Một máy thu IF thấp cố gắng khắc phục dịch DC và các vấn đề tạp âm 1/f đi với máy thu Zero IF trong khi vẫn sử dụng hướng tiếp cận có độ tích hợp cao tốt. Nhiều chuẩn vơ tuyến u cầu ít độ chọn lọc với các nhiễu phát sinh trong các kênh lân cận hơn với các nhiễu khác. Các máy thu IF thấp thường tận dụng điều này bằng cách chọn một tần số IF tạo ít tần số ảnh rơi vào một kênh lân cận.
Sử dụng một máy thu IF thấp cho phép bộ lọc kênh IF có thể được tích hợp vào miếng silicon. Hình 1.14 chỉ ra rằng ở các kênh lân cận và xen kẽ đáp ứng tần số ảnh khi một LO bên dưới được sử dụng tại biên của kênh tần số mong muốn của máy thu kênh lân cận rơi vào kênh nhận và các tín hiệu trong kênh xen kẽ rơi vào kênh lân cận.
Có thể thấy rằng máy thu phải có được đủ độ loại bỏ để đạt được yêu cầu kênh lân cận đặc tả. Hơn nữa, có thể thấy rằng kênh xen kẽ thấp hơn, sau biến đổi hạ tần nằm gần kênh tần số mong muốn. Bất kỳ rị rỉ cơng suất kênh lân cận nào(ACPL) từ kênh xen kẽ thấp hơn đầu tiên được truyền từ phía cao của kênh truyền tải, sau khi biến đổi hạ tần sẽ rơi vào kênh mong muốn. Năng lượng này không nén được bằng lọc sau hạ tần và do đó máy thu phải có đủ độ loại bỏ tần số ảnh để có thể ngăn chặn tín hiệu này. Có thể tìm thấy trong các hệ thống như GSM với hiệu năng ACPL nghèo nàn, rằng ACPL đặt các yêu cầu loại bỏ tần số ảnh vào một máy thu IF thấp.
Do tần số ảnh khá gần với tần số mong muốn, một bộ lọc tần số ảnh ở đầu vào máy thu không thể sử dụng được, tuy nhiên các kỹ thuật loại bỏ tần số ảnh vẫn có thể sử dụng. Một hướng tiếp cận là bằng cách sử dụng bộ trộn cầu phương kép kiến trúc Weaver được chỉ ra trong hình 1.15. Các bộ trộn thứ hai được thực hiện số, và bộ dao động nội số thứ hai được đặt sao cho đầu ra có trung tâm là DC.
Các tín hiệu được hạ tần tới tần số IF thấp bởi tập các bộ trộn thứ nhất. Các tín hiệu I và Q được lọc thơng thấp (loại bỏ xuyên nhiễu) và lấy mẫu. Do sai pha và độ khuếch đại giữa hai đường của bộ trộn loại bỏ tần số ảnh tương tự nên rất khó để có được độ loại bỏ lớn hơn 40dB. Thường chỉ đạt được 25-35dB nếu khơng có hiệu chỉnh. Bằng cách sử dụng các bộ tổng, bộ trộn, bộ khuếch đại số mà có thể đạt được độ loại bỏ tần số ảnh tốt hơn rất nhiều. Tiêu biểu, IC TI CC1021 được thiết kế để nhận dải tần ISM 880-915MHz đạt được độ loại bỏ tần số ảnh 25dB khơng có hiệu chỉnh. Với hiệu chỉnh nó có thể tăng lên tới 25dB.
Hình 1.14: Biến đổi hạ tần IF thấp
Hình 1.15: Kiến trúc số Weaver IF thấp
Trên một đường độ tăng ích của bộ khuếch đại α được đặt là 1 và độ tăng ích của bộ khuếch đại nối chéo β được đặt là 0 bất kỳ sai số tăng ích và pha tương tự nào từ các bộ trộn thứ nhất đều được truyền qua hệ thống. Bằng cách thay đổi độ tăng ích của α và β có thể chỉ ra rằng các sai pha và biên độ này có thể được giảm đi đáng kể. Có thể làm được bằng cách điều chỉnh các bộ cộng đầu ra tới các dấu trong ngoặc và
nhồi một xung CW kiểm tra và đầu vào của bộ trộn trong mode hiệu chỉnh để xác định giá trị của α và β. Với α và β xác định, khi các bộ cộng đầu ra khởi động lại cài đặt bình thường của chúng thì các sai số, dịch tương tự được hiệu chỉnh loại bỏ.
Một bộ lọc thơng dải chuỗi pha có thể được sử dụng thay cho bộ biến đổi hạ tần số để đạt được độ loại bỏ tần số ảnh phù hợp hơn. Hướng tiếp cận mạch RC có thể được mở rộng để cho một độ cân bằng biên độ hợp lý qua một dải tần rộng hơn. Ví dụ, bằng cách thay đổi hai hằng số thời gian mỗi bên của tần số trung tâm, mạch trong hình 1.16 có độ tăng ích nhất qn tới 0,2dB trong khoảng 20% băng thơng. Tuy nhiên một nhược điểm đáng kể là nó có suy hao lớn và do đó dễ bị tạp âm. Có thể thêm nhiều bước để làm rộng dải băng thơng hữu ích.
Hình 1.16: Bộ tạo cầu phương hai giai đoạn băng rộng
Trong khi bộ lọc thơng cao có khe đối xứng tại DC thì đáp ứng của bộ lọc Hilbert có được bằng cách dịch đáp ứng của bộ lọc thông cao dọc theo trục tần số lại không đối xứng qua tần số 0.
Loại mạch trong hình 1.16 cho một đáp ứng Hilbert và được gọi là bộ lọc polyphase. Thuộc tính then chốt của bộ lọc này là nó cho các đáp ứng khác nhau với các tần số âm và tần số dương không giống như hầu hết các bộ lọc khác chỉ đáp ứng lại trị tuyệt đối tần số của tín hiệu mà khơng phải là dấu của tín hiệu. Sử dụng hướng
tiếp cận này một bộ lọc loại bỏ tần số ảnh có thể được xây dựng. Với một bước lọc đơn Zero được tìm thấy ở tần số 1/RC do đó tạo nên một bộ lọc chặn dải như hình 1.18.
Hình 1.17: Bộ lọc Hilbert
Nhiều bước lọc có thể được nối tiếp với nhau cho phép độ loại bỏ tốt trong một băng tần rộng. Trong thực tế trên chip RC hằng số thời gian có thể thay đổi rất nhiều do hiệu chỉnh tần số góc của bộ lọc là cần thiết. Nói cách khác băng tần của bộ lọc để khắc phục các dung sai này.
Hình 1.18: Đáp ứng lý tưởng của bộ lọc loại bỏ tần số ảnh polyphase đơn bước
Để loại bỏ tần số ảnh tốt mỗi một đoạn RC của bộ lọc cần phải được kết hợp tốt. Để loại bỏ tần số ảnh 60dB với độ biến dạng 3σ, các điện trở và các tụ điện của bộ lọc phải đúng với σ 0,094% giả thiết là phân bố Gaussian. Do sai số của tụ và điện trở trên chip tỷ lệ với nghịch đảo diện tích bề mặt khn u cầu. Các bước bị động cũng có thể được kết hợp với các op-amp giúp khác phục các hạn chế về suy hao và tạp âm của hướng tiếp cận thụ động. Các bộ khuếch đại này cần được khớp chính xác với các phần tử của bộ lọc polyphase.
Hình 1.19 cho thấy một bộ lọc loại bỏ tần số ảnh polyphase được tích hợp với một bộ trộn cầu phương để thực hiện một máy thu IF thấp. Trong khi hướng tiếp cận này thể hiện bộ lọc polyphase loại bỏ tần số ảnh thì nó lại khơng cho thấy bộ lọc kênh. Bộ lọc kênh có thể được thực hiện ở miền tương tự trước khi ADC. Cách khác bộ lọc kênh có thể được thực hiện số. Trong cả hai trường hợp đều cần lọc đủ trước ADC để tránh vấn đề xuyên nhiễu.
Các phương sai pha và biên độ trong bộ trộn cầu phương và các sự bất cân bằng trong bộ lọc polyphase, tất cả đóng góp vào việc giới hạn loại bỏ tần số ảnh của máy thu. Bằng cách sử dụng bộ trộn cầu phương đơi thay vì bộ trộn cầu phương đơn, ở đó cả RF và LO đều được chia cầu phương. Có thể thấy rằng độ loại bỏ tần số ảnh chỉ phụ thuộc vào một thành phần bậc 2 trong sai số cầu phương của LO và RF. Tiêu biểu, loại bỏ tần số ảnh 60dB ở một bộ trộn cầu phương đơn yêu cầu 0.1% chính xác pha trong khi ở bộ trộn cầu phương đơi chỉ u cầu độ chính xác 3%.
Hình 1.19: Máy thu IF thấp với bộ lọc polyphase
Hình 1.20: Bộ trộn cầu phương kép
Trong vài thiết kế, ví dụ như nhiều các máy thu DAB, ở đó chỉ một ADC đơn có mặt trong IC băng gốc, các tín hiệu I và Q sau lọc được kết nối tới một bộ điều biến
cầu phương để biến đổi thành cái còn lại lớn hơn một chút so với IF và để lấy mẫu bằng một ADC đơn.
Trong khi máy thu IF thấp khắc phục nhiều vấn đề liên quan đến máy thu Zero IF như dịch DC, tạp âm chập chờn và méo dạng bậc 2 thì chúng lại yêu cầu gấp đôi như bộ lọc kênh rộng, dải động rộng hơn, và gấp đôi tốc độ lấy mẫu so với một máy thu Zero IF. Bộ lọc kênh tần số cao hơn nghĩa là cần nhiều cực hơn. Tất cả các yếu tố này dẫn đến một dòng tiêu thụ lớn hơn.