射頻知識基礎(chǔ)：三種接收機的介紹

關(guān)于接收機結(jié)構(gòu)我們從最傳統(tǒng)的超外差結(jié)構(gòu)開始介紹。超外差結(jié)構(gòu)能提供非常好的性能，但這種結(jié)構(gòu)需要大量分離元件，像濾波器等。這種結(jié)構(gòu)無法單芯片集成實現(xiàn)，因此出現(xiàn)了零中頻，低中頻接收機結(jié)構(gòu)。

超外差接收機

超外差接收機自從1917首次出現(xiàn)以來一直作為接收機設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)。直到2000，出現(xiàn)了零中頻接收機，這種接收機結(jié)構(gòu)適合完全集成實現(xiàn)。

圖1 一級混頻的超外差結(jié)構(gòu)

圖1所示為單級混頻的超外差結(jié)構(gòu)，混頻器利用本振信號將RF信號下變頻到IF頻率。超外差結(jié)構(gòu)由以下模塊組成：輸入帶通濾波器，低噪聲放大器，鏡像抑制濾波器，混頻器，中頻濾波器，AD。

輸入帶通濾波器通常用于抑制帶外干擾信號，防止帶外強干擾信號阻塞低噪聲放大器。通常輸入帶通濾波器帶寬比較寬，由多個信道組成。鏡像濾波器用于抑制鏡像頻率，關(guān)于鏡像濾波器我們下面會做詳細(xì)介紹?；祛l之后的IF帶通濾波器決定了接收機的通道選擇性，用于抑制鄰道信號功率，同時IF帶通濾波器也通常作為AD前端的抗混疊濾波器。

零中頻接收機

超外差接收機需要解決的主要問題就是鏡像頻率抑制問題。而零中頻接收機通過將信號直接轉(zhuǎn)換到基帶(0Hz)，從而克服了鏡像抑制問題。其結(jié)構(gòu)如下：

圖2 零中頻接收機結(jié)構(gòu)

零中頻接收機本振頻率(LO)和射頻信號頻率(RF)相等，鏡像頻率也就是信號頻率本身。不存在鏡像頻率干擾的問題，原超外差接收機結(jié)構(gòu)中的鏡像抑制濾波器及中頻濾波器都可以省略。這樣一方面取消外部元件，有利于系統(tǒng)的單芯片實現(xiàn)。

如圖2所示，混頻器后面是一個模擬低通濾波器，該濾波器作為通道選擇濾波器和AD前端的抗混疊濾波器。如果接收機的通道選擇性完全由該濾波器實現(xiàn)，那么要求該濾波器的截止頻率為信號帶寬的一半，以有效抑制鄰道和更遠(yuǎn)端的信道干擾。

由于該濾波器工作在低頻，因此可以用有源模擬濾波器實現(xiàn)，注意上下兩個分支幅度響應(yīng)匹配。有源模擬濾波器相對于超外差接收中的無源中頻濾波器輸入動態(tài)范圍有限，并且阻帶衰減有限。

零中頻接收機結(jié)構(gòu)雖然減小鏡像信號抑制問題，但同時帶來了其他問題。這些問題主要是由于輸入信號的放大組要集中在基帶。這些問題包括：1、接收機的偶次非線性失真；2、本振泄露和直流偏置；3、直流偏置；4、Flicker噪聲。

低中頻接收機

低中頻接收機嘗試解決零中頻接收機的直流偏置及flicker噪聲問題，但同時保持零中頻接收機的高集成性。很多無線標(biāo)準(zhǔn)要求鄰道干擾的抑制度相對于其他信道的干擾要相對較弱。低中頻接收機充分利用這樣的規(guī)定，選擇合適的中頻頻率將鄰道信號作為其鏡像信號。

圖3 低中頻接收機結(jié)構(gòu)

信號經(jīng)過第一級混頻，輸出低中頻信號。I，Q兩路信號經(jīng)過低通濾波器(抗混疊濾波器)，然后抽樣。正如前面提到的，由于I，Q兩路幅度和相位不匹配，很難獲得超過40dB的鏡像抑制比。如果不進(jìn)行較正，通過能過獲得25dB到35dB的鏡像抑制比。如圖所示，AD后面有兩個放大器和加法電路組成的校正支路，通過這個支路可以顯著提高鏡像抑制比。