CN101478324A - 一种单支路正交混频无线接收机 - Google Patents

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Abstract

一种单支路正交混频无线接收机，解决了传统的双支路正交混频接收机存在支路匹配和功耗与面积都较大的问题。本发明提出的单支路正交混频无线接收机，由低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器组成，其特征在于正交本振发生器交替产生初始相位在0度和90度不断切换的正弦本振信号，通过时分复用的办法，利用一条支路实现正交混频，这样不仅没有了上述正交混频接收机的支路匹配问题，而且还由于少了一条支路，降低了功耗、减小了面积，为低功耗无线接收机设计提供了一个新的设计方案。

Description

一种单支路正交混频无线接收机
技术领域
本发明涉及一种正交混频无线接收机，属于无线通信技术领域。
背景技术
传统的超外差结构无线接收机具有接受灵敏度高、选择性好以及频率和增益规划灵活等优点，在分立元件接收机中被广泛使用。但是由于该结构需要高品质因数(以下简称Q值)电抗元件抑制镜频干扰，而高Q值电抗元件在现代射频互补金属氧化物(以下简称RFCMOS)工艺中很难实现，因此为了提高集成度，正交混频结构被广泛采用。正交混频接收机使用两条支路进行混频，并利用这两条支路中的镜频干扰信号大小相等、极性相反的特性进行抵消，以达到不使用高Q值电抗元件抑制镜频干扰的目的，从而提高接收机的集成度。
由于正交混频接收机是利用两条支路中镜频干扰信号在幅度上相同而在相位上相反的特点，使这两个支路镜频干扰相互抵消来抑制镜频干扰的，所以为了提高接收机噪声特性，就要求两个支路具有严格匹配特性，干扰的抑制程度完全取决于支路的匹配程度。在现代RF CMOS设计中，电路实现的一致性方面往往不能满足严格的支路匹配要求，因此必须在接收机的系统设计方面以及电路结构和版图实现方面进行特殊考虑以最大限度地提高支路匹配程度。
在正交混频接收机中，支路匹配包括很多方面。首先是本振信号的正交性，也就是两条支路所使用的本振信号要具有严格的90度相位差。本振信号的正交匹配的误差直接影响噪声抑制效果；其次是两条支路所使用的本振信号的幅度匹配问题，幅度匹配误差也会直接影响噪声抑制程度；第三是两条支路所使用的混频器的匹配问题。要求这两个混频器的混频增益等各方面的特性要一致；第四是混频后的中频滤波器也要有相同的中心频率、相同的相位特性和相同的增益特性等等。
通过上面的讨论可知，良好的支路匹配有很多问题需要解决。而这些问题的解决需要在系统容差方面、电路设计方面以及版图实现方面多方协调配合。如果通过上述措施还不能满足设计要求，在必要时还要加入一些用于误差纠正的反馈控制电路。
上述讨论说明传统双支路正交混频接收机在支路匹配方面对设计提出了很高的要求，这些要求不仅增加了设计难度，而且往往要以功耗和面积为代价来换取更高的设计指标。
发明内容
本发明的目的是针对以上现有传统的双支路正交混频接收机存在的支路匹配问题，以及进一步降低接收机的功耗和面积，提出了一种单支路正交混频接收机。
本发明的技术方案：
一种单支路正交混频无线接收机，由低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器组成；所述的正交本振发生器交替产生初始相位在0度和90度不断切换的正弦本振信号。
所述的单支路正交混频接收机由低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器组成；
其中低噪声放大器的输入与天线相连，低噪声放大器的输出与混频器的一个输入端相连；
混频器的另一个输入端与正交本振发生器的输出相连，混频器的输出与定积分器的积分输入端相连；
定积分器的另一个输入端与第二输出时钟输出相连，定积分器的输出与模数转换器的输入相连；
模数转换器的另一个输入端与第三时钟输出相连，模数转换器的输出与数字信号处理器的输入相连；
正交本振发生器的输入与第一时钟输出相连；
数字信号处理器的输出即为解调输出。
所述的时钟发生器产生三个时钟信号用于控制正交本振发生器的初始相位变化、定积分器的积分时段和模数转换器的采样时刻，其时序关系：当第一时钟输出为高电平时，对应的本振初始相位为0度，当第一时钟输出为低电平时，对应的本振初始相位为90度；第二时钟输出为定积分器的复位信号，每次在第一时钟输出刚发生变化后，立即对定积分器进行复位，以保证积分只对应同一种本振初始相位；每次在本振初始相位发生变化之前由第三时钟输出产生采样脉冲触发模数转换器采样。
本发明的有益效果：
由于该接收机周期性地切换接收机本振发生器输出信号的初始相位，通过时分复用的办法，利用一条支路实现正交混频，这样不仅没有了上述正交混频接收机的支路匹配问题，而且还由于少了一条支路，降低了功耗、减小了面积，为低功耗无线接收机设计提供了一个新的设计方案。
附图说明
图1单支路正交混频接收机原理框图；
图2时钟发生器输出信号时序图。
具体实施方式
本发明提出的单支路正交混频接收机原理框图如图1所示，由低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器组成。
其中低噪声放大器的输入与天线相连，低噪声放大器的输出与混频器的一个输入端相连；
混频器的另一个输入端与正交本振发生器的输出相连，混频器的输出与定积分器的积分输入端相连；
定积分器的另一个输入端与第二时钟输出2相连，定积分器的输出与模数转换器的输入相连；
模数转换器的另一个输入端与第三时钟输出3相连，模数转换器的输出与数字信号处理器的输入相连；
正交本振发生器的输入与和第一时钟输出1相连；
数字信号处理器的输出即为解调输出。
所述的正交本振发生器交替产生初始相位在0度和90度不断切换的正弦本振信号。
所述的时钟发生器产生三个时钟信号用于控制正交本振发生器的初始相位变化、定积分器的积分时段和模数转换器的采样时刻，其时序关系：当第一时钟输出1为高电平时，对应的本振初始相位为0度，当时钟发生器的第一时钟输出1为低电平时，对应的本振初始相位为90度；第二时钟输出2为定积分器的复位信号，每次在第一时钟输出1刚发生变化后，立即对定积分器进行复位，以保证积分只对应同一种本振初始相位；每次在本振初始相位发生变化之前由第三时钟输出3生采样脉冲触发模数转换器采样。
本发明接收机的工作原理和各部分的功能如下：
无线信号经过天线接收后进入低噪声放大器进行放大得到放大后的输出信号，该输出信号与正交本振发生器产生的本振输出信号在混频器中进行混频得到混频输出信号。正交本振发生器产生的本振输出与普通的本振发生器的输出不同，它不是初始相位保持固定的正弦波，而是初始相位不断地在0度和90度跳变的正弦波。其相位跳变的频率由第一时钟输出1控制。本振输出信号相位为0度时，其对应时段混频器的输出为普通双支路正交混频接收机的同相混频输出(以下简称I混频输出)；本振信号相位为90度时，其对应时段混频器的输出为普通双支路正交混频接收机的正交混频输出(以下简称Q混频输出)。因此本发明电路中混频器的输出为交替出现的I混频输出和Q混频输出。
混频器的输出信号被送入定积分器进行积分，定积分器被周期性地复位，以使定积分的积分区间严格对准I混频输出和Q混频输出，保证每次积分只单独对应I混频输出或Q混频输出。由于定积分运算相当于对信号进行了低通滤波，而在混频输出中包括输入信号和本振信号的和频与差频，由于和频很高，所以积分后就被滤掉，因此积分后只剩下所需要的差频信号。定积分器的输出被模数转换器采样，得到经过滤波且交替出现的I混频输出和Q混频输出的采样序列(一下简称IQ序列)，这个序列在数字信号处理器中IQ进行分离，就可以得到与双支路正交混频接收机相同的经过滤波后的混频输出IQ序列，实现了就用一条支路完成了正交混频的功能。
为了使定积分时段严格对应同一本振初始相位，同时保证模数转换器的采样时刻对准积分结束的时刻，需要时钟发生器产生三个时钟信号来同步本振发生器的初始相位变化、定积分器的积分时段和模数转换器的采样时刻，其时序关系如图(2)所示。由图(2)可以看出，当第一时钟输出1为高电平时，对应的本振初始相位为0度，当第一时钟输出1为低电平时，对应的本振初始相位为90度；第二时钟输出2为定积分器的复位信号，每次在第一时钟输出1刚发生变化后，立即对定积分器进行复位，以保证积分只对应同一种本振初始相位；每次在本振初始相位发生变化之前由第三时钟输出3产生采样脉冲触发模数转换器采样。由于本发明的单支路接收机采用一条支路完成传统双支路接收机两条支路的功能，因此，本发明的单支路接收机的模数转换器的采样频率要为传统双支路接收机中完成相应功能的模数转换器的采样频率的两倍。

Claims (3)

1.一种单支路正交混频无线接收机，由低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器组成；其特征在于：正交本振发生器交替产生初始相位在0度和90度不断切换的正弦本振信号。
2.根据权利要求1所述的一种单支路正交混频无线接收机，其特征在于：单支路正交混频接收机中低噪声放大器、混频器、定积分器、模数转换器、数字信号处理器、正交本振发生器和时钟发生器之间的连接为；其中低噪声放大器的输入与天线相连，低噪声放大器的输出与混频器的一个输入端相连；
混频器的另一个输入端与正交本振发生器的输出相连，混频器的输出与定积分器的积分输入端相连；
定积分器的另一个输入端与第二时钟输出(2)相连，定积分器的输出与模数转换器的输入相连；
模数转换器的另一个输入端与第三时钟输出(3)相连，模数转换器的输出与数字信号处理器的输入相连；
正交本振发生器的输入与第一时钟输出(1)相连；
数字信号处理器的输出即为解调输出。
3.根据权利要求1所述的一种单支路正交混频无线接收机，其特征在于：时钟发生器产生三个时钟信号用于控制正交本振发生器的初始相位变化、定积分器的积分时段和模数转换器的采样时刻，其时序关系：当第一时钟输出(1)为高电平时，对应的本振初始相位为0度，当第一时钟输出(1)为低电平时，对应的本振初始相位为90度；第二时钟输出(2)为定积分器的复位信号，每次在第一时钟输出(1)刚发生变化后，立即对定积分器进行复位，以保证积分只对应同一种本振初始相位；每次在本振初始相位发生变化之前由第三时钟输出(3)产生采样脉冲触发模数转换器采样。
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