针对ISM应用的上变频器充分发挥LTCC技术的优势

多数无线应用让人想到800至 900 MHz和1800至2000MHz的蜂窝网络频段，但是数量不断增加的无线应用开始使用非许可的工业-科学-医学(ISM)频段，该频段范围在2400MHz到2500MHz和5725 到 5875 MHz。为了推进在这些更高ISM频段内的设计技术发展，Mini-Circuits公司开发出一种高性能有源混频器，可以让原始设备制造商(OEM)把目前的2450MHz频段工作频率上变频到5.7至5.8GHz频段。该公司的SIM-U63+型混频器基于低温协同烧结陶瓷(LTCC)技术、半导体技术和一种高度可制造电路设计技术这三种技术的结合。这种获得专利的技术结合使器件尺寸小、对静电放电(ESD)高度不敏感以及具有极好的温度稳定特性。

ISM频段频率通常被称作“非管制频率”，因为公众都可以独立使用，不需要获得政府授权或者遵守规定。虽然是未授权的，但为ISM频段用途制造的产品也必须按照适用规则制定部门，如美国联邦通信委员会(FCC)的规定，满足功率限制和频率容许要求。因此，频率决定性部件，如混频器和振荡器，必须具有时间和包括温度在内的不同环境条件下的性能稳定性。

SIM-U63+混频器(图1)采用LTCC作为衬底，十分适合多层电路设计。同传统的平面电路设计相比，LTCC电路能够实现三维设计和制造，甚至为节省空间在层间也可以嵌入部件，而平面电路设计中所有元件都放置在单层印制板的一侧。上述方法使混频器的测量尺寸仅仅只有0.2×0.18×0.08英寸(5.1×4.6×2.1 mm)，比一些基于商用半导体技术的混频器尺寸小。此外，尽管SIM-U63+混频器结合了半导体技术以获得其非线性频率变换功能，但有源设计使其工作时不需要直流偏置(同那些在应用时需要固定直流偏置的标准半导体或集成电路混频器作比较)。

SIM-U63+为一种双平衡混频器(图2)，除开二极管之外，整个结构都在自然密封的LTCC多层板上实现。通过把组件集成到LTCC上，混频器体积得到最小化，这使其在抗冲击和抗震动方面都极度强健。事实上，通常与环境性能优良的军用级部件结合起来，整个混频器结构能够忍耐在温度、湿度、震动和机械撞击等方面的极端环境条件。

这种混频器兼容RoHS，制造时没有使用石墨焊剂或其它有害材料，它还能抵抗通常对单块集成电路半导体混频器有害的严重的ESD环境。同该公司其它SIM混频器产品线相似，SIMU63+满足1C类ESD要求，在人体模型条件下测试达到1000V水平(比较而言，标准半导体混频器典型地只满足1A类250VHBM测试)。SIM-U63+混频器还满足M2类ESD要求(按照ESD设计模型按100V测试)

性能评估

SIM-U63+混频器接收2400到2500MHz的中频(IF)信号和3100到3600MHz之间、标称幅度为+7dBm本振(LO)信号频率，产生5500到6000MHz的射频输出信号(足以超出ISM频段5725 到 5875 MHz的范围)，其上变频典型的变频损耗为6.8dB。即便在其它本振驱动电平下，混频器变频损耗也具有一致表现。例如，在LO驱动电平为+4、+7和+10dBm下测试，SIM-U63+在整个5500到6000-MHz射频输出范围内表现出非常一致的变频损耗曲线(图3)。在不同本振驱动电平下进行频率扫描测试仿真出本振功率变化以及跨越较宽频率范围时产生的影响。在跨越500MHz测量带宽内典型的本振功率变化量是+0.7/-0.3dB。