零中頻架構(gòu)的定義及概念
零中頻(Direct Conversion或者Zero-IF)是一種射頻系統(tǒng)架構(gòu)。
【資料圖】
在接收方向上，是將接收到的RF信號(hào)直接從射頻頻率混頻到基帶頻率，省掉了中頻轉(zhuǎn)換的過(guò)程。
在發(fā)射方向上，是將要發(fā)射的基帶信號(hào)直接上變頻到射頻頻率，進(jìn)行發(fā)射。
零中頻接收機(jī)不需要中頻轉(zhuǎn)換，因此也稱為零中頻接收機(jī)。
零中頻架構(gòu)詳述
下圖所示，是一個(gè)零中頻雙工收發(fā)機(jī)的可能架構(gòu)，不是唯一的。
從上圖，我們可以看到：
(1) 零中頻收發(fā)機(jī)的RF部分，和超外差收發(fā)機(jī)的RF部分類似。
(2) 在FDD系統(tǒng)中，上行和下行的載波頻率不同，所以架構(gòu)中，收發(fā)機(jī)各用各的本振。
(3) 在接收機(jī)中，本振的頻率為接收頻率的2倍，輸入至二分頻器。該二分頻器的兩路輸出，有90度相位差，分別作為I路和Q路下變頻器的本振輸入。
(4) 在發(fā)射機(jī)中，為了避免負(fù)載變化引起LO牽引問(wèn)題，VCO的頻率應(yīng)該與發(fā)射機(jī)的工作頻率不同。也可以和接收機(jī)本振設(shè)計(jì)類似，將頻率設(shè)置為2倍的發(fā)射頻率，然后再使用二分頻器。但是這時(shí)，可能會(huì)有潛在的VCO反向調(diào)制問(wèn)題，比如說(shuō)PA輸出的二次諧波(帶調(diào)制)，會(huì)泄露到VCO(正好工作在諧波頻率)，然后對(duì)VCO產(chǎn)生調(diào)制。所以更好的辦法，可能是選擇下面的架構(gòu)。
(5) 對(duì)于零中頻接收機(jī)，沒(méi)有鏡像問(wèn)題，因?yàn)樗鼪](méi)有鏡像頻率。
(6) 零中頻接收機(jī)中，大約75%的整機(jī)增益都被分配在模擬基帶模塊(接收機(jī)工作在高增益模式下時(shí))，所以接收機(jī)的AGC主要在這個(gè)模塊進(jìn)行。為了同步兩個(gè)通道中的增益控制，通常使用精確的數(shù)字步進(jìn)控制，而不是在超外差接收機(jī)中經(jīng)常用的連續(xù)增益控制。
(7) 零中頻發(fā)射機(jī)的增益分布，與零中頻接收機(jī)的增益分布相反。其90%的增益控制是在RF模塊，BB模塊提供很低的增益，有時(shí)候甚至是負(fù)電壓增益。
零中頻與超外差結(jié)構(gòu)的比較
零中頻接收機(jī)與超外差接收機(jī)的一些比較：
(1) 零中頻接收機(jī)沒(méi)有中頻，所以沒(méi)有鏡像干擾的問(wèn)題，而且可以省掉超外差接收機(jī)需要用到的中頻濾波器(高抑制度的中頻濾波器通常很貴)，這樣整機(jī)的大小和尺寸，都可以降低。
(2) 零中頻接收機(jī)的通道濾波器，是在模擬基帶處，用有源低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，有源低通濾波器的帶寬可以設(shè)計(jì)成數(shù)字可調(diào)，這樣就很容易設(shè)計(jì)出在多個(gè)模式下工作的零中頻接收機(jī)。而且如果這些模式，都是運(yùn)行在同一頻段，那么該接收機(jī)還可以共用RF前端。而超外差接收機(jī)想實(shí)現(xiàn)多帶寬的話，一種方式是使用多個(gè)不同帶寬的中頻濾波器并聯(lián)；不過(guò)也可以借鑒有源低通濾波器的設(shè)計(jì)，先模擬部分用一個(gè)寬的中頻濾波器，然后用基帶濾波器去控制具體的帶寬。
(3)零中頻接收機(jī)因?yàn)闆](méi)有中頻，所以也不需要做頻率規(guī)劃，而這個(gè)在超外差架構(gòu)中是一項(xiàng)必要的任務(wù)。
(4) 零中頻接收機(jī)雖然看上去比超外差接收機(jī)要簡(jiǎn)單，但是它的實(shí)現(xiàn)確要比超外差接收機(jī)難，因?yàn)樵诹阒蓄l接收機(jī)中有很多技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在集成芯片中，一般都是采用零中頻架構(gòu)；而在板級(jí)中，要么使用超外差架構(gòu)，要么使用零中頻架構(gòu)的集成芯片。
零中頻發(fā)射機(jī)與超外差發(fā)射機(jī)的一些比較：
(1) 零中頻發(fā)射機(jī)雖然沒(méi)有中頻，但是也沒(méi)有像零中頻接收機(jī)一樣省掉一個(gè)中頻濾波器，因?yàn)榇蟛糠值臅r(shí)候，在超外差發(fā)射機(jī)中，也不使用中頻濾波器。
(2) 零中頻發(fā)射機(jī)，相對(duì)于超外差發(fā)射機(jī)而言，包含更少的混頻分量。
隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，使得零中頻架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)稱為可能，從而也擠壓了板級(jí)射頻設(shè)計(jì)的空間。
參考文獻(xiàn)：
[1]Qizheng Gu,RF System Design of Transceivers for Wireless Communications
