涨姿势,三种接收机的架构新盘点

关于接收机结构我们从最传统的超外差结构开始介绍。超外差结构能提供非常好的性能,但这种结构需要大量分离元件,像滤波器等。这种结构无法单芯片集成实现,因此出现了零中频,低中频接收机结构。

超外差接收机

超外差接收机自从1917首次出现以来一直作为接收机设计的主要结构。直到2000,出现了零中频接收机,这种接收机结构适合完全集成实现。

一级混频的超外差结构

上图所示为单级混频的超外差结构,混频器利用本振信号将RF信号下变频到IF频率。超外差结构由以下模块组成:输入带通滤波器,低噪声放大器,镜像抑制滤波器,混频器,中频滤波器,AD。

输入带通滤波器通常用于抑制带外干扰信号,防止带外强干扰信号阻塞低噪声放大器。通常输入带通滤波器带宽比较宽,由多个信道组成。镜像滤波器用于抑制镜像频率,关于镜像滤波器我们下面会做详细介绍。混频之后的IF带通滤波器决定了接收机的通道选择性,用于抑制邻道信号功率,同时IF带通滤波器也通常作为AD前端的抗混叠滤波器。

 

  • 这是版主前期分享的一个方案中超外差架构经典雷达信号链,大家感受下。改雷达信号链采用超外差架构并具有双混频级的经典雷达信号链,从而首先减少IF数据,然后减少基带数据。

零中频接收机

超外差接收机需要解决的主要问题就是镜像频率抑制问题。而零中频接收机通过将信号直接转换到基带(0Hz),从而克服了镜像抑制问题。其结构如下:

零中频接收机结构

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。

如上图所示,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

 

  • 零中频发射和接收的一个典型示例是 AD9371。具有极高的功能集成度,集成了双发射、双接收以及多种额外的功能,包括观察和嗅探接收器、集成式AGC、直流失调校正(LO泄漏控制)、QEC等。该产品具有较宽的射频覆盖范围,从300 MHz至6 GHz。每个发射器均可覆盖20 MHz至100 MHz的合成带宽,而每个接收器则能覆盖5 MHz至100 MHz的带宽。

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低中频接收机

低中频接收机尝试解决零中频接收机的直流偏置及flicker噪声问题,但同时保持零中频接收机的高集成性。很多无线标准要求邻道干扰的抑制度相对于其他信道的干扰要相对较弱。低中频接收机充分利用这样的规定,选择合适的中频频率将邻道信号作为其镜像信号。

低中频接收机结构

信号经过第一级混频,输出低中频信号。I,Q两路信号经过低通滤波器(抗混叠滤波器),然后抽样。正如前面提到的,由于I,Q两路幅度和相位不匹配,很难获得超过40dB的镜像抑制比。如果不进行较正,通过能过获得25dB到35dB的镜像抑制比。如图所示,AD后面有两个放大器和加法电路组成的校正支路,通过这个支路可以显著提高镜像抑制比。

 

  • ADF7020-1 是一款低功耗低中频收发器ADF7020-1采用外部VCO电感,可将工作频率设置为135MHz和650MHz之间的任意值。VCO典型范围约为工作频率的10%。ADF7020-1只需少量外部分立器件便可构建一个完整的收发器,因此非常适用于价格敏感和区域敏感的应用。

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  • ADF7021是一款低功耗、高度集成的2FSK/3FSK/4FSK收发器。采用低中频架构(100 kHz),不仅功耗最低、外部元件数最少,而且可避免低频时的干扰问题。中频滤波器具有12.5 kHz、18.75 kHz和25 kHz的可编程带宽。

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