零中頻接收機

如前一節所述，外差式接收機由於實作上須外接鏡像去除濾波 器，以達到規格的要求，所以無法將系統整合積體化。因此，近年來 接收機的相關研究發展，朝向以零中頻架構為目標。零中頻接收機在 架構上較外差式接收機簡單許多，圖2.5即為零中頻接收機的架構。

射頻訊號先經過低雜訊放大器放大訊號後，直接由本地振盪訊號降至 基頻訊號，因此又稱為直接轉換接收機(Direct Conversion Receiver)。

因為本地振盪訊號頻率與射頻訊號頻率相同，沒有鏡像訊號的問題，

所以不須在混頻器前再加一個鏡像消除濾波器。

LPF

cosωLOt LNA

R F Filter

VGA

A / D DSP

圖2.5 零中頻接收機

不過圖2.5的架構只適用於雙邊頻帶(Double-Sideband)的振幅調 變(AM)訊號，因為振幅調變正負兩側的頻譜是一樣的，在降頻後頻 譜完全重疊並不會發生問題。如果要傳送頻率調變(FM)或是相位調變 (PM)的訊號，必須使用正交相位的架構(圖2.6)。

LPF

cosωLOt LNA

R F Filter VGA

A / D

DSP

LPF

VGA

A / D 90 Shifter

圖2.6 正交相位零中頻接收機

然而在電路的實作上，零中頻接收機在電路設計上，需解決許 多可能產生的問題。包含了直流偏移(DC Offset)、同相位/正交相位不 匹配(I/Q Mismatch)、偶次諧波失真(Even-Order Distortion)、低頻顫動 雜訊(Flicker noise)等問題。以下簡單說明這些現象:

(1)

直流偏移

由於本地振盪訊號和射頻訊號頻率相同，如圖2.7所示。因為混 頻器射頻-本地振盪源(RF-LO)為有限的隔絕度(Isolation)，較強的本 地振盪訊號會耦合至射頻端，被低雜訊放大器反射回來後，與同頻率 的本地振盪訊號混頻會產生直流訊號，如圖2.7(a)。另一種情況為若 接收一個強干擾訊號，此強干擾訊號耦合至本地振盪源端，再與同頻 率的干擾訊號混頻，會產生直流訊號，如圖2.7(b)。當上述狀況發生

的成份，通常這個直流偏移會造成下一級的類比/數位轉換器飽和而 操作錯誤。

LPF

LNA

cosω0t

LO Leakage

(a)

LPF

LNA

cosω0t

Interferer Leakage

(b)

圖2.7 零中頻架構直流偏移原因

(2) I/Q

不匹配

在零中頻接收機架構上，要實現頻率調變或相位調變必須使用正 交相位的架構，所以要將本地振盪訊號作 90 度的相位平移。如果同 相位、正交相位間沒有準確的 90 度差或是有振幅的誤差，在作降頻 時訊號的座標圖會產生誤差使Bit Error Rate 升高(圖 2.8)。

VRF

VLO

I

Q LPF

LPF

90°

Phase and Gain Error

Phase and Gain Error

Phase and Gain Error

圖2.8 零中頻同相位/正交相位不匹配

為了解同相位、正交相位不對稱，對接收訊號的影響。作以下

( )

(3)

偶次諧波失真

由於零中頻接收機將訊號降到基頻附近，若在通道附近的射頻 干擾訊號，由於放大器產生的偶次諧波失真，將干擾基頻頻帶。如圖 2.11，有兩個鄰近通道的干擾訊號，經過低雜訊放大器後產生的二次 諧波訊號，將直接干擾基頻頻帯。同時經過低雜訊放大器後產生的三 次諧波訊號，經過混頻器降頻後也會干擾基頻頻帯。

ω

0

ω ω

cosωLOt LNA

Feedthrough IM3

IM2 Interferers Desired

Channel IM3 IM2

圖2.11 偶次諧波失真

(4)

顫動雜訊

除了直流偏移之外，低頻的顫動雜訊也是零中頻接收機所須面 對的問題。由於金氧半場效電晶體(MOS)的顫動雜訊，其功率頻譜密 度為1/f的曲線屬於低頻雜訊。所以此顫動雜訊會使直接降頻至基頻的 訊號雜訊比降低。