零中频接收机
零中频接收机课件
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3.1直流偏移
1.频率调整
由于本振信号泄露是产生直流偏移的主要原因， 因此可以改变本振信号的频率。该方法通过其它 频率的本振信号通过倍频、分频、和频信号来形 成与所需要的信号的同频信号用于混频。
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3.1直流偏移
2.电容耦合
电容耦合框图
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3.1直流偏移
2.电容耦合 电容耦合是指通过电容或高通滤波器
滤除直流成分。其框图如图所示。但是这 种方法会带来一个新的问题。很多调制方 式集中在低频附近，而且某些调制方式有 直流成分，采用这种方法会造成信号失真， 所以这种方法并不常用。
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3.1直流偏移
3.直流校准
直流校准框图
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2020/7/22
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在超外差接收机中，我们主要考虑了奇 数阶的失真。对于零中频接收机来说，我 们还要考虑偶数阶失真。如图所示的两个 干扰信号，由于器件的非线性，会产生两 个频率的差频。对于理想的混频器，这个 信号会被搬移到较高的频率，而实际中， 混频器都有一定的馈通，从而使信号受到 干扰。
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3.4 1/f噪声
1/f噪声通常是频率低于200Hz时的主要 噪声源，对于零中频接收机来说影响比较 大。
4.伺服控制电路 伺服控制一路与直流校准方法类似，只
是使用积分器代替了原来的采样/保持电路。 这个积分器可以跟踪直流失调的方向。即 输出为正，则输出值增加，反之亦然，积 分器的输出通过DAC，使其输出增加到能够 与直流失调相抵消。
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3.2 I/Q失配
对于相位和频率调制技术，零差接收机 必须采用正交混频，因此需要两路正交的 信号。我们现在来看I/Q两路不平衡对系统 产生的影响。
零中频接收机设计
零中频接收机设计2013年09月24日13:09eechina分享关键词：零中频,接收机作者在：冷爱国，TI公司China Telecom system摘要相较传统的超外差接收机，零中频接收机具有体积小，功耗和成本低，以及易于集成化的特点，正受到越来越广泛关注，本文结合德州仪器（TI）的零中频接收方案（TRF3711），详细分析介绍了零中频接收机的技术挑战以及解决方案。
概述零中频接收机在几十年前被提出来，工程中经历多次的应用实践，但是多以失败告终，近年来，随着通信系统要求成本更低，功耗更低，面积更小，集成度更高，带宽更大，零中方案能够很好的解决如上问题而被再次提起。
本文将详细介绍零中频接收机的问题以及设计解决方案，结合TI的零中频方案TRF3711测试结果证明，零中频方案在宽带系统的基站中是可以实现的。
1、超外差接收机1.1超外差接收机问题为了更好理解零中频接收的优势，本节将简单总结超外差接收机的一些设计困难和缺点。
图一是简单超外差接收机的架构，RF信号经过LNA(低噪声放大器)进入混频器，和本振信号混频产生中频信号输出，镜像抑制滤波器滤出混频的镜像信号，中频滤波器滤除带外干扰信号，起到信道选择的作用，图中标示了频谱的搬移过程及每一部分的功能。
在超外差接收机种最重要的问题是怎样在镜像抑制滤波器和信号选择滤波器的设计上得到平衡，如图一所示，对滤波器而言，当其品质因子和插损确定，中频越高，其对镜像信号的抑制就越好，而对干扰信号的抑制就比较差，相反，如果中频越低，其对镜像信号的抑制就变差，而对干扰信号的抑制就非常理想，由于这个原因，超外差接收机对镜像滤波器和信道滤波器的选择传输函数有非常高的要求，通常会选用声表滤波器(SAW)，或者是采用高阶LC滤波器，这些都不利于系统的集成化，同时成本也非常高。
在超外差接收机中，由于镜像抑制滤波器是外置的，LNA必须驱动50R负载,这样还会导致面积和放大器噪声，增益，线性度，功耗的平衡性问题。
零中频接收机的优与劣
零中频接收机的优与劣零中频接收机，是直接将射频变频到基带，即中频为0.零中频接收机，有许多诱人的优点。
比如，它中频为0，因此不需要昂贵的SAW滤波器或者晶体滤波器，取而代替的，可以是简单的低通滤波器，便宜。
并且，零中频接收机不需要进行频率规划，这可是超外差接收机设计过程中相当复杂的一项任务。
另外，零中频接收机没有镜像频率。
但是，事物都有两面性，零中频接收机有他的优点，当然也有他的缺点，只有解决了这些缺点，才能把零中频接收机切切实实的用起来。
零中频接收机有以下几种主要的缺点。
缺点1：DC offsets(直流偏移)直流偏移，是指因为各种原因，会有杂散或噪声落在DC频率处。
因为零中频接收机的中频是零中频，在DC频率处有噪声，直接就影响了SNR，所以零中频架构对直流偏移非常敏感。
那DC offsets是怎么产生的呢？•工艺问题在集成电路中，由于工艺的不完美，会导致基带电路中本身就存在直流偏移。
比如说实际运放的失调电压。
•自混频混频器RF端口和LO端口间的隔离度是有限的，所以，本振信号会有一部分漏到射频端口，然后再被反射回来，和本振混频，进而产生直流偏移。
还有其他的一些原因，有同样的信号，同时泄露到混频器的RF和LO端，进而混频至DC频率，从而产生直流偏移。
所以，想要减小自混频产生的直流偏移，则需要尽量提高混频器端口之间的隔离度，同时也要提高其他路径的隔离度。
直流偏移需要去除或者抵消，不然接收机就没法工作。
假设基带电路中的增益为70~80dB，那么很小很小的直流偏移，比如200uV，就会使得基带放大器饱和。
在基带电路中，使用AC耦合或者高通滤波，是去除时变直流偏移的有效手段之一。
一般来说，为了保证不恶化调制信号的SNR，高通滤波器的3dB截止频率应该低于符号率的0.1%。
也可以用一些手段来抵消直流偏移，比如说，对于时不变直流偏移，可以预先测量，储存起来，在系统工作时，存储的直流偏移值，通过DAC输入到模拟基带电路中的减法器，以补偿固有直流偏移。
差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点
差频接收机、零中频接收机和低中频接收机的特点现代通信系统中，无线电通信经常采用超外差接收机。
超外差接收机又分为差频接收机、零中频接收机和低中频接收机。
这些接收机都具有各自特点和适用范围。
本篇文章将介绍这三种常见的接收机的特点和优劣。
差频接收机差频接收机又叫中频放大器接收机，它是将收到的信号变换到固定的中频附近进行放大、滤波和检波的一种接收机。
差频接收机广泛应用于广播、电视、短波和卫星通信等各个领域。
差频接收机的特点如下：特点1.差频接收机主要采用变频器将高频信号变频到中频，中频通常在几百千赫范围内，然后再经过放大、检波、滤波等处理，使得中频附近的信号能够被更好地处理并转换成基带信号。
2.差频接收机对中频的抑制能力强，因此可以减少本地环境中中频信号的干扰，提高接收的信噪比。
3.差频接收机采用中频变换的方式，使得信号的处理更加方便，可以采用先进的数字信号处理技术。
4.差频接收机的灵敏度高，一般可以接收到较低功率的信号。
缺点1.差频接收机对频率的稳定性要求高，要保证中频与声频的稳定性，需要采用较好的频率稳定度的元器件。
2.差频接收机需要设计多级放大器，不利于解决干扰和放大器之间的交叉调制等问题。
3.差频接收机的欠采样带宽存在，使采样频率必须要大于两倍的中频。
零中频接收机零中频接收机也叫直接变频接收机，它的特点是直接把接收到的信号变换成基带信号进行处理，而不像差频接收机一样进行中频变换。
零中频接收机广泛应用于卫星通信、雷达、导航等领域。
零中频接收机的特点如下：特点1.零中频接收机的本地振荡器可以直接调制信号的频率，所以可以避免中频变换及其稳定性和干扰等问题。
2.由于无中频频率的限制，零中频接收机可以节省中频滤波器和放大器部分的复杂度和量。
3.零中频接收机可以直接处理宽带信号，使其更适用于大数据传输和快速采样。
4.零中频接收机的频率选择性较IV阶，利于滤波器设计，抗混频干扰能力较强。
缺点1.零中频接收机需要解决镜像干扰、频率合成相位以及漂移等问题。
CDMA零中频接收机之剖析与探讨
CDMA零中频接收机之剖析与探讨CDMA（Code Division Multiple Access）是一种无线通信技术，常用于手机通信系统中。
在CDMA系统中，零中频接收机是其中一种重要的组成部分。
零中频接收机是将接收的射频信号转换为零中频信号处理的设备。
在本文中，我们将对CDMA零中频接收机的原理进行分析和讨论。
CDMA零中频接收机的工作原理是基于扩频技术。
在CDMA系统中，不同用户的信号通过不同的扩频码进行扩频处理，以实现用户之间的分离。
在接收端，零中频接收机首先进行射频信号的放大和滤波处理，以增强信号的强度和减小噪声的影响。
然后，接收机通过扩频码和本地扩频码进行相关处理，将信号从射频频率转换到中频频率。
零中频接收机的核心部件是相关器。
相关器通过将接收信号与本地扩频码进行相关运算，提取出感兴趣的用户信号。
这个过程中，相关器会将其他用户的信号抑制掉，实现用户信号的分离。
相关器的伪噪声功率和动态范围是衡量零中频接收机性能的重要指标。
较高的伪噪声功率可以减小噪声的影响，提高接收机的灵敏度；而较大的动态范围可以容纳更多用户的信号，提高系统的容量。
除了相关器，零中频接收机还包括其他一些组成部分，如频率转换器、滤波器、放大器等。
频率转换器可以将接收信号的频率转换到中频频率范围内，方便后续处理。
滤波器可以选择出特定的信号频带，减小干扰信号的影响。
放大器可以增强信号的强度，提高接收机的灵敏度。
在CDMA系统中，零中频接收机的性能对系统的性能有着重要的影响。
良好的接收机设计可以提高系统的容量和覆盖范围。
因此，研究和优化零中频接收机的性能是CDMA系统设计中的重要任务之一总之，CDMA零中频接收机是CDMA系统中的重要组成部分，主要负责将接收信号转换到中频频率范围内，并通过相关器进行信号的分离。
零中频接收机的性能直接影响着系统的容量和覆盖范围。
在未来的研究中，我们可以进一步探讨零中频接收机的优化方法和技术，以提高系统的性能和可靠性。
零中频架构在接收机中的应用分析
零中频架构在接收机中的应用分析1. 引言1.1 零中频架构概述零中频架构是一种在接收机中广泛使用的技术，它可以将高频信号转换为零中频信号，从而方便后续的信号处理。
在传统的超外差接收机中，高频信号需要通过多级混频器和滤波器才能转换到中频进行处理，而零中频架构则能直接将高频信号转换到零中频进行处理，减少了电路复杂度和功耗。
零中频架构还可以有效抑制高频混频器的非线性失真和相位噪声，提高了接收机的性能和灵敏度。
零中频架构在现代通信系统中扮演着重要的角色，被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
它不仅可以提高接收机的性能，还能降低系统成本和功耗，是一种具有广阔发展前景的技术。
零中频架构的出现极大地推动了接收机技术的进步，为通信行业带来了新的机遇和挑战。
1.2 零中频架构在接收机中的重要性零中频架构在接收机中的重要性体现在其在数字通信领域中的关键作用。
零中频架构可以实现信号的处理和调制解调过程，使得信号能够在各个频段之间进行转换和传递。
通过零中频架构，可以有效提高信号的接收质量和传输效率，从而提升通信系统的整体性能。
在现代通信系统中，零中频架构被广泛应用于各种数字通信设备中，如手机、卫星通信、无线电等。
其稳定可靠的工作原理和高效的信号处理能力，使得接收机能够快速、准确地接收、解码和处理各种信号，保证通信数据的完整性和可靠性。
零中频架构在接收机性能中的重要性还体现在其对信号处理的灵活性和扩展性。
通过零中频架构的应用，可以根据不同的通信标准和要求，灵活调整接收机的参数和频率范围，实现多种信号的同时接收和处理。
这种灵活性不仅提高了接收机的适用性和性能，还为通信系统的升级和扩展提供了更多可能性。
零中频架构在接收机中的重要性不可忽视。
它不仅影响着接收机的性能和稳定性，还直接影响着整个通信系统的运行效率和可靠性。
随着通信技术的不断发展和应用范围的扩大，零中频架构在接收机中的地位和作用将会越发突出，对通信行业的发展将起到举足轻重的作用。
《零中频接收机》课件
零中频接收机是一种创新的接收机技术，具有广泛的应用前景。本课件将介 绍零中频接收机的概念、工作原理、优点、应用以及未来发展趋势。
什么是零中频接收机
零中频接收机是一种新型的接收机技术，相对于传统中频接收机具有很多优点。让我们来了解一下这种创新的 技术。
零中频接收机的工作原理
2 雷达系统
3 空间探测器
利用零中频接收机的技术， 在雷达系统中可以实现更 精确的目标探测和跟踪， 提高系统的性能。
对于空间探测器，零中频 接收机能够提供更高灵敏 度的信号接收，帮助科学 家更好地探索宙。
零中频接收机的发展趋势
1
高速数字信号处理技术的发展
随着高速数字信号处理技术的发展，零中频接收机的性能将不断提升，进一步拓 宽其应用范围。
2
高精度时钟技术的发展
高精度时钟技术的发展将使得零中频接收机的频率测量更加精确，提高系统的稳 定性和性能。
3
高速数字转换技术的发展
高速数字转换技术的发展将进一步提高零中频接收机的信号采样速率和分辨率， 满足更高要求的应用场景。
结论
零中频接收机是一种新型的接收机技术，广泛应用于通信、雷达和空间探测器等领域。随着相关技术的发展， 这种创新的接收机技术将有着广阔的应用前景。
了解零中频接收机的工作原理，需要了解它的组成部分和零中频技术的原理。 让我们深入探讨一下这个技术的内部机制。
零中频接收机的优点
降低噪声系数
通过零中频技术，零中频接收机可以降低混频 器的噪声系数，提高接收信号的质量。
节约成本和空间
由于零中频接收机的设计，可以减少多个滤波 器的成本和占用的空间，提高系统的效率。
减少失真和干扰
相比于传统中频接收机，零中频接收机能够减 少信号失真和干扰，提供更清晰、更可靠的信 号。
零中频接收机设计
零中频接收机设计冷爱国--- China Telecom system摘要相较传统的超外差接收机，零中频接收机具有体积小，功耗和成本低，以及易于集成化的特点，正受到越来越广泛关注，本文结合德州仪器（TI）的零中频接收方案（TRF3711），详细分析介绍了零中频接收机的技术挑战以及解决方案。
概述零中频接收机在几十年前被提出来，工程中经历多次的应用实践，但是多以失败告终，近年来，随着通信系统要求成本更低，功耗更低，面积更小，集成度更高，带宽更大，零中方案能够很好的解决如上问题而被再次提起。
本文将详细介绍零中频接收机的问题以及设计解决方案，结合TI 的零中频方案 TRF3711测试结果证明，零中频方案在宽带系统的基站中是可以实现的。
1、超外差接收机1.1 超外差接收机问题为了更好理解零中频接收的优势，本节将简单总结超外差接收机的一些设计困难和缺点。
图一是简单超外差接收机的架构，RF 信号经过LNA(低噪声放大器)进入混频器，和本振信号混频产生中频信号输出，镜像抑制滤波器滤出混频的镜像信号，中频滤波器滤除带外干扰信号，起到信道选择的作用，图中标示了频谱的搬移过程及每一部分的功能。
在超外差接收机种最重要的问题是怎样在镜像抑制滤波器和信号选择滤波器的设计上得到平衡，如图一所示，对滤波器而言，当其品质因子和插损确定，中频越高，其对镜像信号的抑制就越好，而对干扰信号的抑制就比较差，相反，如果中频越低，其对镜像信号的抑制就变差，而对干扰信号的抑制就非常理想，由于这个原因，超外差接收机对镜像滤波器和信道滤波器的选择传输函数有非常高的要求，通常会选用声表滤波器(SAW)，或者是采用高阶 LC 滤波器，这些都不利于系统的集成化，同时成本也非常高。
在超外差接收机中，由于镜像抑制滤波器是外置的，LNA 必须驱动 50R 负载,这样还会导致面积和放大器噪声，增益，线性度，功耗的平衡性问题。
镜像滤波器和选择滤波器的平衡设计也可采用镜像抑制架构，如图二所示的 Hartley（1）和 Weaver（2）拓扑架构，在 A 点和 B 点的输出是相同极性的有用信号和极性相反的镜像信号，这样通过后面的加法器，镜像信号就可以被抵消掉，从而达到简化镜像滤波器的设计，但是这种架构由于相位和幅度不平衡，其镜像信号没有办法完全抑制，如证明(6),镜像抑制比 IIR。
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参考文献
1.
2.
向新. 软件无线电原理与技术[M]. 向新. 软件无线电原理与技术[M]. 西安： 西安电子科技大学出版社, 西安电子科技大学出版社, 2008. 余志平，周润德. 射频微电子[M]. 余志平，周润德. 射频微电子[M]. 北京： 清华大学出版社, 清华大学出版社, 2006
假设本振信号的I路和Q 假设本振信号的I路和Q路相位是
其中
和
分别为幅度和相位误差。
3.2 I/Q失配 I/Q失配
低通滤波后的结果为
相位不平衡使每一个信道上都 叠加了其它信道的一部分数据。
3.3 偶数阶失真
偶数阶失真示意
3.3 偶数阶失真
在超外差接收机中，我们主要考虑了奇 数阶的失真。对于零中频接收机来说，我 们还要考虑偶数阶失真。如图所示的两个 干扰信号，由于器件的非线性，会产生两 个频率的差频。对于理想的混频器，这个 信号会被搬移到较高的频率，而实际中， 混频器都有一定的馈通，从而使信号受到 干扰。
3.4 1/f噪声 1/f噪声
1/f噪声通常是频率低于200Hz时的主要 1/f噪声通常是频率低于200Hz时的主要 噪声源，对于零中频接收机来说影响比较 大。 闪烁噪声的影响可以通过几种组合技术 来减小。因为混频器后的各级工作在相对 低的频率上，所以它们可以用很大尺寸的 器件来最大程度的减小闪烁噪声的幅度。 而且周期性的消除偏移，例如在TDMA脉冲 而且周期性的消除偏移，例如在TDMA脉冲 串之间消除偏移也可以降低噪声分量。
3.2 I/Q失配 I/Q失配
对于相位和频率调制技术，零差接收机 必须采用正交混频，因此需要两路正交的 信号。我们现在来看I/Q两路不平衡对系统 信号。我们现在来看I/Q两路不平衡对系统 产生的影响。 假设接收到的信号为 其中a 其中a和b等于1或者-1。 等于1或者-
3.2 I/Q失配 I/Q失配
3.1直流偏移 3.1直流偏移
直流偏移对系统的影响
直流信号可以使级电路饱和，从而淹没有用信 号。
直流偏移的消除
如果直流偏移是稳定的，则消除并不困难。但 由于环境是时变的，以及从本振泄露的信号也是 时变，因此直流偏移也是时变的。消除时变的直 流失调信号，较为困难。直流失调的补偿方法有 以下几种。
3.1直流偏移 3.1直流偏移
2.零中频接收机简介 2.零中频接收机简介
正交下பைடு நூலகம்频的零中频接收机
2.零中频接收机简介 2.零中频接收机简介
零中频接收机的优点 1.镜像问题被克服了，因此不需要镜像 1.镜像问题被克服了，因此不需要镜像 滤波器。 2.低通滤波器的信号都易于单片实现， 2.低通滤波器的信号都易于单片实现， 降低了系统复杂度。
零中频接收机
目录
1.超外差接收机回顾 1.超外差接收机回顾 2.零中频接收机简介 2.零中频接收机简介 3.零中频接收机中存在的问题 3.零中频接收机中存在的问题
1.超外差接收机 1.超外差接收机
超外差接收机的结构框图
2.零中频接收机简介 2.零中频接收机简介
简单零中频接收机
对上边带和下边带 相同的信号可以正 常接收。而对于上 边带和下边带不相 同的信号，例如频 率调制和相位调制 信号，这种接收则 会使频率的正负部 分相互重叠，使两 个连带的信号无法 区分。
1.频率调整 1.频率调整
由于本振信号泄露是产生直流偏移的主要原因， 因此可以改变本振信号的频率。该方法通过其它 频率的本振信号通过倍频、分频、和频信号来形 成与所需要的信号的同频信号用于混频。
3.1直流偏移 3.1直流偏移
2.电容耦合 2.电容耦合
电容耦合框图
3.1直流偏移 3.1直流偏移
2.电容耦合 2.电容耦合 电容耦合是指通过电容或高通滤波器 滤除直流成分。其框图如图所示。但是这 种方法会带来一个新的问题。很多调制方 式集中在低频附近，而且某些调制方式有 直流成分，采用这种方法会造成信号失真， 所以这种方法并不常用。
3.1直流偏移 3.1直流偏移
3.直流校准 3.直流校准
直流校准框图
3.1直流偏移 3.1直流偏移
3.直流校准 3.直流校准 在不能采用电容耦合的场合，可以采用 给系统注入一个合适的直流信号的方式消 除直流失调，接收机通过对输入的信号进 行计算获得输入信号的平均值。这个平均 值会被送到前面被减去，这种计算通常采 用数字方式实现。
3.1直流偏移 3.1直流偏移
4.伺服控制电路 4.伺服控制电路
伺服控制电路框图
3.1直流偏移 3.1直流偏移
4.伺服控制电路 4.伺服控制电路 伺服控制一路与直流校准方法类似，只 是使用积分器代替了原来的采样/ 是使用积分器代替了原来的采样/保持电路。 这个积分器可以跟踪直流失调的方向。即 输出为正，则输出值增加，反之亦然，积 分器的输出通过DAC，使其输出增加到能 分器的输出通过DAC，使其输出增加到能 够与直流失调相抵消。
3.5 本振泄露
本振泄露到天线后，除了反射到接收端 形成直流偏移外，发射出去也会对使用相 同标准的其它接收造成干扰。 无线标准的设计以及联邦通信协会(FCC) 无线标准的设计以及联邦通信协会(FCC) 的规定都对带内的LO辐射量的上界进行了 的规定都对带内的LO辐射量的上界进行了 限制，典型值是-50~-80dBm。 限制，典型值是-50~-80dBm。
3.零中频接收机中存在的问题 3.零中频接收机中存在的问题
1.直流偏移 1.直流偏移 2.I/Q失配 2.I/Q失配 3.偶数阶失真 3.偶数阶失真 4.1/f噪声 4.1/f噪声 5.LO泄露 5.LO泄露
3.1直流偏移 3.1直流偏移
直流偏移是零中频接收机面临的一个重要问 题。直流偏移产生的原因产生的原因很多。其中 最主要的原因是本振信号的泄露。泄露的信号再 从输入端输入，与本振信号混频，产生直流信号。