清华大学微电子学研究所Mar.02,2011射频前端系统结构池保勇清华大学微电子学研究所设计室参考书：池保勇等编，《CMOS射频集成电路分析与设计》，§7提要接收机射频前端的系统结构超外差式接收机镜像抑制接收机零中频接收机低中频接收机其它接收机结构发射机射频前端的系统结构超外差式接收机超外差式接收机是应用最广泛的一种系统结构，它的基本原理是将从天线接收到的高频信号经放大和下变频后转换为一固定的中频信号，然后进行进一步下变频或者直接进行解调复信号概念复信号由两个实信号组成，这两个实信号可能是相关的，也可能不相关xt()xir()tjxt()对于模拟电路中常用的正弦型信号前者在频域表示了一个正频率成分，而后者则表示了一个负频率成分。而我们常见的正弦型信号，则既含有正频率成分，也含有负频率成分超外差式接收机的频域转换图超外差式接收机存在的主要问题镜像抑制问题镜像信号与本地振荡信号混频后所产生的信号经中频滤波后，也位于中频频率fIF处。该信号叠加在有用中频信号上，直接对有用中频信号造成干扰，并且不可被清除镜像信号的能量大小是不可预知的，在比较差的接收环境中，镜像信号的能量可能比有用信号的能量高几十分贝下变频前抑制镜像信号镜像抑制滤波器带通滤波器，通带中心频率与有用信号频率相同，而镜像频率位于阻带范围内，阻带衰减率就是对镜像信号的抑制率在恶劣接收环境中镜像信号的抑制率要达到60-70dB高的品质因子（50甚至更高）、很高的阶数（甚至到6阶），而且其中心频率还应是可调的难以集成超外差式接收机存在的主要问题中频频率选择：为了减轻对镜像抑制滤波器的要求，可以将固定中频频率提高，以加大镜像信号与有用信号之间的频率间隔，减缓对滤波器抑制率的要求中频频率提高后，后续处理模块（如模数变换器）的工作频率就提高了，后续模块的设计将变得比较困难可以通过增加一级或者多级下变频器将信号的频率进一步降低（多级超外差式接收机），但这会增加电路规模和片外元件数目，提高系统成本超外差式接收机存在的主要问题相邻信道干扰问题中频信道选择滤波器信道之间的频率间隔小滤波器的转换带窄高的品质因子（50）大的阶数（8或者10）难以集成超外差式接收机存在的主要问题缺点综述：需要多个外接的高性能滤波器采用外接滤波器，不仅降低了集成度，提高了产品成本，而且由于采用外接元件，使整个系统的稳定性大大降低驱动这些外部低阻抗的元件需要消耗很大的功耗，工作频率越高，功耗越大外接元件和集成芯片之间的隔离也是一个大的问题超外差式接收机存在的主要问题半中频问题：HalfIF产品实例提供I、Q输出的超外差接收机第二级变频器采用正交下变频结构基带处理电路可以采用复杂的调制、解调方案提要接收机射频前端的系统结构超外差式接收机镜像抑制接收机零中频接收机低中频接收机其它接收机结构发射机射频前端的系统结构镜像抑制接收机镜像抑制接收机：Weaver结构正交Weaver接收机镜像抑制接收机的镜像抑制率两个支路的幅度不匹配与相位不匹配I、Q支路不匹配校准提要接收机射频前端的系统结构超外差式接收机镜像抑制接收机零中频接收机低中频接收机其它接收机结构发射机射频前端的系统结构零中频接收机有用信号被直接下变频到基带镜像信号是有用信号本身，可以减轻对镜像信号的要求没有完全消除镜像信号问题：上下边带重叠正交下变频零中频接收机的系统结构频域转换示意图理想情况下，零中频接收机没有镜像抑制问题，不需要难以集成电路的滤波器下变频后工作频率很低，简化了后面电路模块集成度高、功耗低灵活性（可配置射频前端）射频带通滤波器滤除带外高频信号存在的问题：I、Q支路不匹配相位和幅度不匹配，镜像抑制性能下降镜像信号是有用信号本身，镜像抑制率：>25dB不匹配随时间的变化很缓慢：采用数字电路或模拟电路对I、Q支路进行校准存在的问题：直流失调下变频器及后面各模块引入的直流失调成分将直接叠加在有用信号上，对有用信号造成干扰这些直流失调成分的能量可能比有用信号强很多，会淹没有用信号，并使得后面的各级处理模块出现饱和直流失调是阻碍零中频接收机广泛应用的一个主要因素存在的问题：直流失调（续）原因之一：本地振荡信号泄漏本振信号通路与射频信号通路之间可以通过寄生电容或者衬底等方式耦合