I \ Q信号、IFI \ IFQ信号、差分信号、单端信号知识总结

1.  IQ信号：

（1）IQ信号即同相正交信号，I为in-phase，Q为quadrature，与I的相位相差了90度。

（2）因为信号在传输的时候需要的是单一信道、单一频率，因此在最早的通讯技术中往往选择通过滤波器滤掉另外一个频率的信号，结果是不理想的，使用滤波器很难滤掉另外一个，而且因为另外一个频带的存在，浪费了很多频带的资源，在频带资源尤为紧张的现在，解决该问题非常重要，因此发展出了IQ技术。

（3）I 是指同相分量，Q 是指正交分量。I 路和 Q 路是完全正交的。

       我们知道表征一个信号的参量有幅度、频率、相位。对信号进行调制即，使信号的某一参量按一定的规律变化。

星座图是坐标平面中一些点的集合，其横纵坐标分别代表 I 和 Q 分量。每个点的模和相位即表征了一特定信号。合成矢量的幅度表示载波的幅度，合成矢量与横轴的夹角（相位）表示载波的相位。（注：这里的相位是相对基准信号即载波而言的。）

将一个序列分成 I 和 Q 两个正交分量，再按星座图调制，就可以很方便的同时实现一个信号的幅度和相位调制。（特殊情况是，星座图中模不变，即只进行相位调制或者相位不变，只进行幅度调制）

 

         在信号处理的过程中，将信号解调为两个相互正交的分 量 I、Q 传输。在理想的传输链路中，I 路和 Q 路具有相同的相位延时与增益系数。因此在 正交调制后，输出的信号仍然是一个理想与输入信号同频的信号。没有边带分量的存在。

         但是实际的信号传输链路都不是理想的，I 路与 Q 路对信号的时延和增益都不是完全等 同的，即该正交传输链路是不平衡的链路。正交的信号经过非平衡链路的传输后，再调制成 射频输出，那么在射频口输出的信号出了有用信号外，还会产生一些其他信号。从输出信号 的频谱上观察，出了主信号外，还有一个边带信号。

                 

      1.  复数中频信号经过理想平衡的 IQ 传输链路后，调制输出的信号没有边带信号， 是一个理想的单边带信号。

      2. 复数中频信号经过非平衡的 IQ 传输链路后，调制输出的信号会出现边带信号， 其边带信号是由 IQ 传输链路的失衡产生的。

       3. 边带信号不是主信号的镜像信号，而是另外一对由链路非平衡性产生的信号的 镜像信号。

       4. 实际的主信号是有理想信号和非平衡引起的边带信号的镜像信号矢量叠加后的 信号。

 

2.  IFIQ信号（IFI信号、IFQ信号）：

           如下图为雷达前端的框图，其中一路经过功放电路处理后，将信号通过天线发射出去，一路又分流成两路分别进入 I、Q 所在的通道的混频器中，其中 Q通道的信号在混频之前还需先经 90°的移相；接收天线接收到的回波信号，先经低噪声放大处理后，再分别经混频器与实时分流的两路信号进行混频；混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到 I、Q 通道两路中频信号[57-59]。

       I、Q  两路中频信号（IFI信号、IFQ信号）进入中频信号处理模块，由于射频前端输出的 I、Q 两路目标回波信号仍然比较微弱，导致回波信号无法满足系统要求的 ADC 的满量程输入。所以为了充分利用 ADC 的位数资源，保证系统能够达到最大动态范围，先对 I、Q 两路中频信号进行自动增益控制（AGC）放大，然后对其进行模数转换（ADC）。微控制器根据 I、Q 两路信号以及 MFSK 调制特性，求出回波信号的差频和相位差，进而计算出目标的距离信息和瞬时速度相关信息

                   

 

3.  差分信号和单端信号：

        差分信号：差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

差分信号的好处在于：抗干扰能力强。

    单端转差分
             单端信号转差分信号可以用巴伦：

             巴伦的典型电路如下：

                               

         巴伦能从单端信号转为差分信号，但是并不能产生共模电压。

          所以可以使用差分放大器，如ADA4937-2，其典型电路如：

                                  

            单端输入，差分输出，共模电压通过Vocm控制，ADA4937-2可有两种供电方式3.3和5V，不同的电源电压支持的共模电压不同，比如这里选择2.68V则对应5V DC供电。

                   

差分信号的优点

         优点一，相对于单端信号，差分信号减小了潜在的电磁干扰（EMI）。使用差分方式传输，信号的电压峰峰值会被放大了一倍，但是单根线上的电流却保持不变。如果采用传统的单线传输方式，在驱动相同的信号时，更容易造成EMI问题。

         优点二，差分信号的值很大程度上与“地”的精确值无关，能很好的抵抗电源的干扰。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内地的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与地的精确值无关，而在某一范围内。假如两条信号都收到同样的（同向、等幅度）的干扰信号，由于接收端是对接收的两条线信号进行减法处理，因此干扰信号会被基本抵消。也就是说，一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏，但是它却能够对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。

         优点三，差分对内每根信号都有自己的返回路径，能够减轻信号跨分割带来的影响。单线跨分割对传输线的影响很大，差分线对跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分对两线可以互为参考，两根线可以相互作为返回路径。

 

白浪介绍：

（1）一位自媒体极客，面向射频、微波、天线、无线通信、智能硬件、软件编程、渗透安全、人工智能、区块链，Java、Android、C/C++、python等方向的综合能力培养提升。

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