RadioVerse收發(fā)器系列中實(shí)現(xiàn)的消除LOL的技術(shù)探討

零中頻架構(gòu)有幾個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。但是，也有一些挑戰(zhàn)需要克服。發(fā)射本振泄漏（稱為發(fā)射LOL）就是這樣一個(gè)挑戰(zhàn)。未經(jīng)校正的傳輸LOL將在所需的傳輸內(nèi)產(chǎn)生不需要的發(fā)射，從而可能破壞系統(tǒng)規(guī)格。本文討論發(fā)射LOL問題，并探討ADI公司的RadioVerse收發(fā)器系列中實(shí)現(xiàn)的消除LOL的技術(shù)。如果傳輸LOL可以降低到足夠低的水平，不再導(dǎo)致系統(tǒng)或性能問題，也許人們可以學(xué)會(huì)大聲笑LOL！

什么是大聲笑？

RF混頻器有兩個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，如圖1所示。理想的混頻器將產(chǎn)生兩個(gè)輸入的乘積輸出。在頻率方面，輸出應(yīng)為 F在+ F瞧和 F在– F瞧，僅此而已。如果任一輸入未驅(qū)動(dòng)，則沒有輸出。

圖1.理想的混合器。

在圖 1 中，F(xiàn)在設(shè)置為 FBB基帶頻率為 1 MHz 和 F瞧設(shè)置為 F瞧本地振蕩器頻率為 500 MHz。如果混頻器是理想的，它將產(chǎn)生包含兩個(gè)音調(diào)的輸出：一個(gè)在499 MHz，一個(gè)在501 MHz。但是，如圖2所示，實(shí)際混頻器也會(huì)在F處產(chǎn)生一些能量。BB和 F瞧.F 處的能量BB可以忽略，因?yàn)樗h(yuǎn)離所需的輸出，并且將被位于混頻器輸出之后的RF元件濾除。無論 F 處的能量如何BB，F(xiàn)處的能量瞧可能是一個(gè)問題。它非常接近或在所需輸出信號(hào)內(nèi)，并且很難或不可能通過濾波去除，因?yàn)闉V波也會(huì)濾除所需信號(hào)。正是這種不需要的能量在F處瞧這被稱為 LOL。驅(qū)動(dòng)混頻器的本振（LO）已泄漏到混頻器的輸出端口。LO還通過其他路徑泄漏到系統(tǒng)輸出，例如通過電源或穿過芯片本身。無論LO如何泄漏，都可以稱為L(zhǎng)OL。

圖2.真實(shí)世界的混音器。

在僅傳輸一個(gè)邊帶的中頻架構(gòu)中，可以使用RF濾波來解析LOL。相比之下，在兩個(gè)邊帶都要傳輸?shù)牧阒蓄l架構(gòu)中，LOL位于所需輸出的中間，提出了更困難的挑戰(zhàn)（見圖3）。傳統(tǒng)濾波不再是一種選擇，因?yàn)槿魏螘?huì)刪除LOL的濾波也會(huì)刪除部分所需的傳輸。因此，必須使用其他技術(shù)來消除它。否則，它最終可能會(huì)成為整體所需傳輸中不需要的發(fā)射。

圖3.F處的不需要的能量瞧以紅色顯示。這種不需要的能量在 F瞧被稱為大聲笑。

消除LO泄漏（也稱為L(zhǎng)OL校正）

LOL的消除是通過產(chǎn)生幅度相等但相位與LOL相反的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，從而消除LOL，如圖4所示。假設(shè)我們知道LOL的確切幅度和相位，可以通過對(duì)發(fā)射器的輸入施加直流偏移來產(chǎn)生消除信號(hào)。

圖4.LO泄漏和消除信號(hào)。

取消信號(hào)的生成

復(fù)雜的混頻器架構(gòu)非常適合產(chǎn)生消除信號(hào)。由于混頻器中存在LO頻率的正交信號(hào)（它們是復(fù)數(shù)混頻器工作原理的核心），1它們?cè)试S在LO頻率下生成具有任何相位和幅度的信號(hào)。

驅(qū)動(dòng)復(fù)數(shù)混頻器的正交信號(hào)可以描述為正弦（LO）和Cos（LO）——這些是LO頻率處驅(qū)動(dòng)兩個(gè)混頻器的正交信號(hào)。為了生成抵消信號(hào)，這些正交信號(hào)與不同的權(quán)重相加。用數(shù)學(xué)術(shù)語來說，我們可以產(chǎn)生一個(gè)輸出，即 I × Sin（LO） + Q × Cos（LO）。通過應(yīng)用不同的有符號(hào)值代替I和Q，得到的總和將處于LO頻率，并且可以具有任何所需的幅度和相位。示例如圖 5 所示。

圖5.生成任何相位和任何幅度消除信號(hào)的示例。

所需的傳輸信號(hào)需要施加到發(fā)射器的輸入端。通過對(duì)傳輸數(shù)據(jù)施加直流偏置，混頻器的輸出將同時(shí)包含所需的傳輸信號(hào)和所需的LOL消除信號(hào)。有意生成的取消信號(hào)將與不需要的 LOL 相結(jié)合，它們將取消，只留下所需的傳輸信號(hào)。

觀察傳輸 LOL

使用觀察接收器觀察發(fā)射LOL，如圖6所示。在本例中，觀測(cè)接收器使用與發(fā)射器相同的LO，因此LO頻率下的任何發(fā)射能量在觀察接收器的輸出端都將顯示為直流。

圖6.觀察和校正Tx的基本概念瞧滲漏。

圖6所示的方法有一個(gè)固有的弱點(diǎn)：通過使用相同的LO進(jìn)行發(fā)射和觀察，發(fā)送LOL將在觀測(cè)接收器的輸出中顯示為直流。由于電路中的元件不匹配，觀測(cè)接收器本身將具有一定量的直流，因此觀察接收器的總直流輸出將是發(fā)射LOL和觀測(cè)接收器中存在的本地直流偏移的總和。有一些方法可以克服這個(gè)問題，但更好的方法是使用不同的LO頻率進(jìn)行觀察，從而將觀察路徑中的本地直流與發(fā)射LOL觀察結(jié)果分開。如下圖 7 所示。

圖7.使用不同的LO進(jìn)行傳輸和觀察。

由于使用發(fā)射LO以外的頻率觀測(cè)傳輸，因此發(fā)射LO頻率處的能量不會(huì)出現(xiàn)在觀測(cè)接收器中的直流處。相反，它將顯示為基帶音，其頻率等于發(fā)射LO和觀測(cè)LO之間的差值。觀察路徑中的直流原生仍將出現(xiàn)在直流，因此觀測(cè)直流和傳輸LOL測(cè)量結(jié)果將完全分離。為簡(jiǎn)單起見，圖8使用單混頻器架構(gòu)說明了這一概念。在本例中，發(fā)射器的輸入為零，因此發(fā)射器的唯一輸出是發(fā)送 LOL。頻率轉(zhuǎn)換是在觀測(cè)接收器將發(fā)射LOL觀測(cè)能量移動(dòng)到直流之后完成的。

圖8.將觀察接收器直流與發(fā)射聲粗分開。

查找必要的校正值

通過取觀測(cè)接收器的輸出，除以從發(fā)射輸入到觀測(cè)接收器輸出的傳遞函數(shù)，然后將該結(jié)果與預(yù)期的傳輸進(jìn)行比較，可以找到所需的校正值。所討論的傳遞函數(shù)如圖 9 所示。

圖9.從發(fā)射器輸入到觀測(cè)接收器輸出的傳遞函數(shù)。

從發(fā)射器基帶輸入到觀測(cè)接收器基帶輸出的傳遞函數(shù)由兩個(gè)部分組成：幅度縮放和相位旋轉(zhuǎn)。以下各節(jié)將更詳細(xì)地單獨(dú)解釋每種方法。

圖10顯示，如果從發(fā)射輸出到觀測(cè)接收器輸入的環(huán)回路徑在路徑中具有增益或衰減，或者如果發(fā)送電路的增益與觀察接收器電路的增益不同，則觀測(cè)接收器報(bào)告的發(fā)射信號(hào)幅度可能不代表正在傳輸?shù)陌l(fā)射信號(hào)的實(shí)際幅度。

圖 10.由于環(huán)回路徑中的衰減而導(dǎo)致的幅度縮放。

現(xiàn)在讓我們考慮相位旋轉(zhuǎn)。重要的是要認(rèn)識(shí)到信號(hào)不會(huì)立即從A點(diǎn)傳播到B點(diǎn)。例如，信號(hào)以大約一半的光速穿過銅，這意味著沿銅條傳播的 3 GHz 信號(hào)的波長(zhǎng)約為 5 厘米。這意味著，如果使用間隔幾厘米的多個(gè)示波器探頭探測(cè)銅條，示波器將顯示多個(gè)彼此異相的信號(hào)。圖11說明了這一原理，顯示了沿銅條間隔開的三個(gè)示波器探頭。在每個(gè)點(diǎn)看到的信號(hào)的頻率為3 GHz，但三個(gè)信號(hào)之間存在相位差。

請(qǐng)注意，將單個(gè)示波器探頭向下移動(dòng)銅條不會(huì)顯示出這種效果，因?yàn)槭静ㄆ骺偸窃?°相位時(shí)觸發(fā)。只有使用多個(gè)探頭，才能觀察到距離和相位之間的關(guān)系。

圖 11.距離和相位、5 cm 跡線、3 GHz 信號(hào)以及 0 cm、2 cm 和 4 cm 處的探測(cè)點(diǎn)的關(guān)系。

正如沿銅帶存在相變一樣，從發(fā)射器輸入到觀測(cè)接收器輸出也會(huì)發(fā)生相變，如圖12所示。LOL校正算法必須知道發(fā)生了多少相位旋轉(zhuǎn)，以計(jì)算出正確的校正值。

圖 12：環(huán)回路徑中物理距離導(dǎo)致的相位旋轉(zhuǎn)。

確定從發(fā)射輸入到觀測(cè)接收器輸出的傳遞函數(shù)

圖13所示的傳遞函數(shù)可以通過向發(fā)射器施加輸入并將其與觀測(cè)接收器的輸出進(jìn)行比較來學(xué)習(xí)。但是，需要牢記一些要點(diǎn)。如果將靜態(tài)（直流）信號(hào)施加到發(fā)射器輸入端，它將在發(fā)射LO頻率處產(chǎn)生輸出，并且發(fā)射LOL將與之結(jié)合。這將阻止正確學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)。還應(yīng)該注意的是，發(fā)射輸出可能連接到天線，因此可能不允許故意將信號(hào)施加到發(fā)射器輸入。

圖 13.確定從發(fā)射器輸入到觀測(cè)接收器輸出的傳遞函數(shù)。

為了克服這些挑戰(zhàn)，ADI收發(fā)器使用一種算法，對(duì)發(fā)送信號(hào)施加低電平直流失調(diào)。偏移水平會(huì)定期調(diào)整，這些擾動(dòng)將顯示在觀測(cè)接收器的輸出中。然后，該算法分析輸入值中的增量與觀測(cè)值中的增量相比，如表 1 中所述。在此示例中，沒有傳輸用戶信號(hào)，但該方法在存在用戶信號(hào)的情況下仍然成立。

通過對(duì)這兩種情況進(jìn)行減法，可以從方程中消除常量發(fā)送LOL，并且可以學(xué)習(xí)傳遞函數(shù)。個(gè)案數(shù)量可以擴(kuò)展到兩個(gè)以上，從而給出許多獨(dú)立的結(jié)果，可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行平均以提高準(zhǔn)確性。

總結(jié)

LOL校正算法將學(xué)習(xí)從發(fā)射輸入到觀測(cè)接收器輸出的傳遞函數(shù)。然后，它將獲取觀察接收器的輸出并將其除以傳遞函數(shù)，以將其參考到發(fā)射器的輸入。通過將預(yù)期傳輸中的直流電平與觀察到的傳輸中的直流電平進(jìn)行比較，將確定發(fā)射LOL。最后，該算法將計(jì)算必要的校正值以消除發(fā)射LOL，并將其作為直流偏置應(yīng)用于所需的傳輸數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷