零中频关键技术--直流偏移

铁丝19 over 14 years ago

来源:电子信息工程世界作者:chactor

零中频虽然有较多优点，但也存在一些难点，使其迟迟没有成为主流通信架构，不过随着对零中频的研究日益深入，其缺点也在被逐一克服，本文主要讲解其关键技术--直流偏移的原因及其解决方案。

直流偏移问题原因及影响

直流偏移是零中频架构特有的一种干扰，他有自混频引起。主要有以下四种原因引起直流偏移。

1）泄露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。他和本振口进入的本振信号相混频，差频为零，即为直流。

2）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不好而泄露到本振口，反过来和射频口来的强干扰信号相混频，差频为直流。

3）接收机前端的偶数阶非线性失真。射频信号进过前级的LNA和混频器后会受到二阶非线性的影响，出现一个直流或低频的二阶交调。这些二阶交调分量叠加到有用信号上，形成直流失调。

4）1/f噪声。MOS晶体管具有比较大的1/f噪声，这类噪声与频率成反比，频率越低，噪声越大。由于零中频接收机将射频信号转换到基带，1/f噪声对电路造成的影响也很大。

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，被称为直流偏移。这些直流偏移在超外差接收机中不会干扰有用信号，因为超外差中频不等于零。而在零中频架构中，RF信号被转变成中频为零的基带信号，这些直流偏移就会叠加在基带信号中。直流偏移往往比射频前端的噪声还要大，使信噪比变差，同时大的直流偏移可能使混频器后级的各级放大器饱和，无法放大有用信号。

经过上述分析，我们可以估算自混频引起的直流偏移。假设接收通道的总增益为100dB，本振信号的峰峰值为0.63V（在50欧姆中位0dBm），在耦合到LNA输入端假设为-60dBm，则如果LNA和混频器的总增益为30dB，则混频输出端的直流偏移为-30dBm，50欧姆下位7mV。而这一点实际信号的功率可能只有-70dBm，即30uV左右。因此如果直流偏移被后级的70dB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。

直流偏移问题解决方案

1）在混频输出和基带之间加入一个截止频率很低的高通滤波器，滤除直流偏移的影响，为了不干扰有用信号，这些高通滤波器的截止频率通常应不低于数据率的0.1%，在实际中也通常会有一个大电容代替高通滤波器。此方案最好对基带信号采用适当编码和合适的调制方式，以减少基带信号直流附近的能量。

2）对于TDD系统，由于收发时分复用，在发射阶段，接收机处于空闲状态，这是就可以利用这些空闲时隙对直流偏移进行采用并存储起来，在接收机转为工作状态时，将接收到的基带信号和存储的信号相减，就可以消除直流偏移的影响。

3）谐波混频。将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。有本振信号泄露引起的自混频将产生一个与本振信号同频率的交流信号，而不产生直流偏移。有些器件支持该功能，在混频器内部对本振信号进行倍频或分频。

4）利用成熟的数字信号处理技术来确定直流偏移的大小，并将结果反馈回模拟前端来消除直流偏移。