除頻電路的應用-收發機上正交訊號的產生

3.3.1 鏡像消除接收機與單頻帶升頻器

Homodyne 接收機在降頻時直接把 RF 訊號降到基頻，所以被稱為 zero-IF 或直接降頻。Zero-IF 與 Low-IF 是目前被廣泛運用的接收機架 構，由於此架構不需使用外接的被動元件（濾波器），可用單一積體 電路來實現，所以在無線收發機設計時常會使用該架構。但為了避免 傳收訊號的不完全，此架構需正交相位的本地振盪器訊號來傳收訊 號。目前廣泛使用的鏡像消除接收架構為Hartley 架構與 Weaver 架 構，二者皆需要使用到正交相位的本地振盪器。

單頻帶升頻器中，需要輸入正交的基頻訊號，透過一組正交相位 的LO訊號將基頻訊號升頻到高頻，而單頻帶的操作原理可由下式來 說明：Output=cos

ω

ω

ω

ω

ω

ω

Output

sinω_LOt cosω_IFt

sinω_LOt cosω_LOt

圖3.10 單頻帶升頻器

上述接收機的兩種架構與單頻帶升頻器都需要正交相位的LO 訊 號，LO 的相位準確度、振幅不一致都會影響到整個架構的 image rejection 與 side band rejection ration 的效果。通常 image rejection ratio 與side band rejection ration 需達到 30 ~ 40dB，LO 只能存在 0.2 ~ 0.6dB

我們可得到在 ¹

ω= RC此頻率輸出二個訊號的相位角度相差90度且振 幅相同，故我們可以利用RC來組成正交相位的產生電路如圖3.11(b) 這個電路雖然簡單，但在積體電路的實作上存在很大的缺點，就是無 法實作出精確的電阻值，而且電路本身振幅的頻率響應是窄頻，當電 阻飄移時，設計中心頻率跟著飄移使得此電路無法使用。若要增加這 個電路的頻寬，則要串接多級的RC-network，但是因為電阻為損耗性 的元件，串接多級的RC-network後訊號的衰減量將相當可觀，可能需 要放大器將訊號損失補償回來，則會增加功率消耗。此外若輸入訊不 是弦波，則輸入訊號存在有諧波項都會通過RC-network，因為不同頻 率的相位與振幅響應都不一樣，會造成輸出訊號工作週期（duty cycle）

的失真。

(2)正交相位輸出VCO

環型VCO是由多級delay cells所組成的（圖3.12），如果N級delay cells串接，每級的相位差等於：

N ) 180 360

( ⁰− ⁰

θ = ，所以環型VCO可以 用來產生多相位的輸出。但是因為環型VCO的架構中並沒有頻率選擇 的電路，使得輸出訊號的相位雜訊太差而不適用於現今的收發機。

圖3.12 N級環型VCO

若只是要得正交相位的訊號並考量相位雜訊下，可以使用二組 LC-tank cross-coupled的VCO耦合來得正交相位的輸出，最簡單的架 構如圖3.12 所示。但是這個架構中存在有相位雜訊與相位誤差（phase error）之間的trade off，這會在第4.3節做說明。當VCO的元件中存有

mismatch，則輸出訊號的工作週期也可能失真而非50%工作週期。

圖3.13 Cross-coupled VCO with parallel coupling (3)利用除二電路產生正交訊號輸出

VCO雖然很難達到50%工作週期的訊號輸出，但非50%工作週期的訊 spurs時，spurs經過除二電路會被降低[11]。當輸入訊號頻率為

ω

ω

ω

ω

ε

圖3.16 將spur分為AM和PM sideband

由時域來看的話（圖3.17），flip-flop輸出的變化只在輸入訊號大於

differential threshold且是positive trigger時產生變化，我們可以發現因