ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ Εισαγωγή Η σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στην περιοχή των ραδιοσυχνοτήτων (Radio frequency integrated circuitRFIC) αποτελεί ένα συναρπαστικό πεδίο έρευνας και ανάπτυξης εφαρμογών. Καθώς η τεχνολογία βελτιώνεται σταθερά, κυκλώματα τα οποία ως τώρα υλοποιούνταν με διακριτά στοιχεία μπορούν τώρα να ενσωματωθούν σε ένα ενιαίο chip. Πέραν των ευρέως χρησιμοποιούμενων εφαρμογών όπως τα ασύρματα και κινητά τηλέφωνα, συνεχώς προκύπτουν νέες εφαρμογές. Παραδείγματα τέτοιων νέων συστημάτων είναι τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN), ο ασύρματος έλεγχος αυτοκινήτου, η ασύρματη είσπραξη διοδίων σε αντίστοιχους σταθμούς, το παγκόσμιο σύστημα πλοήγησης και εντοπισμού θέσης (GPS), η ταυτοποίηση μέσω ραδιοσυχνοτήτων (RFID), ο εντοπισμός περιουσιακών στοιχείων, η τηλεπισκόπηση, η ασύρματη μετάδοση υπερ-ευρείας ζώνης (UWB) υψηλού ρυθμού δεδομένων σε δίκτυα προσωπικού χώρου μικρής εμβέλειας (PAN), η ψηφιακή μετάδοση βίντεο (DVB) με χρήση είτε του προτύπου κινητής (DVB-H) είτε επίγειας (DVB-T) ψηφιακής τηλεόρασης και οι δέκτες καλωδιακών modem. Επομένως το πεδίο εφαρμογών διαρκώς επεκτείνεται και με κάθε νέα εφαρμογή προκύπτουν μοναδικές προκλήσεις που καλούνται να υπερβούν οι σχεδιαστές ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Περιορισμοί σχεδίασης Αν πάρουμε για παράδειγμα μία συσκευή κινητής τηλεφωνίας, αυτή περιλαμβάνει πάνω από ένα εκατομμύριο τρανζίστορς. Ωστόσο, μόνο ένας μικρός αριθμός αυτών λειτουργούν στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων ενώ τα υπόλοιπα χρησιμοποιούνται για επεξεργασία είτε αναλογικού είτε ψηφιακού σήματος χαμηλής συχνότητας ή βασικής ζώνης (Σχ.1). Με άλλα λόγια, το τμήμα χαμηλών συχνοτήτων-βασικής ζώνης είναι αρκετά πολύπλοκο ως προς τον αριθμό των διατάξεων ενώ το υψίσυχνο RF τμήμα παραμένει σχετικά απλό. Παρ’ όλα αυτά, το RF τμήμα είναι αυτό που θέτει περιορισμούς στη σχεδίαση του συνολικού συστήματος και αυτό συμβαίνει για τρεις λόγους: RF Τμήμα Τμήμα Βασικής ζώνης Σχ.1 Τμήμα RF και βασικής ζώνης σε ένα πομποδέκτη 1) Διεπιστημονικό πεδίο. Σε αντίθεση με άλλα αναλογικά και ψηφιακά κυκλώματα, τα συστήματα RF απαιτούν ένα ικανοποιητικό επίπεδο κατανόησης από διάφορες επιστημονικές περιοχές που δεν σχετίζονται άμεσα με τα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Τέτοιες είναι, για παράδειγμα, η θεωρία μικροκυμάτων, η θεωρία πληροφορίας, η διάδοση σήματος, η επεξεργασία σήματος, τα στοχαστικά σήματα, οι αρχιτεκτονικές πομποδεκτών, τα πρότυπα ασύρματων επικοινωνιών, τα εργαλεία σχεδίασης (CAD), η σχεδίαση IC, κ.α. Αυτές οι περιοχές έχουν μελετηθεί εκτενώς για περισσότερο από 50 χρόνια, καθιστώντας δύσκολη την απόκτηση απαραίτητης γνώσης σε ένα λογικό χρονικό διάστημα για ένα σχεδιαστή IC. 2) Αλληλοσυγκρουόμενες απαιτήσεις σχεδίασης. Τα κυκλώματα RF επεξεργάζονται σε υψηλές συχνότητες αναλογικά σήματα ευρείας δυναμικής περιοχής. Τα σήματα μεταχειρίζονται ως αναλογικά ακόμα και αν η διαμόρφωση είναι ψηφιακή ή το πλάτος δεν μεταφέρει πληροφορία. Οι έξι βασικές παράμετροι που εμπλέκονται σε μία τέτοια σχεδίαση είναι περίπου ανά δύο είτε αλληλοσυγκρουόμενοι είτε αλληλεπικαλυπτόμενοι σε κάποιο βαθμό και είναι οι εξής: Θόρυβος-Ισχύς-Γραμμική συμπεριφορά-Συχνότητα-Κέρδος-Τάση τροφοδοσίας. Ενώ τα ψηφιακά κυκλώματα επωφελούνται άμεσα των εξελίξεων στην IC τεχνολογία, αυτό δεν συμβαίνει τόσο πολύ στα RF κυκλώματα. Το πρόβλημα εντείνεται ακόμη περισσότερο από το γεγονός ότι τα κυκλώματα RF απαιτούν συχνά εξωτερικά εξαρτήματα, όπως για παράδειγμα πηνία, τα οποία είναι δύσκολο να ενσωματωθούν σε chip ακόμη και με σύγχρονες IC μεθόδους κατεργασίας. 3) Μέθοδοι και εργαλεία σχεδίασης. Η σχεδίαση RFIC έχει υιοθετήσει στοιχεία τόσο από τεχνικές αναλογικής σχεδίασης που χρησιμοποιούνται σε χαμηλές συχνότητες, όσο και από τεχνικές σχεδίασης υψηλών συχνοτήτων που κάνουν χρήση θεωρίας μικροκυμάτων. Η πιο θεμελιώδης διαφορά μεταξύ τους έγκειται στο ότι οι έννοιες γραμμής μεταφοράς είναι σημαντικές στη μικροκυματική σχεδίαση, ενώ δεν είναι στην αναλογική σχεδίαση χαμηλών συχνοτήτων. Αυτό θα έχει επιπτώσεις στην επιλογή τιμών σύνθετων αντιστάσεων όπως επίσης και στον τρόπο περιγραφής του μεγέθους, του θορύβου και της παραμόρφωσης σήματος. Οι διαστάσεις των chip είναι μικρές, επομένως ακόμη και στις ραδιοσυχνότητες (0.1-60 GHz), τα τρανζίστορς και άλλες διατάξεις δεν χρειάζεται να συνδέονται με γραμμές μεταφοράς. Με άλλα λόγια τα μήκη των διασυνδέσεων είναι μικρό κλάσμα του μήκους κύματος. Στα όρια ωστόσο του chip ή σε περιπτώσεις διαδρομών πάνω στο chip που αποτελούν υπολογίσιμο κλάσμα του μήκους κύματος, η θεωρία γραμμής μεταφοράς γίνεται σημαντική. Επομένως ενώ συνήθως χρησιμοποιούνται έννοιες αναλογικής σχεδίασης, στην πράξη χρησιμοποιούνται συχνά έννοιες μικροκυματικής σχεδίασης. Σε περιπτώσεις όπου το chip θεωρείται ως σύστημα-διεπαφή που συνδέεται με άλλα συστήματα, αντιμετωπίζεται κατά κανόνα ως μικροκυματικό κύκλωμα. Αυτή η «διττή» συμπεριφορά των RF κυκλωμάτων έχει αντίκτυπο και στα υπολογιστικά εργαλεία ανάλυσης και σύνθεσης RFIC, με συνέπεια ο σχεδιαστής να μη μπορεί να βασίζεται πάντα σε αποτελεσματικές τεχνικές προσομοίωσης αλλά επιπλέον να απαιτείται η εμπειρία και/ή η διαίσθηση του για την πρόβλεψη της επίδοσής τους. Επιπλέον άλλα συνήθη φαινόμενα στα κυκλώματα RF, όπως μη γραμμικότητα, θόρυβος και χρονική μεταβλητότητα απαιτούν μελέτη του φάσματος των σημάτων αλλά η τυπική ac ανάλυση υπολογιστικών εργαλείων όπως το SPICE χρησιμοποιεί μόνο γραμμικά, χρονικά αμετάβλητα μοντέλα. Αναλογικά και ψηφιακά συστήματα Η βασική δομή ενός τυπικού αναλογικού ασύρματου πομποδέκτη απεικονίζεται στο Σχ. 2. Στην πλευρά εκπομπής το σήμα που δημιουργείται στο μικρόφωνο διαμορφώνει ένα φέρον υψηλής συχνότητας και το διαμορφωμένο σήμα ενισχύεται και απομονώνεται πριν να οδηγηθεί στην κεραία. Στην πλευρά λήψης το σήμα ενισχύεται από έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA), το φάσμα μετατοπίζεται σε μία χαμηλότερη συχνότητα από έναν μετατροπέα κάτω ζεύξης (συνήθως είναι ένας μίκτης) ώστε να είναι ευκολότερη η ακόλουθη αποδιαμόρφωση και η αποδιαμορφωμένη έξοδος ενισχύεται και αποτελεί την είσοδο του ηχείου. Ενισχυτής Ισχύος Φωνή Διαμορφωτής Φέρον (α) Ενισχυτής Χαμηλού Θορύβου Ενισχυτής Ήχου Μετατροπέας Κάτω Ζεύξης Αποδιαμορφωτής Φέρον (β) Σχ.2 Σχηματικό διάγραμμα ενός γενικού αναλογικού RF συστήματος: α) πομπός, β) δέκτης. O αντίστοιχος ψηφιακός πομποδέκτης απεικονίζεται στο Σχ. 3. Το σήμα φωνής σε αυτή την περίπτωση πρώτα ψηφιοποιείται από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) και συμπιέζεται ώστε να μειωθεί ο ρυθμός μετάδοσης bit άρα και το εύρος ζώνης. (Σχ. 3(α)). Στη συνέχεια τα δεδομένα υφίστανται κωδικοποίηση και διεμπλοκή (interleaving). Οι δύο αυτές λειτουργίες διαμορφώνουν με τέτοιο τρόπο τα δεδομένα ώστε ο δέκτης να μπορεί να ανιχνεύει και να ελαχιστοποιεί τα σφάλματα εκτελώντας τις αντίστροφες λειτουργίες. Δεδομένου ότι οι τετραγωνικοί παλμοί δεν είναι συνήθως η βέλτιστη λύση για διαμόρφωση, τα δεδομένα στη συνέχεια μορφοποιούνται κατάλληλα πριν εφαρμοστούν στο διαμορφωτή και τον ενισχυτή ισχύος. Στην πλευρά του δέκτη (Σχ. 3(β)) το σήμα ενισχύεται, μετατρέπεται σε κάτω ζεύξη και ψηφιοποιείται. Στη συνέχεια ακολουθεί ψηφιακή αποδιαμόρφωση, ισοστάθμιση, αποκωδικοποίηση και απεμπλοκή (deinterleaving) και αποσυμπίεση. Τα δεδομένα που προκύπτουν μετατρέπονται κατόπιν σε αναλογικά από έναν μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό (DAC), ενισχύονται και εφαρμόζονται στο ηχείο. Ενισχυτής Ισχύος Φωνή Συμπίεση φωνής Κωδικοποίηση Διεμπλοκή Μορφοποίηση παλμού Φέρον (α) Ενισχυτής Χαμηλού θορύβου (LNA) Μετατροπέας Κάτω Ζεύξης Διαμορφωτής Αποδιαμορφωτής Φέρον Ισοσταθμιστής Απεμπλοκή Ενισχυτής Ήχου Αποκωδικοποίηση Αποσυμπίεση φωνής (β) Σχ.3 Σχηματικό διάγραμμα ενός γενικού ψηφιακού RF συστήματος: α) πομπός, β) δέκτης. Επιλογές υλοποίησης Η IC τεχνολογία των κυκλωμάτων RF συνεχώς μεταβάλλεται καθώς αρκετή έρευνα διεξάγεται με σκοπό την τοποθέτηση όλων των μονάδων ραδιοεπικοινωνίας σε ένα chip. Κρίσιμοι παράγοντες όπως η απόδοση, το κόστος, το επίπεδο ολοκλήρωσης επηρεάζουν την επιλογή του τρόπου υλοποίησης. Προς το παρόν η διπολική τεχνολογία πυριτίου και οι τεχνολογίες GaAs και BiCMOS χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε υλοποιήσεις RF. Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου GaAs και ετεροεπαφής θεωρούνται συνήθως ως επιλογή χαμηλής απόδοσης, υψηλού κόστους και υψηλής ισχύος, έχουν διατηρήσει παρ’ όλα αυτά ισχυρή παρουσία σε προϊόντα RF, ειδικά στους ενισχυτές ισχύος και σε front-end διακόπτες. Αν και οι τεχνολογίες GaAs προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα όπως καλύτερη συμπεριφορά σε εφαρμογές υψηλών συχνοτήτων, μεγαλύτερη τάση διάσπασης και υψηλής ποιότητας πηνία και πυκνωτές, οι διατάξεις πυριτίου σε τεχνολογία VLSI μπορούν δυνητικά να παρέχουν υψηλότερα επίπεδα ολοκλήρωσης και χαμηλότερο συνολικό κόστος όπως αποδεικνύεται σε πολύπλοκα κυκλώματα όπως οι συνθέτες συχνότητας. Στην πράξη όλα τα δομικά στοιχεία ενός τυπικού πομποδέκτη είναι διαθέσιμα σε διπολικές τεχνολογίες πυριτίου από τους περισσότερους κατασκευαστές. Δεδομένου ότι απαιτείται CMOS τεχνολογία για την ψηφιακή επεξεργασία σήματος, αρκετή προσπάθεια έχει αφιερωθεί σε ραδιοεπικοινωνίες με αυτή την τεχνολογία. Η διπολική ωστόσο σχεδίαση συνεχίζει να χρησιμοποιείται στη βιομηχανία λόγω υψηλότερης επίδοσης. H CMOS σχεδίαση διατηρεί τυπικά το πλεονέκτημα χαμηλότερου κόστους παραγωγής, αυτό όμως ισχύει όλο και λιγότερο καθώς οι διαστάσεις ολοένα και περισσότερο μικραίνουν. Αρχιτεκτονική πομποδέκτη Το Σχ.4 δείχνει ένα τυπικό σχηματικό διάγραμμα των βασικών βαθμίδων που αποτελούν ένα τυπικό υπερετερόδυνο πομποδέκτη επικοινωνιών. Τα περισσότερα από αυτά τα στοιχεία είναι κοινά σε όλους τους πομποδέκτες. Αποτελείται από την πλευρά εκπομπής (Tx) και την πλευρά λήψης (Rx), οι οποίες συνδέονται στην κεραία μέσω ενός διπλέκτη ο οποίος είναι είτε διακόπτης σε ημιαμφίδρομη επικοινωνία (half-duplex) είτε φίλτρο σε αμφίδρομη (full duplex). Στη διαδρομή Rx, το φίλτρο προεπιλογής εισόδου λαμβάνει το ευρύ φάσμα σημάτων από την κεραία και απομακρύνει τα σήματα που δεν είναι στη ζώνη ενδιαφέροντος. Αυτό απαιτείται ώστε ο ενισχυτής χαμηλού θορύβου (LNA) να προφυλαχθεί από υπερφόρτωση λόγω των εκτός ζώνης σημάτων. Το σήμα εισόδου μπορεί να είναι πολύ ασθενές, επομένως είναι πολύ σημαντικό να γίνει ενίσχυσή του χωρίς προσθήκη πολύ θορύβου και αυτός είναι ο σκοπός του LNA. Με αυτό τον τρόπο, ο θόρυβος που προστίθεται σε επόμενες βαθμίδες θα είναι μικρότερης σημασίας. IQ Αποδιαμόρφωση BPF προεπιλογής LNA Φίλτρο Φίλτρο IF ειδώλου Μίκτης AGC Φίλτρα Βασικής A/D Ζώνης AGC Κεραία Rx Διπλέκτης Συνθέτης RF Φίλτρα Βασικής Ζώνης Συνθέτης IF Tx BPF Ενισχυτής Ενισχυτής Μίκτης Ισχύος οδήγησης Φίλτρο IF AGC D/A Επεξεργασία Βασικής Ζώνης και Ψηφιακή επεξεργασία Σήματος Διαμόρφωση Βασικής Ζώνης και Αποδιαμόρφωση AGC Βαθμίδα RF Βαθμίδα IF Βαθμίδα Βασικής Ζώνης Σχ.4 Τυπική αρχιτεκτονική υπερετερόδυνου πομποδέκτη. Το φίλτρο ειδώλου που ακολουθεί τον LNA απομακρύνει τις συχνότητες ειδώλου και τον θόρυβο προτού το σήμα εισέλθει στο μίκτη. Οι συχνότητες ειδώλου είναι ανεπιθύμητα σήματα εκτός ζώνης των οπoίων η προέλευση αναλύεται στη συνέχεια. Ο μίκτης μεταφέρει το σήμα ραδιοσυχνότητας εισόδου σε μία χαμηλότερη ενδιάμεση συχνότητα IF επειδή η σχεδίαση φίλτρων και κυκλωμάτων είναι ευκολότερη σε χαμηλότερες συχνότητες για διάφορους λόγους. Η μίξη γίνεται πολλαπλασιάζοντας το RF σήμα εισόδου με ένα σήμα υψηλής συχνότητας τοπικού ταλαντωτή (LO) το οποίο παρέχεται από έναν ταλαντωτή ελεγχόμενο από τάση (VCO) που αποτελεί τμήμα ενός συνθέτη συχνοτήτων. Ο LO είναι είτε χαμηλής πλευράς όταν η συχνότητά του είναι μικρότερη από την RF συχνότητα, είτε υψηλής πλευράς όταν είναι μεγαλύτερη. Για μετατροπή χαμηλής πλευράς η IF συχνότητα δίνεται από τη διαφορά μεταξύ των RF και LO συχνοτήτων, f IF = f RF - f LO , ενώ για μετατροπή υψηλής πλευράς f IF = f LO - f RF . Δεδομένου ότι είναι αναγκαίο να καλυφθεί ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, μπορεί να υπάρχουν στην είσοδο αρκετά διαφορετικά κανάλια ή ζώνες συχνοτήτων. Η συχνότητα LO ρυθμίζεται έτσι ώστε το επιθυμητό RF κανάλι ή ζώνη συχνοτήτων να μεταφέρεται με μίξη στην ίδια χαμηλή IF συχνότητα σε όλες τις περιπτώσεις. Επομένως ο συνθέτης συχνοτήτων πρέπει να προγραμματίζεται ώστε να μπορεί να συντονιστεί σε οποιαδήποτε επιθυμητή συχνότητα εισόδου σε δεδομένη στιγμή. Η βαθμίδα IF στη συνέχεια είναι υπεύθυνη για το φιλτράρισμα καναλιού σε αυτή τη συχνότητα ώστε να απομακρυνθούν τα ανεπιθύμητα κανάλια. Η βαθμίδα IF παρέχει επίσης περαιτέρω ενίσχυση και αυτόματο έλεγχο κέρδους (AGC) ώστε να φέρει το σήμα σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο πλάτους προτού περάσει στο πίσω μέρος του δέκτη. Αμέσως μετά το AGC τα σήματα υποβιβάζονται για δεύτερη φορά σε σήματα ακόμα χαμηλότερης συχνότητας και συγκεκριμένα σε σήματα βασικής ζώνης. Αυτός ο δεύτερος υποβιβασμός συχνότητας απαιτεί ένα δεύτερο συνθέτη συχνοτήτων που παράγει σήματα εξόδου 0ο και 90ο στην IF συχνότητα. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιούνται δύο μίκτες για τη δημιουργία συμφασικής (I) και ορθογώνιας (Q) συνιστώσας έτσι ώστε να ανακτάται η πληροφορία τόσο πλάτους όσο και φάσης και να μη χρειάζεται ο συγχρονισμός φάσης του εισερχόμενου RF σήματος με αυτή του LO. Στη συνέχεια τα σήματα I και Q διέρχονται μέσω φίλτρων βασικής ζώνης τα οποία απομακρύνουν τα υπόλοιπα ανεπιθύμητα κανάλια. Τελικά το σήμα περνάει σε ένα μετατροπέα A/D και οδηγείται στο πίσω μέρος του πομποδέκτη όπου υφίσταται περαιτέρω ψηφιακή επεξεργασία από αντίστοιχα DSP κυκλώματα. Ο πομπός λειτουργεί εν πολλοίς κατά τον ίδιο τρόπο, αλλά αντίστροφα. Τα DSP κυκλώματα ακολουθούνται από μετατροπείς D/A για να παράγουν ορθογώνια σήματα. Τα οποία κατόπιν φιλτράρονται και μετατοπίζονται σε μία υψηλότερη IF συχνότητα. Υπάρχει συνήθως κάποια λειτουργία AGC είτε στη βαθμίδα βασικής ζώνης είτε στη βαθμίδα IF. Ένας μίκτης μετατρέπει το διαμορφωμένο σήμα και το φέρον IF στην υψηλή επιθυμητή ραδιοσυχνότητα. Ένας συνθέτης συχνοτήτων παρέχει την άλλη είσοδο στο μίκτη. Αν ο LO είναι χαμηλής πλευράς ο μίκτης παράγει άθροισμα συχνοτήτων και η RF συχνότητα είναι f RF = f LO f IF ενώ αν είναι υψηλής πλευράς ισχύει f RF = f LO - f IF . Δεδομένου ότι το RF φέρον και τα διαμορφωμένα δεδομένα είναι πιθανό να μεταδοθούν σε μεγάλες αποστάσεις σε μέσα με απώλειες (αέρα, καλώδιο ή ίνα), θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας ενισχυτής ισχύος για να αυξηθεί η ισχύς σήματος. Τυπικά το επίπεδο ισχύος αυξάνεται από την περιοχή των μερικών mW στην περιοχή των εκατοντάδων mW ή και Watt, ανάλογα με τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Ο ενισχυτής ισχύος μπορεί να έχει μία λειτουργία ελέγχου ισχύος ή επιπλέον AGC στη βαθμίδα RF. Ένα χαμηλοπερατό φίλτρο μετά τον ενισχυτή ισχύος απομακρύνει οποιεσδήποτε αρμονικές που αυτός δημιουργεί ώστε να αποτραπεί η μετάδοσή τους. Επειδή ο μίκτης παράγει σήματα αμφίπλευρα του LO, απαιτείται ένα ζωνοπερατό RF φίλτρο που να επιτρέπει τη διέλευση μόνο της πλευρικής ζώνης στην επιθυμητή RF συχνότητα εκπομπής. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση του LO που διέρχεται από τον μίκτη. Το πρόβλημα των συχνοτήτων ειδώλου Ο τρόπος επιλογής των συχνοτήτων f LO , f IF εξαρτάται από ένα βασικό παράγοντα που ονομάζεται συχνότητα ειδώλου. Ένα σήμα εισόδου του οποίου το φάσμα απέχει από τη συχνότητα LO όσο απέχει από αυτή το φάσμα του RF σήματος που βρίσκεται στην άλλη πλευρά, ονομάζεται σήμα ειδώλου. Ονομάζεται έτσι επειδή μετά τη μίξη θα βρίσκεται στην ίδια περιοχή συχνοτήτων IF όπως και το επιθυμητό σήμα. Η μίξη δημιουργεί στην έξοδο το άθροισμα ( f LO f RF , f LO f ΙΜ ) και τη διαφορά ( f LO - f RF , f LO - f ΙΜ ) των συχνοτήτων εισόδου. Ένα LPF φίλτρο απορρίπτει το ανεπιθύμητο άθροισμα, επειδή όμως f LO - f RF f ΙΜ - f LO f IF οι ζώνες συχνοτήτων που βρίσκονται συμμετρικά γύρω από τη συχνότητα f LO , συμπίπτουν στην ίδια κεντρική συχνότητα f IF . (Σχ.5). Επιθυμητή Ζώνη Είδωλο LPF fRF fIM fIF fIF fIF cos2πfLOt fLO Σχ.5 Πρόβλημα ειδώλου σε ετερόδυνη λήψη. Το πρόβλημα των ειδώλων είναι σοβαρό γιατί ενώ κάθε ασύρματη προτυποποιημένη εφαρμογή θέτει περιορισμούς στις εκπομπές σημάτων των χρηστών της, είναι πιθανό να μην μπορεί να ελέγξει τα σήματα σε άλλες ζώνες συχνοτήτων. Επομένως η ισχύς ειδώλου μπορεί να είναι αρκετά μεγαλύτερη από αυτή του επιθυμητού σήματος οπότε απαιτείται κατάλληλη απομάκρυνση των σημάτων ειδώλου και μάλιστα προτού λάβει χώρα η μίξη αφού κάτι τέτοιο δεν μπορεί να γίνει μετά. Η συνήθης προσέγγιση για την καταστολή ειδώλου είναι η χρησιμοποίηση ενός φίλτρου τοποθετημένου πριν από το μίκτη. Όπως φαίνεται στο Σχ.6, το φίλτρο σχεδιάζεται έτσι ώστε να έχει μικρή απώλεια στην επιθυμητή ζώνη και μεγάλη εξασθένιση στη ζώνη ειδώλου, δύο απαιτήσεις οι οποίες ικανοποιούνται ταυτόχρονα εάν η συχνότητα 2f IF είναι επαρκώς μεγάλη. Δεν μπορεί ωστόσο να είναι αρκετά μεγάλη αφού καθώς η 2f IF αυξάνει, το ίδιο συμβαίνει και με την κεντρική συχνότητα της ζώνης IF, με αποτέλεσμα να απαιτείται IF φίλτρο υψηλότερης ποιότητας. Αυτό ωστόσο αντίκειται στη λογική υλοποίησης ενός ετερόδυνου δέκτη, ο σκοπός του οποίου είναι να μεταφέρει την κεντρική συχνότητα σε μία επαρκώς χαμηλή τιμή IF ώστε η επιλογή καναλιού μέσω φίλτρου να είναι ευκολότερη. Φίλτρο απόρριψης ειδώλου fΙΜ fRF f 2fΙF Σχ.6 Απόρριψη ειδώλου με ένα φίλτρο. Ο συμβιβασμός αυτός διασαφηνίζεται στο Στο Σχ.7 όπου παρουσιάζονται δύο περιπτώσεις που αντιστοιχούν σε υψηλή και χαμηλή τιμή της f IF . Μία υψηλή τιμή IF οδηγεί σε σημαντική απόρριψη ειδώλου ενώ μία χαμηλή τιμή επιτρέπει σημαντική καταστολή γειτονικών παρεμβολών. Η επιλογή συνεπώς της IF είναι αποτέλεσμα συμβιβασμού μεταξύ τριών παραμέτρων: το επίπεδο θορύβου ειδώλου, την απόσταση μεταξύ επιθυμητής ζώνης και ειδώλου και της απώλειας του φίλτρου απόρριψης ειδώλου. Για να ελαχιστοποιηθεί το είδωλο, μπορεί είτε να αυξηθεί η IF είτε να επιτραπεί μεγαλύτερη απώλεια στο φίλτρο καθώς αυξάνει ο συντελεστής ποιότητάς του. Δεδομένου ότι το κέρδος του LNA είναι τυπικά μικρότερο από 15 dB, είναι αναγκαίο η απώλεια φίλτρου να μην υπερβαίνει μερικά dB, οπότε καταλήγουμε τελικά σε ένα συμβιβασμό μεταξύ θορύβου ειδώλου και τιμής IF. Επομένως η αρχιτεκτονική ενός ετερόδυνου δέκτη είναι προϊόν συμβιβασμού μεταξύ απόρριψης ειδώλου και επιλογής καναλιού και αφού το είδωλο υποβαθμίζει την ευαισθησία του δέκτη, η επιλογή IF συνεπάγεται συμβιβασμό μεταξύ ευαισθησίας και επιλεκτικότητας. LNA Φίλτρο απόρριψης ειδώλου Φίλτρο επιλογής καναλιού cos2πfLOt Eπιθυμητό κανάλι Φίλτρο απόρριψης ειδώλου Είδωλο Φίλτρο επιλογής καναλιού Παρεμβολή fRF fΙF 2fIF fIF f f (α) fRF fΙF 2fIF fIF f (β) Σχ.7 Απόρριψη ειδώλου σε σχέση με καταστολή παρεμβολής για (α) χαμηλό IF και (β) υψηλό IF. f Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η συχνότητα τοπικού ταλαντωτή μπορεί να είναι είτε υψηλότερη (μετατροπή υψηλής πλευράς) είτε χαμηλότερη (μετατροπή χαμηλής πλευράς) από την κεντρική συχνότητα της επιθυμητής ζώνης, κάτι που θίγει δύο διαφορετικά ζητήματα. Από τη μία πλευρά είναι επιθυμητή η δεύτερη έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η συχνότητα LO και να είναι ευκολότερη η σχεδίαση του ταλαντωτή. Από την άλλη πλευρά, αν οι ζώνες ειδώλου εκατέρωθεν της επιθυμητής ζώνης εμφανίζουν διαφορετικά επίπεδα θορύβου τότε η f LO πρέπει να επιλέγεται ώστε να απομακρυνθεί η θορυβώδης ζώνη ειδώλου, οπότε μπορεί να προτιμηθεί η μετατροπή υψηλής πλευράς.