Transmisión LO Leakage (LOL): un problema de Zero-IF que no hace que la gente se ría a carcajadas

Introducción

Hay varias ventajas importantes en la arquitectura de IF cero. Sin embargo, también hay algunos desafíos que deben superarse. La fuga del oscilador local de transmisión (denominada LOL de transmisión) es uno de esos desafíos. Sin corregir, el LOL de transmisión producirá una emisión no deseada dentro de la transmisión deseada, lo que podría romper las especificaciones del sistema. Este artículo analiza el tema de la transmisión LOL y examina las técnicas utilizadas para eliminarlo, tal como se implementó en la familia de transceptores RadioVerse™ de ADI (que incluye el AD9371; consulte el sitio web de ADI RadioVerse para obtener más detalles). Si la transmisión de LOL se puede reducir a un nivel lo suficientemente bajo como para que ya no cause problemas en el sistema o el rendimiento, ¡quizás la gente pueda aprender a reírse a carcajadas con LOL!

¿Qué es LOL?

Un mezclador de RF tiene dos puertos de entrada y un puerto de salida, como se muestra en la Figura 1. El mezclador ideal produciría una salida que es el producto de las dos entradas. En términos de frecuencia, la salida debe ser FEN + FLO y FEN – FLO, nada más. Si cualquiera de las entradas no está activada, no habrá salida.

Figura 1
Figura 1. Mezclador ideal.

En la Figura 1, FEN se establece en Fcama y desayuno con una frecuencia de banda base de 1 MHz y FLO se establece en FLO con una frecuencia de oscilador local de 500 MHz. Si el mezclador fuera ideal, produciría una salida compuesta por dos tonos: uno a 499 MHz y otro a 501 MHz. Sin embargo, como se muestra en la Figura 2, un mezclador del mundo real también producirá algo de energía en Fcama y desayuno y FLO. La energía en Fcama y desayuno puede ignorarse porque está lejos de la salida deseada y será filtrado por los componentes de RF ubicados después de la salida del mezclador. Independientemente de la energía en Fcama y desayunola energía en FLO puede ser un problema Está muy cerca o dentro de la señal de salida deseada y es difícil o imposible de eliminar mediante filtrado, ya que el filtrado también filtraría la señal deseada. Es esta energía no deseada en FLO eso se conoce como LOL. El oscilador local (LO), que impulsa el mezclador, se ha filtrado al puerto de salida del mezclador. También hay otros caminos para que el LO se filtre a la salida del sistema, como a través de las fuentes de alimentación o a través del propio silicio. Independientemente de cómo se filtre el LO, puede denominarse LOL.

Figura 2
Figura 2. Mezclador del mundo real.

En una arquitectura de FI real donde solo se transmite una banda lateral, es posible resolver LOL mediante el uso de filtrado de RF. Por el contrario, en una arquitectura de FI cero en la que se transmiten ambas bandas laterales, el LOL se ubica en el medio de la salida deseada y presenta un desafío más difícil (consulte la Figura 3). El filtrado convencional ya no es una opción, porque cualquier filtrado que elimine el LOL también eliminaría partes de la transmisión deseada. Por lo tanto, se deben utilizar otras técnicas para eliminarlo. De lo contrario, es probable que termine convirtiéndose en una emisión no deseada dentro de la transmisión general deseada.

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figura 3
Figura 3. Energía no deseada en FLO se muestra en rojo. Esta energía no deseada en FLO se llama LOL.

Eliminación de fugas LO (también llamada corrección LOL)

La eliminación de LOL se logra generando una señal que es igual en amplitud pero opuesta en fase a la LOL, cancelándola así, como se muestra en la Figura 4. Suponiendo que conocemos la amplitud y la fase exactas de la LOL, la señal de cancelación puede ser generada al aplicar compensaciones de CC a las entradas del transmisor.

Figura 4
Figura 4. Señales de fuga y cancelación de LO.

Generación de la Señal de Cancelación

La compleja arquitectura del mezclador se presta bien a la generación de la señal de cancelación. Debido a que las señales de cuadratura en la frecuencia LO existen en el mezclador (están en el corazón de cómo funciona el mezclador complejo),1 permiten la generación de una señal en la frecuencia LO con cualquier fase y amplitud.

Las señales en cuadratura que controlan el mezclador complejo se pueden describir como Sin(LO) y Cos(LO); estas son señales ortogonales en la frecuencia LO que controlan los dos mezcladores. Para generar la señal de cancelación, estas señales ortogonales se suman con diferentes pesos. En términos matemáticos, podemos producir una salida que es I × Sin(LO) + Q × Cos(LO). Al aplicar diferentes valores con signo en lugar de I y Q, la suma resultante estará en la frecuencia LO y puede tener cualquier amplitud y fase deseadas. Los ejemplos se muestran en la Figura 5.

Figura 5
Figura 5. Ejemplos de cualquier señal de cancelación de fase y amplitud generada.

La señal de transmisión deseada deberá aplicarse a las entradas del transmisor. Al aplicar una polarización de CC a los datos de transmisión, la salida del mezclador contendrá tanto la señal de transmisión deseada como también la señal de cancelación de LOL deseada. La señal de cancelación generada intencionalmente se combinará con el LOL no deseado y se cancelarán, dejando solo la señal de transmisión deseada.

Observando la transmisión LOL

El LOL de transmisión se observa usando un receptor de observación, como se muestra en la Figura 6. En este ejemplo, el receptor de observación usa el mismo LO que el transmisor, por lo que cualquier energía de transmisión en la frecuencia del LO aparecerá como CC en la salida del receptor de observación. .

Figura 6
Figura 6. Conceptos básicos de observación y corrección de TxLO fuga.

El enfoque que se muestra en la Figura 6 tiene una debilidad inherente: al usar el mismo LO para transmitir y observar, el LOL de transmisión aparecerá como CC en la salida del receptor de observación. El propio receptor de observación tendrá cierta cantidad de CC debido a la falta de coincidencia de componentes en el circuito, por lo que la salida de CC total del receptor de observación será la suma del LOL de transmisión y la compensación de CC nativa que existe en el receptor de observación. Hay formas de superar este problema, pero un mejor enfoque es usar una frecuencia LO diferente para la observación, separando así la CC nativa en la ruta de observación del resultado de la observación LOL de transmisión. Esto se muestra en la Figura 7 a continuación.

Figura 7
Figura 7. Uso de diferentes LO para transmitir y observar.

Debido a que la transmisión se está observando utilizando una frecuencia distinta a la del LO de transmisión, la energía en la frecuencia del LO de transmisión no aparecerá en CC en el receptor de observación. En cambio, aparecerá como un tono de banda base cuya frecuencia es igual a la diferencia entre el LO de transmisión y el LO de observación. La CC nativa en la ruta de observación seguirá apareciendo en CC, por lo que habrá una separación total de la CC de observación y los resultados de medición LOL transmitidos. La Figura 8 ilustra este concepto utilizando una arquitectura de mezclador único para simplificar. La entrada al transmisor es cero en este ejemplo, por lo que la única salida del transmisor es transmitir LOL. El cambio de frecuencia se realiza después de que el receptor de observación mueva la energía observada LOL de transmisión a CC.

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Figura 8
Figura 8. Separando el receptor de observación dc de Tx LOL.

Encontrar los valores de corrección necesarios

Los valores de corrección requeridos se encuentran tomando la salida del receptor de observación, dividiéndola por la función de transferencia de la entrada de transmisión a la salida del receptor de observación, y comparando este resultado con la transmisión prevista. La función de transferencia en cuestión se muestra en la Figura 9.

Figura 9
Figura 9. La función de transferencia de la entrada del transmisor a la salida del receptor de observación.

La función de transferencia de la entrada de banda base del transmisor a la salida de banda base del receptor de observación se compone de dos componentes: escalado de amplitud y rotación de fase. Cada uno se explica de forma independiente con más detalle en las siguientes secciones.

La Figura 10 muestra que la amplitud de la señal de transmisión informada por el receptor de observación puede no representar la amplitud real de la señal de transmisión que se transmite si la ruta de bucle invertido desde la salida de transmisión hasta la entrada del receptor de observación tiene ganancia o atenuación en la ruta, o si la ganancia del circuito transmisor eran diferentes de la ganancia del circuito receptor de observación.

Figura 10
Figura 10. Escalado de amplitud debido a la atenuación en la ruta de loopback.

Ahora consideremos la rotación de fase. Es importante darse cuenta de que las señales no viajan instantáneamente del punto A al punto B. Por ejemplo, las señales viajan a través del cobre aproximadamente a la mitad de la velocidad de la luz, lo que significa que una señal de 3 GHz que viaja a lo largo de una tira de cobre tiene una longitud de onda de aproximadamente 5 cm. Esto significa que si la tira de cobre se prueba con varias sondas de osciloscopio separadas unos centímetros, el osciloscopio mostrará varias señales que están desfasadas entre sí. La Figura 11 ilustra este principio, mostrando tres sondas de alcance que están separadas a lo largo de una tira de cobre. La señal que se ve en cada punto tiene una frecuencia de 3 GHz, pero hay una diferencia de fase entre las tres señales.

Tenga en cuenta que mover una sola sonda del osciloscopio por la tira de cobre no mostraría este efecto, ya que el osciloscopio siempre se dispararía en 0° fase. Solo mediante el uso de múltiples sondas se puede observar la relación entre la distancia y la fase.

Figura 11
Figura 11. La relación de distancia y fase, una traza de 5 cm, una señal de 3 GHz y puntos de prueba a 0 cm, 2 cm y 4 cm.

Así como hay un cambio de fase a lo largo de la tira de cobre, habrá un cambio de fase desde la entrada del transmisor hasta la salida del receptor de observación, como se muestra en la Figura 12. Es esencial que el algoritmo de corrección LOL sepa cuánta rotación de fase ha ocurrido para que calcular los valores correctos de corrección.

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Figura 12
Figura 12: Rotación de fase debido a la distancia física en la ruta de loopback.

Determinación de la función de transferencia de la entrada de transmisión a la salida del receptor de observación

La función de transferencia que se muestra en la Figura 13 se puede aprender aplicando una entrada al transmisor y comparándola con la salida del receptor de observación. Sin embargo, es necesario tener en cuenta algunos puntos. Si se aplica una señal estática (CC) a la entrada del transmisor, producirá una salida en la frecuencia LO de transmisión y la LOL de transmisión se combinará con ella. Esto evitará que la función de transferencia se aprenda correctamente. También debe tenerse en cuenta que la salida de transmisión puede estar conectada a una antena, por lo que es posible que no se permita aplicar señales intencionalmente a la entrada del transmisor.

Figura 13
Figura 13. Determinación de la función de transferencia de la entrada del transmisor a la salida del receptor de observación.

Para superar estos desafíos, los transceptores ADI utilizan un algoritmo que aplica un desplazamiento de CC de bajo nivel a la señal transmitida. El nivel de compensación se ajusta periódicamente y estas perturbaciones aparecerán en las salidas del receptor de observación. Luego, el algoritmo analiza los deltas en los valores de entrada en comparación con los deltas en los valores observados, como se describe en la Tabla 1. En este ejemplo, no se transmite ninguna señal de usuario, pero el método aún se mantiene en presencia de la señal del usuario.

Tabla 1. Deltas en el valor de entrada en comparación con los deltas en el valor observado
Señal de entrada de transmisiónPuerto de salida TxSalida del receptor de observación
Caso 1Compensación de CC 1TxLO 1 + Tx jajaja(TxLO 1 + Tx LOL) × función de transferencia
Caso 2Compensación de CC 2TxLO 2 + Tx jajaja(TxLO 2 + Tx LOL) × función de transferencia

Al realizar una resta de los dos casos, el LOL de transmisión constante se elimina de la ecuación y se puede aprender la función de transferencia. El número de casos se puede ampliar a más de dos, dando muchos resultados independientes que se pueden promediar para aumentar la precisión.

Resumen

El algoritmo de corrección LOL aprenderá la función de transferencia desde la entrada de transmisión hasta la salida del receptor de observación. Luego tomará la salida del receptor de observación y la dividirá por la función de transferencia para referirla a la entrada del transmisor. Al comparar los niveles de CC en la transmisión prevista con los niveles de CC en la transmisión observada, se determinará el LOL de transmisión. Finalmente, el algoritmo calculará los valores de corrección necesarios para eliminar el LOL de transmisión y los aplicará como polarización de CC a los datos de transmisión deseados.

Este artículo proporciona una descripción general de un aspecto de los algoritmos utilizados en los transceptores RadioVerse de ADI. Para una comprensión más amplia de los conceptos de cero-IF y algoritmos, consulte este artículo sobre mezcladores de RF complejos.1

Referencias


1. David Frizelle y Frank Kearney. "Mezcladores de RF complejos, arquitectura Zero-IF y algoritmos avanzados: la magia negra en los transceptores SDR de próxima generación". Diálogo analógico, vol. 51, febrero de 2017.

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