CN102710268A

CN102710268A - 低中频接收机

Info

Publication number: CN102710268A
Application number: CN2012101751422A
Authority: CN
Inventors: 冯珅
Original assignee: Acrospeed Inc
Current assignee: LAN to electronic technology (Chengdu) Co., Ltd.; Shanghai Lanshi Semiconductor Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: CN102710268B

Abstract

本发明提供一种低中频接收机。所述低中频接收机至少包括：用于将接收的射频信号转换为基带正交模拟信号的下变频单元；用于将所述下变频单元输出的基带正交模拟信号上变频为低中频信号的模拟正交调制单元；用于滤除所述模拟正交调制单元输出的中频信号中的干扰信号的低中频滤波单元；以及用于对所述低中频滤波单元输出的信号进行检测以输出相关信息至所述模拟正交调制单元及下变频单元，以便实现增益、失调及正交平衡的自动控制的检测单元。由于采用模拟正交调制单元来取代现有的模数转换器、DSP及模数转换器，可有效地降低数字干扰信号及噪声，提高系统性能，同时又能减小了电路占用的芯片面积和功耗，进而有效降低成本。

Description

低中频接收机

技术领域

本发明涉及射频接收领域，特别是涉及一种低中频接收机。

背景技术

现有全集成的低中频接收机主要包括以下两种：

第一种是模拟低中频接收机。该类低中频接收机将接收的射频信号经过一次或两次的下变频后，转换成低中频模拟信号，较为典型的如图1a所示Hartley接收机架构及如图1b所示的Weaver接收机架构。由于该类模拟低中频接收机的镜像信号和邻近信道干扰信号都必须由射频和中频复数滤波器来抑制，对于宽带和大动态范围接收系统，例如，有线和地面数字电视广播接收系统，这类复数滤波器既占用芯片面积又需要复杂的校准技术来控制其精度，同时还很难满足系统所要求的镜像抑制比。

第二种是数字低中频接收机。如图2所示，该数字低中频接收机将射频信号经过一次下变频后，转换成基带正交模拟信号，随后再经低通滤波器滤波后，由模拟-数字转换器（ADC）将此基带信号转换成数字信号，再经由数字信号处理器（DSP）处理之后，数字调制器将其上变频到低中频数字信号，再由数字-模拟转换器（DAC）转换成低中频模拟信号输出。该类数字低中频接收机由于DSP的引入，容易在数字域中实现高质量的增益，失调和正交平衡等自动控制，而且，高性能的数字滤波能有效抑制邻近及镜像信道干扰信号。所以，该类数字低中频接收机芯片架构已在有线和地面数字电视广播得到了应用。然而，该类数字低中频接收机所采用的大动态范围的模拟-数字转换器和数字-模拟转换器既占用芯片面积又耗费大量的电流，同时与DSP一道在芯片内会引入大量的数字干扰信号及噪声，干扰射频及模拟电路，降低了接收机系统性能，并增加片外去耦电路及PCB设计难度及成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种占用芯片面积小、功耗低的低中频接收机。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低中频接收机，其至少包括：

下变频单元，用于将接收的射频信号转换为基带正交模拟信号；

模拟正交调制单元，与所述下变频单元相连接，用于将所述下变频单元输出的基带正交模拟信号上变频为低中频信号；

低中频滤波单元，与所述模拟正交调制单元相连接，用于滤除所述模拟正交调制单元输出的中频信号中的干扰信号；以及

检测单元，与所述低中频滤波单元相连接，用于对所述低中频滤波单元输出的信号进行检测以输出相关信息至所述模拟正交调制单元及下变频单元，以便实现增益、失调及正交平衡的自动控制。

优选地，所检测单元还包括：

连接所述低中频滤波单元的模数转换单元，用于将所述中频滤波单元滤波后的中频信号进行模数转换；以及

连接所述模数转换单元与模拟正交调制单元及下变频单元的数字检测单元，用于对所述模数转换单元输出的信号进行检测以输出相关信息至所述模拟正交调制单元及下变频单元，以便实现增益、失调及正交平衡的自动控制。

优选地，所述低中频接收机还包括：与所述下变频单元、模拟正交调制单元、模数转换单元及数字检测单元相连接的本振与时钟提供单元，用于提供向各单元提供所需的本振信号或时钟信号。

优选地，所述下变频单元、模拟调制单元、低中频滤波单元、模数转换单元、数字检测单元以及本振与时钟提供单元集成于一芯片。

如上所述，本发明的低中频接收机，具有以下有益效果：占用芯片面积小，功耗低，成本低，能有效降低数字干扰信号及燥声，系统性能高。

附图说明

图1a显示为现有Hartley接收机架构示意图。

图1b显示为现有Weaver接收机架构示意图。

图2显示为现有数字低中频转换接收机示意图。

图3显示为本发明的低中频接收机示意图。

图4显示为本发明的低中频接收机的一种优选结构示意图。

图5显示为图4所示的低中频接收机的各信号的频带示意图。

元件标号说明

1 低中频接收机

11 下变频单元

12 模拟正交调制单元

13 低中频滤波单元

14 检测单元

15 本振与时钟提供单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图3至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图所示，本发明提供一种低中频接收机。所述低中频接收机1至少包括：下变频单元11、模拟正交调制单元12、低中频滤波单元13及检测单元14。

所述下变频单元11用于将接收的射频信号转换为基带正交模拟信号。例如，所述下变频单元11将接收的电视广播信号转换为基带正交模拟信号。

优选地，所述下变频单元11的结构如图4所示，该下变频单元11包括低噪声放大器（LNA）、射频带通滤波器（RF BPF）、正交下变频器（HR IQ Mixer）、基带低通滤波器（LPF）及增益可编程放大器（PGA）。其中，由射频接入引脚接入的射频信号经低噪声放大器（LNA）放大后，信号A如图5中所示；接着，该信号由射频带通滤波器（RF-BPF）滤除部分远处的干扰信道的能量，由此来提高链路的宽带线性度、CSO和CTB性能；随后，由具有谐波抑制功能（Harmonic Rejection）的HR IQ Mixer将RF-BPF输出的射频信号转换成基带正交模拟信号，该基带正交模拟信号B如图5所示；接着，基带低通滤波器（LPF）对该基带正交模拟信号进行滤波，以有效地抑制邻近干扰信道（ACI，N±1信道，N表示有用射频信道）能量以及抑制镜像信道（即N±3信道）能量。优选地，LPF采用具有陡窄的通带-止带过度区的滤波器，更为优选地，LPF采用陷波（Notch）滤波器，其能在过渡区引人窄带Notch，以便能有效地抑制邻近及镜象信道干扰，进而改善ACI及带外抑制。其中，RF-BPF的频率响应及LPF的频率响应如图5中的虚线所示。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解上述所示的下变频单元包含的各器件的结构，在此不再予以详述；此外，上述所示下变频单元的结构仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何能将射频信号转换为基带正交模拟信号的电路均包含在本发明的范围内。

优选地，所述下变频单元11还包括电流域数模转换器（未予图示）。其中，该电流域数模转换器可采用8或9Bit分辨率的转换器，其中，转换器的MSB位可以作为符号位，该电流域数模转换器可进行直流（DC）失调及正交幅度非平衡校准。

本领域技术人员应该理解电流域数模转换器的结构，故在此不再予以详述。

所述模拟正交调制单元12与所述下变频单元11相连接，用于将所述下变频单元11输出的基带正交模拟信号上变频为低中频信号。

优选地，所述模拟正交调制单元12包括模拟正交调制器（Analog IQ Modulator），如图4所示，所述模拟正交调制器将增益可编程放大器输出的基带正交模拟信号予以调制后，输出的信号C如图5所示。

优选地，低中频频率IF可以按以下公式选取：

IF=1.5*CBW，其中，CBW为射频信道带宽。

例如，有线和地面数字电视广播常用的射频信道带宽为CBW=6、7、及8MHz，相应地，低中频频率IF=9、10.5、12MHz。

本领域技术人员应该理解模拟正交调制单元12的结构，故在此不再予以详述。

优选地，所述模拟正交调制单元12还包括电流域数模转换器（未予图示）。其中，该电流域数模转换器也可采用8或9Bit分辨率的转换器，其中，转换器的MSB位可以作为符号位，该电流域数模转换器可进行直流（DC）失调及正交幅度非平衡校准。

所述低中频滤波单元13与所述模拟正交调制单元12相连接，用于滤除所述模拟正交调制单元12输出的中频信号中的干扰信号。

例如，如图4所示，所述低中频滤波单元13包括低中频带通滤波器（IF-BPF）及低中频放大器（IF-BUF）。其中，低中频带通滤波器的频带如图5中的虚线所示，该低中频带通滤波器（IF-BPF）具有带通频率响应，也可以在其过渡带引入窄带Notch以增加ACI的抑制。所述低中频放大器（IF-BUF）将所述IF-BPF输出的低中频信号放大后，由低中频输出引脚将信号D输出至外部解调器芯片或者解调器与解码器合二为一的SoC 芯片，进行模数转换及数字滤波，以进一步滤除剩余的ACI干扰信号。

所述检测单元14与所述低中频滤波单元13相连接，用于对所述低中频滤波单元13输出的信号进行检测以输出相关信息至所述模拟正交调制单元12及下变频单元11，以便实现增益、失调及正交平衡的自动控制。

优选地，所述检测单元14还包括模数转换单元（ADC）及数字检测单元，如图4所示。

所述模数转换单元连接所述低中频滤波单元13，用于将所述中频滤波单元13滤波后的中频信号进行模数转换。

如图4所示，所述模数转换单元连接低中频带通滤波器（IF-BPF）的输出端，用于将IF-BPF输出的信号进行模数转换。对于电视广播信号，IF-BPF输出的信号的带宽为IF+05*CBW。例如，IF=12MHz,CBW=8MHz，则所述模数转换单元将带宽为16MHz的低中频信号进行模数转换，优选地，所述模数转换单元可采用大于32MHz的采样频率对该带宽为16MHz的低中频信号进行模数转换。

优选地，所述模数转换单元可采用9或10Bit分辨率的转换器；更为优选地，所述模数转换单元可采用带宽型（Band-Pass）结构。

所述数字检测单元连接所述模数转换单元与模拟正交调制单元12及下变频单元11，用于对所述模数转换单元输出的信号进行检测以输出相关信息至所述模拟正交调制单元12及下变频单元11，以便实现增益、失调及正交平衡的自动控制。

例如，如图4所示，IF-BPF输出的低中频信号经过ADC转换为数字中频信号后送入所述数字检测单元，经过检测后获得的低中频信号幅度等信息送入PAG及LNA，以实现增益的闭环自动控制；检测后获得的中频本振泄漏幅度及镜象信道的单频信号幅度被反馈到正交下变频器（HR IQ Mixer）或者模拟正交调制器中的电流域数模转换器，通过改变I或Q路的幅度以将泄漏的中频本振及镜象信道的单频信号消除。

需要说明的是，本领域技术人员基于上述所述，应该理解数字检测单元的结构，故在此不再予以详述。

此外，正交相位非平衡可以通过改变中频本振信号的相位（IFLO_0,IF_90,IF_180,IF_270），来实现校准。而镜象信道的干扰可被基带低通滤波器消除（≥60dB），故模拟正交调制单元只须较低的镜象抑制比即可有效地抑制镜象信道内的燥声。

作为一种优选方式，所述低中频接收机1还包括本振与时钟提供单元15，如图4所示。

所述本振与时钟提供单元15与所述下变频单元11、模拟正交调制单元12、低中频滤波单元13模数转换单元及数字检测单元相连接，用于提供向各单元提供所需的本振信号或时钟信号。

需要说明的是，为简化图示，图4中所述本振与时钟提供单元15与低中频滤波单元13的连接未示出。

优选地，所述本振与时钟提供单元15包括频率综合器、分频器、晶振及混频器。其中，所述频率综合器包括压控振荡器（VCO）及锁相环（PLL）。

例如，如图4所示，射频本振（RFLO）由频率综合器（PLL/VCO）和分频器电路（LO-DIV）产生；低中频本振（即载波信号）可由晶体振荡器（XO）及单边带混频器（IF-LO）产生；模数转换单元及数字检测单元的时钟信号由频率综合器和分频器电路（CLK-DIV）产生；射频带通滤波器（RF-BPF）的校准频率由频率综合器，分频器电路（LO-DIV）及单边带混频器（RF-TT）产生；基带低通滤波器（LPF）的校准频率由晶体振荡器及单边带混频器（BB-TT）产生；低中频带通滤波器（IF-BPF）的校准频率由晶体振荡器,分频器（未予图示）及单边带混频器（未予图示）产生。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述本振与时钟提供单元的结构仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何能向下变频单元、模拟正交调制单元、模数转换单元及数字检测单元提供所需的频率信号或时钟信号的电路，例如，由频率综合器和分频器电路来提供中频本振；又例如，直接由晶体振荡器（XO）来提供模数转换单元及数字检测单元的时钟信号等，均应包含在本发明的范围内；此外，下变频单元、模拟正交调制单元、模数转换单元及数字检测单元各自可包含各自的信号提供单元，来提供各自所需的频率信号或时钟信号等。

作为再一种优选方式，所述下变频单元11、模拟调制单元12、低中频滤波单元13、模数转换单元、数字检测单元及本振与时钟提供单元15集成于一芯片。

例如，如图4所示，所述下变频单元11、模拟调制单元12、低中频滤波单元13、模数转换单元、数字检测单元及本振与时钟提供单元15集成于芯片A中。

综上所述，本发明的低中频接收机采用模拟正交调制单元来取代现有的模数转换器、DSP及模数转换器，可有效地降低数字干扰信号及噪声，提高系统性能，同时又能减小了电路占用的芯片面积和功耗，并能使得片外去耦电路及PCB设计简单，进而有效降低成本；再有，在模拟正交调制器及低中频带通滤波器之后引入一个校准用的模数转换器，并在数字域中实现高质量的信号幅度，失调和正交平衡检测，并将检测到的信息反馈到正交下变频器及模拟正交调制器的电流域数模转换器，由此可有效实现增益，失调和正交平衡等的自动控制、以及各滤波器的频率校准；还有，采用单一频率综合器及时钟产生电路，使得各本振：包括射频本振（RFLO）和中频本振、模拟数转换器及数字检测单元用的时钟频率以及校准用频率：包括射频带通滤波器的校准频率，基带低通滤波器的校准频率以及中频带通滤波器的校准频率，均能采用该频率综合器（PLL/VCO）及晶体振荡器（XO）组合产生，由此减小了电路占用芯片的面积和功耗，同时又避免了采用多个频率综合器而导致的各频率综合器相互间的干扰以及寄生频率，进而也能有效改善系统性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种低中频接收机，其特征在于，所述低中频接收机至少包括：

低中频滤波单元，与所述模拟正交调制单元相连接，用于滤除所述模拟正交调制单元输出的中频信号中的干扰信号；

2.根据权利要求1所述的低中频接收机，其特征在于：所述检测单元包括：

连接所述低中频滤波单元的模数转换单元，用于将所述中频滤波单元滤波后的中频信号进行模数转换；

3.根据权利要求2所述的低中频接收机，其特征在于还包括：与所述下变频单元、模拟正交调制单元、低中频滤波单元、模数转换单元及数字检测单元相连接的本振与时钟提供单元，用于向各单元提供所需的本振信号或时钟信号。

4.根据权利要求3所述的低中频接收机，其特征在于：所述下变频单元、模拟调制单元、低中频滤波单元、模数转换单元、数字检测单元、以及本振与时钟提供单元集成于一芯片。

5.根据权利要求3所述的低中频接收机，其特征在于：所述本振与时钟提供单元包括频率综合器、分频器、晶振及混频器。

6.根据权利要求5所述的低中频接收机，其特征在于还包括：所述混频器包括单边带混频器。

7.根据权利要求1所述的低中频接收机，其特征在于：所述模拟正交调制单元包括电流域数模转换器。

8.根据权利要求1所述的低中频接收机，其特征在于：所述下变频单元包括低噪声放大器、射频带通滤波器、正交下变频器、基带低通滤波器及增益可编程放大器。

9.根据权利要求8所述的低中频接收机，其特征在于：所述正交下变频器包括电流域数模转换器。