谢丫丫

零中频架构该如何克服传输LOL问题?

0
阅读(43) 评论(0)

零中频架构有几个优点,但也有些需要克服的缺点。本文讨论了传输LOL的问题,并研究了用于消除它的技术。

零中频架构有几个主要优点。但是,还有一些挑战需要克服。发送本地振荡器泄漏(称为发送LOL)就是这样一个挑战。未校正的发射LOL将在所需的传输中产生无用发射,可能会破坏系统规格。本文讨论了传输LOL的问题,并研究了用于消除它的技术,这在ADI的RadioVerse  收发器系列(包括AD9371)中实现。传输LOL可以降低到足够低的水平,不再导致系统或性能问题。 

 

什么是LOL?

RF混频器有两个输入端口和一个输出端口,如图1所示。理想的混频器产生的输出是两个输入的乘积。在频率方面,输出应该是F IN + F LO和F IN - F LO,没有别的。如果任一输入未被驱动,则将没有输出。

 

图1.理想的混合器。

 

在图1中,FIN设置为FBB,基带频率为1 MHz,FLO设置为FLO,本地振荡器频率为500 MHz。如果混频器是理想的,它将产生包括两个音调的输出:一个在499MHz,一个在501MHz。但是,如图2所示,真实世界的混音器也会在FBB和FLO上产生一些能量。FBB的能量可以忽略不计,因为它远离所需的输出,并且会被混频器输出后的RF元件滤除。无论FBB的能量如何,FLO的能量都是一个问题。它非常接近或在期望的输出信号内,并且难以或不可能通过滤波去除,因为滤波也将过滤所需的信号。FLO上的这种不需要的能量被称为LOL。本地振荡器(LO)驱动混频器,泄漏到调音台的输出端口。LO还有其他路径泄漏到系统输出,例如通过电源或硅本身。无论LO如何泄漏,它都可以称为LOL。

 

图2.真实世界的混音器。

 

在仅传输一个边带的实际IF架构中,可以通过使用RF滤波来解决LOL。相比之下,在要传输两个边带的零中频架构中,LOL位于所需输出的中间,并且呈现出更加困难的挑战(参见图3)。传统的过滤不再是一种选择,因为任何将删除LOL的过滤也会删除所需传输的部分。因此,必须使用其他技术来消除它。否则,它可能最终成为整体所需传输中的无用发射。

 

图3. F LO处的不需要的能量以红色显示。F LO处的这种不需要的能量称为LOL。

 

消除LO泄漏(也称为LOL校正)

通过产生幅度相等但与LOL相位相反的信号来实现LOL的消除,从而取消它,如图4所示。假设我们知道LOL的精确幅度和相位,则消除信号可以是通过将直流偏移应用于变送器的输入来生成。

 

图4. LO泄漏和消除信号。

 

生成取消信号

复杂的混频器架构非常适合产生消除信号。由于LO频率的正交信号存在于混频器中(它们是复杂混频器工作原理的核心),1它们允许在LO频率上产生具有任何相位和幅度的信号。

驱动复合混频器的正交信号可以描述为Sin(LO)和Cos(LO) - 这些是LO频率的正交信号,驱动两个混频器。为了产生抵消信号,将这些正交信号与不同的权重相加。在数学术语中,我们可以产生I×Sin(LO)+ Q×Cos(LO)的输出。通过应用不同的有符号值代替I和Q,得到的和将处于LO频率并且可以具有任何期望的幅度和相位。示例如图5所示。

 

图5.生成的任何相位和任何幅度抵消信号的示例。

 

需要将所需的传输信号应用于变送器的输入。通过对传输数据施加直流偏置,混频器的输出将包含所需的传输信号以及所需的LOL消除信号。有意产生的消除信号将与不需要的LOL组合,它们将抵消,只留下所需的传输信号。

 

观察传输LOL

使用观测接收器观察发射LOL,如图6所示。在此示例中,观测接收器使用与发射器相同的LO,因此LO频率上的任何发射能量在观测接收器的输出处将显示为dc 。

 

图6.观察和纠正Tx LO泄漏的基本概念。

 

图6所示的方法有一个固有的缺点:通过使用相同的LO进行发送和观察,发送LOL将在观察接收器的输出中显示为dc。由于电路中的元件不匹配,观察接收器本身将具有一定量的直流,因此观察接收器的总直流输出将是观察接收器中存在的发射LOL和本机直流偏移的总和。有办法克服这个问题,但更好的方法是使用不同的LO频率进行观察,从而将观察路径中的原生直流与发射LOL观测结果分开。这显示在下面的图7中。

 

图7.使用不同的LO进行传输和观察。

 

因为使用除发射LO之外的频率观察传输,所以发射LO频率处的能量将不会出现在观察接收器中的直流处。相反,它将显示为基带音调,其频率等于发射LO和观测LO之间的差异。观察路径中的DC原生仍将出现在直流上,因此观察直流和发射LOL测量结果将完全分离。图8为简单起见,使用单混频器架构说明了这一概念。在此示例中,发送器的输入为零,因此发送器的唯一输出是发送LOL。在观察接收器之后进行频移以将发射LOL观察到的能量移动到DC。

 

图8.将观察接收器DC与Tx LOL分开。

 

找到必要的修正值

通过观察接收器的输出,将其从传输输入除以传输输入到观察接收器输出,并将该结果与预期传输进行比较,找到所需的校正值。有问题的传递函数如图9所示。

 

图9.从发射器输入到观察接收器输出的传递函数。

 

从发射机基带输入到观测接收机基带输出的传递函数包括两个部分:幅度缩放和相位旋转。以下各节将详细介绍每种方法。

图10显示,如果从发射输出到观测接收器输入的环回路径在路径中具有增益或衰减,或者如果增益,观测接收器报告的发射信号的幅度可能不代表正在发射的发射信号的实际幅度。发射器电路的不同于观察接收器电路的增益。

 

图10.由于环回路径中的衰减引起的幅度缩放。

 

现在让我们考虑相位旋转。重要的是要意识到信号不会从A点瞬间传播到B点。例如,信号以大约一半的光速穿过铜线,这意味着沿铜带传播的3 GHz信号的波长约为5。厘米。这意味着如果使用间隔几厘米的多个示波器探头探测铜带,示波器将显示多个彼此异相的信号。图11说明了这个原理,显示了沿铜条间隔开的三个示波器探头。在每个点看到的信号频率为3 GHz,但三个信号之间存在相位差ICfans

请注意,沿铜带移动单个示波器探头不会显示此效果,因为示波器将始终在0°相位触发。只有使用多个探头才能观察到距离和相位之间的关系。

 

图11.距离和相位的关系,5 cm迹线,3 GHz信号和0 cm,2 cm和4 cm处的探测点。

 

正如铜带上的相变一样,从发射器输入到观察接收器输出会发生相位变化,如图12所示.LOL校正算法必须知道它发生了多少相位旋转。计算正确的校正值。

 

图12.由于环回路径中的物理距离引起的相位旋转。

 

确定从发送输入到观察接收器输出的传递函数

可以通过将输入施加到发射器并将其与观察接收器的输出进行比较来学习图13中所示的传递函数。但是,需要牢记一些要点。如果静态(直流)信号施加到发射器输入,它将以发射LO频率产生输出,并且发射LOL将与其组合。这将阻止正确学习传递函数。还应注意,发射输出可以连接到天线,因此可能不允许有意地将信号施加到发射器输入。

表1.输入值中的增量与观察值中的增量相比较

image.png

 

图13.确定从发射器输入到观察接收器输出的传递函数。

 

为了克服这些挑战,ADI收发器使用一种算法,该算法将低电平DC偏移应用于发送信号。定期调整偏移电平,这些扰动将显示在观测接收机的输出中。然后该算法分析输入值中的增量与观察值中的增量相比较,如表1所示。在该示例中,没有发送用户信号,但该方法仍然存在用户信号。

通过执行两种情况的减法,从等式中消除恒定发送LOL,并且可以学习传递函数。案例数量可以扩展到两个以上,给出许多可以平均的独立结果,以提高准确性。

 

总结

LOL校正算法将学习从发送输入到观察接收器输出的传递函数。然后它将接收观察接收器的输出并通过传递函数将其分配以将其引用到发射器的输入。通过将预期传输中的直流电平与观察到的传输中的直流电平进行比较,将确定发射LOL。最后,算法将计算必要的校正值以消除发射LOL并将它们作为直流偏置应用于所需的传输数据。