2.2 零中頻接收機(jī)的挑戰(zhàn)及解決方案

　　零中頻接收機(jī)到目前為止，還只用于手持設(shè)備上，在基站上還沒有應(yīng)用，原因是在零中頻架構(gòu)上，有很多無可避免的噪聲源沒有辦法得到抑制，本文將重點(diǎn)討論閃爍噪聲（1/f），直流偏置（DCoffset）;I/Q 不平衡；偶次諧波。

　　1. 閃爍噪聲（1/f）

　　閃爍噪聲是有源器件固有的噪聲，其大小隨頻率降低而增加，主要集中在低頻段，閃爍噪聲對(duì)搬移到零中頻的基帶信號(hào)產(chǎn)生干擾，降低信噪比，在通常的零中頻接收機(jī)中，增益都放在基帶，射頻部分（LNA 和解調(diào)器）的增益大概在 30dB 左右，所以下變頻信號(hào)大概會(huì)在幾十微伏，所以射頻輸入級(jí)（LNA，濾波器等等）的噪聲就變得非常重要。

　　為了更好理解閃爍噪聲，我們可以來分析一個(gè)獨(dú)立的 MOS 管，在輸入閃爍噪聲和純熱噪聲情況下的噪聲惡化情況，對(duì)一個(gè)典型的亞微粒 MOS 管，計(jì)算帶寬為 1MHz 情況下的閃爍噪聲：（3）
?

　　如果考慮閃爍噪聲的情況下，噪聲增加了 Pn1/Pn2=16.9dB， 而在超外差結(jié)構(gòu)中，閃爍噪聲將無關(guān)緊要，因?yàn)樾盘?hào)主要在中頻進(jìn)行放大。

　　減少閃爍噪聲的方法（3）：下變頻器后的鏈路工作在低頻，這樣可以選擇雙極性晶體管，從而能夠降低閃爍噪聲；另外采用高通濾波器和類直流校準(zhǔn)也能夠抑制低頻的噪聲。

　　2. 直流偏置（DC-offset）

　　由于零中頻接收機(jī)轉(zhuǎn)換帶寬信號(hào)到零中頻，大量的偏置電壓會(huì)惡化信號(hào)，更嚴(yán)重的是，直流偏置信號(hào)會(huì)使混頻后級(jí)飽和，如飽和中頻放大器，ADC 等。

　　為了理解直流偏置的起源和影響，我們可以參照?qǐng)D四的接收通道進(jìn)行說明。

　　如圖四（a）所示， 本振口，混頻器口，LNA 之間的隔離度不好，Lo（本振信號(hào)）可以直接通過 LNA和混頻器，我們叫做”本振泄露”， 這種現(xiàn)象是由于芯片內(nèi)部的電容及基底耦合的，耦合的 Lo 信號(hào)經(jīng)過 LNA 到達(dá)混頻器，和輸入的 Lo 信號(hào)混頻，叫做”自混頻”，這樣會(huì)在 C 點(diǎn)產(chǎn)生直流成分；近似的情況如（b），從 LNA 出來的信號(hào)耦合到混頻器的本振輸入口，從而產(chǎn)生了直流分量；

　　為了保證 ADC 能夠采樣出射頻端口微伏級(jí)的電壓，通常需要整個(gè)鏈路增益在 100dB 以上，其中25-30dB 的增益來自 LNA 和混頻器的貢獻(xiàn)。

　　基于如上分析，對(duì)于自混頻產(chǎn)生的直流偏置，我們可以做一個(gè)大概的估算，假設(shè)混頻器的 Lo 輸入信號(hào)為 0.63Vpp（等同于在 50ohm 系統(tǒng)中的 0dBm），通常情況下是-6dBm--+6dBm，假設(shè)隔離度為60dB，所以圖五（a），考慮到 30dB 的射頻增益，混頻器的輸出直流信號(hào)大概為 10mVpp，在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，在 LNA 輸入的有用信號(hào)可以低至 30uVrms， 為了能夠采樣有用信號(hào)，需要中頻放大70dB 左右，10mV 的直流電壓也會(huì)放大 70dB，會(huì)導(dǎo)致混頻器后的基帶放大器器件飽和，產(chǎn)生失真，即使基帶放大器是理想的放大器，也需要一個(gè)超高動(dòng)態(tài)范圍的 ADC 才能解決直流偏置問題，而這種動(dòng)態(tài)范圍的 ADC 在實(shí)際上是不可實(shí)現(xiàn)的。