麻省理工学院推出移动接收机芯片以阻断干扰信号

为了使5G新无线电（NR）通信更加稳健，麻省理工学院的研究人员开发了一种移动接收器芯片，可以有效地阻断一些最麻烦的干扰信号。随着频带变得越来越拥挤，连接设备的数量增加，如果不适当解决，不必要的干扰可能很快成为一个有害的问题。

 

用于移动设备的新接收器芯片在不降低其性能或减慢设备速度的情况下，在接收器输入处阻挡不需要的射频信号。图片由麻省理工学院新闻提供

 

虽然它们都属于同一个干扰范围，但杂散信号通常可以分为许多不同的类别，例如同信道或互调干扰。其中一些来自外部来源，而另一些则可以追溯到移动设备本身，这使得即使不在拥挤的体育场中，强大的接收器芯片也很有价值。

为了让读者对接收器体系结构的操作有一个大致的了解，本文提供了谐波抑制接收器的背景信息，以及MIT体系结构如何创造有利的折衷方案来消除主要干扰源。

 

你的LO并没有你想象的那么好

为了从无线信号中提取信息，在混频器和本地振荡器（LO）的帮助下将高频RF信号转换为低频基带信号通常是有益的。混频器有效地实现电压倍增，而LO提供参考频率以将RF信号向下移位到基带。

 

混频器可以使用LO信号（ω2）将高频RF信号（ω1）转换为低频副本。为了改善混频器噪声和增益，可以使用硬切换，但它会带来产生LO谐波的不良影响。图片由IEEE固态电路杂志提供

 

为了最大限度地提高增益和噪声性能，LO应尽可能强。虽然这确实提高了混频器的增益，但也可能由于谐波而产生不希望的效果。例如，如果LO信号被驱动得如此之高，以至于它有效地变成方波，则会产生新的谐波，这可能会影响接收器的性能。

 

如果使用平方LO，则LO信号中的奇次谐波在基带中创建原始信号的副本。虽然滤波器可以去除这些高阶信号，但如果信号存在于谐波频率，它将干扰感兴趣的信号。图片由IEEE固态电路杂志提供

 

在一个孤立的系统中，这些无关信号可以很容易地处理。然而，如果在LO谐波附近存在另一个信号，则它将直接干扰接收到的基带信号，使得检测更加困难。

即使使用高性能混频器和LO，强带外（OOB）信号也会使接收机链中的放大器过载，再次影响检测性能。

 

将最佳组件放在首位

为了应对这些问题，麻省理工学院的研究人员通过记录数字信号处理技术，并将其纳入他们自己的“混频器优先”接收器设计中，开发了一种新型的谐波弹性接收器。

 

麻省理工学院谐波抑制接收器芯片的芯片显微照片，突出显示了在杂乱环境中提高接收器性能所使用的主要组件。图片来自All About Circuits出席ISSCC 2023

 

虽然我不会假装接收器架构的动态行为很容易理解，但它的整体操作可以理解为输入信号的加权采样。通过根据LO频率和相位创造性地对输入进行采样，混频器的输出将在感兴趣的基频处得到提升；在奇次谐波处，可以在模拟域中完全消除不需要的信号。

值得注意的是，这种架构本身无法消除偶数阶谐波。但是，通过添加巴伦来创建差分信号，这些信号很容易处理。此外，混频器优先的接收器架构防止接收器链中的放大器过载，从而消除强干扰的潜在来源。

 

由于在临界点进行采样，从而消除了奇次谐波的影响，混频器架构可用于消除接收器系统的奇次谐波。图片来自All About Circuits出席ISSCC 2023

 

整个接收器设计具有良好的测量结果，具有35dB的总RX增益和低至3.5dB的低噪声系数，同时保持对3次和5次谐波大于50dB的强谐波抑制。接收器的总功率在32到54毫瓦之间，确保其在移动系统中的存在不会产生巨大的功率需求。

 

5G NR的鲁棒接收

虽然我们已经解决了谐波干扰问题，但很自然地会想知道接收器架构在对抗其他形式的干扰时表现如何。脑海中浮现的一个关键问题是互调失真，即两个紧密间隔的音调可能在基带信号中产生不需要的副产品。对于拥挤的频谱或具有多个接收器和本地振荡器的设备，这可能很快成为一个问题。

总的来说，麻省理工学院的接收器架构似乎是一个很有前途的新模板，供设计师在开发下一代无线接收器时使用。特别是在谐波干扰是主要问题的情况下，混频器一次谐波抑制架构通过纯模拟信号消除提供了明显的优势，并为增加频谱使用打开了大门，而不需要高度选择性的接收器。