CN100426686C

CN100426686C - 带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机

Info

Publication number: CN100426686C
Application number: CNB2005100263417A
Authority: CN
Inventors: 张钊锋; 谢婷婷; 杨光辉; 李明
Original assignee: DINGXIN COMMUNICATION Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: Dingxin Communication (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-01
Filing date: 2005-06-01
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2025-06-01
Also published as: CN1874167A

Abstract

本发明公开了一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机，包括电压控制振荡器、二分频器、低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、镜频干扰抑制器、镜频干扰发生器和镜频抑制控制序列搜索器，通过镜频抑制控制序列搜索器输出镜频抑制控制序列，自动对镜频干扰相位的粗、细调和幅度进行校准，能快速得到最佳的镜频抑制控制序列，使得校准电路镜频干扰抑制能力达到最佳；同时，本发明电路结构简单，可直接应用于现有的中频无线接收机，易于市场推广。

Description

带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机

技术领域

本发明涉及一种低中频无线接收机，特别涉及一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机。

背景技术

低中频接收机是一种被广泛研究和应用的无线接收系统，它将射频信号变换到低中频，再变换到基带，不仅克服了零中频接收机直流干扰问题，而且低中频对滤波器的品质因数要求降低，从而使滤波器可以片内实现，又克服了传统超外差接收机集成度低的缺点。但是低中频接收机也有镜频干扰抑制低的缺点。镜频干扰与射频信号在频谱上以本振频率为对称中心，相差两倍的中频频率，如图1所示。由于低中频接收机的镜频干扰和射频信号在频谱上只有十几兆，片外的射频选择滤波器无法抑制镜频干扰，而片内的镜频干扰抑制电路对相位和幅度的失配又非常灵敏，相位和幅度的微小失配就会严重恶化镜频干扰抑制，从而使镜频干扰抑制无法满足系统要求。

图2是一种典型的低中频无线接收机前端框图。电压控制振荡器(VCO)输出频率为2f_LO的本振，经二分频器(DIV2)产生频率为f_LO的正交本振。正交混频器(Mixer)将二分频器产生的正交本振信号与经过低噪声放大器(LNA)放大的射频信号混频产生正交低中频信号。射频信号和镜频干扰信号经过正交混频器后会落入同一个频带，但正交相位分别为90度和270度。经镜频干扰抑制器(IR Filter)，正交信号被叠加，而正交干扰被抵消。但电路、版图的不对称以及工艺的误差都会导致混频器输出的正交干扰幅度与相位的失配，从而使镜频干扰信号没有办法完全抵消。

针对上述低中频接收机的镜频干扰抑制问题，申请号为200510023171.7的中国专利申请提出了一种镜频干扰抑制的校准方案，该技术方案主要包括：在高速分频器偏置电路中并联若干组由偏置电流与控制开关相串联的电路，通过控制开关微调的偏置电压，改变二分频输出正交本振的占空比，从而改变正交混频器输出镜频干扰的正交相位，实现相位粗调；在传统的吉波特混频器负载输出级并联若干组由负载电阻与控制开关相串联的电路，通过控制开关调节混频器输出负载电阻，改变正交混频器输出镜频干扰的正交幅度，实现幅度调节；在传统的吉波特混频器负载输出级并联若干组由负载电容与控制开关相串联的电路，通过控制开关微调正交混频器输出的镜频干扰正交相位。该技术方案通过调节引起镜频干扰抑制恶化的幅度和相位的失配，有效地提高镜频干扰抑制，但是上述校准电路是分别对镜频干扰的幅度和相位进行调节，各个参数难以同时达到最佳值，从而限制了校准电路的镜频干扰抑制能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机，降低无线接收机的镜频干扰影响。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机，包括电压控制振荡器、二分频器、低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、镜频干扰抑制器，在所述二分频器或所述第一、第二混频器中至少有一个可调节阵列，所述电压控制振荡器的输出端与所述二分频器的输入端相连，所述二分频器一输出端与所述第一混频器的一输入端相连，所述二分频器的另一输出端与所述第二混频器的一输入端相连，射频信号输入所述低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端分别与所述第一、第二混频器的另一输入端相连，所述第一、第二混频器的输出端分别与所述镜频干扰抑制器的输入端相连，所述镜频干扰抑制器输出正交低中频信号，其特征在于：所述低中频无线接收机还包括镜频抑制自动校准电路，所述镜频抑制自动校准电路包括镜频干扰发生器和镜频抑制控制序列搜索器，其中，所述镜频干扰发生器与所述低噪声放大器的输入端相连，产生镜频抑制校准所需的镜频干扰信号，所述镜频抑制控制序列搜索器的输入端与所述镜频干扰抑制器相连，所述镜频抑制控制序列搜索器的输出端分别与所述有可调节阵列的二分频器、所述有可调节阵列的混频器的输入端相连，输出镜频抑制控制序列。

其中，所述镜频干扰发生器输出端与所述低噪声放大器输入端之间有一个控制开关，当所述控制开关闭合时，所述镜频干扰发生器产生的镜频干扰信号进入所述低噪声放大器；当所述控制开关断开时，所述镜频干扰发生器停止工作。

所述镜频干扰信号与所述射频信号在频谱上以本振频率为对称中心，相差两倍的中频频率。

所述镜频干扰发生器包括第一反相器(INV1)、第二反相器(INV2)、由第一电阻(R1)和第一电容(C1)构成的无源高通滤波器、由第二电阻(R2)和第二电容(C2)构成的无源低通滤波器和有源选频放大器(AMP)，所述第一反相器(INV1)、所述第二反相器(INV2)、所述无源高通滤波器、所述无源低通滤波器和所述有源选频放大器(AMP)依次连接。

所述镜频抑制控制序列搜索器包括能量检测器、电压比较器、采样保持电路和镜频抑制数字电路，所述正交低中频信号输入所述能量检测器，所述能量检测器的输出端分别与所述电压比较器的正输入端、所述采样保持电路的一输入端相连，所述采样保持电路的输出端与所述电压比较器的负输入端相连，所述电压比较器的输出端与所述镜频抑制数字电路的输入端相连，所述镜频抑制数字电路的输出端分别与所述有可调节阵列的二分频器、所述有可调节阵列的混频器的输入端、所述采样保持电路的另一输入端、所述电压比较器的第三输入端相连。

当所述控制开关闭合时，所述镜频抑制控制序列搜索器输出镜频抑制控制序列，当所述控制开关打开时，所述电压比较器和所述采样保持电路停止工作。

所述可调节阵列是所述二分频器中的相位粗调阵列或所述第一、第二混频器中的相位细调阵列或所述第一、第二混频器中的幅度调节阵列。

本发明通过镜频抑制控制序列搜索器输出最佳镜频抑制控制序列，自动对无线接收机中镜频干扰相位的粗、细调和幅度进行校准，提高无线接收机的镜频干扰抑制能力；同时，本发明电路结构简单，可直接应用于现有的中频无线接收机，易于市场推广。

附图说明

图1是镜频干扰和射频信号在频谱上相对于本振频率的关系框图；

图2是现有低中频无线接收机的前端框图；

图3是本发明低中频无线接收机的前端框图；

图4是本发明镜频干扰发生器的电路图；

图5是本发明镜频抑制控制序列搜索器的框图。

具体实施方式

请参阅图3，本发明一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机，包括了由电压控制振荡器、二分频器、低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、镜频干扰抑制器构成的接收前端电路，用于系统正常工作时信号接收。为了抑制镜频干扰，可在二分频器或第一、第二混频器中增加调节阵列，例如在二分频器中加入相位粗调阵列，在混频器中增加相位细调或幅度调节阵列，通过增加上述3种不同的调节阵列可以有效地抑制镜频干扰，该技术方案可参阅中国专利申请200510023171.7。在本发明的低中频无线接收机中还包括镜频抑制自动校准电路，镜频抑制自动校准电路包括镜频干扰发生器和镜频抑制控制序列搜索器，其中，镜频干扰发生器与低噪声放大器的输入端相连，镜频抑制控制序列搜索器的输入端与镜频干扰抑制器相连，镜频抑制控制序列搜索器的输出端分别与增加可调节阵列的二分频器、增加可调节阵列的混频器的输入端相连。在镜频干扰发生器输出端与低噪声放大器输入端之间有一个控制开关，当控制开关闭合时，镜频干扰发生器产生的镜频干扰信号进入低噪声放大器；当控制开关断开时，镜频干扰发生器停止工作。镜频干扰发生器可以产生镜频抑制校准所需的镜频干扰信号，镜频抑制控制序列搜索器可输出镜频抑制控制序列，该序列与增加的调节阵列数量相对应，可采用如下形式：二分频器的相位粗调阵列由镜频抑制控制序列搜索器产生的控制序列A来控制、混频器的相位细调阵列、幅度调节阵列可分别由镜频抑制控制序列搜索器产生的控制序列B、控制序列C来控制，形成镜频抑制控制序列(A，B，C)。

在本发明中，当控制开关闭合后，镜频干扰发生器产生镜频干扰信号，该镜频干扰信号与射频信号在频谱上以本振频率为对称中心，相差两倍的中频频率。镜频抑制控制序列搜索器依次产生多组镜频抑制控制序列，镜频干扰信号通过系统接收前端电路最后回到镜频抑制控制序列搜索器，镜频抑制控制序列搜索器根据不同镜频抑制控制序列的返回数值，通过比较判断，自动选择最佳的镜频抑制控制序列，从而使得系统的镜频干扰抑制能力达到最佳。当找到最佳镜频抑制控制序列后，控制开关断开，镜频干扰发生器停止工作。

请参阅图4，本发明镜频干扰发生器的电路图包括第一反相器INV1、第二反相器INV2、由第一电阻R1和第一电容C1构成的无源高通滤波器、由第二电阻R2和第二电容C2构成的无源低通滤波器和有源选频放大器AMP。系统低频基准时钟(fref)经过两级反相器驱动输出的方波在频谱上是若干奇次谐波的叠加，其中第N次谐波是校准所需要的镜频干扰。方波中基波能量最高，且谐波能量随谐波次数增加而降低，如果方波直接进入低噪声放大器，由于基波和低次谐波能量很强，会构成阻塞，使第N次谐波经过低噪声放大器不但不能被放大，反而被抑制。为了将方波中的第N次谐波提取出来，在反相器和低噪声放大器之间增加由第一电阻R1和第一电容C1构成的无源高通滤波器、由第二电阻R2和第二电容C2构成的无源低通滤波器和有源选频放大器(AMP)。其中高通滤波器将比N次谐波低的谐波分量抑制，低通滤波器将比N次谐波高的谐波分量抑制，经过高通和低通两个无源网络后，阻塞被基本抑制，但第N次谐波也有一定的衰减。有源选频放大器会对第N次谐波进行选频放大并输出给低噪声放大器作为校准所需要的镜频干扰信号(fim)。

在本实施例中，为了达到镜频干扰抑制的最佳效果，分别在二分频器中增加相位粗调阵列、在混频器中增加相位细调阵列和幅度调节阵列。因此，当控制开关闭合时，镜频抑制控制序列搜索器会产生初始的第一组序列(A，B，C)₁给接收前端电路的二分频器或混频器的输入端。同时，由镜频干扰发生器产生的镜频干扰经过低噪声放大器放大进入增加相位细调阵列和幅度可调阵列的混频器射频输入端，与增加相位粗调阵列的二分频器产生的正交本振信号混频产生正交低中频干扰。由于电路、版图的不对称以及工艺的误差，正交低中频干扰会有幅度和相位的失配，正交干扰的幅度和相位失配越小，镜频干扰抑制器对干扰的抑制能力越强，反之，正交干扰幅度和相位失配越大，镜频干扰抑制能力越弱。

经过镜频干扰抑制器后，镜频干扰被部分滤除，残留的镜频干扰进入镜频抑制控制序列搜索器。图5是镜频抑制控制序列搜索器的框图，镜频抑制控制序列搜索器包括能量检测器、电压比较器、采样保持电路、和镜频抑制数字电路。能量检测器检测到输入的正交低中频干扰幅度，输出反应干扰幅度的直流电平(RSSI)。RSSI越高，代表残留的低中频干扰幅度越大，说明镜频干扰抑制越低；反之，RSSI越低，代表残留的镜频干扰幅度越小，说明镜频干扰抑制越高。

能量检测器产生的RSSI进入比较器的正输入端，同时进入采样保持电路的输入端。镜频抑制数字电路可分别对电压比较器、采样保持电路输出比较器使能信号、采样使能信号，当电压比较器接收到比较器使能信号后就处于比较使能态时，电压比较器将输入正端的电压和输入负端的电压比较，并将结果返回给镜频抑制数字电路。比较使能信号的有效期是固定的。同样，当采样保持电路接收到采样使能信号后就处于采样使能态时，采样保持电路会对输入信号进行采样，在采样非使能态时，采样保持电路对采样到的信号进行保持，并输入电压比较器的负输入端。采样使能信号的有效期也是固定的。

对应于初始的第一组序列(A，B，C)₁的第一个RSSI电平，镜频抑制数字电路会将电压比较器置于比较非使能态，将采样保持电路置于采样使能态。此时采样保持电路对第一个RSSI电平进行采样。采样结束后，数字校准电路发出第二组序列(A，B，C)₂给二分频器和混频器，同时采样保持电路对采样到的第一个RSSI进行保持。经过一段时间，能量检测器会产生一个与第二组序列(A，B，C)₂对应的RSSI电平。此时镜频抑制数字电路会将电压比较器置于比较使能态，电压比较器将输入正端的后一个RSSI电平与采样保持电路保持的RSSI电平进行比较，如果正端电平高于负端电平，即新产生的对应于第二组序列(A，B，C)₂的RSSI电平比采样保持电路保持的对应于第一组序列(A，B，C)₁的RSSI电平高，说明对应于第一组序列(A，B，C)₁的镜频干扰抑制更优，电压比较器会将这个信息送给镜频抑制数字电路，在下一个时钟周期，镜频抑制数字电路根据这个信息送出第一组序列给二分频器和混频器，并在第一组序列对应的RSSI电平稳定后，将采样保持电路置于采样使能态，将第一组控制序列对应的代表当前最优的镜频抑制的RSSI电平进行采样；反之，如果比较器正端电平低于负端电平，即新产生的对应于第二组序列(A，B，C)₂的RSSI电平比采样保持电路保持的对应于第一组序列(A，B，C)₁的RSSI电平低，说明对应于第二组序列(A，B，C)₂的镜频干扰抑制更优，在下一个时钟周期，数字校准电路根据这个信息送出第二组序列给二分频器和混频器，并在第二组序列对应的RSSI电平稳定后，将采样保持电路置于采样使能态，将第二组控制序列对应的代表当前最优的镜频抑制的RSSI电平进行采样。比较周期和采样周期交替进行，每次比较结束，数字校准电路会将对应于当前最优镜频干扰抑制的一组序列送给二分频器和混频器，采样保持电路始终采样和保持的是对应于当前最优镜频干扰抑制的RSSI电平，当每组控制序列都被采样和比较后，数字校准电路找到一组最佳的序列组，该序列组对应的RSSI电平最低，即镜频干扰抑制最优。

当对应于最佳镜频干扰抑制的控制序列被找到后，镜频抑制自动校准结束，电压比较器和采样保持电路都被关闭，系统镜频抑制校准状态结束。

Claims

1、一种带镜频抑制自动校准电路的低中频无线接收机，包括电压控制振荡器、二分频器、低噪声放大器、第一混频器、第二混频器、镜频干扰抑制器，在所述二分频器中或者在所述第一、第二混频器中，至少一个设有可调节阵列，所述可调节阵列包括在所述二分频器中设有相位粗调阵列，在所述第一、第二混频器中设有相位细调阵列或幅度调节阵列，所述电压控制振荡器的输出端与所述二分频器的输入端相连，所述二分频器一输出端与所述第一混频器的一输入端相连，所述二分频器的另一输出端与所述第二混频器的一输入端相连，射频信号输入所述低噪声放大器，所述低噪声放大器的输出端分别与所述第一、第二混频器的另一输入端相连，所述第一、第二混频器的输出端分别与所述镜频干扰抑制器的输入端相连，所述镜频干扰抑制器输出正交低中频信号，其特征在于：所述低中频无线接收机还包括镜频抑制自动校准电路，所述镜频抑制自动校准电路包括镜频干扰发生器和镜频抑制控制序列搜索器，其中，所述镜频干扰发生器与所述低噪声放大器的输入端相连，产生镜频抑制校准所需的镜频干扰信号，所述镜频抑制控制序列搜索器的输入端与所述镜频干扰抑制器相连，所述镜频抑制控制序列搜索器的输出端分别与所述有可调节阵列的二分频器、所述有可调节阵列的混频器的输入端相连，输出镜频抑制控制序列。

2、根据权利要求1所述的低中频无线接收机，其特征在于：所述镜频干扰发生器输出端与所述低噪声放大器输入端之间有一个控制开关，当所述控制开关闭合时，所述镜频干扰发生器产生的镜频干扰信号进入所述低噪声放大器；当所述控制开关断开时，所述镜频干扰发生器停止工作。

3、根据权利要求1或2所述的低中频无线接收机，其特征在于：所述镜频干扰信号与所述射频信号在频谱上以本振频率为对称中心，相差两倍的中频频率。

4、根据权利要求3所述的低中频无线接收机，其特征在于：所述镜频干扰发生器包括第一反相器(INV1)、第二反相器(INV2)、由第一电阻(R1)和第一电容(C1)构成的无源高通滤波器、由第二电阻(R2)和第二电容(C2)构成的无源低通滤波器和有源选频放大器(AMP)，所述第一反相器(INV1)、所述第二反相器(INV2)、所述无源高通滤波器、所述无源低通滤波器和所述有源选频放大器(AMP)依次连接。

5、根据权利要求1所述的低中频无线接收机，其特征在于：所述镜频抑制控制序列搜索器包括能量检测器、电压比较器、采样保持电路和镜频抑制数字电路，所述正交低中频信号输入所述能量检测器，所述能量检测器的输出端分别与所述电压比较器的正输入端、所述采样保持电路的一输入端相连，所述采样保持电路的输出端与所述电压比较器的负输入端相连，所述电压比较器的输出端与所述镜频抑制数字电路的输入端相连，所述镜频抑制数字电路的输出端分别与所述设有相位粗调阵列的二分频器、所述设有相位细调阵列或幅度调节阵列的混频器的输入端、所述采样保持电路的另一输入端、所述电压比较器的第三输入端相连。

6、根据权利要求5所述的低中频无线接收机，其特征在于：当所述控制开关闭合时，所述镜频抑制控制序列搜索器输出镜频抑制控制序列，当所述控制开关打开时，所述电压比较器和所述采样保持电路停止工作。