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零中频接收机的直流偏移(DC offset)

加油射频工程师

5月前浏览1855

(1) 零中频接收机的直流偏移(DC offset)来源于哪里？

零中频接收机的直流偏移(DC offset)可能来自于以下几个方面：

① 本振信号自混频

由于各种原因，比如混频器LO到RF端有限的隔离，基板或者空间的耦合，本振会泄露到前级，而这些泄露，由于级间失配，又会反射到混频器的输入端，与本振混频，从而产生直流偏移。

② 强干扰信号自混频

强干扰信号传输到混频器的RF端，由于RF-LO的有限隔离度，泄露到LO端口，所以混频器两端口之间的干扰信号之间的自混频，也会产生直流偏移。

③ 强干扰信号进入RF通路中，电路的二阶非线性，也会产生直流偏移

（2）为什么直流偏移会影响零中频接收机的性能?

零中频接收机的有用信号位于直流以及直流附近，由于各种原因产生的直流偏移(DC offset)，可能比有用信号强很多，会淹没有用信号，而且还会使得后面的电路出现饱和。

举个例子，假设：

①接收机前端RF+基带的总增益为100dB，其中RF级(LNA+混频器)的增益为30dB，基带增益为70dB；

②本振功率为0dBm，LO到LNA输入端的泄露为60dB；

③接收机灵敏度为-107dBm；

则，泄露的本振信号到混频器输出端的功率为0-60+30=-30dBm(7.07mVrms)；有用信号到混频器输出端的功率为-107+30=-77dBm(31.6uVrms)，两者相差47dB。

同时，7.07mVrms的直流偏移，也会被基带放大70dB，如果基带放大器是理想的话，那直流偏移会被放大到20Vrms左右，所以在实际电路中，DC offset会使得后面的基带放大器饱和产生失真，从而影响接收机的性能。

(3) 那怎么解决直流偏置的问题呢？

最简单的方案，是采用交流耦合的方式，比如加一个高通滤波器。

但是，为了不恶化信号，高通滤波器的截止频率必须低于符号率的0.1%，这需要非常大的电容，而且对于差分输出的正交混频器，可能需要4个高通网络，所以片上集成几乎不可能。而且，这种方式，也对调制方式有要求，只适合那些在DC处包含很少能量的调制方式。同时电路时间常数长，当直流偏移突然变化时，不能快速响应，所以这种方法，应用的很少。

现代芯片很多都是采用校准来解决这个问题。

比如TI的TRF371X系列，就是采用了自动校准算法，通过一个8bit DAC，来分别调制I路和Q路的DC offset。该算法，可以在全温范围内把直流偏置校准到低于+/-5mV以内。