ADI:发射本振走漏—零中频架构中令人烦恼的问题

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简介

零中频架构有一些重要优势，但也有一些应战需求战胜。发射本振走漏（以下简称为发射LOL）就是其间之一。未校对的发射LOL会在所需发射范围内发作无用发射，形成潜在的违背体系标准的危险。本文论说发射LOL的问题，并介绍在ADI的RadioVerse™ 收发器系列（包括AD9371；有关概况，请拜见 ADI RadioVerse网站）中完结的可消除此问题的技能。假如能够将发射LOL降低到足够低的水平，使其不再导致体系或功能问题，或许人们就能够不用为LOL问题而烦恼！

什么是LOL？

RF混频器有两个输入端口和一个输出端口，如图1所示。抱负混频器将发作一个输出，它是两个输入的乘积。就频率而言，该输出的频率应当是F_IN + F_LO以及F_IN – F_LO，不含其它项。假如任一输入不在驱动状态下，则不会有输出。

在图1中，F_IN被设置为基带频率为1 MHz的F_BB，F_LO被设置为本振频率为500 MHz的F_LO。假如是抱负混频器，它将发作一个输出，其间包括两个信号音，频率别离为499 MHz和501 MHz。可是，如图2所示，在F_BB和F_LO，实在混频器还将发作一些能量。F_BB处发作的能量能够忽略不计，由于它远离所需的输出，而且将被混频器输出之后的RF组件滤除。不管F_BB处发作的能量怎么，F_LO下发作的能量都可能是一个问题。它十分挨近或在所需的输出信号内，而且很难或无法通过滤波去除，由于滤波也会滤除所需的信号。LO应该用小一号或两号的字体下发作的这种无用能量被称为LOL。可驱动混频器的本振 (LO) 现已走漏到混频器的输出端口。LO还有其他途径能够走漏到体系输出端，例如通过电源或跨过硅自身。不管本振怎么走漏，其走漏都可被称为LOL。

在只发射一个边带的实信号中频架构中，能够通过RF滤波处理LOL问题。相比之下，在发射两个边带的零中频架构中，LOL坐落所需输出的中心，并形成了难度更高的应战（见图3）。传统滤波不再是一种挑选，由于任何去除LOL的滤波也会去除部分所需发射信号。因而，有必要运用其他技能来消除LOL。不然，它终究在整个所需发射范围内可能会成为无用发射。

消除LO走漏（也称为LOL校对）

生成起伏持平但相位与LOL相反的信号即可完结LOL消除，然后将其抵消，如图4所示。假定咱们知道LOL的切当起伏和相位，则能够对发射器输入施加直流失调来生成抵消信号。

抵消信号的生成

复数混频器架构适用于生成抵消信号。由于混频器中存在LO频率的正交信号（它们是复数混频器怎么作业的要害），¹因而答应生成任何相位和起伏的LO频率信号。

用于驱动复数混频器的正交信号能够描绘为Sin(LO)和Cos(LO) —这些是LO频率的正交信号，能够驱动两个混频器。为了生成抵消信号，这些正交信号以不同的权重相加。就数学而言，咱们能够发作一个输出，即I × Sin(LO) + Q × Cos(LO)。运用不同的带符号值替代I和Q，得到的和将是LO频率信号，而且能够具有任何所需的起伏和相位。示例如图5所示。

所需的发射信号将需求应用于发射器的输入。对发射数据施加直流偏置后，混频器的输出端将包括所需的发射信号以及所需的LOL抵消信号。特意生成的抵消信号将与无用的LOL组合抵消，仅留下所需的发射信号。

观测发射LOL

如图6所示，运用观测接收器来观测发射LOL。在该示例中，观测接收器运用与发射器相同的LO，因而LO频率的任何发射能量都将在观测接收器的输出端显现为直流。

图6所示的办法有其内涵缺点：运用相同的LO来发射和观测，发射LOL将在观测接收器的输出端显现为直流。由于电路中的元件不匹配，观测接收器自身将具有一定量的直流，因而观测接收器的总直流输出将是发射链路中存在的发射LOL与观测链路原生直流失调。有一些办法能够战胜这个问题，可是更好的办法是运用不同的LO频率进行观测，然后将观测途径中的原生直流从发射LOL观测成果中别离出来。这种状况如下面的图7所示。

由于运用了不同于发射LO的频率来观测，因而在观测接收器中，发射LO频率的能量不会以直流呈现。相反，它将显现为频率等于发射LO与观测LO之差的基带信号音。观测途径中的原生直流依然会以直流呈现，因而会将观测直流与发射LOL丈量成果彻底别离。为简略起见，图8运用单一混频器架构阐明晰这一概念。在该示例中，发射器的输入为零，因而其仅有输出是发射LOL。频移在观测接收器之后完结，将发射LOL观测到的能量移动到直流。

找出必要的校对值

将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，并将得出的成果与预期发射进行比较，找出所需的校对值。触及的传递函数如图9所示。

从发射器基带输入到观测接收器基带输出的传递函数由起伏缩放和相位旋转两部分组成。下文对此别离做了更具体的阐明。

图10标明假如从发射输出到观测接收器输入的回送途径中具有增益或衰减，或许假如发射器电路的增益与观测接收器电路的增益不同，则观测接收器陈述的发射信号的起伏可能不代表所发射信号的实践起伏。

现在来看相位旋转。重要的是要意识到信号不会从点A瞬间传输到点B。例如，信号以约光速的一半速度通过铜，这表明沿铜条传输的3 GHz信号的波长约为5厘米。这意味着假如运用间隔几厘米的多个示波器探头勘探铜条，则示波器将显现互相不同相位的多个信号。图11对这一原理进行了阐明，图中所示为沿铜条离隔的三个示波器探头。每个点看到的信号频率为3 GHz，但三个信号之间存在相位差。

需求留意的是，沿铜带移动单个示波器探头将不会显现此效应，由于示波器将一直在0°相位触发。只要运用多个探头才干观测到间隔与相位之间的联系。

正如沿铜条呈现相位改变相同，从发射器输入到观测接收器输出将发作相位改变，如图12所示。LOL校对算法有必要知道发作了多少相位旋转，以便核算出正确的校对值。

确认从发射输入到观测接收器输出的传递函数

施加发射器输入信号并将其与观测接收器的输出进行比较即可得到图13所示的传递函数。但有些关键需求紧记。假如静态 (dc) 信号被施加到发射器输入，它将发作一个发射LO频率的输出，而且发射LOL将与其相结合。这将会阻碍正确得到传递函数。还应留意，发射输出端能够连接到天线，因而故意向发射器输入端施加信号可能是不被答应的。

为了处理这些应战，ADI收发器运用一种将低电平直流失调应用于发射信号的算法。周期性调整失调电平，观测接收器的输出会显现这些扰动。然后，该算法剖析比较观测值增量与输入值差值，如表1所示。在该示例中，没有发射用户信号，可是该办法在用户信号存在时依然适用。

履行两种状况的减法，从等式中消除稳定发射LOL，即可取得传递函数。能够扩大到两种景象以上，可对许多独立成果取平均值以进步准确性。

小结

LOL校对算法将能学习从发射输入到观测接收器输出的传递函数。然后将观测接收器的输出除以传递函数，得出发射器的输入。将预期发射的直流电平与观测到的发射直流电平进行比较，即可确认发射LOL。最终，该算法将核算消除发射LOL所必需的校对值，并将其作为直流偏置应用于所需的发射数据。

本文概述了ADI的RadioVerse收发器所用算法的一个方面。为了更广泛地了解零中频和算法的概念，请参阅有关复数RF混频器的文章。¹

参阅电路

^1. David Frizelle and Frank Kearney. “复数RF混频器、零中频架构及高档算法：下一代SDR收发器中的黑魔法”。（模仿对话，第51卷，2017年2月）