Đồ án tốt nghiệp đại học Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Phạm Anh Dũng,
người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng muốn nói lời cảm ơn đến ban lãnh đạo và tất cả các thầy cô giáo tại
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, những người đã ân cần chỉ bảo, dạy dỗ
chúng em trong suốt hơn bốn năm học qua.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến bố mẹ, người thân, và bạn bè, những
người đã luôn bên cạnh, ủng hộ em trong quá trình học tập để có được như ngày hôm
nay.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Nguyễn
Trọng Tiến
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 1
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục

NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 2
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 3
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình
vẽ
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 4
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình
vẽ
DANH MỤC HÌNH VẼ
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 5
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 6
Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục bảng

điện áp
PLL Phase locked loop Vòng khóa pha
IRR Image reject ratio Tỷ số loại bỏ tần số ảnh
ADC Analogue to digital convertor Bộ chuyển đổi tương tự sang số
AGC Automatic gain control Điều khiển tăng ích tự động
CMOS Complementary metal oxide
semiconductor
Bán dẫn bổ sung oxit kim loại
DC Direct current Dòng một chiều
LNA Low noise amplifier Bộ khuếch đại tạp âm nhỏ
AC Alternating current Dòng xoay chiều
IIP Input Intercept Point(IP) Điểm chặn
IDT InterDigital Transducer Bộ chuyển đổi xen kẽ
IP3 3
rd
order intercept point Điểm chặn bậc 3
UMTS Universal Mobile
Telecommunications System
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
TDD Time division duplexing Ghép song công phân chia theo thời
gian
FDD Frequency division duplexing Ghép song công phân chia theo tần
số
OFDM Orthogonal frequency-division
multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 9
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
FDMA Frequency division multiple

NF Noise figure Chỉ số tạp âm
SNR Signal to noise ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
DTT Digital terrestrial television TV số mặt đất
UWB Ultra wideband Siêu băng rộng
GMSK Gaussian minimum shift keying Khóa dịch pha tối thiểu Gausian
PSK Phase shift keying Khóa dịch pha
CPFSK Continuous Phase Frequency-
Shift Keying
Khóa dịch tần pha liên tiếp
FSK Frequency shift keying Khóa dịch tần
SC-FDMA Single carrier-FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số
sóng mang đơn
LTE Long term evolution
OFDMA Orthogonal FDMA Đa truy nhập phân chia theo tần số
trực giao
MIMO Multiple input multiple output
REJ Rejection Độ loại bỏ
IL Insertion loss Tổn thất chèn thêm
DMS Double Mode SAW SAW chế độ kép
FEM Front end module Modul trước(tiền xử lý)
LTCC Low temperature cofired
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 10
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
ceramic
BAW Bulk acoustic wave Sóng âm lớn
WLAN Wireless local area network Mạng cục bộ không dây
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 11
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây các hệ thống vô tuyến trở nên không thể thiếu với

Chương này xem xét các kiến trúc máy thu phổ biến hiện đang được sử dụng
trong các máy thu bắt đầu với máy thu super heterodyne, hiệu năng rất tốt cần nhiều
các phần tử rời rạc như các bộ lọc, trước khi chuyển qua các kiến trúc tốt cho các
hướng tiếp cận tích hợp hơn với số ít các phần tử mở rộng. Các hướng tiếp cận tích
hợp hơn này cho phép hầu như toàn bộ máy thu được chế tạo bằng silicon, để khi sản
xuất với số lượng lớn các sản phẩm sẽ có chi phí rất thấp, và hiệu năng giữa các máy
thu là rất nhất quán. Giá thành thấp do chi phí vật liệu thấp, và kiểm tự lắp ráp nhanh
tự động hóa cao.
Hướng tiếp cận này trở nên rất tốt với các ứng dụng phổ biến như di động hay
quảng bá, số lượng các sản phẩm trên toàn thế giớn lớn hơn 1 tỷ. Tuy nhiên chi phí
triển khai rất lớn; đặc biệt khi dùng các thành phần có kích thước nhỏ, từng các mặt nạ
IC có thể có giá lên tới vài triệu đô, vì vậy cản trở hướng tiếp cận này với các ứng
dụng số lượng nhỏ, như PMSE.
1.1. Super heterodyne
Superhet được sử dụng trong hầu hết các loại máy thu từ khi Armstong lần đầu
tiên phổ biến hướng tiếp cận này năm 1917 cho đến tận khoảng năm 2000. Ở thời
điểm này các kiến trúc máy thu khác phù hợp hơn cho việc tích hợp hoàn toàn vào một
IC, như Zero IF trở nên phổ biến.
Một giai đoạn Superhet đơn được chỉ trong hình 1.1. Bộ trộn trộn tín hiệu RF
nhận được với tín hiệu dao động nội chuyển tín hiệu RF nhận được thành trung tần
(IF). Tín hiệu LO có thể cao hơn tần số RF(LO bên cao) hoặc đổi lại thấp hơn tần số
RF(LO bên thấp).
-RF + LO = IF LO bên cao
RF - LO = IF LO bên thấp
Bộ lọc tần số ảnh được yêu cầu để ngăn máy thu đáp ứng lại các thành phần tần
số ảnh. Chọn lọc của máy thu có được bằng bộ lọc IF lọc thông dải tín hiệu mong
muốn, nén công suất của các kênh lân cận lên tín hiệu mong muốn. Sau bộ lọc IF tín
hiệu có thể được lấy mẫu sử dụng hướng tiếp cận subsampling. Với hướng tiếp cận
này bộ lọc IF hoạt động như một bộ lọc xuyên nhiễu của ADC. Bằng cách khác nó có
thể được chuyển đổi bằng một bộ trộn thứ 2 về băng cơ bản cho lấy mẫu số hay tách

của nó.
Một số các công nghệ thụ động thường được sử dụng để thực hiện các bộ lọc IF
bao gồm các bộ lọc thạch anh, gốm, SAW. Do các bộ lọc này có xu hướng khả dụng
cho một dải của hệ thống các tần số IF chuẩn bao gồm 455KHz – AM, 10,7MHz -
quảng bá FM, 36MHz – TV. Do độ ổn định và chỉ số Q cao ở tần số cao được yêu cầu,
bộ lọc IF hầu như không được tích hợp vào một IC.
1.1.2. Bộ lọc tần số ảnh
Giả sử rằng một bộ LO bên dưới được sử dụng, trong đó bộ dao động nội ở tần
số thấp hơn với tần số mong muốn, ví dụ tần số mong muốn ở ω
c
+ω
if
thì bộ lọc băng
đầu vào và bộ lọc tần số ảnh phải cùng nhau loại bỏ được đáp ứng ảnh của máy thu ở
ω
c
- ω
if
. Với bộ LO bên trên thì ngược lại, tần số mong muốn ở ω
c
- ω
if
và đáp ứng ảnh
của máy thu ở ω
c
+ω
if
.
Giả sử các bộ khuếch đại và bộ trộn trước bộ lọc IF có đáp ứng giống với
ω

Các bộ lọc tần số ảnh có thể được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, chủ yếu phụ
thuộc vào tần số hoạt động và dải thông yêu cầu. Ở các tần số thấp hơn các cuộn cảm
và tụ gốm thường được sử dụng ví dụ như các bộ lọc đi động SAW nhỏ khắc trên
nhiều loại chất nền được sử dụng.
Do khoảng cách từ tần số ảnh tới tần số mong muốn là 2ω
if
; cần thiết phải tách
biệt tần số mong muốn và tần số ảnh có thể được trợ giúp bằng cách chọn tần số cao
hơn. Hướng tiếp cận này có thể được mở rộng sao cho tần số trung tần thực sự ở trên
bộ lọc RF. Điều này cho phép bộ lọc tần số ảnh chỉ số Q thấp có thể được sử dụng
nhưng để thực hiện một bộ lọc kênh băng hẹp ở tần số IF cao là rất khó. Thường với
hướng tiếp cận này một bộ lọc IF băng rộng hơn được sử dụng ở tần số cao và một
bước heterodyne thứ hai được sử dụng để trộn tín hiệu với một tần số thấp hơn ở đó
lọc kênh có thể được thực hiện. Với hướng tiếp cận này chú ý rằng các yêu cầu cần
được thực hiện để đảm bảo rằng tất cả máy thu trước bộ lọc kênh tuyến tính một cách
hợp lý và rằng bất kỳ thành phần tần số ảnh nào hình thành trong bước trộn bổ sung
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 16
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Kiến trúc máy thu vô
tuyến
đều được lọc một cách hợp lý. Các modem cáp cần nhận các tín hiệu trong băng rất
rộng từ khoảng 108MHz đến 862MHz thường sử dụng hướng tiếp cận này.
Một hướng tiếp cận khác là một bộ lọc băng rất hẹp và có thể chỉnh được dải
thông. Thường phức tạp hơn nhiều để có thể xây dựng một bộ lọc điều chỉnh dải
thông. Tuy nhiên giả thiết bộ lọc có thể theo dấu tần số thu thì một máy thu với dải dò
rộng có thể được phát triển.
Hình 1.4: Dải thông bộ lọc yêu cầu với một bộ lọc ảnh bám vết
Các bộ lọc bám vết thường được thực hiện bằng cách sử dụng bộ dao động nội
điều khiển bằng điện áp (VCO) để cho phép bộ dao động có thể thay đổi được theo dải
điều chỉnh của máy thu. Chúng không có dung sai riêng tốt và điện dung của chúng
thay đổi theo nhiệt độ. Để có thể khắc phục các dung sai này các bộ dao động LC hầu

LO
= f
IF
= f
RF
- f
LO
Hình 1.6: Vị trí của các tần số giả nửa IF
Một đáp ứng tương tự ở f
(RF+1/2IF)
với bộ LO bên trên. Để bảo vệ lại đáp ứng nửa
IF, có thể sử dụng một tổ hợp của hai hướng tiếp cận giảm thiểu. Đó là:
Sử dụng một bộ trộn với mức loại bỏ rất tốt ở 2f
RF
-2f
LO
. Độ loại bỏ có thể được
dự đoán bằng các đáp ứng trộn bậc hai.
Lọc tín hiệu đầu vào trước khi trộn giảm bất kỳ tín hiệu nào ở f
(RF-1/2IF)
có thể
gây ra tín hiệu giả tới máy thu.
Để lọc đáp ứng nửa IF, bộ lọc cần có vài loại bỏ gần hơn tới dải thông của bộ
lọc so với mức cần thiết để loại bỏ tần số ảnh. Điều này dẫn đến yêu cầu lọc băng hẹp
hơn trước khi trộn hơn là cần thiết chỉ để loại bỏ tần số ảnh. Nó đặt thêm nhiều ràng
buộc lên việc sử dụng trong một máy thu băng dò rộng.
Một đáp ứng giả trộn khác là do rò rỉ, hay tiếp xuyên của năng lượng giữa các
cổng bộ trộn. Các bộ trộn lý tưởng biến đổi tất cả các năng lượng RF đầu vào của nó
sang tần số IF. Trong thực tế, do cách ly không hoàn hảo giữa các cổng bộ trộn, một ít
năng lượng RF và IF có thể rò rỉ qua tới IF gây ra đáp ứng giả.

nào về pha hay biên độ như sau:
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 19
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Kiến trúc máy thu vô
tuyến
IRR = ¼ x [(ΔA/A)
2
+ θ
2
]
Trong đó
ΔA/A là độ lệch tăng ích tương đối
θ là độ lệch pha tương đối theo radian
Có thể chỉ ra rằng độ lệch biên độ 0,1dB và lệch pha 1
0
tạo ra khoảng 41dB
IRR. Để thực hiện được IRR này yêu cầu thiết kế cẩn thận và có thể là vài dạng hiệu
chỉnh nữa. Không có hiệu chỉnh IRR thường tụt xuống 25dB, tương đương với mức
mất cân bằng biên độ 0,5-0,75 dB và lệch pha 3 tới 5
0
.
Thay vì chi bộ dao động nội thành các thành phần vuông góc, một kết quả
tương tự có thể đạt được bằng cách chia RF thành cầu phương và sử dụng một LO.
Trong phương diện toán học nó có thể cho kết quả tương tự, dễ dang chia tín hiệu LO
công suất cao, không thay đổi với biên độ và pha tốt hơn so với chia tín hiệu RF thành
các thành phần cầu phương với công suất biến đổi và nhỏ.
1.1.4.2. Weaver
Kiến trúc loại bỏ tần số ảnh Weaver được chỉ ra trong hình 1.8.
Hình 1.8: Kiến trúc loại bỏ ảnh Weaver
Hướng tiếp cận Weaver khắc phục được vấn đề lệch biên độ gây ra bằng việc
cần phải thêm dịch pha 90

tối đa có thể đạt được
của máy thu.
Hướng tiếp cận Zero IF đối phó với đáp ứng tần số ảnh, nhưng nó vẫn bị ảnh
hương nghiêm trọng bởi các đáp ứng giả ở các hài lẻ của LO như 3f
LO
, 5 f
LO
, 7f
LO
,
Trong một máy thu Zero IF, do bộ dao động nội ở tần số RF, bất kỳ tín hiệu nào nhận
được ở các tần số này đều sẽ gây ra nhiễu. Trong các máy thu băng hẹp, ở các tần số
3f
RF
, không cần phải thu, nên có thể sử dụng các bộ lọc tần số cố định. Trong các máy
thu băng rất rộng, như máy thu truyền hình cáp cần bao phủ dải 48 tới 860 MHz, điều
này có thể trở thành bài toán khó.
Các bộ lọc thông thấp sau bộ trộn giúp máy thu chọn lọc và hoạt động như các
bộ lọc xuyên nhiễu đối với ADC. Nếu tất cả chọn lọc được cung cấp bởi các bộ lọc
này, chúng có thể có tần số cut off ở nửa độ rộng kênh và phải loại bỏ kênh lân cận và
các kênh khác khỏi tần số mong muốn bằng độ chọn lọc đã yêu cầu.
Do các bộ lọc thông thấp hoạt động ở tần số thấp nên chúng có thể được thực
hiện với các bộ lọc tương tự chủ động. Các bộ lọc này không cần khớp biên độ tốt để
có thể đạt được loại bỏ tần số ảnh yêu cầu. Các giai đoạn lọc chủ động này thường hạn
chế dải động so với các bộ lọc thụ động được sử dụng phổ biến trong các máy
superhet. Điều này thường do các bước lọc có mức loại bỏ xa nhất giới hạn. Để khắc
phục hạn chế này các bộ lọc thường được chia thành một số bước và được chèn vào
giữa các bước là bộ khuếch đại khả trình như trong hình 1.12. Điều này cho phép một
hệ thống AGC có thể được thực hiện. Hướng tiếp cận lọc-khuếch đại này rất khả dụng
để tích hợp vào các IC máy thu. Phù hợp độ tăng ích, ví dụ như trong một IC có thể

tần số hạ tần mong muốn làm hỏng tín hiệu mong muốn và có khả năng làm bão hòa
máy thu. Máy thu do đó mà cần phải có điểm chặn bậc hai cao. Do LNA được kết nối
AC tới bộ trộn, IP2 của nó không cần phải xem xét vì nó có thể được lọc bởi khớp nối
AC từ LNA tới bộ trộn. Bộ trộn và bộ khuếch đại băng cơ bản kế tiếp và các giai đoạn
lọc thương được nối DC. Do đó của cả bộ trộn và các bước kế tiếp cần phải rất tốt. Ví
dụ, để đối phó với nhiễu từ máy phát cầm tay một IIP2 48dBm cần được sử dụng với
hệ thống UMTS, và để đối phó với nhiễu kênh lân cận GSM cần 40dBm. Các mạch vi
phân gần như thiết yếu do méo dạng bậc hai giảm đối xứng của chúng.
Bất kỳ tín hiệu dao động nội nào ở cùng tần số với tín hiệu nhận rò rỉ tới đầu
vào của bộ trộn đều có thể được hạ tần xuống DC gây ra dịch DC giống với nhiễu tạo
NGUYỄN TRỌNG TIẾN – D08VT1 24
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1: Kiến trúc máy thu vô
tuyến
ra bởi méo dạng bậc 2 trong bộ trộn. Các đường đi tiềm tàng của nhiễu này được chỉ ra
trong hình 1.13. Trong một máy thu superhet tín hiệu dao động nội ở tần số khác với
tín hiệu thu và thường bị suy hao bởi bộ lọc tần số ảnh của máy thu, tuy nhiên trong
máy thu Zero IF tín hiệu LO có cùng tần số với tín hiệu thu. Điều này có thể là một
vấn đề nghiêm trọng. Bất kỳ tín hiệu LO nào rò rỉ ra ngoài qua LNA tới anten sẽ được
phát trở lại tiềm tàng gây nhiễu cho các người dùng khác.
Hình 1.13: Các đường rò LO
Các đường đi tiềm tàng rò rỉ LO trong máy thu hạ tần trực tiếp bao gồm:
Từ LO tới cổng RF của bộ trộn gây ra một dịch DC
Từ LO tới đầu vào của LNA. LNA sẽ khuếch đại tín hiệu này gây ra dịch DC
lớn hơn. Mức dịch phụ thuộc vào độ khuếch đại của LNA.
Nếu một phần của nhiễu lớn thu được rò vào bộ dao động nội, nhiễu sẽ được
trộn với chính nó, gây ra dịch biến đổi.
LO rò ra ngoài qua LNA. Sẽ trực tiếp gây ra nhiễu tới các thiết bị khác và tới
chính máy thu đó bị phản xạ bởi các bề mặt bên ngoài trở lại và được thu lại.
Đường rò 1 và 2 là liên tục và tạo ra một mức dịch DC không biến đổi. Đường
rò 3 phụ thuộc vào mức nhiễu và biến đổi theo thời gian. Mức của các tín hiệu phản xạ