前面,對于使用n-path作基帶解調信號,我說:
關于npath電路(以fig19為例),從開關上方取電壓,是帶通濾波電路(若低通更換高通即可換為帶阻濾波電路),但是如果從電容上取電壓,則看作mixer下變頻電路。
兩者區別在于,上一種情況,rf信號沒經過開關的“處理”就直接輸出了,而mixer的精髓在于“開關”的乘法過程,電容上的信號是流經過開關的,這里面的開關過程才是真正的mixer混頻過程。
這是錯誤的,混頻過程是雙向的。從開關上面取電壓,一樣存在混頻過程,電容上面的基帶信號被上變頻到RF上面輸出了。具體解釋如下:
先給出電路方便敘述:
fig1. npath從開關上取輸出(A點)與從電容上取輸出(B點)
RF信號經過開關后被變頻(同時上變頻與下變頻),流到電容后,高頻分量被濾除(抑制),因此,只留下低頻信號在電容上(B點)。
至于A點上面,并不是我前面說的“rf信號沒經過開關的‘處理’就直接輸出了”,因為如果是那樣的話,A的信號應該和rf信號完全一樣才對,而不應該表現出任何的頻率特性。
實際上,A點的信號可以看作兩個部分組成,一部分是電容上面原有的電荷造成的電壓,這一部分電壓是低頻信號(前面說過了),經過開關的作用又上變頻到高頻處(表現為帶通特性)。
另一部分是因為RF信號對電容充放電造成的電壓變化(由于A點與rf信號通過電阻直連,這部分應該是全通特性)。
這樣一看,從開關上(A點)取電壓,既有帶通特性,又有全通特性,那怎么辦?怎么解釋npath是帶通特性的?思考如下:
1 A點既有“帶通信號”又有“全通信號”,因此npath的帶通特性可能只是帶通特性為主,全通特性被壓制了,并非是絕對的帶通特性,甚至這兩種特性是可以轉換的。
2 為什么全通特性被壓制,肯定和電路結構或者參數有關。回憶到:npath的要求就是RC常數遠大于Ton,這一點是關鍵。
3 RC常數很大,那么充電需要很久,每個電容都需要經過很多個導通過程之后才能達到穩定的采樣電壓。反過來說,每個導通時間內,電容上因為rf信號造成的電壓變化是很緩慢、不明顯的。也就是說,A點的電壓主要是由電容貢獻,rf信號貢獻很少。也就是說,帶通特性的信號貢獻很大,全通特性的信號貢獻很少。所以此時,A點上呈現出很強的帶通特性。
4 反向思考如下:如果RC常數很小,那么充電很快,那么每個電容上很快就充滿電了。多塊呢?快到RF信號一變,“瞬間”電容就充滿電了,因此,電容電壓是和RF信號幾乎一模一樣的。也就是說,A點上面的電壓主要是由RF信號貢獻的,電容原有信號貢獻很少。也就是說,全通特性的信號貢獻很大,帶通特性的信號貢獻很少。所以此時,A點上面應該呈現出全通特性。
驗證如下:
1 rc常數很大(不能過大,不然要跑tran跑很久電壓才穩定下來),B點的電壓如下:
fig2. B點電壓(全過程,大RC)
如前面分析,需要很多個充電過程(每個“小曲線”就是一個充電過程)才會達到“穩定”(大致不變)。
fig3. B點電壓(“穩定段”,大RC)
穩定段,電壓波動很小,和前面分析一致。這些小波動就是rf信號直接造成的“全通特性”的信號。
2 RC常數很小,B點的電壓(取一個電容上面的電壓為例)如下:
fig4. B點電壓(小RC)
和分析的一樣,此時電容電壓緊緊跟隨rf信號變化,而不會有“穩定”段,一直在高頻地變化著。下面的fig5給出了與之前分析類似的情況,藍線為B點電壓,在導通的時候緊隨A點電壓(紅線)變化。凸起的豎線與開關突然導通有關。
fig5. A/B點電壓(放大)
3 頻域仿真S11,先仿真大RC情況,如下圖,與分析一致,主要是帶通特性為主。
fig6. 大RC下頻域仿真
接下來是小RC下的仿真,應該是一根直線,因為是“全通特性”為主。出來是下面這樣的,我第一時間就懵逼了,然后想了很久,又想起了傳輸線的頻率特性好像也是這樣的正弦曲線。暫停想一想,哪里出錯了?
fig7. 小RC下頻域仿真
答案如下:
fig8. 大小RC的電容設置(僅改變c)
fig9. 大小RC下的頻域響應
答案:注意fig7中的單位大小。我還是太急了,沒注意到這個細節。
問:今天的勘霧是否就是”對的“?
答:不一定,很可能又是錯的,但是應該比之前更”對“。但是不合理的地方確實還是存在的,比如我用散射參數仿真,出來的更多是衡量功率情況,濾波器應該用交流參數仿真,那樣是衡量電壓/電流情況,但是不影響總體道理(應該不影響吧?)。
實際上,小RC情況就是經典的采樣過程,因為這樣才可以保證電容電壓是“準確采樣”導通瞬間被采樣信號的電壓情況。只要時鐘夠快,采樣出來的階梯電壓形狀很接近原信號情況。
npath(大RC情況)的“采樣過程”則是通過多路開關輪流導通,輪流采樣多個電容上的“穩定”電壓來完成的,因此采樣出來的必然是一段一段(N路就有N段)的階梯電壓,含有很多諧波量(npath缺點之一),很明顯,N越大近似性就越好。
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