CN102820899B - 集成无线电广播接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成无线电广播接收机。其中一种集成无线电广播接收机包括：模拟正交混频器；模数转换器；数字本振发生器；数字正交混频器；解调模块；分频器；反向器，连接在所述数字本振发生器与所述数字正交混频器之间或连接在所述模数转换器与所述数字正交混频器之间；控制器，与所述分频器、所述数字本振发生器和所述反相器连接；所述模拟正交混频器、所述模数转换器、所述数字本振发生器、所述数字正交混频器、所述解调模块、所述分频器、所述反相器和所述控制器集成在单个的集成电路中。本发明可以降低接收机的复杂度，便于设计高集成度、低成本、高性能的接收机。

Description

集成无线电广播接收机

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种集成无线电广播接收机。

背景技术

传统的无线电广播接收机一般采用超外差结构，磁棒天线接收到的无线电广播信号经过选频放大后，与一个本地振荡信号进行混频，然后经过带通滤波器选出中频信号，最后对中频信号放大后进行包络检波，得到音频信号。其中，。随着数字信号处理技术的发展，出现了数字无线电广播接收机，数字无线电广播接收机将无线电广播信号与两个正交的本地振荡信号进行正交混频后，把无线电广播信号转换为中频信号，然后对中频信号进行模数转换，在数字域对中频信号进行解调和进一步的处理。

对于无线电广播接收机，无论是采用上述传统的超外差结构的接收机还是采用数字结构的接收机，都需要一个频率可调的模拟本振信号与中波信号进行混频。在传统的超外差结构和数字结构的无线电广播接收机中，该频率可调的模拟本振信号由LC振荡电路产生，通过调节电容值来实现对本振信号频率的调整；或者，该频率可调的模拟本振信号也可以通过锁相环路(Phase Locked Loop，简称：PLL)或直接数字频率综合器(Direct DigitalFrequency Synthesizer简称：DDFS)产生。无论采用LC振荡电路还是采用PLL或DDFS，都会使接收机的复杂度较高，不利于设计高集成度、低成本、高性能的接收机。

发明内容

本发明提供一种集成无线电广播接收机，用以实现降低接收机的复杂度，便于设计高集成度、低成本、高性能的接收机。

本发明提供一种集成无线电广播接收机，包括：

模拟正交混频器，用于接收无线电广播信号，将所述无线电广播信号与正交模拟本地振荡信号进行混频，得到中频信号，其中，所述中频信号包括I路中频信号和Q路中频信号，混频方式包括高本振混频和低本振混频；

模数转换器，用于对所述I路中频信号和Q路中频信号进行模数转换，得到I路数字中频信号和Q路数字中频信号；

数字本振发生器，用于根据频率控制字，生成正交数字本地振荡信号，所述正交数字本地振荡信号包括第一数字本地振荡信号和第二数字本地振荡信号，所述第一数字本地振荡信号的相位超前于所述第二数字本地振荡信号的相位；

数字正交混频器，用于将所述I路数字中频信号、Q路数字中频信号与所述正交数字本地振荡信号进行混频，得到I路数字基带信号和Q路数字基带信号；

解调模块，用于对所述I路数字基带信号和Q路数字基带信号进行解调，得到音频信号；

分频器，用于根据分频比控制字，对外部提供的系统时钟信号进行分频，得到所述正交模拟本地振荡信号；

反相器，连接在所述数字本振发生器与所述数字正交混频器之间或连接在所述模数转换器与所述数字正交混频器之间，用于对所述Q路数字中频信号或所述第一数字本地振荡信号取反，将取反后的信号发送给所述数字正交混频器；

控制器，与所述分频器、所述数字本振发生器和所述反相器连接，用于根据信道选择信号，设置所述分频比控制字和所述频率控制字，根据所述模拟正交混频器采用的混频方式，控制所述反相器是否取反；

所述模拟正交混频器、所述模数转换器、所述数字本振发生器、所述数字正交混频器、所述解调模块、所述分频器、所述反相器和所述控制器集成在单个的集成电路中。

本发明还提供一种集成无线电广播接收机，包括：

模拟正交混频器，用于接收无线电广播信号，将所述无线电广播信号与正交模拟本地振荡信号进行混频，得到中频信号，其中，所述中频信号包括I路中频信号和Q路中频信号，混频方式包括高本振混频和低本振混频；

模数转换器，用于对所述I路中频信号和Q路中频信号进行模数转换，得到I路数字中频信号和Q路数字中频信号；

数字本振发生器，用于根据频率控制字，生成正交数字本地振荡信号，所述正交数字本地振荡信号包括第一数字本地振荡信号和第二数字本地振荡信号，所述第一数字本地振荡信号的相位超前于所述第二数字本地振荡信号的相位；

数字正交混频器，用于将所述I路数字中频信号、Q路数字中频信号与所述正交数字本地振荡信号进行混频，得到I路数字基带信号和Q路数字基带信号；

解调模块，用于对所述I路数字基带信号和Q路数字基带信号进行解调，得到音频信号；

分频器，用于根据分频比控制字，对外部提供的系统时钟信号进行分频，得到所述正交模拟本地振荡信号；

置换电路，连接在所述模数转换器与所述数字正交混频器之间，用于将所述I路数字中频信号作为Q路信号、将所述Q路数字中频信号作为I路信号发送给所述数字正交混频器；

控制器，与所述分频器、所述数字本振发生器和所述置换电路连接，用于根据信道选择信号，设置所述分频比控制字和所述频率控制字，根据所述模拟正交混频器采用的混频方式，控制所述置换电路是否进行置换；

所述模拟正交混频器、所述模数转换器、所述数字本振发生器、所述数字正交混频器、所述解调模块、所述分频器、所述置换电路和所述控制器集成在单个的集成电路中。

在本发明中，利用分频器生成模拟本地振荡信号，无需采用LC振荡电路、PLL或DDFS，有利于设计高集成度、低成本、高性能的接收机。

此外，本发明通过控制器控制分频控制字、频率控制字以及反相器或置换电路，配合模拟正交混频器采用的高本振混频和低本振混频，可以实现对无线电广播信号所有频道的接收。

附图说明

图1为本发明集成无线电广播接收机第一实施例的结构示意图；

图2为本发明集成无线电广播接收机第一实施例中分频器的工作过程示意图；

图3为本发明集成无线电广播接收机第二实施例的结构示意图；

图4为本发明集成无线电广播接收机第三实施例的结构示意图；

图5为本发明集成无线电广播接收机第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，为本发明集成无线电广播接收机第一实施例的结构示意图，该集成无线电广播接收机可以包括模拟正交混频器11、模数转换器12、数字本振发生器14、数字正交混频器15、解调模块16、分频器17、反相器18和控制器19，上述器件集成在单个的集成电路中。

模拟正交混频器11与分频器17连接，模数转换器12与模拟正交混频器11连接，数字正交混频器15与模数转换器12和数字本振发生器14连接，解调模块16与数字正交混频器15连接，反相器18连接在数字本振发生器14与数字正交混频器15之间，控制器19与分频器17、数字本振发生器14和反相器18连接。

天线接收到空中的无线电广播信号后，模拟正交混频器11用于接收该无线电广播信号，将该无线电广播信号与正交模拟本地振荡信号进行混频，得到中频信号，其中，中频信号包括I路中频信号和Q路中频信号，混频方式包括高本振混频和低本振混频，；模数转换器12用于对I路中频信号和Q路中频信号进行模数转换，得到I路数字中频信号和Q路数字中频信号；数字本振发生器14用于根据频率控制字，生成正交数字本地振荡信号，正交数字本地振荡信号包括第一数字本地振荡信号和第二数字本地振荡信号，第一数字本地振荡信号的相位超前于第二数字本地振荡信号的相位，二者相位差为90度；数字正交混频器15用于将I路数字中频信号、Q路数字中频信号与正交数字本地振荡信号进行混频，得到I路数字基带信号和Q路数字基带信号；解调模块16用于对I路数字基带信号和Q路数字基带信号进行解调，得到音频信号；分频器17用于根据分频比控制字，对外部提供的系统时钟信号进行分频，得到正交模拟本地振荡信号；优选地，该系统时钟信号可以为外部晶体振荡器产生一个固定频率的振荡信号；反相器18用于对第一数字本地振荡信号取反，将取反后的信号发送给数字正交混频器；控制器19用于根据信道选择信号，设置分频比控制字和频率控制字，根据模拟正交混频器11采用的混频方式，控制反相器是否取反。

在本实施例中，分频器17的分频比选为偶数值，系统时钟信号的占空比为50％，利用系统时钟信号的上升沿和下降沿进行分频，即可得出相位差为90度的正交模拟本地振荡信号。

如图2所示，为本发明集成无线电广播接收机第一实施例中分频器的工作过程示意图，两路正交模拟本地振荡信号分别为I路模拟本地振荡信号和Q路模拟本地振荡信号，分频比N＝6，初始计数值为0，计数器对系统时钟信号的上升沿和下降沿计数，过程如下：

当计数值为0时，I路模拟本地振荡信号变为逻辑1，Q路模拟本地振荡信号变为逻辑0；

当计数值为N/2-1时，I路模拟本地振荡信号不变，Q路模拟本地振荡信号变为逻辑1；

当计数值为N-1时，I路模拟本地振荡信号变为逻辑0，Q路模拟本地振荡信号不变；

当计数值为N/2*3-1时，I路模拟本地振荡信号不变，Q路模拟本地振荡信号变为逻辑0；

当计数值为2*N-1时，计数值清零，同时I路模拟本地振荡信号变为逻辑1，Q路模拟本地振荡信号不变。

重复上述过程，即可得到两路正交模拟本地振荡信号。

在本实施例中，利用分频器17生成模拟本地振荡信号，无需采用LC振荡电路、PLL或DDFS，有利于设计高集成度、低成本、高性能的接收机。

本接收机可以用于接收调幅信号或调频信号，换句话说，无线电广播信号可以为调幅信号或调频信号。

可选地，再参见图2，本实施例还可以包括选频放大器10，用于对无线电广播信号进行选频放大，将选频放大后的信号发送给模拟正交混频器11。

在本实施例中，优选地，中频信号的频率范围可以为80k～200kHz。需要说明的是，中频信号的频率范围并不限于80k～200kHz。选取中频信号的最低频率为80kHz，从而使得镜频信号与无线电广播信号的频率差距在160kHz，利用磁棒天线和选频放大器的选频特性对镜频信号作第一步抑制，以天线谐振回路的线圈灵敏度(Q值)为35为例，镜频抑制度为30dB左右，结合模拟正交混频时对镜频信号的进一步为25dB左右的抑制，总体镜频抑制度为55dB左右，优于传统的无线电广播接收机。在传统的射频收音机中，一般选取455kHz或465kHz频率作为中频信号的频率，同样以天线谐振回路的Q值为35为例，对与无线电广播信号相距910kHz的镜频信号的镜频抑制度为40dB。选取中频信号的最高频率为200kHz，是为了采用较窄带宽的ADC对中频信号进行模数转换。

再参见图2，在本实施例中，数字本振发生器14可以被构造为数控振荡器(Numerical controlled Oscillator，简称：NCO)，NCO包括相位累加器141和查找表142。相位累加器141用于根据频率控制字FCW，累加输出第N时刻的相位；查找表142的输入为第N时刻的相位，查找表142的内容为cos和sin值。NCO输出的正弦和余弦信号的频率Fout由频率控制字FCW、相位累加器控制字长N和相位累加器的工作频率Fclk决定，计算公式为：

Fout＝FCW/2^N*Fclk

再参见图2，输入数字正交混频器的数字中频信号为Iin和Qin,数字正交混频器输出为Iout和Qout，正交数字本振信号为Xin和Yin，其中，Xin表示第二数字本地振荡信号，Yin表示第一数字本地振荡信号，当模拟正交混频器11采用的混频模式为低本振混频时，反相器18在控制器19的控制下，对本振发生器14输出的Yin不进行取反操作，数字正交混频器15的输入输出满足如下关系：

Iout＝Iin*X in-Qin*Yin  (1)

Qout＝Qin*Xin+Iin*Yin  (2)

当模拟正交混频器11采用的混频模式为高本振混频时，反相器18在控制器19的控制下，对本振发生器14输出的Yin进行取反操作，此时，数字正交混频器15的输入输出满足如下关系：

Iout＝Iin*X in+Qin*Yin  (3)

Qout＝Qin*Xin-Iin*Yin  (4)

本实施例通过控制器19控制分频控制字、频率控制字以及反相器18，配合模拟正交混频器11采用的高本振混频和低本振混频，可以实现对无线电广播信号所有频道的接收，下面详细介绍该过程。

假设接收机采用25MHz的系统时钟信号；接收机接收的无线电广播信号为中波信号，其频率范围为504kHz～1710kHz；中频信号的频率范围为80k～200kHz。

分频器17对该系统时钟信号进行分频比可选的14种分频，得到不同频率的正交模拟本地振荡信号，具体为：

对频率为25MHz的时钟信号进行64分频，得到频率为390.625kHz的正交模拟本地振荡信号(1)；

对频率为25MHz的时钟信号进行56分频，得到频率为446.429kHz的正交模拟本地振荡信号(2)；

对频率为25MHz的时钟信号进行48分频，得到频率为520.833kHz的正交模拟本地振荡信号(3)；

对频率为25MHz的时钟信号进行40分频，得到频率为625.000kHz的正交模拟本地振荡信号(4)；

对频率为25MHz的时钟信号进行36分频，得到频率为694.444kHz的正交模拟本地振荡信号(5)；

对频率为25MHz的时钟信号进行32分频，得到频率为781.250kHz的正交模拟本地振荡信号(6)；

对频率为25MHz的时钟信号进行28分频，得到频率为892.857kHz的正交模拟本地振荡信号(7)；

对频率为25MHz的时钟信号进行26分频，得到频率为961.538kHz的正交模拟本地振荡信号(8)；

对频率为25MHz的时钟信号进行24分频，得到频率为1041.667kHz的正交模拟本地振荡信号(9)；

对频率为25MHz的时钟信号进行22分频，得到频率为1136.364kHz的正交模拟本地振荡信号(10)；

对频率为25MHz的时钟信号进行20分频，得到频率为1250.000kHz的正交模拟本地振荡信号(11)；

对频率为25MHz的时钟信号进行18分频，得到频率为1388.889kHz的正交模拟本地振荡信号(12)；

对频率为25MHz的时钟信号进行16分频，得到频率为1562.500kHz的正交模拟本地振荡信号(13)；

对频率为25MHz的时钟信号进行14分频，得到频率为2790.179kHz的正交模拟本地振荡信号(14)。

当模拟正交混频器11采用低本振混频模式时，中波信号的频率Frf、模拟本地振荡信号的频率Flo、以及中频信号的频率Fif满足如下关系式：

Frf＝Flo+Fif

当模拟正交混频器11采用低本振混频模式时，前述(1)～(14)模拟正交本地振荡信号能够覆盖的信号频率范围是：

[470.63,590.63]；  (1)

[526.43,646.43]；  (2)

[600.83,720.83]；  (3)

[705.00,825.00]；  (4)

[774.44,894.44]；  (5)

[861.25,981.25]；  (6)

[972.86,1092.86]；  (7)

[1041.54,1161.54]；  (8)

[1121.67,1241.67]；  (9)

[1216.36,1336.36]；  (10)

[1330.00,1450.00]；  (11)

[1468.89,1588.89]；  (12)

[1642.50,1762.50]；  (13)

[1865.71,1985.71]。  (14)

当模拟正交混频器11采用高本振混频模式时，中波信号的频率Frf、模拟本地振荡信号的频率Flo、中频信号的频率Fif满足如下关系式：

Frf＝Flo-Fif

当模拟正交混频器11采用高本振混频模式时，上述(1)～(14)模拟正交本地振荡信号能够覆盖的信号频率范围是：

[190.63,310.63]；  (1)

[246.43,366.43]；  (2)

[320.83,440.83]；  (3)

[425.00,545.00]；  (4)

[494.44,614.44]；  (5)

[581.25,701.25]；  (6)

[692.86,812.86]；  (7)

[761.54,881.54]；  (8)

[841.67,961.67]；  (9)

[936.36,1056.36]；  (10)

[1050.00,1170.00]；  (11)

[1188.89,1308.89]；  (12)

[1362.50,1482.50]；  (13)

[1585.71,1705.71]。  (14)

从上面的分析可以看出，当模拟正交混频器11单独采用低本振混频模式时，对于上述(1)～(14)模拟正交本地振荡信号能够覆盖的信号频率范围而言，(11)与(12)之间、(12)与(13)之间、以及(13)与(14)之间是不连续的，不能实现对中波信号504k～1710kHz的无缝覆盖。当单独使用高本振混频模式时，对于上述(1)～(14)模拟正交本地振荡信号能够覆盖的信号频率范围而言，(11)与(12)之间、(12)与(13)之间、以及(13)与(14)之间是不连续的，不能实现对中波信号504k～1710kHz的无缝覆盖。控制器19通过设置分频控制字，改变分频器17的分频比，改变模拟本地振荡信号的频率，从而实现高本振混频和低本振混频两种模式的配合，进一步实现对中波信号504k～1710kHz的无缝覆盖。

在本实施例中，控制器19通过设置频率控制字，改变数字本振发生器14生成的正交数字本地振荡信号的频率，使得正交数字本地振荡信号的频率间隔达到1kHz，最终使得接收机以1kHz的频率间隔覆盖中波信号504k～1710kHz的频率范围。

如图3所示，为本发明集成无线电广播接收机第二实施例的结构示意图，与上一实施例的不同之处在于，反相器18连接在模数转换器12与数字正交混频器15之间，用于对模数转换器12输出的Q路数字中频信号取反，将取反后的信号发送给数字正交混频器15。从图2以及式(1)、式(2)、式(3)和式(4)可以看出，对Q路数字中频信号取反与对Yin取反是等效的。

如图4所示，为本发明集成无线电广播接收机第三实施例的结构示意图，与上述两个实施例的不同之处在于，本实施例不包括反相器18，而另外包括置换电路110，置换电路110连接在模数转换器12与数字正交混频器15之间，用于将模数转换器12输出的I路数字中频信号作为Q路信号、Q路数字中频信号作为I路信号发送给数字正交混频器15。控制器19根据模拟正交混频器11采用的混频方式，控制置换电路110是否进行置换。

具体地，当模拟正交混频器11采用低本振混频时，控制器19控制置换电路110不进行置换，此时，模数转换器12输出的I路数字中频信号仍然作为I路信号、Q路数字中频信号仍然作为Q路信号发送给数字正交混频器15。当模拟正交混频器11采用高本振混频时，控制器19控制置换电路110进行置换，此时，模数转换器12输出的I路数字中频信号作为Q路信号、Q路数字中频信号作为I路信号发送给数字正交混频器15。

本实施例通过控制器19控制分频控制字、频率控制字以及置换电路110，配合模拟正交混频器11采用的高本振混频和低本振混频，可以实现对无线电广播信号所有频道的接收。

如图5所示，为本发明集成无线电广播接收机第四实施例的结构示意图，与图4所示结构示意图的不同之处在于，在本实施例中，数字本振发生器14和数字正交混频器15可以被结合在一起构造为坐标旋转数字计算机(Cordic)算法混频器。Cordic算法混频器可以包括相位累加器141和Cordic算法混频模块52。相位累加器1411根据频率控制字FCW，累加输出第N时刻的相位；Cordic算法混频模块52根据第N时刻的相位，进行正交混频。Cordic算法混频模块52的输出同样满足式(1)、式(2)、式(3)和式(4)的关系，其中，Xin＝sint，Yin＝cost，t为第N时刻的相位。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种集成无线电广播接收机，其特征在于，包括：

模拟正交混频器，用于接收无线电广播信号，将所述无线电广播信号与正交模拟本地振荡信号进行混频，得到中频信号，其中，所述中频信号包括I路中频信号和Q路中频信号，混频方式包括高本振混频和低本振混频；

模数转换器，用于对所述I路中频信号和Q路中频信号进行模数转换，得到I路数字中频信号和Q路数字中频信号；

数字本振发生器，用于根据频率控制字，生成正交数字本地振荡信号，所述正交数字本地振荡信号包括第一数字本地振荡信号和第二数字本地振荡信号，所述第一数字本地振荡信号的相位超前于所述第二数字本地振荡信号的相位；

数字正交混频器，用于将所述I路数字中频信号、Q路数字中频信号与所述正交数字本地振荡信号进行混频，得到I路数字基带信号和Q路数字基带信号；

解调模块，用于对所述I路数字基带信号和Q路数字基带信号进行解调，得到音频信号；

分频器，用于根据分频比控制字，对外部提供的系统时钟信号进行分频，得到所述正交模拟本地振荡信号；

反相器，连接在所述数字本振发生器与所述数字正交混频器之间或连接在所述模数转换器与所述数字正交混频器之间，用于对所述Q路数字中频信号或所述第一数字本地振荡信号取反，将取反后的信号发送给所述数字正交混频器；

控制器，与所述分频器、所述数字本振发生器和所述反相器连接，用于根据信道选择信号，设置所述分频比控制字和所述频率控制字，根据所述模拟正交混频器采用的混频方式，控制所述反相器是否取反；

所述模拟正交混频器、所述模数转换器、所述数字本振发生器、所述数字正交混频器、所述解调模块、所述分频器、所述反相器和所述控制器集成在单个的集成电路中。

2.根据权利要求1所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述无线电广播信号的频率范围为504kHz～1710kHz。

3.根据权利要求1所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述无线电广播信号为调幅信号或调频信号。

4.根据权利要求1所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述模拟正交混频器被构造为得到的中频信号的频率范围为80kHz～200kHz。

5.一种集成无线电广播接收机，其特征在于，包括：

模拟正交混频器，用于接收无线电广播信号，将所述无线电广播信号与正交模拟本地振荡信号进行混频，得到中频信号，其中，所述中频信号包括I路中频信号和Q路中频信号，混频方式包括高本振混频和低本振混频；

模数转换器，用于对所述I路中频信号和Q路中频信号进行模数转换，得到I路数字中频信号和Q路数字中频信号；

数字本振发生器，用于根据频率控制字，生成正交数字本地振荡信号，所述正交数字本地振荡信号包括第一数字本地振荡信号和第二数字本地振荡信号，所述第一数字本地振荡信号的相位超前于所述第二数字本地振荡信号的相位；

数字正交混频器，用于将所述I路数字中频信号、Q路数字中频信号与所述正交数字本地振荡信号进行混频，得到I路数字基带信号和Q路数字基带信号；

解调模块，用于对所述I路数字基带信号和Q路数字基带信号进行解调，得到音频信号；

分频器，用于根据分频比控制字，对外部提供的系统时钟信号进行分频，得到所述正交模拟本地振荡信号；

置换电路，连接在所述模数转换器与所述数字正交混频器之间，用于将所述I路数字中频信号作为Q路信号、将所述Q路数字中频信号作为I路信号发送给所述数字正交混频器；

控制器，与所述分频器、所述数字本振发生器和所述置换电路连接，用于根据信道选择信号，设置所述分频比控制字和所述频率控制字，根据所述模拟正交混频器采用的混频方式，控制所述置换电路是否进行置换；

所述模拟正交混频器、所述模数转换器、所述数字本振发生器、所述数字正交混频器、所述解调模块、所述分频器、所述置换电路和所述控制器集成在单个的集成电路中。

6.根据权利要求5所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述无线电广播信号的频率范围为504kHz～1710kHz。

7.根据权利要求5所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述无线电广播信号为调幅信号或调频信号。

8.根据权利要求5所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述模拟正交混频器被构造为得到的中频信号的频率范围为80kHz～200kHz。

9.根据权利要求5所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述数字本振发生器被构造为数控振荡器。

10.根据权利要求5所述的集成无线电广播接收机，其特征在于，所述数字本振发生器和所述数字正交混频器被结合在一起构造为坐标旋转数字计算法混频器。