RadioVerse收发器系列中实现的消除LOL的技术探讨

零中频架构有几个主要优点。但是，也有一些挑战需要克服。发射本振泄漏（称为发射LOL）就是这样一个挑战。未经校正的传输LOL将在所需的传输内产生不需要的发射，从而可能破坏系统规格。本文讨论发射LOL问题，并探讨ADI公司的RadioVerse收发器系列中实现的消除LOL的技术。如果传输LOL可以降低到足够低的水平，不再导致系统或性能问题，也许人们可以学会大声笑LOL！

什么是大声笑？

RF混频器有两个输入端口和一个输出端口，如图1所示。理想的混频器将产生两个输入的乘积输出。在频率方面，输出应为 F在+ F瞧和 F在– F瞧，仅此而已。如果任一输入未驱动，则没有输出。

图1.理想的混合器。

在图 1 中，F在设置为 FBB基带频率为 1 MHz 和 F瞧设置为 F瞧本地振荡器频率为 500 MHz。如果混频器是理想的，它将产生包含两个音调的输出：一个在499 MHz，一个在501 MHz。但是，如图2所示，实际混频器也会在F处产生一些能量。BB和 F瞧.F 处的能量BB可以忽略，因为它远离所需的输出，并且将被位于混频器输出之后的RF元件滤除。无论 F 处的能量如何BB，F处的能量瞧可能是一个问题。它非常接近或在所需输出信号内，并且很难或不可能通过滤波去除，因为滤波也会滤除所需信号。正是这种不需要的能量在F处瞧这被称为 LOL。驱动混频器的本振（LO）已泄漏到混频器的输出端口。LO还通过其他路径泄漏到系统输出，例如通过电源或穿过芯片本身。无论LO如何泄漏，都可以称为LOL。

图2.真实世界的混音器。

在仅传输一个边带的中频架构中，可以使用RF滤波来解析LOL。相比之下，在两个边带都要传输的零中频架构中，LOL位于所需输出的中间，提出了更困难的挑战（见图3）。传统滤波不再是一种选择，因为任何会删除LOL的滤波也会删除部分所需的传输。因此，必须使用其他技术来消除它。否则，它最终可能会成为整体所需传输中不需要的发射。

图3.F处的不需要的能量瞧以红色显示。这种不需要的能量在 F瞧被称为大声笑。

消除LO泄漏（也称为LOL校正）

LOL的消除是通过产生幅度相等但相位与LOL相反的信号来实现的，从而消除LOL，如图4所示。假设我们知道LOL的确切幅度和相位，可以通过对发射器的输入施加直流偏移来产生消除信号。

图4.LO泄漏和消除信号。

取消信号的生成

复杂的混频器架构非常适合产生消除信号。由于混频器中存在LO频率的正交信号（它们是复数混频器工作原理的核心），1它们允许在LO频率下生成具有任何相位和幅度的信号。

驱动复数混频器的正交信号可以描述为正弦（LO）和Cos（LO）——这些是LO频率处驱动两个混频器的正交信号。为了生成抵消信号，这些正交信号与不同的权重相加。用数学术语来说，我们可以产生一个输出，即 I × Sin（LO） + Q × Cos（LO）。通过应用不同的有符号值代替I和Q，得到的总和将处于LO频率，并且可以具有任何所需的幅度和相位。示例如图 5 所示。

图5.生成任何相位和任何幅度消除信号的示例。

所需的传输信号需要施加到发射器的输入端。通过对传输数据施加直流偏置，混频器的输出将同时包含所需的传输信号和所需的LOL消除信号。有意生成的取消信号将与不需要的 LOL 相结合，它们将取消，只留下所需的传输信号。

观察传输 LOL

使用观察接收器观察发射LOL，如图6所示。在本例中，观测接收器使用与发射器相同的LO，因此LO频率下的任何发射能量在观察接收器的输出端都将显示为直流。

图6.观察和校正Tx的基本概念瞧渗漏。

图6所示的方法有一个固有的弱点：通过使用相同的LO进行发射和观察，发送LOL将在观测接收器的输出中显示为直流。由于电路中的元件不匹配，观测接收器本身将具有一定量的直流，因此观察接收器的总直流输出将是发射LOL和观测接收器中存在的本地直流偏移的总和。有一些方法可以克服这个问题，但更好的方法是使用不同的LO频率进行观察，从而将观察路径中的本地直流与发射LOL观察结果分开。如下图 7 所示。

图7.使用不同的LO进行传输和观察。

由于使用发射LO以外的频率观测传输，因此发射LO频率处的能量不会出现在观测接收器中的直流处。相反，它将显示为基带音，其频率等于发射LO和观测LO之间的差值。观察路径中的直流原生仍将出现在直流，因此观测直流和传输LOL测量结果将完全分离。为简单起见，图8使用单混频器架构说明了这一概念。在本例中，发射器的输入为零，因此发射器的唯一输出是发送 LOL。频率转换是在观测接收器将发射LOL观测能量移动到直流之后完成的。

图8.将观察接收器直流与发射声粗分开。

查找必要的校正值

通过取观测接收器的输出，除以从发射输入到观测接收器输出的传递函数，然后将该结果与预期的传输进行比较，可以找到所需的校正值。所讨论的传递函数如图 9 所示。

图9.从发射器输入到观测接收器输出的传递函数。

从发射器基带输入到观测接收器基带输出的传递函数由两个部分组成：幅度缩放和相位旋转。以下各节将更详细地单独解释每种方法。

图10显示，如果从发射输出到观测接收器输入的环回路径在路径中具有增益或衰减，或者如果发送电路的增益与观察接收器电路的增益不同，则观测接收器报告的发射信号幅度可能不代表正在传输的发射信号的实际幅度。

图 10.由于环回路径中的衰减而导致的幅度缩放。

现在让我们考虑相位旋转。重要的是要认识到信号不会立即从A点传播到B点。例如，信号以大约一半的光速穿过铜，这意味着沿铜条传播的 3 GHz 信号的波长约为 5 厘米。这意味着，如果使用间隔几厘米的多个示波器探头探测铜条，示波器将显示多个彼此异相的信号。图11说明了这一原理，显示了沿铜条间隔开的三个示波器探头。在每个点看到的信号的频率为3 GHz，但三个信号之间存在相位差。

请注意，将单个示波器探头向下移动铜条不会显示出这种效果，因为示波器总是在0°相位时触发。只有使用多个探头，才能观察到距离和相位之间的关系。

图 11.距离和相位、5 cm 迹线、3 GHz 信号以及 0 cm、2 cm 和 4 cm 处的探测点的关系。

正如沿铜带存在相变一样，从发射器输入到观测接收器输出也会发生相变，如图12所示。LOL校正算法必须知道发生了多少相位旋转，以计算出正确的校正值。

图 12：环回路径中物理距离导致的相位旋转。

确定从发射输入到观测接收器输出的传递函数

图13所示的传递函数可以通过向发射器施加输入并将其与观测接收器的输出进行比较来学习。但是，需要牢记一些要点。如果将静态（直流）信号施加到发射器输入端，它将在发射LO频率处产生输出，并且发射LOL将与之结合。这将阻止正确学习传递函数。还应该注意的是，发射输出可能连接到天线，因此可能不允许故意将信号施加到发射器输入。

图 13.确定从发射器输入到观测接收器输出的传递函数。

为了克服这些挑战，ADI收发器使用一种算法，对发送信号施加低电平直流失调。偏移水平会定期调整，这些扰动将显示在观测接收器的输出中。然后，该算法分析输入值中的增量与观测值中的增量相比，如表 1 中所述。在此示例中，没有传输用户信号，但该方法在存在用户信号的情况下仍然成立。

 

	发射输入信号	发射输出端口	观察接收器输出
案例1	直流偏移 1	德克萨斯瞧1 + Tx 大声笑	（德克萨斯州瞧1 + Tx LOL） ×传递函数
案例2	直流偏移 2	德克萨斯瞧2 + 发射大声笑	（德克萨斯州瞧2 + Tx LOL） ×传递函数

 

通过对这两种情况进行减法，可以从方程中消除常量发送LOL，并且可以学习传递函数。个案数量可以扩展到两个以上，从而给出许多独立的结果，可以对结果进行平均以提高准确性。

总结

LOL校正算法将学习从发射输入到观测接收器输出的传递函数。然后，它将获取观察接收器的输出并将其除以传递函数，以将其参考到发射器的输入。通过将预期传输中的直流电平与观察到的传输中的直流电平进行比较，将确定发射LOL。最后，该算法将计算必要的校正值以消除发射LOL，并将其作为直流偏置应用于所需的传输数据。

审核编辑：郭婷