CN103457618A - 射频芯片前端系统及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信领域，公开了一种射频芯片前端系统及其信号处理方法。本发明中，由低噪声放大器中的陷波滤波器，对接收信号中的干扰信号（如GSM信号）进行抑制，另外，可以进一步通过采用内嵌入滤波器的混频器对干扰做进一步的抑制，以保证解调信号的准确性。再由跨阻放大器将经干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择。由于低噪声放大器内部包含有可对接收信号中的干扰信号进行抑制的陷波滤波器，因此在终端内可以取消使用高成本的SAW滤波器，从而降低芯片面积和功耗，提高芯片性能。

Description

射频芯片前端系统及其信号处理方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线通信领域中的信号干扰抑制技术。

背景技术

中国移动多媒体广播（China Mobile Multimedia Broadcasting，简称“CMMB”）是国内自主研发的第一套面向手机、笔记本电脑等多种移动终端的系统，利用S波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持25套电视和30套广播节目。2006年10月24日，国家广电总局正式颁布中国移动多媒体广播（俗称手机电视）行业标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。中国移动多媒体广播规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率，通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可实现全国漫游。

目前的CMMB手机无线通信产品，基本上均采用板级SAW滤波器，滤除GSM（全球移动通信系统）发射/接收干扰，但是由于SAW滤波器价格高，占用面积大，使得CMMB手机成本较高，不利于提高CMMB手机的市场竞争力。而且，由于目前CMMB手机无线通信系统一般采用片外SAW滤波器以滤除GSM发射/接收干扰信号，也不利于CMMB手机的面积及功耗的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频芯片前端系统及其信号处理方法，使得在终端内可以取消使用高成本的SAW滤波器，从而降低芯片面积和功耗，提高了芯片性能，同时也有效节约了成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种射频芯片前端系统，包含：接收天线、低噪声放大器、射频驱动电路、混频器、跨阻放大器和模拟滤波器；

所述接收天线将接收到的信号传输给所述低噪声放大器；

所述低噪声放大器对输入信号中的干扰信号进行抑制；其中，所述低噪声放大器包含陷波滤波器，通过包含的陷波滤波器，对所述输入信号中的干扰信号进行抑制；

所述射频驱动电路的输入端与所述低噪声放大器的输出端相连，所述射频驱动电路的输出端与所述混频器的输入端相连，所述混频器的输出端与所述跨阻放大器的输入端相连，由所述跨阻放大器将经所述干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给所述模拟滤波器，进行信号带宽选择。

本发明的实施方式还提供了一种射频芯片前端系统的信号处理方法，包含以下步骤：

通过接收天线接收信号；

由低噪声放大器对所述接收到的信号中的干扰信号进行抑制，所述抑制后的信号经射频驱动电路和混频器输入到跨阻放大器；

由所述跨阻放大器将经所述干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择；

其中，所述低噪声放大器通过包含的陷波滤波器，对输入信号中的干扰信号进行抑制。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由低噪声放大器中的陷波滤波器，对接收信号中的干扰信号（如GSM信号）进行抑制，低噪声放大器的输出信号经混频器输入到跨阻放大器，由跨阻放大器将经干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择。由于低噪声放大器内部包含有可对接收信号中的干扰信号进行抑制的陷波滤波器，因此在终端内可以取消使用高成本的SAW滤波器，从而降低芯片面积和功耗，提高芯片性能。也就是说，本发明的射频芯片前端系统具备结构简单，性能较好，功耗低，整体应用芯片面积小等优点，实现了射频前端板级无SAW滤波器的终端，而且由于系统成本的降低，也提高市场竞争力。

优选地，陷波滤波器为高Q陷波滤波器，由于高Q陷波滤波器在GSM信号附近呈现低阻抗值，在有用信号呈现高阻抗值，另外在低频点附近同样有低阻抗值功能，因此采用高Q陷波滤波器，可以进一步保证干扰信号的抑制效果，而且对有用信号不会产生较大的影响。

优选地，低噪声放大器还包含有核心放大管，通过该核心放大管将所述低噪声放大器的输入信号中的有用信号进行低噪声无损放大。通过对有用信号的放大，可以进一步有效提高芯片性能。

优选地，低噪声放大器为采用单输入双输出电路的低噪声放大器，实现单入双出转化，省去双端输入的BALUN（平衡-不平衡转换器）。

优选地，混频器可以是嵌入有滤波器的混频器。通过采用内嵌入滤波器的混频器对干扰做进一步的抑制，保证了解调信号的准确性。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的射频芯片前端系统结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中的低噪声放大器结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的陷波滤波器采用高Q陷波滤波器方案的示意图；

图4是根据本发明第一实施方式中的采用高Q陷波滤波器的仿真结果示意图；

图5是根据本发明第二实施方式的射频芯片前端系统结构示意图；

图6是根据本发明第三实施方式的射频芯片前端系统的信号处理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种射频芯片前端系统。本实施方式中的射频芯片前端系统包含：接收天线、低噪声放大器、射频驱动电路、混频器、跨阻放大器（TIA）和模拟滤波器，如图1所示，接收天线将接收到的信号传输给低噪声放大器，由低噪声放大器通过包含的陷波滤波器对输入信号中的干扰信号进行抑制。射频驱动电路的输入端与低噪声放大器的输出端相连，射频驱动电路的输出端与述混频器的输入端相连，混频器的输出端与跨阻放大器的输入端相连，由跨阻放大器将经干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给所述模拟滤波器，进行信号带宽选择。

具体地说，低噪声放大器（LNA）由输入匹配网络1、核心放大管2、单输入双输出电路（S2D）3，陷波滤波器（Notch filter）4，由电阻实现的输出负载网络5组成，如图2所示。低噪声放大器的输入信号经过输入匹配网络1进行阻抗匹配后，传输至核心放大管2，经核心放大管2将有用信号（即CMMB信号）进行低噪声无损放大，该核心放大管2一般可采用cascode（共源共栅）结构。通过该核心放大管将所述低噪声放大器的输入信号中的有用信号进行低噪声无损放大。通过对有用信号的放大，可以进一步有效提高芯片性能。

核心放大管2输出的信号通过单输入双输出电路3传输至陷波滤波器4，由陷波滤波器4对输入信号中的干扰信号（如GSM信号）进行抑制。陷波滤波器4将经干扰信号抑制后的信号通过所述输出负载网络5输出。

其中，输入匹配网络计算的谐振频率Zin如下：

$\mathrm{Zin}=s(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls}/2)+\frac{1}{\mathrm{sCp}}+\frac{\mathrm{Gm}\·\mathrm{Ls}}{\mathrm{Cp}}$

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{2\mathrm{\Π}\sqrt{(\mathrm{Lg}+\mathrm{Ls})\·\mathrm{Cp}}}$

其中，s=jω，Lg为输入栅极匹配电感，Gm为输入管跨导，输入匹配时， $\mathrm{Zin}=\frac{\mathrm{Gm}\·\mathrm{Ls}}{\mathrm{Cp}}.$

不难发现，本实施方式中具有窄带结构的低噪声放大器具备噪声低，线性度好，功耗低等特点，通过调整匹配电容Cp的值改变匹配网络的谐振频率，从而实现宽带匹配。另外采用S2D单转双方案，实现单端输入，省去双端输入的BALUN（平衡-不平衡转换器）。

值得一提的是，在本实施方式中，陷波滤波器采用高Q陷波滤波器（Enhance-Q notch filter）。对于CMMB信号来说，带宽在470M~800M，GSM信号在900M左右，频带距离很近，如果直接在LNA的基础上加上陷波滤波器的功能对GSM信号干扰进行抑制，在硅片上实现高Q的电感负责度较高，对有用信号也会同时受到影响，噪声系数容易恶化。因此，在本实施方式中通过采用有源高Q电路方案，如图3所示，实现对干扰的抑制，同时对有用信号不会受大的影响。

具体地说，如图3所示，高Q陷波滤波器输入等效阻抗为：

$Z_{\mathrm{notch}}=\frac{1+s^2(L_1{C}_1+L_2{C}_2+L_1{C}_2)+s^4\left(L_1{C}_1{L}_2{C}_2\right)}{s{C}_2(1+s^2{L}_1{C}_1)},$ 其中，s=jω。

理想情况下，在GSM信号附近呈现低阻抗值，在有用信号呈现高阻抗值，另外在低频点附近同样有低阻抗值功能，说明本发明的高Q陷波滤波器，具有的功能是对GSM信号干扰以及低频附近进行抑制，而对有用信号进行低噪声无损放大。仿真结果如图4所示，图中横坐标表示频率，纵坐标表示幅度。

低噪声放大器对输入信号中的干扰信号进行抑制后，经过射频驱动电路和混频器输出给跨阻放大器，由跨阻放大器将经干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择。

不难发现，在本实施方式中，由于低噪声放大器内部包含有可对接收信号中的干扰信号进行抑制的陷波滤波器，因此在终端内可以取消使用高成本的SAW滤波器，从而降低芯片面积和功耗，提高芯片性能。也就是说，本发明的射频芯片前端系统具备结构简单，性能较好，功耗低，整体应用芯片面积小等优点，实现了射频前端板级无SAW滤波器的终端，而且由于系统成本的降低，也提高市场竞争力。而且，由于高Q陷波滤波器在GSM信号附近呈现低阻抗值，在有用信号呈现高阻抗值，另外在低频点附近同样有低阻抗值功能，因此采用高Q陷波滤波器，可以进一步保证干扰信号的抑制效果，而且对有用信号不会产生较大的影响。

本发明的第二实施方式涉及一种射频芯片前端系统。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第二实施方式中，混频器为嵌入有滤波器的混频器，如图5所示。

具体地说，天线接收下来的有用信号和干扰经过低噪声放大器（LNA）进行处理之后，有用信号进行了放大，干扰进行了抑制，但由于在GSM最恶化的情况下，发射功率可达到33dBm，经过天线接收至少有18dBm，经过LNA抑制40dB，还有-22dBm的干扰，对后续处理电路还可能存在一定的影响。因此，在本实施方式中，通过采用内嵌入滤波器的混频器对干扰做进一步的抑制，如采用RC滤波器作为嵌入的滤波器，带宽可以选择在10M左右，以对干扰做进一步的抑制，达到对信号解调没有大影响的效果，从而保证了解调信号的准确性。

本发明第三实施方式涉及一种射频芯片前端系统的信号处理方法，具体流程如图6所示。

在步骤601中，终端通过接收天线接收信号，本步骤与现有技术相同，在此不再赘述。

接着，在步骤602中，由射频芯片前端系统中的低噪声放大器对接收到的信号中的干扰信号进行抑制。具体地说，低噪声放大器在对接收到的信号中的干扰信号进行抑制前，可先对该低噪声放大器的输入信号中的有用信号进行低噪声无损放大，然后该低噪声放大器通过包含的陷波滤波器，对输入信号中的干扰信号进行抑制。在本步骤中，陷波滤波器可采用高Q陷波滤波器。值得一提的是，在本实施方式中，低噪声放大器可以是采用单输入双输出电路的低噪声放大器。

接着，在骤603中，低噪声放大器的输出信号经射频驱动电路和混频器输入到跨阻放大器，由跨阻放大器将经所述干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种射频芯片前端系统的信号处理方法，第四实施方式在第三实施方式的基础上作了进一步改进，主要改进之处在于：在本发明第三实施方式中，混频器为嵌入有滤波器的混频器，在混频器将信号输入到跨阻放大器之前，由该嵌入有滤波器的混频器对低噪声放大器的输出信号进行干扰抑制；其中，混频器由射频驱动电路驱动。也就是说，跨阻放大器进行转换的信号为经嵌入有滤波器的混频器进行干扰抑制后的信号。

由嵌入有滤波器的混频器对低噪声放大器的输出信号进行干扰抑制；其中，所述混频器由射频驱动电路驱动。该跨阻放大器进行转换的信号为经所述混频器进行干扰抑制后的信号。在本实施方式中，该混频器中嵌入的滤波器，可以采用电阻电容RC滤波器。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

另外，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种射频芯片前端系统，其特征在于，包含：接收天线、低噪声放大器、射频驱动电路、混频器、跨阻放大器和模拟滤波器；

所述接收天线将接收到的信号传输给所述低噪声放大器；

所述低噪声放大器对输入信号中的干扰信号进行抑制；其中，所述低噪声放大器包含陷波滤波器，通过包含的陷波滤波器，对所述输入信号中的干扰信号进行抑制；

所述射频驱动电路的输入端与所述低噪声放大器的输出端相连，所述射频驱动电路的输出端与所述混频器的输入端相连，所述混频器的输出端与所述跨阻放大器的输入端相连，由所述跨阻放大器将经所述干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给所述模拟滤波器，进行信号带宽选择。

2.根据权利要求1所述的射频芯片前端系统，其特征在于，所述陷波滤波器为高Q陷波滤波器。

3.根据权利要求1所述的射频芯片前端系统，其特征在于，所述低噪声放大器还包含有核心放大管，通过该核心放大管将所述低噪声放大器的输入信号中的有用信号进行低噪声无损放大。

4.根据权利要求3所述的射频芯片前端系统，其特征在于，

所述低噪声放大器为采用单输入双输出电路的低噪声放大器。

5.根据权利要求4所述的射频芯片前端系统，其特征在于，所述低噪声放大器还包含：输入匹配网络和输出负载网络；

所述低噪声放大器的输入信号经所述输入匹配网络传输至所述核心放大管，经所述核心放大管将所述有用信号放大后，通过所述单输入双输出电路将信号传输至所述陷波滤波器，所述陷波滤波器将经干扰信号抑制后的信号通过所述输出负载网络输出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的射频芯片前端系统，其特征在于，

所述混频器为嵌入有滤波器的混频器。

7.根据权利要求6所述的射频芯片前端系统，其特征在于，

所述嵌入的滤波器为电阻电容RC滤波器。

8.一种射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

通过接收天线接收信号；

由低噪声放大器对所述接收到的信号中的干扰信号进行抑制，所述抑制后的信号经射频驱动电路和混频器输入到跨阻放大器；

由所述跨阻放大器将经所述干扰信号抑制后的信号转换为电流输入给模拟滤波器，进行信号带宽选择；

其中，所述低噪声放大器通过包含的陷波滤波器，对输入信号中的干扰信号进行抑制。

9.根据权利要求8所述的射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，

所述陷波滤波器为高Q陷波滤波器。

10.根据权利要求8所述的射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，还包含以下步骤：

所述低噪声放大器在对所述接收到的信号中的干扰信号进行抑制前，对输入信号中的有用信号进行低噪声无损放大。

11.根据权利要求8所述的射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，

所述低噪声放大器为采用单输入双输出电路的低噪声放大器。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，所述混频器为嵌入有滤波器的混频器，在所述混频器将信号输入到所述跨阻放大器之前，还执行以下步骤：

由所述嵌入有滤波器的混频器对低噪声放大器的输出信号进行干扰抑制；其中，所述混频器由所述射频驱动电路驱动；

所述跨阻放大器进行转换的信号为经所述嵌入有滤波器的混频器进行干扰抑制后的信号。

13.根据权利要求12所述的射频芯片前端系统的信号处理方法，其特征在于，

所述嵌入的滤波器为电阻电容RC滤波器。

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