Transmisión rápida en dúplex por división de tiempo (TDD) utilizando un mezclador de conversión ascendente con un interruptor de lado alto

Muchas aplicaciones de infraestructura inalámbrica por división de tiempo (TDD) requieren una rápida activación/desactivación del transmisor, normalmente entre uno y cinco microsegundos. Hay varias formas de implementar la conmutación rápida del transmisor, incluyendo el uso de interruptores de RF en la ruta de la señal, o la conmutación de la tensión de alimentación en diferentes etapas de la cadena del transmisor. Las ventajas de este último método son el bajo coste, el muy buen rendimiento y el ahorro de energía durante el tiempo de inactividad del Tx. En particular, un buen lugar para aplicar la conmutación de potencia es en el mezclador del transmisor de conversión ascendente, ya que así se elimina tanto la señal de transmisión como cualquier otro producto de mezcla de la salida de RF del mezclador.

El mezclador de conversión ascendente de alto rendimiento LT5579 es adecuado para diversas aplicaciones de transmisores en modo TDD y ráfaga con frecuencias de salida de hasta 3,8 GHz. La tensión de alimentación rápida de encendido/apagado (V_DC) para el LT5579 es tan sencillo como añadir un interruptor de alimentación externo en el lado de alta tensión (ten en cuenta que esta técnica también es eficaz para el mezclador de conversión ascendente de menor frecuencia, el LT5578).

La V_CC el circuito de conmutación de la figura 1 utiliza un MOSFET de canal P (IRLML6401) con un R_DS(ON) de menos de 0,1Ω. Un FET de modo de mejora de canal N (2N7002), conectado desde el drenaje del IRLML6401 a tierra, mejora aún más el tiempo de caída.

La R del 2N7002_DS(ON) es inferior a 4Ω, lo que es suficiente para esta aplicación.

El controlador de entrada para el lado alto V_CC es un inversor CMOS de alta velocidad (MC74HC1G04) capaz de conducir cargas capacitivas. La capacidad de entrada del IRLML6401 suele ser de 830pF y la del 2N7002 es inferior a 50pF. Para tiempos de subida más rápidos, se pueden utilizar dos controladores CMOS de alta velocidad en paralelo. Del mismo modo, para tiempos de caída más rápidos, se puede utilizar otro MOSFET de canal N con una menor resistencia de encendido.

Con la corriente de alimentación del LT5579 de 220mA, la caída de tensión a través del MOSFET desde la alimentación es de sólo 11mV. El tiempo de respuesta del lado alto de V_CC se muestra en la Figura 2. El tiempo total de encendido es de sólo 650ns y el de apagado de 500ns. Estas mediciones se realizaron utilizando dos condensadores de derivación de RF en el mezclador V_CC (33pF y 270pF). Es posible utilizar condensadores de derivación de RF de mayor valor, lo que daría lugar a tiempos de subida/bajada más lentos.

El circuito mezclador de conversión ascendente LT5579 que se muestra en la figura 1 se optimizó y probó a una frecuencia de salida de RF de 2140MHz. La envolvente de la salida de RF en la Figura 2 muestra una caída a unos 300ns después de la activación de V_CC el interruptor se enciende, seguido de otra inmersión más pequeña a unos 500 ns. Estas dos caídas representan la respuesta del circuito interno de retroalimentación del mezclador al aumento de la tensión de alimentación.

La fuga de LO a la salida de RF del LT5579 se midió a -40dBm cuando V_CC está activado y -46dBm para V_CC de la que no se puede salir. El puerto LO del LT5579 está adaptado internamente y tiene una pérdida de retorno de 10dB a 18dB en un rango de frecuencia de 1100MHz a 3200MHz.

Cuando el mezclador LT5579 está en estado desactivado, la pérdida de retorno del puerto LO es de aproximadamente 3dB a 5dB en el mismo rango de frecuencias de 1100MHz a 3200MHz. Es aconsejable utilizar un VCO de inyección de LO con una salida amortiguada para un mejor aislamiento inverso, y para evitar que el VCO se vea afectado, ya que la impedancia del puerto de LO cambia al cambiar entre los estados de encendido y apagado.

Los mezcladores LT5579 y LT5578 sin clavija ENABLE pueden utilizarse en aplicaciones TDD con un V_DC de conmutación. Utilizando sólo tres piezas (IRLML6401, 2N7002 y un MC74HC1G04), se consigue una conmutación de alto rendimiento de V_DC el interruptor permite encender y apagar en menos de 1µs.