CN102801668B - 一种无线射频发射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线射频发射机，包括：调制器，混频器、锁相环和调谐校准电路；调制器，用于接收待发射数字信号及同步时钟信号，并对所述待发射信号进行调制，输出数字信号；混频器，用于根据所述锁相环提供的本振信号，利用电流舵式数模转换器，对所述数字信号进行转换，输出差分电流信号；对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号，并将所述射频信号输入到所述调谐校准电路；调谐校准电路，用于对所述混频器产生的射频信号进行调谐处理并发射。本实施例的无线射频发射机，在混频器中采用了电流舵式转换器实现跨导，能够实现电流的共享，降低功耗，在实现跨导的同时，实现高线性，提高了无线射频发射机的性能。

Description

一种无线射频发射机

技术领域

本发明涉及电子技术，特别是涉及一种无线射频发射机。

背景技术

无线射频发射机在通信领域中的应用十分广泛，现有技术中的无线射频发射机，其前端电路由正交的直接数字频率合成器(DigitalDirectFrequencySynthesis，以下简称DDS)、正交混频器(QuadratureMixer)、锁相环、输出调谐校准电路组成。

无线射频发射机在工作过程中，由数字基带产生的待发射数字信号TXD及其同步时钟TCK信号被送入DDS的MSK调制器中，MSK调制器根据输入的TXD信号输出数字信号，该数字信号为MSK基带波形的幅值信息，经过数模转换器的处理后，产生出正交的MSK基带的模拟信号，正交混频器将正交的基带模拟信号与锁相环产生的本振信号进行变频处理，产生出MSK调制的射频信号。在此过程中，由数模转换器将数字基带信号转换为模拟信号，再由低通滤波器滤除数模转换所产生的噪声和镜像杂散。

现有技术的无线射频发射机通常采用Gilbert混频器，其主要由跨导和开关切换核构成，其中跨导将输入的基带模拟信号转换为电流信号，开关切换核在本振信号的控制下对电流方向进行调制，实现混频功能。

上述类型的无线射频发射机，整个基带信号通路由数模转换器，低通滤波器，混频器的跨导这三个部分构成，完成从数字输入到电流输出的转换。而跨导通常采用MOS管实现，它难以同时兼顾线性和增益的双重要求。线性好则增益小，将导致功耗上升；增益大则线性差，导致无线射频发射机性能下降；而基带的相关部件的供电，需要从电源到地的供电电流，导致无线射频发射机会消耗较大的电流，这对于无线射频发射机的低功耗性能要求不利。

因此，现有技术中的无线射频发射机，存在线性和增益冲突，且功耗较大的缺陷，无线射频发射机的性能较差。

发明内容

本发明提供了一种无线射频发射机，该无线射频发射机能够缓解线性和增益的冲突，提高性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种无线射频发射机，包括：调制器，混频器、锁相环和调谐校准电路；

所述调制器，用于接收待发射数字信号及同步时钟信号，并对所述待发射信号进行调制，输出数字信号；

所述锁相环，用于产生本振信号以提供给所述混频器；

所述混频器，用于根据所述锁相环提供的本振信号，利用电流舵式数模转换器，对所述数字信号进行转换，输出差分电流信号；对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号，并将所述射频信号输入到所述调谐校准电路；

所述调谐校准电路，用于对所述混频器产生的射频信号进行调谐处理并发射。

在上述的无线射频发射机中，所述混频器，包括：

数字跨导器，用于接收所述数字信号，利用电流舵式数模转换器，对所述数字信号进行转换，输出差分电流信号；

开关切换核模块，用于对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号。

在上述的无线射频发射机中，所述数字跨导器还包括：

数字插值器，与所述电流舵式数模转换器连接，用于提高所述电流舵式数模转换器的采样率。

在上述的无线射频发射机中，所述电流舵式数模转换器、所述开关切换核模块、所述调谐校准电路处于同一电路中。

在上述的无线射频发射机中，所述调谐校准电路包括有源直流负载和谐振腔负载；

所述有源直流负载用于实现直流通路；

所述谐振腔负载包括片外电感线圈、片上电容阵列和自调谐模块，用于实现射频信号的谐振耦合发射。

在上述的无线射频发射机中，所述自调谐模块电路包括：幅度检测电路、压控振荡器和数字控制器模块，

其中，所述幅度检测电路，用于检测当前谐振腔的射频信号的幅度的信息；

所述压控振荡器，用于将所述幅度的信息转换为参考频率的信息；

所述数字控制器，用于根据所述参考频率的信息，确定最大谐振点，根据所述最大谐振点发射所述射频信号。

在上述的无线射频发射机中，所述数字跨导器的采样率大于所述待发射信号的带宽。

由上述可见，本发明本实施例中的这种无线射频发射机，对混频器进行了特殊的设计，在混频器中采用了电流舵式转换器实现跨导，能够实现电流的共享，降低功耗，在实现跨导的同时，实现高线性，提高了无线射频发射机的性能。且使得无线射频发射机的混频器电路结构简单，容易实现，有利于无线射频发射机的电路设计和实现。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无线射频发射机的结构示意图；

图2所示为本发明实施例提供的为本实施例无线射频发射机中的混频器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的混频器和调谐校准电路的连接示意图；

图4是本发明实施例提供的所示为自调谐模块电路的示意图；

图5是本发明实施例提供的正交调制的无线射频发射机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本实施例提供的无线射频发射机的结构示意图参见图1所示，包括：调制器，混频器、锁相环和调谐校准电路。

调制器，用于接收待发射数字信号及同步时钟信号，并对所述待发射信号进行调制，输出数字信号；

其中，无线射频发射机中的待发射数字信号是由数字基带产生的，调制器根据其同步时钟信号，对待发射数字信号进行调制，生成数字信号。

所述锁相环，用于产生本振信号以提供给所述混频器；

本实施例中的无线射频发射机采用锁相环作为本地振荡器，产生的差分本振信号提供给混频器作为工作频率，同时该本振信号也是作为调制器的工作频率。

所述混频器，用于根据所述锁相环提供的本振信号，利用电流舵式数模转换器，对所述数字信号进行转换，输出差分电流信号；对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号，并将所述射频信号输入到调谐校准电路；

所述调谐校准电路，用于对所述混频器产生的射频信号进行调谐处理并发射。

为解决现有技术中无线射频发射机存在线性增益冲突，且功耗较大的缺陷。本实施例中的无线射频发射机对混频器进行了如下的设计：

该混频器包括：数字跨导器，用于接收所述数字信号，利用电流舵式数模转换器，对该数字信号进行转换，输出差分电流信号；

如图2所示为本实施例无线射频发射机中的混频器的结构示意图，混频器中的数字跨导器，采用了电流舵式数模转换器。该电流舵式数模转换器的实现方式可以有多种，例如可以是权值型、编码型和分段型的数模转换器。权值型数模转换器可以由一系列加权的电流镜构成，其特点是结构简单，无需额外的译码电路。编码型数模转换器具有较低的失真和较好的单调性，但译码电路相对复杂；分段型数模转换器分为多个子数模转换器；子数模转换器可以采用权值型数模转换器或者编码型数模转换器，分段型数模转换器可同时具有权值型和编码型数模转换器的优点，但电路相对复杂。可选的，为简化电路，本实施例中的该电流舵式数模转换器可以采用权值型数模转换器。该电流舵式数模转换器对该数字信号进行转换，输出成比例的差分电流，实现了数字跨导功能。

开关切换核模块，用于对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号。

电流舵式数模转换器，其产生的电流信号不易直接滤波，因此，需要关注其镜像频率的影响。为降低电流舵式数模转换器的镜像频率的影响，通常需要电流舵式数模转换器的采样率大于待发射信号的带宽。若不满足该条件，可以采用以下方法：在数字跨导器中，在电流舵式数模转换器前增加一数字插值器，以此增加电流舵式数模转换器的采样率，以降低其镜像频率的影响。

数字插值器，可以将输入数字码率提高M倍，即将电流舵式数模转换器的采样率提高了M倍。其中，M越高，越有利于抑制镜像频率的干扰，但功耗也会增加，因此可以根据无线射频发射机的具体需要设定M的取值。

提高电流舵式数模转换器的采样率，有利于将镜像频率推到离待输入信号的频率更远的位置上。数字跨导器是电流型电路，可以承受很高的转换速率。增加的数字插值器是数字电路，功耗比较低，工艺线宽也较小，对数字跨导器的影响不大。

通过上述结构介绍，该数字跨导器具有如下特点：1、基带部分只有电流舵式数模转换器一个模拟模块，且其电流与开关切换核模块22能够共享，功耗低；2、与采用模拟跨导的方式相比较，电流舵式数模转换器在实现跨导的同时，不存在线性和增益的冲突，因此容易实现高线性，提高接收机的性能；3、电流舵式数模转换器的电路结构简单，容易实现，有利于无线射频发射机的电路设计和实现。

此外，该电流舵式数模转换器没有从电源到地的直接通路，它所输出的电流能够直接驱动开关切换核模块和负载。

图3所示为混频器和调谐校准电路的连接示意图，该混频器2的开关切换核模块：由MOS管构成，在本振信号(LO+,LO-)的控制下对电流方向进行调制，实现混频。

调谐校准电路包括：有源直流负载(DC负载)：由MOS管Mb和电阻Rb构成，实现直流通路，即提供一个从电源到地的直流通路。以及谐振腔负载(AC负载)：由片外电感线圈La、片上可编程电容阵列Cv和相应的自调谐模块构成，实现射频信号的谐振耦合发射。

具体的，参见图4所示为自调谐模块电路的示意图，该自调谐模块电路包括：幅度检测电路、压控振荡器VCO和数字控制器模块，

其中，所述幅度检测器，用于检测当前谐振腔的射频信号的幅度的信息；

所述压控振荡器，用于将所述幅度的信息转换为参考频率的信息；

所述数字控制器，用于根据所述参考频率的信息，确定最大谐振点，根据所述最大谐振点发射所述射频信号。

调谐校准电路采用了幅度转换为频率的方法感知射频信号的电压幅度，通过预设的数字算法找寻最大谐振点，以此确保发射的射频信号的功率最大。

以下结合调谐校准电路的具体电路进行说明，参见图4所示为自调谐模块电路的电路图。幅度检测器检测当前谐振腔的射频信号(RF+,RF-)的幅度的信息，压控振荡器将该幅度信息转换为频率信息fvco，数字控制器在参考频率fref的支持下，测量fvco，而且，在内置的调谐算法的支持下，遍历测量无线射频发射机中各个电容阵列控制字下的fvco值，并找出使得fvco最大的那个电容阵列控制字，则该电容阵列控制字就对应于最大谐振点，使用该电容阵列控制字配置电容阵列。就能使发射的射频信号达到最大谐振点，即使得调谐校准电路发射的射频信号的功率最大。

由此可知，采用上述结构的混频器和调谐校准电路，其具有如下特点：1、采用了数字跨导的变频方式，电流舵式数模转换器、开关切换核模块、以及调谐校准电流处于同一电路中，实现电流共享，功耗低；2、调谐校准电路通过片外线圈电感、片上电容阵列和自调谐模块实现射频信号的发射，谐振腔谐振时能实现最大功率发送，因此调谐简单；3、采用片上自调谐电路来自动配置电容阵列，确保不同频段下均能保持高效率输出。

在本实施例中，采用正交调制方式发射射频信号，图5给出了与图1对应的完整的正交调制的无线射频发射机的结构，其工作原理可参见上述的描述，此处不再赘述。

通过上述介绍可知，本实施例的无线射频发射机，对混频器进行了特殊的设计，在混频器中采用了电流舵式转换器实现跨导，能够实现电流的共享，降低功耗，在实现跨导的同时，实现高线性，提高了无线射频发射机的性能。且使得无线射频发射机的混频器电路结构简单，容易实现，有利于无线射频发射机的电路设计和实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种无线射频发射机，其特征在于，包括：调制器，混频器、锁相环和调谐校准电路；

所述调制器，用于接收待发射数字信号及同步时钟信号，并对所述待发射信号进行调制，输出数字信号；

所述锁相环，用于产生本振信号以提供给所述混频器；

所述混频器包括数字跨导器和开关切换核模块；

其中，所述数字跨导器，用于接收所述数字信号，根据所述锁相环提供的本振信号，利用电流舵式数模转换器，对所述数字信号进行转换，输出差分电流信号；所述开关切换核模块，用于对所述电流信号进行混频处理，产生射频信号，并将所述射频信号输入到所述调谐校准电路；

所述调谐校准电路，用于对所述混频器产生的射频信号进行调谐处理并发射；

所述调谐校准电路包括有源直流负载和谐振腔负载；其中，所述有源直流负载，用于实现直流通路；所述谐振腔负载包括片外电感线圈、片上电容阵列和自调谐模块，用于实现射频信号的谐振耦合发射；其中,所述自调谐模块电路包括：幅度检测电路、压控振荡器和数字控制器模块；所述幅度检测电路，用于检测当前谐振腔的射频信号的幅度的信息；所述压控振荡器，用于将所述幅度的信息转换为参考频率的信息；所述数字控制器，用于根据所述参考频率的信息，确定最大谐振点，根据所述最大谐振点发射所述射频信号；

所述电流舵式数模转换器、所述开关切换核模块和所述调谐校准电路处于同一电路支路中，以实现电源到地的共享。

2.根据权利要求1所述的无线射频发射机，其特征在于，所述数字跨导器还包括：

数字插值器，与所述电流舵式数模转换器连接，用于提高所述电流舵式数模转换器的采样率。

3.根据权利要求2所述的无线射频发射机，其特征在于，所述数字跨导器的采样率大于所述待发射信号的带宽。