（毕业论文 字数：6366 页数：15）摘要：简要介绍MAX9993的功能、内部结构、引脚排列及典型的应用电路。
MAX9993高线性度下变频混频器能够为UMTS、DCS和PCS基站系统提供8.5dB增益、+23.55dBm IIP3和9.5dB的噪声系数。
MAX9993在RF和LO端口集成了非平衡变压器、一个双输入LO可选开关、一个LO缓冲器、一个双平衡混频器和一个差分IF输出放大器。MAX9993需要典型值为+3dBm的LO驱动，确保电源电流低于230mA。
MAX9993提供紧凑的20引脚、焊盘裸露的QFN封装（5mm x 5mm）。电特性保证在-40°C至+85°C温度范围内有效。
MAX9993适用于DCS1800和EDGE基站，军用系统，PCS1900基站，点到点微波通信系统，个人移动无线装置(PMR)，UMTS和3G基站和无线本地环路(WLL)。
关键字： 高线性度,下变频混频器,非平衡变压器,LO缓冲器/开关,LO驱动,差分IF输出放大器
Abstract ：It briefly introduced The MAX9993function, internal structure, pin array and typical apply circuit.
The MAX9993 high-linearity down-conversion mixer provides 8.5dB of gain,+23.5dBm IIP3,and 9.5dB NF for UMTS,DCS,and PCS base-station applications.
The MAX9993 integrates baluns in the RF and LO ports,a dual-input LO selectable switch ,an LO buffer,a double-balanced mixer,and a differential IF output amplifier.The MAX9993 requires a typical LO drive of +3dBm,and supply currect is guaranteed to below 230mA.
The MAX9993 is avaliable in a compact 20-pin thin QFN package (5mm×5mm) with an exposed pad .Electrical performance is guaranteed over the extended -40℃ to +85℃ temperature range.
The MAX9993 be used on UMTS and 3G Base Stations，DCS1800 and EDGE Base Stations，PCS1900 Base Stations，Point-To-Point Microwave Systems，Wireless Local Loop，Privat Mobile Radio,Military Systems.
Key word: high-linearity down-conversion mixer balun LO buffer/ switch LO drive differential IF output amplifier
目录
1．MAX9993芯片简介--------------------------------------4
1．1基本功能----------------------------------------------------4
1．2 关键特性---------------------------------------------------4
2．芯片封装与引脚功能--------------------------------------4
2．1引脚功能----------------------------------------------------4
2．1．1详细说明-------------------------------------------------------6
2．1．2 LO输入、开关、缓冲器和非平衡变压器----------------------------6
2．1．3 高线性度混频器------------------------------------------------7
2．1．4差分IF输出放大器----------------------------------------------7
2．2芯片封装-------------------------------------------------7
3．内部结构与工作原理--------------------------------------7
3．1快速启动----------------------------------------------------7
3．1．1测试仪器-------------------------------------------------------8
3．1．2连接和设置-----------------------------------------------------8
3．1．3混频器测试-----------------------------------------------------9
3．2详细说明----------------------------------------------------9
3．2．1去耦电容-------------------------------------------------------9
3．2．2 DC隔直电容----------------------------------------------------9
3．2．3 LO的置和IF偏置-----------------------------------------------9
3．2．4 电流限制寄存器-----------------------------------------------10
3．2．5 TAP网络------------------------------------------------------10
3．2．6 LEXT---------------------------------------------------------10
3．2．7 IF±---------------------------------------------------------10
3．2．8 LO＿SEL------------------------------------------------------10
3．3 布局考虑--------------------------------------------------10
3．4 评估版的修正----------------------------------------------10
4．应用电路设计-------------------------------------------11
4．1输入输出匹配----------------------------------------------11
4．2 偏压电阻器------------------------------------------------11
4．3 布局考虑--------------------------------------------------11
4．4旁路电压源------------------------------------------------11
5．总结--------------------------------------------------14
参考文献-------------------------------------------------15
1．MAX9993芯片简介
1．1基本功能
MAX9993高线性度下变频混频器能够为UMTS、DCS和PCS基站系统提供8.5dB增益、+23.55dBm IIP3和9.5dB的噪声系数。
MAX9993在RF和LO端口集成了非平衡变压器、一个双输入LO可选开关、一个LO缓冲器、一个双平衡混频器和一个差分IF输出放大器。MAX9993需要典型值为+3dBm的LO驱动，确保电源电流低于230mA。
MAX9993提供紧凑的20引脚、焊盘裸露的QFN封装（5mm x 5mm）。电特性保证在-40°C至+85°C温度范围内有效。
1．2 关键特性
+23.5dBm输入IIP3
RF频率范围为1700MHz至2200MHz
IF频率范围为40MHz至350MHz
LO频率范围为1400MHz至2000MHz
转换增益为8.5dB
噪声系数为9.5dB
集成的LO缓冲器
开关可选（SPDT），双LO输入
0至+6dBm的低LO驱动
LO1至LO2隔离度为40dB
2．芯片封装与引脚功能
2．1引脚功能
如图1所示，各引脚功能介绍如下。
2．1．1详细说明
MAX9993高线性度下变频混频器提供8.5dB增益,+23.5dBm IIP3和9.5dB噪声系数。集成的非平衡变压器和匹配电路允许50欧的电阻与RF和LO的端口单端连接。在LO的两个输入端提供一个单电极双发射极的开关时间为50ns的LO开关，和典型的LO到LO为40dB的隔离度。此外，集成的LO缓冲器提供一个高电平的驱动给混频器，减小在MAX9993输入端0dBm到+6dBm范围内LO的驱动所需。IF端口包含一个提高IIP2性能的理想的差分输出。
说明书是保证主要的频率范围以允许使用UMTS和2G/2.5G/3G的DCS1800和PCS1900基站系统.MAX9993工作在RF输入范围1700MHz到2200MHz,LO范围1400MHz到2000MHz,IF范围40MHz到350MHz。这个设计可以发送LO的上边带在LO工作于扩大范围时。但是随着本地振荡频率的增加性能会变差。
MAX9993有一个RF输入在内部和50欧的电阻相匹配。需要一个DC隔直电容，因为输入端是内部DC通过集成芯片的非平衡变压器短接到地。输入端的回程损耗比频率范围在1700MHz到2200MHz的整个RF大15Db。
2．1．2 LO输入、开关、缓冲器和非平衡变压器
混频器可用于在频率范围为1400MHz到2000MHz内发送LO上边带或下边带。一个内部LO SPDT开关可选择一个到两个单端LO端口。这允许内部振荡器在开关打开之前有一个稳定的固有频率。LO的开关时间确保低于50ns，这个开关受计数输入的控制：低电平选择LO1，高电平选择LO2。LO1和LO2的输入在内部和50欧的电阻匹配。只需一个22pF的DC隔之电容。
一个两极的内部LO缓冲器允许为LO驱动输入一个大范围功率。所有的说明书都是保证LO功率信号从0dBm到+6dBM。一个低损耗非平衡变压器根据LO缓冲器驱动双平衡混频器。所有从LO输入到IF输出的接口和匹配都在集成芯片上。
2．1．3 高线性度混频器
MAX9993芯片是一个双平衡、高性能的无源混频器。特殊的线性度是由芯片上LO缓冲器大的LO振荡提供的。IIP3一般是+23.5dBm，IIP2一般是+60dBm。总的级联噪声系数的9.5dB。
2．1．4差分IF输出放大器
MAX9993有一个频率范围在40MHz到350MHz的IF。差分开环集电器IF需要外接一个感应器到电源。单端IF需要一个4：1的非平衡变压器改变200欧的差分输出阻抗到50欧的单端输出。在非平衡变压器之后，VSWR一般是1.5:1。
2．2芯片封装
MAX9993可采用紧凑的16脚，20脚，28脚和32脚焊盘裸露的QFN封装，在才是采用20脚的封装。封装图如下
3．内部结构与工作原理
内部结构如图1所示
3．1快速启动
MAX9993评估版是装配好并由厂商测试的。按照说明书在连接和设置部分用合适的设备评估。
3．1．1测试仪器
表2列出了MAX9993评估版所需要的仪器设备，它只是作为一个参考，有些仪器可以用其他的仪器代替。
3．1．2连接和设置
这一部分提供分步的指导来测试评估版的基本功能。作为一般的预防措施防止输出端因驱动高VSWR负载而引起的损坏，在电路没有全部接好之前不要打开DC电源和RF信号发生器。
这一过程是工作在特定的U.S.PCS频带（反向电路：1850MHz到1910MHz）。LO下边带发射200MHz的IF。在特殊的系统频率表中选择测试频率的基极。按照下面各步骤作相应的调整。
（1）．调整功率计的安全界限为1700MHz。用功率传感器规定为+20dBm，或用软垫保护功率计的表头。
（2）． 连接3dB的焊盘到DUT以每三个RF信号发生器的SMA作电缆。这个焊盘改进了VSWR，减小了固有错误引起的错配。
（3）．用功率计调整RF信号发生器使其在以下范围内
RF信号源：在1900MHz的时候有-5dBm的功率进入DUT（在3dB的衰减器之前有-2dB的功率）。
LO1信号源：在1700MHz的时候有+3dBm的功率进入DUT（在3dB的衰减器之前有+6dB的功率）。
LO2信号源：在1701MHz的时候有-5dBm的功率进入DUT（在3dB的衰减器之前有+6dB
的功率）。
（4）．关闭信号发生器的输出端
（5）．接通RF信号源到RFIN。
（6）．接通LO1和LO2信号源到评估版的LO输入端。
（7）．测量在3dB衰减器和电缆接通到IF输出上的损耗。其损耗由频率决定。所以测出IF频率为200MHz。用这些损耗作为补偿所有输出端功率/增益的计算结果。
（8）．接通这些3dB的衰减器到评估版的IF OUT，接通电缆从衰减器到射频频谱分析。
（9）．调整DC输入为+5.0V，如果可能，将电流限制在250mA。截止输出端电压，通过安培计接通评估版的输入。在评估版上再调整输入电压为5.0V。当混频器产生电流时电压经安培表下降。
（10）．选择LO1连接LOSEL（TP3）到地。
（11）．提供LO和RF电源。
3．1．3混频器测试
调整射频频谱分析的中心和跨距，根据IF输出端的200MHz音阶。电平应为+0.5dBm(8.5dB增益转化,3dB衰减器损耗)。与LO信号想适应的LO2有199MHz的音阶。抑制总量在199MHz到200MHz的信号的绝缘电闸。射频频谱分析的绝对强度的精确度一般都大于±1dB。用功率计测量得一个准确的输出功率。
断开接地，接通LOSEL。会使电路板上电阻器的值集聚上升至很高。选择LO2，注意到199MHz的信号增强而200MHz的信号减弱。
如果需要用一个混合器或混频器将LO的两个输入加起来重新设置测试系统做一个双音的IP3没有用到的LO输入的终端负载是50欧。
3．2详细说明
MAX9993是高度集成的下变频器。RF和LO非平衡变压器都集成于芯片上。LO混频器和SPDT LO输入选择开关也集成于芯片上。评估版电路主要由去耦电容和DC隔直电容组成。
3．2．1去耦电容
电容C2，C6，C7是22pF（±5%）的必备的高频去耦电容器以保持高频噪声从耦合回到输入。电容C3，C8是0.01uF的大的陶瓷电容,用来滤除输入中的低频噪声。
3．2．2 DC隔直电容
MAX9993在RF，LO1和LO2的输入端都有内部非平衡变压器。这些输入在DC上的阻抗为0。隔直电容C1，C9，C10用来阻止直接接地产生的分流引起的外部偏压。电容C12和C13用于保持流经变压器的DC电流，也用来提供灵活的匹配。
3．2．3 LO的置和IF偏置
集成的IF输出放大器和LO混频器的偏置电流分别通过R1（523欧，±1%）和R2（383欧，±1%）设定的。这些数值是在厂商通过测试后所选择的最好的线性度和最小的电流供应。
改变这些数值，或使用低容量的电阻器，性能会降低。
3．2．4 电流限制寄存器
电阻器R3和R4用来限制输入电流。电阻器R3损耗80mW，电阻器R4损耗125mW。
3．2．5 TAP网络
TAP网络通过R5和C5限制在RF输入端的二级调制以平衡上下边带的输入，保证IP3的工作性能。
3．2．6 LEXT
10nH（±5%）的绕线电感L3改进从LO到IF和从IF到LO的隔离度。如果隔离度不是临界的，这个引脚可以接地。
3．2．7 IF±
MAX9993使用一个差分IF输出以增强IP2系统的工作性能。评估版用4：1的非平衡变压器改变200欧的差分输入阻抗成为50欧的单端输出。作为简单的EV平台，负载电感L1和L2提供DC偏置到IF输出放大器。用C11作输入滤波器，R4作电流限制。串联电容C12和C13用以连接感应器和4：1的非平衡变压器以匹配IF在40MHz到200MHz工作时的输出。
差分IF输出有相对高的阻抗（200欧），它们比寄生元件更敏感。这个经常能够很好的应用于降低下面大元件的水平线，用来限制寄生电容的分流。 |
