零中頻接收機設計

2021-01-08 電子產品世界

怎樣解決零中頻接收機的直流偏置問題呢？最簡單的方案是採用交流耦合的方式，比如加一個高通濾波器，然而隨機二進位數據的頻譜在 DC 會呈現出一個峰值，很多仿真證明，為了不惡化信號，高通濾波器的頻率截止點必須低於數據速率的 0.1%， 如果是 GSM信號，其數據速率為 200K，這要要求濾波器的截止頻率為 200Hz 左右，這樣小的值會導致，1：如果直流偏置變化，其響應會非常慢，2：需要非常大的電容和電阻， 解決的辦法是採用在直流附近最小化信號能量的調製方式，比如 UMTS 制式的 BPSK 調製方式。

　　另外一種常用的方法是通過算法校準的方式消除直流偏置，如圖五所示的架構是 TI（德州儀器）的盲校算法，通過計算 122.88MHz 時鐘周期的直流偏置量，每 1.067ms 輸入信號實時抵消直流偏置，

　　直流累加

　　

　　TI 的盲校算法可以在全溫範圍內把直流偏置校準到低於+/-5mV 以內，圖六是基於 TRF3711 的實測試結果。

　　

　　TI 的盲校算法可以在全溫範圍內把直流偏置校準到低於+/-5mV 以內，圖六是基於 TRF3711 的實測試結果。

　　3. I/Q 不平衡（I/Q imbalance）

　　對於大多數相頻調製信號，採用零中頻架構要求 I/Q 兩路信號必須是正交，可以採用射頻偏移 90圖七（a）度或者 Lo 偏移 90 度度的方式圖七（b），偏移 RF 信號需要承擔嚴重的噪聲—功率—增益間的平衡，通常採用偏移 Lo 的方式實現正交解調，對於 I/Q 兩路信號的相位，幅度不平衡都會導致解調信號的星座圖惡化。

　　

　　圖 8（a），（b）分別在星座圖中標示了增益不平衡和相位不平衡的情況，為了更直觀的說明 I/Q 不平衡的影響，在時域圖進行分析，圖（c）是增益不平衡造成幅度的比例因子不同，而圖（d）是相位不平衡造成了一個通道的部分脈衝數據惡化另一通道的數據，但是相對鏡像信號（實中頻）而言，邊帶信號（復中頻）的影響非常小。

　　

　　雖然相較鏡像信號的影響，I/Q 不平衡的影響沒有非常顯著; 同樣需要對 I/Q 不平衡信號做處理，除了在硬體上儘量保證 I/Q 兩路信號的幅度一直和相位平衡外，通常會採用算法進行校準，TI（德州儀器）的盲校算法可以校準到近 20dB 的改善 （此處不詳細描述具體的算法過程）。

　　

4. 偶次諧波（even harmonic）

　　傳統的超外差架構對只是對奇次諧波敏感，而零中頻接收機則對偶次諧波非常敏感，簡單舉例，傳統的高中頻方案，設主信號中頻為 100MHz，兩個幹擾信號 f1=110MHz，f2=120MH 在，三次諧波2f1-f2=100MHz， 2f2-f1=130MHz，他們離主信號都很近，而偶次諧波 f1-f2，f1+f2 等都離主信號很遠，從而能夠非常容易濾除，所以對零中頻架構而言，偶次諧波影響就非常嚴重，通常以 IIP2 來定義偶此諧波，相比奇次諧波，偶次諧波的功率更大，而且不像奇次諧波，，可以通過頻率規劃來規避它，而偶次諧波可以產生於任何高功率的調製幹擾信號，沒有辦法通過頻率規劃來避免。如圖十示。

　　怎樣抑制偶次諧波呢？簡單的方法就是採用差分 LNA 和混頻器，但有兩個問題需要注意，首先，天線和雙工器都是單端的，所以需要單端到差分的轉換，比如加變壓器，由於通常其會有幾個 dB損耗，會引入幾個 dB 的系統噪聲，其次，差分的 LNA 需要更高的功耗。

　　

　　2.3 TI 零中頻方案實現

　　TI 發布的零中頻接收機 TRF3711，集成了寬帶的解調器，中頻 PGA，可調帶寬濾波器，自適應的直流校準模塊，以及 ADC 驅動放大器，配合 TI 的盲校算法，外接 LNA 模塊，就可以實現在基站上的應用 （除了 MC-GSM外的應用）。

　　

　　

　　3、總結

　　零中頻接收機天然具有易集成，低功耗，低成本等特點，但是由於其自身的技術特點，零中頻接收機還沒有在基站系統中廣泛的應用，本文詳細分析了零中頻接收機的技術難點，以及相應的解決辦法，結合 TI 零中頻接收機方案 TRF3711 的測試結果，證明了零中頻接收機在寬帶系統中依然是可是實現的

　　4、參考資料

　　1：R. Hartley， 「Single-sideband modulator，」 U.S. Patent 1 666 206， Apr.1928.

　　2：D. K. Weaver， 「A third method of generation and detection of single sideband signals，」 Proc. IRE， vol. 44， pp. 1703–1705， 1956.

　　3：Won Namgoong，「Direct-Conversion RF Receiver Design」，IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS， VOL. 49， NO. 3， MARCH 2001

　　4：TRF3711 datasheet

　　5：Kyung-wan Nam， TSW6011： A Direct Down conversion System with IQ Correction and Impact on EVM

　　6：B. Razavi， RF Microelectronics. Englewood Cliffs， NJ： Prentice-Hall， 1997.

　　7：M. D. McDonald， 「A 2.5 GHz BiCMOS image-reject front end，」 ISSCC:Dig. Tech. Papers， pp. 144–145， Feb. 1993.

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