DE3937916C1

DE3937916C1 - Ring mixer with four mixing diodes in bridge circuit - assigns inductance with diode in parallel poled in same direction to each diode in series

Info

Publication number: DE3937916C1
Application number: DE19893937916
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 8039 Puchheim De Fritze
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1989-11-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2009-11-16

Abstract

The input signal (RF) to be mixed is fed to the first diagonal of the bridge through a transformer (T1) and the mixing oscillator signal (LO), approximately rectangular in form, to the second diagonal of the bridge through a second transformer (T2). The mixed output signal (IF) is taken from the first . transformer. An inductance (L1 to L4) is connected in series with each of the four mixing diodes (D1-D4) and this has an additonal diode (D5 to D8), polarised in the same direction as its mixing diode, in parallel with it. ADVANTAGE - Linearity of mixing' reduction in distortion and low level of resulting harmonics.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ringmischer laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a ring mixer according to the preamble of Main claim.

Ringmischer dieser Art, auch Double Balanced Mixer genannt, sind bekannt (US-PS 43 06 311, US-PS 46 37 069). Um solche Mischer mit höheren Spannungen als der Dioden-Durchlaßspannung aussteuern zu können, ist es ferner bekannt, jeder Diode eine weitere Diode (US-PS 46 37 069), einen Widerstand oder die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators (US-PS 43 06 311) in Reihe zu schalten (Hochpegel-Mischer). Um die Verzerrungen verursachenden Spannungsabfälle an den Dioden über möglichst große Teile der Periodendauer des Mischoszillatorsignals möglichst unabhängig vom zu mischenden Eingangssignal zu halten, muß der Übergangsschaltbereich der Dioden möglichst schnell durchquert werden. Als Übergangsschaltbereich ist dabei der Bereich zu verstehen, in dem der Durchlaßwiderstand der jeweils schaltenden Dioden nicht groß oder klein gegenüber dem Lastwiderstand ist. Das die Dioden schaltende Mischoszillatorsignal kann in der Praxis jedoch wegen der endlichen Bandbreite der Oszillatorspannungsquelle und von Übertragern in Verbindung mit den impulsreflektierenden Eigenschaften der schaltenden Dioden nur mit annähernd rechteckiger Kurvenform erzeugt werden. Die bisher üblichen Ringmischer ermöglichen daher bei großer Aussteuerung kein verzerrungsfreies Heruntermischen einer Eingangsfrequenz, es entstehen störende Harmonische der Zwischenfrequenz und bei einem Frequenzband auch Intermodulationsverzerrungen.Ring mixers of this type, also called double balanced mixers, are known (US-PS 43 06 311, US-PS 46 37 069). To such mixers Drive with higher voltages than the diode forward voltage to be able to, it is also known to each diode further diode (US-PS 46 37 069), a resistor or the parallel connection a resistor and a capacitor (US-PS 43 06 311) to be connected in series (high-level mixer). Around the voltage drops at the Diodes over the largest possible part of the period of the Mixing oscillator signal as independent as possible from the one to be mixed To keep the input signal, the transition switching range of the Diodes are crossed as quickly as possible. As a transition switching range the area in which the On-state resistance of the respective switching diodes is not great or small compared to the load resistance. That the diodes switching mixing oscillator signal can in practice however, because of the finite bandwidth of the oscillator voltage source and from transmitters in connection with the impulse reflecting properties of the switching diodes can only be created with an approximately rectangular curve shape. The ring mixers that have been customary up to now enable high modulation no distortion-free downmixing an input frequency, there are disturbing harmonics the intermediate frequency and also for a frequency band Intermodulation distortion.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ringmischer zu schaffen, der extrem linear ist und ein weitgehend verzerrungsfreies Heruntermischen eines Eingangssignals ermöglicht und bei dem so Harmonische der Zwischenfrequenz nur mit vernachlässigbar geringem Pegel entstehen.It is an object of the invention to provide a ring mixer which is extremely linear and largely distortion-free Allows you to mix down an input signal and at the harmonic of the intermediate frequency arise only at a negligibly low level.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ringmischer laut Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, insbesondere in ihrer Kombination ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on a ring mixer General term through the characteristic features of the main claim solved. Advantageous further training, in particular in their combination result from the subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Ringmischer ist extrem linear, Harmonische der erzeugten Zwischenfrequenz sind möglichst klein gehalten, bei der Umsetzung eines Frequenzbandes werden außerdem Intermodulationsverzerrungen weitgehend vermieden. Die bei einem erfindungsgemäßen Ringmischer entstehenden Harmonischen sind im Pegel so niedrig, daß sie ins Signalband fallen dürfen.A ring mixer according to the invention is extremely linear, Harmonics of the generated intermediate frequency are possible kept small when implementing a frequency band intermodulation distortions are also largely avoided. The ring mixer according to the invention resulting harmonics are so low in level that they may fall into the signal band.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is based on a schematic Drawing explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild eines Hochpegel- Ringmischers bestehend aus vier in Brückenschaltung geschalteten Mischdioden D1 bis D4, die zur Erhöhung des Aussteuerbereiches in bekannter Weise über die Kondensatoren C1, C2 bzw. C3, C4 mit der einen Brückendiagonale B1, B2 verbunden sind. Diese die Vorspannung für die Mischdioden liefernden Zusatzkondensatoren C1, C2 und C3, C4 sind jeweils durch den Richtstrom der Mischdioden bestimmende Widerstände R1 bzw. R2 überbrückt. Das zu mischende Eingangssignal RF wird über einen ersten Symmetrieübertrager T1 der Brückendiagonale B1, B2 zugeführt und das Mischoszillatorsignal LO, das annähernd rechteckige Kurvenform besitzt, wird über einen zweiten Symmetrieübertrager T2 der zweiten Brückendiagonale B3, B4 zugeführt. Das ermischte Ausgangssignal IF wird am Mittelabgriff der symmetrischen Sekundärwicklung des ersten Symmetrieübertragers T1 gegen Masse M abgegriffen. Mit einem solchen Ringmischer kann jede beliebige Eingangsfrequenz RF bzw. ein entsprechendes Frequenzband mittels der Oszillatorfrequenz LO in eine Zwischenfrequenz IF umgesetzt werden, wobei die Zwischenfrequenz IF als Differenzfrequenz kleiner als RF bzw. LO ist.The figure shows the basic circuit diagram of a high-level ring mixer consisting of four bridge diodes connected to mixing diodes D 1 to D 4 , which to increase the modulation range in a known manner via the capacitors C 1 , C 2 or C 3 , C 4 with a bridge diagonal B. 1 , B 2 are connected. These additional capacitors C 1 , C 2 and C 3 , C 4 , which supply the bias voltage for the mixed diodes, are each bridged by resistors R 1 and R 2 , which determine the directional current of the mixed diodes. The input signal RF to be mixed is fed to the bridge diagonal B 1 , B 2 via a first symmetry transformer T 1 , and the mixing oscillator signal LO, which has an approximately rectangular curve shape, is fed to the second bridge diagonal B 3 , B 4 via a second symmetry transformer T 2 . The mixed output signal IF is tapped against ground M at the center tap of the symmetrical secondary winding of the first symmetry transformer T 1 . With such a ring mixer, any input frequency RF or a corresponding frequency band can be converted into an intermediate frequency IF by means of the oscillator frequency LO, the intermediate frequency IF as the difference frequency being less than RF or LO.

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung sind jeweils in Reihe zu jeder der vier Mischdioden D1 bis D4 Induktivitäten L1 bis L4 geschaltet, hier jeweils zwischen den Mischdioden und der zugehörigen Brückendiagonale B3 bzw. B4. Diese Induktivitäten sind so klein bemessen, daß durch sie am Ende jedes Impulsdaches D des annähernd rechteckigen Mischoszillatorsignals LO der Strom der zugehörigen Mischdioden fließt, also beispielsweise über die Induktivitäten L1 und L2 jeweils der Strom der Mischdioden D1 bzw. D2. Die Größe der Induktivitäten richtet sich also nach der jeweiligen Abweichung der Kurvenform des Mischoszillatorsignals von einem idealen Rechteck, die Induktivitäten müssen so groß sein, daß durch sie die Zeit überbrückt wird, in welcher das Mischoszillatorsignal durch die endliche Steilheit seiner Flanken von der idealen Rechteckform abweicht. In der Praxis genügen bei Mischoszillatorfrequenzen in der Größenordnung 10 MHz Induktivitäten im Bereich von etwa 100 nH. Wenn das über den Übertrager T2 zugeführte Mischoszillatorsignal LO umgepolt wird, so fließt infolge der zusätzlichen Induktivitäten durch diese weiterhin für kurze Zeit ein Strom über die zugehörigen Mischdioden, der entsprechend der dabei sich aufbauenden Gegenspannung jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit abnimmt, bis die zugehörigen Mischdioden sperren. Die Sperrspannung für die zugehörigen Mischdioden (z. B. D1 und D2) erhält so zwar verzögert aber dann schneller höhere Werte als ohne zugehörigen Induktivitäten (z. B. L1 und L2).According to a first feature of the invention, inductors L 1 to L 4 are connected in series with each of the four mixing diodes D 1 to D 4 , here in each case between the mixing diodes and the associated bridge diagonal B 3 or B 4 . These inductances are dimensioned so small that through it at the end of each of the top pulse D of approximately rectangular local oscillator signal LO the current of the associated mixing diodes flows, so for example the inductances L 1 and L 2 each, the current of the mixer diodes D 1 and D. 2 The size of the inductors thus depends on the respective deviation of the curve shape of the mixing oscillator signal from an ideal rectangle; the inductances must be large enough to bridge the time in which the mixing oscillator signal deviates from the ideal rectangular shape due to the finite steepness of its edges . In practice, 10 MHz inductances in the range of approximately 100 nH are sufficient for mixed oscillator frequencies in the order of magnitude. If the mixing oscillator signal LO supplied via the transformer T 2 is reversed, a current flows through the associated mixing diodes for a short time as a result of the additional inductivities, but this current decreases with increasing speed in accordance with the counter voltage that builds up until the associated mixing diodes block . The reverse voltage for the associated mixed diodes (e.g. D 1 and D 2 ) is delayed but then receives higher values faster than without associated inductances (e.g. L 1 and L 2 ).

Damit diese Induktivitäten L1 bis L4 das Einschalten der Mischdioden D1 bis D4 nicht verlangsamen sind zusätzlich noch die Dioden D5 bis D8 vorgesehen, die in gleicher Richtung wie die zugehörigen Mischdioden D1 bis D4 gepolt diesen Induktivitäten L1 bis L4 parallelgeschaltet sind. Der anfangs in jeder Periode des Mischoszillatorsignals durch die Dioden fließende Strom wird im Laufe des Impulsdaches D von den Induktivitäten übernommen. Dadurch wird auch eine am Übertrager T2 sekundärseitig auftretende Impulsdachschräge des Mischoszillatorsignals teilweise ausgeglichen. Diese Impulsdachschräge ergibt sich aus dem gegen Ende jedes Impulsdaches zunehmenden Strom durch die Primärwicklung des Übertragers T2 und dem Innenwiderstand des Mischoszillators LO plus Wicklungswiderstand der Primärwicklung des Übertragers T2 als ein dem idealen Rechtecksignal überlagerter Spannungsabfall, der mit dem Rechtecksignal auf die Sekundärseite W1, W3 von T2 transformiert wird.So that these inductors L 1 to L 4 do not slow down the switching on of the mixing diodes D 1 to D 4 , the diodes D 5 to D 8 are additionally provided, which are poled in the same direction as the associated mixing diodes D 1 to D 4, these inductors L 1 to L 4 are connected in parallel. The current initially flowing through the diodes in each period of the mixed oscillator signal is taken over by the inductors in the course of the pulse roof D. This also partially compensates for a pulse roof slope of the mixed oscillator signal occurring on the transformer T 2 on the secondary side. This impulse roof slope results from the increasing current towards the end of each impulse roof through the primary winding of the transformer T 2 and the internal resistance of the mixed oscillator LO plus winding resistance of the primary winding of the transformer T 2 as a voltage drop superimposed on the ideal square wave signal, which with the square wave signal on the secondary side W 1 , W 3 is transformed from T 2 .

Die bisher bekannten Ringmischer sind zur Vermeidung von Reflexionen am Ausgang möglichst frequenzunabhängig mit einem ohmschen Widerstand, meist 50 Ohm, abgeschlossen. Beim erfindungsgemäßen Ringmischer ist dagegen der Ausgang des Mischers im Vergleich zu seinem Innenwiderstand (Durchlaßwiderstand der Dioden) hochohmig abgeschlossen, beispielsweise durch den Eingang eines ausgangsseitig angeschalteten Operationsverstärkers.The ring mixers known so far are to avoid reflections at the output as independent of frequency as possible with a ohmic resistance, usually 50 ohms, completed. In the invention Ring mixer, however, is the output of the mixer compared to its internal resistance (forward resistance of the Diodes) high impedance, for example by the Input of an operational amplifier connected on the output side.

Damit wird erreicht, daß für die Differenzfrequenz von RF und LO (Nutzfrequenz) die gesamte EMK des Mischers am Verbraucher erscheint und der nichtlineare Anteil der Quellimpedanz des Mischers keine Verzerrungen verursacht, da ja kein Spannungsabfall durch Laststrom auftritt.This ensures that for the difference frequency of RF and LO (usable frequency) the total EMF of the mixer at the consumer appears and the nonlinear part of the source impedance of the Mixer causes no distortion, since there is no voltage drop occurs through load current.

Die symmetrischen Sekundärwicklungen W1, W2 des das Mischoszillatorsignal LO einspeisenden Übertragers T2 sind über Widerstände R3, R4 mit der zweiten Brückendiagonale B3, B4 verbunden. Durch diese zusätzlichen Widerstände wird dem Übertrager T2 ein konstanter ohmscher Anteil seiner Lastimpedanz angeboten und es werden Reflexionen in die Wicklungen W1, W2 und damit Impulsverzerrungen vermindert. Zusätzlich wirken diese Widerstände zusammen mit den Mischdioden als Begrenzer für Spannungsspitzen. Bei hochohmiger Last am Mischerausgang entstehen an den Widerständen keine Spannungsabfälle des Signals, bei nicht hochohmiger Last wirkt der Spannungsabfall an den Widerständen nicht verzerrend.The symmetrical secondary windings W 1 , W 2 of the transformer T 2 feeding the mixed oscillator signal LO are connected to the second bridge diagonal B 3 , B 4 via resistors R 3 , R 4 . These additional resistors offer the transformer T 2 a constant ohmic component of its load impedance, and reflections in the windings W 1 , W 2 and thus pulse distortions are reduced. In addition, these resistors, together with the mixed diodes, act as limiters for voltage peaks. With a high-impedance load at the mixer output there are no voltage drops of the signal at the resistors, with a not high-impedance load the voltage drop across the resistors does not have a distorting effect.

Parallel zu den beiden symmetrischen Sekundärwicklungen W1 und W2 des Übertragers T2 sind jeweils zwei in Reihe gegeneinander geschaltete Kapazitätsdioden D9, D10 bzw. D11, D12 geschaltet. Die Kapazität dieser beiden Dioden ist bei Spannung Null am größten, nämlich gleich der halben Null-Volt-Kapazität einer Einzeldiode. Bei anliegender Spannung beliebiger Polarität bestimmt die gesperrte Kapazitätsdiode mit ihrer viel geringeren Kapazität hauptsächlich die Gesamtkapazität. Dadurch wird zusammen mit der Streuinduktivität des Übertragers T2 bewirkt, daß in der Streuinduktivität beim Spannungs- Nulldurchgang Energie gespeichert wird, die anschließend das Einschalten der Mischdioden D1 bis D4 beschleunigt. Diese zusätzliche Maßnahme ergänzt die Ausschaltmaßnahme der Induktivitäten L1 bis L4.In parallel to the two symmetrical secondary windings W 1 and W 2 of the transformer T 2 , two series-connected capacitance diodes D 9 , D 10 and D 11 , D 12 are connected. The capacitance of these two diodes is greatest at zero voltage, namely half the zero volt capacity of a single diode. When voltage of any polarity is present, the blocked capacitance diode, with its much smaller capacitance, mainly determines the total capacitance. This, together with the leakage inductance of the transformer T 2, causes energy to be stored in the leakage inductance when the voltage passes zero, which then accelerates the switching on of the mixing diodes D 1 to D 4 . This additional measure complements the switch-off measure for inductors L 1 to L 4 .

Auch wenn durch ein nahezu rechteckförmiges Mischoszillatorsignal LO beide Mischdioden D1, D2 bzw. D3, D4 eines Brückenzweiges fast gleichzeitig abschalten, wird der genaue Zeitpunkt etwas vom Eingangssignal RF beeinflußt. Um diesen Einfluß so gering wie möglich zu halten sind an der Brückendiagonale B1, B2 jeweils zusätzliche kleine Kondensatoren C5, C6 angeschaltet, die mit einem an Masse M liegenden Widerstand R5 verbunden sind. Damit verbraucht dieser über die kleinen Kapazitäten C5, C6 angekoppelte Widerstand R5 impulsförmig anfallende Energie und trägt so zur Störungsminderung bei. Dieser Widerstand R5 könnte gegebenenfalls auch nur durch einen Kondensator am Mittelabgriff der Sekundärwicklung des Übertragers T1 angeschaltet sein.Even if both mixing diodes D 1 , D 2 and D 3 , D 4 of a bridge branch switch off almost simultaneously by an almost rectangular mixing oscillator signal LO, the exact point in time is somewhat influenced by the input signal RF. In order to keep this influence as small as possible, additional small capacitors C 5 , C 6 are connected to the bridge diagonal B 1 , B 2 and are connected to a resistor R 5 connected to ground M. The resistor R 5 coupled via the small capacitances C 5 , C 6 thus consumes pulse-like energy and thus contributes to the reduction of interference. This resistor R 5 could possibly only be switched on by a capacitor at the center tap of the secondary winding of the transformer T 1 .

Claims

1. Ring mixer with four mixer diodes arranged in bridge circuit (D 1 to D 4 ), in which the input signal (RF) to be mixed via a transformer (T 1 ) of the first bridge diagonal and the mixing oscillator signal (LO) of an approximately rectangular curve shape via a second transformer (T 2 ) is fed to the second bridge diagonal and in which the mixed output signal (IF) is tapped at the first transformer (T 1 ), characterized in that an inductance (L.) To each of the four mixing diodes (D 1 to D 4 ) 1 to L 4 ), which is connected in parallel with an additional diode (D 5 to D 8 ) which is polarized in the same direction as the associated mixing diodes (D 1 to D 4 ).

2. Ring mixer according to claim 1, characterized in that in the connecting lines between the secondary windings (W 1 , W 2 ) of the second transformer (T 2 ) and the second bridge diagonal resistors (R 3 , R 4 ) are connected.

3. Ring mixer according to one of the preceding claims, characterized in that in parallel with the two secondary windings (W 1 , W 2 ) of the second transformer (T 2 ), the series connection of two capacitance diodes (D 9 , D 10 ; D 11 ; D 12 ) is switched.

4. Ring mixer according to one of the preceding claims, characterized in that a resistor (R 5 ) is connected to ground (M) on the first diagonal across capacitors (C 5 , C 6 ).