零中頻接收機除了IQ mismatch帶來的鏡像,本振泄露等帶來的直流偏移,射頻鏈路二階非線性帶來的抗干擾等問題之外,還有一個零中頻接收機固有的缺陷,那就是閃爍噪聲。
閃爍噪聲,也被稱為1/f 噪聲,因為其大小與頻率成反比。
閃爍噪聲,頻率越低,幅度越大,而零中頻的有用信號位于零中頻附近,所以有時候閃爍噪聲就會對有用信號的SNR產生影響。但是這也分情況,不是在任何時候都會有影響,要不然ZIF架構的芯片也不會應用的這么廣泛了。
對于零中頻接收機,為了綜合考慮非線性指標,RF端的增益可能設置在30dB左右,而這個增益,抑制不了后面基帶電路產生的低頻閃爍噪聲,特別在窄信道帶寬的情況下。
所謂窄信道帶寬,是指信道帶寬比較低,或者符號率比較低,比如說GSM系統,信道帶寬為200KHz左右。
(2)?衡量閃爍噪聲的影響
為了表征指定器件的閃爍噪聲和熱噪聲的關系,可以把這兩噪聲的譜密度,畫在同一副圖上,如下所示。閃爍噪聲和熱噪聲的交點,稱為拐角頻率fc。?fBW是信道帶寬的一半,比如說GSM系統,信道帶寬為200KHz左右,那fBW=100KHz。另外,fBW/1000這個頻率點,是因為大多數仿真表明[1],當頻率

假設Pn1為fBW/1000~fBW頻率范圍內的噪聲總功率,Pn2是fBW/1000~fBW頻率范圍內只考慮熱噪聲的噪聲總功率,可以用Pn1與Pn2的比值,來衡量閃爍噪聲對系統性能的影響。
Pn1/Pn2的推導如下:

(3)?為什么窄信道帶寬的信號更容易受影響?
有了上面這個公式以后,就可以分別計算寬信道帶寬和窄信道帶寬下的噪聲比值。
假設基帶處閃爍噪聲的拐角頻率fc=200KHz,當信道帶寬為20MHz時,Pn1/Pn2=1.04.

同樣的接收機,假設信道帶寬為200KHz,Pn1/Pn2=16.4,這邊,在文獻[1]中,從上下文來看,積分下限感覺應該是270Hz,但是書中2次相關內容處,寫的都是27Hz,所以也是有所疑問。不過,不影響大局。

所以,對于同樣的接收機,閃爍噪聲對窄信道帶寬的影響要遠大于對寬信道帶寬的影響。
因此,對于窄信道帶寬的通信系統,有時會去采用低中頻架構的接收機.
(4)? 低中頻架構的接收機是怎么來解決這個問題的呢?
假設GSM接收機的中頻為100KHz,而不是零中頻。因為低中頻的頻率相距DC比較遠,所以可以用截止頻率比較高的高通濾波,假設高通濾波器可以濾除20KHz以下的信號,此時Pn1/Pn2=2.3。

可以看到,因為低中頻架構的使用,對于窄信道帶寬而言,閃爍噪聲的影響大幅度下降。
(5)低中頻架構帶來的新問題
一種低中頻架構如下圖所示,和零中頻架構,從表面上看,類似。

不過,因為中頻不再是零中頻,即使采用正交混頻器,但由于IQ失配,還是會有類似超外差架構的鏡像干擾。在零中頻架構中,鏡像干擾是有用信號本身,所以對鏡像抑制的要求沒有那么高;但是在低中頻架構中,鏡像干擾是外界環境中的干擾,所以理論上可以很大。

那怎么辦?低中頻架構還能用么?
當然可以,具體看指標要求。比如說,對于GSM系統,鏡像頻率正好處于鄰信道,而GSM鄰信道干擾(@fc+200KHz)只要求是9dBc,這個鏡像抑制指標還是比較容易滿足的。
參考文獻:
[1] Razavi,?RF MICROELECTRONICS
[2] Qizheng Gu,RF System Design of Transceivers for Wireless Communications

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