Nghiên cứu và thực hiện mạch trộn hạ tầng sử dụng trong máy thu vô tuyến

Nghiên cứu và thực hiện mạch trộn hạ tầng sử dụng trong máy thu vô tuyến

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VIỄN THÔNG II o0o ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MẠCH TRỘN HẠ TẦN SỬ DỤNG TRONG MÁY THU VÔ TUYẾN Mã số đề tài: Sinh viên thực hiện: ĐỖ NGỌC TIỆN MSSV: N13DCVT119 Lớp: D13CQVT02-N Giáo viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN TẤN NHÂN TP.HCM – 9/2016 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: BỘ TRỘN 1.1 Tổng quan trộn : 1.2 Các tính chất quan trọng trộn: 1.2.1 Suy hao, độ lợi chuyển đổi: 1.2.2 Điểm chặn ngõ vào (IIP3) 1.2.3 Sản phẩm ký sinh 1.2.4 Độ cách ly 1.2.5 Hệ số nhiễu 1.2.6 Dải tần số hoạt động 1.3 Vấn đề nhiễu ảnh (noise image) giải pháp loại bỏ nhiễu ảnh CHƯƠNG II: BỘ TRỘN LINH KIỆN ĐƠN 11 2.1 Bộ trộn diode đơn 11 2.2 Bộ trộn BJT đơn 13 2.3 Bộ trộn FET đơn 15 2.4 Bộ trộn Dual-G 17 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG 19 3.1 Bộ trộn cân đơn 19 3.2 Bộ trộn cân kép 20 3.2.1 Bộ trộn JFET 25 3.2.2 Bộ trộn Quad MOSFET 26 3.2.3 Bộ trộn H-Mode 27 3.2.4 Bộ trộn loại bỏ ảnh 28 3.2.5 Bộ trộn đơn biên (SSB) đồng Pha / vuông pha (IQ) 28 3.2.6 Bộ trộn hài phụ 30 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP 32 4.1 Đầu dò Pha 33 4.2 Bộ nhân kép tần số 35 4.3 Điều chỉnh suy hao dòng điện 35 4.4 Bộ điều chế cân (DSB) 36 4.5 Bộ điều chế biên độ (AM) 37 4.6 Bộ tách sóng nhân 37 KẾT LUẬN 38 Tài Liệu Tham Khảo: 39 i DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc sơ đồ khối Hình 1.2: Quá trình hạ tần số Hình 1.3: Quá trình nâng tần số Hình 1.4: Bộ lọc thông thấp thông cao với trộn Hình 1.5: Bộ trộn thụ động chế độ áp Hình 1.6: Điểm chặn bậc ba Hình 1.7: Nhiễu ảnh lọc nhiễu Hình 1.8: Nhiễu ảnh với tín hiệu RF vào trộn Hình 1.9: Miền số tần số ảnh (image) 10 Hình 1.10: Bộ lọc ảnh máy thu 10 Hình 1.11: Nhiều lọc ảnh thiết kế với trộn 10 Hình 2.1: Bộ trộn diode đơn 11 Hình 2.2: Khối phối hợp lọc tín hiệu 11 Hình 2.3: Kết hợp ghép (coupler) 12 Hình 2.4: Bộ trộn sử dụng BJT 13 Hình 2.5: Bộ trộn sử dụng FET 15 Hình 2.6: Hai phương pháp ngõ vào LO 16 Hình 2.7: Bộ trộn Dual-G MOSFET FET 17 Hình 3.1: Bộ trộn cân đơn 19 Hình 3.2: Sơ đồ dạng tín hiệu 20 Hình 3.3: Bộ trộn cân kép (vòng diode, Gilbert BJT, Gilbert FET) 21 Hình 3.4: Biến áp thay Bộ ghép 22 Hình 3.5: Bộ trộn Gilbert Cell BJT 22 Hình 3.6: Bộ trộn FET cân kép 24 Hình 3.7: Mạch trộn Gilbert Quad MOSFET 26 Hình 3.8: So sánh hiệu suất IP3 DMOS (SD8901), JFET (U350), Diode nhẫn Mixer 27 Hình 3.9: Bộ trộn H-Mode sử dụng CMOS high-speed 27 Hình 3.10: Bộ trộn loại bỏ ảnh đồ thị loại bỏ ảnh lỗi pha 28 Hình 3.11: Điều chế I/Q 29 Hình 4.1: Bộ trộn vòng diode cân kép 32 Hình 4.2: Bộ trộn cân kép đầu dò Pha 33 Hình 4.3: Bộ trộn cân kép nhân kép tần số 35 Hình 4.4: Bộ trộn cân kép điều chỉnh suy hao dòng điện 35 Hình 4.5: Bộ trộn cân kép điều chế cân (DSB) 36 Hình 4.6: Bộ trộn cân kép điều chế biên độ (AM) 37 Hình 4.7: Bộ trộn cân kép tách sóng nhân 37 ii LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ thông tin vô tuyến thiết bị vô tuyến điện(VTĐ) đóng vai trò quan trọng việc truyền tải tin tức xa Thiết bị thu phát sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực thông tin việc phát truyền bá thông tin đại chúng, thông tin quân sự… Thông tin liên lạc trước truyền xa phải điều chế để dịch lên tần số cao để phát Tín hiệu có tần số cao máy thu thu lại dịch xuống tần số thấp Thiết bị thực trình dịch tần số Bộ trộn Để nghiên cứu kĩ tổng quan Bộ trộn phân tích số loại trộn Vì lí này, em chọn nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MẠCH TRỘN HẠ TẦN SỬ DỤNG TRONG MÁY THU VÔ TUYẾN”, với mong muốn tìm hiểu trộn dùng máy thu vô tuyến Em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Viễn thông II tạo điều kiện cho sinh viên chúng em có điều kiện tham gia nghiên cứu trình học tập Đặc biệt, em xin đươc gửi lời cảm ơn chân thành đến Ths.Nguyễn Tấn Nhân, người hướng dẫn tận tình cho em suốt thời gian nghiên cứu SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN 1.1 Tổng quan trộn : Bộ trộn thiết bị thụ động tích cực, gồm có cổng RF, LO IF Bộ trộn thiết kế để tạo hai tần số Một tổng hai tần số, hai hiệu hai tần số ngõ tín hiệu ngõ vào hai tần số khác Ngoài ra, trộn sử dụng tách sóng pha giải điều chế Hình 1.1: Cấu trúc sơ đồ khối Hai tín hiệu hai ngõ vào, thông thường tín hiệu dao động nội tín hiệu vào (đối với máy thu) tín hiệu (đối với máy phát) Để tạo tần số yêu cầu phải thiết bị phi tuyến Trong trình trộn tần số, muốn tạo tần số ngõ nhỏ tần số tín hiệu ngõ vào trình gọi hạ tần tạo tần số ngõ lớn tín hiệu ngõ vào trình gọi nâng tần Hình 1.2: Quá trình hạ tần số Hình 1.3: Quá trình nâng tần số SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN Bộ trộn chuyển đổi ngõ vào tín hiệu RF ngõ thu tín hiệu IF, chuyển đổi ngược lại, ngõ vào tín hiệu IF ngõ tín hiệu RF Bộ trộn lý tưởng chuyển đổi nhiều sóng mang, tín hiệu nhận thường từ tần số RF cao đến tin hiêu IF thấp Ta giả sử tín hiệu RF LO có dạng: = ( ) cos + ( ) (1 1) = cos( ) (1.2) Áp dụng: cos( + ) = (1.3) Ta được: ( ) = = × ( ) = ( + ) + ( ) + ( ) + ( ) (1.4) { ( ( ( ) + + ( + ) + ( ) ) ( ) )} (1.5) Ta thấy việc chuyển đổi xuất tần số mới: LO+RF LO-RF, thường sử dụng lọc để chọn tín dải tín hiệu mong muôn Hình 1.4: Bộ lọc thông thấp thông cao với trộn  Dễ nhầm lẫn đây, trộn thiết bị phi tuyến Thực ra, trộn thiết bị tuyến tính, dịch tần số từ tần số khác giữ nguyên tính chất ban đầu tín hiệu (pha biên độ) có tính tuyến tính  Bộ trộn thiết bị dịch tần số: - Chuyển đổi RF thành IF băng tần gốc để trình xử lý tín hiệu máy thu dễ dàng - Chuyển đổi IF (hoặc băng tần gốc) thành RF để truyền dẫn hiệu SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN Bộ trộn có tương đối cao tượng: sản phẩm điều chế tương hỗ, đáp ứng ký sinh tượng phi tuyến khác  Trái ngược với nhân chia tần số, làm thay đổi tần số tín hiệu Về mặt lý thuyết, trộn giữ nguyên biên độ pha, không làm ảnh hưởng tính chất điều chế tín hiệu  Sử dụng trộn tạo hiệu ứng phi thuyến biến đổi theo thời gian, gây hại điều không mong muốn hệ thống RF  Bộ trộn tạo tần số đầu vào, cần sử dụng kết hợp với lọc tương ứng để loại bỏ tần số không mong muốn  Bộ trộn sử sụng hai chế hoạt động: - Hàm truyền phi tuyến, điều chế tương hỗ tạo tần số mong muốn tần số không mong muốn - Chuyển mạch lấy mẫu tiến trình biển đổi theo thời gian Phương pháp ưu thích cung cấp độ tuyến tính cao Bộ trộn thực tế không lái ngõ vào tùy ý, cổng LO lái từ oscillator với tín hiệu hình sin có biên độ thích hợp Bộ trộn thụ động chế độ áp: Hình 1.5: Bộ trộn thụ động chế độ áp  Ở chu kì +LO chuyển mạch s1 hoạt động tín hiệu RF trực tiếp  Ở chu kì –LO chuyển mạch s2 hoạt động tín hiệu RF đảo  Mạch chế độ áp yêu cầu việc chuyển mạch (bật ,tắt) tốt 1.2 Các tính chất quan trọng trộn:  Độ lợi chuyển đổi suy hao( conversion gain or loss ): tỉ số mức tín hiệu đầu so với tín hiệu đầu vào (thường db) ứng với mức công suất đầu vào LO  Điểm nén (intercerpt point) : ta có điểm nén 1db mức tín hiệu đầu vào nhỏ , cường độ tín hiệu đầu tăng tuyến tính theo tín hiệu đầu vào , cường độ tín hiêu đầu vào tiếp tục tăng vượt qua điểm nén 1db cường độ tín hiệu ngõ không tăng SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN  khả loại bỏ đáp ứng ký sinh bậc cao  Độ cách ly cổng (port isolation) : cổng (LO-RF,LO-IF,RF-IF) phần tín hiệu cổng rò rỉ qua cổng khác  Hệ số nhiễu: tác động đến độ nhạy máy thu  Nhiễu ảnh (noise image): nhiễu ảnh hưởng tới độ nhạy máy thu, làm ảnh hưởng tới tín hiệu chuyển đổi  Dải tần số hoạt động (operating frequency range) đặc trưng cho mức tín hiệu ngõ vào mà máy thu nhận 1.2.1 Suy hao, độ lợi chuyển đổi: Suy hao, độ lợi chuyển đổi trộn phụ thuộc vào loại trộn (tích cực hay thụ động), phụ thuộc vào tải mạch RF đầu vào, trở kháng đầu cổng IF phụ thuộc vào cấp độ LO  Suy hao, độ lợi chuyển đổi tỉ lệ (điện áp công suất) ngõ IF mong muốn với giá trị tín hiệu đầu vào Nếu trở kháng đầu vào trở kháng tải trộn với trở kháng nguồn độ lợi chuyển đổi điện áp công suất (dB)  Độ lợi chuyển đổi điển hình trộn tích cực xấp xỉ +10dB, suy hao chuyển đổi trộn diode xấp xỉ -6dB Suy hao, độ lợi chuyển đổi trộn tính bằng: A [dB] = B[dBm] - C[dBm] (1.6) Trong đó: A: Suy hao, độ lợi chuyển đổi B: Công suất ngõ IF cung cấp cho tải C: Công suất đầu vào RF 1.2.2 Điểm chặn ngõ vào (IIP3) Là công suất đầu vào RF mà mức công suất đầu sản phẩm điều chế tương hỗ ngõ IF mong muốn cân Vì vậy, độ tuyến tính trộn quan tâm hệ số nhiễu  Trong máy thu, sản phẩm méo gây hại bậc lẻ, nằm dải thông giống với tín hiệu mong muốn Biên độ cao bậc thấp nhất, tức sản phẩm bậc Con số phổ biến cho méo xuyên điều chế (IMD) chặn bậc (TOI)  Điểm chặn bậc (TOI IP3) trộn giá trị thực xác định giao đáp ứng IF hai tông thứ sản phẩm điều chế tương hỗ IF thu cổng RF có hai tín hiệu RF SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN Hình 1.6: Điểm chặn bậc ba Bất kỳ ứng dụng nào, IIP3 quan trọng, công suất LO lớn điều cần thiết  Dao động nội (LO) cho phép chuyển đổi tín hiệu đầu vào, ngắt chuyển hướng tín hiệu  Cả hai, trộn diode FET hưởng lợi từ chuyển đổi LO  BJT không chuyển đổi tốt Ft/10, làm giảm giá trị IIP3 hệ số nhiễu  Trong trộn thụ động thiết kế tốt nhận được: IIP3(dB) ~ LO(dBm) + 9dB (1.7)  Bởi điện áp LO đặt vào từ cực G đến S-D tín hiệu chạy từ S đến D, độc lập cho phép FET có điểm IIP3 cao so với dùng trộn Diode Trở kháng cực G cao, điện trở từ cực D đến S nhỏ  Trong trộn thụ động FET, ngõ vào cực G điều khiển LO giống tụ điện, sau điều chỉnh khỏi dung kháng này, công suất cần thiết LO để điều khiển trộn với điện áp lớn tần số f giảm bớt hệ số Gmax IIP3[dBm] ~ LO[dBm] + 9dB +20log(Gmax) (1.8) Trong Gmax độ lợi lớn tần số f Điều cho thấy FET có fmax cao tốt so với trộn dùng Diode  Phi tuyến ngõ vào RF giống trường hợp phi tuyến LNA Trong trường hợp LNA, phi tuyến đặc trưng với IIP3 sử dụng two-test để đo lường 1.2.3 Sản phẩm ký sinh  Một cách để giảm sản phẩm làm ngắn mạch hài bậc cao LO thiết bị đầu cuối trộn thực chất để làm giảm công suất đáp ứng  Giảm hài thứ thứ LO làm giảm sản phẩm hài từ 20 đến 25 dB từ 10 đến 15 dB SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG I: BỘ TRỘN 1.2.4 Độ cách ly Là lượng công suất LO bị rò rỉ vào hai cổng IF RF Có nhiều loại cách ly: LO - RF, LO - IF, RF - IF  Tự trộn LO bị rò rỉ - Các thành phần LO đầu vào RF trở lại trộn bị điều chế tín hiệu LO thành phần DC 2f0 tạo ngõ IF - Điều hậu hệ thống heterodyne, gây vấn đề cho hệ thông homodyne (zero IF)  Độ cách ly LO-RF nhược điểm lớn 1.2.5 Hệ số nhiễu Là thước đo nhiễu thêm vào thân trộn chuyển đổi IF  Đối với trộn thụ động mà độ lợi có suy hao hệ số nhiễu gần với suy hao nối  Trong trộn, nhiễu trộn lại nhiều lần biến dạng hài LO gọi nhiễu gấp Ngoài làm giảm phẩm chất hệ thống, hệ số nhiễu đưa suy hao chuyển đổi trộn, nguồn nhiễu bên trộn làm hệ số nhiễu giảm xuống ví dụ, tác dụng nhiễu 1/f MESFET nghiêm trọng tần số IF thấp tần số điểm gãy tạp âm nhấp nháy (thường MHz), nhiễu thêm vào đầu  Nhiễu băng rộng từ ngõ vào trộn nằm ảnh dải mong muốn Nhiễu từ ảnh dải mong muốn kết hợp kênh mong muốn ngõ IF  Một trộn chuyển đổi lượng dải biên dải biên với hiệu Do đó, nhiễu băng phụ tín hiệu thêm vào ngõ IF, làm tăng hệ số nhiễu ngõ IF thêm 3dB Thông thường, trộn nhiễu so với khuếch đại chất nhiễu gấp trộn Dùng lọc ảnh đầu vào RF trộn ngăn cản nhiễu Hình 1.7: Nhiễu ảnh lọc nhiễu SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG  Trong trộn Quad-FET thụ động, IP3 chủ yếu chức công tắc thời gian chuyển đổi  Thời gian chuyển đổi chủ yếu chức điện áp LO, trường hợp hộp cộng hưởng chức Q mạch cộng hưởng Đối với sức mạnh LO được, cao Q, cao IP3  Bộ trộn Quad-FET thụ động có ưu điểm quan trọng, đề cập trộn thụ động đơn FET, mà 1/f tạp âm nhấp nháy thực tế không gây 3.2.1 Bộ trộn JFET  Bộ trộn Junction-FET (JFET) hoạt động cung cấp hiệu tiềm lớn Độ lợi chuyển đổi méo xuyên điều chế (IMD) đặc điểm ưu việt trộn thụ động điển hình, tương tự trộn diode cấp cao  Trong trộn JFET hoạt động, linh kiện không đối xứng cho độ lợi, chi phí hiệu điểm chặn  Bộ trộn thụ động yêu cầu mức công suất LO cao hơn, cung cấp tốt hiệu điểm chặn bậc ba  JFETs có đáp ứng luật bình phương vốn có mà làm giảm thiểu bậc ba IMD  Giống tbộ rộn thụ động, trộn JFET hoạt động có mức burn-out cao Nhược điểm trộn JFET cần biến áp phù hợp họ yêu cầu mức cao tương đối dao động LO  Trong trộn JFET tích cực độ lợi công suất tối ưu nhiễu không xảy điểm điều hành Các dòng phân cực, mức điện áp dao động máy biến áp phù hợp phải lựa chọn thích hợp để đảm bảo FET hoạt động khu vực luật bình phương méo giảm thiểu  Hệ số nhiễu đạt thấp trộn JFET hoạt động khoảng 6dB  Đối với hiệu suất tối ưu trộn JFET cân kép, bóng bán dẫn cần kết hợp cách hoàn hảo, mà tương đối khó khăn đặc điểm lô Ngày có sẵn Quad-FET đóng gói thiết kế đặc biệt cho ứng dụng trộn  Đối với trộn FET cân đơn, yêu cầu thành phần phù hợp nghiêm ngặt, cho phép sử dụng bóng bán dẫn phù hợp vòng 10% SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 25 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG 3.2.2 Bộ trộn Quad MOSFET Hình 3.7: Mạch trộn Gilbert Quad MOSFET Nếu có nhu cầu mức hiệu suất cao so với FET thay cho hai Quads DMOS-FET nguyên khối, kết hợp RF Power MOSFET  Bộ trộn MOSFET cân kép hoạt động bóng bán dẫn chuyển mạch với điện áp D áp dụng kết tổn hao nối khoảng -6dB Ngoài ra, điện áp D cung cấp cho MOSFET sử dụng để cung cấp cho trộn độ lợi khoảng +15dB  Dạng sóng LO áp dụng cho loại trộn quan trọng Để đạt điểm chặn cao, đẩy LO phải tiếp cận sóng vuông lý tưởng với chu kỳ hoạt động 50%  Một ưu điểm MOSFET điện áp G xấp xỉ cho loại MOSFET Có nghĩa là, công suất LO cần thiết cho trộn MOSFET cao, công suất cần thiết cho trộn diode tương đương  Bộ trộn MOSFET bị vấn đề trộn JFET sử dụng máy biến áp phần cao mạch lân cận, sử dụng bảng mạch diện tích lớn  Loại trộn MOSFET tìm thấy máy thu HF hiệu cao, dải tần số từ 1MHz đến 50MHz Các DMOS tốc độ cao điện dung thấp, chuyển mạch cung cấp cải tiến hiệu suất đáng kể JFETs trộn diode cân méo hài bậc ba yêu cầu Ví dụ sử dụng quad-ring DMOS chuyển đổi (SD8901) SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 26 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG Hình 3.8: So sánh hiệu suất IP3 DMOS (SD8901), JFET (U350), Diode nhẫn Mixer 3.2.3 Bộ trộn H-Mode Là loại trộn sử dụng CMOS bus-switches (ví dụ FSA3157), linh kiện chuyển mạch có tốc độ cao cho phép vô hiệu hóa lần, trở thấp ON Hình 3.9: Bộ trộn H-Mode sử dụng CMOS high-speed H-Mode trộn đạt IP3 tốt (tốt + 40dBm), tổn hao chèn (~ 5dB) nếu: SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 27 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG - Các mạch sử dụng tốt biến áp đối xứng băng rộng - Sử dụng mạch chuyển mạch với khả ký sinh thấp, thời gian chuyển đổi nhanh chóng kháng loạt RDS thấp - Các thiết bị cung cấp với VCC cao (khoảng 7V ví dụ trên) - RF IF cổng chấm dứt Tín hiệu LO vuông cần điều chỉnh 50% chu kỳ hoạt động để cải thiện cô lập RF-IF 3.2.4 Bộ trộn loại bỏ ảnh Bộ trộn loại bỏ ảnh thực kết nối cặp trộn cân Nó đặc biệt hữu ích cho ứng dụng mà băng ảnh RF chồng chéo lên ảnh gần với RF để bị loại bỏ lọc Các cổng LO trộn cân điều khiển pha, tín hiệu áp dụng cho cổng RF có pha 90° khác Một ghép 90 ° IF sử dụng để tách dải RF ảnh Hình 3.10: Bộ trộn loại bỏ ảnh đồ thị loại bỏ ảnh lỗi pha Đặc điểm trộn loại bỏ ảnh là:  Hình ảnh Loại bỏ cải thiện với cao LO  loại bỏ ảnh phụ thuộc nhiều vào Pha không khớp  Bộ trộn loại bỏ ảnh đạt 20 dB loại bỏ ảnh  Bộ trộn loại bỏ ảnh đặc biệt hữu ích cho tần số IF thấp  Bộ trộn loại bỏ ảnh phức tạp cần nhiều dòng  Thông thường tương đương đầu vào RF dịch pha LO, mà biên độ nhạy  Các kết đầu IF kết hợp với ghép cầu phương Các tín hiệu ảnh (USB LSB) riêng biệt có sẵn trường hợp này, cổng ghép  Nếu hai khuếch đại sử dụng đường RF, phía trước hai máy trộn, nhiễu ảnh cho vào hai khuếch đại loại bỏ 3.2.5 Bộ trộn đơn biên (SSB) đồng Pha / vuông pha (IQ) SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 28 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG IQ trộn đóng vai trò ngày tăng việc xử lý tín hiệu tần số cao, đặc biệt điều chế giải điều chế Ngoài ra, họ cho phép để đo biên độ pha tín hiệu tần số cao tín hiệu tham chiếu để kiểm soát pha lúc đo biên độ Bộ điều chế SSB I/Q hữu ích việc phân biệt loại bỏ dải biên (LSB) dải biên (USB) tạo trình chuyển đổi tần số, đặc biệt dải biên gần tần số suy hao dải biên đạt cách lọc  Với điều chế I / Q, dải bị suy hao với sóng mang Bộ điều chế I / Q bao gồm hai trộn cân kép Các trộn nạp cổng LO sóng mang dịch pha với 90 ° (0 ° đến trộn 90 ° với trộn khác) Tín hiệu điều chế nạp từ bên pha vuông góc với hai trộn cổng IF Các ngõ trộn điều chế kết hợp thông qua kết hợp hai chiều đồng pha Hình 3.11: Điều chế I/Q Mạch tạo thành hệ thống triệt pha với dải biên, hệ thống bổ sung pha với dải biên khác Sóng mang bị suy giảm phụ thuộc trực tiếp vào cô lập LO-RF hai trộn  Sai lệch pha cân biên độ tác động đến ngăn chặn dải biên Sai số trộn IQ Tất sai số chia thành ba loại:  DC-offset: chủ yếu gây trộn tín hiệu DC thông qua khuếch đại bổ sung IF DC-offset gây vòng tròn chuyển dịch từ nguồn gốc số hệ thống phối hợp IQ  Sai lệch biên độ: Sự khuyếch đại suy giảm hai kênh khác nhau, cân hai ghép, suy hao chuyển đổi khác trộn độ lợi khác khuếch đại IF Các đường cong dẫn tới IQ hình elip  Sai lệch pha: Những sai lệch gây pha cân ghép 90 ° theo độ dài điện tích khác SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 29 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG Ảnh hưởng sai sót biên độ Pha ước tính sửa chữa Có hai cách để sửa chữa cho sai lệch nêu trên: phần cứng cách điều chỉnh tất độ lợi giai đoạn thiết lập kiểm tra phần mềm thông qua trình hiệu chỉnh 3.2.6 Bộ trộn hài phụ Có đầu vào LO tần số = LO / n Có ích tần số cao có thể, khó để tạo tín hiệu phù hợp LO (nhiễu pha thấp, phạm vi điều chỉnh công suất đầu tất trở nên khó khăn để đạt với tần số ngày tăng, đồng thời tăng chi phí)  Bộ trộn hài phụ đối song song theo cặp diode  Các trộn sản xuất hầu hết công suất vào sản phẩm "odd" tín hiệu đầu vào  Ngay sản phẩm bị từ chối đặc điểm I-V điốt  Sự suy giảm sóng hài chí xác định điốt " balance "  Diode " match" quan trọng  Ngắn mạch λLO / sơ khai cổng LO phần tư chiều dài bước sóng tần số đầu vào LO / hở mạch Tuy nhiên, RF tần số sơ khai khoảng nửa chiều dài bước sóng, cung cấp ngắn mạch tín hiệu RF  Ở đầu vào RF hở mạch λLO / sơ khai trình bày hở mạch tốt cho RF phần tư chiều dài bước sóng tần số LO / ngắn mạch  Sự bình thường IF đủ xa so với tần số RF phép thực dễ dàng lọc IF thể hở mạch đầu vào cổng RF  Trộn hài có DC offset thấp tự trộn, hấp dẫn ứng dụng chuyển đổi trực tiếp  Các tín hiệu RF kết hợp với sóng hài bậc hai LO Vì vậy, LO chạy nửa tỷ lệ, làm cho thiết kế VCO dễ dàng  Do pha trộn hài, độ lợi chuyển đổi thường nhỏ SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 30 CHƯƠNG III: BỘ TRỘN CÂN BẰNG SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 31 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP Bộ trộn vòng diode cân kép sử dụng để làm việc loại hình khác thiết bị RF, tính chất làm việc với tần số, pha biên độ Hình 4.1: Bộ trộn vòng diode cân kép Tín hiệu LO IF cách ly độc lập biến áp, nuôi tín hiệu LO lớn để bật tắt diode Điểm tích cực trộn : Không có thành phần DC cổng IF, hoạt động tuyến tính Điểm bất lợi ta thấy cần tín hiệu LO lớn, mát việc chuyển đổi RF-IF nhiều , độ lợi công suất độ lợi chuyển đổi thấp trộn cân sử dụng diode Khi tín hiệu LO thay đổi bật diode D1/D2 D3/D4 để kết hợp với tín hiệu RF cho tín hiệu IF = = = = = ( = (4.1) ≡0 (4.2) ) + ≡0 + SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN ≡0 (4.3) (4.4) 32 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP = (4.5)  Trong trộn vòng diode cân kép cổng RF IF hoán đổi tự Ví dụ trường hợp nâng tần lên (như máy phân tích quang phổ, TX ) cổng RF trao đổi với IF, cổng RF thường có dải tần số lớn so với cổng IF  Một trộn cân kép thụ động sử dụng vượt qua đặc điểm kỹ thuật tần số nó, mạch không tuần hoàn, băng thông rộng Trong ví dụ, dải tần số từ 200 kHz 300 MHz, thị trường có trộn vòng diode làm việc dải tần số cao nhiều, gần DC lên đến vài GHz Theo kinh nghiệm thực tế, xuống cấp (mà nói chung lên so với tần số) xấu cô lập cảng (hoặc cân bằng, sử dụng điều biến cân dò pha) 4.1 Đầu dò Pha  Trong trộn cân kép ngõ IF bao gồm tổng hiệu tần số tín hiệu đầu vào đến cổng LO RF  Nếu tín hiệu RF LO có tần số giống nhau, hiệu chúng Hz, DC, đầu mong muốn cho máy dò Pha Tổng chúng lựa chọn lọc không vượt đáp ứng tần số cổng IF Khi sử dụng trộn cân kép đầu dò pha tín hiệu RF áp dụng cho dao động (LO) đầu cuối tín hiệu RF khác kết nối vào cổng RF Hình 4.2: Bộ trộn cân kép đầu dò Pha SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 33 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP  Các tín hiệu DC có sẵn cổng IF hai tín hiệu đầu vào lệch pha 90°  Điện áp DC cổng IF tối đa lệch pha hai tín hiệu 0° 180°  Điện áp cổng IF DC thay đổi cosin lệch pha LO tín hiệu RF  Do số đo ban đầu cho điện áp IF thu lệch pha tín hiệu LO RF n * PI / với n = ± 1, ± 3, , đọc tối đa tối thiểu thu cho độ lệch pha với n * PI với n = 0, ± 1, ± Bộ trộn thực tế sử dụng máy dò Pha thường thể số đặc điểm khác với trộn lý tưởng Các đặc tính quan tâm DC offset và/ trộn dịch pha gây tín hiệu cân mạch Các thông số ảnh hưởng đến tính chất là: tần số, LO RF lái, điện trở tải nhiệt độ  Nguồn gốc DC điện áp offset kết hợp cân diode không đối xứng biến áp đến từ tín hiệu hai hai đầu vào Ngoài cách ly mức tín hiệu lái LO, DC bù đắp bị ảnh hưởng điện trở tải nhiệt độ  Ngay sau ảnh hưởng DC bù đắp giảm thiểu, giá trị đầu lấy số pha tương đối khác so với PI / (90 độ) Điều tự trộn thay đổi pha tương đối hai đầu vào tín hiệu thực tế chiều dài điện từ cổng LO-IF không giống từ cổng RFIF  Tần số ảnh hưởng đến DC offset nhờ tác dụng cô lập  Sự cô lập cao cổng, hạ thấp DC offset  Ngoài ra, suy hao chuyển đổi giảm, tối đa điện áp DC ngõ tăng SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 34 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP 4.2 Bộ nhân kép tần số Bộ trộn vòng cân kép sử dụng Doubler tần số băng thông rộng cách áp dụng tín hiệu RF đến dao động (LO) cổng RF Hình 4.3: Bộ trộn cân kép nhân kép tần số Tổng hiệu tần số xuất cổng IF, đầu IF gấp kép đầu vào RF (vì tần số hiệu 0) 4.3 Điều chỉnh suy hao dòng điện Nếu muốn sử dụng trộn cân kép điều chỉnh suy hao dòng điện, tín hiệu đầu vào RF kết nối với cổng dao động nội (LO) DC điều khiển dòng áp dụng cho cổng IF Hình 4.4: Bộ trộn cân kép điều chỉnh suy hao dòng điện Với dòng DC đầu vào cổng IF, tín hiệu cổng LO xuất nhiều cổng RF bị suy giảm Một đường cong suy giảm (dB) so với điều khiển dòng hiển thị SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 35 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP Nếu đề cập đến lược đồ bên DBM Ring-Diode thấy điều khiển điện áp DC thiết bị đầu cuối IF gây hai điốt vòng để tiến hành  Khi dòng điện DC chạy qua diode đủ, chúng xuất điện trở nhỏ nối cuộn thứ cấp hai biến áp với tín hiệu cổng LO xuất cổng với suy giảm nhỏ RF Thay đổi điều khiển dòng điện biến điện trở diode, đó, độ lớn điện áp đầu Khi sử dụng trộn DBM Ring-Diode điều chỉnh suy hao dòng điện, điện trở có hạn chế nên kết nối chuỗi với cổng IF để hạn chế dòng diode khoảng 40 mA Các hạn chế dòng phụ thuộc vào đặc điểm diode sử dụng mạch 4.4 Bộ điều chế cân (DSB) Để sử dụng Bộ trộn cân kép điều chế cân bằng, tín hiệu sóng mang RF (f0) phải kết nối cổng LO, tín hiệu điều chế kết nối cổng IF, tín hiệu đầu cổng RF  Các tín hiệu điều chế qua cổng RF bao gồm tín hiệu cộng với cổng LO trừ tín hiệu điều chế, với sóng mang RF f0 bị suy giảm nhiều  Bởi đầu tìm thấy có băng tần biên tín hiệu RF điều chế (ngăn chặn với sóng mang RF) điều chế thường đặt tên DSB Hình 4.5: Bộ trộn cân kép điều chế cân (DSB) SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 36 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KHÁC CỦA BỘ TRỘN CÂN BẰNG KÉP 4.5 Bộ điều chế biên độ (AM) Để có điều chế biên độ từ Bộ trộn cân kép, hoạt động điều chế cân điều chỉnh suy hao dòng điện kết hợp hình Hình 4.6: Bộ trộn cân kép điều chế biên độ (AM) Một tín hiệu điều chế có chứa hai thành phần AC DC áp dụng cho cổng IF Các thành phần AC sản xuất dải biên thành phần DC thay đổi biên độ sóng mang xuất cổng RF Như ví dụ cho điều kiện bình thường, 100% AM điều chế, tín hiệu điều chế nên 200mV (rms) DC điều khiển dòng điện nên khoảng mA 4.6 Bộ tách sóng nhân Mạch đơn giản trộn có đầu IF âm (baseband) phạm vi Một mạch thích hợp: Hình 4.7: Bộ trộn cân kép tách sóng nhân Bộ trộn vòng diode cân kép đặc biệt hữu ích ứng dụng hiệu suất điều chế tương hỗ thấp phạm vi hoạt động lớn SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 37 KẾT LUẬN KẾT LUẬN Bộ trộn thiết bị thiếu hệ thống thu phát vô tuyến Được thiết kế phù thuộc vào yêu cầu hệ thống; Sử dụng linh kiện thụ động hay tích cực; loại mạch trộn cho phù hợp: trộn đơn linh kiện, cân cân kép Mỗi loại mạch trộn có ưu nhược điểm khác nhau, có thông số đặc tính quan trọng SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO: RF Circuits Design - Theory and Applications - Ludwig, Bretchko Microawave Mixers - Stephen Maas RF Circuit Design - W Davis, Krishna Agarval Mixers and Frequency Conversion – Besser Associates, Inc High Level RF Mixers – D Conway RF Design Magazine – 1992 – 2000 SVTH: ĐỖ NGỌC TIỆN 39 ... em chọn nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THỰC HIỆN MẠCH TRỘN HẠ TẦN SỬ DỤNG TRONG MÁY THU VÔ TUYẾN”, với mong muốn tìm hiểu trộn dùng máy thu vô tuyến Em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Viễn thông... cao máy thu thu lại dịch xuống tần số thấp Thiết bị thực trình dịch tần số Bộ trộn Để nghiên cứu kĩ tổng quan Bộ trộn phân tích số loại trộn Vì lí này, em chọn nghiên cứu đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THỰC... cho trộn MOSFET cao, công suất cần thiết cho trộn diode tương đương  Bộ trộn MOSFET bị vấn đề trộn JFET sử dụng máy biến áp phần cao mạch lân cận, sử dụng bảng mạch diện tích lớn  Loại trộn