CN103326694B - 可校准复数滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种新型可校准复数滤波器，包括I路信号通道和Q路信号通道，两路信号通道相同；还包括两组调谐耦合电阻；所述I路信号通道还包括第一可变跨导放大器，所述Q路信号还包括第二可变增益跨导放大器；所述I路信号通道的输入信号分为两路，一路通过第一可变增益跨导放大器连接至第一滤波电路的输入端，另外一路通过第一组耦合电阻连接至第二滤波电路的输入端；所述Q路信号通道的输入信号分为两路；一路通过第二可变增益跨导放大器连接至第二滤波电路的输入端，另外一路通过第二组耦合电阻连接第一滤波电路的输入端。本技术方案提高了镜像抑制性能，提高接收机整机的捕获和跟踪灵敏度。可变增益跨导放大器与前端混频器电路起到了很好的隔离作用。
Description
一、技术领域
本发明是一种基于北斗卫星定位系统接收机的可校准复数滤波器，目的是提高镜像抑制，减小镜频信号干扰。属于模拟集成电路设计技术领域。
二、背景技术
中国的北斗卫星导航系统与美国的GPS、欧洲的Galileo和俄罗斯的Glonass并称世界四大卫星导航系统，它能为人类提供导航，定位，授时等一系列服务，被广泛应用于导弹制导、海洋救生、航空航天、野外勘探及汽车导航等领域。
北斗二号是在北斗一号的基础上，中国自主研发和建立的全球卫星导航定位系统。北斗二号由卫星星座、地面监控和用户设备组成。用户设备的核心是卫星导航定位接收机。而镜像信号抑制是设计高灵敏度接收机的重要指标，因为镜像信号经过混频器的混叠，会与有用信号完全重叠，严重干扰了有用信号，大大降低了中频输出信号的信噪比，从而降低接收机的捕获和跟踪灵敏度。设计一款高镜像抑制的复数滤波器成为改善接收机性能的重要内容。
传统复数滤波器镜像抑制比不高，镜频信号经过混频器的混叠，会对有用信号产生不可逆转的干扰。
三、发明内容
本发明的基于北斗卫星定位系统接收机的高镜像抑制复数滤波器及实现方法，在该接收机中加入本滤波器，会显著增加镜像抑制，提高接收机整机的捕获和跟踪灵敏度，此外本滤波器可以加强与前端电路的隔离，减小不同电路间的互相影响。
本发明的目的在于提供一种基于北斗卫星定位系统接收机的可校准复数滤波器，提高镜像抑制，减小镜频信号干扰。
本发明的可校准复数滤波器是通过以下技术方案来实现的：
本发明的设计思路是，一种可校准复数滤波器，包括复数滤波器、调谐耦合电阻和可变增益跨导放大器电路；复数滤波器中，I路信号通过I路滤波器产生输出，Q路信号通过Q路滤波器产生输出，而频率搬移是通过I路滤波器与Q路滤波器之间的频率搬移电阻(如图1中的R17～R24)来实现。对于本可校准复数滤波器来说，其输入I路信号分为两路，一路通过可变增益跨导放大器连接至I路后级滤波电路，另外一路通过耦合电阻连接至Q路后级滤波电路；同样输入Q路信号分为两路，一路通过可变增益跨导放大器连接至Q路后级滤波电路，另外一路通过耦合电阻连接直I路后级滤波电路。
本发明的技术方案是，一种新型可校准复数滤波器，包括I路信号通道和Q路信号通道，两路信号通道相同；所述I路信号通道包括第一滤波电路；所述Q路信号包括通道第二滤波电路；第一和第二滤波电路之间通过频率搬移电阻连接；还包括两组调谐耦合电阻；所述I路信号通道还包括第一可变跨导放大器，所述Q路信号还包括第二可变增益跨导放大器；所述I路信号通道的输入信号分为两路，一路通过第一可变增益跨导放大器连接至第一滤波电路的输入端，另外一路通过第一组耦合电阻连接至第二滤波电路的输入端；所述Q路信号通道的输入信号分为两路；一路通过第二可变增益跨导放大器连接至第二滤波电路的输入端，另外一路通过第二组耦合电阻连接第一滤波电路的输入端。
本发明的优点在于：
(1)本发明的技术方案较之传统有源RC复数滤波器，提高了镜像抑制性能，提高接收机整机的捕获和跟踪灵敏度。本电路具有的可改善镜像抑制比的可调节电路，它包括分别连接在I路和Q路上的两个可变增益跨导放大器，以及四个调谐耦合电阻(R1、R2、R9和R10)。
(2)本发明的可校准复数滤波器中的可变增益跨导放大器与本可校准复数滤波器前端混频器电路起到了很好的隔离作用，并且改善了复数滤波器的镜像抑制比。由于新增加的四个调谐耦合电阻阻值都可以为几十万欧姆级别，所以在校准过程中，可变增益跨导放大器与调谐耦合电阻都对前端混频器电路几乎不产生任何影响，增大了整体接收机的稳定性和指标的唯一性。解决了传统可校准复数滤波器相位和幅度只能微调的缺点。
四、附图说明
图1是本技术方案的可校准有源RC复数滤波器电路原理图；
图2是低通滤波器转换为复数滤波器的频率响应示意图；
图3是复数滤波器传输函数示意图；
图4是对图1对应的采用传统技术的有源RC复数滤波器电路原理图。
五、具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：
复数滤波器主要的用处是在接收机中选择通过实数信号的正频域部分，抑制掉负频域部分，实现镜像抑制功能。与传统的实数滤波器相比，传统的实数滤波器在正频域和负频域有两个通带，并以零频率为中心点对称。复数滤波器只有一个通带，只能通过正频率的信号，负频率信号得以滤除。
有源RC复数滤波器的原理如下：将传统的低通滤波器的零极点往虚轴移动，即可变换为复数滤波器，频率搬移前后的频率响应特性如图2所示，搬移过程可以表示为H(jω)→H(jω-ωIF).从频谱上看，传统的低通滤波器由于在正负频率有两个通带，所以在图1中显示为以零频率为中心轴对称的两个低通滤波器传输函数。经过频率搬移，将整体传输函数搬移至以ωIF为中心对称轴的频谱响应，形成传统意义上的复数带通滤波特性，与实数滤波器相比，复数带通滤波器在负频率的对称频谱响应消失了，取而代之的是对负频率信号的较强抑制特性。复数滤波器频率搬移传输函数如图3所示，ωIF为中心频率，ωLP为低通滤波器极点频率，即频率搬移后的带通滤波器一半的通带带宽。从图3可以看到复数滤波器不是完全对称的，两个频率搬移的传输函数极性有所区别。
在电路中实现有源RC复数滤波器的方法是在两个传统低通滤波器的每级之间加入频率搬移电阻，对两个完全一样的实数低通滤波器进行频率搬移，这两个低通滤波器(可以采用现有的滤波器)是完全一样的，频率搬移电阻的连接极性有所不同。整体包含了两个完全一样的传统低通滤波器和频率搬移电阻的电路就是处理输入正交差分信号的复数带通滤波器。
当有源RC复数滤波器出现不匹配，或者输入信号出现不一致的情况时，就需要运用可校准电路来对整个滤波器通道进行信号校准。如图1所示，可变增益跨导放大器，是一种电压-电流传输放大器，可变增益跨导放大器可将电压转换为电流输入滤波器，所以可变增益跨导放大器具有传统复数滤波器的输入电阻的功能，同时，与本发明的滤波器的前端混频器电路起到了很好的隔离作用，并且可以用来改善复数滤波器的镜像抑制比。
参考图1，一种新型可校准复数滤波器，包括I路信号通道和Q路信号通道，两路信号通道相同；所述I路信号通道包括第一滤波电路；所述Q路信号包括通道第二滤波电路；第一和第二滤波电路之间通过频率搬移电阻连接；
还包括两组调谐耦合电阻；所述I路信号通道还包括第一可变跨导放大器，所述Q路信号还包括第二可变增益跨导放大器；
所述I路信号通道的输入信号分为两路，一路通过第一可变增益跨导放大器连接至第一滤波电路的输入端，另外一路通过第一组耦合电阻连接至第二滤波电路的输入端；
所述Q路信号通道的输入信号分为两路；一路通过第二可变增益跨导放大器连接至第二滤波电路的输入端，另外一路通过第二组耦合电阻连接第一滤波电路的输入端。
所述两组调谐耦合电阻包括四个调谐耦合电阻R1、R2、R9和R10；
对于I路信号通道的输入信号，设高电平为Vip，低电平为Vin；对于第一滤波电路的输出信号，设高电平为Voutip，低电平为Voutin；
对于Q路信号通道的输入信号，设高电平为Vqp，低电平为Vqn；对于第一滤波电路的输出信号，设高电平为Voutqp，低电平为Voutqn；
所述第一滤波电路输出的电平Voutip通过电阻R7连接至第一滤波电路的“+”极输入端；所述第一滤波电路输出的电平Voutin通过电阻R8连接至第一滤波电路的“－”极输入端；所述Q路信号通道的输入信号的高电平Vqp通过电阻R2连接至第一滤波电路的“+”极输入端；所述Q路信号通道的输入信号的低电平Vqn通过电阻R1第一滤波电路的“－”极输入端；
所述第二滤波电路输出的电平Voutqp通过电阻R15连接至第二滤波电路的“+”极输入端；所述第二滤波电路输出的电平Voutqn通过电阻R16连接至第二一滤波电路的“－”极输入端；所述I路信号通道的输入信号的高电平Vip通过电阻R10连接至第二滤波电路的“+”极输入端；所述I路信号通道的输入信号的低电平Vin通过电阻R9第二滤波电路的“－”极输入端。
所述四个调谐耦合电阻R1、R2、R9和R10都是十万欧姆级电阻。
当输入信号(或有源RC复数滤波器不匹配)引起I路输出幅度比Q路输出幅度大ΔV时，可以通过减小I路可变增益跨导放大器的电流来减小I路可变增益跨导放大器的跨导增益Gm，假设减小的值为ΔGm，那么对于相同的负载RLOAD，有:Vout＝Vin×Gm×RLOAD。当I路输出幅度比Q路输出幅度大ΔV时，经过调谐VIout＝VinI×(Gm-ΔGm)×RLOAD+ΔV，VQout＝VinQ×Gm×RLOAD。在幅度上，VinI＝VinQ，所以当令VIout＝VQout，即令输出没有任何幅度偏移，幅度不会引起镜像抑制的恶化，此时ΔGm＝ΔV/(VinI×RLOAD)，也就是说，只需要减小I路可变增益跨导放大器的电流来减小I路可变增益跨导放大器的跨导ΔGm，就可以消除幅度对镜像抑制的影响。同样原理，当I路输出幅度比Q路输出小幅度ΔV时，只需要增大I路可变增益跨导放大器的电流来增大I路可变增益跨导放大器的跨导ΔGm，就可以消除幅度对镜像抑制的影响。上述VinI、VIout、VinQ和VQout，反应在图1中，VinI为Vip和Vin之间的压降，VIout为Voutip和Voutin之间的压降，VinQ为Vqp和Vqn之间的压降，VQout为Voutqp和Voutqn之间的压降。
当输入信号(或有源RC复数滤波器不匹配)引起I路输出相位比Q路输出相位大Δθ时，调节图1中电阻R1和电阻R2分别大于电阻R9和电阻R10，使得I路输出相位比Q路输出相位小Δθ，从而抵消输入信号(或有源RC复数滤波器不匹配)引起的I路输出相位比Q路输出相位大的Δθ。当输入信号(或有源RC复数滤波器不匹配)引起I路输出相位比Q路输出相位小Δθ时，调节图1中电阻R1和电阻R2分别小于电阻R9和电阻R10，使得I路输出相位比Q路输出相位大Δθ，从而抵消输入信号(或有源RC复数滤波器不匹配)引起的I路输出相位比Q路输出相位小的Δθ。
Claims (3)
1.一种可校准复数滤波器，包括I路信号通道和Q路信号通道，两路信号通道相同；所述I路信号通道包括第一滤波电路；所述Q路信号包括通道第二滤波电路；第一和第二滤波电路之间通过频率搬移电阻连接；
其特征是还包括两组调谐耦合电阻；所述I路信号通道还包括第一可变增益跨导放大器，所述Q路信号还包括第二可变增益跨导放大器；
所述I路信号通道的输入信号分为两路，一路通过第一可变增益跨导放大器连接至第一滤波电路的输入端，另外一路通过第一组耦合电阻连接至第二滤波电路的输入端；
所述Q路信号通道的输入信号分为两路；一路通过第二可变增益跨导放大器连接至第二滤波电路的输入端，另外一路通过第二组耦合电阻连接第一滤波电路的输入端；
所述可变增益跨导放大器是通过调节电流来校准幅度失配；所述调谐耦合电阻来校准相位失配；
当输入信号或有源RC复数滤波器不匹配引起I路输出幅度比Q路输出幅度大ΔV时，通过减小第一可变增益跨导放大器的电流来减小第一可变增益跨导放大器的跨导增益Gm，假设减小的值为ΔGm，那么对于相同的负载RLOAD，有:Vout＝Vin×Gm×RLOAD；I路输出幅度比Q路输出幅度大ΔV时，经过调谐VIout＝VinI×(Gm-ΔGm)×RLOAD+ΔV，VQout＝VinQ×Gm×RLOAD；在幅度上，VinI＝VinQ，所以当令VIout＝VQout，即令输出没有任何幅度偏移，幅度不会引起镜像抑制的恶化，此时ΔGm＝ΔV/(VinI×RLOAD)，即只要减小I路可变增益跨导放大器的电流来减小I路可变增益跨导放大器的跨导ΔGm，就可以消除幅度对镜像抑制的影响；
同理，当I路输出幅度比Q路输出小幅度ΔV时，只需要增大第一可变增益跨导放大器的电流来增大第一可变增益跨导放大器的跨导ΔGm，即可消除幅度对镜像抑制的影响；
上述VinI为I路信号通道的输入信号电压、VIout为I路信号通道的输出信号电压、VinQ为Q路信号通道的输入信号电压和VQout为Q路信号通道的输出信号电压；
当输入信号或有源RC复数滤波器不匹配引起I路输出相位比Q路输出相位大Δθ时，调节第二组耦合电阻大于第一组耦合电阻，使得I路输出相位比Q路输出相位小Δθ，从而抵消输入信号或有源RC复数滤波器不匹配引起的I路输出相位比Q路输出相位大的Δθ；
当输入信号或有源RC复数滤波器不匹配引起I路输出相位比Q路输出相位小Δθ时，调节第二组耦合电阻小于第一组耦合电阻，使得I路输出相位比Q路输出相位大Δθ，从而抵消输入信号或有源RC复数滤波器不匹配引起的I路输出相位比Q路输出相位小的Δθ。
2.根据权利要求1所述的可校准复数滤波器，其特征是
所述两组调谐耦合电阻包括四个调谐耦合电阻R1、R2、R9和R10；
对于I路信号通道的输入信号，设高电平为Vip，低电平为Vin；对于第一滤波电路的输出信号，设高电平为Voutip，低电平为Voutin；
对于Q路信号通道的输入信号，设高电平为Vqp，低电平为Vqn；对于第一滤波电路的输出信号，设高电平为Voutqp，低电平为Voutqn；
所述第一滤波电路输出的电平Voutip通过电阻R7连接至第一滤波电路的“+”极输入端；所述第一滤波电路输出的电平Voutin通过电阻R8连接至第一滤波电路的“－”极输入端；所述Q路信号通道的输入信号的高电平Vqp通过电阻R2连接至第一滤波电路的“+”极输入端；所述Q路信号通道的输入信号的低电平Vqn通过电阻R1第一滤波电路的“－”极输入端；
所述第二滤波电路输出的电平Voutqp通过电阻R15连接至第二滤波电路的“+”极输入端；所述第二滤波电路输出的电平Voutqn通过电阻R16连接至第二一滤波电路的“－”极输入端；所述I路信号通道的输入信号的高电平Vip通过电阻R10连接至第二滤波电路的“+”极输入端；所述I路信号通道的输入信号的低电平Vin通过电阻R9第二滤波电路的“－”极输入端。
3.根据权利要求1或2所述的可校准复数滤波器，其特征是所述两组调谐耦合电阻都是十万欧姆级电阻。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JIANGSU BONA RAINFIELD ELECTRONICS LTD. Free format text: FORMER OWNER: JIANGSU TIANYUAN ELECTRONIC CO., LTD. Effective date: 20150204 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 215123 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE TO: 210016 NANJING, JIANGSU PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150204 Address after: 210016 floor, block B, Whampoa science and technology building, No. 2 Whampoa Road, Xuanwu District, Jiangsu, Nanjing, China Applicant after: BONA RAINFIELD ELECTRONICS Ltd. Address before: Suzhou City, Jiangsu Province, Suzhou Industrial Park 215123 Xinghu Street No. 328 Creative Industry Park 2-B405 unit Applicant before: JIANGSU TIANYUAN ELECTRONIC Co.,Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150826 |