直接變頻接收機(jī)可實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)/多頻段接收

高性能直接變頻信號(hào)鏈

直接變頻接收機(jī)將射頻已調(diào)載波直接解調(diào)到可以直接檢測(cè)信號(hào)并恢復(fù)所傳信息的基帶頻率。直接變頻架構(gòu)最早發(fā)明于1932年，用來(lái)替代超外差接收機(jī)。由于省去了中頻級(jí)，因而元器件數(shù)量也減少，使其成為一個(gè)具有吸引力的解決方案。通過(guò)省去所有的中頻級(jí)，將信號(hào)直接變頻到零中頻，消除了超外差架構(gòu)中所存在的鏡像問(wèn)題。不過(guò)，直接變頻架構(gòu)也存在一些挑戰(zhàn)，包括本振泄漏、直流偏置、失真大，這都使得實(shí)際實(shí)現(xiàn)變得很困難。不過(guò)，目前集成射頻電路技術(shù)的最新進(jìn)展，已使得傳統(tǒng)的直接變頻(零差拍)架構(gòu)可以用于寬帶高性能接收機(jī)應(yīng)用。

圖1：寬帶直接變頻接收機(jī)架構(gòu)。

圖1所示為寬帶直接變頻接收機(jī)架構(gòu)。在信號(hào)鏈中，已標(biāo)出一些關(guān)鍵器件的指標(biāo)。接收機(jī)信號(hào)通道從連接到一個(gè)雙工器的天線口開(kāi)始。雙工器通常用于頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，如W-CDMA和某些版本的WiMAX。該雙工濾波網(wǎng)絡(luò)確保發(fā)射機(jī)不會(huì)產(chǎn)生太多的許可頻段之外的有害能量，同時(shí)有助于抑制接收機(jī)輸入過(guò)驅(qū)引入的任何帶外有害信號(hào)。通常，在幾級(jí)低噪聲放大器之后，都會(huì)跟有附加的頻段可選濾波以及衰減/匹配網(wǎng)絡(luò)，目的是優(yōu)化有用頻率范圍內(nèi)的接收性能。圖示中的幾級(jí)LNA提供了極好的寬帶性能，還利用外部調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)提升了窄帶性能。而在接收機(jī)需要解決一個(gè)非常寬的頻段接收時(shí)，也許有必要采用一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)配置專(zhuān)門(mén)為一些特定頻段優(yōu)化的天線網(wǎng)絡(luò)和LNA前端。在低噪聲前端之后，利用IQ解調(diào)器將有用載波頻率下變頻到基帶頻率，一個(gè)與有用信號(hào)的載波頻率相同的本振信號(hào)加到I/Q混頻器上，在基帶I/Q輸出口，產(chǎn)生和頻與差頻，而低通濾波器抑制和頻，只允許差頻通過(guò)。對(duì)于零中頻來(lái)說(shuō)，所展現(xiàn)的差頻就是有用信號(hào)的基帶包絡(luò)。利用可變?cè)鲆娣糯笥欣诹炕癁V波后的基帶I/Q信號(hào)的幅度。利用VGA可以將I/Q信號(hào)電平調(diào)整到模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的最佳電平。通常，在ADC之前還需要加入額外的濾波，以確保不會(huì)將高頻噪聲和可能的泄漏、或者干擾混疊到有用信號(hào)分析帶寬內(nèi)。

接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍

該接收機(jī)采用了可以提供寬頻段覆蓋和瞬時(shí)大動(dòng)態(tài)范圍的高性能射頻集成電路。瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍是用在多載波應(yīng)用環(huán)境中所有接收機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，因?yàn)檫@里與有用信號(hào)相鄰的可能是一些功率電平很高的強(qiáng)干擾信號(hào)。雙音SFDR能夠使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對(duì)非線性特性進(jìn)行更精確的預(yù)測(cè)。而通常的實(shí)際做法是，利用單音或雙音干擾信號(hào)，測(cè)試接收機(jī)在強(qiáng)信號(hào)阻塞條件下的恢復(fù)能力。通過(guò)研究雙音激勵(lì)條件下接收機(jī)的非線性特性，能夠計(jì)算各種截點(diǎn)，有助于對(duì)接收機(jī)量化以及為失真性能和總動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行建模。

圖2：圖1中所示接收機(jī)的雙音互調(diào)性能。

圖2給出了當(dāng)有用信號(hào)頻率臨近地方存在兩個(gè)連續(xù)波強(qiáng)干擾時(shí)接收機(jī)的I+jQ輸出頻譜。本測(cè)試范例中，所加的輸入信號(hào)電平為C30dBm。這代表著比任何所規(guī)定的3G和4G蜂窩系統(tǒng)中所需的阻塞測(cè)試條件都要更加嚴(yán)苛的阻塞場(chǎng)景。對(duì)靠近或基帶頻率上的信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，由2^nd、3^rd、4^th，甚至是5^th和7^th諧波所導(dǎo)致的失真將會(huì)影響大信號(hào)輸入條件下的性能。特別地，I/Q解調(diào)器的非線性特性需求特別高，以確保產(chǎn)生自有用信號(hào)和無(wú)用信號(hào)的互調(diào)項(xiàng)不會(huì)劣化感興趣的有用信號(hào)。這里與只是將焦點(diǎn)集中在絕大多數(shù)窄帶中頻采樣接收機(jī)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)失真-即三階截點(diǎn)(IP3)上不同，關(guān)注由偶數(shù)和奇數(shù)非線性所引起的失真項(xiàng)也很重要。這類(lèi)非線性通常用IP2、IP4和IP5進(jìn)行量化。通常，為了保證穩(wěn)健可靠的工作，重要的是要評(píng)估在最壞輸入條件下進(jìn)入接收機(jī)分析帶寬中的所有雜散信號(hào)。在這類(lèi)嚴(yán)重的阻塞條件下，由高階非線性所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物將會(huì)落入頻帶內(nèi)并降低接收機(jī)的靈敏度。圖2中標(biāo)出了比較關(guān)鍵的非線性項(xiàng)。請(qǐng)注意幾個(gè)奇數(shù)項(xiàng)與輸入基頻的靠近程度。這有助于解釋究竟距離多近的干擾信號(hào)將會(huì)引起落入有用信號(hào)帶內(nèi)的互調(diào)產(chǎn)物。當(dāng)采用直接變頻架構(gòu)時(shí)，干擾信號(hào)的差頻(f2Cf1)-接收機(jī)的有限2^nd階非線性的產(chǎn)物，也會(huì)落入有用信號(hào)的頻帶內(nèi)。

ADIsimRF?是ADI公司的免費(fèi)在線信號(hào)鏈計(jì)算器，可以用來(lái)對(duì)各種測(cè)試條件下的接收機(jī)的動(dòng)態(tài)噪聲和失真特性進(jìn)行建模。非線性截點(diǎn)特性可以通過(guò)建模并測(cè)試出來(lái)，一直到高達(dá)7th次非線性項(xiàng)，并且可以與有ADIsimR所預(yù)測(cè)的級(jí)聯(lián)截點(diǎn)進(jìn)行比較。通過(guò)對(duì)單個(gè)器件和整個(gè)級(jí)聯(lián)的非線性特性進(jìn)行評(píng)估，整個(gè)接收鏈路能夠得到更好的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)最高的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍性能。利用該方案的高靈敏度接收機(jī)的噪聲系數(shù)小于2dB，且在施加W-CDMA規(guī)范(ETSI EN 302 217-2-2 V1.2.3 (2007-09))所規(guī)定的單音和雙音干擾電平時(shí)，接收機(jī)的降敏小于1dB。