影响射频系统性能的那些因素~

原创 加油射频工程师 2024-01-04 18:15

来看看,你需不需要这门接收机设计课程吧(已更新八次)

如有需要,现在仍然可以报名。


(1)

现在芯片越来越集成,一个小小的芯片集成一个或者很多个射频系统,已经不是什么稀罕事。

在芯片的架构中,通常会用零中频或者低中频架构,因为这些架构简单,而且不需要像超外差接收机一样,使用片外滤波器。

如下图所示。


不过射频上是简单了,但是其实需要数字部分做很多的校准工作。

那么都是哪些实际器件中的不理想性,会对系统的性能产生影响呢?

(2)

首先,是热噪声和闪烁噪声。

所有的实际器件,都会有电子的随机运动,而这些运动会产生随机噪声,即热噪声。

比如说,一个无源的电阻R,在温度T K下,就会产生噪声电压:

如果这个电阻的负载的大小,与该电阻大小相等,那么输入到负载的噪声功率,则是我们经常看到的KTB,如下图所示。如果不考虑系统带宽,温度为T为290K,那Pn就是我们熟知的-174dBm/Hz。

还有,有源器件中的闪烁噪声(flicker noise),又称为1/f noise。

因为闪烁噪声位于直流(DC)附近,所以对零中频架构的影响很大,对低中频架构的影响次之。

(3)

接着,是LO相位噪声。

理想振荡器的输出,在频域可以用δ函数来表示,但是实际的相位噪声,往往会有裙摆,如下图所示。

收发机中LO的相噪的影响,如下图所示,蓝框表示有用信号的带宽。

一方面来源于本振相噪带与信号相乘,会带来带内噪声的增加;另一方面,来源于干扰信号与本振的相噪混频,会造成带内噪声的增加(即倒易混频)。

(4)

再者,是采样抖动。

ADC和DAC是收发机种模拟和数字的边界。

在模拟和数字进行转换的时候,需要用到采样时钟。

采样时钟,本质上也是一个振荡信号。如前面所示,实际的振荡信号会有相噪,等效于时域的抖动。

因为这个时域的抖动,会造成采样的误差,从而产生噪声。

(5)

其次,是载波频率偏移(CFO,carrier Frequency offset)和采样频率偏移(SFO)。

在通信系统中,载波频率一般是由锁相环产生的。

但是因为TX和RX的载波频率会有一点点的不同,所以,接收机变频后的频率会有残余频率误差,称为CFO,即载波频率偏移。如下图所示。

同样的,ADC和DAC的采样频率也会有差别,称之为采样频率偏移,即SFO,同样也会影响系统性能。

(6)

接着,是DAC和ADC的量化噪声和截断。

ADC和DAC在进行模数转换的时候,会产生量化噪声,从而产生有限的SNR。

所以在设计接收机的时候,通常ADC的前级需要有足够的增益,保证ADC本身的噪声电平与其输入的热噪声电平(由前面级电路产生)相比,要足够小,可以忽略不计。

而ADC的截断效应,会限制信号的PAPR(Peak to Average Power Ratio,峰均比),从而恶化信号的SNR。

(7)

还有,正交不平衡。

在进行上变频或者下变频的时候,使用的是正交混频器。实际的正交混频器,I路和Q路,会有增益失配和相位失配,从而影响信号的SNR或者产生带外噪声。

(8)

还有,器件的非线性。

接收机的非线性,主要是对大信号干扰负责。即我们经常说到的互调抗扰性。

(9)

最后,再吆喝一下接收机的课程哈!

走过路过,不要错过,欢迎扫码试听哈!听听也不费啥事,万一合心意呢

不管你是不是射频工程师,关注这个号的,估计工作中都会接触到射频。因为射频指标,通常是产品对外的指标,所以拓展一下关于射频系统的知识,对工作的帮助可是大大滴哦!

参考文献:

[1]Lydi Smaini,RF Analog Impairments Modeling for Communication Systems Simulation_ Application to OFDM-Based Transceivers


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