第二章 接收機系統架構與規格訂定
CHAPTER 2 The Architecture and Decide the Specifications 如圖2.2所示，此架構採用二次降頻的方式，兩個本地振盪訊號( LO )
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除濾波器，因此LNA 不需作額外的阻抗匹配電路，在成本、功率消耗以 及系統單晶片實現的可能性上，具有相當的優勢，其架構如圖2.3 所示，
圖2.3 直接降頻接收器之基本架構圖
射頻訊號經天線及LNA接收之後，若是使用在振幅調變系統，其後為單一 路徑，經混頻器降至基頻；倘若應用於相位或頻調變系統，因為其訊號資 料分佈於不同頻帶上，若是使用單一降頻路徑，容易造成資料流失，所以 接收路徑需分為in-phase/quadrature-phase兩路徑，其後再分別與兩相差 900 的LO訊號降至基頻帶，因為此一架構將射頻訊號直接降至基頻，所以不需 使用通道選擇濾波器，而是各串接一低通濾波器，濾除基頻帶上的雜訊，
再經由類比/數位轉換器，將基頻訊號中的資訊轉為數位訊號，在此所使用 的LO頻率與接收之射頻頻率相同。雖說直接降頻接收機有以上所述之優 點，但是相對於超外差接收機而言，其仍存在一些在使用超外差架構時，
不需要特別考量的缺點，諸如以下所述。
本地振盪器和射頻信號有相同的頻率，射頻信號直接被降頻至基頻，
其間不經過中頻，高品質因素(Quality Factor)的射頻鏡像頻率濾波器和中 頻選頻的帶通濾波器可以省掉，因而節省了外接被動元件和推動外部元件 所需的緩衝電路，且不需將電晶體偏壓在高電流的狀態，功率的消耗可以 降低，這種架構增加了單晶片整合之機會。
零中頻接收器雖然有許多單晶化的優點，但仍然有下列五種電路特性 的缺點影響了接收器的整體表現：
▲逆向阻隔(Reverse isolation)
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▲直流準位偏移(DC offset)
▲偶次諧波失真(Even order distortion)
▲同相/正交相的不匹配(In-phase/quadrature-phase mismatch)
▲顫動雜訊(flicker noise)
逆向阻隔(Reverse isolation)的問題可分為兩種情況，第一種情況是本 地振盪器的信號耦合到射頻端，第二種情況是很強之干擾信號耦合至本地 振盪器端。此兩種情況會造成直流準位偏移(DC Offset)的問題而影響通訊 品質。逆向阻隔的問題在零中頻接收器中造成的問題比超外差式接收器嚴 重，因為超外差式接收器的本地振盪器之頻率和射頻端的頻率範圍有一段 距離，耦合的成分會比較小，而零中頻式接收器的本地振盪器之頻率和射 頻端的頻率範圍相近，耦合的成分會比較大。直流準位偏移(DC offset)是 因逆向阻隔的兩種情況所造成的。第一種情況如圖2.4(a) 所示，本地振盪 器的信號耦合到射頻端，然後本地振盪器的信號和耦合到射頻端的信號經 由混波器做相乘而產生之直流成分。
圖2.4 本地振盪器造成之自我混波示意圖
第二種情況如圖2.4(b)所示，是一很強之干擾信號耦合至本地振盪那 器端，然後干擾信號和耦合至本地振盪器的信號經由混波器做相乘而產生 之直流成分。此兩種情況皆是兩個有相同載波頻率之信號做相乘，因此皆 直接干擾到基頻信號。
而原本在超外差式接收機架構中並不重要的偶次諧波失真(even order harmonic distortion)如圖2.5所示，在直接降頻接收器系統裡則會造成重要之
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影響。射頻信號會在電路非線性特性之下產生諧波失真，偶次失真會因頻 譜相加相減而在基頻處累加成干擾信號而無法去除。採用平衡式的電路架 構可使偶次諧波訊號抵銷，減輕基頻失真訊號的累加。超外差式接收器因 為信號在中頻濾波，相鄰訊號的偶次失真產生在基頻及其倍頻處，與中頻 相距甚遠，中頻帶通濾波器會將其濾掉，無此問題。
圖2.5 二次諧波失真示意圖
大部分使用相位或頻率調變的接收機，於其降頻路徑使用兩輸出訊號 互為正交的混頻方式(quadrature mixing)解調包含在訊號中的資訊，為符合 此一架構，需將射頻或本地振盪訊號分為同相(in-phase)訊號與正交相 (quadrature-phase)訊號，兩相互正交訊號的產生為在其中一訊號的傳輸路 徑串接一900相移器，若應用於射頻訊號，需牽涉到功率、雜訊以及增益 相互間的考量，所以一般將900相移器串接於本地振盪器的路徑之一；然 則，使用此一方式相對地需要本地振盪器產生兩相位相互正交的本地振盪 訊號，假設同相與正交相之本地振盪訊號間存有振幅的不匹配或是相位上 的偏移，則容易造成接收機的位元錯誤率(BER)增加，但是此一問題對於 直接降頻接收機的影響並不如鏡像消除接收機架構嚴重。
顫動雜訊(flicker noise)，因為其功率頻譜密度函數與1/f成正比，且和 元件尺寸成反比，換言之，若是頻率愈低，其對欲接收訊號的影響則愈大，
此一現象尤其在MOS製程更為嚴重，因直接降頻接收機架構將訊號降頻至 基頻，因此顫動雜訊的影響不可忽略，若欲降低其對於系統的影響，可以 提昇LNA或混頻器的增益，或是將串接於混頻器後之電路的元件尺寸加 大，在混頻器架構的運用，使用主動式混頻器在其雜訊上的表現優於被動
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