什么是零中頻信號(hào) 零中頻與直采的區(qū)別在哪兒？

什么是零中頻信號(hào)？零中頻，即直接變頻，零中頻就是信號(hào)直接由RF變到基帶，不經(jīng)過中頻的調(diào)制解調(diào)方法。而傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)方式是無線電信號(hào)RF（射頻）進(jìn)入天線，轉(zhuǎn)換為IF （中頻），再轉(zhuǎn)換為基帶（I，Q信號(hào)）。而零中頻就是信號(hào)直接由RF變到基帶，不經(jīng)過中頻的調(diào)制解調(diào)方法。

一般零中頻有兩個(gè)特點(diǎn)是：

1、沒有鏡頻干擾，不需要片外高Q值的帶通濾波器，所以很容易實(shí)現(xiàn)單片集成。

2、存在直流偏差、本振泄漏等問題。

行業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為射頻直接采樣是針對(duì)ADC采樣架構(gòu)而言的，零中頻是針對(duì)接收機(jī)變頻處理架構(gòu)而言的。射頻直接采樣一般不經(jīng)過變頻處理，ADC芯片直接采集射頻信號(hào)。而零中頻則需要變頻，將射頻信號(hào)進(jìn)行表變頻后至基帶，處于第一奈奎斯特采樣區(qū)域進(jìn)行采樣。

零中頻接收機(jī)本振頻率(LO)和射頻信號(hào)頻率(RF)相等，鏡像頻率也就是信號(hào)頻率本身。不存在鏡像頻率干擾的問題，原超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)中的鏡像抑制濾波器及中頻濾波器都可以省略。這樣一方面取消外部元件，有利于系統(tǒng)的單芯片實(shí)現(xiàn)。

如圖所示，混頻器后面是一個(gè)模擬低通濾波器，該濾波器作為通道選擇濾波器和AD前端的抗混疊濾波器。如果接收機(jī)的通道選擇性完全由該濾波器實(shí)現(xiàn)，那么要求該濾波器的截止頻率為信號(hào)帶寬的一半，以有效抑制鄰道和更遠(yuǎn)端的信道干擾。

由于該濾波器工作在低頻，因此可以用有源模擬濾波器實(shí)現(xiàn)，注意上下兩個(gè)分支幅度響應(yīng)匹配。有源模擬濾波器相對(duì)于超外差接收中的無源中頻濾波器輸入動(dòng)態(tài)范圍有限，并且阻帶衰減有限。

零中頻架構(gòu)的還有一個(gè)很容易被忽視的特點(diǎn)，基帶輸入放大器通常構(gòu)造為一個(gè)有源低通濾波器，其作為集成模擬濾波器運(yùn)行，這大大減輕了模擬濾波器的負(fù)擔(dān)。結(jié)合片內(nèi)抽取濾波，它還能用作可編程通道濾波器，消除比奈奎斯特相關(guān)信號(hào)更近的信號(hào)。此外，零中頻接收機(jī)內(nèi)的采樣器件通常包括反饋，可提供額外的帶外抑制。

實(shí)際上，這意味著無線電的帶外區(qū)域比帶內(nèi)區(qū)域具有更大的滿量程范圍。正如圖3中的簡化圖所示，零中頻無線電本質(zhì)上對(duì)帶外信號(hào)具有良好的容忍度。圖中的縱軸表示相對(duì)于帶內(nèi)的會(huì)導(dǎo)致靈敏度下降3 dB的輸入功率水平，它表明帶內(nèi)信號(hào)本身對(duì)帶外信號(hào)具有容忍度，這是其他架構(gòu)所沒有的。

零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)雖然減小鏡像信號(hào)抑制問題，但同時(shí)帶來了其他問題。這些問題主要是由于輸入信號(hào)的放大組要集中在基帶。這些問題包括：

接收機(jī)的偶次非線性失真

本振泄露和直流偏置

直流偏置

Flicker噪聲

射頻直采方案

直采方案如上圖所示，RF經(jīng)過濾波器、LNA、直接進(jìn)入ADC進(jìn)行采樣變換。

直接RF采樣的主要優(yōu)點(diǎn)是簡化了RF信號(hào)鏈，降低了每個(gè)通道的成本以及通道密度?；谥苯覴F采樣架構(gòu)的儀器由于使用的模擬組件較少，因此外形尺寸通常更小，功率效率更高。如果構(gòu)建的是高通道數(shù)系統(tǒng)，直接RF采樣可以減少系統(tǒng)的占地面積和成本。在構(gòu)建完全有源的相控陣?yán)走_(dá)等系統(tǒng)時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)檫@些雷達(dá)通過對(duì)來自多達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)天線發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行移相來形成波束。 由于同一系統(tǒng)包含有多個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器和分析儀，因此每個(gè)通道尺寸和成本便成為一個(gè)重要的考量因素。

除了尺寸、重量和功率（SWaP）減小之外，簡化的架構(gòu)還可消除RF儀器本身內(nèi)部可能的噪聲、映像和其他誤差來源，例如LO泄漏和正交減損。

其次，直接RF采樣架構(gòu)還可以簡化同步。例如，要實(shí)現(xiàn)RF系統(tǒng)的相位一致性，必須同步RF儀器的內(nèi)部時(shí)鐘和LO。在不需要LO的直接采樣中，只需關(guān)注器件的時(shí)鐘同步即可。同樣，對(duì)于需要多個(gè)相位相干RF接收器的相控陣?yán)走_(dá)應(yīng)用中，直接采樣架構(gòu)是簡化設(shè)計(jì)的有效選擇。

最后，直接RF采樣可實(shí)現(xiàn)高速跳頻。零中頻架構(gòu)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)在模擬電路，一般鎖相環(huán)電路鎖定時(shí)間在50us左右，加上數(shù)據(jù)加載一級(jí)業(yè)務(wù)處理，一般就只能實(shí)現(xiàn)在千跳級(jí)別。

RF采樣的頻率源實(shí)現(xiàn)是數(shù)字域的，沒有硬件的限制，它的跳頻可以實(shí)現(xiàn)萬跳級(jí)別。

結(jié)論

總之，零中頻和射頻采樣架構(gòu)都能提供出色的能力。然而，如果目標(biāo)是優(yōu)化成本、重量和尺寸，那么零中頻架構(gòu)在多個(gè)方面勝出。

審核編輯：劉清