今天比較三種常用接收機架構的優勢和挑戰——

· 外差接收機
· 直接采樣接收機
· 直接變頻接收機

我們的意圖并非要褒揚某種方案而貶抑其他方案，相反，本文旨在說明這些方案的優點和缺點，并鼓勵大家按照工程準則選擇最適合特定應用的架構。

外差接收機

外差方法久經檢驗，性能出色。實施原理是混頻到中頻(IF)。IF需選擇足夠高的頻率，使得實際濾波器在工作頻段中能夠提供良好的鏡像抑制和LO隔離。當有超高動態范圍ADC可用時，增加一個混頻級以降低頻率也很常見。此外，接收機增益分布在不同的頻率上，這使得高增益接收機發生振蕩的風險非常小。通過適當的頻率規劃，外差接收機可以實現非常好的雜散能量和噪聲性能。

遺憾的是，這種架構是最復雜的。相對于可用帶寬，其需要的功耗和物理尺寸通常是最大的。此外，對于較大分數帶寬，其頻率規劃可能非常困難。在當前追求小尺寸、低重量、低功耗(SWaP) 并希望獲得寬帶寬的背景下，這些挑戰難度很大，導致設計人員不得不考慮其他可能的架構選項。

優勢 · 經過驗證、可信賴 · 高性能 · 最優雜散噪聲 · 高動態范圍u EMI抗擾度佳

挑戰 · SWaP · 濾波器數量多

直接采樣

直接采樣方法已被業界追求許久，其障礙在于很難讓轉換器工作于直接射頻采樣所需的速率并且實現大輸入帶寬以及實現大輸入帶寬。

在這種架構中，全部接收機增益都位于工作頻段頻率，如果需要較大接收機增益，布局布線必須非常小心。如今，在L和S波段的較高奈奎斯特頻段，已有轉換器可用于直接采樣。業界在不斷取得進展，C波段采樣很快就會變得實用，后續將解決X波段采樣。

優勢 · 無混頻 · 在L、S波段具有實用性

挑戰 · ADC輸入帶寬 · 在感興趣的頻率范圍內增益不平坦

直接變頻

直接變頻架構對數據轉換器帶寬的使用效率最高。數據轉換器在第一奈奎斯特頻段工作，此時性能最優，低通濾波更為簡單。兩個數據轉換器配合工作，對I/Q信號進行采樣，從而提高用戶帶寬，同時又不會有交織難題。

對于直接變頻架構，困擾多年的主要挑戰是維持I/Q平衡以實現合理水平的鏡像抑制、LO泄漏和直流失調。近年來，整個直接變頻信號鏈的先進集成加上數字校準已克服了這些挑戰，直接變頻架構在很多系統中已成為非常實用的方法。

優勢 · 最大ADC帶寬 · 寬帶選項最簡單

挑戰 · 鏡像抑制：I/Q平衡 · 帶內IF諧波 · LO輻射 · EMI抗擾度(IP2) · DC和1/f噪聲

下圖顯示了三種架構的框圖和頻率規劃示例。

· 圖a為外差接收機示例，高端LO將工作頻段混頻到ADC的第二奈奎斯特區。信號進一步混疊到第一奈奎斯特區進行處理。
· 圖b為直接采樣接收機示例。工作頻段在第三奈奎斯特區進行采樣并混疊至第一奈奎斯特區，然后將NCO置于頻段中心，數字下變頻到基帶，再進行濾波和抽取，數據速率降低到與通道帶寬相稱的水平。
· 圖c為直接變頻接收機示例。雙通道ADC與正交解調器對接，通道1對（同相）I信號進行采樣，通道2對Q（正交）信號進行采樣。

許多現代ADC同時支持所有三種架構。例如，AD9680是一款具備可編程數字下變頻功能的雙通道1.25 GSPS ADC。此類雙通道ADC支持雙通道外差架構和直接采樣架構，一對轉換器合作則可支持直接變頻架構。

采用分立實施方案時，直接變頻架構的鏡像抑制挑戰可能相當難以克服。通過提高集成度并結合數字輔助處理，I/Q通道可以很好地匹配，從而大幅改善鏡像抑制。