信号链基础知识#70：模拟正交调制器失衡的数字校正

宽带宽无线发射器常用模拟正交调制器(AQM)把复合(I + j*Q)基带信号转换为射频(RF)。AQM内含一个本机振荡器(LO)输入、一个生成两个LO 90度异相的分相器、两个混频器(每个混频器将基带信号混频为射频)以及一个组合两个信号的加法器(图1)。

图 1 模拟正交调制器系统结构图

就一个完美匹配I和Q通路的理想AQM而言，基带信号的wBB频率复频为：

根据基带Q的不同符号，得到wBB - wRF或者wBB + wRF RF输出的单频

但是，实际状况不见得理想，有三种可能出现的误差：

1. 基带DC偏差

2. I和Q分支之间的增益错配

3. LO相位误差

图2数学方法表示。

图 2 有偏差、增益及相位误差的AQM的数学表示

DC 偏移会与 LO 混频，产生 LO 馈通，即wLO的频率。I和Q分支的DC偏移加入正交，形成以下的LO馈通振幅：

通过在基带信号中添加一个反向偏差，可对LO馈通进行校正。许多双高速DAC或集成发射器解决方案，例如：TI的AFE7071等，都包括生成校正用基带偏差的数字电路。找到I和Q基带信号最佳DC偏差值的一种简单方法是，监测LO馈通振幅，并反复地改变首个I DC偏差，然后再改变Q DC偏差，最终找到最小LO馈通(图3)。在pass 1期间，Q DC偏差保持不变，而对I DC偏差进行扫描，直到找到最小LO馈通为止。在pass 2期间，I DC偏差值维持在最低限度，而对Q DC偏差进行扫描，直到找到最小LO馈通为止。在理想情况下，每个I和Q仅需要一个pass，但首批2个pass期间LO馈通最小值所产生的测量误差，通常亦意味需要3个或者4个pass。

图 3 本机振荡器馈通校正过程

增益和相位误差会导致无用混频器抵销不完全的结果—剩余量称作边带抑制(SBS)。上下边带振幅以基带Q输入的增益误差G和I分支混频器LO的相位误差f(弧度)作为开始，其为：

在这种情况下，低边带主导，而边带抑制为一个比率：

或者也可以用dBc表示：

图4显示dBc和相位及振幅误差表示边带抑制的比较情况。

图 4 边带抑制(dBc)对比相位及振幅误差

使用上述类似方法求解LO馈通时，通过改变基带信号的增益和相位来抵消AQM的增益和相位误差，可以校正边带抑制(SBS)。如TI的DAC34SH84等高速插值数模转换器(DAC)，包含了一些生成DC偏差、基带信号增益和相位变化的数字电路，从而可以轻松修正AQM的缺陷。

尽管LO馈通和SBS均可在任何状态下获得完美的校正，但最佳校正值会随电源电压、温度、RF和基带频率、LO功率等而变化。通常，仅在制造期间进行一次校正，之后，在系统起动时，再对这些值进行存储和编程。在一次性校正以后，LO馈通和SBS的温度、电压和LO功率差异通常会在AQM数据表曲线图中标明(参见TI TRF3705数据表图33-44)。LO馈通和SBS通常会好于–50 dBc(比未校正值好10-15 dB)。

下次，我们将讨论电源噪声对时钟器件的影响，敬请期待。