參考
《零中頻射頻接收機技術》 李智群,王志功 東南大學射頻與光電集成電路研究所
超外差架構
超外差接收機的結構如下圖所示,
RF BPF的主要作用是濾除帶外干擾,避免LNA異常飽和(LNA的工作帶寬一般比較大)。IR Filter是指鏡像干擾抑制濾波器,主要是用來濾除鏡像干擾的。超外差接收機的帶寬一般是由IF BPF來確定的。該濾波器也被稱為信道選擇濾波器,此濾波器在確定接收機的選擇性和靈敏度方便有着非常重要的作用。
通過適當的選擇中頻和濾波器可以獲得極佳的選擇性和靈敏度(通帶選擇性好理解,那高靈敏度如何理解?)。由於有多個變頻級,直流偏差和本振泄露問題不會影響接收機性能。但鏡像干擾抑制濾波器和信道選擇濾波器均為高Q值帶通濾波器(關於濾波器的Q值),他們只能在片外實現,從而增大了接收機的成本和尺寸。
超外差接收機的優勢主要在於多次變頻結構,多次變頻結構使得整體架構可以安插很多中頻濾波器,提高了單一信號的選擇性。即提高了抗干擾能力。
其次,超外差結構采用多級增益的設計,不容易引起自激。
在介紹超外差結構的時候,百度百科中有下面的詞條。
在超外差收發機中,大部分所需信號增益是由中頻模塊所提供的。在固定的中頻頻點上,相對更為容易取得足夠高而且穩定的增益。在中頻取得較高增益所需要的功耗比在射頻取得同樣增益所需要的功耗要低得多。這是由於信道濾波在放大前有效地抑制了非期望信號和干擾,也因此中頻放大器並不需要有很大的動態范圍。而且,中頻放大器和電路的阻抗更高。因為信道濾波之前所取得的足夠高增益,使得它可以取得最佳的靈敏度而不使后級放大器飽和,所以信道高選擇性也有助於接收機實現更高的靈敏度。可以通過使用有源低通濾波器在模擬基帶中進一步濾除非期望信號或干擾。
鏡像干擾嚴重?
主要是在中頻處容易產生存在鏡像干擾,也就是在中頻的左右兩端都可能存在信息,如果左右兩端頻差剛好一樣,那么左右兩端的信號與中頻接收機本振進行混頻將會剛好得到兩個重疊起來的基帶信號。干擾本來預想傳輸的信號的無用信號就被稱為鏡像干擾。
直流偏差和本振泄露問題不嚴重?
比如RF階段(主要影響因素,這一階段有用信號最小,泄露本振的影響最大)存在本振泄露,借助於射頻帶通濾波器就可以很好地將其濾除。所以本振泄露的影響不是特別大。
中頻如何選擇
超外差接收機的優勢主要在於多次變頻結構,多次變頻結構使得整體架構可以安插很多中頻濾波器,提高了單一信號的選擇性。即提高了抗干擾能力。
零中頻接收機
零中頻接收機不需要片外高Q值的帶通濾波器,因而可以實現單片集成。如下所示
由於本振信號頻率與射頻信號頻率相同,因此混頻后直接產生基帶信號,而信道選擇和增益調整在基帶上進行,由芯片上的低通濾波器和可變增益放大器完成。零中頻接收機最大的優勢在於不需要經過中頻變頻,因而不存在鏡像干擾頻率。零中頻接收機主要存在着如下的問題:
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本振泄露
零中頻結構的本振頻率與信號頻率一樣,如果混頻器的本振端口與射頻端口之間的隔離性能不好,本振信號就很容易從混頻器的射頻口輸出,再經過低噪聲放大器泄露到天線。(一部分是發射端的本振信號泄露,還有一部分LO口語混頻器射頻輸入口之間的耦合在射頻前端的反射引入的本振泄露。參見下圖)
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偶次失真
典型的射頻接收機僅對奇次互調影響比較敏感,偶次互調失真同樣會給接收機帶來問題。在低噪放和混頻器中采用全差分的結構可以抵消偶次失真(換句話說,在我們的系統當中低噪放的偶次失真並沒有解決)。
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直流偏差
天線接收或反射射頻本振信號,經混頻器混頻之后將會形成直流信號。直流信號疊加到基帶信號上回影響接收信號的信噪比。也容易使接收信號飽和。
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交流耦合
為了減少基帶直流信號對接收機的影響,一般會采用大電容耦合的方法來消除直流偏差,而盡量不削減直流附件交流信號的能量。
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諧波混頻器
接收端本振信號頻率選為射頻信號頻率的一半,混頻器使用本振信號的而次諧波與輸入射頻信號進行混頻。由本振泄露(射頻信號的中心位置,指的是上面所說本振泄露當中的一種發射端引起的本振泄露)引起的自混頻將產生一個與本振信號同頻率的交流信號,但不產生直流分量,從而有效抑制了直流偏差。
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閃爍噪聲
有源器件內的閃爍噪聲又稱為噪聲,其大小隨着頻率的降低而增加,主要集中在低頻段。與雙極性晶體管相比,場效應管的噪聲要大得多。
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I/Q失配
采用零中頻方案進行數字通信時,如果同相和正交兩支路不一致,例如兩個混頻器的增益不同,兩個本振信號的相位差不是嚴格的90度,會引起基帶I/Q信號的變化,即產生I/Q失配問題。