下一代SDR收发器中的黑魔法：发射本振泄漏！“零中频”的挑战如何破

"优点永远站在挑战& gt；

即使它被称为

"下一代SDR收发器中的魔法,

现在& gt；零中频也面临着需要克服的挑战。

本地振荡器泄漏，称为推出LOL 。

未校正的传输LOL将在要求的传输范围内产生无用的传输，这将造成违反系统规范的潜在风险。本文讨论了LOL的传输问题，并介绍了ADI 的RadioVerse收发器系列来解决这个问题。如果发射LOL能降到足够低的水平，使其不再引起系统或性能问题，也许人们就不用担心LOL问题了！

LOL是什么？RF混频器有两个输入端口和一个输出端口，如图1所示。理想的混频器会产生一个输出，它是两个输入的乘积。就频率而言，这个输出的频率应该是芬FLO和芬flo，不包括其他项目。如果任何输入不处于驱动状态，就不会有输出。

图一。理想混频器

在图1中，FIN被设置为基带频率为1 MHz的FBB，而FLO被设置为本地振荡器频率为500 MHz的FLO。如果它是一个理想的混频器，它将产生包含两个频率分别为499 MHz和501 MHz的单音的输出。

然而，如图2所示，在FBB和FLO，真正的搅拌机也会产生一些能量。在FBB产生的能量可以忽略，因为它远离所需的输出，并将在混频器输出后被RF元件滤除。不考虑FBB产生的能量，FLO统治下产生的能量可能是个问题。它非常接近或位于所需的输出信号内，很难或不可能通过滤波去除，因为滤波也会滤除所需的信号。

图二。真实混合器

这种在LO应该用小一两个号的字体下产生的无用能量，就叫LOL。可以驱动混频器的本振(LO)泄漏到混频器的输出端口。LO还有其他途径泄漏到系统的输出端，例如通过电源或芯片本身。无论本振如何泄漏，其泄漏都可以称为LOL。

在只有一个边带的实信号IF架构中，LOL问题可以通过RF滤波来解决。相比之下，在发射两个边带的零中频架构中，LOL位于所需输出的中间，构成了更大的挑战(见图3)。

图3。FLO统治下产生的无用能量(以红色显示)。这种在FLO统治下产生的无用能量被称为LOL。

传统滤波不再是一种选择，因为任何去除LOL的滤波也会去除一部分所需的传输信号。因此，必须使用其他技术来消除LOL。否则，在整个所需的发射范围内，最终可能成为无用的发射。

消除LO泄漏(也称为LOL校正)可以通过产生与LOL幅度相等但相位相反的信号来实现LOL消除，从而将其抵消，如图4所示。假设我们知道LOL的精确幅度和相位，我们可以对发射机输入应用DC偏移来产生抵消信号。

图4。LO泄漏和消除信号

消除信号的产生复数混频器结构适合于产生消除信号。由于混频器中存在LO频率的正交信号(它们是复杂混频器工作的关键)，因此可以产生任何相位和幅度的LO频率信号。

用于驱动复杂混频器的正交信号可以描述为Sin(LO)和Cos(LO)，它们是LO频率的正交信号，可以驱动两个混频器。为了产生抵消信号，这些正交信号被加上不同的权重。数学上，我们可以产生一个输出，即I Sin(LO) Q Cos(LO)。使用不同的有符号值代替I和Q，其和将是LO频率信号，它可以具有任何所需的幅度和相位。如实施例5所示。

图5。所产生的任何相位和任何振幅消除信号的例子

所需的传输信号将需要被施加到发射机的输入端。在将DC偏置应用于传输数据之后，混频器的输出将包含所需的传输信号和所需的LOL消除信号。故意产生的抵消信号会被无用的LOL组合抵消，只留下需要的传输信号。

观察LOL如图6所示，观察接收器用于观察发射LOL。本例中，观测接收机使用与发射机相同的LO，因此LO频率下的任何发射能量都会在观测接收机的输出端显示为DC。

图6。观察和校正TxLO泄漏的基本概念

图6所示的方法有其固有的缺陷：发射和观测使用同一个LO，发射的LOL会在观测接收机的输出端显示为DC。由于电路中的元件不匹配，观测接收机本身会有一定量的DC，所以观测接收机的总DC输出将是传输链路中传输LOL和观测链路之间的原始DC偏移。有一些方法可以克服这个问题，但更好的方法是使用不同的LO频率进行观测，以便将观测路径中的主DC与传输的LOL观测结果分开。这种情况如下图7所示。

图7。使用不同LO的发射和观测

由于不同于发射LO频率的频率用于观测，发射LO频率的能量在观测接收机中不会出现DC。相反，它将显示为基带信号音，其频率等于发射LO与观测LO之差。观测路径中的原始DC仍会以DC的形式出现，因此观测到的DC将与传输的LOL测量结果完全分离。

为简单起见，图8使用单混频器架构说明了这一概念。在这个例子中，发射机的输入是零，所以它唯一的输出是发射LOL。频移是在观测到接收机后完成的，发射LOL观测到的能量被移到DC。

图8。将观测接收机的DC与Tx LOL分离

找出必要的校正值。将观测接收机的输出除以从传输输入到观测接收机输出的传递函数，将得到的结果与期望传输进行比较，找出所需的校正值。所涉及的传递函数如图9所示。

图9。从发射机输入到观测接收机输出的传递函数

从发射机基带输入到观测接收机基带输出的传递函数由幅度缩放和相位旋转组成。这将在下面更详细地解释。

图10示出了如果在从传输输出到观察接收器输入的环回路径中存在增益或衰减，或者如果发射器电路的增益不同于观察接收器电路的增益，则由观察接收器报告的发射信号的幅度可能不代表发射信号的实际幅度。

图10。回送路径衰减引起的幅度缩放

现在看看相位旋转。重要的是要认识到信号不会瞬间从A点传送到B点。例如，信号以大约光速一半的速度穿过铜，这意味着沿着铜条传输的3 GHz信号的波长大约为5 cm。这意味着，如果使用多个相隔几厘米的示波器探头来检测铜条，示波器将显示多个相位互不相同的信号。这一原理如图11所示，图中显示了三个示波器探头沿铜条间隔排列。每个点看到的信号频率都是3 GHz，但是三个信号之间有相位差。

图11。距离和相位、5 cm走线、3 GHz信号以及0 cm、2 cm和4 cm处的探测点之间的关系

需要注意的是，沿铜带移动单个示波器探头不会显示这种效果，因为示波器将始终在0相位触发。只有多个探头才能用来观察距离和相位的关系。

就像铜条上的相位变化一样，相位变化将从发射器输入发生到观测接收器输出，如图12所示。LOL校正算法必须知道发生了多少相位旋转，以便计算正确的校正值。

图12。环回路径中物理距离引起的相位旋转

确定从发射机输入到观测接收机输出的传递函数，应用发射机输入信号，并将其与观测接收机的输出进行比较，以获得图13所示的传递函数。但是有一些要点要记住。如果将静态(直流)信号施加于发射机输入端，它将产生发射LO频率的输出，发射LOL为

为了应对这些挑战，ADI收发器采用一种算法，将低电平DC偏移应用于发射信号。调整周期性偏移电平，观察接收器的输出，以显示这些干扰。然后，该算法分析并比较观察值增量和输入值之间的差异，如表1所示。在这个例子中，没有用户信号被发送，但是当用户信号存在时，这个方法仍然适用。

表1。观察值增量和输入值增量的比较

将这两种情况相减，并从等式中消除恒定发射LOL，即可获得传递函数。可以推广到两种以上的情况，可以对很多独立的结果进行平均，提高精度。

LOL校正算法将能够学习从发射输入到观测接收机输出的传递函数。然后将观测接收机的输出除以传递函数，得到发射机的输入。将预期的排放DC水平与观察到的排放DC水平进行比较，以确定排放LOL。最后，该算法将计算消除传输LOL所需的校正值，并将其作为DC偏置应用于所需的传输数据。