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아, 잊은 사항이 있어서 추가 합니다.
이 문서는,옛날 기준이라패시브소자(코일과 다이오드 등등)로 구성된 수동(소자)형 믹서를 말합니다만,
요즘엔 액티브소자(트랜지스터, FET등)로 만든 IC화 된 능동(소자)형 믹서도 많이 씁니다.
용도에 따라 적용(IC 형은 외부 전력도 필요하고 상대적으로 주파수 상한값이 낮을 수 밖에 없습니다)
할 수 있는지의 여부가 달라지겠습니다만, 형태만 다를 뿐 어차피하려는 일은 같습니다.
두개의 주파수를 섞어서, 원치 않는 신호(LO 나 시그널소스 주파수)를 제거하고,
변환된(믹싱된) 출력 신호(대부분 IF 입니다)만 빼내려는 용도 입니다.
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Diode Ring
(=다이오드를 브릿지 모양으로 결합 시킨거지만 다이오드 방향이 시계 혹은 반시계 방향으로 회전하므로 Ring 이라고 함)
Balanced - UnBalanced(평형-불평형, 균형-불균형)
* 표시는 참고용(역주)
원제 : Taking the mystery Out of Diode Double Balanced Mixers(QST지 93년)
다이오드 이중 균형 믹서의 신비한 출력
이중균형 믹서는 오늘날의 통신과 신호처리 시스템에서 일반적이다.
그것들은 다음 것들 처럼 일할 수 있다.
믹서(이미지 제거 타입을 포함), 변조기(단측파대 혹은 양측파대, 위상, 이중위상, 4상 타입을 포함),
복조기, 리미터(*진폭제한기), 어테네이터(*감쇄기) 스위치, 위상검파기, 주파수 체배기 등.
파워 분배/결합기와 혼합기의 어플리케이션에서는 이것들이 결합되어 일한다.
DBM 타입은 아마추어 라디오와 산업에서 다이오드 링(*Ring)과 결합트랜스로 넓게 사용된다.
DBM 은 최소 25년 동안 아마추어 라디오에서 홈메이드 와 상업적 형태로 사용되었다.
아직까지도 DBM 의 특성은 조금 미스테리로 남아 있다.
이 기사에서는 이것들의 구조와 특성, 응용에 대해 알아 볼 것이다
Diode Double Balanced Mixer 작동
기본적인 DBM 회로
DBM 믹서(그림1)는 2개 또는 그이상의 불균형-균형 트랜스포머와 4의 N 배수인 다이오드가 존재하는 다이오드 링을 포함한다.
여기서 N 은 RING 에 있는 다이오드의 갯수이다. 보통 4개의 다이오드가 존재한다.
입출력 포트는 - 보통 LO(로컬 발진기), 라디오 주파수(RF) 또는 신호, 그리고 중간 주파수(IF) - DBM 에 연결되고 회로에 조합된다.
기본적인 DBM 기능
그림1 을 보라, 다이오드 링에 붙어있는 D4-D1 그리고 D2-D3 은 1:4 트랜스포머 T1 을 통해 입력 받는다.
LO 신호의 힘은 D1 과 D2 를 LO 파형의 (+) 반 사이클 에서 완전히 도통 시킨다.
D3 과 D4 는 (-) 반 사이클에서 도통된다. T2 또한 1:4 트랜스포머다,
RF 포트 신호는 링의 D1-D2 와 D3-D4 의 터미널에 연결된다.
LO는 RF시그널을 IF 포트로 스위치한다(LO 주파수로), 결과는 RF/LO 주파수의 곱이다.
결과적으로 IF-포트 시그널은 두개의 성분이 지배한다. fLO + fRF 와 fLO - fRF.
그 속에 fLO 와 fRF 로 생성된 고조파가 추가된다.
믹서가 있는 정도는 의존하는 것(위)에 어느쪽 균형을 이루었다.(??)
정도는 믹서의 균형 또는 혼합 결과와 함께 IF 포트로 부터 입력된 에너지 신호(RF와LO) 에 의존한다.
불평형 믹서는 RF 나 LO 를 억압하지 않는다, 양쪽 모두 IF 포트에 나온다.
싱글평형 믹서는 RF 또는 LO 를 억압한다. 그러나 양쪽은 안된다.
더블평형 믹서는 RF 와 LO 를 억압한다.
그림 1에서, 다이오드와 트랜스 포머는 동일한 형태다. 회로의 결과는 T1와 T2의 센터탭에서 LO 전위와 같다.
LO 전위는 T1 2차 측에서 제로(0) 이다(Ground) 그런 까닭에, LO 전위는 IF 포트에서 제로 다.
평형 T2 2차측은 맞찮가지로 IF 포트에서 RF 가 없다. RF 전위는 IF 포트와 그라운드 사이에 있고 그래서 제로이다.
그림 1 회로는 정상적으로 또한 높은 RF-LO 절연을 제공한다.
왜냐하면 그것은 다이오드 스위칭으로 T1 과 T2 의 사이의 직접 연결을 막고 있다.
다이오드 DBM은 전류조절 스위치나 IF 포트로의 DC 유입 감쇄기로 쓸 수 있다.
이런 까닭은 T1 에서 T2 로 연결된 정반대의 다이오드(D2 와 D4) 도통이 전자기력에 의존하기 때문이다.
DBM 의 확장 하나는 싱글DBM 에 비해 높은 다이나믹레인지와 큰 신호처리 능력의 더블DBM(DDBM) 믹서이다.
그림 2, DDBM의 개략도, 전송로 트랜스 포머와 두개의 다이오드 링.
이 믹서의 형태는 DBM 보다 더 높은 압축점(보통 LO 구동보다 3~4dB 낮다)을 가진다.
저 왜곡은 DDBM 의 전형적인 특성이다.
사용되는 페라이트 코어의 재질에 의존하고, 낮게는 수백Hz 주파수에서 높게는 GHz 까지 커버할 수 있다.
DDBM 믹서의 구성
상용으로 만들어진 다이오드 DBM들에는 일반적 구성 :
(A) 유닛 상의 베이스 지원
(B) 다이오드 링
(C) 전송선로와 감겨진 두개 혹은 이상의 페라이트 코어 트랜스포머
(D) 보호 케이스
(E) 밀봉
다이오드
Hot-Carrier(쇼트키) 다이오드가 Diode-DBM 링을 위해 선택된다.
링에 엇갈리게 배치된 다이오드의 순방향전압강하 Vf 는 이 믹서의 로컬발진기 최적 구동 레벨을 결정한다.
순방향전압강하는 다이오드와 링을 구성하는 다이오드의 숫자에 따른다. 다이오드 DBM 은 0, +3,
+7, +10, +13, +17, +23 또는 +27 dBm 레벨 믹서로 분류될 것이다.
쇼트키 다이오드의 손실과 접촉저항(R), 캐패시턴스(C), 순방향전압강하(V) 특성은보통 1mA 또는 10mA 전류로 알 수 있다.
다이오드와 다이오드간 Vf 최저값 차이는 밀리볼트이다.
다이오드는 DC 에서 매치가 더 좋다.
(조금 옛날의 다이오드 DBM 디자인은 다이오드 자동 바이어스를 위한 직/병렬 저항과 콘덴서가 사용되었다.)
더 좋은 다이오드 매칭은(V,C) 포트 사이에서 높은 절연 결과를 낸다.
다이오드는 낮은 접합용량을 가지고 고주파에서작동하고 낮은 기생 인덕턴스 가지고 있다.
그림 3 에서 패키지 형태 쇼트키 다이오드의 등가 회로를 보인다.
다이오드 제조업체는 DBM 에 적합한 그들의 다이오드의 특징을 나타낸다.
낮은-배리어, 중간-베리어, 높은-베리어 그리고 매우 높은-베리어(다이오드 다리는 보통 둘 또는 그 이상)
그리고 각각 220mV, 350mV, 600mV, 1V 또는 그 이상의 Vf 값.
그림 4에서 4GHz 까지 작동가능한 낮은-베리어 쇼트키의 전형적인 전류-전압(I-V) 특성을 보인다.
다이오드를 통과하는 전류 증가에 주목한다, 링의 다이오드 간의 Vf 차이 또한 증가된다.
고주파에서, 다이오드 패키징은 중요하고 비싸게 된다.
작동주파수의 증가는 접합용량과 패키지용량 효과를 무시할 수 없게 된다.
일부 또는 모두의 캐패시턴스는 보상될 수 있고 믹서의 최고 작동 주파수는 불평형-평형 트랜스포머의 적당한 디자인에 의한다.
트랜스포머의 인덕턴스와 다이오드 접합용량은 로우패스 네트웍 형태고 작동주파수의 높은 측을 제한 한다.
접합용량 0.2pF 의 다이오드는 8 에서 10GHz 까지 사용할 수 있다.
표1 에서 전형적인 쇼트키 링 다이오드의 파라메터를 보인다.
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