CN103187982B - 一种无线发射机和一种带阻滤波器 - Google Patents

Abstract

一种无线发射机和一种带阻滤波器，其中所述无线发射机包括模拟基带电路、无源RC带阻滤波器、无源混频器、驱动放大器和平衡-不平衡变换器，其中，设置所述无源RC带阻滤波器的带阻频点为远端噪声频点，利用所述滤波器对模拟基带电路的远端噪声进行滤波，大幅降低了模拟基带电路贡献的远端噪声，并且带阻滤波器采用无源实现方式可以保证本身引入的噪声非常小，达到整个无线发射机系统极低的远端噪声特性。

Description

一种无线发射机和一种带阻滤波器

技术领域

本发明涉及一种无线传输设备，具体涉及一种无线发射机和一种带阻滤波器。

背景技术

无线通信系统中，发射机的远端噪声是一个关键指标，第三代合作伙伴计划（The3rdGenerationPartnershipProject，3GPP）对其有着严格的规定。在频分复用（FDD）系统中，发射机的远端噪声会泄漏到接收机输入，抬升接收机的噪底，降低灵敏度。因此，传统技术下发射机的输出需要有一个片外声表面波滤波器（SAW）滤除远端噪声，增加了成本。如图1所示，所述发射机包括模拟基带电路、混频器、驱动放大器、平衡不平衡变换器，上述器件均集成在射频集成电路（RFIC）中，所述RFIC连接到片外表面波滤波器（SAW）滤除远端噪声。在片外表面波滤波器与发射天线之间连接有用于对射频信号进行功率放大的片外功率放大器。对远端噪声有严格要求的频点通常用对带内频率的偏移即频偏进行限定。频偏根据不同模式不同频段有所不同，例如FDD-LTEBand7频段，远端噪声指定频偏为120MHz；WCDMABand1频段，频偏为190MHz；而在GSM模式，频偏为20MHz。近年来，为了降低成本，采用新的发射机架构降低远端噪声，省去片外声表面波滤波器的技术得到了长足的发展。

文献1“ALow-PowerWCDMATransmitterwithanIntegratedNotchFilter”，Mirzaei,A.;Darabi,H.;IEEEJournalofSolid-StateCircuits，Volume:43Issue:12，pages2868-2881,Dec.2008提供了一种达到低远端噪声发射机的思路。利用负反馈原理，在驱动放大器（DA）输出口通过频域转换的方法实现带阻滤波器，滤除发射机的远端噪声。虽然该技术取得了不错的效果，但是驱动放大器工作在上GHz的高频，高频下带阻滤波器的实现方法非常复杂，耗费额外的电路，功耗较大，不支持多模应用，这些缺点限制了该技术在多模多频带发射机中的应用。

文献2“A0.13μmCMOS1.5-to-2.15GHzLowPowerTransmitterFront-EndforSDRApplications”，Sun,Zhigang;Chi,Baoyong;Zhang,Chun;Wang,Zhihua;CircuitsandSystems(ISCAS),2011IEEEInternationalSymposiumon，pages2453-2456，15-18May2011展示了另一种低远端噪声发射机。如图2所示，该低远端噪声发射机包括顺序连接的模拟基带电路、一阶RC滤波器、25%占空比的混频器、驱动放大器、平衡不平衡变换器，该架构采用25%占空比的无源混频器，省去了作为噪声主要贡献来源的混频器跨导电路，因而混频器本身具备极低的噪声。考虑到模拟基带电路如滤波器、可变增益放大器等噪声较大，该发射机的远端噪声主要由模拟基带电路贡献。模拟基带电路频率较低，适合通过滤波的方式进行噪声滤除。在图2中，所述发射机采用一阶无源RC低通滤波器进行滤波。

然而，由于文献2的发射机结构采用了一阶无源RC低通滤波器进行滤波，存在明显的不足。因为模拟基带电路一般通过运算放大器、电阻以及电容实现，噪声本身比较大。一阶无源RC低通滤波器带外衰减缓慢，对远端噪声的滤除效果有限，此时模拟基带电路的噪声仍然是发射机系统的主要噪声源，难以实现多模多频带发射机去片外声表面波滤波器（SAW）的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有极低远端噪声特性的无线发射机，实现发射机去片外声表面波滤波器（SAW）的目标。

为实现上述目的，本发明公开了一种低远端噪声无线发射机，包括模拟基带电路、带阻滤波器、无源混频器、驱动放大器和平衡-不平衡变换器；

所述模拟基带电路用于对模拟I/Q信号进行滤波和增益控制；

所述带阻滤波器连接所述模拟基带电路，用于对模拟基带电路进行噪声滤波输出经噪声滤波的模拟I/Q信号，所述带阻滤波器的带阻频点为远端噪声所要求的频点且不随工艺偏差而变化；

所述无源混频器连接所述无源RC带阻滤波器，用于对所述模拟I/Q信号进行混频输出射频信号；

所述驱动放大器通过电容连接所述混频器，用于对所述射频信号进行功率放大；

所述平衡-不平衡变换器连接所述驱动放大器，用于将射频信号由两路变为一路向天线馈送。

优选地，所述带阻滤波器为无源RC带阻滤波器，包括输入待滤波正电压信号的第一输入端、输入待滤波负电压信号的第二输入端、输出滤波后正电压信号的第一输出端、输出滤波后负电压信号的第二输出端、第一、第二、第三、第四、第五可调电阻和第一、第二、第三、第四、第五可调电容；

第一可调电阻（R1）与第二可调电阻（R2）串行连接构成第一电阻串联电路；第三可调电阻（R3）与第四可调电阻（R4）串行连接构成第二电阻串联电路；第一可调电容（C1）与第二可调电容（C2）串行连接构成第一电容串联电路；第三可调电容（C3）与第四可调电容（C4）串行连接构成第二电容串联电路；第五可调电阻（R5）的两端分别连接到第一电阻串联电路和第二电阻串联电路的电路中点；第五可调电容（C5）的两端分别连接到第一电容串联电路和第二电容串联电路的电路中点，；第一电阻串联电路和第一电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第一电压输入端和第一电压输出端；第二电阻串联电路和第二电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第二电压输入端和第二电压输出端。

优选地，所述第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同；第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

优选地，所述第五可调电阻的阻值与第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同，所述第五可调电容的电容值与第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

优选地，其中所述带阻滤波器的可调电阻及可调电容均采用开关阵列结构实现。

优选地，所述混频器为25%占空比的无源混频器。

本发明还公开了一种无源RC带阻滤波器，用于对无线发射机的模拟基带电路进行噪声滤波，其特征在于：所述无源RC带阻滤波器包括输入待滤波正电压信号的第一输入端、输入待滤波负电压信号的第二输入端、输出滤波后正电压信号的第一输出端、输出滤波后负电压信号的第二输出端、第一、第二、第三、第四、第五可调电阻和第一、第二、第三、第四、第五可调电容；

第一可调电阻（R1）与第二可调电阻（R2）串行连接构成第一电阻串联电路；第三可调电阻（R3）与第四可调电阻（R4）串行连接构成第二电阻串联电路；第一可调电容（C1）与第二可调电容（C2）串行连接构成第一电容串联电路；第三可调电容（C3）与第四可调电容（C4）串行连接构成第二电容串联电路；第五可调电阻（R5）的两端分别连接到第一电阻串联电路和第二电阻串联电路的电路中点；第五可调电容（C5）的两端分别连接到第一电容串联电路和第二电容串联电路的电路中点；第一电阻串联电路和第一电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第一电压输入端和第一电压输出端；第二电阻串联电路和第二电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第二电压输入端和第二电压输出端；

其中，第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同；第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

优选地，所述第五可调电阻的阻值与第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同，所述第五可调电容的电容值与第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

优选地，其中所述无源RC带阻滤波器的可调电阻及可调电容均采用开关阵列结构实现。

优选地，所述无源RC带阻滤波器被设置为通过调节各可调电阻阻值，使得带阻频点恰好等于远端噪声所要求的频点，通过调节可调电容的电容值进行片上RC常数的校正，保证带阻频点不随工艺偏差而变化。

本发明所述发射机通过引入一个带宽可编程的无源带阻滤波器，深度滤除发射机指定频点附近的远端噪声，并且带阻滤波器采用无源实现方式可以保证本身引入的噪声非常小，达到整个TX系统极低的远端噪声特性。

附图说明

图1是现有技术中带有片外声表面波滤波器（SAW）的无线发射机结构图；

图2是现有技术中低远端噪声无线发射机结构图；

图3是本发明的低远端噪声无线发射机结构图；

图4是本发明的带阻滤波器的电路原理图；

图5是本发明的带阻滤波器与一阶RC低通滤波器频响特性对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征作进一步说明描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图3示出了本发明的低远端噪声无线发射机结构图。所述低远端噪声无线发射机包括模拟基带电路（ABB）、无源RC带阻滤波器（PassiveRCNotchFilter）、无源混频器（PassiveMixer）、驱动放大器（DA）、平衡-不平衡变换器（Balun）。

所述模拟基带电路用于对模拟I/Q信号进行滤波和增益控制；

所述无源RC带阻滤波器连接所述模拟基带电路，用于对模拟基带电路进行噪声滤波输出经噪声滤波的模拟I/Q信号；；

所述无源混频器连接所述无源RC带阻滤波器，用于对所述模拟I/Q信号进行混频输出射频信号；所述混频器为25%占空比的无源混频器。

所述驱动放大器通过电容连接所述混频器，用于对所述射频信号进行功率放大；

所述平衡-不平衡变换器连接所述驱动放大器，用于将射频信号由两路变为一路向天线馈送。

在图3所示的发射机中，由于无源混频器和驱动放大器本身具备极低的远端噪声，因此模拟基带电路的远端噪声是整个发射机最主要的噪声来源。由此，本发明在图3的发射机中引入无源RC带阻滤波器对模拟基带电路的噪声进行滤波，以达到降低远端噪声的目的。

图4示出所述无源RC带阻滤波器的电路原理图。所述滤波器包括两个电压输入端和两个电压输出端，所述滤波器包括五个可调电阻R1-R5以及5个电容C1-C5；其中，第一可调电阻R1与第二可调电阻R2串行连接构成第一电阻串联电路；第三可调电阻R3与第四可调电阻R4串行连接构成第二电阻串联电路；第一可调电容C1与第二可调电容C2串行连接构成第一电容串联电路；第三可调电容C3与第四可调电容C4串行连接构成第二电容串联电路；第五可调电阻R5的两端分别连接到第一电阻串联电路和第二电阻串联电路的电路中点，即，电阻串联电路的两个电阻之间的连接点；第五可调电容C5的两端分别连接到第一电容串联电路和第二电容串联电路的电路中点，即，电容串联电路的两个电阻之间的连接点；第一电阻串联电路和第一电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第一电压输入端和第一电压输出端；第二电阻串联电路和第二电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第二电压输入端和第二电压输出端。

其中，第一、第二、第三和第四可调电阻R1-R4的电阻值调节为相同的值r1，第一、第二、第三和第四可调电容C1-C4的电容值调节为相同的值c1；第五可调电阻R5的电阻值调节为为r2，第五可调电容的电容值调节为c2。

在本发明的一个实施例中，给定r2=r1=R，c2=c1=C，则所述无源RC带阻滤波器的带阻频点等于1/RC，理论上在带阻频率处实现约-60dB的衰减，可以将模拟基带电路的噪声彻底滤除。此时发射机系统的远端噪声主要由带阻滤波器本身的噪声决定，由于采用了无源RC的实现方式，不包含运算放大器等噪声比较大的有源器件，带阻滤波器本身的噪声极小，从而整个发射机系统实现了极低的远端噪声特性。

在本发明的一个替代实施例中，可以改变r2=r1，c2=c1的设计，使得r2、r1以及c2、c1之间存在一定的失配，以降低带阻滤波器的Q值，增加有效带宽。虽然带阻频率处的衰减会减小，但对远端噪声依然具有足够的抑制能力。

本发明中带阻滤波器的电阻及电容均采用开关阵列结构实现。通过调节各电阻的阻值，可以使得带阻频点恰好等于远端噪声所要求的频点。调节各电容的电容值可以进行片上RC常数的校正，保证带阻频点不随工艺偏差而变化。上述设计使得无源带阻滤波器达到最好的噪声滤除性能，并且支持多模多频带发射机应用。

图5是以FDD-LTEBand7频段120MHz频偏为例，给出了带阻滤波器和一阶RC低通滤波器频率响应特性的对比图。可以看到，一阶RC低通滤波器在120MHz频偏处的带外衰减在-10dB之内，而带阻滤波器可以实现-40dB以上的衰减。值得注意的是，不仅仅是带阻频率单个频点，实际上在足够宽的带外频率区间内带阻滤波器的衰减特性都远优于一阶RC低通滤波器，这使得带阻滤波器的参数设计有很多的自由度。

相比于现有技术，本发明具有更好的带外衰减特性，能够对带外指定频偏附近的远端噪声进行深度滤除，提升噪声滤除的效果，实现了发射机去除片外声表面波滤波器的目标。本发明经过仿真验证可行，可以实现-160dBm/Hz以上的极低发射机远端噪声。

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

Claims (9)

1.一种低远端噪声无线发射机，包括模拟基带电路、带阻滤波器、无源混频器、驱动放大器和平衡-不平衡变换器；

所述模拟基带电路用于对模拟I/Q信号进行滤波和增益控制；

所述带阻滤波器连接所述模拟基带电路，用于对模拟基带电路进行噪声滤波输出经噪声滤波的模拟I/Q信号，所述带阻滤波器的带阻频点为远端噪声所要求的频点且不随工艺偏差而变化；

所述无源混频器连接所述无源RC带阻滤波器，用于对所述模拟I/Q信号进行混频输出射频信号；

所述驱动放大器通过电容连接所述混频器，用于对所述射频信号进行功率放大；

所述平衡-不平衡变换器连接所述驱动放大器，用于将射频信号由两路变为一路向天线馈送；

所述带阻滤波器为无源RC带阻滤波器，包括输入待滤波正电压信号的第一输入端、输入待滤波负电压信号的第二输入端、输出滤波后正电压信号的第一输出端、输出滤波后负电压信号的第二输出端、第一、第二、第三、第四、第五可调电阻和第一、第二、第三、第四、第五可调电容；

第一可调电阻(R1)与第二可调电阻(R2)串行连接构成第一电阻串联电路；第三可调电阻(R3)与第四可调电阻(R4)串行连接构成第二电阻串联电路；第一可调电容(C1)与第二可调电容(C2)串行连接构成第一电容串联电路；第三可调电容(C3)与第四可调电容(C4)串行连接构成第二电容串联电路；第五可调电阻(R5)的两端分别连接到第一电阻串联电路和第二电阻串联电路的电路中点；第五可调电容(C5)的两端分别连接到第一电容串联电路和第二电容串联电路的电路中点；第一电阻串联电路和第一电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第一电压输入端和第一电压输出端；第二电阻串联电路和第二电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第二电压输入端和第二电压输出端。

2.如权利要求1所述的无线发射机，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同；第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

3.如权利要求2所述的无线发射机，其特征在于：所述第五可调电阻的阻值与第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同，所述第五可调电容的电容值与第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

4.如权利要求1-3任一项所述的无线发射机，其特征在于：其中所述带阻滤波器的可调电阻及可调电容均采用开关阵列结构实现。

5.如权利要求1所述的无线发射机，其特征在于：所述混频器为25％占空比的无源混频器。

6.一种无源RC带阻滤波器，用于对无线发射机的模拟基带电路进行噪声滤波，其特征在于：所述无源RC带阻滤波器包括输入待滤波正电压信号的第一输入端、输入待滤波负电压信号的第二输入端、输出滤波后正电压信号的第一输出端、输出滤波后负电压信号的第二输出端、第一、第二、第三、第四、第五可调电阻和第一、第二、第三、第四、第五可调电容；

第一可调电阻(R1)与第二可调电阻(R2)串行连接构成第一电阻串联电路；第三可调电阻(R3)与第四可调电阻(R4)串行连接构成第二电阻串联电路；第一可调电容(C1)与第二可调电容(C2)串行连接构成第一电容串联电路；第三可调电容(C3)与第四可调电容(C4)串行连接构成第二电容串联电路；第五可调电阻(R5)的两端分别连接到第一电阻串联电路和第二电阻串联电路的电路中点；第五可调电容(C5)的两端分别连接到第一电容串联电路和第二电容串联电路的电路中点；第一电阻串联电路和第一电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第一电压输入端和第一电压输出端；第二电阻串联电路和第二电容串联电路并联，其输入端和输出端分别连接第二电压输入端和第二电压输出端；

其中，第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同；第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

7.如权利要求6所述的无源RC带阻滤波器，其特征在于：所述第五可调电阻的阻值与第一、第二、第三、第四可调电阻的阻值相同，所述第五可调电容的电容值与第一、第二、第三、第四可调电容的电容值相同。

8.如权利要求6所述的无源RC带阻滤波器，其特征在于：其中所述无源RC带阻滤波器的可调电阻及可调电容均采用开关阵列结构实现。

9.如权利要求6所述的无源RC带阻滤波器，其特征在于：所述无源RC带阻滤波器被设置为通过调节各可调电阻阻值，使得带阻频点恰好等于远端噪声所要求的频点，通过调节可调电容的电容值进行片上RC常数的校正，保证带阻频点不随工艺偏差而变化。