零中频架构真的简单吗?

描述

零中频架构的定义及概念

零中频(Direct Conversion或者Zero-IF)是一种射频系统架构。

在接收方向上,是将接收到的RF信号直接从射频频率混频到基带频率,省掉了中频转换的过程。

在发射方向上,是将要发射的基带信号直接上变频到射频频率,进行发射。

零中频接收机不需要中频转换,因此也称为零中频接收机。

零中频架构详述

下图所示,是一个零中频双工收发机的可能架构,不是唯一的。

架构

从上图,我们可以看到:

(1) 零中频收发机的RF部分,和超外差收发机的RF部分类似。

(2) 在FDD系统中,上行和下行的载波频率不同,所以架构中,收发机各用各的本振。

(3) 在接收机中,本振的频率为接收频率的2倍,输入至二分频器。该二分频器的两路输出,有90度相位差,分别作为I路和Q路下变频器的本振输入。

(4) 在发射机中,为了避免负载变化引起LO牵引问题,VCO的频率应该与发射机的工作频率不同。也可以和接收机本振设计类似,将频率设置为2倍的发射频率,然后再使用二分频器。但是这时,可能会有潜在的VCO反向调制问题,比如说PA输出的二次谐波(带调制),会泄露到VCO(正好工作在谐波频率),然后对VCO产生调制。所以更好的办法,可能是选择下面的架构。

架构

(5) 对于零中频接收机,没有镜像问题,因为它没有镜像频率。

(6) 零中频接收机中,大约75%的整机增益都被分配在模拟基带模块(接收机工作在高增益模式下时),所以接收机的AGC主要在这个模块进行。为了同步两个通道中的增益控制,通常使用精确的数字步进控制,而不是在超外差接收机中经常用的连续增益控制。

(7) 零中频发射机的增益分布,与零中频接收机的增益分布相反。其90%的增益控制是在RF模块,BB模块提供很低的增益,有时候甚至是负电压增益。

零中频与超外差结构的比较

零中频接收机与超外差接收机的一些比较:

(1) 零中频接收机没有中频,所以没有镜像干扰的问题,而且可以省掉超外差接收机需要用到的中频滤波器(高抑制度的中频滤波器通常很贵),这样整机的大小和尺寸,都可以降低。

(2) 零中频接收机的通道滤波器,是在模拟基带处,用有源低通滤波器来实现,有源低通滤波器的带宽可以设计成数字可调,这样就很容易设计出在多个模式下工作的零中频接收机。而且如果这些模式,都是运行在同一频段,那么该接收机还可以共用RF前端。而超外差接收机想实现多带宽的话,一种方式是使用多个不同带宽的中频滤波器并联;不过也可以借鉴有源低通滤波器的设计,先模拟部分用一个宽的中频滤波器,然后用基带滤波器去控制具体的带宽。

(3)零中频接收机因为没有中频,所以也不需要做频率规划,而这个在超外差架构中是一项必要的任务。

(4) 零中频接收机虽然看上去比超外差接收机要简单,但是它的实现确要比超外差接收机难,因为在零中频接收机中有很多技术挑战。现在集成芯片中,一般都是采用零中频架构;而在板级中,要么使用超外差架构,要么使用零中频架构的集成芯片。

零中频发射机与超外差发射机的一些比较:

(1) 零中频发射机虽然没有中频,但是也没有像零中频接收机一样省掉一个中频滤波器,因为大部分的时候,在超外差发射机中,也不使用中频滤波器。

(2) 零中频发射机,相对于超外差发射机而言,包含更少的混频分量。

随着芯片技术的发展,使得零中频架构的实现称为可能,从而也挤压了板级射频设计的空间。

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