寬帶正交變換架構(gòu)模擬及實(shí)現(xiàn)

摘 要：主要闡述了正交ADC變換的架構(gòu)原理及其實(shí)現(xiàn)方法，具體包括總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法、LO泄漏抑制等，同時(shí)進(jìn)行了低通濾波器的設(shè)計(jì)，提出了基于控制IBIAS和優(yōu)化RLC濾波電路來實(shí)現(xiàn)抑制本振泄漏的方法，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀的實(shí)際測(cè)試和軟件的仿真結(jié)果可以看出其完全能夠滿足無線系統(tǒng)的要求。此架構(gòu)對(duì)于研究超寬帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有很好的借鑒作用。
關(guān)鍵詞：高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器；正交解調(diào)；本振泄漏抑制；RLC濾波電路

當(dāng)今主流的下變頻接收方式主要是中頻接收技術(shù)，具體為：將射頻信號(hào)首先轉(zhuǎn)化為中頻信號(hào)，然后再轉(zhuǎn)化為基帶信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)射頻信號(hào)直接進(jìn)行采樣在技術(shù)上還很難實(shí)現(xiàn)，而且成本上也不合算。在當(dāng)前變換的研究中，大部分應(yīng)用都是先將射頻信號(hào)變換到中頻，再對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后采用數(shù)字下變頻技術(shù)和多速率信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理。

l 正交架構(gòu)理論分析
正交ADC架構(gòu)框圖如圖1所示。

首先，射頻輸入信號(hào)為實(shí)數(shù)，表示如下：

I，Q信道信號(hào)經(jīng)變換產(chǎn)生兩個(gè)輸出，兩者相差為90°，然后經(jīng)過下變頻后處理。設(shè)下變頻本振頻率為fo，有：

二者組合成復(fù)數(shù)形式的輸出信號(hào)為：

如果對(duì)兩路輸出都進(jìn)行數(shù)字化，則輸入帶寬可以翻一倍，這一點(diǎn)可以從時(shí)域或頻域進(jìn)行解釋：在時(shí)域中，如果采樣頻率為fs，則當(dāng)達(dá)到最高輸入頻率時(shí)，必須能在一個(gè)周期內(nèi)獲得兩個(gè)采樣樣本，以滿足奈奎斯特采樣速率，那么，最高輸入頻率則為fs／2，如果還有一個(gè)Q信道，則將采集到多于兩個(gè)樣本，所以最高輸入頻率可以擴(kuò)展到fs。從頻域來說，如果輸入為實(shí)數(shù)，則輸出具有正頻率分量和負(fù)頻率分量，則非模糊的最高頻率為fs／2；對(duì)于復(fù)數(shù)來說，因?yàn)闆]有負(fù)頻率分量，所以最高輸入頻率可以擴(kuò)展到fs。但是當(dāng)變頻器覆蓋一個(gè)較寬的帶寬時(shí)，I信道與Q信道可能出現(xiàn)不平衡性，兩個(gè)信道的輸出可能具有不同的幅度，其相對(duì)相位也可能正好相差90°，這種不平衡性可能會(huì)導(dǎo)致信道產(chǎn)生一個(gè)鏡像信號(hào)，其理論分析如下：其中s(t)為實(shí)信號(hào)：

其中：a為幅度不平衡度；ε為相位不平衡度。其信號(hào)和鏡像的幅度分別為1+aejε和1一adjε，且：

其中：Ad為期望信號(hào)的幅度；Ai為鏡像信號(hào)的幅度。鏡像幅度和期望信號(hào)幅度的關(guān)系可以寫成：