SA602

SA602 (и его аналоги NE602, NE612, SA612A) это маломощный VHF двойной балансный смеситель с входным усилителем, встроенным генератором и регулятором напряжения.

Предназначен для высокопроизводительных, мало потребляющих энергию систем связи. Гарантированные параметры SA602A делает это устройство хорошо подходящим для приложений сотовой радиосвязи.

Микшер основан на ячейке умножителя Гилберта, который дает усиление приблизительно 18 dB на частоте 45 МГц. Генератор хорошо работает на частоте до 200 МГц. Он может быть сконфигурирован как кварцевый генератор, настраиваемый генератор на основе колебательного контура, или как буфер для внешнего генератора. Для больших частот вход LO может управляться внешним буфером.

Шум на 45 МГц обычно меньше 5dB.

Примечание: SA612A дает усиление 14 dB или больше на частоте 45 МГц, и предназначен для работы с сигналами до 500 МГц. Шум на частоте 45 МГц составляет меньше 6 dB.

SA602A и SA612A доступны в 8-выводном миниатюрном корпусе SO8, NE602 и NE612 доступны также в корпусе DIP8.

Рис.1. Блок-схема смесителя NE602 (и его аналогов SA602, NE612 и SA612A).

Основные особенности смесителя SA602A:

• Малое потребление тока, обычно 2.4 mA.
• Низкий уровень шума: < 4.7 dB на частоте 45 МГц.
• Высокая рабочая частота.
• Отличные параметра усиления и чувствительности.
• Малое количество внешних компонентов.
• Подходит для использования с кварцевыми и керамическими фильтрами.
• SA602A удовлетворяет спецификациям сотовой радиосвязи.
• SA612A работает на частотах до 500 МГц.
• Низкая цена.

Области применения:

• Смесители/генераторы сотовой радиосвязи.
• Беспроводные телефоны.
• Сонары, радиобуи.
• Портативные и коммуникационные радиоприемники.
• VHF-трансиверы.
• Организация радиоканалов передачи данных.
• Конвертеры частот HF/VHF.
• Широкополосные локальные сети (LAN).

Рис.2. Цоколевка выводов SA602A, SA612A, NE602, NE612.

Таблица 3. Описание выводов SA602A, SA612A, NE602, NE612.

№ выв. Мнемоника Описание
1 IN_A RF input A (вход радиочастоты A)
2 IN_B RF input B (вход радиочастоты B)
3 GND Ground, минус питания и общий провод всех сигналов.
4 OUT_A Mixer output A (выход смесителя A)
5 OUT_B Mixer output B (выход смесителя B)
6 OSC_B Вход генератора (база транзистора)
7 OSC_E Выход генератора (эмиттер транзистора)
8 VCC Плюс напряжения питания.

Функциональное описание

SA602A/SA612A работает как ячейка Гилберта, гетеродин/буфер и скомпенсированный по температуре генератор напряжения цепей смещения (bias network), как показано на рис.3.

Ячейка Гилберта - это дифференциальный усилитель (входы IN_A и IN_B), управляющий балансной ячейкой переключения. Дифференциальный входной каскад дает усиление сигнала, определяет кривую распределения шума и сигнальную производительность системы.

Рис.3. Эквивалентная схема.

SA602A разработан для обеспечения оптимально низкого потребления энергии. При использовании на 45 МГц совместно с SA604A в качестве радиоприемника (вторая ПЧ и демодулятор) SA602A может принимать сигналы уровня -119 dBm при отношении сигнал/шум 12 dB. Типовое значение параметра IP3 составляет -13 dBm (с приблизительным усилением +5 dBm из-за наличия каскада усилителя RF). Разработчик системы должен учитывать это значительное ограничение для обработки сигнала.

При разработке LAN или других закрытых систем, где используются высокие уровни сигнала и не критичны проблемы малых сигналов или отношений сигнал/шум, на входе SA602A должны применяться делители сигнала.

Примечание: для SA612A параметр IP3 составляет примерно -15 dBm.

Смеситель

.

Входы RF (IN_A и IN_B) получают смещение внутри микросхемы, и являются симметричными. Эквивалентное AC-сопротивление по входу составляет примерно 1.5 kОм и 3 pF на частоте 50 МГц. Выводы IN_A и IN_B можно менять местами, однако на них не должно подаваться внешнее смещение DC. На рис.4 показаны типовые конфигурации входа.

a) Одиночный настраиваемый
вход
b) Балансный вход (для
подстройки фильтров
второго порядка)
c) Одиночный не настраиваемый
вход

Рис.4. Варианты подключения выходов SA602A/SA612A.

Выходы смесителя (выводы OUT_A и OUT_B) также имеют внутреннее смещение. Каждый выход подключен внутри микросхемы к + питания через резистор 1.5 кОм. Это позволяет использовать как прямое терминирование выхода, так и реализацию балансного выхода. На рис.5 показаны три примера одиночного выхода и балансный выход.

a) Одиночный выход
с керамическим фильтром
b) Одиночный выход с кварцевым фильтром
c) Одиночный выход
с трансформатором ПЧ (IFT)
d) Балансный выход с трансформатором.

Рис.5. Конфигурации выхода.

Гетеродин

Гетеродин может работать на частотах до 200 МГц на основе кристалла или настраиваемой индуктивности (LC-контур, tuned tank). Верхний предел определяется добротностью контура (Q) и требуемыми уровнями. Чем выше Q контура и меньше требуемые уровни генерируемого сигнала, тем выше может быть частота гетеродина. Если требования к LO выходят за ограничения для генерации, или в системе должен применяться внешний LO, то внешний сигнал гетеродина может инжектироваться в вывод OSC_B (ножка 6) через блокирующий DC конденсатор. Уровень P2P сигнала внешнего LO должен быть как минимум 200 mV и желательно не более 300 mV.

Рис.6 показывает несколько проверенных схем гетеродина. Рис.6a подходит для сотовой радиосвязи, здесь применяется генерация на гармонике кварца (overtone mode). Конденсатор C3 и индуктивность L1 подавляют генерацию на основной частоте кварца. Когда кварц работает на своей основной частоте, цепочка подавления не применяется.

a) Емкостная трехточка
(генератор Колпитца)
с кварцевым резонатором.
Кварц работает на третьей
гармонике.
b) Емкостная трехточка
с колебательным контуром.
c) LC-генератор Хартли.

Рис.6. Схемы гетеродина.

Рис.7 показывает схему генератора "емкостная трехточка" (генератор Колпитца), где колебательный контур настраивается варикапом (varactor). Ниже на этом рисунке показаны варианты буферных каскадов, которые необходимо подключать к выходу такого генератора. Показанные схемы применяются для приложений, где генерируемая частота управляется ФАПЧ синтезатора. Здесь важно применить буфер на выходе, чтобы выбросы переключения первого счетчика или прескалера не попадали в спектр генератора.

Рис.7. Генератор с применением управления частотой на основе варикапа (применяется в синтезаторах).

Двухзатворный транзистор MOSFET дает оптимальную изоляцию и малый ток потребления. Транзистор FET представляет решение с хорошей изоляцией, малым током потребления, в то время как биполярные транзисторы предоставляют простое решение для не критичных приложений. Получение требуемого уровня входного сигнала для обеспечения корректной работы системы достигается резистивным делителем в схеме эмиттерного повторителя.

На частоте выше 100 МГц гетеродин может не запуститься, если Q контура слишком низкая. Резистор 22 кОм от вывода OSC_E (ножка 7) на землю увеличивает DC-ток смещения транзистора гетеродина. Это улучшает рабочие AC-характеристики транзистора, что помогает в запуске гетеродина. Резистор 22 кОм не влияет на другие внутренние DC-смещения устройства, однако следует избегать малых значений этого резистора.

Рис.8. Типовая схема практического применения для беспроводной связи.

Таблица 4.

Предельные значения (указаны в соответствии с Absolute Maximum Rating System IEC 60134).

Парам. Описание Min Max Ед.
VCC Плюс напряжения питания. - 9 V
Tstg Температура хранения -65 +150 °C
Tamb Окружающая рабочая температура -40 +85 °C

Таблица 5.

Статические характеристики. Tamb=25°C, VCC=+6 V, если не указано иначе (см. рис.15).

Парам. Описание Min Nom Max Ед.
VCC Плюс напряжения питания. 4.5 - 8.0 V
ICC Ток потребления. - 2.4 2.8 mA
Zth(j-a)
Термосопротивление между кристаллом и окружающей средой. - - 90 °C/W

Таблица 6.

Динамические характеристики. Tamb=25°C, VCC=+6 V, если не указано иначе (см. рис.15).

Парам. Описание Условия                       Min Nom Max Ед.
fi Входная частота.   - 500 - МГц
fosc Частота генератора.   - 200 - МГц
NF Уровень шума (noise figure). На частоте 45 МГц. - 5.0 5.5 dB
IP3i Интермодуляционные искажения IP3. Вход RF = -45 dBm;
RF1 = 45.0 МГц;
RF2 = 45.06 МГц
- -13 -15 dBm
Gconv Усиление при преобразовании (conversion gain). На частоте 45 МГц. 14 17 - dB
Ri(RF) Входное сопротивление для радиочастоты.   1.5 - - k?
Ci(RF) Входная емкость для радиочастоты.   - 3 3.5 pF
Ro(mix) Выходное сопротивление смесителя. Выводы OUT_A, OUT_B - 1.5 - k?

Графики характеристик

Рис.9. Зависимость тока потребления от температуры. Рис.10. Зависимость усиления при преобразовании от температуры.
Рис.11. Зависимость IP3 от температуры. Рис.12. Зависимость шума от температуры.
Рис.13. IP3 и компрессия. Рис.14. Зависимость IP3 от напряжения питания.

Рис.15. Схема тестирования.

Словарик

AC переменный ток.
BIAS смещение по постоянному току.
DC постоянный ток.
dBm (иногда то же самое обозначают как dBmW, или децибел-милливатты) аббревиатура для соотношения мощности в децибелах (dB), выраженной относительно 1 милливатта mW.
FET Field-Effect Transistor, полевой транзистор.
HF High Frequency, высокая частота.
IF Intermediate Frequency, промежуточная частота, ПЧ.
IFT Intermediate Frequency Transformer, трансформатор ПЧ.
IP3 характеристика нелинейности тракта по точке пересечения интермодуляции третьего порядка (см. Википедию).
LAN Local Area Network, локальная сеть.
LO Local Oscillator, локальный гетеродин.
MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, полевой транзистор с изолированным затвором.
PTP peak-to-peak, пик-то-пик, размах сигнала между нижним и верхним уровнями.
Q добротность колебательного контура.
RF Radio Frequency, радиочастота.
S/N Signal-to-Noise ratio, соотношение сигнал/шум.
VHF Very High Frequency, очень высокая частота.