零中频接收机中IQ不平衡的来源和影响
在零中频架构的一个痛点----直流偏移和二阶失真产物-零中频接收机的另一个痛点，讲了零中频接收机的两个痛点。
今天，来讲一下第三个，即iq不平衡。
在零中频接收机中，接收到的rf信号，在经过射频前端的放大后，则通过正交混频器，下变频至两路正交的基带信号，就是我们平时所听说的i路和q路信号。
实现这两路信号的正交，通常有两种方式，即对rf信号进行90度相移或者对lo信号进行90度相移，如下图所示。但是因为在射频通路中加入移相操作的话，需要综合考虑很多因素，比如对链路噪声的影响，对链路增益的影响等等，所以一般情况下，使用的是后者，即对lo信号进行90度相移。
i/q不平衡的来源
iq不平衡，是指i路和q路信号的幅度不平衡和相位不平衡。
而这些不平衡，主要来自于两方面，一个是正交lo信号产生过程中带来的幅度和相位不平衡，另一个是来自基带链路本身的幅度和相位不平衡。
一般信号频率越高，引入的相位不平衡就越大，这也是零中频接收机中的iq不平衡的影响要比超外差接收机中大的多的原因。
如下图所示，假设链路中的delay mismatch都为10ps，则对于5ghz的信号，引入的相位不平衡为18°，而如果频率降到1ghz的话，引入的相位不平衡则降低到3.6°。而且，由于频率越高，芯片内部的器件尺寸也就越小，所以器件之间的不平衡越严重，造成正交lo链路的不平衡也越严重。
另外，两路模拟基带信道中的增益，变化范围可能达到80db，而且i路和q路是两个不同的信道，经过不同的器件。通常来说，如果信号通过两个完全不同的信道的话，即使是rfic内部，也难以实现完美的iq匹配。而且基带信道中还要实现同步的增益控制，这就又增加了iq匹配的难度。
iq不平衡的影响
那iq信道之间的不平衡，会造成什么影响呢？
假设有一个qpsk的调制信号，如下图所示，该调制信号，经过一个幅度和相位不平衡的正交混频器，然后变频至i路和q路基带信号。
则变频后的基带信号的表达式，如下式所示。
考虑两种情况，分别是只有幅度不平衡和只有相位不平衡。
由上图可知，i路和q路信道之间的幅度不平衡和相位不平衡，会造成星座图的失真。
那怎么解决iq不平衡呢？
答案就是校准。
在有些标准中，要求的相位和增益不平衡指标很严苛，器件和layout本身的原始匹配是不能满足要求的。
所以，在很多高性能的系统中，i路和q路的幅度和相位不平衡度都要进行校准，可以在开机时，也可以实时。
如下图所示，是开机时校准的一个例子。在开机的时候，给正交混频器的输入端输入一rf单音信号，然后在模拟基带或数字基带处观察基带信号。因为基带信号的频率比较低，所以他们的幅度和相位不平衡都可以准确测量。得到测量结果后，就可以对接收到的信号，在解调前，进行校正。
或者，实时进行校准，如下图所示。在lo和基带通路中，分别插入可调增益和可调相位的部件，然后调节这些器件，直到不平衡足够小。
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而这些不平衡，主要来自于两方面，一个是正交lo信号产生过程中带来的幅度和相位不平衡，另一个是来自基带链路本身的幅度和相位不平衡。
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另外，两路模拟基带信道中的增益，变化范围可能达到80db，而且i路和q路是两个不同的信道，经过不同的器件。通常来说，如果信号通过两个完全不同的信道的话，即使是rfic内部，也难以实现完美的iq匹配。而且基带信道中还要实现同步的增益控制，这就又增加了iq匹配的难度。
iq不平衡的影响
那iq信道之间的不平衡，会造成什么影响呢？
假设有一个qpsk的调制信号，如下图所示，该调制信号，经过一个幅度和相位不平衡的正交混频器，然后变频至i路和q路基带信号。
则变频后的基带信号的表达式，如下式所示。
考虑两种情况，分别是只有幅度不平衡和只有相位不平衡。
由上图可知，i路和q路信道之间的幅度不平衡和相位不平衡，会造成星座图的失真。
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或者，实时进行校准，如下图所示。在lo和基带通路中，分别插入可调增益和可调相位的部件，然后调节这些器件，直到不平衡足够小。
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