摘要： 文章提出来了一种基于变压器中频(IF)匹配技术与基于分立器件式BALUN方法，并将两者进行了性能、成本和尺寸等的比较。
关键字： 变压器，中频(IF)匹配技术，分立器件
1 引言
具有高线性度的有源混频器集成电路(IC)的性能及集成度继续在提高，虽然单端RF及LO输入端口已成为标准，但中频(IF)输出变压器的集成很困难，并且对于全差分IF架构并不理想，然而，很多系统仍要求采用单端IF输出。本文提出了一种基于变压器的IF匹配技术和基于分立器件式的BALUN方法，并对两者进行了性能，成本和尺寸方面的比较。
无线及有线基础系统集成厂商，非常关注高线性度有源混频器的性能改进。与传统的无源混频器比较，设计优秀的高线性度有源混频器具有以下几个方面的优势：低本振(LO)泄漏电平；低本振驱动电平；更高输出信号电平；产品尺寸更小。低的本振(LO)泄漏是由于采用了平衡电路拓扑，以及采用了近乎完美及可重复的IC对称版图设计。
在超高频(UHF)及微波频段，低噪音放大器(LNA)、滤波器及压控振荡器(VCO)等器件一般都是单端。因此，早期的高线性度有源混频器要求在RF和LO端口使用外部变压器，这就增加了整个设计方案的成本和尺寸。现在，单端口50Ω的射频(RF)输入可以集成RF变压器，而集成放大器可以精确地将单端输入转换成用于驱动双平衡混频器开关内核的差分输入。
在典型的中频(IF)输出频段，SAW滤波器、放大器及ADC等均可采用差分接口，因此不必使用IF变压器。但是，很多系统仍然要求使用单端IF输出。由于成本、物理尺寸及制造可变性等因素影响，在这些应用中采用变压器来执行差分至单端的转换并不理想。而且，由于在总片上实现甚高频(VHF)变压器所需的面积很大，所以对这些应用中所用的IF输出变压器进行集成并不实际。而执行差分至单端转换的内部IF放大器则可以在某些低功率有源混频器中实现集成，但在高线性度混频器中应用的表现并不良好，除了在IF放大之前能对混频器的输出进行滤波。
2 变压器IF匹配
图1所示的LT5522模块是一种带集成变压器的RF输入高信号电平变频混频器。在1.2GHz到2.3GHz的频带范围内，其射频端口在内部实现匹配。并且，只要在RF输入上使用一个旁路器件，即可在低至600MHz或高至2.7GHz的频率上工作。LO输入经过内部匹配，以用于从400MHz至2.7GHz的单端50Ω工作。差分IF输出阻抗在内部被设置为400Ω电阻与1PF电容器并联的阻抗网络。图2为一种由L1、L2及C4组成的简单三组件低通IF匹配网络，可将内部400Ω差分输出阻抗转换成240MHz中频频率上的200Ω差分阻抗。而变压器T1则将200Ω差分IF输出转换成50Ω单端输出。每一集电极开路，IF输出从T1的中心抽头上吸取15mA的直流偏置电流。
图3所示的低通匹配组件是基于图2所示的阻抗变压器。假设使用4∶1变压器，则IF输出匹配的带宽很宽，这要归功于阻抗变换器的低Q值(Q=1)。
3 分立器件式BALUN IF匹配
低通IF匹配与变压器可用图3所示的分立器件式BALUN来替代。L与C值被设计成为可以在IF频率上实现180°的相移，并转换阻抗。整个设计方案如图4所示，其中240MHz BALUN由L1、L2、C4及C6构成。L3取代了内部1PF的电容，并给IF+引脚提供偏压，C7则为一个隔直流电容器。
4 两种方案的性能比较
变压器IF匹配和分立器件式BALUN IF匹配这两种设计方案的最大不同点是，用分立器件式BALUN测出的LO-IF泄漏较高，与采用变压器设计方案的泄漏相比为-32dBm比-58dBm。由于分立器件式BALUN的器件值仅在240MHz频率上优化，因此会有较大的LO泄漏。变压器匹配设计方案的IIP3相对要高1.2dB，因为变压器在互调音频上的混频器输出呈现出一个宽带及平衡阻抗。相反，采用分立器件式BALUN方案的变频增益则相对要高0.8dB，因为可以消除变压器的损耗。
从两种匹配技术的RF性能与IF输出频率的关系比较，可以发现其最大的不同在于NF。分立器件式BALUN匹配在所需要的240MHz中频的±20MHz带宽内具有更好的NF，但随着IF带宽的增加而迅速变差。而变压器匹配则在所显示的整个100MHz IF带宽范围内都具有良好的NF。
5 小结
当IF带宽小于20% IF频率时，分立器件式中频BALUN匹配技术是混频器应用中变压器匹配方案的一种良好的替代方法。在此带宽内，最主要的性能下降指标是LO-IF泄漏。对于较宽的IF带宽而言，NF会增加得太高，所以此时应该采用变压器匹配方案。
（参考资料略）
