零中频接收机设计

2013-12-17 09:42:57来源: 互联网

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

  
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  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。

  

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  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。

  
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  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。

  

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  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)。

  
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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

  零中频接收机设计

  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)。

  零中频接收机设计

  零中频接收机设计

  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,” ISSCC:Dig. Tech. Papers, pp. 144–145, Feb. 1993.

关键字:零中频  接收机

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/1217/article_21875.html
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