具有高鏡像抑制比的dab接收機射頻前端的製作方法

2023-10-09 17:21:34

專利名稱：具有高鏡像抑制比的dab接收機射頻前端的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種接收機，尤其涉及一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前 端，屬於通信領域中的無線接收機RF前端結構。
背景技術：
數字聲廣播(DAB)是第三代廣播系統，比調幅(AM)和調頻(FM)廣播具有更出色 的性能。它不僅能夠提供達到CD音質的聲音，還能提供數據和圖像業務，因此受到廣泛的 關注。當前市場中有很多滿足不同應用(車載、家庭、便攜)的DAB接收機產品，由於成本 大大超出普通消費者的承受範圍，並且功耗和尺寸有待提高，這些都嚴重限制了DAB數字 廣播的發展，因此低成本且能夠批量生產的接收機專用晶片的開發至關重要。無線接收RF 前端IC則是其中的重點與難點。 射頻前端IC設計的首要任務是選擇一種合適的接收機射頻前端架構，合適的系
統架構對前端設計的成敗尤為關鍵。 適合DAB接收機的結構主要有以下幾種 超外差結構具有高靈敏度，高選擇性和高鏡像抑制性能，但由於它的低集成度， 高功耗以及需要外接片外鏡像抑制濾波器和中頻濾波器，而使得超外差結構並不適應當前 的接收機射頻前端。
低中頻結構具有低功耗，高集成度和適應多通信標準的優點，但它由於是採用正 交通道，因此鏡像抑制性能取決於正交通道的匹配性，尤其第一級正交本振信號和正交射 頻輸入信號處在高頻，所以第一級的相位和增益失配對鏡像抑制性能影響尤為嚴重。
Weaver鏡像抑制接收機結構同低中頻結構一樣，其對正交通道的匹配性要求很 高，尤其是高頻的第一級本振，其相位和增益失配更是嚴重影響了接收機的鏡像抑制性能。

發明內容
本發明針對背景技術中DAB接收機RF前端結構存在的缺陷，而提出一種鏡像抑制 性能高的基於傳統Weaver鏡像抑制結構的DAB接收機射頻前端。 本發明的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，包括低噪聲放大器、正交信 號發生器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、加 法器、第一減法器、第二減法器、第一低通濾波器和第二低通濾波器，其中低噪聲放大器接 入射頻輸入信號RFIN，低噪聲放大器的輸出端連接正交信號發生器的輸入端，正交信號發生 器的一個輸出端分別連接第一混頻器和第二混頻器的輸入端，正交信號發生器的另一個輸 出端分別連接第三混頻器和第四混頻器的輸入端，第一混頻器和第三混頻器的輸出端均連 接加法器的輸入端，第二混頻器和第四混頻器的輸出端均連接第一減法器的輸入端，加法 器的輸出端依次串接第一低通濾波器、第五混頻器後連接第二減法器的輸入端，第一減法 器的輸出端依次串接第二低通濾波器、第六混頻器後連接第二減法器的輸入端，第二減法 器輸出中頻信號IF。UT。
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與傳統的Weaver無線接收機前端相比，本發明第一級採用雙正交下變頻結構代 替單正交下變頻結構，該結構對於高頻的第一級正交本振信號和正交射頻輸入信號相位和 增益的失配不敏感，從而大大提高了無線接收機的鏡像抑制性能。
下面從理論上說明本發明對鏡像抑制性能的改善
I.相位失配情況下的鏡像抑制性能 傳統Weaver接收機結構的鏡像抑制比(IRRe。nventi。nal)為
2/A《 A《、 Sm 1 2 2 這裡，A e工和A e 2分別為傳統Weaver接收機結構中本振信號LOl和L02的相 位誤差； 本發明結構的鏡像抑制比(IRR d)為
formula see original document page 4
這裡，A e 。、 A e工和A e 2分別為本發明結構中RF信號、本振信號LOl和L02的
相位誤差； 對IRR。。nrenti。nal和IRRPr。p_d這兩個表達式中的正弦項和餘弦項進行冪級數展開，
由於相位誤差比較小，忽略二次以上各項令A e 。 = x。， A e j = Xl， A e 2 = x2，即得
formula see original document page 4formula see original document page 4=101。g 22 422 422 4 (4)
X 2 ,義O義l A X2 義2 X。
2^ ^~_ 4
當a e 。、 a e 2保持不變，考慮lRR。。nrenti。nal和iRRPMP。sed對△ e工的敏感程度(3) 式的分子分母各含有a e工的一次項，而(4)式的分子分母中a e工均是二次項，並且由於 △ e i是一個無窮小量，因此(4)式相對於(3)式來說對a e工不敏感；
同理，由於a e 。和a e工是對稱關係，因此(4)式相對於(3)式來說對a e 。不
敏感； 因此，本發明結構對第一級正交本振信號L01和正交射頻信號的相位誤差不敏 感，因此鏡像抑制比主要由低頻L02的相位誤差決定，所以本發明結構減少了鏡像抑制比 對第一級本振相位失配的敏感度，大大提高了鏡像抑制性能。
II.增益失配情況下的鏡像抑制性能 傳統Weaver接收機結構和本發明結構對增益失配的鏡像抑制比(IRR')分別
為
IRR'咖一=20iOg(T) (5)
4 + A爿
IRR;—=201og(^|^) (6) 其中A A和A分別為傳統Weaver接收機結構和本發明結構中的增益失配；
從(5)式和(6)式可以看出，與傳統Weaver接收機結構相比，本發明結構在相同 增益失配的情況下鏡像抑制比提高了約6dB。 綜上所述，本發明結構能夠減小鏡像抑制對於高頻的第一級正交本振信號和正交 射頻輸入信號的相位和增益失配敏感度，大大提高了接收機的鏡像抑制性能。


圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的實現原理圖。 圖1和圖2中1為低噪聲放大器；2、21、22、23均為正交信號放大器；31、32、33、
34、71、72分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六混頻器；4為加法器；51、52分別為第一、
第二減法器；61、62分別為第一、第二低通濾波器；81、S2均為差分轉單端信號電路；91、92
均為單端轉差分信號電路。 圖3是低噪聲放大器的電路原理圖。 圖4是單端轉差分信號電路原理圖。 圖5是兩階RC多相濾波器電路原理圖。 圖6是吉爾伯特(Gilbert)混頻器電路原理圖。 圖7是差分轉單端信號電路原理圖。 圖8是低通濾波器電路原理圖。
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圖9是減法器電路原理圖。
具體實施例方式
本發明是一種適用於DAB接收機的射頻前端結構，它的核心二次變頻結構是在傳 統Weaver鏡像抑制接收機的基礎上做了改進——將第一級的單正交下變頻結構用雙正交 下變頻結構代替，其結構如圖1所示，包括低噪聲放大器1、正交信號發生器2、第一混頻器 31、第二混頻器32、第三混頻器33、第四混頻器34、第五混頻器71、第六混頻器72、加法器 4、第一減法器51、第二減法器52、第一低通濾波器61和第二低通濾波器62，其中低噪聲 放大器1接入射頻輸入信號RF^，低噪聲放大器1的輸出端連接正交信號發生器2的輸入 端，正交信號發生器2的I信號(同相信號)輸出端分別連接第一混頻器31和第二混頻器 32的輸入端，正交信號發生器2的Q信號(90度正交信號)輸出端分別連接第三混頻器33 和第四混頻器34的輸入端，第一混頻器31和第三混頻器33的輸出端均連接加法器4的輸 入端，第二混頻器32和第四混頻器34的輸出端均連接第一減法器51的輸入端，加法器4 的輸出端依次串接第一低通濾波器61、第五混頻器71後連接第二減法器52的輸入端，第一 減法器51的輸出端依次串接第二低通濾波器62、第六混頻器72後連接第二減法器52的輸 入端，第二減法器52輸出中頻信號IF。UT。 本發明的工作過程如下天線接收的微弱信號通過射頻濾波器BPF後得到射頻輸 入信號RF^，再經低噪聲放大器1後通過正交信號發生器2產生兩路正交信號，即同相信號 I和90度正交信號Q，同相信號I通過第一和第二混頻器31、32分別與本振信號L01I (同 相)和L01Q(正交)混頻，90度正交信號Q通過第三和第四混頻器33、34分別與本振信號 L01Q(正交)和L01I (同相)混頻，混頻後第一至第四混頻器31 34分別輸出1_1、 I-Q、 Q-Q、Q-I四路信號，其中I-I和Q-Q信號通過加法器4相加再通過第一低通濾波器61後在 第五混頻器71中與本振信號L02I (同相)混頻，I-Q和Q-I信號通過第一減法器51相減 再通過第二低通濾波器62後在第六混頻器72中與本振信號L02Q(正交)混頻，第五和第 六混頻器71、72的輸出信號通過第二減法器52後得到所需要的中頻信號IF。，此時鏡像信 號被抵消，中頻信號IF。UT通過A/D轉換和數位訊號處理DSP後傳輸給外部設備。
如圖2所示是本發明的實現原理圖，它是採用標準CMOS工藝實現的。本實現中， 由於信號採用差分結構，所以需要單端轉差分和差分轉單端電路。該實現原理圖主要由以 下模塊構成低噪聲放大器l ;正交信號發生器21、22、23 ;混頻器31 34、71、72 ;低通濾波 器61、62 ;差分轉單端信號電路81、82 ;單端轉差分信號電路91、92 ;減法器。下面分別說明
以上模塊的實現 1)低噪聲放大器 低噪聲放大器設計採用常用的源端電感反饋LNA結構，它能夠在保證輸入阻抗匹
配的條件下，通過優化達到最佳的噪聲係數，其電路結構如圖3所示。 2)單端轉差分信號電路 射頻輸入信號RF^和本振信號LO均需要轉換成差分信號，這裡單端轉差分信號電 路採用常用的級聯共源/共柵結構，其電路結構如圖4所示。
3)正交信號發生器 因為需要產生正交的射頻RF輸入信號和四路本振L0信號，需要三個正交信號發生器，這裡我們採用兩階RC多相濾波器結構，其電路結構如圖5所示。
4)混頻器 本實施例中，所有混頻器均採用吉爾伯特(Gilbert)雙平衡混頻器，其電路結構如圖6所示。 5)差分轉單端信號電路 本實施例中，混頻器後的差分轉單端信號電路結構如圖7所示。
6)低通濾波器 低通濾波器均採用七階切比雪夫(Chebyshev)濾波器，其電路結構如圖8所示。
7)減法器 減法器採用如圖9所示的運算放大器A構成的減法器，圖中電阻R3 = R4 = R5 =R6，並滿足vo = v2-vl。
權利要求
一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特徵在於包括低噪聲放大器(1)、正交信號發生器(2)、第一混頻器(31)、第二混頻器(32)、第三混頻器(33)、第四混頻器(34)、第五混頻器(71)、第六混頻器(72)、加法器(4)、第一減法器(51)、第二減法器(52)、第一低通濾波器(61)和第二低通濾波器(62)，其中低噪聲放大器(1)接入射頻輸入信號RFIN，低噪聲放大器(1)的輸出端連接正交信號發生器(2)的輸入端，正交信號發生器(2)的一個輸出端分別連接第一混頻器(31)和第二混頻器(32)的輸入端，正交信號發生器(2)的另一個輸出端分別連接第三混頻器(33)和第四混頻器(34)的輸入端，第一混頻器(31)和第三混頻器(33)的輸出端均連接加法器(4)的輸入端，第二混頻器(32)和第四混頻器(34)的輸出端均連接第一減法器(51)的輸入端，加法器(4)的輸出端依次串接第一低通濾波器(61)、第五混頻器(71)後連接第二減法器(52)的輸入端，第一減法器(51)的輸出端依次串接第二低通濾波器(62)、第六混頻器(72)後連接第二減法器(52)的輸入端，第二減法器(52)輸出中頻信號IFOUT。
2. 根據權利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特徵在於所述正交信號發生器(2)分別連接第一混頻器(31)和第二混頻器(32)輸入端的輸出端為同相信號輸出端；所述正交信號發生器(2)分別連接第三混頻器(33)和第四混頻器(34)輸入端的輸出端為90度正交信號輸出端。
3. 根據權利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特徵在於所述低噪聲放大器(1)採用源端電感反饋的LNA結構。
4. 根據權利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特徵在於所述第一至第六混頻器(31、32、33、34、71、72)均採用吉爾伯特雙平衡混頻器。
5. 根據權利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特徵在於所述第一和第二低通濾波器(61、62)均採用七階切比雪夫濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，屬於無線接收機RF前端結構。該射頻前端包括低噪聲放大器、正交信號發生器、六個混頻器、加法器、兩個減法器及兩個低通濾波器，低噪聲放大器接入射頻信號RFIN後經正交信號發生器產生I和Q兩路正交信號，I信號輸入第一和第二混頻器，Q信號輸入第三和第四混頻器，第一和第三混頻器的輸出端均連接加法器後再依次通過第一低通濾波器和第五混頻器後連接第二減法器的輸入端，第二和第四混頻器的輸出端均連接第一減法器後再依次通過第二低通濾波器和第六混頻器後連接第二減法器的輸入端，第二減法器輸出中頻信號IFOUT。本發明大大降低了第一級高頻本振的相位和增益失配敏感度。
文檔編號H04B7/00GK101710831SQ200910232620
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者徐建, 江漢, 王志功 申請人:東南大學