RadioVerse收發(fā)器系列中實現(xiàn)的消除LOL的技術(shù)探討

零中頻架構(gòu)有幾個主要優(yōu)點。但是，也有一些挑戰(zhàn)需要克服。發(fā)射本振泄漏（稱為發(fā)射LOL）就是這樣一個挑戰(zhàn)。未經(jīng)校正的傳輸LOL將在所需的傳輸內(nèi)產(chǎn)生不需要的發(fā)射，從而可能破壞系統(tǒng)規(guī)格。本文討論發(fā)射LOL問題，并探討ADI公司的RadioVerse收發(fā)器系列中實現(xiàn)的消除LOL的技術(shù)。如果傳輸LOL可以降低到足夠低的水平，不再導致系統(tǒng)或性能問題，也許人們可以學會大聲笑LOL！

什么是大聲笑？

RF混頻器有兩個輸入端口和一個輸出端口，如圖1所示。理想的混頻器將產(chǎn)生兩個輸入的乘積輸出。在頻率方面，輸出應為 F在+ F瞧和 F在– F瞧，僅此而已。如果任一輸入未驅(qū)動，則沒有輸出。

圖1.理想的混合器。

在圖 1 中，F(xiàn)在設(shè)置為 FBB基帶頻率為 1 MHz 和 F瞧設(shè)置為 F瞧本地振蕩器頻率為 500 MHz。如果混頻器是理想的，它將產(chǎn)生包含兩個音調(diào)的輸出：一個在499 MHz，一個在501 MHz。但是，如圖2所示，實際混頻器也會在F處產(chǎn)生一些能量。BB和 F瞧.F 處的能量BB可以忽略，因為它遠離所需的輸出，并且將被位于混頻器輸出之后的RF元件濾除。無論 F 處的能量如何BB，F(xiàn)處的能量瞧可能是一個問題。它非常接近或在所需輸出信號內(nèi)，并且很難或不可能通過濾波去除，因為濾波也會濾除所需信號。正是這種不需要的能量在F處瞧這被稱為 LOL。驅(qū)動混頻器的本振（LO）已泄漏到混頻器的輸出端口。LO還通過其他路徑泄漏到系統(tǒng)輸出，例如通過電源或穿過芯片本身。無論LO如何泄漏，都可以稱為LOL。

圖2.真實世界的混音器。

在僅傳輸一個邊帶的中頻架構(gòu)中，可以使用RF濾波來解析LOL。相比之下，在兩個邊帶都要傳輸?shù)牧阒蓄l架構(gòu)中，LOL位于所需輸出的中間，提出了更困難的挑戰(zhàn)（見圖3）。傳統(tǒng)濾波不再是一種選擇，因為任何會刪除LOL的濾波也會刪除部分所需的傳輸。因此，必須使用其他技術(shù)來消除它。否則，它最終可能會成為整體所需傳輸中不需要的發(fā)射。

圖3.F處的不需要的能量瞧以紅色顯示。這種不需要的能量在 F瞧被稱為大聲笑。

消除LO泄漏（也稱為LOL校正）

LOL的消除是通過產(chǎn)生幅度相等但相位與LOL相反的信號來實現(xiàn)的，從而消除LOL，如圖4所示。假設(shè)我們知道LOL的確切幅度和相位，可以通過對發(fā)射器的輸入施加直流偏移來產(chǎn)生消除信號。

圖4.LO泄漏和消除信號。

取消信號的生成

復雜的混頻器架構(gòu)非常適合產(chǎn)生消除信號。由于混頻器中存在LO頻率的正交信號（它們是復數(shù)混頻器工作原理的核心），1它們允許在LO頻率下生成具有任何相位和幅度的信號。

驅(qū)動復數(shù)混頻器的正交信號可以描述為正弦（LO）和Cos（LO）——這些是LO頻率處驅(qū)動兩個混頻器的正交信號。為了生成抵消信號，這些正交信號與不同的權(quán)重相加。用數(shù)學術(shù)語來說，我們可以產(chǎn)生一個輸出，即 I × Sin（LO） + Q × Cos（LO）。通過應用不同的有符號值代替I和Q，得到的總和將處于LO頻率，并且可以具有任何所需的幅度和相位。示例如圖 5 所示。

圖5.生成任何相位和任何幅度消除信號的示例。

所需的傳輸信號需要施加到發(fā)射器的輸入端。通過對傳輸數(shù)據(jù)施加直流偏置，混頻器的輸出將同時包含所需的傳輸信號和所需的LOL消除信號。有意生成的取消信號將與不需要的 LOL 相結(jié)合，它們將取消，只留下所需的傳輸信號。

觀察傳輸 LOL

使用觀察接收器觀察發(fā)射LOL，如圖6所示。在本例中，觀測接收器使用與發(fā)射器相同的LO，因此LO頻率下的任何發(fā)射能量在觀察接收器的輸出端都將顯示為直流。

圖6.觀察和校正Tx的基本概念瞧滲漏。

圖6所示的方法有一個固有的弱點：通過使用相同的LO進行發(fā)射和觀察，發(fā)送LOL將在觀測接收器的輸出中顯示為直流。由于電路中的元件不匹配，觀測接收器本身將具有一定量的直流，因此觀察接收器的總直流輸出將是發(fā)射LOL和觀測接收器中存在的本地直流偏移的總和。有一些方法可以克服這個問題，但更好的方法是使用不同的LO頻率進行觀察，從而將觀察路徑中的本地直流與發(fā)射LOL觀察結(jié)果分開。如下圖 7 所示。

圖7.使用不同的LO進行傳輸和觀察。

由于使用發(fā)射LO以外的頻率觀測傳輸，因此發(fā)射LO頻率處的能量不會出現(xiàn)在觀測接收器中的直流處。相反，它將顯示為基帶音，其頻率等于發(fā)射LO和觀測LO之間的差值。觀察路徑中的直流原生仍將出現(xiàn)在直流，因此觀測直流和傳輸LOL測量結(jié)果將完全分離。為簡單起見，圖8使用單混頻器架構(gòu)說明了這一概念。在本例中，發(fā)射器的輸入為零，因此發(fā)射器的唯一輸出是發(fā)送 LOL。頻率轉(zhuǎn)換是在觀測接收器將發(fā)射LOL觀測能量移動到直流之后完成的。

圖8.將觀察接收器直流與發(fā)射聲粗分開。

查找必要的校正值

通過取觀測接收器的輸出，除以從發(fā)射輸入到觀測接收器輸出的傳遞函數(shù)，然后將該結(jié)果與預期的傳輸進行比較，可以找到所需的校正值。所討論的傳遞函數(shù)如圖 9 所示。

圖9.從發(fā)射器輸入到觀測接收器輸出的傳遞函數(shù)。

從發(fā)射器基帶輸入到觀測接收器基帶輸出的傳遞函數(shù)由兩個部分組成：幅度縮放和相位旋轉(zhuǎn)。以下各節(jié)將更詳細地單獨解釋每種方法。

圖10顯示，如果從發(fā)射輸出到觀測接收器輸入的環(huán)回路徑在路徑中具有增益或衰減，或者如果發(fā)送電路的增益與觀察接收器電路的增益不同，則觀測接收器報告的發(fā)射信號幅度可能不代表正在傳輸?shù)陌l(fā)射信號的實際幅度。

圖 10.由于環(huán)回路徑中的衰減而導致的幅度縮放。

現(xiàn)在讓我們考慮相位旋轉(zhuǎn)。重要的是要認識到信號不會立即從A點傳播到B點。例如，信號以大約一半的光速穿過銅，這意味著沿銅條傳播的 3 GHz 信號的波長約為 5 厘米。這意味著，如果使用間隔幾厘米的多個示波器探頭探測銅條，示波器將顯示多個彼此異相的信號。圖11說明了這一原理，顯示了沿銅條間隔開的三個示波器探頭。在每個點看到的信號的頻率為3 GHz，但三個信號之間存在相位差。

請注意，將單個示波器探頭向下移動銅條不會顯示出這種效果，因為示波器總是在0°相位時觸發(fā)。只有使用多個探頭，才能觀察到距離和相位之間的關(guān)系。

圖 11.距離和相位、5 cm 跡線、3 GHz 信號以及 0 cm、2 cm 和 4 cm 處的探測點的關(guān)系。

正如沿銅帶存在相變一樣，從發(fā)射器輸入到觀測接收器輸出也會發(fā)生相變，如圖12所示。LOL校正算法必須知道發(fā)生了多少相位旋轉(zhuǎn)，以計算出正確的校正值。

圖 12：環(huán)回路徑中物理距離導致的相位旋轉(zhuǎn)。

確定從發(fā)射輸入到觀測接收器輸出的傳遞函數(shù)

圖13所示的傳遞函數(shù)可以通過向發(fā)射器施加輸入并將其與觀測接收器的輸出進行比較來學習。但是，需要牢記一些要點。如果將靜態(tài)（直流）信號施加到發(fā)射器輸入端，它將在發(fā)射LO頻率處產(chǎn)生輸出，并且發(fā)射LOL將與之結(jié)合。這將阻止正確學習傳遞函數(shù)。還應該注意的是，發(fā)射輸出可能連接到天線，因此可能不允許故意將信號施加到發(fā)射器輸入。

圖 13.確定從發(fā)射器輸入到觀測接收器輸出的傳遞函數(shù)。

為了克服這些挑戰(zhàn)，ADI收發(fā)器使用一種算法，對發(fā)送信號施加低電平直流失調(diào)。偏移水平會定期調(diào)整，這些擾動將顯示在觀測接收器的輸出中。然后，該算法分析輸入值中的增量與觀測值中的增量相比，如表 1 中所述。在此示例中，沒有傳輸用戶信號，但該方法在存在用戶信號的情況下仍然成立。

通過對這兩種情況進行減法，可以從方程中消除常量發(fā)送LOL，并且可以學習傳遞函數(shù)。個案數(shù)量可以擴展到兩個以上，從而給出許多獨立的結(jié)果，可以對結(jié)果進行平均以提高準確性。

總結(jié)

LOL校正算法將學習從發(fā)射輸入到觀測接收器輸出的傳遞函數(shù)。然后，它將獲取觀察接收器的輸出并將其除以傳遞函數(shù)，以將其參考到發(fā)射器的輸入。通過將預期傳輸中的直流電平與觀察到的傳輸中的直流電平進行比較，將確定發(fā)射LOL。最后，該算法將計算必要的校正值以消除發(fā)射LOL，并將其作為直流偏置應用于所需的傳輸數(shù)據(jù)。

審核編輯：郭婷