下一代SDR收发器中的黑魔法：发射本振泄漏！“零中频”的挑战如何破？

"优势"总是和"挑战"站在一起，

即使被称为

"下一代SDR收发器中的黑魔法"，

"零中频"现在也面临一个亟待克服的挑战——

发射本振泄漏，简称"发射LOL"。

未校正的发射LOL会在所需发射范围内产生无用发射，造成潜在的违反系统规范的风险。本文论述发射LOL的问题，并介绍在ADI的RadioVerse™ 收发器系列中实现的可消除此问题的技术。如果可以将发射LOL降低到足够低的水平，使其不再导致系统或性能问题，也许人们就可以不必为LOL问题而烦恼！

RF混频器有两个输入端口和一个输出端口，如图1所示。理想混频器将产生一个输出，它是两个输入的乘积。就频率而言，该输出的频率应当是FIN + FLO以及FIN – FLO，不含其它项。如果任一输入不在驱动状态下，则不会有输出。

图1. 理想混频器

在图1中，FIN被设置为基带频率为1 MHz的FBB，FLO被设置为本振频率为500 MHz的FLO。如果是理想混频器，它将产生一个输出，其中包含两个信号音，频率分别为499 MHz和501 MHz。

然而，如图2所示，在FBB和FLO，真实混频器还将产生一些能量。FBB处产生的能量可以忽略不计，因为它远离所需的输出，并且将被混频器输出之后的RF组件滤除。无论FBB处产生的能量如何，FLO下产生的能量都可能是一个问题。它非常接近或在所需的输出信号内，并且很难或无法通过滤波去除，因为滤波也会滤除所需的信号。

图2. 真实混频器

LO应该用小一号或两号的字体下产生的这种无用能量被称为LOL。可驱动混频器的本振 (LO) 已经泄漏到混频器的输出端口。LO还有其他途径可以泄漏到系统输出端，例如通过电源或跨越硅本身。无论本振如何泄漏，其泄漏都可被称为LOL。

在只发射一个边带的实信号中频架构中，可以通过RF滤波解决LOL问题。相比之下，在发射两个边带的零中频架构中，LOL位于所需输出的中间，并形成了难度更高的挑战（见图3）。

图3. FLO下产生的无用能量（以红色显示），FLO下产生的这一无用能量被称为LOL

传统滤波不再是一种选择，因为任何去除LOL的滤波也会去除部分所需发射信号。因此，必须使用其他技术来消除LOL。否则，它最终在整个所需发射范围内可能会成为无用发射。

消除LO泄漏（也称为LOL校正）

生成幅度相等但相位与LOL相反的信号即可实现LOL消除，从而将其抵消，如图4所示。假设我们知道LOL的确切幅度和相位，则可以对发射器输入施加直流失调来生成抵消信号。

图4. LO泄漏和抵消信号

抵消信号的生成

复数混频器架构适用于生成抵消信号。由于混频器中存在LO频率的正交信号（它们是复数混频器如何工作的关键），因此允许生成任何相位和幅度的LO频率信号。

用于驱动复数混频器的正交信号可以描述为Sin(LO)和Cos(LO) —这些是LO频率的正交信号，可以驱动两个混频器。为了生成抵消信号，这些正交信号以不同的权重相加。就数学而言，我们可以产生一个输出，即I × Sin(LO) + Q × Cos(LO)。运用不同的带符号值代替I和Q，得到的和将是LO频率信号，并且可以具有任何所需的幅度和相位。示例如图5所示。

图5. 生成的任何相位和任何幅度抵消信号的示例

所需的发射信号将需要应用于发射器的输入。对发射数据施加直流偏置后，混频器的输出端将包含所需的发射信号以及所需的LOL抵消信号。特意生成的抵消信号将与无用的LOL组合抵消，仅留下 所需的发射信号。

观测发射LOL

如图6所示，使用观测接收器来观测发射LOL。在该示例中，观测接收器使用与发射器相同的LO，因此LO频率的任何发射能量都将在观测接收器的输出端显示为直流。

图6. 观测与校正TxLO泄漏的基本概念

图6所示的方法有其内在缺陷：使用相同的LO来发射和观测，发射LOL将在观测接收器的输出端显示为直流。由于电路中的元件不匹配，观测接收器本身将具有一定量的直流，因此观测接收器的总直流输出将是发射链路中存在的发射LOL与观测链路原生直流失调。有一些方法可以克服这个问题，但是更好的方法是使用不同的LO频率进行观测，从而将观测路径中的原生直流从发射LOL观测结果中分离出来。这种情况如下面的图7所示。

图7. 使用不同LO发射和观测

由于使用了不同于发射LO的频率来观测，因此在观测接收器中，发射LO频率的能量不会以直流出现。相反，它将显示为频率等于发射LO与观测LO之差的基带信号音。观测路径中的原生直流仍然会以直流出现，因此会将观测直流与发射LOL测量