RF信號(hào)鏈概述

如今的多通道寬帶多倍頻程調(diào)諧RF接收器，通常需要消除不必要的阻塞信號(hào)，從而保持相關(guān)信號(hào)的保真度。濾波器在減少這些不必要的信號(hào)上起到了重要作用，特別是在這些系統(tǒng)的接收器RF前端和本振(LO)部分。天華中威科技小編將帶領(lǐng)大家探討RF信號(hào)鏈中的濾波器。
圖1顯示了覆蓋2 GHz至18 GHz的典型寬帶信號(hào)鏈。該信號(hào)鏈的基本工作原理如下。天線(xiàn)接收的頻率范圍很廣。將頻率轉(zhuǎn)換為ADC能夠進(jìn)行數(shù)字化處理的中頻信號(hào)之前，需要進(jìn)行一系列放大、濾波和衰減控制（射頻前端）。此框圖中的濾波功能可分為四大類(lèi)：

• 預(yù)選器亞倍頻程濾波
  

• 鏡像/中頻信號(hào)抑制
  

• LO諧波
  

• 抗混疊
  

圖1. 2Ghz至18GHz接收器框圖。

圖2.(a)亞倍頻程預(yù)選可減輕IMD2問(wèn)題；(b)濾波器頻帶隨著頻率的增加而變寬。

圖3.(a)必須在混頻器之前抑制的鏡像頻段和(b)中頻頻段。

預(yù)選器亞倍頻程濾波需要靠近信號(hào)鏈的起點(diǎn)，用于解決二階交調(diào)失真(IMD2)雜散問(wèn)題，這類(lèi)問(wèn)題在有干擾信號(hào)（也稱(chēng)為阻斷信號(hào)）的情況下會(huì)出現(xiàn)。當(dāng)兩個(gè)帶外(OOB)雜散相加或相減并形成一個(gè)帶內(nèi)雜散時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，這可能會(huì)掩蓋目標(biāo)信號(hào)。亞倍頻程濾波器可以在這些干擾信號(hào)到達(dá)信號(hào)鏈的非線(xiàn)性元件（如放大器或混頻器）之前將其去除。通常，亞倍頻程濾波器的絕對(duì)帶寬要求會(huì)隨著中心頻率的降低而變得更窄。例如，2 GHz至18 GHz信號(hào)鏈的第一頻帶可能僅覆蓋2 GHz至3 GHz，并且需要在1.5 GHz的低壓側(cè)(F_high/2)和4 GHz的高壓側(cè)(F_low × 2)具有良好的抑制，而信號(hào)鏈的最高頻帶可能覆蓋12 GHz至18 GHz，在9 GHz的低壓側(cè)和24 GHz的高壓側(cè)具有良好的抑制。這些差異意味著需要更多的濾波器來(lái)覆蓋低頻段，而不是高頻段。預(yù)選器濾波的頻譜示例如圖2所示。

鏡像/中頻抑制濾波通常是在信號(hào)鏈的下游，在LNA和混頻器之間。它用于抑制鏡像頻率和不需要的中頻頻率。鏡像是一個(gè)頻段，當(dāng)它出現(xiàn)在混頻器輸入端時(shí)，將生成與混頻器輸出端目標(biāo)信號(hào)振幅相同的信號(hào)。鏡像抑制可以通過(guò)信號(hào)鏈中的幾個(gè)組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，如預(yù)選濾波器、專(zhuān)用鏡像抑制濾波器和來(lái)自于單邊帶(SSB)混頻器的鏡像抑制能力。中頻信號(hào)抑制需要在混頻器之前降低中頻頻率的頻譜，避免它們直接泄漏到混頻器上并顯示為不需要的雜散。圖3顯示了一個(gè)不需要的鏡像和中頻頻段的頻譜示例。

根據(jù)LO生成電路的不同，信號(hào)鏈中的這一點(diǎn)對(duì)濾波的要求可能會(huì)有所不同。輸入混頻器LO端口的目標(biāo)信號(hào)是干凈的正弦波或方波。通常，LO電路會(huì)產(chǎn)生所需LO信號(hào)的次諧波和諧波。這些不需要的信號(hào)（見(jiàn)圖4）需要在到達(dá)混頻器之前進(jìn)行抑制，避免產(chǎn)生不需要的MxN雜散產(chǎn)物。如果LO信號(hào)處于單一頻率，那么一個(gè)固定帶通濾波器就足夠了，并且可以?xún)?yōu)化為僅通過(guò)目標(biāo)信號(hào)。在寬帶信號(hào)鏈中，通常要實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的LO信號(hào)，因此需要一組開(kāi)關(guān)濾波器或一個(gè)可調(diào)諧濾波器。

圖4.LO諧波濾波。

圖5.如果沒(méi)有足夠的抑制，ADC中的混疊會(huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)出現(xiàn)在某個(gè)頻段。

使用ADC采樣時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需選擇要進(jìn)行數(shù)字化處理的奈奎斯特區(qū)。第一個(gè)奈奎斯特區(qū)的范圍從DC到fS/2（其中fS是ADC的采樣率）。第二個(gè)奈奎斯特區(qū)是從fS/2到fS，以此類(lèi)推?？够殳B濾波器用于抑制與目標(biāo)奈奎斯特區(qū)相鄰的奈奎斯特區(qū)中的干擾信號(hào)。信號(hào)鏈中這個(gè)位置的干擾信號(hào)可能來(lái)自不同的來(lái)源，比如混頻器中產(chǎn)生的MxN雜散、與目標(biāo)信號(hào)相鄰的下變頻信號(hào)，或是來(lái)自中頻信號(hào)鏈中產(chǎn)生的諧波。在進(jìn)行數(shù)字化處理時(shí)，輸入ADC的任何干擾信號(hào)都將混疊到第一奈奎斯特區(qū)。不需要的混疊信號(hào)的頻譜示例如圖5所示。
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