三种常用接收机架构的优势和挑战及方案说明

　　外差接收机作为接收机方案的标准选择已有数十年历史。近年来，模数转换器（ADC） 采样速率的迅速提高、嵌入式数字处理的采纳以及匹配通道的集成，为接收机架构提供了几年前尚被认为是不切实际的其他选择。本文比较三种常用接收机架构的优势和挑战：外差接收机、直接采样接收机和直接变频接收机。还会讨论关于杂散，系统噪声和动态范围的额外考虑。本文的意图并非要褒扬某种方案而贬抑其他方案，相反，本文旨在说明这些方案的优点和缺点，并鼓励设计人员按照工程准则选择最适合特定应用的架构。

　　架构比较

　　表1比较了外差、直接采样和直接变频三种架构。同时显示了每种架构的基本拓扑和一些利弊。表1. 接收机架构比较外差方法久经检验，性能出色。实施原理是混频到中频（IF）。IF需选择足够高的频率，使得实际滤波器在工作频段中能够提供良好的镜像抑制和LO隔离。当有超高动态范围ADC可用时，增加一个混频级以降低频率也很常见。此外，接收机增益分布在不同的频率上，这使得高增益接收机发生振荡的风险非常小。通过适当的频率规划，外差接收机可以实现非常好的杂散能量和噪声性能。遗憾的是，这种架构是最复杂的。相对于可用带宽，其需要的功耗和物理尺寸通常是最大的。此外，对于较大分数带宽，其频率规划可能非常困难。在当前追求小尺寸、低重量、低功耗（SWaP） 并希望获得宽带宽的背景下，这些挑战难度很大，导致设计人员不得不考虑其他可能的架构选项。直接采样方法已被业界追求许久，其障碍在于很难让转换器工作于直接射频采样所需的速率并且实现大输入带宽以及实现大输入带宽。在这种架构中，全部接收机增益都位于工作频段频率，如果需要较大接收机增益，布局布线必须非常小心。如今，在 L和S波段的较高奈奎斯特频段，已有转换器可用于直接采样。业界在不断取得进展，C波段采样很快就会变得实用，后续将解决X波段采样。直接变频架构对数据转换器带宽的使用效率最高。数据转换器在第一奈奎斯特频段工作，此时性能最优，低通滤波更为简单。两个数据转换器配合工作，对I/Q信号进行采样，从而提高用户带宽，同时又不会有交织难题。对于直接变频架构，困扰多年的主要挑战是维持I/Q平衡以实现合理水平的镜像抑制、LO泄漏和直流失调。近年来，整个直接变频信号链的先进集成加上数字校准已克服了这些挑战，直接变频架构在很多系统中已成为非常实用的方法。