訊號調變技術簡介[44]

4.1.1 收發系統

由於無線通訊的技術演進，人們對於無線通訊系統的要求隨著資訊的高度發 展與個人行動的便利性逐漸提升，使系統的發展在規格上必須朝著高傳輸容量(高 頻寬)與高速度(高頻率)的方向前進；對於因需求而日趨複雜化的電路，必須兼顧 小體積、低功耗、高整合性等訴求，以低成本為主要的訴求考量。

為了因應不同的規格需求，其電路使用的架構會隨之更新或重新檢驗。而就 以傳統架構上，接收機架構主要可以分成超外差式(Heterodyne)與直接降頻式

4.1.2 超外差式接收機(Super Heterodyne Receiver)

掉直流偏移(DC Offset)、閃爍雜訊(Flicker Noise)。缺點為在降頻時本地震盪源訊 號(LO Signal)與射頻訊號(RF Signal)的對稱關係，會造成一組鏡像訊號(Image Signal)與所需訊號一起降頻至中頻(IF Signal)的情形；在解決上通常利用一鏡像濾 波器(Image Rejection Filter)將鏡像訊號先行濾除；然而此鏡像抑制的方式會與頻 道選擇(Channel Select)產生取捨，因而需要一 Q 值較高的被動濾波器，在 RFIC 的整合上也比較不易使用。

圖 4-2. 超外差式接收機訊號降頻示意圖

4.1.3 直接降頻式接收機(Homodyne Receiver)

【圖 4-3】為一直接降頻式接收機架構，又名為 Direct-Conversion Receiver 或 Zero-IF，由於射頻輸入訊號與本地震盪源訊號的頻率相同，將射頻輸入訊號直 接降頻成基頻訊號，因此避免了鏡像訊號(Image Signal)的問題，在優點有：

1. 因為使用元件較少，整合性上相對比超外差來的高。

2. 無鏡像訊號。

3. 由於元件減少，功率消耗降低。

4. 可適應各種環境，克服選擇性問題。

LPF

LPF

Baseband I

Baseband Q Frequency

Synthesizer

90^o

cos( 

_c

t )

sin( 

_c

t ) Bandpass

Filter LNA Antenna

圖 4-3. 直接降頻式接收機架構

但同時也產生了直流偏移(DC Offset)、I/Q 訊號不匹配、偶次諧波失真(Even-order Distortion)、顫動雜訊、本地震盪洩漏(LO Leakage)等相關問題。

4.1.4 直接升頻式發射機(Direct-Conversion Transmitter)

【圖 4-4】為一直接升頻式發射機，其操作原理為利用一混頻器將基頻調變 訊號直接升頻至射頻頻率，後經由功率放大器放大混頻後的射頻訊號，由天線將 此射頻訊號發射出；另外，可以從架構圖發現，此種架構所需使用的元件少，適 合用於積體電路整合上。

Baseband I

Baseband Q

Frequency Synthesizer

90

^o

cos(



_c

t

)

sin(



_c

t

)

Matching

Network PA

Antenna

圖 4-4. 直接升頻式接收機架構

若假設一 I-Q 調變訊號為

V t

_I( )

 A

_Icos(



_BB

t

)

、 V t

_Q( )

 A

_Qcos(



_BB

t  

)

，

其中

A

_I

、 A

_Q 和



表示基頻調變訊號的大小與相位差，



_BB為基頻調變訊號頻帶中的任一頻 率；另外

V

_{LO I} ( )

t  A

_{LO I} cos(



_c

t

)

、 V

_{LO Q} ( )

t  A

_{LO Q} sin(



_c

t

)

， A 為本地振盪源訊號

_LO 大小，



_c為本地振盪訊號頻率，綜以上可整合一升頻原理之數學運算方程式：

V

_{RF I} ( )

t  V t

_I( )

 V

_{LO I} ( )

t  A

_Icos(



_BB

t A

) _{LO I} cos(



_c

t

)

(4.1)

^

¹₂

^{A A}

^{I LO I}



^cos

^   ^{ }

^c

^

^BB

 ^{t }  ^

^cos

^   ^{ }

^c

^

^BB

 ^{t }  

V

_{RF Q} ( )

t  V t

_Q( )

 V

_{LO Q} ( )

t  A

_Qcos(



_BB

t  

)

A

_{LO Q} sin(



_c

t

)

(4.2)

^

¹₂

^{A A}

^{Q LO Q}



^cos

^   ^{ }

^c

^

^BB

 ^{t   }  ^

^sin

^   ^{ }

^c

^

^BB

 ^{t   }  

V

_RF( )

t  V

_{RF I} ( )

t  V

_{RF Q} ( )

t

號頻率拉移(LO Pulling)的現象，如要改善此缺點則需提高本地振盪源訊號與 射頻訊號間的隔離度(LO to RF Isolation)。

4.1.5 外差式發射機(Heterodyne Transmitter)

【圖 4-5】為一外差式發射機架構，此架構是將基頻訊號與較低的的頻率



₁進

sin(



1

t

)

Synthesizer ^Frequency

Bandpass

Filter PA

Antenna

1. 功率消耗因為元件的增加而增加。

2. 電路所需使用之元件量增加，複雜度相對提高。

3. 需要高 Q 值的濾波器來濾除頻帶外之訊號，較不易採用積體電路整合。

4. 濾波器的 Q 值會影響到功率放大器對於線性度的要求。

在文檔中 V頻帶功率放大器與I/Q調變器設計 (頁 78-83)