Tín hiệu nhận được bởi ăng-ten thu được chuyển đổi trực tiếp từ tần số vô tuyến (RF) sang băng tần cơ sở bằng cách sử dụng cảm biến đồng bộ được điều khiển bởi một bộ dao động bên trong có tần số bằng hoặc gần với tần số sóng mang của tín hiệu RF. Kiến trúc của bộ thu phát trực tiếp ít phức tạp hơn so với bộ thu superheterodine thông thường, chuyển đổi tín hiệu thành tần số IF trước và có bộ lọc khử nhiễu trước khi gửi tín hiệu đến bộ trộn.

Các sự cố kỹ thuật phổ biến gặp phải trong bộ thu chuyển đổi trực tiếp

1. Bù DC từ nhiễu ngoài băng tần mạnh.

Như đã đề cập. Vấn đề phát sinh từ quy trình loại bỏ hình ảnh đã được loại bỏ vì IF bằng không. Do đó, chỉ cần một bộ dao động bên trong. Điều này có nghĩa là chỉ có một pha nhiễu sẽ xảy ra trong phần này. Nhu cầu về các bộ lọc lớn cũng được loại bỏ, vì hầu hết các bộ lọc chỉ được thực hiện ở băng tần cơ sở với khả năng khuếch đại tín hiệu cao hơn.

Trong điều kiện lạm dụng, có thể có nhiễu ngoài băng tần mạnh hoặc tín hiệu chặn và cần được loại bỏ trước khi chuyển đổi tần số xuống. Điều này là để tránh tạo ra sóng hài bậc cao hơn, sau đó là các biến dạng khác có thể xảy ra của việc trộn tín hiệu. Quá trình lọc như vậy có thể được bao gồm phía sau một bộ khuếch đại tiếng ồn thấp. (Tiếng ồn thấp Ampbộ khuếch đại) để tránh điều khiển LNA tải cao có thể làm hỏng mạch.

Một vấn đề khác có thể phát sinh trong hệ thống DCR là do tín hiệu RF đến được chuyển đổi trực tiếp, không cần lọc trước, xử lý tín hiệu hoặc lựa chọn băng tần, nhiều hiện tượng khác nhau có thể xảy ra gây ra độ lệch DC, xuất hiện dưới dạng nhiễu trong dải tần mong muốn. Như trong Hình 1, tín hiệu LO có thể rò rỉ qua một đường dẫn không mong muốn đến cổng đầu vào RF của bộ trộn và trộn với chính nó khi nó được trả lại. Điều này gây ra các thành phần DC không mong muốn và gây ra bù đắp. Nhiều cơ chế góp phần gây ra vấn đề này, chẳng hạn như cách điện kém của dây dẫn hoặc cáp. Kết nối với bề mặt và bức xạ của cáp kết nối.

2. Bù DC từ nhiễu băng tần cao

Nhiễu nội băng tần cực lớn có thể xảy ra do rò rỉ tín hiệu từ LO đến cổng đầu vào của bộ trộn, dẫn đến sự trộn lẫn của chính tín hiệu. Các máy thu ở băng tần gần đó có thể gây nhiễu kênh mong muốn và gây nhiễu nghiêm trọng cho tín hiệu RF, vi phạm các tiêu chuẩn phát xạ do tổ chức kỹ thuật quy định đặt ra. Ngoài ra, tín hiệu rò rỉ LO bức xạ có thể bị phản xạ từ các tòa nhà thành phố hoặc các vật thể chuyển động như ô tô, và sau đó lại bị ăng-ten chặn lại.

Làm thế nào để giải quyết bù đắp DC?

Một cách để giải quyết vấn đề này là sử dụng thiết bị ngoại vi điện dung AC ở đầu ra của bộ trộn để loại bỏ thành phần DC trước khi đưa nó vào LNA và các hệ thống con băng tần cơ sở khác. Tuy nhiên, phải cẩn thận khi chọn các giá trị tụ điện, đồng thời cần tính đến mẫu điều chế và mục đích sử dụng. Trong khi một số sơ đồ điều chế cho thấy sự xuống cấp thấp đối với các thành phần tần số thấp, những sơ đồ khác cho thấy điểm cao mà tại đó dòng điện một chiều sẽ bị suy giảm đáng kể và sẽ dẫn đến mất dữ liệu, chẳng hạn như trong các hệ thống dựa trên TDMA, điều này sẽ dẫn đến tỷ lệ lỗi bit. Do đó, giá trị tụ điện phải được chọn đủ lớn để tránh các rãnh lớn và rộng ở dòng điện một chiều, đồng thời, giá trị phải đủ nhỏ để đảm bảo loại bỏ nhiễu không mong muốn trước khi nhận dữ liệu.

Một tùy chọn khác là sử dụng khoảng thời gian nhàn rỗi trước khi thu thập dữ liệu để thu thập giá trị bù DC trong tụ điện và sau đó loại bỏ nó khỏi tín hiệu đầu ra để đạt được phản hồi mong muốn. Các cải tiến hơn nữa có thể được thực hiện bằng cách sử dụng xử lý tín hiệu kỹ thuật số thích hợp trong hệ thống TDMA cùng với các phương pháp hủy/hiệu chỉnh DC được mô tả. Mô phỏng BER cổ điển được hiển thị dưới đây cho thấy rằng việc sử dụng các kỹ thuật kết thúc DC dựa trên DSP có thể làm giảm đáng kể BER để cải thiện hiệu suất gói trong hệ thống TDMA.

3. Tính phi tuyến tính

Điều tương tự cũng áp dụng cho các máy thu superheterodine. Máy thu DCR cũng có nhiễu không mong muốn. Điều này chủ yếu là do tách cáp kém và kết nối cáp kém. Khi tần số tín hiệu của chướng ngại vật hoặc nhiễu trùng lặp với nhiễu không mong muốn. Tín hiệu kết quả sẽ trải qua sự thay đổi băng thông trong dải tần cơ bản. Sự thay đổi này phụ thuộc vào trình tự của tiếng ồn không mong muốn và cường độ của tiếng ồn xác định mức độ nghiêm trọng của biến dạng.

Làm thế nào để giải quyết vấn đề phi tuyến tính trong bộ thu codec trực tiếp?

Trong quá trình thiết kế, cần đảm bảo rằng bức xạ của cáp kết nối và các khuyết tật cách điện khác đã được khắc phục hoặc bức xạ nằm trong giới hạn chấp nhận được mà không ảnh hưởng đến hiệu suất tối ưu của tín hiệu. Do đó, nó có thể được giảm thiểu bằng thiết kế mạch cân bằng đảm bảo hoạt động tuyến tính trong phạm vi làm việc rộng.

4. Nồng độ tiếng ồn cao trong dải tần số thấp.

Trong DCR, bởi vì tín hiệu RF đến được chuyển đổi trực tiếp thành băng tần cơ sở. Do đó, ảnh hưởng của nhấp nháy tần số thấp đối với tín hiệu băng hẹp có thể rất đáng kể. Khi sử dụng các thiết bị dựa trên MOS, tác động của tiếng ồn này đặc biệt mạnh và gây ra sự suy giảm đáng kể về chất lượng. trong đó thành phần nhiễu nằm trong dải tần của tín hiệu mong muốn. Tiếng ồn này là do các trạng thái năng lượng electron bổ sung có ở các cạnh của Si và SiO2, vượt qua năng lượng của các electron và giải phóng các electron khỏi kênh. Do đó, nhiễu này thường xuất hiện trong dải tần số thấp của thiết bị. Do đó, mỗi bóng bán dẫn và mỗi mạch đều góp phần gây ra tiếng ồn nhấp nháy. Và nó có thể được giải quyết bằng cách chọn kích thước vật lý thích hợp của bóng bán dẫn, điều này sẽ cải thiện chức năng truyền của thiết bị MOSFET.

Mặc dù các hệ thống thu chuyển đổi trực tiếp đưa ra một số thách thức kỹ thuật, nhưng thiết kế mạch cẩn thận và cấu trúc phù hợp sẽ mở đường cho việc triển khai các hệ thống như vậy trong một loạt các ứng dụng, bao gồm máy thu vệ tinh, điện thoại di động, máy nhắn tin và các công nghệ truyền thông khác.

Nguyên lý hoạt động của máy thu chuyển mã trực tiếp dựa trên FSK

Tín hiệu đầu ra từ bộ khuếch đại RF được đưa đến hai mạch trộn tín hiệu riêng biệt, nhận tín hiệu có thành phần pha phù hợp và thành phần pha vuông góc (tín hiệu dịch chuyển 90 độ). Thành phần pha đồng bộ (I) và thành phần pha vuông góc (Q) được bao gồm trong phần này để có thể chọn biên độ và pha của tín hiệu đầu ra theo yêu cầu. Sau khi chuyển đổi tần số, Mỗi tín hiệu đầu ra của giai đoạn hiện tại truyền đến bộ lọc thông thấp và bộ giới hạn tín hiệu. Sau đó, nó được đưa vào máy dò pha để giải điều chế. Độ trễ 1/4 chu kỳ bù tần số được chọn làm khoảng thời gian tối ưu và được đưa vào thành phần pha vuông góc với thành phần pha tương ứng.

Khi thực hiện điều chế Tín hiệu được mã hóa FSK xuất hiện trong phần phản hồi. Điều này giúp bạn có thể đạt được kết xuất nhị phân về nhãn hiệu và khoảng trắng. Nó phụ thuộc vào việc tín hiệu nhận được cao hơn hay thấp hơn tần số của bộ dao động bên trong. Kết quả là đầu ra được điều chế tốt, tương tự như đầu ra thu được bằng cách sử dụng máy thu superheterodine, sử dụng cả máy dò đồng bộ theo sau là bước tần số trung bình (IF).