CN102045077B - 一体化封装中频接收机组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中频接收机组件，其包括由低噪声放大电路、数控步进衰减电路、本振驱动放大电路、下变频电路以及中频信号前置放大电路一体化封装成频谱搬移模块，由中频信号中间级放大电路、增益调整网络电路、中频信号末级放大电路、中频信号耦合输出电路以及增益变化自检电路一体化封装成中频放大及增益自检模块，所述的频谱搬移模块通过外置的频率选择器与中频放大及增益自检模块相连接，本发明通过增加数控步进衰减电路以及增益变化自检电路，不仅可以完成信号由高频转中频并多级放大，而且可以根据自检电路的检测结果，对组件的增益进行调整，同时可根据使用的不同频率需要，调整外置频率器件，通用性较强。

Description

一体化封装中频接收机组件

技术领域

本发明涉及微波混合集成电路领域，尤其涉及一种微型中频接收机。

背景技术

微波中频接收机的用途覆盖了无线电通信，电视广播，雷达定位，遥测遥控，卫星通信以及现在已经完全进入普通家庭的蜂窝移动通信设备等各个领域。随着现代调制体制的快速发展，且无线频谱的利用率日益加剧，对接收机的线性度，动态范围，灵敏度，抗干扰能力，适应性等方面的性能和指标提出了越来越苛刻的要求。

现有的超外差式接收机，常采用PCB与外壳装连的设计方案，主要由分立模块组成，体积大，功能单一，外围电路复杂，不方便调试，通用性不强，使用不方便，可靠性低。无法满足现代通信等电子系统的小型化、多功能化的发展需求。

随着智能天线和与之密切相关的数字波束形成技术在雷达和通信中的日益广泛的应用，随着这些电子系统朝高集成度和超小型化方向发展，对接收组件的尺寸和重量提出了苛刻的要求，把多个裸芯片、片式元件高密度贴装互连在多层布线的一体化封装的MCM基板上，不仅能最大限度地提高集成度，实现整机的小型化和高性能，同时还可以实现表贴型、多引脚化，缩小封装产品体积，改善电性能及散热性，方便系统组装。

发明内容

本发明目的是提供一种一体化封装的小型化、噪声低、功耗小、通用性强、频带宽的中频接收机组件。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种一体化封装中频接收机组件，其包括：

用于接收高频RF信号并将信号放大的低噪放大电路；

与低噪放大电路输出端相连接用于根据输入的控制信号调整衰减量的数控步进衰减电路；

用于接收本振频率并将其放大的本振驱动放大电路；

与所述的数控步进衰减电路输出端以及本振驱动放大电路输出端相电连接用于将接收的高频RF信号与本振信号混频成中频信号输出的下变频电路；

与所述的下变频电路输出端相连接的中频信号前置放大电路；

与所述的中频信号前置放大电路输出端相连接用于选择设定频率信号的频率选择器；

与所述的频率选择器输出端相电连接的中频信号中间级放大电路；

与所述的频率选择器输出端相电连接用于调整接收机增益一致性的增益调整网络电路；

与所述的增益调整网络电路输出端相电连接的中频信号末级放大电路；

与中频信号末级放大电路输出端相电连接用于按照信号功率耦合比例将中频信号输出的中频信号耦合输出电路；

增益变化自检电路，其与中频信号耦合输出电路输出端相电连接，所述的增益变化自检电路对输出信号进行增益变化的自检，并根据增益检测结果输出增益控制指令；

所述的低噪声放大电路、数控步进衰减电路、本振驱动放大电路、下变频电路以及中频信号前置放大电路一体化封装成频谱搬移模块，所述的中频信号中间级放大电路、增益调整网络电路、中频信号末级放大电路、中频信号耦合输出电路以及增益变化自检电路一体化封装成中频放大及增益自检模块，所述的频谱搬移模块通过外置的频率选择器与中频放大及增益自检模块相连接。

优化地，所述的数控步进衰减电路的控制信号由增益变化自检电路输出的控制指令转换后而得。

进一步地，所述的数控步进衰减电路的控制信号为TTL电平信号。

所述的数控步进衰减电路的控制信号通过一电阻与步进衰减裸芯片相连接，且所述的控制信号与电阻之间对地分别连接有极性相反的二极管，用于提高控制信号输入端口的抗静电能力及未加控制信号时数控步进衰减电路处于直通工作状态，提高组件静电敏感器件的抗静电能力，

所述的增益调整网络电路由连接在其输入端口与输出端口的第一电阻、连接在输入端口与地之间的第二电阻、连接在输出端口与地之间的第三电阻组成，且所述的第一电阻、第二电阻、第三电阻阻值可调节。

所述的增益变化自检电路主要由一开关根据控制信号指令，切换、控制开关的两路输出。

所述的频谱搬移模块与中频放大及自检模块基于MCM封装。

该组件采用扁平状I/O引出端子。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：本发明接收机组件通过增加数控步进衰减电路以及增益变化自检电路，不仅可以完成信号由高频转中频并多级放大，而且可以根据自检电路的检测结果，对组件的增益进行调整(调整范围：≥30dB)，从而使得该中频接收机性能更优越，同时，该组件进行MCM一体化封装，表贴扁平I/O引出端子，组件集成度较高，体积较小，使用方便，可靠性高；频率选择器外置，可根据使用的不同频率需要，仅调整外置频率器件，从而使得该组件通用性强。

附图说明

附图1为本发明一体化封装中频接收机原理框图；

附图2为本发明一体化封装接收机组件的低噪声放大电路的电路图；

附图3是本发明一体化封装接收机组件的数控步进衰减电路的电路图；

附图4是本发明一体化封装接收机组件的下变频电路的电路图；

附图5是本发明一体化封装接收机组件的本振驱动放大电路的电路图；

附图6是本发明一体化封装接收机组件的中频前置放大电路的电路图；

附图7是本发明一体化封装接收机组件的中频信号中间级放大电路的电路图；

附图8是本发明一体化封装接收机组件的增益一致性调整网络的电路图；

附图9是本发明一体化封装接收机组件的中频信号末级放大电路的电路图；

附图10是本发明一体化封装接收机组件的中频信号耦合输出电路的电路图；

附图11是本发明一体化封装接收机组件的增益变化自检BIT控制电路的电路图；

附图12为本发明一体化封装接收机组件频谱搬移模块的封装结构图；

附图13为本发明一体化封装接收机组件中频放大及增益自检模块的封装结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明优选的具体实施例进行说明：

如图1所示的中频接收机组件，其主要由一体化封装的频谱搬移模块10、一体化封装的中频放大及增益自检模块20以及连接两模块的外置频率选择器30组成。下面将对频谱搬移模块10、中频放大及增益自检模块20的进一步构成进行说明：

频谱搬移模块10包括低噪声放大电路11、数控步进衰减电路12、本振驱动放大电路13、下变频电路14、中频信号前置放大电路15；中频放大及增益自检模块包括输出端依次连接的中频信号中间级放大电路21、增益调整网络电路22、中频信号未级级放大电路23、中频信号耦合输出电路24、增益自检电路25。频谱搬移模块10的输入端是组件射频RF信号的输入口，RF信号输入至低噪声放大电路11的FIN1端，经低噪声放大电路11放大后，由低噪声放大电路11的out1端输出到数控步进衰减电路12的FIN2端，接收机外部的控制设备根据射频信号功率的监测的结果，由TTL信号控制数控步进衰减电路12的衰减量大小，衰减后的射频信号经数控步进衰减电路12的out2至下变频电路14的FIN4端，同时，本振频率信号LO输入到本振驱动放大电路13的FIN3端，经由本振驱动放大电路13放大，由其输出端out3输出至下变频电路14的FIN5端，下变频电路14的输入端FIN4与输入端FIN5的信号在下变频电路14中完成下变频，经过下变频电路混频后形成的中频(IF)信号，送入中频信号前置放大电路15的FIN6输入端，中频信号经过中频信号前置放大电路15放大后，由其out5输出至外接频率选择器30的输入端，信号在外接频率选择器30的选频后再送入中频信号中间级放大电路21的FIN7输入端，信号由中频信号中间级放大电路21放大，由out6输出端至增益一致性调整网络电路22的FIN8输入端，放大信号经调整网络电路22进行只与只组件增益调整后，由调整网络电路22的out7端输出至中频信号未级级放大电路23的FIN9输入端，信号放大后，由中频信号未级级放大电路23的out8端输出到中频信号耦合输出电路24的FIN10输入端，信号在中频信号耦合输出电路24里按照信号功率一定的耦合比例，分别由其out9输出端输出，另一路信号由其out10输出端输出至增益变化自检BIT控制电路25的FIN11的输入端，由TTL控制信号控制，增益变化自检BIT控制电路25完成组件增益变化的自检功能，根据增益检测结果，由增益变化自检BIT控制电路25的out11输出端发出增益控制指令。

为了实现组件的通用性，组件封装成两模块来实现，见图12和图13，两模块之间通过频率选择器件(滤波器)进行整体连接，其基于MCM封装技术，采用多层共烧陶瓷，利用层间内埋布线的优势，缩小接收组件的体积和提高组件的电磁兼容性能以及抗干扰能力；通过粘接、金丝键合工艺，将GaAs MMIC裸芯片组装到一体化封装陶瓷壳体中，最后经平行缝焊对组件进行气密性封装。制成基于MCM一体化封装的微波混合集成组件，其具有低噪声放大、步进数控衰减、本振驱动放大、变频、多级中频信号放大、增益一致性调整、耦合输出、增益变化自检功能以及各种组合功能。同时，低噪声放大电路可利用电路之间的外围接口，实现节电设计；步进数控衰减电路的TTL信号的外接控制端，进行抗静电和下拉电阻设计，实现组件工作时，射频信号处于直通状态，只有控制端加上TTL高电平时，组件才进行衰减，各控制端口进行抗静电设计后，防过冲、浪涌及抗静电能力明显增强；变频电路在其一端加上一定的负电压后，改进了变频电路的性能，提高了射频和本振信号之间的隔离度和降低了变频损耗，本振驱动电路采取信号饱和设计方式，使本振输入信号在0dBm±3dBm范围内变化，组件的工作性能无影响。

上述对本发明中频接收机的工作原理进行了说明，下面将对各功能部件所具体实施的电路进行介绍：

图2为频谱搬移模块10中的低噪声放大电路11，其主要由一运算放大器实现，放大器的第0脚接地，第1脚外接+5V电源in2，第5脚外接-5V电源in1，在外接电源in2、in1与低噪声放大器之间分别对地接旁路电容C2、C1，低噪声放大器的第4脚是RF信号的输入端，第8脚是RF信号放大后的输出端。

图3所示的为谱搬移模块中的数控步进衰减电路12，该电路主要由一步进裸芯片实现，芯片的第1脚为RF衰减信号的输出端，第2脚为外接TTL控制信号in3的输入端，in3通过电阻R10与芯片的第2脚相连，第2脚与电阻R10之间对地接电阻R6，in3与电阻R10之间对地分别接一极性相反的二极管V11、V12，从而可以提高in3端口的抗静电能力；第3脚为外接TTL控制信号in4的输入端，in4通过电阻R9与数控步进衰减电路的第3脚相连，第3脚与电阻R9之间对地接电阻R5，in4与电阻R9之间对地分别接一极性相反的二极管V9、V10，提高in4端口的抗静电能力；第4脚为外接TTL控制信号in5的输入端，in5通过电阻R8与数控步进衰减电路的第4脚相连，第4脚与电阻R8之间对地接电阻R4，in5与电阻R8之间对地分别接一极性相反的二极管V7、V8，提高in5端口的抗静电能力；第5脚为外接TTL控制信号in6的输入端，in6通过电阻R7与数控步进衰减电路的第5脚相连，第5脚与电阻R7之间对地接电阻R3，in5与电阻R7之间对地分别接一极性相反的二极管V5、V6，提高in6端口的抗静电能力；第6脚通过一电阻R2接地，电阻R2接地的接地端又对地分别接一极性相反的二极管V3、V4；第7脚通过一电阻R1接地，电阻R1接地的接地端又对地分别接一极性相反的二极管V1、V2；第8脚为RF信号的输入脚FIN2，第9脚为外接-5V电源in7的输入脚，在第9脚与in7的输入端对地分别接旁路电容C3、C4。

图4所示的为下变频电路14，变频芯片的第1脚为本振信号FIN5的输入端，第2、4、6、7脚为变频电路的接地端，第3脚通过电阻R13与外接负电源端口in9相接，电阻R13与第3端口之间对地接一电阻R14来提高变频器件的性能，第5脚为变频信号中频的输出脚与out4外接端口相接，第8脚为射频信号的输入脚与外接端口FIN4通过一隔直电容C5相连。

图5所示的为本振驱动放大电路13，其主要由运放及外电路实现，运放的RFin脚为本振信号的输入脚，与外接端口FIN3通过隔直电容C7相连，RFout为本振信号驱动放大器的输出脚，RFout脚通过一隔直电容C6与外接端口out3相连，RFout脚与电容C6之间与外接端口in8外接端口接有电感L1和电阻R12，电感L1和电阻R12之间对地接一电容C8，GND脚直接与地相接。

图6所示的为中频前置放大电路15，其与本振驱动放大电路结构基本相似，运放的RFin脚为变频后的中频信号的输入脚，与外接端口FIN6通过隔直电容C9相连，RFout为中频前置放大电路的输出脚，RFout脚与外接端口out5相连，RFout脚外接端口in10外接端口接有电感L2和电阻R15，电感L2和电阻R15之间对地接一电容C10，GND脚直接与地相接。

图7为中频信号中间级放大电路21，运放的RFin为中频信号的输入脚，与外接端口FIN7通过隔直电容C10相连，RFout为中频信号中间级放大电路的输出脚，RFout脚通过一隔直电容C12与外接端口out6相连，RFout脚与电容C12之间与外接端口in11外接端口接有电感L3和电阻R16，电感L3和电阻R16之间对地接旁路电容C13、C14，GND脚直接与地相接。

图8所示的为增益一致性调整网络电路22，其外界端口FIN8与一电阻R18相连，电阻R18另一端与外接端口out7相连，R18与外接端口FIN8之间对地接一电阻R17，R18与外接端口out7之间对地接一电阻R19。

图9所示的为中频信号末级放大电路23，运放的RFin脚为中频信号的输入脚，与外接端口FIN9通过隔直电容C15相连，RFout为中频信号末级放大电路的输出脚，RFout脚通过一隔直电容C16与外接端口out8相连，RFout脚与电容C16之间与外接端口in12外接端口接有电感L4，电感L4和外接端口in12之间对地接旁路电容C17、C18，GND脚直接与地相接。

图10为中频信号耦合输出电路24，其主要由一耦合裸芯片实现，芯片1脚与外接端口FIN10相接，2脚与地相连，3脚与外接端口out10相接，4脚与一电阻R23直接与地相连，5脚与外接端口out9相接。

图11为增益变化自检控制电路25，增益变化自检BIT控制电路的1脚与外接端口FIN11相接，2脚与外接端口in13相接，2脚与外接端口in13之间对地接旁路电容C19、C20，第3脚与外接端口out11相接，第4脚与地之间通过电阻R22相接。

在参数配置上，本发明低噪声放大电路11，固定增益为26dB，噪声系数1.2dB；数控步进衰减电路12实现2dB步进衰减，最大衰减量小于32dB；本振驱动放大电路13增益16dB，在此增益状态下，经电路放大后的信号饱和输出；下变频电路14变频损耗7dB，射频与本振端口的隔离大于40dB，中频信号前置放大电路15、中频信号中间级放大电路21、中频信号未级级放大电路23实现变频后的中频信号放大作用，三级放大器的总增益达到54dB。增益一致性调整网络电路22为实现组件只与只之间的增益一致性调整结构，通过调整R17、R18、R19之间的阻值，可对组件的总增益进行适当的调整。中频信号耦合输出电路24把放大后的中频信号耦合输出，耦合度10dB。增益变化自检BIT控制电路25完成电路工作状态开始，组件处于不检测状态，通过TTL信号控制，发出组件增益自检功能，并输出检测结果和控制指令，控制信号在工作和非工作状态都对组件的接收性能无影响。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化封装中频接收机组件，其包括：

用于接收高频RF信号并将信号放大的低噪放大电路；

与低噪放大电路输出端相连接用于根据输入的控制信号调整衰减量的数控步进衰减电路；

用于接收本振频率并将其放大的本振驱动放大电路；

与所述的数控步进衰减电路输出端以及本振驱动放大电路输出端相电连接用于将接收的高频RF信号与本振信号混频成中频信号输出的下变频电路；

与所述的下变频电路输出端相连接的中频信号前置放大电路；

与所述的中频信号前置放大电路输出端相连接用于选择设定频率信号的频率选择器；

与所述的频率选择器输出端相电连接的中频信号中间级放大电路；

与所述的中频信号中间级放大电路输出端相电连接用于调整接收机增益一致性的增益调整网络电路；

与所述的增益调整网络电路输出端相电连接的中频信号末级放大电路；

与中频信号末级放大电路输出端相电连接用于按照信号功率耦合比例将中频信号输出的中频信号耦合输出电路；

增益变化自检电路，其与中频信号耦合输出电路输出端相电连接，所述的增益变化自检电路对输出信号进行增益变化的检测，并根据增益检测结果输出增益控制指令；

所述的低噪放大电路、数控步进衰减电路、本振驱动放大电路、下变频电路以及中频信号前置放大电路一体化封装成频谱搬移模块，所述的中频信号中间级放大电路、增益调整网络电路、中频信号末级放大电路、中频信号耦合输出电路以及增益变化自检电路一体化封装成中频放大及增益自检模块，所述的频谱搬移模块通过外置的频率选择器与中频放大及增益自检模块相连接。

2.根据权利要求1所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的数控步进衰减电路的控制信号由增益变化自检电路根据输出端检测增益的变化情况而输出的控制指令转换后而得。

3.根据权利要求2所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的数控步进衰减电路的控制信号为TTL电平信号。

4.根据权利要求3所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的数控步进衰减电路的控制信号通过一电阻与步进衰减裸芯片相连接，且所述的控制信号与电阻之间对地分别连接有极性相反的二极管，用于提高控制信号输入口的抗静电能力及未加控制信号时数控步进衰减电路处于直通工作状态。

5.根据权利要求1所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的增益调整网络电路由连接在其输入端口与输出端口的第一电阻、连接在输入端口与地之间的第二电阻、连接在输出端口与地之间的第三电阻组成，且所述的第一电阻、第二电阻、第三电阻阻值可调节。

6.根据权利要求1所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的增益变化自检电路主要由一开关根据控制信号指令，切换、控制开关的两路输出。

7.根据权利要求1所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的频谱搬移模块与中频放大及增益自检模块基于MCM封装。

8.根据权利要求7所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：该组件采用扁平状I/O引出端子。

9.根据权利要求1所述的一体化封装中频接收机组件，其特征在于：所述的频率选择器为滤波器。

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