CN101453233A - Fm收发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FM收发器，包括FM接收器和双频率合成器；双频率合成器包括第一、第二频率合成器，接收信号时，第一频率合成器和第一压控振荡器为混频器提供本振高频时钟；第二频率合成器和第二压控振荡器为FM接收器中的其它模块提供时钟；发射信号时，第二频率合成器负责加载发射频点和数据，第一频率合成器和第一压控振荡器为FM接收器中的其它模块提供时钟；发射信号时，由数字信号处理器将发射的数据直接数字调制到第二频率合成器上，然后由功率放大器放大送出。本发明能够将FM接收、发射芯片集成在一起，并且收发器内部的模块复用率高。本发明适用于FM/AM解调、调制接收机。

Description

FM收发器

技术领域

本发明涉及一种射频信号收发机，特别是涉及一种FM(FrequencyModulate，调频信号)收发器。

背景技术

现有的FM信号收发器结构复杂，FM接收、FM发射分别由各自独立的芯片实现，难以集成，即使将其集成在一起，模块的复用率也很低。

FM发射以直接上变频的模拟发射结构为主，并且收发时钟和模块复用率低，同时内部各模块工作需要的时钟处理非常难，在发射工作模式下，需要外部高频参考时钟(而不是FM接收常用的32.768千赫兹参考时钟)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种FM收发器，它能够将FM接收、发射芯片集成在一起，并且收发器内部的模块复用率高。

为解决上述技术问题，本发明的FM收发器，包括一个FM接收器，由顺序连接的低噪声放大器、混频器、可调增益放大器，模数转换器，数字信号处理器、数模转换器组成，其中：还包括一个双频率合成器；

所述双频率合成器包括第一频率合成器、和第二频率合成器，第二频率合成器用数字调制的小数频率合成器；

接收信号时，第一频率合成器和第一压控振荡器一起，仅为FM接收器中的混频器提供本振高频时钟；第二频率合成器和第二压控振荡器一起，负责为模数转换器，数字信号处理器、数模转换器提供所需要的时钟；

发射信号时，第二频率合成器负责加载发射频点和数据，第一频率合成器和第一压控振荡器一起，负责为模数转换器和数字信号处理器提供时钟；

发射信号时，采用全数字直接调制发射，由数字信号处理器将发射的数据直接数字调制到第二频率合成器上，然后由第二压控振荡器通过功率放大器直接放大送出。

由于采用上述技术方案，实现了FM收发一体化，第一次将数字解调接收和数字调制发射合成到一个芯片内部。接收为低中频(LOW-IF)数字接收、数字信号处理器(DSP)解调；发射采用了数字调制的直接发射结构，为全数字发射模式，频率控制和发射数据均通过数字模式加载。

本发明采用双频率合成器的结构，虽然FM收发器的外部只能提供单一低频参考时钟(32.768千赫兹)，但是能够满足FM收发器内部各模块所需要的时钟，以及数字发射所需要的频率合成器。使得FM发射可以也可以采用32.768千赫兹的外部参考时钟。

整个FM收发器结构简单合理，内部参考时钟处理容易，模块复用率高，性能好，并且对外部参考时钟可以灵活选择，甚至可以仅使用一个常用的32.768千赫兹外部参考时钟。本发明适用于FM/AM解调、调制接收机。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的FM收发器原理框图；

图2是本发明的FM收发器接收状态工作模式原理框图；

图3是本发明的FM收发器采用的小数频率合成器的原理框图；

图4是本发明的FM收发器接收模式下时钟处理原理框图；

图5是本发明的FM收发器发射状态工作模式原理框图；

图6是本发明的FM收发器发射数据调制原理框图；

图7是本发明的FM收发器发射模式下时钟处理原理框图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的FM收发器包括一个FM接收器和一个双频率合成器。

结合图2所示，所述的FM接收器与现有的接收器电路结构相同，采用低中频数字接收、数字解调。具体包括：

低噪声放大器LNA，将天线接收的FM信号进行放大，然后送给混频器MIXER。

混频器MIXER，将信号下变频到预设的低频点，并转换成I、Q两路差分信号分别传送到各自的可调增益放大器IPGA、QPGA。

可调增益放大器PGAI、PGAQ，对接收的差分信号进行幅度调整，并且对频带外的噪声进行滤波，然后将信号传送至各自的模数转换器IADC、QADC。

模数转换器IADC、QADC，将模拟信号转换成数字信号，传送给数字信号处理器DSP。

数字信号处理器DSP，解调接收的FM信号，并传送给数模转换器LDAC、RDAC。

数模转换器LDAC、RDAC，将信号转换成模拟信号后通过输出端口送出。

所述双频率合成器包括第一频率合成器、和第二频率合成器。两个频率合成器既可以采用模拟，也可以全部采用数字频率合成器，或者模拟、数字频率合成器混合使用。两个频率合成器及下面所述的压控振荡器均为现有技术中已知的电路结构。

第二频率合成器采用数字调制的小数频率合成器。接收信号时，第一频率合成器和第一压控振荡器VCO1一起，仅为FM接收器中的混频器MIXER提供本振高频时钟；第二频率合成器和第二压控振荡器VCO2一起，负责为FM收发器中的其他模块提供所需要的时钟。发射信号时，第二频率合成器负责加载发射频点和数据，第一频率合成器和第一压控振荡器VCO1一起，负责为FM收发器中的模块提供时钟。这样就解决了FM收发器的外部只能提供单一低频参考时钟(32.768千赫兹)，而不能满足FM收发器内部各模块所需要的时钟的问题。

结合图2、3所示，外部参考时钟Rclk输入给第一频率合成器，第一频率合成器(第一频率合成器以输入参考时钟Rclk为基准，通过环路控制，调节VCO1的工作电压)的输出端与第一压控振荡器VCO1(第一压控振荡器VCO1在第一频率合成器的控制下，产生输入参考时钟Rclk的倍频信号)的数字输入端连接，第一压控振荡器VCO1输出两路差分时钟信号，并传送至混频器MIXER中的分频器0/90°的输入端，提供混频器MIXER所需要的本振高频时钟信号。分频器0/90°生成I、Q两路时钟信号，然后分别传送给I路和Q路混频器。自动频率控制模块AFC的输出端与第一压控振荡器VCO1的模拟输入端连接，其输入端与数字信号处理器DSP的输出端连接。数字信号处理器DSP实时计算第一压控振荡器VCO1输出的频率偏差，通过自动频率控制模块AFC实时进行修正，消除因环境变化、电压变化或其他原因导致的频率波动。

第一频率合成器可以但不限于采用简单的整数频率合成器或者数字频率合成器。

第二频率合成器的一个输入端接收第一压控振荡器VCO1输出的并经分频器÷N分频后的输入参考时钟信号Fref，另一个输入端接收数字信号处理器DSP输出的频点值。第二频率合成器的输出端连接第二压控振荡器VCO2的数字输入端。第二压控振荡器VCO2的输出端连接发射用的功率放大器PA的输入端。

由图3可以看出，第二频率合成器采用的是现有的普通结构小数频率合成器，小数频率合成器能够方便加载数字信号发射。

第二频率合成器由鉴相器PD、低通滤波器LPF、分频器÷K、调制器Δ∑组成。

输入参考时钟信号Fref和分频器÷K送出来的第二压控振荡器VCO2反馈的时钟信号一起送给鉴相器PD，鉴相器PD进行相位转换后将其输出信号传送给低通滤波器LPF进行滤波，滤波后的电压信号控制第二压控振荡器VCO2，使得第二压控振荡器VCO2输出需要的时钟频率。而频点值的加载、改变，则是通过调制器Δ∑来控制分频器÷K的除数实现。

第二频率合成器可以采用的模拟频率合成器(模拟频率合成器也可以实现全数字发射，全数字发射本身指的是将数字信号处理器DSP送来的数字信号通过频率合成器直接调制发射，而不需要将数字信号处理器DSP的信号转成模拟电压后再发射)，也可以采用全数字频率合成器。同样，鉴相器PD可以换成数字的时间数字转换结构。

接收信号时，模数转换器IADC、QADC，数字信号处理器DSP、数模转换器LDAC、RDAC所需要的工作时钟，由第二频率合成器和第二压控振荡器VCO2产生。参见图4所示，第二压控振荡器VCO2产生的时钟信号，通过固定系数分频器÷M1、÷M2分别提供给各模块。

由于本发明采用双频率合成器结构，并且第二频率合成器采用的是小数频率合成器结构，所以第二压控振荡器VCO2产生的时钟信号频率可以很灵活。这样能够很容易处理混频器MIXER所需的本振高频时钟和其他模块所需要的时钟信号。

发射用的功率放大器PA在接收状态下不需要打开，在图2中用虚线表示其处于关断状态。

参见图5，本发明的FM收发器采用全数字直接调制发射，即由数字信号处理器DSP将发射的数据DATA直接数字调制到第二频率合成器上，然后由第二压控振荡器VCO2通过功率放大器PA直接放大送出。具体的发射过程是：

需要发射的输入信号Lin、Rin先分别输入给可调增益放大器IPGA、QPGA调节增益，然后传送给模数转换模块IADC、QADC转换成数字信号，再由数字信号处理器DSP完成信号处理，输出数据DATA至第二频率合成器。外部参考时钟Rclk为输入参考时钟，第一频率合成器和第一压控振荡器VCO1先将输入参考时钟Rclk由低频时钟倍频到合适的高频时钟，然后再通过分频器÷N产生合适的频点，输出至第二频率合成器，作为其参考时钟。这样，就使得第二频率合成器有合适的输入频率，可以灵活选择环路带宽、调制过采样率等性能参数。同时，由于第一频率合成器、第一压控振荡器VCO1和分频器÷N在发射状态下的工作状态比较简单，只提供第二频率合成器所需的参考时钟，输出时钟的相位噪声比较容易优化，这也自然使得第二频率合成器和第二压控振荡器VCO2有很好的输出相位噪声特性(这点很重要，因为相位噪声直接决定了发射性能的好坏)。第二频率合成器将发射数据和频率加载到第二压控振荡器VCO2上，然后再通过功率放放大器PA调节增益、放大送出。具体的过程是：

如图6所示，发射的频点值和发射数据，加载到第二频率合成器中的数字调制器Δ∑上，通过调制第二频率合成器中分频器÷K的分频系数，将频点和数据加载到第二压控振荡器VCO2上，并最终通过功率放放大器PA发射出去。

在发射状态下，低噪声放大器LNA、混频器MIXER和数模转换器IDAC、QDAC都不工作，在图6中以虚线表示这些模块处于关断状态。

参见图7，发射信号时，模数转换器IADC、QADC和数字信号处理器DSP所需要的工作时钟由第一频率合成器和第一压控振荡器VCO1产生。在发射状态下，第一压控振荡器VCO1工作在预设的频点上，通过分频器÷M，得到模数转换器IADC、QADC和数字信号处理器DSP需要的时钟，同时也很好的保证了高性能模数转换器IADC、QADC对于时钟性能的要求。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但是这些并非对于本发明的限制。本发明的保护范围还应包括那些对于本领域技术人员来说显而易见的变换、替代及变形。

Claims (6)

1、一种FM收发器，包括一个FM接收器，由顺序连接的低噪声放大器、混频器、可调增益放大器，模数转换器，数字信号处理器、数模转换器组成，其特征在于：还包括一个双频率合成器；

所述双频率合成器包括第一频率合成器、和第二频率合成器，第二频率合成器采用数字调制的小数频率合成器；

接收信号时，第一频率合成器和第一压控振荡器一起，仅为FM接收器中的混频器提供本振高频时钟；第二频率合成器和第二压控振荡器一起，负责为模数转换器，数字信号处理器、数模转换器提供所需要的时钟；

发射信号时，第二频率合成器负责加载发射频点和数据，第一频率合成器和第一压控振荡器一起，负责为模数转换器和数字信号处理器提供时钟；

发射信号时，采用全数字直接调制发射，由数字信号处理器将发射的数据直接数字调制到第二频率合成器上，然后由第二压控振荡器通过功率放大器直接放大送出。

2、如权利要求1所述的FM收发器，其特征在于：接收信号时，所述双频率合成器中第一频率合成器的输入端接收外部参考时钟，其输出端与第一压控振荡器的数字输入端连接，第一压控振荡器输出两路差分时钟信号，并传送至混频器中分频器的输入端，提供混频器所需要的本振高频时钟信号；该分频器生成I、Q两路时钟信号，然后分别传送给I路和Q路混频器；自动频率控制模块的输出端与第一压控振荡器的模拟输入端连接，其输入端与数字信号处理器的输出端连接；数字信号处理器实时计算第一压控振荡器输出的频率偏差，通过自动频率控制模块实时进行修正；

接收信号时，功率放大器处于关断状态。

3、如权利要求1或2所述的FM收发器，其特征在于：第二频率合成器的一个输入端接收第一压控振荡器输出的并经分频器÷N分频后的输入参考时钟信号，另一个输入端接收数字信号处理器输出的频点值，第二频率合成器的输出端连接第二压控振荡器的数字输入端，第二压控振荡器的输出端连接发射用的功率放大器的输入端；

发射信号时，将需要发射的输入信号先分别输入给可调增益放大器调节增益，然后传送给模数转换模块转换成数字信号，再由数字信号处理器完成信号处理，并输出数据至第二频率合成器；外部参考时钟为输入参考时钟，第一频率合成器和第一压控振荡器先将外部参考时钟由低频时钟倍频到合适的高频时钟，然后再通过分频器÷N产生合适的频点，输出至第二频率合成器作为其参考时钟；发射的频点值和发射数据，加载到第二频率合成器中的数字调制器上，通过调制第二频率合成器中分频器÷K的分频系数，将频点和数据加载到第二压控振荡器上，通过功率放放大器发射出去；发射信号时，低噪声放大器、混频器和数模转换器关断。

4、如权利要求1或2所述的FM收发器，其特征在于：发射信号时，第一压控振荡器工作在预设的频点上，通过分频器÷M，得到模数转换器和数字信号处理器需要的时钟。

5、如权利要求1或2所述的FM收发器，其特征在于：接收信号时，第二压控振荡器产生的时钟信号，通过固定系数分频器÷M1、÷M2分别提供模数转换器、数字信号处理器、数模转换器所需要的工作时钟。

6、如权利要求1或2所述的FM收发器，其特征在于：第一频率合成器、第二频率合成器采用模拟频率合成器，或者采用数字频率合成器，或者将模拟、数字频率合成器混合使用。

Images