零中频架构痛点：直流偏移问题亟待解决

发布时间：2023-08-22 11:31:17

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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零中频架构，这一概念虽然早在1924年就被提出，但由于其实现的复杂性，直到20世纪90年代，随着半导体技术和集成电路的飞速发展，才得到了广泛的应用。这种架构看上去简单，但要真正基于分立器件实现，却并不容易。零中频架构面临的一个关键挑战就是直流偏移，或称为DC-offset。那么，直流偏移究竟是如何产生的呢？

混频器在工作时，其RF和LO端口之间需要有一定的隔离度，由于种种原因，如基板或空间的耦合效应，本振信号可能会泄露到前级。这些泄露的信号，由于级间失配，可能会反射回混频器的输入端，与本振信号混频，从而产生直流偏移。发射泄露也是一个重要的原因，特别是在全双工系统中，发射机的功率放大器（PA）输出的信号，可能通过多种路径泄露到混频器，例如，信号可能通过双工器、低噪声放大器（LNA）等射频通路泄露至混频器的RF端，或者通过基板、PCB或供电系统等途径泄露到混频器的LO端。这些泄露的信号在混频器内混频，就会产生直流偏移。

强干扰信号也是一个不可忽视的因素，当强干扰信号传输到混频器的RF端时，由于RF和LO端口之间的隔离度有限，干扰信号可能会泄露到LO端口。这样，两端口上的干扰信号之间就会发生混频，从而产生直流偏移。同时，强干扰信号在RF通路中传播时，由于电路的二阶非线性效应，也可能产生直流偏移。

直流偏移是一个潜在的“隐形杀手”，它可能悄无声息地破坏接收机的性能。想象一下，一个精心设计的接收机，其链路增益大多集中在基带模块，以期捕获微弱的有用信号。然而，如果混频器输出端存在微小的直流偏移，即便只是200~250uV，经过基带模块高达70~80dB的增益放大后，这个微小的偏移可能会变得异常显著，足以让基带放大器，特别是最后一级放大器进入饱和状态。这意味着那些我们期待接收的微弱信号，很可能被这个“放大”的直流偏移所淹没，导致无法正常接收。

为了消除这种危害，我们可以采取多种策略。其中，使用交流耦合或高通滤波器是一种常见且有效的方法。它们就像是一道屏障，将直流偏移阻挡在基带模块之外。不过，高通滤波器的设计需要非常精细，其角频率需要控制在符号率或码率的0.1%或更小，以避免对信号质量造成负面影响。另外，我们还可以采用抵消法来消除直流偏移。对于时不变的直流偏移，我们可以在接收机的不同增益模式下进行校准，并将校准结果存储在查找表中。

在工作模式下，我们可以根据存储的校准值来补偿直流偏移。而对于时变的直流偏移，如果调制方式具有零平均值（如QPSK），我们就可以通过平均数字化信号来测量直流偏移，并通过DAC从基带电路中的信号中减去这个偏移值。