Introduction
由于现今智能手机要求的RF功能越来越多，这连带使得零件数目越来越多，且越来越要求轻薄短小[1,4]，
下图是零中频架构的接收机[4]，由于零中频架构，去除掉了中频的零件，具备了低成本，低复杂度，以及高整合度，这使得零中频架构的收发器，在手持装置，越来越受欢迎。但连带也有一些缺失，典型的缺失之一，便是DC Offset[2-3]。
由[5]可知，零中频架构的接收机，便是直接将射频讯号，降频为基频的直流讯号，而DC Offset之所以成为零中频架构的难题，在于它们会座落在频谱上为零之处，或其附近，很难滤除，因此会直接干扰到主频，且其强度甚至有可能大过讯号本身[3]。
由[9]可知，DC Offset会造成相位误差。
而解调时，会以EVM来衡量相位误差的程度，如下图左。而DC Offset会使星座图整体有所偏移，如下图右，换言之，DC Offset会使接收机的EVM变大[10-11] 。
而由[12]可知，若EVM变大，则同样的SNR，对应到的BER会升高，其解调结果会变差，亦即DC Offset会使灵敏度变差。
由[13]可知，接收机的LNA，其Gain皆非单一固定值，即VGA(Variable gain amplifier) 架构，如下图:
以灵敏度的角度而言，之所以希望透过AGC机制，以及VGA，来缩减LNA输出讯号的动态范围，主要便是希望ADC的输入讯号，其强度大小能适中，使讯号在解调时，不会因讯号过小而导致SNR下降，也不会因讯号过大，使后端电路饱和，Noise Floor上升，而导致SNR下降[4]。
而高通的RTR6285A，GSM四个频带的LNA，都采用Gain-stepped架构，有五种Gain Mode，其Gain Range示意图如下[14]:
Gain Mode 0 Gain Mode 1 Gain Mode 2 Gain Mode 3 Gain Mode 4
72.5 dB 58.5 dB 41 dB 29 dB 11.5 dB
五种Gain Mode，皆有其Gain Range，分别应用于不同强度范围的接收讯号。当接收讯号较大时，LNA会采用Low Gain Mode，一方面节省耗电流，另一方面避免后端电路饱和。而接收讯号较小时，会采用High Gain Mode，确保有足够的能力去驱动ADC[13]。
前述可知，DC Offset强度甚至有可能大过讯号本身，尤其是当接收讯号很微弱时，加上此时LNA会采用High Gain Mode，换言之，以高通的RTR6285A为例，此时DC Offset可能会被放大72.5 dB，这样的强度会使ADC饱和，Noise Floor 上升，而导致SNR下降，以至于灵敏度下降[2,16-17]。
Nonlinearity
而由[6]可知，如同谐波一般，DC Offset也是非线性效应之一，如下式:
亦即若射频前端的P1dB不够大，或输入讯号过大，便会产生DC Offset。因此以WCDMA为例，其接收测项有一项为Maximum input level，便是在衡量接收端的最大承受输入功率(且BER不得大于0.1%)[5]。
原则上，接收讯号的强度，是不至于会使射频前端饱和，换言之，会使射频前端饱和的，多半是外来噪声，以GSM为例，其Blocking的测试中，其带外噪声的强度，甚至高达0 dBm[4]。
而WCDMA的Blocking测试，其带外噪声的强度，虽然没有GSM来得强，但最大也有–15 dBm，更重要的是，因为WCDMA的发射跟接收会同时运作，会有所谓的Tx Leakage，其PA输出，最大可达28 dBm[5,8]。
因此，倘若LNA的线性度不够，则Tx Leakage与外来噪声会使其产生DC Offset，干扰降频后的讯号，影响解调结果，如上图。然而因为Mixer处理的讯号，是经过LNA放大后的讯号，因此其P1dB必须比LNA更大，否则即便LNA的线性度够，但若Mixer的线性度不够，一样会因饱和而产生DC Offset，如下图[4,5,8,13]。
Self-Mixing
理论上LO端要与LNA以及Mixer有着无限大的隔离度，若LO与LNA以及Mixer 的隔离度不够大，会产生LO Leakage，即LO会由天线辐射出去，成为其他接收机的外来噪声，或是泄漏至LNA与Mixer的输入端，导致LO与LO混波，称之为Self Mixing，产生DC Offset，干扰降频后待解调的讯号[2-3,5]。
而前述提到，由于WCDMA会有Tx Leakage，因此Tx Leakage也可能产生Self- Mixing，产生DC Offset，干扰降频后待解调的讯号[8]。
而外来噪声也可能产生Self- Mixing，产生DC Offset，干扰降频后待解调的讯号[5]。
LNA Gain
接收机整体的Noise Figure，公式如下[18]:
由上式可知，越前面的阶级，对于Noise Figure的影响就越大，因此，从天线到LNA，包含ASM、SAW Filter、以及接收路径走线，这三者的Loss总和，对于接收机整体的Noise Figure，有最大影响。因此原则上须在LNA输入端，添加SAW Filter，避免带外噪声劣化接收机整体性能。但有些接收机，其SAW Filter会摆放在LNA与Mixer之间，如下图[4]:
上图的PCS与WCDMA，之所以将SAW Filter摆放在LNA之后，主要也是为了Noise Figure考虑，假设SAW Filter的Insertion Loss为1 dB，LNA的Gain为10 dB，若将SAW Filter摆放在LNA之前，则接收机整体的Noise Figure，便是直
接增加1 dB，但若放在LNA之后，则接收机整体的Noise Figure，只增加了1/10 = 0.1 dB[18]。
虽然此时LNA前端并无SAW Filter，故带外噪声可能会使LNA饱和产生DC Offset，但其DC Offset会被LNA后端的SAW Filter滤除。
另外由Noise Figure公式可知，若LNA的Gain增加，可使Noise Figure下降，有助于灵敏度的提升[4]。然而由前述可知，Mixer处理的讯号，是经过LNA放
大后的讯号，亦即其线性度需更为要求。
如上图[19]，若LNA的Gain太大，会导致Mixer输入讯号过强，有可能会使Mixer 饱和，其Noise Floor上升，SNR下降，一样会使Noise Figure上升。而由于讯号经过Mixer后，会降频为基频的直流讯号，前述已知，DC Offset之所以成为零中频架构的难题，在于它们会座落在频谱上为零之处，或其附近，很难滤除，因此会直接干扰到主频。所以LNA的Gain不宜过大，否则会使Mixer饱和，产生DC Offset，如下图[7] :
Cancellation
前述已知DC Offset对零中的作法，便是在Mixer后方
然而由下图可知，不论是
若想滤除DC Offset，则其
但由[20-22]可知，电容值合度的需求。而对于GSM 收模式的切换速度变慢[23的EVM增大，使其灵敏度讯号都一并被滤除掉，因此
或是用电路方式来滤除，前述提到Self Mixing也会造成DC Offset，因此有些接收机，会将LO的频率与射频频率，设计成不一样，如下式[7] :
亦即将LO频率，设计成射频频率的整数倍，或是将射频频率，设计成LO频率的整数倍，如此便可避免Self Mixing造成的DC Offset，同时也可避免VCO Pulling[4,25]。
然而最常见的方式，还是靠后端的DSP，透过校准算法，在后端DSP单位，将DC Offset有效抑制下来。以高通的RTR6285A为例，其接收机后端，便内建了DC Offset的校正机制[14]。
由[26]可知，校正完后，其DC Offset确实下降许多。
由于DC Offset会使后端电路的线性度下降，因此透过DC Offset的抑制，连带也提升了线性度，如下图[8] :
另外，为了得到良好的频谱利用率，到了数字通讯时代，多半会利用IQ讯号，来达到SSB (Single-Sideband) 的调变方式，因此接收讯号在降频前，会开始分成两路径，I讯号跟Q讯号。
又因为IQ讯号会影响到调变与解调的精确度，因此不管是发射还接收电路，其IQ讯号都会走差分形式，避免调变与解调精确度，因噪声干扰而下降[27]。
因此其DC Offset，会个别载在I+、I-、Q+、Q-四个路径上[25]。
当然由[27]可知，使用差分讯号的好处，就是具错误更正效果，因此若I+、I-、Q+、Q-四个讯号的DC Offset，大小都相等，原则上最后会相消。
但可能会由于Layout未能遵守差分讯号要求，导致其DC Offset无法相消，因此其IQ差分讯号的走线，要尽量遵守等长的原则[16, 27]。
Reference
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[3] Direct-Conversion Radio Transceivers for Digital Communications, IEEE
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[6] Rf Microelectronics, razavi
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[17] 应用于5.8GHz 频段之低电压,高线性度CMOS 降频混频器及应用于Ka
频段之对称式次谐波混频器
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[19] 30MHz to 1.4GHz IQ Demodulator with IIP2 and DC Offset Control
[20] 上集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制, 百度文库
[21] 中集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制, 百度文库
[22] 下集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制, 百度文库
[23] DC Offset Auto-Calibration of TRF371x, Texas Instruments
[24] 零中频接收机中的直流偏移抑制技术
[25] GSM之调制与开关频谱(ORFS)解析与调校大全,百度文库
[26] Digitally Removing a DC Offset: DSP Without Mathematics
[27] 差分信号之剖析与探讨, 百度文库
Introduction
在手机射频中， 最常额外添加 LNA 的 RF 应用， 应该莫过于讯号极为微弱的 GPS， 如下图[18] :
然而随着手机射频越来越复杂， 其他 RF 应用， 也开始出现额外添加 LNA 的需求， 如下图[9]。故本文件将探讨外加 LNA，对于接收机性能的影响。
1
Noise Figure
所谓灵敏度， 指的是在 SNR 能接受的情况下， 其接收机能接收到的最小讯号[17]， 其公式如下 :
然而对于手机射频工程师而言，能着手改善灵敏度的，只有 Noise Figure 一项。 Noise Figure 的定义如下[17] :
理想上 SNR 当然是越大越好， 最好是无限大(表示都没有噪声)， 但实际上不可能 没有噪声，因此所谓 Noise Figure，衡量的是当一个讯号进入一个系统时，其输 出讯号的 SNR 下降多寡，亦即其噪声对系统的危害程度，示意图如下[17] :
假设信号经过一组件， 其 SNR 下降 1 dB， 那么我们可以说， 该组件的 Noise Figure 为 1 dB。
2
而由下图可知，Noise Figure 最小为零，亦即输出信号的 SNR 完全不变。同时也 由下图可知，信号经过任何组件，不管是有源还是无源，其 SNR 都只会变小， 再怎样都不会变大，所以 Noise Factor 最小是 1[14]。
因此，若信号经过越多组件，则 SNR 会下降越多[3]。
而不论是有源还是无源组件，其 Noise Figure 主要是来自其 Insertion Loss。
3
零中频趋势 小型化大势所趋，零中频崭露头角 二十世纪七、八十年代，微电子和通信技术出现了革命性的发展，集成电路和个人数字 通信系统开始改变人们的生活方式。1974年Motorola推出了第一个现代意义上的寻呼机(Pager)，此后寻呼系统的发展一度风靡全球。寻呼机、手机这类个人通信装置由于随身携带，所以必须做到体积小、重量轻，并且非常省电。为了达到这些目的，设计者们绞尽了脑汁。大家的共识是尽量利用集成电路技术，将电路元件做在芯片内部，也就是提高电路的集 成度。 但是对于超外差接收机来说，至少有两个元件是到目前为止无法集成到芯片上去的，这就是它的镜频抑制滤波器和信道选择滤波器。不仅如此，为了提高选择性，信道选择还可能 用到一些较为昂贵的器件如声表面波(SAW)滤波器。这时，又有人想到了零中频接收机。我们已经知道，零中频接收机⑴不存在镜频问题；⑵只要用低通滤波器来选择信道，而低通 滤波器的集成技术已经很成熟，即使集成有困难，也可以用廉价的电容和电感来实现。凭这两点，可以只用极少的片外元件而达到极高的集成度。 1980年，第一个实用的零中频寻呼机终于诞生，这也是第一个小型化的个人数字通信接收机。其工作原理如图2所示。接收到的高频信号经过一对正交混频器(Quadrature Mixer) 变频后产生两个正交的零中频信号I和Q，这两个信号随后被低通滤波和限幅放大。由于使用简单的二进制FSK调制，最后的解调过程甚至可以用一个D触发器来完成。在大量改进 的基础上，Philips在其UAA2080系列寻呼机中成功地应用了零中频结构。32引脚的芯片 中包含了低噪声放大器、正交混频器、信道选择滤波器、限幅放大器、FSK解调器以及本 振及带隙参考源等电路模块，接收机灵敏度等指标与超外差式相比并不逊色，而片外元件总 数不到40个，其中绝大多数是电容电阻。要知道，即便是数字电路芯片也需要一定数量的外围元件。 理想与现实之间，要直接不太容易 不知不觉，寻呼业的热潮开始消退，但零中频结构却魅力凸显，面对个人移动通信的汹 涌浪潮，人们开始尝试将它用到手机中，但是这次奇迹并没有再现。大量的研究和实践为我 们揭示了症结所在。 直流漂移(DC Offset) 零中频结构最根本的问题在于信号一开始就被搬移到直流频段，这虽然是设计者所希望 的，因为可以节省很多价格不菲的元件，但不幸的是这一频段很不干净”因此信号还没来 得及获得足够的增益就被很强的低频干扰和噪声污染”了。一个最广为人知的问题是本振信 号的泄漏所引起的直流漂移。由于在电路中总是存在一些寄生的元件，信号与信号之间不可 能做到完全隔离，总有一部分信号会发生泄漏。在一个实际的无线接收机中，本振信号可以 漏到混频器的射频信号输入端，进而通过隔离度有限的低噪声放大器到达接收天线。在这条通路上，一部分泄漏的信号会被反射回来而与接收的有用信号混杂在一起，并重新回到混频 器的输入端，再经过频谱搬移出现在直流频段。这种泄漏后的本振信号与本振信号自身相混 频的现象被称为自混频”我们看到，由于零中频接收机的输入信号频率与本振信号频率相
1 前言 (2) 2 工程概况 (2) 3 正文 (2) 3.1零中频接收系统结构性能和特点 (3) 3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真 (3) 3.3超外差接收系统结构性能和特点 (12) 3.4基于ADS2009对超外差接收系统设计与仿真 (13) 4 有关说明 (16) 5 心得体会 (18) 6 致谢 (18) 7 参考文献 (19)
射频是一种频谱介于75kHz-3000GHz之间的电波，当频谱范围介于20Hz-20kHz之间时，这种低频信号难以直接用天线发射，而是要利用无线电技术先经过转换，调制达到一定的高频范围，才可以借助无线电电波传播。射频技术实质是一种借助电磁波来传播信号的无线电技术。 无线电技术应用最早从18世纪下半段开始，随着应用领域的扩大，世界已经对频谱进行了多次分段波传播。当前，被广泛采用的频谱分段方式是由电气和电子工程师学会所规定的。随着科学技术的不断发展，射频所含频率也不断提高。到目前为止，经过两个多世纪的发展，射频技术也已经在众多领域的到应用。特别是高频电路的应用。其中在通信领域，射频识别是进步最快的重要方面。 工程概况 近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，对超外差结构和零中频结构进行设计与仿真。 正文 下面设计一个接收机系统，使用行为级的功能模块实现收信机的系统级仿真。
零中频接收机设计 2013年09月24日13:09eechina 分享 关键词：零中频,接收机 作者在：冷爱国，TI公司China Telecom system 摘要 相较传统的超外差接收机，零中频接收机具有体积小，功耗和成本低，以及易于集成化的特点，正受到越来越广泛关注，本文结合德州仪器（TI）的零中频接收方案（TRF3711），详细分析介绍了零中频接收机的技术挑战以及解决方案。 概述 零中频接收机在几十年前被提出来，工程中经历多次的应用实践，但是多以失败告终，近年来，随着通信系统要求成本更低，功耗更低，面积更小，集成度更高，带宽更大，零中方案能够很好的解决如上问题而被再次提起。 本文将详细介绍零中频接收机的问题以及设计解决方案，结合TI的零中频方案TRF3711测试结果证明，零中频方案在宽带系统的基站中是可以实现的。 1、超外差接收机 1.1超外差接收机问题 为了更好理解零中频接收的优势，本节将简单总结超外差接收机的一些设计困难和缺点。 图一是简单超外差接收机的架构，RF信号经过LNA(低噪声放大器)进入混频器，和本振信号混频产生中频信号输出，镜像抑制滤波器滤出混频的镜像信号，中频滤波器滤除带外干扰信号，起到信道选择
的作用，图中标示了频谱的搬移过程及每一部分的功能。 在超外差接收机种最重要的问题是怎样在镜像抑制滤波器和信号选择滤波器的设计上得到平衡，如图一所示，对滤波器而言，当其品质因子和插损确定，中频越高，其对镜像信号的抑制就越好，而对干扰信号的抑制就比较差，相反，如果中频越低，其对镜像信号的抑制就变差，而对干扰信号的抑制就非常理想，由于这个原因，超外差接收机对镜像滤波器和信道滤波器的选择传输函数有非常高的要求，通常会选用声表滤波器(SAW)，或者是采用高阶LC滤波器，这些都不利于系统的集成化，同时成本也非常高。 在超外差接收机中，由于镜像抑制滤波器是外置的，LNA必须驱动50R负载,这样还会导致面积和放大器噪声，增益，线性度，功耗的平衡性问题。 镜像滤波器和选择滤波器的平衡设计也可采用镜像抑制架构，如图二所示的Hartley（1）和Weaver （2）拓扑架构，在A点和B点的输出是相同极性的有用信号和极性相反的镜像信号，这样通过后面的加法器，镜像信号就可以被抵消掉，从而达到简化镜像滤波器的设计，但是这种架构由于相位和幅度不平衡，其镜像信号没有办法完全抑制，如证明(6),镜像抑制比I IR。 E指相对的电压幅度差，指相位差，如果E和Θ足够小，式（1）可以简化为(2)。 这里Θ是弧度，如果E=5%，Θ=5度，IIR约为26dB,如果要达到60dB的IIR,需要Θ低于0.1度，这是非常难以实现的，通常这种架构可以做到30-40dB的镜像抑制（7）,所以，即使采用这种架构，镜像抑制滤波器和信道选择仍然需要仔细设计。
零中频射频接收机技术 作者：东南大学射频与光电集成电路研究所李智群王志功2004年7月A版 摘要：零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种结构。本文在介绍超外差(Super Heterodyne)结构与零中频结构性能和特点的基础上，重点分析零中频结构存在的本振泄漏(LO Leakage)、偶次失真(Even-Order Distortion)、直流偏差(DC Offset)、闪烁噪声(Flicker Noise)等问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 关键词：零中频；超外差；本振泄漏；自混频 引言 近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，分析零中频结构可能存在的问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 超外差接收机 超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。图1为超外差接收机结构框图。在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(IR Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。然后，中频信号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。使用可调的本地振荡器(LO1)，全部频谱被下变频到一个固定的中频。下变频后的中频带通滤波器用来选择信道，称为信道选择滤波器。此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度方面起着非常重要的作用。第二下变频是正交的，以产生同相(I)和正交(Q)两路基带信号。 超外差体系结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。由于有多个变频级，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性能。但镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只能在片外实现，从而增大了接收机的成本和尺寸。目前，要利用集成电路制造工艺将这两个滤波器与其它射频电路一起集成在一块芯片上存在很大的困难。因此，超外差接收机的单片集成因受到工艺技术方面的限制而难以实现。
Introduction 由于现今智能手机要求的RF功能越来越多，这连带使得零件数目越来越多，且越来越要求轻薄短小[1,4]， 下图是零中频架构的接收机[4]，由于零中频架构，去除掉了中频的零件，具备了低成本，低复杂度，以及高整合度，这使得零中频架构的收发器，在手持装置，越来越受欢迎。但连带也有一些缺失，典型的缺失之一，便是DC Offset[2-3]。
由[5]可知，零中频架构的接收机，便是直接将射频讯号，降频为基频的直流讯号，而DC Offset之所以成为零中频架构的难题，在于它们会座落在频谱上为零之处，或其附近，很难滤除，因此会直接干扰到主频，且其强度甚至有可能大过讯号本身[3]。 由[9]可知，DC Offset会造成相位误差。
而解调时，会以EVM来衡量相位误差的程度，如下图左。而DC Offset会使星座图整体有所偏移，如下图右，换言之，DC Offset会使接收机的EVM变大[10-11] 。 而由[12]可知，若EVM变大，则同样的SNR，对应到的BER会升高，其解调结果会变差，亦即DC Offset会使灵敏度变差。
由[13]可知，接收机的LNA，其Gain皆非单一固定值，即VGA(Variable gain amplifier) 架构，如下图: 以灵敏度的角度而言，之所以希望透过AGC机制，以及VGA，来缩减LNA输出讯号的动态范围，主要便是希望ADC的输入讯号，其强度大小能适中，使讯号在解调时，不会因讯号过小而导致SNR下降，也不会因讯号过大，使后端电路饱和，Noise Floor上升，而导致SNR下降[4]。
零中频射频接收机技术 作者：李智群王志功来源：电子产品世界时间： ［文字选择：大中小］［添加到收藏夹］ 超外差接收机 超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。图1为超外差接收机结构框图。在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(IR Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。然后，中频信号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。使用可调的本地振荡器(LO1)，全部频谱被下变频到一个固定的中频。下变频后的中频带通滤波器用来选择信道，称为信道选择滤波器。此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度方面起着非常重要的作用。第二下变频是正交的，以产生同相(I)和正交(Q)两路基带信号。 超外差体系结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。由于有多个变频级，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性能。但镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只能在片外实现，从而增大了接收机的成本和尺寸。目前，要利用集成电路制造工艺将这两个滤波器与其它射频电路一起集成在一块芯片上存在很大的困难。因此，超外差接收机的单片集成因受到工艺技术方面的限制而难以实现。 零中频接收机 由于零中频接收机不需要片外高Q值带通滤波器，可以实现单片集成，而受到广泛的重视。图2为零中频接收机结构框图。其结构较超外差接收机简单许多。接收到的射频信号经滤波器和低噪声放大器放大后，与互为正交的两路本振信号混频，分别产生同相和正交两路基带信号。由于本振信号频率与射频信号频率相同，因此混频后直接产生基带信号，而信道选择和增益调整在基带上进行，由芯片上的低通滤波器和可变增益放大器完成。 零中频接收机最吸引人之处在于下变频过程中不需经过中频，且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，原超外差结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器均可省略。这样一方面取消了外部元件，有利于系统的单片集成，降低成本。另一方面系统所需的电路模块及外部节点数减少，降低了接收机所需的功耗并减少射频信号受外部干扰的机会。 不过零中频结构存在着直流偏差、本振泄漏和闪烁噪声等问题。因此有效地解决这些问题是保证零中频结构正确实现的前提。 本振泄漏(LO Leakage) 零中频结构的本振频率与信号频率相同，如果混频器的本振口与射频口之间的隔离性能不好，本振信号就很容易从混频器的射频口输出，再通过低噪声放大器泄漏到天线，辐射到空间，形成对邻道的干扰，图3给出了本振泄漏示意图。本振泄漏在超外差式接收机中不容易发生，因为本振频率和信号频率相差很大，一般本振频率都落在前级滤波器的频带以外。 偶次失真(Even-Order Distortion) 典型的射频接收机仅对奇次互调的影响较为敏感。在零中频结构中，偶次互调失真同样会给接收机带来问题。如图4所示，假设在所需信道的附近存在两个很强的干扰信号，LNA存在偶次失真，其特性为y(t)=a1x(t)+a2x2(t)。若 x(t)=A1cosw1t+A2cosw2t，则y(t)中包含a2A1A2cos(w1-w2)t项，这表明两个高频干扰经过含有偶次失真的LNA将产生一个低
WCDMA 相较于2G时代的GSM技术，WCDMA在Data Rate与信道容量，都大大提升[1]，采用了几个不同于GSM的技术。一个是CDMA技术，也就是分码多任务，用简单的比喻来比较TDMA, FDMA, CDMA的不同[2] : 在会议室内，若要保持通话时不被干扰，一种分别是选择不同时间通话(TDMA) 一种是同时间通话，但分别在不同的隔间(FDMA)
还有一种是同时间又同隔间通话，但讲不同语言(CDMA) 这三种技术，分别在时域跟频域的比较 : 由上图可知，CDMA 不分时也不分频，但因为分码，采正交码技术，不同码之间完全没有相关，因此大大提高了安全性。 C
另外则是展频技术， 将讯号的带宽拓宽，使其带以拓宽，与前述的正交码有送数据没有关系，故的传送数据，因此使得讯号得知，带宽拓宽后，其信道 由上式可知，信道容量也跟个位的SNR ，b E 即每个位的式 : 便可算出系统的SNR ， 使其带宽远大于未作展频调变之原始数据带宽交码有关。由于Tx 端会采用一组正交码，且该Rx 端也需使用该组正交码，才能解开展频，得讯号不易被干扰与撷取[3]，同时也由Shanno 其信道容量也提升了，连带提高了Data Rate[4] 量也跟SNR 有关，但在CDMA 中，会先以 E N 个位的能量，而0N 即噪声的功率频谱密度， 其中b f 是Data Rate ，因此若提升0 b E N ， 则可提升
另外，由于原始数据的Chip Rate ，会在展频后大大提升，使得讯号会额外获得增益，进而再提高SNR ，该增益称为处理增益，Processing Gain ，P G ()10log( )C P R G dB R = R 是原始资料的Chip Rate ，C R 是展频后的Chip Rate ，由[5]可知，R 与C R 分别为12.2Kbps 与3.84Mcps ，带入上式，
2, 综合分析超外差（heterodyne）接收机、零中频（homodyne）接收机和低中频（low-IF）接收机的特点。 答案：（1）超外差式接收机(heterodyne receiver)： 优点(benefits)：1）超外差式接收机可以有很大的接收动态范围。2）超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。3）超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。 缺点(drawback)：1）由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。2）超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。3）超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。 应用：相干检测的方案中(QPSK、QAM)。 （2）零中频接收机(homodyne receiver)： 优点(benefits)：1）零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。2）功率消耗较低。3）不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。 缺点(drawback)：1）由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的，所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。2）需要直流消除电路。由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号，需要用到直流消除技术。如果不应用直流消除技术，这种方案就只能用在没有直流成分的调制方案中(比如：NC-FSK)。3）因为零中频接收机的载波是在射频频段，这样载波恢复变得很困
接收机各种中频的优缺点对比 射频电路按功能主要可以分为三部分，发射机、接收机和本地振荡电路。对于接收机来说，主要有三种，超外差接收机(heterodyne receiver)、 零中频接收机(homodyne receiver)和近零中频接收机，这三种接收机可以说各有优缺点，那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢？本文主要目的就是想根据我阅读的一些文章文献，对于题目中提到的三种接收机的优缺点及应用作一个总结归纳，以便将来设计时应用。 超外差式接收机(heterodyne receiver)： 优点(benefits)： 1．超外差式接收机可以有很大的接收动态范围 2．超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。 3．超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。 缺点(drawback)： 1．由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。 2．超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。 3．超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。 应用： 相干检测的方案中(QPSK、QAM)。 零中频接收机(homodyne receiver)： 优点(benefits)： 1．零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。 2．功率消耗较低。 3．不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。 缺点(drawback)： 1．由于信道选择性完全是在基带有源低通滤波器实现的，所以诸如大的动态范围、低噪声和良好的线性度这些指标要求使得有源低通滤波器的设计和实现非常困难。 2．需要直流消除电路。由本振自混频(self-mix)和强干扰信号自混频在基带产生的直流电压会恶化接收信号，需要用到直流消除技术。如果不应用直流消除技术，这种方案就只能用在没有直流成分的调制方案中(比如：NC-FSK)。 3．因为零中频接收机的载波是在射频频段，这样载波恢复变得很困难，只能用在非相干检测方案中。 4．零中频接收机对于I/Q不平衡度很敏感，用离散器件实现的I/Q调制器很难保证良
以AD9361为例，来探讨零中频接收机的一些简单性能问题 在窄带应用中，零中频软件无线电芯片已经非常流行，其代表是ADI公司的AD9361。这里说的窄带应用，是指它的调谐带宽比较窄，比如工作在700-1200MHz范围。如果工作在宽带应用中——比如手持式宽带接收机，就要求频率范围覆盖50M-6GHz。在这么宽的范围内，如果不做复杂的预选，实际性能怎么样呢？以前听一位大师说，一塌糊涂，坑多得很，不但容易死，假信号还多，所以我就望而却步，老老实实做多次变频超外差+数字DDC方案。毕竟作为仪器级应用，是一贯不屑这种零中频方案的。 最近呢，我们需要做一个有gan意huai思shi的宽带产品。由于成本捉急，于是忽然觉得应该亲自检验一下这东西是不是真的如一些大师们所不屑的样子，要是万一能用，岂不省事了。 这里就开一个帖子，以AD9361为例，来探讨零中频接收机的一些简单性能问题。水平有限，而且也仅仅需要大概了解，所以不甚规范，就当闲聊，欢迎吐槽，挑刺则打屁股。 第一个实测，是关于抗阻塞能力的。这是担心比较多的指标。 测试方案： 定义：一个接收机在A频率接收信号，在带外的B频率有一强干扰也进入接收机。当干扰B的强度很强，以至于该接收机对信号A的接收能力下降6dB（下降1倍），则信号B 的强度为该接收机的阻塞电平。 室外天线经机械衰减器、合路器进AD9361，强信号源也经过同一个合路器进9361，不断增加强信号源的输出电平，测量AD9361阻塞时的电平值。AD9361的板子是BA3CE生产的B210兼容板。 由于合路器、电缆等存在损耗，在测试前要对进入到测试电路板的信号（干扰）强度进行校准。如果需要测试多个频率，每次更换频率需要重新校准。理论上对AD9361的采样也要进行幅度校准，但实际上挺准的。由于接受能力下降是相对值，所以不用对AD9361测定的绝对电平进行校准。 需要仪器：步进衰减器、信号源、频谱仪或测试接收机、合路器、必要的连接电缆。
零中频射频接收机技术 摘要：零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种 结构。本文在介绍超外差(Super Heterodyne)结构与零中频结构性能和 特点的基础上，重点分析零中频结构存在的本振泄漏(LO Leakage)、 偶次失真(Even-Order Distortion)、直流偏差(DC Offset)、闪烁噪声(Fl icker Noise)等问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 关键词：零中频；超外差；本振泄漏；自混频 引言 近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，分析零中频结构可能存在的问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 超外差接收机 超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。图1为超外差接收机结构框图。在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(I R Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。然后，中频信 号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。使用可调的本地振荡器(LO1)，全部频谱被下变频到一个固定的中频。下变频后的中频带通滤波器用来选择信道，称为信道选择滤波器。此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度方面起着非常重要的作用。第二下变频是正交的，以产生同相(I)和正交(Q)两路基带信号。 超外差体系结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。由于有多个变频级，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性能。但镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只能在片外实现，从而增大了接收机的成本和尺寸。目前，要利用集成电路制造工艺将这两个滤波器与其它射频电路一起集成在一块芯片上存在很大的困难。因此，超外差接收机的单片集成因受到工艺技术方面的限制而难以实现。 零中频接收机 由于零中频接收机不需要片外高Q值带通滤波器，可以实现单片集成，而 受到广泛的重视。图2为零中频接收机结构框图。其结构较超外差接收机简单许
零中频射频接收机技术 时间：2010-01-15 11:11:47 来源：作者： 摘要：零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种结构。本文在介绍超外差(Super Heterodyne)结构与零中频结构性能和特点的基础上，重点分析零中频结构存在的本振泄漏(LO Leakage)、偶次失真(Even-Order Distortion)、直流偏差(DC Offset)、闪烁噪声(Flicker Noise)等问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 引言 近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，分析零中频结构可能存在的问题，并给出零中频接收机的设计方法和相关技术。 超外差接收机 超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。图1为超外差接收机结构框图。在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(IR Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。然后，中频信号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。使用可调的本地振荡器(LO1)，全部频谱被下变频到一个固定的中频。下变频后的中频带通滤波器用来选择信道，称为信道选择滤波器。此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度方面起着非常重要的作用。第二下变频是正交
超外差、零中频、近零中频接收机 简介： 众所周知，射频电路按功能主要可以分为三部分，发射机、接收机和本地振荡电路。对于接收机来说，主要有三种，超外差接收机(heterodyne receiver)、 零中频接收机(homodyne receiver)和近零中频接收机，这三种接收机可以说各有优缺点，那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢？本文主要目的就是想根据我阅读的一些文章文献，对于题目中提到的三种接收机的优缺点及应用作一个总结归纳，以便将来设计时应用。 超外差式接收机(heterodyne receiver)： 优点(benefits)： 1．超外差式接收机可以有很大的接收动态范围 2．超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。 3．超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。缺点(drawback)： 1．由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。 2．超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。 3．超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。 应用： 相干检测的方案中(QPSK、QAM)。 零中频接收机(homodyne receiver)： 优点(benefits)： 1．零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。 2．功率消耗较低。 3．不需要镜像频率抑制滤波器，同样减小了体积和成本。
三种接收机的比较(2011-2-18 15:13) 众所周知，射频电路按功能主要可以分为三部分，发射机、接收机和本地振荡电路。对于接收机来说，主要有三种，超外差接收机(heterodynereceiver)、 零中频接收机(homodynereceiver)和近零中频接收机，这三种接收机可以说各有优缺点，那么在设计射频接收机时到底应该应用哪一种呢？本文主要目的就是想根据我阅读的一些文章文献，对于题目中提到的三种接收机的优缺点及应用作一个总结归纳，以便将来设计时应用。 超外差式接收机(heterodynereceiver)： 优点(benefits)： 1．超外差式接收机可以有很大的接收动态范围 2．超外差式接收机具有很高的邻道选择性(selectivity)和接收灵敏度(sensitivity)。一般超外差式接收机在混频器前面会有一个预选射频滤波器，在混频器后面还会有一个中频滤波器。这就使得它具有良好的选择性，可以抑制很强的干扰。 3．超外差式接收机受I/Q信号不平衡度影响小，不需要复杂的直流消除电路。 缺点(drawback)： 1．由于超外差式接收机一般会用到一级或几级中频混频所以电路会相对于零中频接收机复杂且成本高集成度不高。 2．超外差式接收机会用到很多离散的滤波器，这些滤波器可以是SAW或陶瓷的，但一般比较昂贵，而且体积较大，是的集成度不高，成本也较高。 3．超外差式接收机一般需要较高的功率消耗。 应用： 相干检测的方案中(QPSK、QAM)。 零中频接收机(homodynereceiver)： 优点(benefits)： 1．零中频接收机可以说是目前集成度最高的一种接受机，体积小，成本也很低，但是如果到了VHF频段设计零中频接收机将变得非常复杂、困难。因为频率越高，IQ解调器所用到的本振很难做到正交，频率也很难做到很准确，一个解决办法就是增加AFC电路，自动控制本振频率。
Why do we need external filter In most wireless radios a weak desired signal can be accompanied by interferers that can be signi?cantly stronger[1]. For example, as liiustrated below, if phone1 transmits maximum GSM power, i.e. 33 dBm. Let’s assume the antenna efficiency of phone1 and phone2 are both 50%(i.e. 3dB loss). Consequently, the phone2 receiver circuit will suffer from 0 dBm interferer. We usually call the strong interferer blocker or jammer.
Blockers can drastically degrade the receiver performance through compressing its gain and hence increasing its noise ?gure, as shown below[3] : As shown below[8], stronger the blocker, more the gain reduction.
According to cascade noise figure formula[4,6] : In general, less the LNA gain, higher the noise figure and worse the sensitivity. Take SKY74092-11 of SKYWORKS for example, its P1dB is -5 dBm, and may be saturated by the 0 dBm blocker as mentioned above[2].
一种零中频接收机的镜像抑制办法 技术领域 本实用新型涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种射频拉远系统零中频镜像消除的方法。 背景技术 随着通信领域的信号带宽越来越宽，特别是LTE时代的到来，并且混模制式信号传输的需求增加，零中频方案成为解决大带宽信号传输的一个有效途径。 在零中频的应用过程中发现，由于I路和Q路的相位和幅度不平衡而导致的信号镜像存在，镜像会影响系统的指标。当主信号关于中心频点对称时，镜像与主信号会重叠在一起，此时会影响信号的EVM；当主信号不关于中心频点对称时，主信号与镜像关于中心频点对称，影响系统的带内杂散，同时会对带内的其他有用信号干扰。本发明提供了一种零中频的校正方法。该方法应用简单，通过设备上电自动进行校准，无需人工干预。特别适合在LTE及其混模制式的信号大带宽信号的传输过程中应用。 附图说明： 图1 零中频镜像校正硬件结构图； 图2 零中频校正FPGA接收部分实现结构图； 图3零中频校正FPGA发送部分实现结构图；
发明内容 该抑制办法首先要搭建如下的硬件实现框架，如图1所示。该结构分为：上行滤波器，上行切换开关SW1，上行放大器，上行零中频调制器，上行AD，射频上行本振，FPGA芯片，监控部分，下行DA，下行调制器，下行滤波器，下行放大器，下行射频开关SW2，射频下行本振。 零中频的射频拉远系统包括上行和下行链路，本发明首先需要在正常的信号链路建立之前，FPGA发送一个大带宽的白噪声信号，该信号通过环回到上行接收，接收端应用此信号进行系数计算，并且将此系数写死到FPGA当中，校正正常信号的镜像。 上行切换开关SW1在信号链路正常的情况下是打到1点，在镜像校正的情况下打到2点与下行开关相连。 下行切换开关SW2在信号链路正常的情况下是打到2点，在镜像矫正的情况下打到1点与上行开关相连。 上行滤波器是为了滤除系统有用信号外的其他信号，要求滤波器的抑制性好，波动良好。 上行放大器用来放大射频信号，以便能够将AD前端的信号功率放大，有效的利用AD的位数，使得采样精度更高。 上行零中频调制器将射频信号调制为零频信号，一般的零中频调制器都会带有镜像的抑制功能，本发明也是利用零中频芯片实现镜像的第一级校正。该芯片输出为差分信号，IQ两路，那么对应到AD芯片就需要双路的AD来接收零中频调制器输出的信号。 上行AD芯片实现零频信号的模拟到数字的转换。芯片可采用市场上常见的200MHz以下的型号，该速率能够实现带宽200MHz 的信号采样（在零中频方案中）。AD芯片输出为11位的数据，因