零中频接收机频率转换图_一文带你了解接收机射频前端线性度对接收灵敏度有何影响...
在一些无线技术的测试规范中,会看到Receiver Maximum Input Level的测试项,例如WiFi、WCDMA和LTE,有别于灵敏度,Receiver Maximum Input Level是在测试BER能接受情况下,所能接收的最小输入讯号强度。
Maximum Input Level,顾名思义,则是在测试BER能接受情况下,所能接收的最大输入讯号。若以动态范围来解释,灵敏度是在测动态范围的下限,而Maximum Input Level则是在测动态范围的上限,如下图:
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LNA
下图是零中频接收机的架构,可看到射频前端第一个区块是LNA,故我们这里首先探讨LNA的线性度影响。
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由下图可知,当LNA的输入讯号过于强大时,其LNA的Gain会下降,而由Noise Figure公式可知,若LNA的Gain下降,其灵敏度会变差。
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若LNA的Gain降为零,即输入讯号经过LNA时,完全不会被放大,则有可能被Noise Floor淹没,此时信噪比完全为零,亦即讯号完全无法解调,称该接收讯号被阻塞(Blocked)。
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另外,当输入讯号过于强大时,会产生非线性效应,例如DC Offset、IMD(InterModulation:互调、交调)等等。
先讲DC Offset
而由下图可知,零中频架构的接收机,便是直接将射频讯号,降频为基频的直流讯号,
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而DC Offset之所以成为零中频架构的难题,在于它们会座落在频谱上为零之处,或其附近,很难滤除,因此会直接干扰到主频,如下图:
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而解调时,会以EVM来衡量相位误差的程度,如下图左。而DC Offset会使星座图整体有所偏移,如下图右,换言之,DC Offset会使接收机的EVM变大。
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若EVM变大,则SNR会下降。
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亦即同样的SNR,对应到的BER会升高,其解调结果会变差。
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因此可知,非线性效应的DC Offset,会使灵敏度变差。
再讲IMD(InterModulation)
由于IMD为两个输入讯号所产生的产物,当该两输入讯号,其频率极为接近时,假设f1为干扰源,f2为讯号,
若f1=f2,
那么 IMD3 : 2f1-f2 = f2 => 主频附近,
亦即IMD3,会在主频附近,滤除不掉,一路跟随着讯号降频,使SNR变差,灵敏度当然不好。
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而倘若该两输入讯号,其频率相差甚远,假设f1为干扰源,f2为讯号,
若f1=2f2,
那么 IMD2= f1-f2 = f2 => 主频附近
IMD3 =2f2-f1 => DC Offset 其分析如上述,对于灵敏度,同样会有危害。
而除了非线性效应,会产生DC Offset,其Self-Mixing也会产生DC Offset。
最后谈谈Mixer
由于Mixer所输入的,是LNA放大后的讯号,故其线性度需比LNA大。
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由Noise Figure公式可知,LNA的Gain越大,其接收机整体的Noise Figure可以压得越低,亦即灵敏度可以越好。但如上图知道,若LNA的Gain太大,会导致Mixer输入讯号过强,有可能会使Mixer饱和,其Noise Floor上升,SNR下降,其接收机整体的Noise Figure反而上升,使得灵敏度劣化。
同样以零中频接收机架构来做分析。前述已知,当输入讯号过于强大时,会产生DC Offset, IMD……等非线性效应,因此即便LNA的线性度很好,不会产生非线性效应,但若Mixer的线性度不够,一样会因过强的输入讯号,而产生DC Offset,使灵敏度劣化,如下图所示:
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同理的IMD分析,假设该两输入讯号,其频率极为接近,假设f1为干扰源,f2为讯号,若f1=f2,
那么 IMD2 : f1-f2 = 0 => DC Offset
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虽然以前述的IMD分析,该两输入讯号,其频率极为接近,假设f1为干扰源,f2为讯号,若f1=f2,
那么 IMD3 : 2f1-f2 = f2 => 主频附近,
但由于零中频接收机,在Mixer之后,其讯号频率会降频为零,故此时频率为f2(主频附近)的IMD3,对于讯号的危害不大。 而倘若该两输入讯号,其频率相差甚远,假设f1为干扰源,f2为讯号,若f1=2f2,
那么 IMD3 =2f2-f1 => DC Offset
其分析如上述,对于灵敏度,同样会有危害。
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