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
, 
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
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.