仅使用一个 ADC 进行 I/Q 采样

信息处理 采样 模数 正交 软件定义无线电
2022-01-28 00:05:33

通常 I/Q 采样是使用单独的 ADC 对具有 90° 相移的两个信号执行的。假设我只有一个(快速)ADC 可用于执行 I/Q 采样,存在哪些方法?这是一个完全愚蠢的想法吗?

一些背景知识:我一直在玩弄构建一个业余无线电高频接收器的想法。昨天发布了Raspberry Pi Pico微控制器板。然而,令我失望的是它只有一个 12 位、500kS/s ADC,因此无法实现具有双 ADC 的传统 I/Q 基带接收器。

我发现有两种方法:

  • 将同相和正交分量连接到两个不同的引脚。在 ADC 中的信号分量之间交替。然后对信号进行插值以消除样本之间的相移。
  • 将信号与更高的中频混合并对其进行滤波,以使连续样本等效于所需频率处信号的 I、Q、-I、-Q 分量。参见本文第一页的绘图和解释:“Ziomek, C., & Corredoura, P. (1995, May). Digital i/q demodulator. In Proceedings Particle Accelerator Conference (Vol. 4, pp. 2663- 2665). IEEE。( PDF )
1个回答

这是一个完全愚蠢的想法吗?

不,但是您刚刚得出的结论是,不要以奈奎斯特速率作为带宽进行复杂的采样,而是应该进行两倍的采样。

这仅仅意味着您不是在进行 IQ 采样,而是进行低中频或直接射频采样。

将具有较高中频的信号混合并以这样的方式对其进行滤波,使得连续样本等效于 I、Q、-I、-Q

因此,将实部和虚部分别乘以 1、-1、1、-1 ……,然后对它们进行采样。

1, -1, 1, -1 是正好是采样率一半的余弦。您在数学上所做的是将您的 IQ 信号与余弦 + j· 正弦相乘,每个采样率的一半。F+jF=ejF,即这是一个简单的频移。

这只是将您的信号从F[-b/2;+b/2]F[0;b]. 即你刚刚把你的b- 中频带宽信号b/2. 那是一个低中频外差接收器,它在智商被发现之前就已经存在。

所以,很明显,你可以做到这一点。我会避免只使用 b/2,如果您的带宽和采样率允许,请使用稍高一些的东西,并忘记您所学到的有关复杂采样的所有知识——我们回到了实际领域,您只需使用 a高于两倍带宽的速率。


另外:RP2040 周围有很多炒作:拥有两个 cortex-m0 内核并不是什么新鲜事。它不是一个特别快的微控制器或任何东西,它真的没有打开任何“新门”。它的优点是它灵活的 IO 逻辑,但你不需要这些。

事实上,这些内核无处不在,基本上每个半导体公司都在销售基于该内核的微控制器。尽管它是双核并且时钟频率相当高,但它是最后一个有意义的微控制器:您需要可以处理样本的东西,而不是两个没有浮点且只有基本整数运算的高时钟 cortex-M0 内核。取而代之的是 Cortex-M4F。您也可能会获得更快的 ADC。