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零中频接收机的优与劣

2023-08-09 15:33
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零中频接收机,是直接将射频变频到基带,即中频为0.

零中频接收机,有许多诱人的优点。

比如,它中频为0,因此不需要昂贵的SAW滤波器或者晶体滤波器,取而代替的,可以是简单的低通滤波器,便宜。

并且,零中频接收机不需要进行频率规划,这可是超外差接收机设计过程中相当复杂的一项任务。

另外,零中频接收机没有镜像频率。

但是,事物都有两面性,零中频接收机有他的优点,当然也有他的缺点,只有解决了这些缺点,才能把零中频接收机切切实实的用起来。

零中频接收机有以下几种主要的缺点。

缺点1:DC offsets(直流偏移)

直流偏移,是指因为各种原因,会有杂散或噪声落在DC频率处。因为零中频接收机的中频是零中频,在DC频率处有噪声,直接就影响了SNR,所以零中频架构对直流偏移非常敏感。

那DC offsets是怎么产生的呢?

  • 工艺问题

在集成电路中,由于工艺的不完美,会导致基带电路中本身就存在直流偏移。比如说实际运放的失调电压。

  • 自混频

混频器RF端口和LO端口间的隔离度是有限的,所以,本振信号会有一部分漏到射频端口,然后再被反射回来,和本振混频,进而产生直流偏移。

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还有其他的一些原因,有同样的信号,同时泄露到混频器的RF和LO端,进而混频至DC频率,从而产生直流偏移。

所以,想要减小自混频产生的直流偏移,则需要尽量提高混频器端口之间的隔离度,同时也要提高其他路径的隔离度。

直流偏移需要去除或者抵消,不然接收机就没法工作。假设基带电路中的增益为70~80dB,那么很小很小的直流偏移,比如200uV,就会使得基带放大器饱和。

在基带电路中,使用AC耦合或者高通滤波,是去除时变直流偏移的有效手段之一。一般来说,为了保证不恶化调制信号的SNR,高通滤波器的3dB截止频率应该低于符号率的0.1%。

也可以用一些手段来抵消直流偏移,比如说,对于时不变直流偏移,可以预先测量,储存起来,在系统工作时,存储的直流偏移值,通过DAC输入到模拟基带电路中的减法器,以补偿固有直流偏移。

缺点2:二阶失真

因为二阶失真的产物正好落在DC频率处,所以,如果太高的话,也会影响系统的性能。

一个弱非线性系统,可以用下面的模型来表示:


则当两个强干扰信号经过这个非线性系统时,就会产生二阶失真产物,落在DC频率处。


另外,有用信号的二次谐波,会和LO的二次谐波混频,产生无用基带信号,其带宽是有用基带信号带宽的2倍,且落入有用基带信号带内,影响SNR。

缺点3:闪烁噪声(flicker noise)

闪烁噪声,又称为1/f噪声。其大小,与频率呈反比,频率越低,闪烁噪声的值越大。

所以,如果RF级的增益不够,零中频接收机中的混频器,基带放大器,基带滤波器的闪烁噪声会对严重恶化系统的噪声系数。不过,RF级的增益也不能搞的太大,太大的话,系统的其他性能又会变差。

不同频率之间闪烁噪声功率的关系,可以近似由下式表示。

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从工艺上来讲,CMOS工艺的闪烁噪声会比较大,SiGe和BiCMOS工艺的闪烁噪声就会小很多。

如果零中频接收机的工艺是SiGe或者BiCMOS工艺,或者调制信号是宽带信号的话,闪烁噪声对接收机性能的影响可能不会太大。

所以,在使用零中频架构前,还需要好好思量一下,他的这些缺点能不能包容?

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