CN103969666A - 一种高灵敏度射频接收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度射频接收系统及方法，包括用于分别接收B1和B3频点卫星信号的B1天线和B3天线，所述的B1天线和B3天线分别依次与各自的片外低噪声放大器和各自频点的片外射频滤波器相连，所述的两个片外射频滤波器对接收到的两个频点的卫星信号进行滤波后分别与双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口相连，双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口接收卫星信号，通过双通道射频芯片内部的下变频功能下变频至两个中频输出端口，所述的双通道射频芯片的两个中频输出端口与片外数字处理单元相连接。减少了该系统的功耗和体积，同时采用高集成度的芯片有效的降低了信噪比，提高了整个系统的灵敏度。

Description

一种高灵敏度射频接收系统及方法

技术领域

本发明属于高灵敏度接收前端的射频系统技术领域，涉及一种高灵敏度射频接收系统及方法，尤其涉及一种基于双通道射频模拟前端芯片实现的多通道并行高灵敏度射频接收系统及方法。

背景技术

现有的卫星导航高灵敏度技术都是通过多通道并行射频模块的选择放大及下变频，再由高灵敏度数字处理部分进行信号处理来实现高灵敏接收的，从而保证接收机实现正确定位。对于多频点高灵敏度射频的并行运作就需要多数量的射频通道去接收。

同时为了保证后期数字处理的方便稳定，需要在多频点的卫星信号进入高灵敏度接收前端之前设置射频接收系统，目前用于高灵敏度接收前端的射频接收系统，都是由分立器件搭接而成的，由于其使用的器件数量多，同时大量的器件又会消耗较多的功耗，对于多路微弱卫星信号的环境使用的就需要多路的设计要求，这就会更大的消耗功率，导致整个系统的续航能力不够。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种具有体积小，低功耗的高灵敏度射频接收系统及方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高灵敏度射频接收系统，包括用于分别接收B1和B3频点卫星信号的B1天线和B3天线，所述的B1天线和B3天线分别依次与各自的片外低噪声放大器和各自频点的片外射频滤波器相连，所述的两个片外射频滤波器对接收到的两个频点的卫星信号进行滤波后分别与双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口相连，双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口接收B1和B3频点的两路卫星信号，通过双通道射频芯片内部的下变频功能下变频至两个中频输出端口，所述的双通道射频芯片的两个中频输出端口与片外数字处理单元相连接。

所述的双通道射频芯片内部包含两个频点并行的通道，所述的通道包含以下模块射频低噪放模块、射频推动放大器、下变频混频器、中频滤波器、中频放大器、中频可变增益放大器AGC及多位ADC模数转化器，AGC将转换后的模拟中频信号送入片外ADC转换后传递给片外数字处理单元或多位ADC模数转化器将转换后的数字中频信号传递给片外数字处理单元。

所述的双通道射频芯片还包括用于对中频信号的自动增益调节和对双通道射频芯片内部各寄存器进行参数配置的SPI编程接口。

所述的多位ADC模数转化器为4位ADC模数转化器。

所述的AGC将转换后的模拟中频信号通过中频输出端口B1OUT和B3OUT传递给片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元或直接通过片内多位ADC模数转化器将转换后的数字中频信号通过数字输出端传递给片外数字处理单元。

一种基于高灵敏度射频接收系统的高灵敏度射频接收方法，包括以下步骤：

1)B1和B3天线接收B1和B3卫星频点的卫星信号，并将接收下来的两路卫星信号通过各自的片外低噪声放大器进行低噪声放大处理，并将经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号输入到各自频点的片外射频滤波器中；

2)各自频点的片外射频滤波器对接收到的经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号进行滤波处理，滤除带外干扰信号，并将滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号经双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口输入到双通道射频芯片中；

3)双通道射频芯片对接收到的两路B1和B3频点的卫星信号进行放大、下变频、滤波及放大后，得到两路B1和B3频点的中频信号，该中频信号经两个中频输出端口送入到片外数字处理单元。

所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频器中进行下变频处理的到下变频后的两路中频信号；

下变频后的两路中频信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

中频信号经中频放大器、AGC及多位ADC模数转换器转换后变成两路数字中频信号，该数字中频信号经4位数字输出端送入到片外数字处理单元。

所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频器中进行下变频处理的到下变频后的两路中频信号；

下变频后的两路B1和B3频点的卫星信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

中频信号经中频放大器和AGC放大后变成两路模拟中频信号，该模拟中频信号经两个中频输出端口B1OUT和B3OUT送入到片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的高灵敏度射频接收系统及方法，在接收北斗卫星的两个频点B1和B3的卫星信号时，通过设置片外低噪声放大器、各自频点的片外射频滤波器和双通道射频芯片组成一个射频接收系统。通过芯片内部的低噪声放大器和外部的低噪放配合使用可以有效的降低信噪比，提升整个系统的灵敏度。同时，该高集成度的双通道射频芯片大大降低了整个系统的功耗。

本发明采用高集成度的双通道射频芯片，来进行多模并行高灵敏度射频接收系统的设计，将以往很多个器件的电路设计，简化为一个通道一个芯片就能完成的工作，集成了以往多个器件的功能，传统的整个射频系统包含离散的低噪声放大器，混频器，滤波器，中频放大器、AGC等模块，这样，该发明因为器件数量的减少，相比离散器件组成的系统来说大大减小了这个系统的体积和功耗，且电路设计简单。该芯片最大的特点就是集成了中频滤波器和AGC模块。相比于外接中频滤波器，集成于芯片内部的中频滤波器大大减小了电路板的体积，并且内部中频滤波器的性能良好。其另外一独特之处在于集成于芯片的AGC模块，它不仅能够接收功率较弱的卫星信号进行线性的放大，也能防止外来大信号对整个系统性能特别是线性度的影响。

附图说明

图1为本发明使用的双通道射频芯片的示意图；

图2为本发明提供的高灵敏度射频接收系统结构示意图；

图3为本发明提供的高灵敏度射频接收方法流程示意图一；

图4为本发明提供的高灵敏度射频接收方法流程示意图二；

图5为本发明提供的高灵敏度射频接收方法流程示意图三。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1、图2，一种高灵敏度射频接收系统，包括用于分别接收B1和B3频点卫星信号的B1天线和B3天线，所述的B1天线和B3天线分别依次与各自的片外低噪声放大器和各自频点的片外射频滤波器相连，所述的两个片外射频滤波器对接收到的两个频点的卫星信号进行滤波后分别与双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口相连，双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口接收B1和B3频点的两路卫星信号，通过双通道射频芯片内部的下变频功能下变频至两个中频输出端，所述的双通道射频芯片的两个中频输出端口与片外数字处理单元相连接。

其中，所述的双通道射频芯片内部包含两个频点并行的通道，所述的通道均包含以下模块射频低噪放模块、射频推动放大器、下变频混频器、中频滤波器、中频放大器、中频可变增益放大器AGC及4位ADC模数转化器，所述的AGC将模拟中频信号通过中频输出端口B1OUT和B3OUT传递给片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元或直接通过片内4位ADC模数转化器将转换的数字中频信号通过数字输出端传递给片外数字处理单元。

同时，所述的双通道射频芯片还包括用于对中频信号的自动增益调节和对双通道射频芯片内部各寄存器进行参数配置的SPI编程接口。

具体的，参见图2，该射频接收系统主要由3部分组成：低噪声放大器、射频滤波器、双通道射频芯片。

每一部分的功能表示如下：

低噪声放大器：对各自频点天线接收进来的卫星信号进行放大，同时降低整个系统的噪声系数。

射频滤波器：对各自频点的输入卫星信号进行滤波，滤除带外干扰。

射频芯片：如图一所示。双通道射频芯片内部两个频点的并行通道包含的模块分别是集成了两个不同参数组成的射频低噪放模块，射频推动放大器，下变频混频器，中频滤波器，中频放大器，AGC(中频可变增益放大器)及4位ADC模数转化器功能模块，ADC能够输出数字信号并转递给片外数字处理单元进行处理，也可以不经过ADC模数转化器直接将经过AGC处理后的模拟信号经片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元。因此该芯片能够同时两个频点的信号放大和下变频功能。

本发明北斗卫星的两个频点B1和B3信号，通过双通道射频芯片的两个输入接口B1RFIN和B3RFIN接收卫星信号，通过芯片内部的下变频功能下变频至两个中频输出端口，由于芯片内部的低噪声放大器和外部的低噪声放大器配合使用可以有效的降低信噪比，提升整个系统的灵敏度。该高集成度的双通道射频芯片大大降低了整个电路系统的功耗。

参见图3至图4，一种基于所述高灵敏度射频接收系统的高灵敏度射频接收方法，包括以下步骤：

1)B1和B3天线接收B1和B3卫星频点的卫星信号，并将接收下来的两路卫星信号通过各自的片外低噪声放大器进行低噪声放大处理，并将经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号输入到各自频点的片外射频滤波器中。通过相对应的片外低噪声放大器放大卫星信号，降低系统的噪声系数，提高整个系统的信噪比，这是接收弱功率卫星信号的重要一步。

2)各自频点的片外射频滤波器对接收到的经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号进行滤波处理，滤除带外干扰信号，取出有用的卫星信号，并将滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号经双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口输入到双通道射频芯片中。

3)所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

4)将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频滤波器中进行下变频处理的到下变频后的两路B1和B3频点的卫星信号；

5)下变频后的两路B1和B3频点的卫星信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

6)中频信号经中频放大器、AGC及4位ADC模数转换器转换后变成两路数字中频信号，该数字中频信号经4位数字输出端AD0、AD1、AD2、AD3送入到片外数字处理单元。需要说明的是，所述的双通道射频芯片为双通道双模射频芯片。

参见图5，一种基于所述高灵敏度射频接收系统的高灵敏度射频接收方法，包括以下步骤：

1)B1和B3天线接收B1和B3卫星频点的卫星信号，并将接收下来的两路卫星信号通过各自的片外低噪声放大器进行低噪声放大处理，并将经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号输入到各自频点的片外射频滤波器中。通过相对应的片外低噪声放大器放大卫星信号，降低系统的噪声系数，提高整个系统的信噪比，这是接收弱功率卫星信号的重要一步。

2)各自频点的片外射频滤波器对接收到的经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号进行滤波处理，滤除带外干扰信号，取出有用的卫星信号，并将滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号经双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口输入到双通道射频芯片中。

3)所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

4)将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频器中进行下变频处理的到下变频后的两路中频信号；

5)下变频后的两路中频信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

6)中频信号经中频放大器和AGC放大后变成两路模拟中频信号，该模拟中频信号经两个中频输出端口B1OUT和B3OUT送入到片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元。需要说明的是，所述的双通道射频芯片为双通道双模射频芯片。且在将模拟中频信号送入到片外数字处理单元之前，需要将该模拟中频信号经过片外的运算放大器放大后，在经过模数转换变换成数字信号后输入到片外数字处理单元。

其中，参见图2，首先，经过两个频点B1和B3的天线接收卫星信号，接收下来的两路卫星信号通过各自片外的低噪声放大器对接收到的卫星信号进行低噪声放大，这样可以降低整个系统的噪声系数。其次，两路放大的卫星信号通过各自频点的片外射频滤波器，滤除带外干扰信号。再次，两路B1和B3频点的卫星信号分别进入高集成度的北斗双通道双模射频芯片的射频输入端口，分别通过双通道射频芯片的两个通道对卫星信号的处理输出中频信号，具体就是分别通过对双通道射频芯片内部两通道内寄存器的参数配置以及芯片外部的中频滤波器共同作用下实现的，其中，芯片内部寄存器配置是通过如图一所示的SPI编程接口进行编程实现的，通过SPI编程接口编程芯片内部集成的寄存器，配置内部的寄存器完成芯片的接收功能。此外通过SPI编程接口调整芯片内部的AGC寄存器的参数配置，实现中频信号的自动增益调节功能(AGC)。最后经两个中频输出端口B1OUT和B3OUT输出的中频信号经过片外的运算放大器放大后输出，待输入到片外数字处理单元，该片外的运算放大器能够放大中频信号同时能够驱动高阻ADC芯片。

该发明使用的双通道射频芯片，集成了以往多个器件的功能，传统的整个射频系统包含低噪声放大器，混频器，滤波器，中频放大器、AGC等模块，这样相比离散器件组成的系统，该系统使用一个高集成度的双通道射频芯片就可以实现这些功能，因而大大减小了这个系统的体积和功耗。该芯片最大的特点就是集成了中频滤波器和AGC模块。相比于外接中频滤波器，集成于芯片内部的中频滤波器大大减小了电路板的体积，并且内部中频滤波器的性能良好。其另外一独特之处在于集成于芯片的AGC模块，它不仅能够接收功率较弱的卫星信号进行线性的放大，也能防止外来大信号对整个系统性能特别是线性度的影响。

由于本实用新型采用了高集成度的射频芯片来进行多模并行高灵敏度射频接收系统的设计，将以往很多个器件的电路设计，简化为一个通道一个芯片就能完成的工作，也因为器件数量的减少，功耗的消耗也大大减少，电路设计简单，电路体积大大减小。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高灵敏度射频接收系统，其特征在于，包括用于分别接收B1和B3频点卫星信号的B1天线和B3天线，所述的B1天线和B3天线分别依次与各自的片外低噪声放大器和各自频点的片外射频滤波器相连，所述的两个片外射频滤波器对接收到的两个频点的卫星信号进行滤波后分别与双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口相连，双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口接收B1和B3频点的两路卫星信号，通过双通道射频芯片内部的下变频功能下变频至两个中频输出端口，所述的双通道射频芯片的两个中频输出端口与片外数字处理单元相连接。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度射频接收系统，其特征在于，所述的双通道射频芯片内部包含两个频点并行的通道，所述的通道包含以下模块射频低噪放模块、射频推动放大器、下变频混频器、中频滤波器、中频放大器、中频可变增益放大器AGC及多位ADC模数转化器，AGC将转换后的模拟中频信号送入片外ADC转换后传递给片外数字处理单元或多位ADC模数转化器将转换后的数字中频信号传递给片外数字处理单元。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度射频接收系统，其特征在于，所述的双通道射频芯片还包括用于对中频信号的自动增益调节和对双通道射频芯片内部各寄存器进行参数配置的SPI编程接口。

4.根据权利要求2所述的高灵敏度射频接收系统，其特征在于，所述的多位ADC模数转化器为4位ADC模数转化器。

5.根据权利要求2所述的高灵敏度射频接收系统，其特征在于，所述的AGC将模拟中频信号通过中频输出端口B1OUT和B3OUT传递给片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元或直接通过片内多位ADC模数转化器将转换的数字中频信号通过数字输出端传递给片外数字处理单元。

6.一种基于权利要求1所述高灵敏度射频接收系统的高灵敏度射频接收方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)B1和B3天线接收B1和B3卫星频点的卫星信号，并将接收下来的两路卫星信号通过各自的片外低噪声放大器进行低噪声放大处理，并将经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号输入到各自频点的片外射频滤波器中；

2)各自频点的片外射频滤波器对接收到的经过低噪声放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号进行滤波处理，滤除带外干扰信号，并将滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号经双通道射频芯片的B1RFIN和B3RFIN输入接口输入到双通道射频芯片中；

3)双通道射频芯片对接收到的两路B1和B3频点的卫星信号进行放大、下变频、滤波及放大后，得到两路B1和B3频点的中频信号，该中频信号经两个中频输出端口送入到片外数字处理单元。

7.根据权利要求6所述的高灵敏度射频接收方法，其特征在于，所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频器中进行下变频处理的到下变频后的两路中频信号；

下变频后的两路中频信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

中频信号经中频放大器、AGC及多位ADC模数转换器转换后变成两路数字中频信号，该数字中频信号经4位数字输出端送入到片外数字处理单元。

8.根据权利要求6所述的高灵敏度射频接收方法，其特征在于，所述的双通道射频芯片经B1RFIN和B3RFIN输入接口接收到滤除带外干扰信号后的两路B1和B3频点的卫星信号后，将两路B1和B3频点的卫星信号在其内部的射频低噪放模块中进行低噪放大处理，并将经低噪放大处理后两路B1和B3频点的卫星信号在射频推动放大器中进行推动放大处理，得到推动放大后的两路B1和B3频点的卫星信号；

将推动放大处理后的两路B1和B3频点的卫星信号在下变频混频器中进行下变频处理的到下变频后的两路中频信号；

下变频后的两路中频信号进入到中频滤波器中，在中频滤波器中进行中频滤波处理，得到中频信号；

中频信号经中频放大器和AGC放大后变成两路模拟中频信号，该模拟中频信号经两个中频输出端口B1OUT和B3OUT送入到片外ADC进行数字化处理后传递给片外数字处理单元。