零中頻接收機(jī)設(shè)計

怎樣解決零中頻接收機(jī)的直流偏置問題呢？最簡單的方案是采用交流耦合的方式，比如加一個高通濾波器，然而隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的頻譜在 DC 會呈現(xiàn)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(diǎn)必須低于數(shù)據(jù)速率的 0.1%， 如果是 GSM信號，其數(shù)據(jù)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(dǎo)致，1：如果直流偏置變化，其響應(yīng)會非常慢，2：需要非常大的電容和電阻， 解決的辦法是采用在直流附近最小化信號能量的調(diào)制方式，比如 UMTS 制式的 BPSK 調(diào)制方式。

　　另外一種常用的方法是通過算法校準(zhǔn)的方式消除直流偏置，如圖五所示的架構(gòu)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(shí)時抵消直流偏置，

　　直流累加

　　TI 的盲校算法可以在全溫范圍內(nèi)把直流偏置校準(zhǔn)到低于+/-5mV 以內(nèi)，圖六是基于 TRF3711 的實(shí)測試結(jié)果。

　　TI 的盲校算法可以在全溫范圍內(nèi)把直流偏置校準(zhǔn)到低于+/-5mV 以內(nèi)，圖六是基于 TRF3711 的實(shí)測試結(jié)果。

　　3. I/Q 不平衡（I/Q imbalance）

　　對于大多數(shù)相頻調(diào)制信號，采用零中頻架構(gòu)要求 I/Q 兩路信號必須是正交，可以采用射頻偏移 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(dān)嚴(yán)重的噪聲—功率—增益間的平衡，通常采用偏移 Lo 的方式實(shí)現(xiàn)正交解調(diào)，對于 I/Q 兩路信號的相位，幅度不平衡都會導(dǎo)致解調(diào)信號的星座圖惡化。

　　圖 8（a），（b）分別在星座圖中標(biāo)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(jìn)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沖數(shù)據(jù)惡化另一通道的數(shù)據(jù)，但是相對鏡像信號（實(shí)中頻）而言，邊帶信號（復(fù)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，除了在硬件上盡量保證 I/Q 兩路信號的幅度一直和相位平衡外，通常會采用算法進(jìn)行校準(zhǔn)，TI（德州儀器）的盲校算法可以校準(zhǔn)到近 20dB 的改善 （此處不詳細(xì)描述具體的算法過程）。

4. 偶次諧波（even harmonic）

　　傳統(tǒng)的超外差架構(gòu)對只是對奇次諧波敏感，而零中頻接收機(jī)則對偶次諧波非常敏感，簡單舉例，傳統(tǒng)的高中頻方案，設(shè)主信號中頻為 100MHz，兩個干擾信號 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(yuǎn)，從而能夠非常容易濾除，所以對零中頻架構(gòu)而言，偶次諧波影響就非常嚴(yán)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(guī)劃來規(guī)避它，而偶次諧波可以產(chǎn)生于任何高功率的調(diào)制干擾信號，沒有辦法通過頻率規(guī)劃來避免。如圖十示。

　　怎樣抑制偶次諧波呢？簡單的方法就是采用差分 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(zhuǎn)換，比如加變壓器，由于通常其會有幾個 dB損耗，會引入幾個 dB 的系統(tǒng)噪聲，其次，差分的 LNA 需要更高的功耗。

　　2.3 TI 零中頻方案實(shí)現(xiàn)

　　TI 發(fā)布的零中頻接收機(jī) TRF3711，集成了寬帶的解調(diào)器，中頻 PGA，可調(diào)帶寬濾波器，自適應(yīng)的直流校準(zhǔn)模塊，以及 ADC 驅(qū)動放大器，配合 TI 的盲校算法，外接 LNA 模塊，就可以實(shí)現(xiàn)在基站上的應(yīng)用 （除了 MC-GSM外的應(yīng)用）。

　　3、總結(jié)

　　零中頻接收機(jī)天然具有易集成，低功耗，低成本等特點(diǎn)，但是由于其自身的技術(shù)特點(diǎn)，零中頻接收機(jī)還沒有在基站系統(tǒng)中廣泛的應(yīng)用，本文詳細(xì)分析了零中頻接收機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)，以及相應(yīng)的解決辦法，結(jié)合 TI 零中頻接收機(jī)方案 TRF3711 的測試結(jié)果，證明了零中頻接收機(jī)在寬帶系統(tǒng)中依然是可是實(shí)現(xiàn)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.