung des Mikrowellen- Transceivers erhöhen Die meisten Mikrowellenmischer sind mit diskreten GaAs- Dioden oder FETs in Hybridmodulen aufgebaut. Im Gegensatz dazu wird der LTC5549 in einem fortschrittlichen Hochfrequenz-SiGe-BiCMOS-Prozess gefertigt. Damit wird eine hohe Integrationsdichte mit integrierten LO-Puffern und Mikrowellen-Balun-Trafos auf dem Chip erzielt. Der monolithische Chip wird in Flip-Technik in ein winziges, oberflächenmontierbares Lead-Frame-Plastikgehäuse mit 3 x 2 mm Kantenlänge eingelötet. Durch das kleine Gehäuse eignet sich der Mischer, zusammen mit nur wenigen externen Komponenten, zur Realisierung von Lösungen mit sehr geringem Platzbedarf. Der IIP3 von 22,8 dBm des neuen Mischers ist ein herausragendes Merkmal in seiner Klasse. Die verbesserte Großsignalfestigkeit erweitert den Dynamikbereich sowohl von Empfängern als auch Sendern. Bei einem Empfänger erhöht ein größerer IIP3 die Robustheit gegenüber einer nahe liegenden Interferenz hoher Leistung, entweder von unbeabsichtigten Außerband- Störquellen oder selbstinduziert (strahlt von einem anderen Sender in Systeme mit mehreren Sektoren ein). Empfänger mit höherem Dynamikbereich bieten zudem eine zusätzliche Design- Marge und sind deshalb unempfindlicher beim Auftreten von Blockern mit hoher Frequenz. Entsprechend erzeugt ein Mischer mit höherem IIP3 (folglich auch OIP3) bei Sendern weniger Störprodukte und verbessert damit die spektrale Reinheit und die ACPR. Dies ist besonders wichtig für Funksysteme, die Modulationen höherer Ordnung einsetzen, die bis zu 1024 QAM und höher gehen Bei einem gewünschten 12,6-GHz-Ausgang: Gemessene Ausgangsleistung -16,5 dBm pro Ton IM3 bei -74 dBm (-57,5 dBc) OIP3 = +12,3 dBm IIP3 = +23,8 dBm Konvertierungsverlust: 11,5 dB Bild 2: Die Intermodulationsprodukte 3. Ordnung, gemessen bei 74 dBm, ergeben einen IIP3 von +23,8 dBm bei einer Frequenz von 12,6 GHz können. Die verbesserte Linearität hilft auch dabei, eine bessere Definition der Konstellationsgenauigkeit zu erzeugen. Zusätzlich ermöglicht ein höherer IIP3 den Betrieb des Mischers mit höherer Eingangsleistung und damit auch mit robusteren Ausgangsleistungspegeln. Diese zusätzliche Designmarge hilft dabei, Designeinschränkungen zu minimieren und damit höhere Flexibilität zu bieten. LO-Treiber mit geringer Leistung vereinfacht das Design Der in den LTC5549 integrierte LO-Treiber eliminiert den LO- Verstärker mit einer Verstärkung von +10 dBm bis +17 dBm, der üblicherweise benötigt wird, um die traditionellen passiven Mikro wellenmischer zu treiben. Der 0-dBm-LO-Treiber ermöglicht es, den LO ohne Puffer direkt an einem PLL/Synthesizer zu betreiben. Neben Kosteneinsparungen, bewirkt die geringe LO-Leistung auch ein deutlich geringeres LO-Übersprechen zu den ZF- oder RF- Ports, so dass weniger externe Filter nötig sind, um jegliche Außer-Band-Emission zu vermeiden, die sonst mit einer solchen Hochleistungsquelle verbunden ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Strahlungsquelle mit hoher Leistung auf der PC- Baugruppe vorhanden ist. Dies hat deutliche Auswirkungen auf die Kosten, weil es die Notwendigkeit für das Abschirmen der HF-Strahlung verringert, die bei vielen Designs mit LO-Signalen hoher Leistung zu einem Problem wird. Bandbreite mit Breitband-Balun erweitern Der LTC5549 enthält viele zum Patent angemeldete Verbesserungen im planaren Balun-Trafo- Design, die dem monolithischen Mischer einen Betrieb über eine extrem große Bandbreite ermöglichen. Eine beispiellose Symmetrie wird erreicht, die einen HF-Einkaufsführer 2015/2016 7

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel