基于零中频接收机的技术挑战及解决方案

流校准也能够抑制低频的噪声。

2.2. 2 直流偏置(DC-offset)

由于零中频接收机转换带宽信号到零中频，大量的偏置电压会恶化信号，更严重的是，直流偏置信号会使混频后级饱和，如饱和中频放大器，ADC等。

为了理解直流偏置的起源和影响，我们可以参照图四的接收通道进行说明。

如图四(a)所示， 本振口，混频器口，LNA之间的隔离度不好，Lo(本振信号)可以直接通过LNA和混频器，我们叫做“本振泄露”, 这种现象是由于芯片内部的电容及基底耦合的，耦合的Lo信号经过LNA到达混频器，和输入的Lo信号混频，叫做“自混频”,这样会在 C 点产生直流成分;近似的情况如(b)，从 LNA出来的信号耦合到混频器的本振输入口，从而产生了直流分量;

为了保证ADC能够采样出射频端口微伏级的电压，通常需要整个链路增益在100dB以上，其中25-30dB的增益来自LNA和混频器的贡献。

基于如上分析，对于自混频产生的直流偏置，我们可以做一个大概的估算，假设混频器的Lo输入信号为0.63Vpp(等同于在50ohm系统中的0dBm)，通常情况下是-6dBm--+6dBm,假设隔离度为60dB,所以图五(a)，考虑到30dB的射频增益，混频器的输出直流信号大概为10mVpp,在现代通信系统中，在LNA输入的有用信号可以低至30uVrms, 为了能够采样有用信号，需要中频放大70dB左右，10mV的直流电压也会放大70dB,会导致混频器后的基带放大器器件饱和，产生失真，即使基带放大器是理想的放大器，也需要一个超高动态范围的ADC才能解决直流偏置问题，而这种动态范围的ADC在实际上是不可实现的。

怎样解决零中频接收机的直流偏置问题呢?最简单的方案是采用交流耦合的方式，比如加一个高通滤波器，然而随机二进制数据的频谱在DC会呈现出一个峰值，很多仿真证明，为了不恶化信号，高通滤波器的频率截止点必须低于数据速率的0.1%, 如果是GSM信号，其数据速率为200K,这要要求滤波器的截止频率为200Hz左右，这样小的值会导致，1:如果直流偏置变化，其响应会非常慢，2:需要非常大的电容和电阻， 解决的办法是采用在直流附近最小化信号能量的调制方式，比如UMTS制式的BPSK调制方式。

另外一种常用的方法是通过算法校准的方式消除直流偏置，如图五所示的架构是TI(德州仪器)的盲校算法，通过计算122.88MHz时钟周期的直流偏置量，每1.067ms输入信号实时抵消直流偏置。

直流累加

更新直流偏置

直流偏置更新统计

直流偏置补偿

TI的盲校算法可以在全温范围内把直流偏置校准到低于+/-5mV以内，图六是基于TRF3711的实测试结果。

2.2. 3 I/Q不平衡(I/Q imbalance)

对于大多数相频调制信号，采用零中频架构要求I/Q两路信号必须是正交，可以采用射频偏移90图七(a)度或者Lo偏移90度度的方式图七(b)，偏移RF信号需要承担严重的噪声-功率-增益间的平衡，通常采用偏移Lo的方式实现正交解调，对于I/Q两路信号的相位，幅度不平衡都会导致解调信号的星座图恶化。

图七：正交生成在 RF(a)，Lo(b)

为了更好理解I/Q不平衡对信号的影响，设定输入信号为Xin(t)=acosωct+bsinωct, a和b可以任意为+1或者-1,假设I/Q两路相位是相等的，即：

和θ代表指增益和相位差，输入信号分别乘以Lo的两个相位，加上低通滤波器，可以得到如下结果。

图8(a)，(b)分别在星座图中标示了增益不平衡和相位不平衡的情况，为了更直观的说明I/Q不平衡的影响，在时域图进行分析，图(c)是增益不平衡造成幅度的比例因子不同，而图(d)是相位不平衡造成了一个通道的部分脉冲数据恶化另一通道的数据，但是相对镜像信号(实中频)而言，边带信号(复中频)的影响非常小。

虽然相较镜像信号的影响，I/Q不平衡的影响没有非常显着; 同样需要对I/Q不平衡信号做处理，除了在硬件上尽量保证I/Q两路信号的幅度一直和相位平衡外，通常会采用算法进行校准，TI(德州仪器)的盲校算法可以校准到近20dB的改善 (此处不详细描述具体的算法过程)。

图九：I/Q 盲校结果

2.2. 4 偶次谐波(even harmonic)

传统的超外差架构对只是对奇次谐波敏感，而零中频接收机则对偶次谐波非常敏感，简单举例，传统的高中频方案，设主信号中频为100MHz,两个干扰信号f1=110MHz,f2=120MH 在，三次谐波2f1-f2=100MHz, 2f2-f1=130MHz,他们离主信号都很近，而偶次谐波f1-f2,f1+f2等都离主信号很远，从而能够非常容易滤除，所以对零中频架构而言，偶次谐波影响就非常严重，通常以IIP2来定义偶此谐波，相比奇次谐波，偶次谐波的功率更大，而且不像奇次谐波，可以通过频率规划来规避它，而偶次谐波可以产生于任何高功率的调制干扰信号，没有办法通过频率规划来避免。如图十示。

怎样抑制