发布时间 : 星期六 文章零中频与超外差接收机优劣更新完毕开始阅读2f0e83f8700abb68a982fb14
带恢复信息)，零中频概念早在超外差接收机结构出现之前就诞生了。虽然过去它曾经很难实际应用，但其整体结构简单、零件数目少的优点一直颇具吸引力。零中频结构中存在非常棘手的直流漂移问题。现在，透过结合先进的技术和良好的设计实践，许多问题都已得到解决
零中频虽然解决了接收机必须面对的许多虚假频率问题，但却不得不面对相当严重的直流漂移讯号。为了解决这个问题，必须考虑温度和外部因素。由于零中频接收机结构大都在基频进行放大，需要匹配和平衡的自动增益控制(AGC)功能。另一个问题是，发射器中的本振泄漏位于频带中央，并可能干扰邻近的接收机。
零中频接收机
应用零中频技术时，被解调的讯号以直流为中心，必须面对实际电路导入的各种外部直流漂移的干扰。待处理的讯号中不能含有较大的直流成分，否则无法区分哪一部份直流分量属于有效讯号。讯号强度的变化范围约为75dB左右，可能比混频器固有直流偏置导入的直流漂移弱20～40dB。但最大的问题是这个直流漂移不是固定的，它可能随时间、电源电压、温度等外部条件的变化而变化，最糟糕的是，它还受到增益变化的影响。这意味着需要采用动态直流补偿来确保它不对有效讯号产生干扰。
从邻近表面反射回天线的讯号是一个必须补偿的外部因素。根据反射强度和相角的不同，这种途径引起的直流漂移可能相差很大。如果表面是行动的，其中还会包含一个多普勒成分和一个快速变化的衰减成分。此外，邻近表面还会对天线本身的电压驻波比(VSWR)产生影响。如果电压驻波比由于近场加载而产生变化，讯号就会反射回到混频级中，进而产生直流漂移。由于这个直流漂移是随时间变化的，交流耦合或直流反馈回路的角频率响应必须快于反射直流漂移的变化。这个频率通常为100kHz左右。在采集时间线中，必须将这个交流耦合的响应时间纳入考虑，采用802.11a协议时尤其如此，因为其报头仅持续16毫秒。
直流补偿问题
对付直流漂移和增益平衡问题的方法有以下几种：1. 避免使用零中频。考虑使用超外差技术，此时直流在通带之外，且讯号可只用一个放大器进行放大。2. 各级都采用交流耦合。3. 采用带直流反馈的直流耦合(其工作方式与交流耦合有些类似)。
为了使零中频的概念付诸实用，需要付出许多代价。零中频接收机透过天线基本上把整个频谱都接收下来，并经单边带下变频将所需讯号变换到基频或零中频频率。随后，它使用低通滤波器来滤出感兴趣的讯号，再将其放大并进行检测。合成器与所需讯号处于同一个频率，下变频讯号以直流为中心。通常，需要的讯号必须作为一个直流讯号来进行处理，而且必须克服混频器中一个(相对)较大的直流漂移才能正确检出。
此外，基频讯号是复讯号，包含实部和虚部(I和Q)。这两个讯号的大小可能从几毫伏到几伏，必须进行线性放大，同时保持其相对幅度和相位不变。因此，自动增益控制(AGC)电路必须在两个匹配得很好的AGC放大器中处理大范围的增益变化。
零中频耦合选择
零中频有两种耦合方式－－交流耦合或直流耦合。
1. 如果射频讯号为直接序列扩频(DSSS)或正交频分再使用(OFDM)，设计人员可将基频讯号进行交流耦合，也可将它们交流放大。这消除了零中频接收机的直流漂移问题。但这种方法有一个困难，它需要的分离电容器器数量很大，并且在每一级中讯号都需要进出芯片。将这些电容器器进行整合是不实际的，因为所需电容器的体积较大。如果前置放大、混频器、低通滤波器和AGC放大器都整合在同一个芯片上，并且讯号按平衡差分讯号进行处理，那么每个交流耦合级需要八个接脚和四个电容器。按照这种方法，至少需要两个交流耦合级。
2. 直流耦合接收机。直流漂移的消除既可透过前面所示的电容器器完成，也可透过实现同一功能的直流反馈技术来完成。这两种方式都具有Qualcomm的频率特性。直流反馈技术的优势在于讯号不必传输到芯片外部，而且无需任何分离电容器。
典型的频谱都包含有许多幅度差别很大的讯号，因此接收机的输入级应该有具有较宽的动态范围。在这个频谱上，所需讯号的频率或高或低。在频带缩减到仅仅包含感兴趣的讯号之前，所有的讯号处理工作都必须针对讯号环境的整个频谱范围。之后，便只需处理有效讯号的动态范围了。如果这个讯号可以被交流耦合和硬限制(hard-limited)，处理起来便会很容易。但是，对一个讯号的I分量和Q分量分别进行硬限制将破坏该讯号的相位和幅度特性。由于基频讯号需要线性放大，因此必须透过一组相互匹配的具有追踪增益控制的I、Q放大器来进行放大。
此外，由于零中频接收机没有中频级，因此不存在使其覆盖很宽讯号频率范围的问题。主要的限制因素是预选滤波器和射频放大级的频宽，以及本振的调谐范围。掌握了这一点，零中频就可很容易地覆盖多个频带。
集成电路技术能做到放大器的严格匹配，使它能够完成自动增益控制工作。这些放大器必须在一个很宽的增益控制范围内在增益和相位上相互匹配。此外，对于封包通讯，增益控制还需要快速实现。例如，IEEE 802.11a的报头长度仅为16毫秒，自动增益控制和直流补偿必须在这段时间内设立起来。
低通滤波器问题
低通滤波器是零中频接收机中唯一的讯息信道选择组件，接收机的所有带内选择都在这个滤波器中实现。低通滤波器必须处理好本振泄漏和来自混频器的射频讯号。例如，802.11a讯号所需低通滤波器的通带为8MHz，而本振泄漏为5.3GHz，几乎高了30倍，因此如果零件的自谐振频率低于这个频率，五极点巴特沃斯滤波器就不能满足要求。如果滤波器是主动的，它将含有一个具有增益频宽功能的增益组件。如果泄漏讯号的频带等于或大于放大器的增益频带，滤波器仍将无法获得理想的响应。
此外，如果要舍弃频率超过放大器转换率极限的大幅度讯号，结果将会导致严重的畸变和交调。因此，可能需要一个被动的集总组件滤波器或将被动和主动滤波器结合起来利用。
低通滤波器的输出讯号中将含有感兴趣的讯号，此外还有噪音和残留的讯息信道外讯号。在纯零中频情况下，感兴趣的讯号占主要部份，无需再进行额外的滤波。这个感兴趣讯号的幅度可以从-95dBm变化到-20dBm(取决于天线情况)，因此必须适应±75dB的动态范围。这可以透过使用一个不带任何前置放大的18位A/D，或是采用60dB的AGC放大和一个8位A/D来实现。在实现高位数的A/D与满足平衡AGC放大器的需求之间需要进行折中。如果在A/D变换之前需要进行额外的滤波，则必须透过提高A/D的分辨率来实现更大动态范围。透过采用更高的A/D分辨率，既能减轻AGC放大器的总体负担，又可放宽A/D之前
的滤波要求，在这里可以作出一个折衷。
自动增益控制放大器工作在基频上，因此它们分别位于I、Q分量的路径上，必须具有相同的特性。即它们一起接受控制，而且在整个工作范围内相差不能超过1dB。这些放大器的相位偏移必须在整个控制范围内匹配，不过，对此要求并不强烈，因为它们的频宽可能比讯号的频宽要宽得多。
零中频接收机在某些方面可以超越传统的超外差式接收机。它不含有SAW滤波器(其群延迟将使讯号产生畸变)，但另一方面，没有了高性能的SAW滤波器，也就意味着零中频接收机的邻道抑制能力减弱了。此外，除了直流漂移之外，零中频接收机受虚假频率的影响大幅增强了。不过，它的功耗稍微高了一些，因为需要利用先进的电路技术来解决零中频面临的一些问题。在组件数目方面，零中频结构具有巨大的优势，参见图3。
在零中频技术中，为了取得必要的I/Q增益和相位平衡，以支持54Mbps OFDM的高误差向量幅度和讯息噪音比需求，需要采用先进的电路设计，包括透过内部校准来处理讯号损伤。 Info 3：
直接变频(Direct-Conversion)或零中频(Zero-IF)的结构存在以下优点：(1)中频频率为零，不存在镜像干扰问题；(2)信道选择在低频进行，可以很方便地利用集成电路对信号进行数字化处理。 Info 4：
通俗点说零中频技术就是直接实现基带信号和射频信号之间的变换。中频的概念是从超外差方式来的。超外差意思是先变化到中频，经滤波后在变换到射频。
超外差电路的优点；
—中频信号 比射频信号低的多，在中频段实现对优用信号的选择比高频段容易实现，因为低频段的滤波器容易实现
—中频段更容易实现高增益且稳定的放大 —在较低固定中频上解调或A/D变换项对容易 超外差电路缺点；
—超外差式接收机的组合干扰频滤电多。这是因为混频器不是一个理想的乘发器，而是一个能完成乘法功能的非线性器件。 —镜像干扰严重
—电路复杂、成本较高及PCB布板面积大。
零中频电路的优点；
—零中频方案直接解调，不存在中频频率，因此没有镜像干扰
—接收机的射频部分只包含了射频放大器与混频器，增益不高]，易于满足线性动态范围的要求。 —电路间单、容易集成、成本低、PCB布板面积小。 零中频电路的缺点；
—本振泄漏。零中频方案的本振频率与信号频率相同，本振信号很容易从变频器的射频口输出，在同过放大器泄漏到天线，辐射到空间，形成对邻频道的干扰。
—解调器偶次谐波干扰。两个频率相近的干扰信号进入解调器，由于解调器的伏安特性非线性偶次项因起的差频直接进入基带信号，造成干扰。
—直流偏差。直流偏差是零中频方案一 种特有的干扰，是由自混频引起。。