简单中透着复杂的零中频架构

零中频架构的定义及概念

零中频(Direct Conversion或者Zero-IF)是一种射频系统架构。

在接收方向上，是将接收到的RF信号直接从射频频率混频到基带频率，省掉了中频转换的过程。

(相关资料图)

在发射方向上，是将要发射的基带信号直接上变频到射频频率，进行发射。

零中频接收机不需要中频转换，因此也称为零中频接收机。

零中频架构详述

下图所示，是一个零中频双工收发机的可能架构，不是唯一的。

从上图，我们可以看到：

(1) 零中频收发机的RF部分，和超外差收发机的RF部分类似。

(2) 在FDD系统中，上行和下行的载波频率不同，所以架构中，收发机各用各的本振。

(3) 在接收机中，本振的频率为接收频率的2倍，输入至二分频器。该二分频器的两路输出，有90度相位差，分别作为I路和Q路下变频器的本振输入。

(4) 在发射机中，为了避免负载变化引起LO牵引问题，VCO的频率应该与发射机的工作频率不同。也可以和接收机本振设计类似，将频率设置为2倍的发射频率，然后再使用二分频器。但是这时，可能会有潜在的VCO反向调制问题，比如说PA输出的二次谐波(带调制)，会泄露到VCO(正好工作在谐波频率)，然后对VCO产生调制。所以更好的办法，可能是选择下面的架构。

(5) 对于零中频接收机，没有镜像问题，因为它没有镜像频率。

(6) 零中频接收机中，大约75%的整机增益都被分配在模拟基带模块(接收机工作在高增益模式下时)，所以接收机的AGC主要在这个模块进行。为了同步两个通道中的增益控制，通常使用精确的数字步进控制，而不是在超外差接收机中经常用的连续增益控制。

(7) 零中频发射机的增益分布，与零中频接收机的增益分布相反。其90%的增益控制是在RF模块，BB模块提供很低的增益，有时候甚至是负电压增益。

零中频与超外差结构的比较

零中频接收机与超外差接收机的一些比较：

(1) 零中频接收机没有中频，所以没有镜像干扰的问题，而且可以省掉超外差接收机需要用到的中频滤波器(高抑制度的中频滤波器通常很贵)，这样整机的大小和尺寸，都可以降低。

(2) 零中频接收机的通道滤波器，是在模拟基带处，用有源低通滤波器来实现，有源低通滤波器的带宽可以设计成数字可调，这样就很容易设计出在多个模式下工作的零中频接收机。而且如果这些模式，都是运行在同一频段，那么该接收机还可以共用RF前端。而超外差接收机想实现多带宽的话，一种方式是使用多个不同带宽的中频滤波器并联；不过也可以借鉴有源低通滤波器的设计，先模拟部分用一个宽的中频滤波器，然后用基带滤波器去控制具体的带宽。

(3)零中频接收机因为没有中频，所以也不需要做频率规划，而这个在超外差架构中是一项必要的任务。

(4) 零中频接收机虽然看上去比超外差接收机要简单，但是它的实现确要比超外差接收机难，因为在零中频接收机中有很多技术挑战。现在集成芯片中，一般都是采用零中频架构；而在板级中，要么使用超外差架构，要么使用零中频架构的集成芯片。

零中频发射机与超外差发射机的一些比较：

(1) 零中频发射机虽然没有中频，但是也没有像零中频接收机一样省掉一个中频滤波器，因为大部分的时候，在超外差发射机中，也不使用中频滤波器。

(2) 零中频发射机，相对于超外差发射机而言，包含更少的混频分量。

随着芯片技术的发展，使得零中频架构的实现称为可能，从而也挤压了板级射频设计的空间。

参考文献：

[1]Qizheng Gu,RF System Design of Transceivers for Wireless Communications

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