¿Cómo amplificar la señal de RF a un nivel lo suficientemente alto para un mezclador de conversión descendente CMOS?

He estado leyendo artículos académicos originales sobre mezcladores y ahora un libro de texto de RF y no he podido entender algo muy básico, que es cómo obtengo una señal de RF, digamos -65 dBm, a un nivel de voltaje lo suficientemente alto para la entrada. en un mezclador de conversión descendente basado en CMOS? Todo lo que leo muestra una caja negra de LNA, que está muy bien, pero los LNA amplifican las señales a qué, ¿15-20 dB típicamente? ¿Cómo diablos está eso remotamente cerca de activar un transistor CMOS NPN en el mezclador con un voltaje de umbral típico de 700 mV? +15dB de ganancia en -65 dBm no llega a 700mV+. Y encadenar varios LNA para llegar a más de 700 mV destruiría la señal con ruido, ¿no?

Sé que me estoy perdiendo algo extremadamente obvio aquí, así que sé amable. Estoy empezando. Sé que hay mucho más para la conversión descendente (filtrado, etc.). Esta pregunta es únicamente sobre la amplificación inicial.

Si tiene un amplificador lo suficientemente bueno como para amplificar una señal de -65 dBm en 20 dB sin "destruirla", ciertamente no destruirá una señal de -45 dBm. (es decir: la primera etapa del amplificador es la más crítica para agregar ruido)
¿Te estás perdiendo el concepto de sesgo?
Y encadenar varios LNA para llegar a más de 700 mV destruiría la señal con ruido, ¿no? No, ya que está amplificando tanto la señal como el ruido, por lo que la señal/ruido permanece igual (aproximadamente). Pero no es necesario amplificar la RF, la señal LO a los mezcladores debe ser grande, la señal de RF puede ser tan pequeña como desee.
Discrimine entre el puerto RF del mezclador y el puerto del oscilador local . ¿Qué puerto debe conducir su señal de -65 dBm? Supongo que va al puerto RF . Ese opera en el ámbito "lineal" y puede aceptar señales pequeñas hasta el nivel de ruido. El puerto del oscilador local a menudo no lo hace y puede requerir una gran señal de conducción.
@immibis Sinceramente, creo que vale la pena una respuesta.
@Shamtam No tengo la confianza suficiente para que sea una respuesta.

Respuestas (4)

Aquí hay un esquema de un circuito mezclador CMOS típico:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Es el clásico mezclador "Gilbert".

Aunque no está claro en esta imagen, el NMOS inferior es solo para polarización, puede verlo como una fuente de corriente continua. Eso hace que la mitad inferior de este circuito sea idéntica a un par diferencial estándar.

Las entradas de este par diferencial están conectadas a las salidas del LNA, por lo que este par diferencial simplemente convierte la señal de RF (voltaje) en una señal de corriente.

Esa corriente (que contiene la señal de RF) luego se alimenta a la parte superior "comercial" del mezclador, el cambio real ocurre aquí. Para eso, esos 4 NMOS seguidos deben encenderse/apagarse correctamente. Por lo tanto, la señal LO debe ser lo suficientemente grande. ¿Necesitamos 700 mV (como afirma), en el orden de Vt para eso?

¡No, no lo hacemos! Siempre que los transistores de conmutación cambien "lo suficiente", obtendremos una señal de salida IF. Si el NMOS de conmutación tiene una W/L lo suficientemente grande, incluso una señal LO de 200 mV podría ser todo lo que necesitamos.

Lo que importa es la diferencia en Vgs para cada par de NMOS. Siempre que un NMOS tenga un Vgs más grande que el otro NMOS y la diferencia sea tal que la corriente de la parte de RF a continuación elija un NMOS sobre el otro, entonces el mezclador se "mezclará".

Este es el mismo principio que aplicar una polarización a un transistor en un circuito amplificador, al aplicar una polarización superamos la "zona muerta" Vt (700 mV) del NMOS, por lo que no es un problema.

Usted dice "Lo que importa es la diferencia en Vgs para cada par de NMOS". ¿A qué par te refieres aquí? ¿El par LO+/LO+ o el par RF+/RF-? Además, todavía no entiendo cómo puede pasar cualquier corriente a través de los transistores RF NMOS si el voltaje base de esos transistores está en un nivel de microvoltios o "pocos milivoltios", a menos que apliquemos un "voltaje de polarización" de CC al voltaje base de RF + / RF - par. Si la polarización de CC de la señal de RF es lo que se debe hacer, el diagrama no muestra esa polarización de base RF+/RF-, ¿correcto?
¿A qué par te refieres aquí? Al par LO ya que son los "interruptores". si el voltaje base te refieres al voltaje de la puerta . Pero el voltaje de la puerta no es de unos pocos mV. Lo que realmente importa es Vgs y debe ser> Vt. En este circuito no se aplica voltaje de polarización sino una corriente de polarización , por el NMOS inferior. Es la salida de una fuente de corriente que polariza todo el circuito. Sugiero leer sobre el circuito del "par diferencial".

El mezclador es impulsado por un oscilador local. El nivel es (digamos +7dBm).

Nunca es -65dBm.

La RF que se cambia es -65dBm. No hace nada, solo pasa por los interruptores del mezclador. En el tipo básico y mejor, un mezclador es interruptores.

Piense en los relés. El oscilador local energiza la bobina y debe ser de 12V. La RF pasa a través de los contactos y puede ser de cualquier nivel diminuto.

Puede hacer un mezclador usando un relé DPDT, será un mezclador doble balanceado. Funciona muy bien con excelente IP3 y baja pérdida. Pobre rendimiento de frecuencia pero.

Esto es aproximadamente lo que hay dentro del mezclador bipolar NE602. Tenga en cuenta el uso de bipolares para establecer la polarización, para lograr el margen

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Hm, entonces, ¿por qué publicar un circuito que usa solo transistores bipolares mientras OP pregunta sobre CMOS? Si hubiera dibujado el mismo circuito usando NMOS en lugar de NPN, podría funcionar igual de bien.

Voy a aceptar la respuesta de Bimpelrekkie porque la sugerencia (en la sección de comentarios) fue que leí sobre "circuitos de pares diferenciales" y esto es lo que me llevó en la dirección correcta. En retrospectiva, esta pregunta era realmente sobre cómo funciona un amplificador NMOS con señales débiles y no tenía nada que ver con un mezclador. Al agregar "mezclador" a mi pregunta, creo que complicó la pregunta más de lo necesario.

La respuesta a cómo amplificar una señal débil parece ser "usar un amplificador diferencial". El par NMOS inferior (es decir, el par RF+ / RF- NMOS) en el diagrama publicado por Bimpelrekkie es un amplificador diferencial que alimenta el resto del mezclador (el resto del mezclador es la "parte comercial" como lo llamó Bimpelrekkie).

En mi búsqueda para leer sobre circuitos diferenciales, encontré un ejemplo de amplificador diferencial proporcionado en Practical Electronics for Inventors por Paul Scherz y Simon Monk, 3rd ed, p.446.

Scherz/Monk no proporcionó todos los parámetros en su ejemplo: los parámetros de la señal y los parámetros NMOS no se proporcionan. Sin embargo, dibujé el ejemplo de Scherz/Monk en LTSpice y usé resistencias de 100k como lo hizo Scherz/Monk. No creo que estos valores de resistencia sean exactamente correctos para el transistor NMOS y los niveles de señal que utilicé en la simulación, pero aun así muestra amplificación. Scherz/Monk explican cómo determinar los valores R, pero no los seguí del todo. (Creo que la conclusión es que se supone que los transistores funcionan cerca de su "punto Q").

Mi elección de señales de entrada: una sinusoidal de 10 mV 1 kHz (Vsig1) y una sinusoidal de -10 mV 1 kHz (Vsig2). 10 mV está, por supuesto, por debajo del voltaje de umbral del NMOS.

Circuito:

Circuito amplificador diferencial en LTSpice

Formas de onda de las dos señales diferenciales, V(vout1) y V(vout2) en LTSpice:

Par de señal de salida diferencial

Forma de onda de salida diferencial, V(vout1,vout2) en LTSpice:

Señal de salida diferencial

Puede ser difícil de ver, pero esta señal es de aproximadamente 6,3 V pico a pico, desde aproximadamente -3,15 V a -3,15 V.

Cualquier edición debe estar en su pregunta , no agregada como respuesta.
¿Cómo amplificar la señal de RF a un nivel lo suficientemente alto para un mezclador de conversión descendente CMOS?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v