零中频架构在无线电设计中的优势

拟优化和数字校正技术，可以轻松控制这些镜像。图9所示为典型的未经校正的复合数据表示方式。在图中可以看到LO泄漏（和直流失调）及镜像抑制（正交误差）。

图9、典型的未经校正的LO泄漏和镜像抑制

LO泄漏控制

LO泄漏在I或Q信号路径中表现为增大的直流失调。其原因是LO直接耦合至射频信号路径中，并被以相干方式下变频至输出。结果产生混频器积，表现为直流失调，加入信号链里存在的任何残余直流失调中。优秀的零中频架构不但会在初始时自动跟踪并校正这些误差，还能随时间、温度、电源和流程自动跟踪和校正，结果可实现优于–90 dBFS的性能水平，如图10所示。

图10、典型的LO泄漏控制

QEC

为了防止镜像扰乱性能，一般会采用正交误差校正(QEC) 技术。图11展示了这种功能可能产生的影响。在此例中，镜像改善至优于–105dBc的水平，超过了多数无线应用的要求。对于LO泄漏和QEC，运用跟踪功能是为了确保在性能随时间而变化时，校正能保持最新状态，从而保证能始终实现最佳性能。

图11、LO泄漏控制条件下的典型正交校正

在无线电系统中，正交误差和LO馈通非常重要。如果误差足够大，较大的阻波器镜像有可能会屏蔽掉较小的目标信号。在图12中，一个大阻波器的镜像出现在15 MHz处，同时，一个目标信号的中心位于20 MHz。如果镜像部分或全部落在目标信号上，则会导致目标信号SNR下降，结果可能在解调功能里造成误差。一般地，LTE、W-CDMA等系统都针对这类镜像设置了合理的容差，但并非完全不受影响。一般情况下，这些系统要求75 dBc或更好的镜像抑制性能，如图11所示，运用零中频架构可以轻松达到并维持这一要求。

图12、镜像阻碍目标信号的示例

典型示例:AD9371

零中频发射和接收的一个典型示例是AD9371。如图13所示，AD9371具有极高的功能集成度，集成了双发射、双接收以及多种额外的功能，包括观察和嗅探接收器、集成式AGC、直流失调校正（LO泄漏控制）、QEC等。该产品具有较宽的射频覆盖范围，从300 MHz至6 GHz。每个发射器均可覆盖20 MHz至100 MHz的合成带宽，而每个接收器则能覆盖5 MHz至100 MHz的带宽。虽然此器件瞄准的是3G和4G应用，但也是不超过6 GHz的许多其他通用无线电和软件定义应用的理想解决方案。

图13、AD9371集成式零中频收发器

AD9371在12 mm ×12 mm的BGA封装里集成了完整的系统功能，包括前面讨论过的依赖于频率的所有器件，以及所有校准和对齐功能。在图4所示接收功能的基础上，图14增加了必要的发射功能，造就了一种非常紧凑的双收发器设计。功耗取决于确切的配置，包括带宽和实现的功能，但是，AD9371的典型功耗仅为4.86 W，包括维持LO泄漏和镜像抑制的数字功能。

图14、零中频收发器的典型布局

AD9371的关键性能指标

噪声系数

图15和图16展示了AD9371的典型噪声系数特性。第一张图展示了较宽的射频频率，在该频谱中，噪声系数相对平坦。该器件的输入结构采用衰减器的形式，因此，对于每dB，噪声系数增加1 dB。假设最差条件噪声系数为16 dB，衰减为零，外部增益差异允许约4 dB的衰减，则可假设总噪声系数为20 dB。对于一个提供至少24 dB增益的外部LNA (0.8 dB)，系统噪声系数为2 dB。

图15、AD9371噪声系数（0 dB衰减和40 MHz带宽）

在图16中，噪声系数为带外阻塞相对于AD9371输入的函数。设外部增益为24 dB，在相对于天线连接器–24 dBm处，会相对于该器件输入出现0 dBm。如果只考虑AD9371的影响，若集成接收器下降3 dB，则噪声系数的总体下降幅度约为1 dB。

图16、AD9371 NF与带外信号功率的关系

镜像抑制

与LO泄漏类似，接收镜像抑制可基于图17所示信息进行估算。当天线端的典型输入电平为–40 dBm时，则可以估算出，镜像要优于比天线端口低80 dB或–120 dBm的水平。

图17、接收器镜像抑制

结论

虽然从历史上来看，零中频架构一直局限于低性能应用，但是，AD9371一类的新产品却具有改变现状的性能。这些器件不但能提供比肩中频采样接收器的性能，同时还要更进一步，通过对无线电进行分区，形成了更加强大的架构，不但能降低制造成本，还能在部署后降低运营成本。低成本解决方案设计不再需要牺牲无线电性能，使得用户可以集中时间和资源去开发应用，无需担心无线电的实现问题。