一般而言，无线通信包含将一个或多个基带信息信号调制到一个或多个载波
信号上，传输所产生的带通信号，以及在接收端解调以恢复一个或多个无线信号。
现代的接收端常利用外差技术，这牵涉到将输入RF信号或下变频或是上变频成为
某些适宜的中频(IF)，然后在再用适当的检测器对其解调。外差接收器是简单可调，
且提供高稳定性。这种接收端的输入输出频率之差也提供了对源于寄生耦合的自震
荡的高度抗扰性。另外，相邻的信道抑制可以通过只在IF级使用工作在远低于载
波频率的一固定频率的高Q滤波器实现。
图1中的基本外差转换电路可以用于将任何类型的已调RF信号转换为IF，包
括广播带AM、FM和电视信号；在蜂窝电话或无线局域网中的网络通信信号；卫星
通信或测距信号；以及雷达信号。在这种电路中，混频器接收RF信号S10(例如从
RF放大器中输出的信号)并且与来自本地振荡器5的信号S20相乘以得到IF信号。
我们定义RF信号S10的载波频率为ωc，本地振荡器S20信号频率为ωLO，IF
信号的期望频率为ωLF(均以弧度/秒为单位)。因此，我们可以将RF信号S10表
示为cosωct，将本地振荡器S20信号表示为cosωLOt，以及将期望的IF信号表示为
ωit(t以秒为单位)。参考三角恒等式
cosacosb＝(1/2)[cos(a+b)+cos(a-b)]，
我们可见混频器的输出将包括经下变频的信号cos(ωLO-ωc)t和经上变频的信号
cos(ωLO+ωc)t。IF滤波器是接收混频器的输出并选择由接收机设计者选取的或上变
频结果或下变频结果的带通滤波器。
图2A和2B是分别使用低端或高端注入的外差变化操作的图示。在这些操作
中，我们假设下变频是理想的(即，ωLF＝|(ωLO-ωc)|)。现在考虑RF信号S10不仅包
括所期望的ωc频率处的分量还包含频率为ωi＝2ωLO-ωc的不期望分量的情况。在这
两例中，镜像分量也会下变频来破坏ωIF处的期望的IF信号。这些图说明了基本外
差设计的主要弱点：它对镜像干扰的敏感度。为防止此种情况，外差设计通常包括
混频器上游的镜像抑制滤波器(如图3所示)以减少混合前的镜像分量。
不幸的是，对镜像抑制滤波器的需求会大大增加诸如无线通信装置等器件的
尺寸和费用。根据滤波器的设计要求，它在物理上很大并且非常昂贵。以RF频率
而非IF频率来实现滤波器的需求包括了获得具有适当费用、大小和性能的分量的
难度。另外，这种滤波器是由芯片外元件实现的，从而增加了制造费用，需要RF/IF
码片上增加额外的引线，并且占据大量的空间。这种要求与减少尤其在蜂窝电话领
域中的无线通信器件的大小和费用的日益增长的需求相反。
图4示出哈特里(Hartley)镜像抑制混频器100的框图。这种混频器可以作
为镜像抑制滤波器的较小且较廉价的替换物而被用于外差转换电路中(如图5所
示)。不幸的是，这种方法的抑制性能很大程度上取决于按照增益和相位的两条信
号通道之间非常接近的匹配。而且，即使在精细的制造条件下，这种镜像抑制混频
器只能在有限的频带上取得好的结果。诸如这些的缺陷使得图5的配置不适用于要
求高水平的镜像抑制的应用。(比如，大于35-40dB)
附图的简要说明
图1是外差转换电路的框图；
图2A是示出低端注入下变频的代表频率的图；
图2B是示出高端注入下变频的代表频率的图；
图3是包括镜像抑制滤波器的外差转换电路的框图；
图4是镜像抑制混频器100的框图；框图
图5是包括镜像抑制混频器100的外差转换电路的框图；
图6是按照本发明的实施例的转换器300的框图；框图
图7是镜像抑制混频器200的实施方式200a的框图框图；
图8是移相器的示意图；
图9是另一个移相器的示意图；
图10是镜像抑制混频器200的另一实施方式200b的框图；框图图11是镜像
抑制混频器200的另一实施方式200c的框图；框图
图12是镜像抑制混频器200的另一实施方式200d的框图；框图
图13是镜像抑制混频器200的另一实施方式200e的框图；框图图14是镜像
抑制混频器200的另一实施方式200f的框图；框图图15是按照本发明的另一实
施例的转换器310的框图；
图16是适于在按照本发明的实施例的转换器中使用的正交信号发生器600a
的框图；图17是适于在按照本发明的实施例的转换器中使用的正交信号发生器
600b的框图；
图18是按照本发明的实施例的转换器320的框图。
详细说明
虽然图5所示的转换电路要比包括镜像抑制滤波器的电路来得小且便宜，但
它却易受本地振荡器5频率变化的影响。这种敏感度是移相器20对于激励它的信
号频率中的改变而产生的非理想行为的结果。特别地，当本地振荡器信号S20的频
率渐渐离开ωLO(例如，由于局部加热、环境温度变化、电磁干扰、元件老化等等)
时，由移相器20完成的移相可能偏移90度。电路制造期间的变化也可能导致本地
振荡器输出中的频率误差，产生该相位关系与期望值的类似偏差。
正如他处解释的(如由Behzad Razavi在RF Microelectronics，Prentice Hall
PTR，Upper Saddle River，NJ，1998，ISSBN 0-13-887571-5，第5章，第5.2
节)，移相器20输出中的误差可能使镜像抑制混频器100不消除不需要的镜像分量，
从而使它们破坏IF信号S30。即使RF信号S10中没有镜像分量时，误差也可能导
致IF信号S30的失真(如相位失真)。获取更能容许本地振荡器频率漂移和偏离的
外差转换操作是合乎需求的。
图6示出按照本发明实施例的转换器300的框图，它用于接收RF信号S10
并且输出IF信号S130。转换器300包括把同相和正交生成器信号S140和S150提
供给镜像抑制混频器200的镜像抑制混频器200和正交发生器400(两个信号的
频率均为ωg)。
图7示出镜像抑制混频器200的实施方式200a的框图。在该电路中，移相
器110接收RF信号S110并且输出所标明的I和Q信号。这些I和Q信号具有和
RF信号S110相同的频率，具有彼此相同的幅度，并且呈90度的相位差(在本例
中，Q信号的相角(π/2弧度)比I信号的相角少九十度)。
图8示出移相器110的一种可能实现，其中电阻R和电容C的值至少一部分
取决于施加于移相器的输入信号的频率。由电阻和电容元件构成的多相滤波器也可
被用作移相器。例如，图9示出二级序列不对称的多相滤波器。影响某一特殊应用
的移相器配置选择的因素包括插入损失、频偏对相位误差的影响，以及电路对于制
造过程中的元件和材料参数的变化的坚固性。(例如，薄膜电阻)。
混频器30接收由移相器110输出的I信号，而混频器40接收相应的Q信号。
这些混频器可以用Gilbert(吉尔波特)单元乘法器、二极管或MOSFET无源混频器、
和/或适于用作为期望频率处的其它电路来制造。如图7所示，混频器30和40也
分别接收同相和正交生成器信号S140和S150。这两个生成信号有同样的幅度和频
率，但有九十度的相位差差(本例中，正交生成器信号S150比同相生成器信号S140
的相角少九十度(π/2弧度))。
组合器50执行混频器输出信号的附加组合以产生IF信号S130。对于图7所
示的低端注入并且具有组合器50的极性，转换器300产生频率为ωIF＝ωc-ωg的
IF信号。在其它实施方式中，可以颠倒移相器110的输出端之间90度关系的方向、
生成器信号S142和S150间90度关系的方向、和/或一个或两个组合器50的极性(例
如，为了选择上变频结果)。
图10示出镜像抑制混频器200的另一种实现200b的框图。移相器120分别
在它的I和Q输入端接收由混频器30和40输出的信号。在该例中，移相器120
使Q输入信号关于I输入信号有九十度的相位延迟。移相器的实现可以使用类似于
上述关于移相器110的技术。例如，可以使用图8的移相器，VoI和VoQ端为输入端，
Vi端为输出端。
其它几种形式的镜像抑制混频器200也是可能的，并且可以根据诸如电路拓
扑和对接近发射元件的元件这样的考虑来选择特定的配置。图11示出包括移相器
130的镜像抑制混频器200的另一种实施方式200c的框图。本例中，移相器130(可
能用类似于上面关于移相器110描述的技术来实现)实现九十度的相位延迟。为得
到本例中的下变频结果，组合器52的一个极性要被反转(如图所示)。图12示出
镜像抑制混频器200的类似实现方式200d的框图，其中移相器310接收由混频器
40输出的信号。
图13示出镜像抑制混频器200的另一种实现200e的框图。本例中，移相器
130a对由混频器30输出的信号执行四十五度(π/4弧度)的相移，而移相器130b
对由混频器40输出的信号执行一百三十五度(5×π/4弧度)的相移。在另一种实
现中，经相移的信号间的不同相位关系可以通过配置一个或两个移相器来产生不同
的相移而得到。每个移相器130a和130b都可以用类似于上面关于移相器110描
述的技术来实现。图14示出镜像抑制混频器200的类似实现200f的框图，其中
移相器130a和130b在它们相应的信号路径中处于混频器30和40之前。
可以用镜像抑制混频器200中的两个移相器实现的一个优点在于(例如，图13
和14所示)，移相器的性能可以随着制造期间和/或操作期间发生的变化而互相跟
踪。例如，制造期间遇到的过程变化可能导致制造好的移相器中的绝对误差高达十
度。通过构造包括两个移相器而非仅仅一个移相器的混频器，这个绝对误差可以在
一定程度上得到弥补，并且可以获得作为两个移相器的输出端之间相位关系的更精
确的结果。
可能期望设计在特定频域范围内有最佳移相性能的移相器。在这种情况下，
可能期望设计用在镜像抑制混频器200中在被抑制的频率处而非在被选择的频率
处具有最佳移相性能的移相器。例如，在图11的低端注入应用中，可能期望设计
最佳工作在ωc+ωg处而非在所选的中频处(例如在混频器52中被取消的频率)的移
相器130。这种设计选择可以表示一方面被减少的信号幅度和另一方面镜像干扰
的存在之间的折衷。
图15示出按照本发明的另一个实施例的转换器310的框图。本例中，镜像抑
制混频器200(例如，按照上述的实现)从正交信号发生器600接收发生器信号S140
和S150。除了正交信号发生器600之外，正交发生器400的实现400a包括较高频
率振荡器520和较低频率振荡器530。较高频率振荡器520输出角频率用ωU弧度/
秒表示的较高频率振荡器信号S160，以及较低频率振荡器530输出角频率用ωL弧
度/秒表示的较低频率振荡器信号S170。正交信号发生器600接收这两个振荡信
号S160和S170并且输出发生器信号S140和S150。
图16示出适用于转换器310中的正交信号发生器(特别的，单边带正交信号
发生器)600a的框图。移相器210和220(可以如移相器110同一方法构建)分别接
收较高频率振荡器信号S160和较低频率振荡器信号S170，并且将正交信号对提供
给混频器230-260(可用与上述方法相同的方法构建)。用图16所示的极作为组合
器270和280的输入，同相发生器信号S140和正交发生器信号S150的频率(上述
为ωg)可以被表示为(ωU-ωL)。图17示出正交信号发生器600b的另一结构，其
中同相发生器信号S140和正交发生器信号S150的频率可表示为(ωU+ωL)。几
种其它的正交信号发生器的结构也是可能的。
使用正交信号发生器(如图16或17所示)可以提供给转换器310的一个好
处在于，同相发生器信号S140和正交发生器信号S150之间的相位关系保持即使在
较高频率振荡器信号S160和/或较低频率振荡器信号S170的频率发生漂移的情况
下也保持恒定。这种恒定使得转换器310即使发生这种频率漂移的情况下(例如，
源于环境温度变化、局部加热、元件老化和/或电源电压中的变化)也能保持高水平
的镜像抑制。结果，为了获得按照本发明实施例的转换器的理想的转换性能，就频
率漂移而言不是最理想但就其它设计标准而言(譬如所耗的费用或码片区域)可取
的结构可被用于振荡器520和530的一个或两个。
图18示出包括按照本发明实施例的转换器320和两个振荡器：高频率振荡器
550和低频率振荡器560的系统的框图。这种配置可用于一个或多个振荡器已经可
用的应用中。例如，在处理除RF信号S10外的其它RF信号的接收机中，一个或多
个本地振荡器可以被用作较高频率振荡器550或较低频率振荡器560。
在转换器320的示例性应用中，RF信号S10是载波频率为1.57542GHz的全
球定位卫星(GPS)信号，较高频率振荡器550是用于接收蜂窝电话信号的UHF本地
振荡器，较低频率振荡器560是压控振荡器(VCO)。较高频率振荡器550的频率对
于蜂窝频带应用大约在800-1200MHz范围之间，对于PCS(个人通信系统)应用大
约在1600-2200MHz范围之间。较低频率振荡器560的频率选择可以根据诸如期
望的GPS IF频率(如120-200MHz)、同相和正交发生器信号S140和S150的期望
频率、以及镜像抑制混频器200的特定配置这样的因素。在较高频率振荡器550
的频率可能变化的情况下(例如，在蜂窝和PCS应用间切换)，较低频率振荡器560
的输出频率也是可以切换的(例如，和较高频率振荡器550的输出频率一起)。
上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施
例的各种修改也是可能的。这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使
用创造能力。例如，本发明实施例还可以部分或全部用于电路连接或电路配置，和
其他模拟和/或数字的电路制造成特殊应用的集成电路。同样，其它实施例可以部
分或全部用被载入非易失性存储器的固件程序或作为机器可读代码从数据存储器
载入或被载入数据存储器的软件程序来实现，这种代码是可由诸如微处理器或其它
数字信号处理单元等逻辑元件的阵列执行的指令。
另外，虽然讨论了接收应用，本发明的实施例也可以被用于发送应用。而且，
本发明的实施例并不限于在描述示例性实现中提到的任何特定的频率构成技术。例
如，用于按照本发明的实施例的转换器中的镜像抑制混频器也可以包括一个或多个
低通、高通或带通滤波器来减少不期望的分量。同样，混频器的各种不同配置之一
耦合到可以在镜像抑制混频器的信号路径中实现的移相器(例如，如图7[移相器
110和混频器30或40]、图10[移相器120和混频器30或40]、图11[混频器30
和移相器130]、以及图14[如，移相器130a和混频器30]中所述)，一般可以被表
征为产生输出分量信号的混频器/移相器组合。因此，本发明并不限于上述实施例，
而却符合这里以任何形式揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。