宽带正交变换架构模拟及实现

摘 要：主要阐述了正交ADC变换的架构原理及其实现方法，具体包括总体结构、设计方法、LO泄漏抑制等，同时进行了低通滤波器的设计，提出了基于控制IBIAS和优化RLC滤波电路来实现抑制本振泄漏的方法，通过网络分析仪的实际测试和软件的仿真结果可以看出其完全能够满足无线系统的要求。此架构对于研究超宽带数据采集系统有很好的借鉴作用。
关键词：高速模数转换器；正交解调；本振泄漏抑制；RLC滤波电路

当今主流的下变频接收方式主要是中频接收技术，具体为：将射频信号首先转化为中频信号，然后再转化为基带信号进行处理。对射频信号直接进行采样在技术上还很难实现，而且成本上也不合算。在当前变换的研究中，大部分应用都是先将射频信号变换到中频，再对模拟信号进行数字化，然后采用数字下变频技术和多速率信号处理技术对信号进行后续处理。

l 正交架构理论分析
正交ADC架构框图如图1所示。

首先，射频输入信号为实数，表示如下：

I，Q信道信号经变换产生两个输出，两者相差为90°，然后经过下变频后处理。设下变频本振频率为fo，有：

二者组合成复数形式的输出信号为：

如果对两路输出都进行数字化，则输入带宽可以翻一倍，这一点可以从时域或频域进行解释：在时域中，如果采样频率为fs，则当达到最高输入频率时，必须能在一个周期内获得两个采样样本，以满足奈奎斯特采样速率，那么，最高输入频率则为fs／2，如果还有一个Q信道，则将采集到多于两个样本，所以最高输入频率可以扩展到fs。从频域来说，如果输入为实数，则输出具有正频率分量和负频率分量，则非模糊的最高频率为fs／2；对于复数来说，因为没有负频率分量，所以最高输入频率可以扩展到fs。但是当变频器覆盖一个较宽的带宽时，I信道与Q信道可能出现不平衡性，两个信道的输出可能具有不同的幅度，其相对相位也可能正好相差90°，这种不平衡性可能会导致信道产生一个镜像信号，其理论分析如下：其中s(t)为实信号：

其中：a为幅度不平衡度；ε为相位不平衡度。其信号和镜像的幅度分别为1+aejε和1一adjε，且：

其中：Ad为期望信号的幅度；Ai为镜像信号的幅度。镜像幅度和期望信号幅度的关系可以写成：