專利名稱：高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻前端。特別是涉及一種新型的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端
背景技術(shù)：
在眾多無(wú)線接入系統(tǒng)中，通信設(shè)備的核心器件是射頻前端芯片。射頻前端的功能主要是對(duì)接收機(jī)天線端接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、變頻、濾波和量化，解調(diào)為基帶信號(hào)。射頻前端電路的設(shè)計(jì)對(duì)接收機(jī)整體的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，直接決定了無(wú)線接收設(shè)備的性倉(cāng)泛。通訊終端傳統(tǒng)的射頻前端結(jié)構(gòu)包括超外差結(jié)構(gòu)、零中頻結(jié)構(gòu)、二次變頻寬中頻結(jié)構(gòu)和二次變頻低中頻結(jié)構(gòu)等。其中超外差結(jié)構(gòu)具有極佳的靈敏度、選擇性和動(dòng)態(tài)范圍，被認(rèn)為是最可靠的接收機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)久以來(lái)成為高性能接收機(jī)的首選。典型的超外差結(jié)構(gòu)使用混頻器將高頻信號(hào)下變頻到一個(gè)較低的中頻頻率后再進(jìn)行信道濾波、放大和解調(diào)，從而有效的解決了高頻信號(hào)處理所遇到的困難。其結(jié)構(gòu)如圖I所示。為了有效濾除鏡像干擾往往需要高品質(zhì)因子的中頻濾波器，這是當(dāng)代CMOS工藝所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。但是，超外差結(jié)構(gòu)的中頻一般都低于射頻信號(hào)頻率，這導(dǎo)致超外差接收機(jī)存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)鏡像干擾。其原理如圖2所示。另外超外差結(jié)構(gòu)一般用于窄帶通訊系統(tǒng)射頻前端，如果用于寬帶通訊系統(tǒng)，例如采用超外差結(jié)構(gòu)射頻前端接收IOOMHfl. 2GHz的頻率范圍中900MHz的射頻信號(hào)，假設(shè)中頻頻率為13. 56MHz，那么實(shí)際上接收機(jī)不僅接受到900MHz處的有用信號(hào)，還接收到了 927. 12MHz處的鏡像干擾信號(hào)。傳統(tǒng)超外差結(jié)構(gòu)射頻前端的鏡像干擾頻率完全落在了有用信道附近很窄的范圍內(nèi)，極難分辨，接收機(jī)靈敏度低且難以集成。另外，如果將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于寬帶通信系統(tǒng)，還會(huì)發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)對(duì)第一本振的要求極高。上例中所需的頻率合成器的調(diào)諧范圍為113. 56MHz 1213. 56MHz，中心頻率較低，調(diào)諧比高達(dá)85%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以有效地消除鏡像干擾，提高了射頻前端電路的靈敏度和可靠性，降低了本振的調(diào)諧比的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，有發(fā)射模塊和接收模塊，所述的接收模塊包括有依次相連的用于接收發(fā)射模塊所發(fā)射的信號(hào)的收發(fā)天線、低通濾波器、超外差單元、中頻帶通濾波器、零中頻單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字基帶模塊，所述的數(shù)字基帶模塊的輸出連接發(fā)射模塊。所述的收發(fā)天線是通過無(wú)線開關(guān)連接低通濾波器。所述的超外差單元包括有超外差混頻器，所述的超外差混頻器的輸入端分別連接低噪聲放大器和第一本振，超外差混頻器的輸出端連接所述的中頻帶通濾波器的輸入端，所述的低噪聲放大器的輸入端連接低通濾波器的輸出端。
所述的零中頻單元包括有依次相連的零中頻混頻器、有源低通濾波器和可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器，其中，所述的零中頻混頻器的輸入端分別連接中頻帶通濾波器的輸出端以及連接第二本振，所述的可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器的輸出連接所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端。所述的發(fā)射模塊包括有依次連接的調(diào)制混頻器、功率放大器驅(qū)動(dòng)電路和功率放大器，所述的調(diào)制混頻器的輸入端分別連接數(shù)字基帶模塊的輸出端以及連接第三本振，所述功率放大器的輸出連接收發(fā)天線的無(wú)線開關(guān)。所述的超外差単元的輸出頻率設(shè)定為2. 45GHz的固定頻率。所述的第一本振的調(diào)諧范圍為I. 25GHz 2. 35GHz。本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，第一中頻定為2. 45GHz，這有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)1、消除鏡像干擾。當(dāng)輸入射頻信號(hào)頻率為IOOMHz I. 2GHz時(shí)， 對(duì)應(yīng)的鏡像干擾頻率為3. 7GHz 4. 8GHz，不在輸入信號(hào)頻帶范圍內(nèi)，避免了鏡像干擾問題，不需要鏡像抑制濾波器及中頻濾波器，可以提高系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)功耗；同時(shí)本振的調(diào)諧范圍為
I.25GHz 2. 35GHz，與傳統(tǒng)超外差結(jié)構(gòu)所需的IOOMHz I. 2GHz的本振調(diào)諧范圍相比，中心頻率由650MHz提高到I. 8GHz，調(diào)諧比由85 %降低到30 %，大大降低了頻率合成器設(shè)計(jì)的難度，故采用高中頻超外差結(jié)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)。2、針對(duì)2. 45GHz的中頻信號(hào)的后續(xù)處理技術(shù)已很成熟，方案可行性高。


圖I是典型超外差結(jié)構(gòu)射頻前端構(gòu)成框圖；圖2是鏡像干擾原理圖；圖3是本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端構(gòu)成框圖。圖中，I:收發(fā)天線2:無(wú)線開關(guān)3:低通濾波器4:超外差単元5:中頻帶通濾波器6 :零中頻單元7 :數(shù)模轉(zhuǎn)換器+數(shù)字基帶單元8 :發(fā)射模塊21:射頻帶通濾波器22:低噪聲放大器23:鏡向干擾抑制波24:第一本振25 :超外差混頻器26 :可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器41 :低噪聲放大器42 :超外差混頻器43 :第一本振61 :零中頻混頻器62 :第二本振63 :有源低通濾波器64 :可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器81 :調(diào)制混頻器82:功率放大器驅(qū)動(dòng)電路83 :功率放大器84 :第三本振
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端做出詳細(xì)說明。
本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，包括有發(fā)射模塊和接收模塊，接收模塊完成對(duì)射頻信號(hào)的接收、濾波、上變頻、下變頻和解調(diào)。發(fā)射模塊完成對(duì)基帶信號(hào)的調(diào)制和發(fā)射。如圖3所示，所述的接收模塊包括有依次相連的用于接收發(fā)射模塊所發(fā)射的信號(hào)的收發(fā)天線I、低通濾波器3、超外差単元4、中頻帶通濾波器5、零中頻單元6、數(shù)模轉(zhuǎn)換器7以及數(shù)字基帶模塊8，所述的數(shù)字基帶模塊8的輸出連接發(fā)射模塊9。所述的收發(fā)天線I是通過無(wú)線開關(guān)2連接低通濾波器3。所述的超外差単元4包括有超外差混頻器42，所述的超外差混頻器42的輸入端分別連接低噪聲放大器41和第一本振43，超外差混頻器42的輸出端連接所述的中頻帶通濾波器5的輸入端，所述的低噪聲放大器41的輸入端連接低通濾波器3的輸出端。所述的該超外差單元4的超外差混頻器42的輸出頻率設(shè)定為2. 45GHz的固定頻率，所述的第一本振43的調(diào)諧范圍為I. 25GHz 2. 35GHz。所述的零中頻單元6包括有依次相連的零中頻混頻器61、有源低通濾波器63和 可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器64，其中，所述的零中頻混頻器61的輸入端分別連接中頻帶通濾波器5的輸出端以及連接第二本振62，所述的可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器64的輸出連接所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器7的輸入端。所述的發(fā)射模塊9包括有依次連接的調(diào)制混頻器91、功率放大器驅(qū)動(dòng)電路92和功率放大器93，所述的調(diào)制混頻器91的輸入端分別連接數(shù)字基帶模塊8的輸出端以及連接第三本振94，所述功率放大器93的輸出連接收發(fā)天線I的無(wú)線開關(guān)2。本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端的接收模塊的工作原理收發(fā)天線接收射頻信號(hào)，其輸出連接低通濾波器，對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行低通濾波，濾除干擾。低通濾波器的輸出連接低噪聲放大器，對(duì)微弱的有用信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，便于后續(xù)電路處理。低噪聲放大器的輸出和第一本振的輸出連接到超外差混頻器，將信號(hào)上變頻到第一中頻2.45GHz。超外差混頻器的輸出連接到中頻帶通濾波器，濾除干擾并進(jìn)行信道選擇。中頻帶通濾波器的輸出和第二本振的輸出連接到零中頻混頻器，將第一中頻信號(hào)下邊頻到數(shù)字電路可以處理的低中頻。零中頻混頻器的輸出連接有源低通濾波器，濾除雜波。有源低通濾波器的輸出連接可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器，可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器的輸出連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器+數(shù)字基帶單元中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D)，對(duì)中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶可以處理的數(shù)字信號(hào)，然后，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出連接數(shù)字基帶電路，進(jìn)行解調(diào)。本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的發(fā)射模塊的工作原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器+數(shù)字基帶單元中的數(shù)字基帶電路的輸出和第三本振的輸出連接到調(diào)制混頻器，將基帶信號(hào)調(diào)制到射頻頻率。調(diào)制混頻器的輸出連接到功率放大器驅(qū)動(dòng)電路，功率放大器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)功率放大器，提高發(fā)射功率。功率放大器的輸出連接發(fā)射天線。本發(fā)明的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的發(fā)射模塊中的第一中頻設(shè)定為
2.45GHz的固定頻率。當(dāng)輸入射頻信號(hào)頻率為IOOMHz I. 2GHz時(shí)，對(duì)應(yīng)的鏡像干擾頻率為3. 7GHz^4. 8GHz，不在輸入信號(hào)頻帶范圍內(nèi)，很容易利用簡(jiǎn)單的低通濾波器濾除，有效避免了鏡像干擾問題，提高系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)功耗；同時(shí)本振的調(diào)諧范圍為
I.25GHz 2. 35GHz,與傳統(tǒng)超外差結(jié)構(gòu)所需的113. 56MHz 1213. 56MHz的本振調(diào)諧范圍相比，中心頻率由650MHz提高到I. 8GHz，調(diào)諧比由85%降低到30%，大大降低了頻率合成器設(shè)計(jì)的難度。另外，針對(duì)2. 45GHz的中頻信號(hào)的后續(xù)處理技術(shù)已很成熟，方案可行性高。
權(quán)利要求
1.一種高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，有發(fā)射模塊和接收模塊，其特征在于，所述的接收模塊包括有依次相連的用于接收發(fā)射模塊所發(fā)射的信號(hào)的收發(fā)天線(I)、低通濾波器(3)、超外差單元(4)、中頻帶通濾波器(5)、零中頻單元(6)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(7)以及數(shù)字基帶模塊(8 )，所述的數(shù)字基帶模塊(8 )的輸出連接發(fā)射模塊(9 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的收發(fā)天線(I)是通過無(wú)線開關(guān)(2 )連接低通濾波器(3 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的超外差單元(4)包括有超外差混頻器(42)，所述的超外差混頻器(42)的輸入端分別連接低噪聲放大器(41)和第一本振(43)，超外差混頻器(42)的輸出端連接所述的中頻帶通濾波器(5)的輸入端，所述的低噪聲放大器(41)的輸入端連接低通濾波器(3)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的零中頻單元(6)包括有依次相連的零中頻混頻器(61)、有源低通濾波器(63)和可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器(64)，其中，所述的零中頻混頻器(61)的輸入端分別連接中頻帶通濾波器(5)的輸出端以及連接第二本振(62)，所述的可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器(64)的輸出連接所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(7)的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的發(fā)射模塊(9)包括有依次連接的調(diào)制混頻器(91)、功率放大器驅(qū)動(dòng)電路(92)和功率放大器(93)，所述的調(diào)制混頻器(91)的輸入端分別連接數(shù)字基帶模塊(8)的輸出端以及連接第三本振(94)，所述功率放大器(93)的輸出連接收發(fā)天線(I)的無(wú)線開關(guān)(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的超外差單元(4)的輸出頻率設(shè)定為2. 45GHz的固定頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，其特征在于，所述的第一本振(43)的調(diào)諧范圍為I. 25GHz 2. 35GHz。
全文摘要
一種高中頻超外差+零中頻結(jié)構(gòu)的射頻前端，有發(fā)射模塊和接收模塊，接收模塊依次相連的收發(fā)天線、低通濾波器、超外差單元、中頻帶通濾波器、零中頻單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字基帶模塊，數(shù)字基帶模塊的輸出連接發(fā)射模塊。超外差單元是超外差混頻器的輸入端分別連接低噪聲放大器和第一本振，超外差混頻器的輸出端連接中頻帶通濾波器的輸入端，低噪聲放大器的輸入端連接低通濾波器的輸出端。零中頻單元有依次相連的零中頻混頻器、有源低通濾波器和可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器，零中頻混頻器的輸入端分別連接中頻帶通濾波器的輸出端以及連接第二本振，可變?cè)鲆孢\(yùn)算放大器的輸出連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端。本發(fā)明能消除鏡像干擾，可以提高系統(tǒng)的集成度，降低系統(tǒng)功耗。
文檔編號(hào)H04B1/30GK102832959SQ201210300528
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者馬建國(guó), 張為, 張亮, 趙毅強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)