Архитектура цифровых радиоприемных устройств

Страницы работы

Содержание работы

Лекция  12. Архитектура цифровых радиоприемных устройств

Супергетеродинные приемники

- с одним преобразованием частоты  (Single-Conversion)

- с двойным преобразованием частоты  (Double-Conversion)

Перестройка по частоте с помощью гетеродина

Супергетеродин с двумя преобразованиями частоты

Архитектура тракта приема с двойным преобразованием частоты

- полосовой ВЧ фильтр (Band Select Filter) ПФ1

- малошумящий усилитель МШУ (low noise amplifier)

- фильтр для подавления зеркального канала ПФ2 (image reject filter)

- преобразователь на промежуточную частоту (Intermediate Frequency, IF) с помощью смесителя (СМ1), гетеродина (РЧ ГУН)

- фильтр подавления 2-го зеркального канала ФПЧ1

- 2-й преобразователь частоты СМ2, ПЧ ГУН

- фильтр основной избирательности рабочего канала ФПЧ2 (Channel Select Filter)

- использование квадратурных каналов для цифровой обработки синфазных и квадратурного сигналов I и Q.

- чувствительность и избирательность обеспечивается в аналоговом тракте

Недостатки супергетеродинной схемы:

-  увеличение стоимости устройства и его размеров за счет применения внешних высокодобротных полосовых фильтров

- так как выбор рабочего канала происходит в первом каскаде ПЧ, перестраиваемый гетеродин требует качественного выполнения и использования внешнего колебательного контура для достижения хорошей характеристики по шумам,

- разноканальность квадратурных каналов, нестабильность характеристик

- трудности микроминиатюризации приемопередатчика

Радиоприемник с прямым преобразованием сигнала

- архитектура приемника с прямым преобразованием сигнала (Direct Conversion Receiver, DCR, Dicon)

- нулевая промежуточная частота (Zero-IF receivers)

- высоколинейный смеситель

Обобщенная структура РЧ блока прямым преобразованием частоты

Прямое преобразование сигнала в квадратурных каналах 

- после смесителя усиление в том числе и постоянной составляющей сигнала

- ФНЧ с высокой избирательностью (high roll-off low-pass filter), осуществляющий выбор рабочего канала (Channel Select Filter)

- отсутствует зеркальный канал

Достоинства:

- меньшая стоимость,

- меньшая потребляемая мощность,

- меньше массо-габаритные показатели,

- отсутствие навесных компонентов делает эту архитектуру очень перспективной для интеграции.

Недостатки:

- влияние утечки гетеродина на вход смесителя (LO leakage), а также просачивания мощной помехи на гетеродинный вход (Interferer Leakage)

- смещение постоянной составляющей (DC offset)

- влияние фликкер-шума (Flicker noise)

- влияние интермодуляционных искажений второго порядка (second-order intermodulation distortion product)

Утечка сигнала гетеродина

- самосмешение (self-mixing)

Утечка сигнала гетеродина

Просачивание сигнала помехи

- просачивание сигнала помехи

Просачивание сигнала мощной помехи

Утечка сигнала гетеродина на антенный вход

        - меньше влияет в супергетеродинном приемнике

        - сильно влияет в приемнике прямого преобразования

        - влияние движения объекта на частоту и фазу переизлученного сигнала

Утечка сигнала гетеродина на антенный вход и его излучение

Борьба с утечками сигнала гетеродина:

- повышение степени интеграции

- совершенствование конструкции

- использование дифференциальных схем гетеродинов и смесителей

Смещение постоянной составляющей

- причины смещения постоянной составляющей (DC offsets)

                влияние температуры

                нестабильности источников питания

                разбаланс квадратурных каналов

                нестабильность напряжения и фазы гетеродина

                утечка сигнала гетеродина

Борьба со смещением постоянной составляющей:

- автоматическая коррекция нуля (auto-zeroing function)

- рациональная конструкция, тщательная экранировка

Фликкер-шум

- низкочастотные шумы, фликкер-шумы (Flicker Noise), шумы типа 1/f

Способы уменьшения действия фликкер-шума:

- совершенствование технологии ИС, особенно КМОП

- способы уменьшения смещения постоянной составляющей

Радиоприемник с низкой промежуточной частотой

- архитектура приемника с низкой ПЧ (Low-IF receivers)

Достоинства архитектуры  с низкой промежуточной частотой:

        - исключение высокочастотного фильтра

        - устранения влияния смещения постоянной составляющей

Приемник однократного преобразования с низкой промежуточной частотой

- частота гетеродина отличается от несущей частоты на один – два частотных канала

- используется низкодобротный фильтр

- малые интермодуляционные искажения

- фазовый метод подавления зеркального канала

Недостатки архитектуры  с низкой промежуточной частотой:

- подавление зеркального канала не более 40 дБ из-за рассогласования I и Q каналов

- высокие требования к перестраиваемому гетеродину в радиотракте

- применение асимметричного многофазного фильтра для подавления зеркального канала вызывает дополнительные потери

- повышенные требования к динамическому диапазону и разрешению АЦП

- повышение энергопотребления

Широкополосный радиоприемник с двойным преобразованием частоты

- архитектура широкополосного приема с двойным преобразованием частоты (Wideband double-IF receiver) = приемник с нулевой ПЧ + супергетеродин

Архитектура широкополосного приемника с двойным преобразованием частоты

Архитектура широкополосного приемника с двойным преобразованием частоты

Достоинства широкополосного приемника с 2-мя преобразованиями частоты:

- применение не перестраиваемого 1-го гетеродина

- высокая промежуточная частота, применение ФНЧ, малые фазовые шумы гетеродина

- применение ФНЧ позволяет выполнить в виде ИМС

- настройка на принимаемый сигнал с помощью 2-го гетеродина

Недостатки  широкополосного приемника с 2-мя преобразованиями частоты:

- требование большего динамического диапазона

- высокие требования по интермодуляциям 2-го порядка

Приемник с субдискретизацией (подвыборками)

- архитектура приема с подвыборками (Sub-sampling receivers)

Приемный тракт с подвыборками

Достоинства:

- схема УВХ (Sampling circuit) заменяет смеситель в архитектуре с нулевой ПЧ

- устранение смещения постоянной составляющей

Недостатки:

- высокие требования к УВХ и АЦП в целом

Приемники с цифровой ПЧ

- цифровая промежуточная частота (Digital IF receiver) – АЦП на промежуточной частоте

- одноканальное формирование квадратур

- цифровой синтезатор прямого синтеза DDS (Direct Digital frequency Synthesizer), NCO (Numerically Controlled Oscillator)

Обобщенная структура приемника с цифровой ПЧ

(на выходе стоят АЦП, DDC и ЦСП в полосе частот модуляции)

- цифровой перемножитель (Digital Multipliers)

- идентичность квадратурных каналов

Недостатки:

- высокие требования к АЦП

- повышение энергопотребления

Подавление зеркального канала фазовым методом

,         

При нижней настройке промежуточная частота может образоваться двумя способами:

 или .

Выходы 1-го и 2-го смесителей:

 - сигнал

 - зеркальный канал

Выходы фазовращателей:

 - сигнал

 - зеркальный канал

Выход сумматора:

 - сигнал

 - зеркальный канал

- сигнальные оставляющие удваиваются

- составляющие зеркального канала взаимно компенсируются

Похожие материалы

Информация о работе