数字还是模拟？我和Q合并和分(fēn)离应该怎么做？

2021-02-26

模拟IQ调制器（用(yòng)于发送器）和IQ解调器（用(yòng)于接收器）已经使用(yòng)了数十年（[1]至[3]）。

最近，推出了新(xīn)的A / D和D / A转换器，它们可(kě)以直接采样1至4 GHz的IF。在第2，第3和第4奈奎斯特區(qū)域（[4]至[7]）采样。这些与高速数字逻辑相结合，使得组合（对于A / D）和分(fēn)离（对于D / A）能(néng)够以数字方式完成（[8]至[21]）。在数据转换器（DAC或ADC）位于位置“ D”的图1（a）（对于调制器）和图1（b）（对于解调器）中对此进行了说明。 

图1（a）。 调制器 

图1（b）。解调器 

另一方面，集成的模拟I，Q组合器和分(fēn)隔符在I和Q路径之间具有(yǒu)很(hěn)好的匹配，从而解决了以模拟方式进行这些处理(lǐ)的一些反对意见。与IF中的直接采样相比，模拟技术还需要两倍于数据转换器（A / D或D / A）的数据转换器，但是它们以较低的采样率运行；因此它们更便宜且所需電(diàn)量更少。在数据转换器（DAC或ADC）位于位置“ A”的图1（a）（对于调制器）和图1（b）（对于解调器）中对此进行了说明。

作者开始考虑这个问题。他(tā)向几个LinkedIn组征询意见，并获得了宝贵的答(dá)案。经确认书的认可(kě)，以下将对其进行确认。他(tā)还发现了关于现代集成電(diàn)路（IC）的这些功能(néng)的所有(yǒu)信息，以及对这些IC的性能(néng)要求的确定结果。由此，他(tā)试图得出任何可(kě)以得出一般性结论的答(dá)案。“应该通过模拟还是数字方式进行IQ调制和解调？” 

模拟智商(shāng)方法

模拟IQ方法已经存在了数十年（[1]至[3]）。任何IF或RF信号都可(kě)以表示為(wèi) 

R（t）= I（t）cos（2πft）+ Q（t）sin（2πft） 

其中f是载波频率，I（t）称為(wèi)同相分(fēn)量，Q（t）称為(wèi)正交分(fēn)量。模拟IQ调制器获取基带信号I（t）和Q（t）并形成R（t）。如图1（a）所示，DAC处于位置A。模拟IQ解调器将R（t）作為(wèi)输入，并形成I（t）和Q（t）。如图1（b）所示，DAC处于位置A。

模拟方法的一个关键问题是保持两条路径上的增益相同，并且相位差恰好為(wèi)90º。有(yǒu)时由于这些要求而被忽略的是两个低通滤波器。对于存在明显信号能(néng)量的所有(yǒu)频率，它们应该精确地进行增益和相位匹配。这些要求的更精确量化，以及因偏离这些要求而导致的损害，将在以后的文(wén)章中介绍。 

数字智商(shāng)方法

高速数据转换器（DAC和ADC）的最新(xīn)发展已使人们避免了在“模拟IQ方法”部分(fēn)中讨论的IQ不平衡问题，方法是数字地实现IQ调制器和解调器功能(néng)，从而无需产生增益和相位即可(kě)产生增益和相位。错误（[5]，[8]至[21]）。对于调制器情况，输出处有(yǒu)一个高速DAC，如图1（a）所示，DAC处于位置D。对于解调器情况，其输入处有(yǒu)一个高速ADC，如图1（a）所示。图1（b），ADC处于位置B。

通常，这些数字方法利用(yòng)混叠效应，即所谓的带通采样（[22]至[24]，[24A]，[24B]）。图2（a）显示了及时采样的波形。图2（b）显示了未采样和采样信号的频谱。ADC的采样时钟执行与RF混频器中的本地振荡器相同的功能(néng)。对于ADC，模拟滤波器只能(néng)使一个Nyquist區(qū)域中的信号通过，并且这种混合动作可(kě)用(yòng)于将该Nyquist區(qū)域中的信号下变频為(wèi)基带。  

图2（a）。时域采样 

图2（b）。未采样和采样信号的 频谱 

对于DAC，可(kě)以及时调整输出形状，以改善较高频率下的性能(néng)。 

图3（a）显示了“正常”或“不归零”（NRZ）DAC输出。每次采样后，输出保持恒定，直到下一个采样為(wèi)止。模拟频谱如图3（b）所示。

图3（a）。时域采样 

图3（b）。 

图4（a）显示了“归零”（RZ）DAC输出。每次采样后，输出在半个采样周期内保持恒定，然后变為(wèi)零。如图4（b）所示，这具有(yǒu)增加第二奈奎斯特區(qū)中幅度的作用(yòng)。

图4（a）。时域采样

图4（b）。

图5（a）显示了“混合”或“ RF” DAC输出。每次采样后，输出在半个采样周期内保持恒定，然后变為(wèi)该值的负值。这与使用(yòng)本地振荡器波形的两个极性的混频器的操作相同。如图5（b）所示，模拟频谱在第二奈奎斯特區(qū)的振幅更大。通过上述任何一种方法创建波形后，必须使用(yòng)低通或带通滤波器滤除所需的频率，以消除可(kě)能(néng)存在的任何不希望的混叠和杂散响应。 

图5（a）。时域采样 

图5（b）。

数字方法避免了正交不平衡的任何问题。但是，由于量化和采样效应，所有(yǒu)数据转换器都有(yǒu)其自己不希望的特性。其中一些效果将在下一篇文(wén)章中显示。与模拟IQ网络相比，这些高速数据转换器的成本和功率要求通常也很(hěn)高。