零中频射频接收机技术

经过含有偶次失真的LNA将产生一个低频干扰信号。若混频器是理想的，此信号与本振信号coswLOt混频后，将被搬移到高频，对接收机没有影响。然而实际的混频器并非理想， RF口与IF口的隔离有限，干扰信号将由混频器的RF口直通进入IF口，对基带信号造成干扰。

偶次失真的另一种表现形式是，射频信号的二次谐波与本振输出的二次谐波混频后，被下变频到基带上，与基带信号重叠，造成干扰，变换过程如图5所示。

这里我们仅考虑了LNA的偶次失真。在实际中，混频器RF端口会遇到同样问题，应引起足够的重视。因为加在混频器RF端口上的信号是经LNA放大后的射频信号，该端口是射频通路中信号幅度最强的地方，所以混频器的偶次非线性会在输出端产生严重的失真。

偶次失真的解决方法是在低噪放和混频器中使用全差分结构以抵消偶次失真。

直流偏差(DC Offset)

直流偏差是零中频方案特有的一种干扰，它是由自混频(Self-Mixing)引起的。泄漏的本振信号可以分别从低噪放的输出端、滤波器的输出端及天线端反射回来，或泄漏的信号由天线接收下来，进入混频器的射频口。它和本振口进入的本振信号相混频，差拍频率为零，即为直流，如图6(a)所示。同样，进入低噪放的强干扰信号也会由于混频器的各端口隔离性能不好而漏入本振口，反过来和射频口来的强干扰相混频，差频为直流，如图6(b)所示。

这些直流信号将叠加在基带信号上，并对基带信号构成干扰，被称为直流偏差。直流偏差往往比射频前端的噪声还要大，使信噪比变差，同时大的直流偏差可能使混频器后的各级放大器饱和，无法放大有用信号。

经过上述分析，我们可以来估算自混频引起的直流偏差。假设在图6(a)中，由天线至X点的总增益约为100 dB，本振信号的峰峰值为0.63 V(在50 Ω中为0 dBm)，在耦合到A点时信号被衰减了60 dB。如果低噪放和混频器的总增益为30 dB，则混频器输出端将产生大约7 mV的直流偏差。而在这一点上的有用信号电平可以小到30 μVrms。因此，如果直流偏差被剩余的70 dB增益直接放大，放大器将进入饱和状态，失去对有用信号的放大功能。

当自混频随时间发生变化时，直流偏差问题将变得十分复杂。这种情况可在下面的条件下发生：当泄漏到天线的本振信号经天线发射出去后又从运动的物体反射回来被天线接收，通过低噪放进入混频器，经混频产生的直流偏差将是时变的。

由上述讨论可知，如何消除直流偏差是设计零中频接收机时要重点考虑的内容。

交流耦合(AC Coupling)

将下变频后的基带信号用电容隔直流的方法耦合到基带放大器，以此消除直流偏差的干扰。对于直流附近集中了比较大能量的基带信号，这种方法会增加误码率，不宜采用。因此减少直流偏差干扰的有效方法是将欲发射的基带信号进行适当的编码并选择合适的调制方式，以减少基带信号在直流附近的能量。此时可以用交流耦合的方法来消除直流偏差而不损失直流能量。缺点是要用到大电容，增大了芯片的面积。

谐波混频(Harmonic Mixing)

谐波混频器的工作原理如图7所示。本振信号频率选为射频信号频率的一半，混频器使用本振信号的二次谐波与输入射频信号进行混频。由本振泄漏引起的自混频将产生一个与本振信号同频率的交流信号，但不产生直流分量，从而有效地抑制了直流偏差。

图8给出一个CMOS谐波混频器，本振信号的二次谐波可通过CMOS晶体管固有的平方律特性得到。晶体管M3和M4组成的电路将差分本振电压Vlo+和Vlo-转换为具有二次谐波的时变电流，本振信号的基频和奇次谐波在漏极连接处被抵消，产生谐波混频器所需的本振信号的二次谐波电流，实现谐波混频。

闪烁噪声(Flicker Noise)

有源器件内的闪烁噪声又称为噪声，其大小随着频率的降低而增加，主要集中在低频段。与双极性晶体管相比，场效应晶体管的噪声要大得多。闪烁噪声对搬移到零中频的基带信号产生干扰，降低信噪比。通常零中频接收机的大部分增益放在基带级，射频前端部分的低噪放与混频器的典型增益大约为30 dB。因此有用信号经下变频后的幅度仅为几十微伏，噪声的影响十分严重。因此，零中频结构中的混频器不仅设计成有一定的增益，而且设计时应尽量减小混频器的噪声。

图8所示的谐波混频器中晶体管M1和M2由射频差分信号Vrf+和Vrf-驱动，M1和M2是噪声的主要来源，注入电流Io的作用是减少晶体管M1和M2中的电流，从而减小噪声。

I/Q失配(I/Q Mismatch)

采用零中频方案进行数字通信时，如果同相和正交两支路不一致，例如混频器的增益不同，两个本振信号相位差不是严