零中频接收机缺点（零中频接收机的问题以及设计解决方案）

针对零中频架构的一个痛点——直流偏移和二阶失真产物——零中频接收机的另一个痛点，我讲了零中频接收机的两个痛点。

今天我们来说说第三个，就是智商失衡。

在零中频接收机中，接收到的射频信号经过射频前端放大后，通过正交混频器下变频为两个正交的基带信号，这就是我们通常听到的I和I信号。 Q信号。

通常有两种方式实现这两个信号的正交，即射频信号相移90度或LO信号相移90度，如下图所示。但在射频路径中加入相移操作时，需要考虑很多因素，比如对链路噪声的影响、对链路增益的影响等，所以一般采用后者，即在LO上信号执行90 度相移。

I/Q 不平衡的来源

IQ不平衡是指I、Q信号的幅度不平衡和相位不平衡。

这些不平衡主要来自两个方面。一是正交LO信号的生成过程引起的幅相不平衡，二是来自基带链路本身的幅相不平衡。

一般来说，信号频率越高，引入的相位不平衡就越大，这就是为什么零中频接收机中IQ不平衡的影响比超外差接收机中的影响大得多。

如下图所示，假设链路中的时延失配为10ps，对于5GHz信号，引入的相位不平衡为18。如果频率降低到1GHz，引入的相位不平衡就会降低到3.6。而且，由于频率越高，芯片内部器件的尺寸越小，器件之间的不平衡越严重，导致正交LO链路的不平衡越严重。

另外，两个模拟基带通道的增益可能相差高达80dB，并且I通道和Q通道是两个不同的通道并且经过不同的设备。一般来说，如果信号通过两个完全不同的通道，即使在RFIC内部也很难实现完美的IQ匹配。而且，必须在基带通道中实现同步增益控制，这增加了IQ匹配的难度。

智商失衡的影响

智商通道之间的不平衡会产生什么影响？

假设有一个QPSK调制信号，如下图所示。调制信号经过幅度和相位不平衡的正交混频器，然后转换为I和Q基带信号。

那么变频后的基带信号的表达式如下式所示：

考虑两种情况，即仅幅度不平衡和仅相位不平衡。

从上图可以看出，I、Q通道之间的幅度不平衡和相位不平衡会导致星座图失真。

那么如何解决智商失衡呢？

答案是校准。

在一些标准中，要求的相位和增益不平衡指标非常严格，器件和布局本身的原始匹配无法满足要求。

因此，在许多高性能系统中，必须在启动时或实时校准I 和Q 通道的幅度和相位不平衡。

如下图所示，是启动时校准的示例。开机时，向正交混频器的输入端输入射频音频信号，然后在模拟基带或数字基带处观察基带信号。由于基带信号的频率相对较低，因此可以准确测量其幅度和相位不平衡。获得测量结果后，可以在解调之前对接收信号进行校正。

或者，如下所示实时校准。分别将可调增益和可调相位组件插入LO和基带路径，然后调整这些器件，直到不平衡足够小。

审稿人：刘庆