−
– sin (ωLOt)
−ωLO
0
ω ωc
−ωLO −ωIF 0 ωIF
ω
xQ(t)
yQ(t)
cos (ωLOt)
yI(t) = xI(t) cos (ωct) + xQ(t) sin (ωct) yQ(t) = xQ(t) cos (ωct) – xI(t) sin (ωct)
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混频：更数学地看问题
• 实信号的 Fourier 变换：正负频率分量同时存在且互为共轭，即
x(t) ↔ X(jω)
X(jω) = X∗(–jω)
(1)
例如
cos
(ωct)
↔
1-2
δ( ω
+
ωc)
+
1-- δ( ω 2
《射频集成电路设计基础》讲义
无线通信系统和收发信机结构
概述
混频：更数学地看问题
无线接收机 超外差 (Super-heterodyne) 结构 零中频接收机 镜像抑制接收机 低中频结构 二次变频宽中频接收机
无线发射机 附录
镜像抑制混频原理推导 参考文献
东南大学射频与光电集成电路研究所 陈志恒 , Nov-4, 2002
» 数字信号处理技术可以实现近乎理想的滤波器，但是直接在射频频率进行数 模转换并不现实
» 因此，射频滤波器只能用作整个系统频段的选择，滤除频段外的干扰，信道 的选择 ( 模拟或数字滤波 ) 需要在较低的频率 ( 中频 ) 进行
– 中频频率的选择
» 镜像频率和镜频抑制 (Image Rejection) » 邻信道干扰和选择性 (Selectivity) » 避开其它干扰 ( 如某些时钟和参考信号及其谐波频率 )
−ωLO −ωIF 0 ωIF
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– 复混频 2
xI(t) + jxQ(t)
yI(t) + jyQ(t)
cos (ωct) – j sin (ωct)
xI(t)
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cos (ωLOt) yI(t)
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IF+Interference
−ωc
0
ωc
−ωLO+ωIF ωLO−ωIF
ωIF ωIF
cos (ωLOt)
−ωIF 0 ωIF ωLO ω
−ωLO −ωIF 0 ωIF
−ωLO
0
ωLO
ω
−ωIF 0 ωIF
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• 收发机结构对集成度和成本的影响
– PCB 线路的复杂度 – 片外元件，尤其是高 Q 值滤波器、谐振器的费用 – 元件安装 ( 焊接 ) 的成本 – 电路调试的费用
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• 中频 (Intermediate Frequency)
– 下变频：射频 → 基带 RF
ωc – ωLO = ωIF
cos (ωLOt)
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IF
−ωc
0
ω ωc
ωIF
−ωLO
0
ωLO
ω
−ωIF 0
ωLO
−ωLO
0 ωIF
−ωIF 0 ωIF
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– 镜像频率 RF+IMG
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无线接收机
• 接收机概述
LNA
RF Filter 1
Mixer
IF AMP
BB
RF Filter 2
IF Filter
Injection Filter
LO
– RF Filter 1
» 选择工作频段，限制输入带宽，减少互调 (IM) 失真 » 抑制杂散 (Spurious) 信号，避免杂散响应 » 减小本振泄漏，在 FDD 系统中作为频域双工器
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• 混频：时域相乘 = 频域卷积 = 频谱搬移
– 上变频：基带 → 射频
x(t)
X(jω) 0
cos ( ωc t ) ω
−ωc
−ωc
0
ωc
ω
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x(t) cos (ωct)
0
ωc
ω
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–
ωc)
(2a)
sin
(ωct)
↔
-j2
δ( ω
+
ωc)
–
-j- δ( ω 2
–
ωc)
(2b)
但是复信号可能只存在单边频率分量，例如
e–jωct = cos (ωct) – j sin (ωct)
(3a)
e–jωct ↔ δ(ω + ωc)
(3b)
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我们已经知道了无线通信中使用高频载波来传输信号的必要性，现在来看一下 接收信号时降低频率的必要性 – 射频信道选择的困难
» 对于 GSM 系统，Q ≈ 9----0---0----M------H----z- = 4500
200 kHz
» 即使可以达到这么高的 Q 值，滤波器通带内的损耗和带外 ( 相邻信道 ) 的衰减 也将带来极大的问题
– LNA
» 在不造成接收机线性度恶化的前提下提供一定的增益，抑制后续电路噪声
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– RF Filter 2
» 抑制由 LNA 放大或产生的镜像干扰 » 进一步抑制其它杂散信号 » 减小本振泄漏
– Mixer
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– 复混频 1
x(t)
yI(t) + jyQ(t)
x(t)
e–jωLOt
I: In-phase, 同相 Q: Quadrature, 正交
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cos (ωLOt)
yI(t)
0° 90°
cos (ωLOt)
– sin (ωLOt) yQ(t)
−ωc
0
−ωLO
0
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概述
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• 接收机或发射机是一个系统，系统级的设计和优化具有更重要的意义
– 决定总体大小、功耗、性能 – 协调各电路模块，确保达到指标
• 收发机 (Transceiver) 结构对电路设计的影响
– 片外元件的数量和种类 – 电路的复杂度 – 各级电路的工作频率、增益、噪声系数、线性度、功耗