HMC798ALC4：24 GHz - 34 GHz GaAs MMIC 亚谐波 SMT 混频器的深度解析

在微波和通信领域，混频器是至关重要的组件，它能实现信号的频率转换，广泛应用于各种通信系统和测试设备中。今天，我们将深入探讨一款高性能的混频器——HMC798ALC4，它由 Analog Devices 公司推出，专为 24 GHz 至 34 GHz 频段设计。

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产品概述

HMC798ALC4 是一款 24 GHz 至 34 GHz 的亚谐波泵浦（×2）MMIC 混频器，集成了 LO 放大器，采用无铅、符合 RoHS 标准的 LCC 封装。它既可以作为上变频器，将直流至 4 GHz 的中频信号转换为 24 GHz 至 34 GHz 的射频信号；也可以作为下变频器，将 24 GHz 至 34 GHz 的射频信号转换为直流至 4 GHz 的中频信号。

产品特性

电气特性

• 电源要求：采用单正电源供电，5 V 电压下电流为 97 mA。
• 转换损耗：在 24 GHz 至 30 GHz 频段，典型转换损耗为 10 dB；在 30 GHz 至 34 GHz 频段，典型转换损耗为 10.5 dB（上变频器）。
• 输入 IP3：在 24 GHz 至 30 GHz 频段，典型输入 IP3 为 17.5 dBm；在 30 GHz 至 34 GHz 频段，典型输入 IP3 为 20 dBm（上变频器）。
• 隔离度：2 × LO 到 RF 的隔离度在 30 GHz 至 34 GHz 频段典型值为 36 dB。
• IF 带宽：具有较宽的 IF 带宽，从直流到 4 GHz。
• LO 驱动电平：LO 输入驱动电平为 4 dBm。

封装特性

• 封装形式：采用 24 引脚、3.90 mm × 3.90 mm 的陶瓷 LCC 封装，符合 RoHS 标准。
• 易于制造：无需引线键合，可采用表面贴装技术（SMT）制造，提高生产效率。

应用领域

HMC798ALC4 的高性能使其在多个领域得到广泛应用：

• 微波和 VSAT 无线电：用于微波通信系统和甚小口径终端（VSAT）无线电，实现信号的频率转换。
• 测试设备：在测试仪器中，作为信号处理的关键组件，提供准确的频率转换。
• 点对点无线电：用于点对点通信系统，确保信号的稳定传输。
• 卫星通信（SATCOM）：在卫星通信中，实现信号的上变频和下变频，提高通信质量。
• 军事电子战（EW）、电子对抗（ECM）和指挥、控制、通信与情报（C3I）：满足军事领域对高性能混频器的需求，提供可靠的信号处理能力。

技术参数详解

规格参数

在 (Vcc = 5 V)、(T_{A} = 25^{circ}C) 的条件下，上变频器（IFx = 1 GHz，-10 dBm）、(LO = 4 dBm) 上侧带时，HMC798ALC4 的各项参数如下：	参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
频率范围
RF			24		34	GHz
LO 输入			12		18	GHz
IF			DC		4	GHz
电源电流	(I_{CC})			97	125	mA
电源电压	(V_{CC})		4.75	5	5.25	V
LO 驱动电平		0 - 4 - 6 dBm
24 GHz 至 30 GHz 性能
上变频器
转换损耗				10		dB
输入三阶截点	(IP3)		12.5	17.5		dBm
输入 1 dB 压缩点	(P1dB)			6		dBm
下变频器
转换损耗				11		dB
输入三阶截点	(IP3)			23		dBm
输入二阶截点	(IP2)			50		dBm
输入 1 dB 压缩点	(P1dB)			14		dBm
隔离度
RF 到 IF				30		dB
2 × LO 到 RF			22	31		dB
2 × LO 到 IF
30 GHz 至 34 GHz 性能
上变频器
转换损耗				10.5		dB
输入三阶截点	(IP3)			20		dBm
输入 1 dB 压缩点	(P1dB)			9		dBm
下变频器
转换损耗				10.5		dB
输入三阶截点	(IP3)			25		dBm
输入二阶截点	(IP2)			43		dBm
输入 1 dB 压缩点	(P1dB)			15		dBm
隔离度
RF 到 IF				32		dB
2 × LO 到 RF			25	36		dB
2 × LO 到 IF				27		dB

绝对最大额定值

参数	额定值
RF 输入功率	13 dBm
LO 输入功率	10 dBm
IF 输入功率	13 dBm
IF 源或漏电流	3 mA
(V_{CC}) 电源电压	5.5 V
峰值回流温度	260°C
最大结温（(T_{J})）	175°C
最大结温下的寿命	(1 × 10^6) hrs
湿度敏感度等级（MSL）	MSL3
连续功率耗散（(T_{A} = 85°C)，85°C 以上降额 8.33 mW/°C）	750 mW
工作温度范围	-40°C 至 +85°C
存储温度范围	-65°C 至 +150°C
引脚温度范围	-65°C 至 +150°C
静电放电（ESD）敏感度
人体模型（HBM）	250 V
场感应充电设备模型（FICDM）	250 V

热阻

热性能与印刷电路板（PCB）设计和工作环境直接相关，需要仔细考虑 PCB 的热设计。(theta{JA}) 是在一立方英尺密封外壳中测量的自然对流结到环境的热阻，(theta{JC}) 是结到外壳的热阻。	封装类型	(theta_{JA})	(theta_{JC})	单位
E - 24 - 1	120	119	°C/W

ESD 注意事项

HMC798ALC4 是静电放电（ESD）敏感设备，带电设备和电路板可能会在无检测的情况下放电。尽管该产品采用了专利或专有保护电路，但高能量 ESD 仍可能对设备造成损坏。因此，应采取适当的 ESD 预防措施，以避免性能下降或功能丧失。

引脚配置与功能描述

引脚编号	助记符	描述
1, 4, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 16, 18, 19, 24	GND	接地。这些引脚和封装底部必须连接到 RF 和直流接地。
2, 3, 10, 17, 20, 21, 22, 23	NIC	内部未连接。这些引脚可以连接到 RF 和直流接地，不影响性能。
5	IF	中频端口。该引脚为直流耦合。对于不需要直流操作的应用，可使用外部串联电容进行直流阻断，电容值应选择为能通过所需的 IF 频率范围。对于需要直流操作的应用，该引脚的源或漏电流不得超过绝对最大额定值中规定的 3 mA，否则可能导致芯片故障或损坏。
8	RF	射频端口。该引脚为直流耦合，匹配到 50 Ω。
11	(V_{CC})	LO 放大器的电源。
15	LO	本地振荡器端口。该引脚为交流耦合，匹配到 50 Ω。
25	EPAD	暴露焊盘。暴露焊盘必须连接到 RF 和直流接地。

典型性能特性

文档中提供了大量的典型性能特性图表，包括上变频器和下变频器在不同温度、不同 LO 功率水平下的转换增益、输入 IP3、输入 P1dB 等参数随 RF 频率的变化曲线，以及隔离度和回波损耗等特性。这些图表为工程师在实际应用中评估和选择该混频器提供了重要的参考依据。

应用信息

典型应用电路

典型应用电路中，集成的 LO 放大器采用 5 V 单偏置，典型输入为 4 dBm。为了对电源进行去耦，应将电容尽可能靠近引脚放置。LO 和 RF 引脚内部为交流耦合，IF 引脚内部为直流耦合。当不需要 IF 直流操作时，建议使用外部串联电容，电容值应选择为能通过所需的 IF 频率范围。当需要 IF 直流操作时，不要超过绝对最大额定值中规定的 IF 源或漏电流额定值。

评估 PCB 信息

在应用中使用的电路板应采用 RF 电路设计技术，确保信号线具有 50 Ω 阻抗，并将封装接地引脚和暴露焊盘直接连接到接地平面。应使用足够数量的过孔连接顶层和底层接地平面。评估电路板可向 Analog Devices, Inc. 申请获取。

焊接信息和推荐焊盘图案

HMC798ALC4 采用 3.90 mm × 3.90 mm、24 引脚的陶瓷 LCC 封装，带有暴露接地焊盘（EPAD）。为了最小化热阻抗并确保电气性能，应将暴露焊盘焊接到 PCB 上的低阻抗接地平面。建议使用过孔将暴露焊盘下方所有层的接地平面连接在一起，以进一步降低热阻抗。评估板上的焊盘图案提供了 119°C/W 的模拟热阻（(theta_{JC})）。

总结

HMC798ALC4 是一款高性能的 24 GHz 至 34 GHz 混频器，具有低转换损耗、高输入 IP3、良好的隔离度等优点，适用于多种微波和通信应用。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择工作参数，并注意 ESD 防护和热设计，以确保混频器的性能和可靠性。大家在实际应用中遇到过哪些混频器相关的问题呢？欢迎在评论区分享交流。