零中頻接收機(jī)設(shè)計(jì)(一)

相較傳統(tǒng)的超外差接收機(jī)，零中頻接收機(jī)具有體積小，功耗和成本低，以及易于集成化的特點(diǎn)，正受到越來越廣泛關(guān)注，本文結(jié)合德州儀器（TI）的零中頻接收方案（TRF3711），詳細(xì)分析介紹了零中頻接收機(jī)的技術(shù)挑戰(zhàn)以及解決方案。

　　概述

　　零中頻接收機(jī)在幾十年前被提出來，工程中經(jīng)歷多次的應(yīng)用實(shí)踐，但是多以失敗告終，近年來，隨著通信系統(tǒng)要求成本更低，功耗更低，面積更小，集成度更高，帶寬更大，零中方案能夠很好的解決如上問題而被再次提起。

　　本文將詳細(xì)介紹零中頻接收機(jī)的問題以及設(shè)計(jì)解決方案，結(jié)合 TI 的零中頻方案 TRF3711測(cè)試結(jié)果證明，零中頻方案在寬帶系統(tǒng)的基站中是可以實(shí)現(xiàn)的。

　　1、超外差接收機(jī)

　　1.1 超外差接收機(jī)問題

　　為了更好理解零中頻接收的優(yōu)勢(shì)，本節(jié)將簡(jiǎn)單總結(jié)超外差接收機(jī)的一些設(shè)計(jì)困難和缺點(diǎn)。

　　圖一是簡(jiǎn)單超外差接收機(jī)的架構(gòu)，RF 信號(hào)經(jīng)過 LNA（低噪聲放大器）進(jìn)入混頻器，和本振信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)輸出，鏡像抑制濾波器濾出混頻的鏡像信號(hào)，中頻濾波器濾除帶外干擾信號(hào)，起到信道選擇的作用，圖中標(biāo)示了頻譜的搬移過程及每一部分的功能。

　　在超外差接收機(jī)種最重要的問題是怎樣在鏡像抑制濾波器和信號(hào)選擇濾波器的設(shè)計(jì)上得到平衡，如圖一所示，對(duì)濾波器而言，當(dāng)其品質(zhì)因子和插損確定，中頻越高，其對(duì)鏡像信號(hào)的抑制就越好，而對(duì)干擾信號(hào)的抑制就比較差，相反，如果中頻越低，其對(duì)鏡像信號(hào)的抑制就變差，而對(duì)干擾信號(hào)的抑制就非常理想，由于這個(gè)原因，超外差接收機(jī)對(duì)鏡像濾波器和信道濾波器的選擇傳輸函數(shù)有非常高的要求，通常會(huì)選用聲表濾波器（SAW），或者是采用高階 LC 濾波器，這些都不利于系統(tǒng)的集成化，同時(shí)成本也非常高。

　　在超外差接收機(jī)中，由于鏡像抑制濾波器是外置的，LNA 必須驅(qū)動(dòng) 50R 負(fù)載，這樣還會(huì)導(dǎo)致面積和放大器噪聲，增益，線性度，功耗的平衡性問題。

　　鏡像濾波器和選擇濾波器的平衡設(shè)計(jì)也可采用鏡像抑制架構(gòu)，如圖二所示的 Hartley（1）和 Weaver（2）拓?fù)浼軜?gòu)，在 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的輸出是相同極性的有用信號(hào)和極性相反的鏡像信號(hào)，這樣通過后面的加法器，鏡像信號(hào)就可以被抵消掉，從而達(dá)到簡(jiǎn)化鏡像濾波器的設(shè)計(jì)，但是這種架構(gòu)由于相位和幅度不平衡，其鏡像信號(hào)沒有辦法完全抑制，如證明（6），鏡像抑制比 IIR。

　　2、零中頻接收機(jī)

　　2.1 零中頻接收機(jī)架構(gòu)及優(yōu)勢(shì)

　　零中頻接收機(jī)架構(gòu)如圖三，是指 RF 信號(hào)（radio frequency）直接轉(zhuǎn)化到零頻信號(hào)，LPF（低通濾波器）用于近端干擾信號(hào)的抑制， 在零中頻架構(gòu)中，在典型的相位/幅度調(diào)制中，正交的 I 和 Q 兩路信號(hào)是必須的，由于兩個(gè)邊帶信號(hào)包含了不同有用信息，必須在相位上區(qū)分。