零中频接收机的挑战 - 零中频接收机设计（下） 接收机

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怎样解决零中频接收机的直流偏置问题呢？最简单的方案是采用交流耦合的方式，比如加一个高通滤波器，然而随机二进制数据的频谱在 DC 会呈现出一个峰值，很多仿真证明，为了不恶化信号，高通滤波器的频率截止点必须低于数据速率的 0.1%， 如果是 GSM信号，其数据速率为 200K，这要要求滤波器的截止频率为 200Hz 左右，这样小的值会导致，1：如果直流偏置变化，其响应会非常慢，2：需要非常大的电容和电阻， 解决的办法是采用在直流附近最小化信号能量的调制方式，比如 UMTS 制式的 BPSK 调制方式。
　　另外一种常用的方法是通过算法校准的方式消除直流偏置，如图五所示的架构是 TI（德州仪器）的盲校算法，通过计算 122.88MHz 时钟周期的直流偏置量，每 1.067ms 输入信号实时抵消直流偏置，
　　直流累加

　　

　　TI 的盲校算法可以在全温范围内把直流偏置校准到低于+/-5mV 以内，图六是基于 TRF3711 的实测试结果。

　　

　　TI 的盲校算法可以在全温范围内把直流偏置校准到低于+/-5mV 以内，图六是基于 TRF3711 的实测试结果。
　　3. I/Q 不平衡（I/Q imbalance）
　　对于大多数相频调制信号，采用零中频架构要求 I/Q 两路信号必须是正交，可以采用射频偏移 90图七（a）度或者 Lo 偏移 90 度度的方式图七（b），偏移 RF 信号需要承担严重的噪声—功率—增益间的平衡，通常采用偏移 Lo 的方式实现正交解调，对于 I/Q 两路信号的相位，幅度不平衡都会导致解调信号的星座图恶化。

　　

　　图 8（a），（b）分别在星座图中标示了增益不平衡和相位不平衡的情况，为了更直观的说明 I/Q 不平衡的影响，在时域图进行分析，图（c）是增益不平衡造成幅度的比例因子不同，而图（d）是相位不平衡造成了一个通道的部分脉冲数据恶化另一通道的数据，但是相对镜像信号（实中频）而言，边带信号（复中频）的影响非常小。

　　

　　虽然相较镜像信号的影响，I/Q 不平衡的影响没有非常显著; 同样需要对 I/Q 不平衡信号做处理，除了在硬件上尽量保证 I/Q 两路信号的幅度一直和相位平衡外，通常会采用算法进行校准，TI（德州仪器）的盲校算法可以校准到近 20dB 的改善 （此处不详细描述具体的算法过程）。

　　
　4. 偶次谐波（even harmonic）

　　传统的超外差架构对只是对奇次谐波敏感，而零中频接收机则对偶次谐波非常敏感，简单举例，传统的高中频方案，设主信号中频为 100MHz，两个干扰信号 f1=110MHz，f2=120MH 在，三次谐波2f1-f2=100MHz， 2f2-f1=130MHz，他们离主信号都很近，而偶次谐波 f1-f2，f1+f2 等都离主信号很远，从而能够非常容易滤除，所以对零中频架构而言，偶次谐波影响就非常严重，通常以 IIP2 来定义偶此谐波，相比奇次谐波，偶次谐波的功率更大，而且不像奇次谐波，，可以通过频率规划来规避它，而偶次谐波可以产生于任何高功率的调制干扰信号，没有办法通过频率规划来避免。如图十示。
　　怎样抑制偶次谐波呢？简单的方法就是采用差分 LNA 和混频器，但有两个问题需要注意，首先，天线和双工器都是单端的，所以需要单端到差分的转换，比如加变压器，由于通常其会有几个 dB损耗，会引入几个 dB 的系统噪声，其次，差分的 LNA 需要更高的功耗。

　　

　　2.3 TI 零中频方案实现
　　TI 发布的零中频接收机 TRF3711，集成了宽带的解调器，中频 PGA，可调带宽滤波器，自适应的直流校准模块，以及 ADC 驱动放大器，配合 TI 的盲校算法，外接 LNA 模块，就可以实现在基站上的应用 （除了 MC-GSM外的应用）。

　　

　　

　　3、总结
　　零中频接收机天然具有易集成，低功耗，低成本等特点，但是由于其自身的技术特点，零中频接收机还没有在基站系统中广泛的应用，本文详细分析了零中频接收机的技术难点，以及相应的解决办法，结合 TI 零中频接收机方案 TRF3711 的测试结果，证明了零中频接收机在宽带系统中依然是可是实现的
　　4、参考资料
　　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，” ISSCCig. Tech. Papers， pp. 144–145， Feb. 1993.