CN102832959A - 高中频超外差+零中频结构的射频前端 - Google Patents

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Abstract

一种高中频超外差+零中频结构的射频前端，有发射模块和接收模块，接收模块：依次相连的收发天线、低通滤波器、超外差单元、中频带通滤波器、零中频单元、数模转换器以及数字基带模块，数字基带模块的输出连接发射模块。超外差单元是超外差混频器的输入端分别连接低噪声放大器和第一本振，超外差混频器的输出端连接中频带通滤波器的输入端，低噪声放大器的输入端连接低通滤波器的输出端。零中频单元有依次相连的零中频混频器、有源低通滤波器和可变增益运算放大器，零中频混频器的输入端分别连接中频带通滤波器的输出端以及连接第二本振，可变增益运算放大器的输出连接数模转换器的输入端。本发明能消除镜像干扰，可以提高系统的集成度，降低系统功耗。

Description

高中频超外差+零中频结构的射频前端
技术领域
本发明涉及一种射频前端。特别是涉及一种新型的高中频超外差+零中频结构的射频前端
背景技术
在众多无线接入系统中，通信设备的核心器件是射频前端芯片。射频前端的功能主要是对接收机天线端接收到的微弱信号进行放大、变频、滤波和量化，解调为基带信号。射频前端电路的设计对接收机整体的设计具有指导意义，直接决定了无线接收设备的性能。
通讯终端传统的射频前端结构包括：超外差结构、零中频结构、二次变频宽中频结构和二次变频低中频结构等。其中超外差结构具有极佳的灵敏度、选择性和动态范围，被认为是最可靠的接收机拓扑结构，在长久以来成为高性能接收机的首选。典型的超外差结构使用混频器将高频信号下变频到一个较低的中频频率后再进行信道滤波、放大和解调，从而有效的解决了高频信号处理所遇到的困难。其结构如图1所示。为了有效滤除镜像干扰往往需要高品质因子的中频滤波器，这是当代CMOS工艺所无法实现的。但是，超外差结构的中频一般都低于射频信号频率，这导致超外差接收机存在一个严重的缺点：镜像干扰。其原理如图2所示。另外超外差结构一般用于窄带通讯系统射频前端，如果用于宽带通讯系统，例如：采用超外差结构射频前端接收100MHz~1.2GHz的频率范围中900MHz的射频信号，假设中频频率为13.56MHz，那么实际上接收机不仅接受到900MHz处的有用信号，还接收到了927.12MHz处的镜像干扰信号。传统超外差结构射频前端的镜像干扰频率完全落在了有用信道附近很窄的范围内，极难分辨，接收机灵敏度低且难以集成。另外，如果将该结构应用于宽带通信系统，还会发现该结构对第一本振的要求极高。上例中所需的频率合成器的调谐范围为113.56MHz~1213.56MHz,中心频率较低，调谐比高达85%。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以有效地消除镜像干扰，提高了射频前端电路的灵敏度和可靠性，降低了本振的调谐比的高中频超外差+零中频结构的射频前端。
本发明所采用的技术方案是：一种高中频超外差+零中频结构的射频前端，有发射模块和接收模块，所述的接收模块包括有：依次相连的用于接收发射模块所发射的信号的收发天线、低通滤波器、超外差单元、中频带通滤波器、零中频单元、数模转换器以及数字基带模块，所述的数字基带模块的输出连接发射模块。
所述的收发天线是通过无线开关连接低通滤波器。
所述的超外差单元包括有超外差混频器，所述的超外差混频器的输入端分别连接低噪声放大器和第一本振，超外差混频器的输出端连接所述的中频带通滤波器的输入端，所述的低噪声放大器的输入端连接低通滤波器的输出端。
所述的零中频单元包括有依次相连的零中频混频器、有源低通滤波器和可变增益运算放大器，其中，所述的零中频混频器的输入端分别连接中频带通滤波器的输出端以及连接第二本振，所述的可变增益运算放大器的输出连接所述的数模转换器的输入端。
所述的发射模块包括有依次连接的调制混频器、功率放大器驱动电路和功率放大器，所述的调制混频器的输入端分别连接数字基带模块的输出端以及连接第三本振，所述功率放大器的输出连接收发天线的无线开关。
所述的超外差单元的输出频率设定为2.45GHz的固定频率。
所述的第一本振的调谐范围为1.25GHz～2.35GHz。
本发明的高中频超外差+零中频结构的射频前端，第一中频定为2.45GHz，这有两个优势：1、消除镜像干扰。当输入射频信号频率为100MHz～1.2GHz时，对应的镜像干扰频率为3.7GHz～4.8GHz，不在输入信号频带范围内，避免了镜像干扰问题，不需要镜像抑制滤波器及中频滤波器，可以提高系统的集成度，降低系统功耗；同时本振的调谐范围为1.25GHz～2.35GHz，与传统超外差结构所需的100MHz～1.2GHz的本振调谐范围相比，中心频率由650MHz提高到1.8GHz，调谐比由85％降低到30％，大大降低了频率合成器设计的难度，故采用高中频超外差结构易实现。2、针对2.45GHz的中频信号的后续处理技术已很成熟，方案可行性高。
附图说明
图1是典型超外差结构射频前端构成框图；
图2是镜像干扰原理图；
图3是本发明的高中频超外差+零中频结构的射频前端构成框图。
图中，
1：收发天线                  2：无线开关
3：低通滤波器                4：超外差单元
5：中频带通滤波器            6：零中频单元
7：数模转换器＋数字基带单元  8：发射模块
21：射频带通滤波器           22：低噪声放大器
23：镜向干扰抑制波           24：第一本振
25：超外差混频器             26：可变增益运算放大器
41：低噪声放大器             42：超外差混频器
43：第一本振                 61：零中频混频器
62：第二本振                 63：有源低通滤波器
64：可变增益运算放大器       81：调制混频器
82：功率放大器驱动电路       83：功率放大器
84：第三本振
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的高中频超外差+零中频结构的射频前端做出详细说明。
本发明的高中频超外差+零中频结构的射频前端，包括有发射模块和接收模块，接收模块完成对射频信号的接收、滤波、上变频、下变频和解调。发射模块完成对基带信号的调制和发射。如图3所示，所述的接收模块包括有：依次相连的用于接收发射模块所发射的信号的收发天线1、低通滤波器3、超外差单元4、中频带通滤波器5、零中频单元6、数模转换器7以及数字基带模块8，所述的数字基带模块8的输出连接发射模块9。所述的收发天线1是通过无线开关2连接低通滤波器3。
所述的超外差单元4包括有超外差混频器42，所述的超外差混频器42的输入端分别连接低噪声放大器41和第一本振43，超外差混频器42的输出端连接所述的中频带通滤波器5的输入端，所述的低噪声放大器41的输入端连接低通滤波器3的输出端。所述的该超外差单元4的超外差混频器42的输出频率设定为2.45GHz的固定频率，所述的第一本振43的调谐范围为1.25GHz~2.35GHz。
所述的零中频单元6包括有依次相连的零中频混频器61、有源低通滤波器63和可变增益运算放大器64，其中，所述的零中频混频器61的输入端分别连接中频带通滤波器5的输出端以及连接第二本振62，所述的可变增益运算放大器64的输出连接所述的数模转换器7的输入端。
所述的发射模块9包括有依次连接的调制混频器91、功率放大器驱动电路92和功率放大器93，所述的调制混频器91的输入端分别连接数字基带模块8的输出端以及连接第三本振94，所述功率放大器93的输出连接收发天线1的无线开关2。
本发明的高中频超外差+零中频结构的射频前端的接收模块的工作原理：收发天线接收射频信号，其输出连接低通滤波器，对射频信号进行低通滤波，滤除干扰。低通滤波器的输出连接低噪声放大器，对微弱的有用信号进行低噪声放大，便于后续电路处理。低噪声放大器的输出和第一本振的输出连接到超外差混频器，将信号上变频到第一中频2.45GHz。超外差混频器的输出连接到中频带通滤波器，滤除干扰并进行信道选择。中频带通滤波器的输出和第二本振的输出连接到零中频混频器，将第一中频信号下边频到数字电路可以处理的低中频。零中频混频器的输出连接有源低通滤波器，滤除杂波。有源低通滤波器的输出连接可变增益运算放大器，可变增益运算放大器的输出连接数模转换器＋数字基带单元中的数模转换器（A/D），对中频模拟信号转换为基带可以处理的数字信号，然后，数模转换器的输出连接数字基带电路，进行解调。
本发明的高中频超外差+零中频结构的发射模块的工作原理：数模转换器＋数字基带单元中的数字基带电路的输出和第三本振的输出连接到调制混频器，将基带信号调制到射频频率。调制混频器的输出连接到功率放大器驱动电路，功率放大器驱动电路驱动功率放大器，提高发射功率。功率放大器的输出连接发射天线。
本发明的高中频超外差+零中频结构的发射模块中的第一中频设定为2.45GHz的固定频率。当输入射频信号频率为100MHz~1.2GHz时，对应的镜像干扰频率为3.7GHz~4.8GHz，不在输入信号频带范围内，很容易利用简单的低通滤波器滤除，有效避免了镜像干扰问题，提高系统的集成度，降低系统功耗；同时本振的调谐范围为1.25GHz~2.35GHz，与传统超外差结构所需的113.56MHz~1213.56MHz的本振调谐范围相比，中心频率由650MHz提高到1.8GHz，调谐比由85％降低到30％，大大降低了频率合成器设计的难度。另外，针对2.45GHz的中频信号的后续处理技术已很成熟，方案可行性高。

Claims (7)

1.一种高中频超外差+零中频结构的射频前端，有发射模块和接收模块，其特征在于,所述的接收模块包括有：依次相连的用于接收发射模块所发射的信号的收发天线（1）、低通滤波器（3）、超外差单元（4）、中频带通滤波器（5）、零中频单元（6）、数模转换器（7）以及数字基带模块（8），所述的数字基带模块（8）的输出连接发射模块（9）。
2.根据权利要求1所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的收发天线（1）是通过无线开关（2）连接低通滤波器（3）。
3.根据权利要求1所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的超外差单元（4）包括有超外差混频器（42），所述的超外差混频器（42）的输入端分别连接低噪声放大器（41）和第一本振（43），超外差混频器（42）的输出端连接所述的中频带通滤波器（5）的输入端，所述的低噪声放大器（41）的输入端连接低通滤波器（3）的输出端。
4.根据权利要求1所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的零中频单元（6）包括有依次相连的零中频混频器（61）、有源低通滤波器（63）和可变增益运算放大器（64），其中，所述的零中频混频器（61）的输入端分别连接中频带通滤波器（5）的输出端以及连接第二本振（62），所述的可变增益运算放大器（64）的输出连接所述的数模转换器（7）的输入端。
5.根据权利要求1所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的发射模块（9）包括有依次连接的调制混频器（91）、功率放大器驱动电路（92）和功率放大器（93），所述的调制混频器（91）的输入端分别连接数字基带模块（8）的输出端以及连接第三本振（94），所述功率放大器（93）的输出连接收发天线（1）的无线开关（2）。
6.根据权利要求1所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的超外差单元（4）的输出频率设定为2.45GHz的固定频率。
7.根据权利要求3所述的高中频超外差+零中频结构的射频前端，其特征在于，所述的第一本振（43）的调谐范围为1.25GHz～2.35GHz。
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