天华中威科技微波小课堂_零中频和射频直采的区别

天华中威科技微波小课堂_零中频和射频直采的区别

零中频接收机本振频率(LO)和射频信号频率(RF)相等，镜像频率也就是信号频率本身。不存在镜像频率干扰的问题，原超外差接收机结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器都可以省略。这样一方面取消外部元件，有利于系统的单芯片实现。

如图所示，混频器后面是一个模拟低通滤波器，该滤波器作为通道选择滤波器和AD前端的抗混叠滤波器。如果接收机的通道选择性完全由该滤波器实现，那么要求该滤波器的截止频率为信号带宽的一半，以有效抑制邻道和更远端的信道干扰。

由于该滤波器工作在低频，因此可以用有源模拟滤波器实现，注意上下两个分支幅度响应匹配。有源模拟滤波器相对于超外差接收中的无源中频滤波器输入动态范围有限，并且阻带衰减有限。

零中频架构的还有一个很容易被忽视的特点，基带输入放大器通常构造为一个有源低通滤波器，其作为集成模拟滤波器运行，这大大减轻了模拟滤波器的负担。结合片内抽取滤波，它还能用作可编程通道滤波器，消除比奈奎斯特相关信号更近的信号。此外，零中频接收机内的采样器件通常包括反馈，可提供额外的带外抑制。实际上，这意味着无线电的带外区域比带内区域具有更大的满量程范围。正如图3中的简化图所示，零中频无线电本质上对带外信号具有良好的容忍度。图中的纵轴表示相对于带内的会导致灵敏度下降3 dB的输入功率水平，它表明带内信号本身对带外信号具有容忍度，这是其他架构所没有的。

零中频接收机结构虽然减小镜像信号抑制问题，但同时带来了其他问题。这些问题主要是由于输入信号的放大组要集中在基带。这些问题包括：

接收机的偶次非线性失真

本振泄露和直流偏置

直流偏置

Flicker噪声

射频直采方案

直采方案如上图所示，RF经过滤波器、LNA、直接进入ADC进行采样变换。

直接RF采样的主要优点是简化了RF信号链，降低了每个通道的成本以及通道密度。基于直接RF采样架构的仪器由于使用的模拟组件较少，因此外形尺寸通常更小，功率效率更高。如果构建的是高通道数系统，直接RF采样可以减少系统的占地面积和成本。在构建完全有源的相控阵雷达等系统时，这一点尤其重要，因为这些雷达通过对来自多达数百甚至数千个天线发射的信号进行移相来形成波束。 由于同一系统包含有多个RF信号发生器和分析仪，因此每个通道尺寸和成本便成为一个重要的考量因素。

除了尺寸、重量和功率（SWaP）减小之外，简化的架构还可消除RF仪器本身内部可能的噪声、映像和其他误差来源，例如LO泄漏和正交减损。

其次，直接RF采样架构还可以简化同步。例如，要实现RF系统的相位一致性，必须同步RF仪器的内部时钟和LO。在不需要LO的直接采样中，只需关注器件的时钟同步即可。同样，对于需要多个相位相干RF接收器的相控阵雷达应用中，直接采样架构是简化设计的有效选择。

最后，直接RF采样可实现高速跳频。零中频架构中锁相环的实现在模拟电路，一般锁相环电路锁定时间在50us左右，加上数据加载一级业务处理，一般就只能实现在千跳级别。

RF采样的频率源实现是数字域的，没有硬件的限制，它的跳频可以实现万跳级别。

架构之间的工程权衡

维度1：整体架构

零中频

优点：在低功耗单芯片设计中，很容易在频率敏捷无线电中实现。

缺点：通道带宽会受基带带宽限制。

射频采样

优点：可以实现带宽非常宽的无线电。

缺点：功耗相对较高，需要分立的外部滤波以支持所有选择性。

维度2：频率转换

零中频：正交解调器

优点：固有混叠抑制， 低功耗

缺点：LO泄漏，基带镜像

射频采样：采样电容和数字化仪

优点：简单的数字化仪实现

缺点：高功耗，容易混叠，抖动/相位噪声4

维度3：增益

零中频：RF：约32 dB基带：约18 dB

优点：总功耗较低，基带增益与有源滤波易于集成，输入阻抗易于管理

缺点：带宽受放大器限制

射频采样：RF：约50 dB基带：不适用

优点：可实现带宽非常宽的无线电

缺点：需要高OIP3驱动放大器（功耗高）；输入阻抗通常是容性的，除非使用高功率缓冲器

维度4：镜像

零中频：LO泄漏、I/Q不平衡、基带谐波

优点：射频谐波和转换器混叠位于带外

缺点：受LO泄漏、I/Q不平衡的影响（可通过算法解决）

射频采样：直接混叠、交错伪影、射频转换器谐波

优点：无LO泄漏或I/Q不平衡项

缺点：交错杂散（通过算法解决），受混叠影响，受射频谐波和时钟相关相位噪声的影响

维度5：滤波

零中频：分布在射频和基带之间

优点：集成混叠抑制，集成滤波器减少了外部滤波需求

缺点：未知

射频采样：单频

优点：需求很容易推导出来

缺点：需要高复杂度滤波器

结论

总之，零中频和射频采样架构都能提供出色的能力。然而，如果目标是优化成本、重量和尺寸，那么零中频架构在多个方面胜出。