直接变频蓝牙接收机

直接变频接收机已长时间存在了。直接变频接收机最简单的形式可认为中频(IF)是直流(dc)0Hz超外差接收机。用dc 中频，信号中心在dc。现在接收机的频率可能是千兆量级，在变频中变频到dc，因此，用“直接变频”或其他通用的名称“ZeroIF“(“零中频”，ZIF)。

直接变频接收机有些难解决的问题：“dc失调“消除、2阶失真分量(IP2)和1/f噪声。不少问题可能影响对这种接收机的认可，通常这些问题将限制接收机的性能。直接变频接收机与典型的超外差接收机相比，有明显的优点。

无线装置到处可见，在过去十年中，蜂窝电话蓬勃发展，就是一个很好的例证。随着高科技装置成为普通商品而不是奢侈品，驱使装置成本越来越低。对于蜂窝制造商来讲，成本是最重要的参量。直接变频接收机具有最少的元件数和最低的材料成本。大量的蜂窝芯片供应商，如：ADI、RFMD和Qualcomm已发布用于下一代芯片组的直接变频接收机。

蓝牙是用于无线个人局域网络的协议，是基于特定网络架构基础上的，采用低调制率(0.24~0.32)的高斯频移键控(GFSK)调制。这导致器件的专门问题。但蓝牙技术所用的调制也适用直接变频。蓝牙装置要求便宜。因此，采用直接变频接收机使接收机成本最低，这看起来是好的。然而，直接变频的问题需要解决。

典型的直接变频接收机基本框图示于图1。尽管传统采用线性调制方法，但直接变频接收机对于蓝牙GFSK接收信号也十分方便。

　　图1 蓝牙接收机中直接变频的基本框图

　　蓝牙技术

在过去5年内所开发的蓝牙技术具有很多潜在的应用。蓝牙技术两个最大的应用是蜂窝电话中无线互联和无人工操作，以及计算机中的无缆线替代。蓝牙是具有独特特性的一个有兴趣的协议，使得可以采用直接变频接收机。在添入研究直接变频接收机要求前，必须考虑蓝牙技术所用的调制，因为这样做使工作比较容易。

　　调制

具有1Mbps原始数据率的蓝牙技术用低调制率(0.24~0.30)和0.5BT的GFSK调制。在基带，这意味着在每个码位不能保证信号穿过OV。因此基带检测选择限定在频率/电压转换器(如FM鉴别器)。

最长DH1信息包的频谱示于图2，发送伪随机位序列(PRBS)数据集中在2.4 GHz。注意，信号功率集中在2.4GHz附近。在2.4GHz，功率频谱密度(PSD)最大。

现在分析干扰对图2所示调制类型的影响。

在接收机中任何不希望接收的寄生信号称之为干扰。干扰源可以是接收机的外部环境或来自接收机内的源。

　　FM和FSK系统

FM(调频)是固有非线性过程，在FM中信号电压转换为频偏。信号“时间”表示为：

S(t)=Accos(wc·t+m·sin(wm·t) (1)

其中AC为载波信号幅度，wC是载波信号角频率，t为时间，m是调制率，wm是调制频率的角频率。

特别感兴趣的参量是调制率(m)，由下式定义m：

m=Km·Am/wm (2)

其中Am是调制信号幅度，Km是电压/频率的定标因数。

在典型的模拟FM系统中，Km表示调制通路到VCO的增益。然而Km和Am定义与所有FM系统有关偏移参量。因此，调制率可进一步定义为：

m=wd/wm (3)

其wd是由调制信号wm所引起的载波信号偏移。

尽管上述3个方程是从模拟FM系统中假定音调制信号推导而来，但这些方程式可同样应用于FSK数据系统，唯一的显著差别是调制信号在最高数据率(蓝牙情况为1MHz)为位系列。数据流调制载波，数据流中的逻辑1导致正频偏、逻辑0导致负频偏。因此，在FSK数据系统中，最高调制频率是数据率的一半，(即在蓝牙产品中为500kHz)。

　　图2 最长DH1信息包的频谱

　　图3 不带信道滤波器的FM解调器单边I/C性能

　　图4 直接变频接收机基带输出的实际蓝牙信号，示出GFSK信号和dc偏移

　　信噪比

在FM解调器输出，信号信噪比(S/N)定议如下：

S/Nd=3×m2×S×x(Sr/n×fx) (4)

其中Sx定义调制信号的统计量特性，在数据系统情况下，逻辑1或0的似然性相等，因此，此参量通常为0.5;m是调制率;Sr是进入FM解调器的接收信号功率;N是进入FM解调器的噪声功率谱密度;fx是进入解调器的接收机噪声带宽。

从蓝牙技术的要求，容易计算S/Nd。接收机灵敏度的测量需要BER(误码率)小于?.1%或99.9%正确。注意S/ Nd正比于m2。

GFSK数据系统的灵敏度主要依赖于发送数据。若蓝牙数据序列是“1111000011110000…”，则可计算调制率。从此数据可见，数据序列每8位重复一次，这意味着调制频率为数据率/8或125KHz(蓝牙数据率为1Mbps)。偏移是固定的，而大多数蓝牙装置用160KHz，这意味着调制率是1.28。对于数据“101010…”，最高调制频率是0.32，从方程(4)可见，S/