比较当今三种常见接收机架构的优势和挑战——
外差接收机
直接采样接收机
直接转换接收机
我们的意图不是褒一个方案,贬另一个方案。相反,本文旨在解释这些方案的优缺点,并鼓励每个人根据工程标准为特定应用选择最合适的架构。
外差接收机的优点:外差法经过长期测试,性能优异。实现原理是混频到中频(IF)。IF需要选择足够高的频率,以便实际滤波器能够在工作频带内提供良好的镜像抑制和LO隔离。当超高动态范围ADC可用时,通常还会增加一个混频级来降低频率。另外,接收机增益分布在不同的频率上,使得高增益接收机振荡的风险非常小。通过适当的频率规划,外差接收机可以实现非常好的杂散能量和噪声性能。
挑战:不幸的是,这种架构是最复杂的。与可用带宽相比,它的功耗和物理尺寸通常是最大的。此外,对于大的分数带宽,其频率规划可能非常困难。在当前追求小尺寸、低重量和低功耗(SWaP)并希望获得宽带宽的背景下,这些挑战是如此之难,以至于设计师不得不考虑其他可能的架构选择。
直接采样的优点:在不改变硬件的情况下,通过调整自身参数,可以接收不同频段和带宽的信号。这样不仅大大减小了硬件体积,而且可以根据接收信号的不同进行实时调整,具有很强的灵活性和扩展性。
挑战:直接采样法被业界追求已久,其障碍是很难使转换器工作在直接射频采样所需的速率,并实现大的输入带宽。在这种架构中,所有接收机增益都在工作频带内。如果需要大的接收机增益,布局和布线必须非常小心。目前,转换器可用于L和S频段的较高奈奎斯特频段的直接采样。行业在不断进步,C波段采样很快会实用化,X波段采样稍后解决。
直接变频的优点:直接变频架构在使用数据转换器带宽方面效率最高。数据转换器工作在第一奈奎斯特频段,该频段性能最佳,低通滤波较为简单。两个数据转换器协同工作,对I/Q信号进行采样,从而提高用户带宽,同时不会出现交织问题。
挑战:对于直接变频架构,困扰多年的主要挑战是保持I/Q平衡,以实现合理的镜像抑制、LO泄漏和DC偏移水平。近年来,整个直接变频信号链的高级集成和数字校准克服了这些挑战,直接变频架构已成为许多系统中非常实用的方法。
下图显示了三种架构的框图和频率规划示例。
图A显示了一个外差接收机的例子。高端LO将工作频带混合到ADC的第二奈奎斯特区。信号进一步混叠到第一奈奎斯特区进行处理。
图b是直接采样接收机的一个例子。工作频带在第三奈奎斯特区进行采样,并混叠到第一奈奎斯特区,然后将NCO置于频带中心,进行数字下变频至基带,然后进行滤波和提取,数据速率降至与通道带宽相当的水平。
图c是直接变频接收机的一个例子。双通道ADC与正交解调器相连,通道1采样(同相)I信号,通道2采样(正交)Q信号。
许多现代ADC同时支持所有三种架构。例如,AD9680是一款双通道1.25 GSPS ADC,具有可编程数字下变频功能。这种双通道ADC支持双通道外差架构和直接采样架构,一对转换器可以支持直接变频架构。
使用分立式实现时,直接变频架构的镜像抑制挑战可能很难克服。通过提高整体性
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