CN104363025A - 一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子通信领域，具体涉及一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片及接收机。本发明提供一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，包括对射频信号进行幅度控制的射频可变衰减器和电源管理模块，射频可变衰减器将射频信号输送到射频低噪声放大器，射频低噪声放大器将经过放大的射频信号输送到宽频带混频器，宽频带混频器将射频信号变为中频信号输送到中频功率放大器，中频功率放大器将中频信号进行放大后输出。本发明还提供了一种移动通信中频拉远系统的射频接收机，包括移动通信中频拉远系统的射频接收芯片。该接收机使用频率范围宽，相位噪声低，能应用于LTE网络覆盖且网络覆盖质量好，同时能满足收发通道线性度的要求。

Description

一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片及接收机

技术领域

本发明涉及电子通信领域，具体涉及一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片及接收机。

背景技术

现有技术中，随着移动通信的发展，用户在大型建筑物，尤其是酒店、商务和商业中心内使用移动电话所产生的话务量日益增加，统计表明70％的业务量、90％的数据业务发生在室内，高价值商务客户80％的工作时间位于室内，20％的室内覆盖未来将带来80％的收益，因此网络运营商要求能够提供良好的室内网络覆盖。由于3G和4G LTE的部署频段主要以2GHz，2.3GHz以及2.6GHz的高频段为主，其传播特性较差、路径损耗较大，导致覆盖距离短，存在的盲区多，因此对室内网络覆盖的需求更高。分布系统是实现室内网络覆盖的重要方式，其容量配置灵活，能适应各种覆盖场景需求。根据传输方式的不同，分布系统可以分为射频拉远系统，中频拉远系统和数字基带拉远系统三种。传统的射频拉远系统需要较多的射频电缆，因此布线施工困难，由于射频电缆在高频时的损耗很大，导致拉远距离较短，一般小于60米，系统成本较高；数字基带拉远系统采用光纤传输数字基带信号，可以进行远距离5千米距离拉远，但其光纤网络架设成本高，远端包括光收发系统，数字基带系统和射频收发系统，导致硬件复杂，成本较高；中频拉远系统将无线基站中的射频收发部分与基带数字信号处理部分在模拟中频处分开，通过基站室内单元的模拟中频接口，将射频收发信机拉远至天线附近。中频拉远技术采用中频电缆或者五类线等介质传输中频信号，所用的电缆数量大大减少，而且布线灵活方便，成本低廉，由于中频信号在电缆中的损耗较小，使得中频拉远的距离较大，大于300米，极大的增加了组网的灵活性。中频拉远技术在移动通信网络覆盖中具有极大的实用价值。

现有中频拉远方案中的射频收发机大多采用分立器件或者多款芯片组合来实现，存在体积大，功耗大，一致性差，成本较高等缺点，不利于大规模网络覆盖的应用。而市场上已有的单芯片收发机的频率范围太窄，相位噪声太高，无法应用于LTE网络覆盖，且收发通道的线性度太低，难以满足实际需求，导致网络覆盖质量差。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种能更好地满足移动通信中频拉远系统网络覆盖的芯片，该芯片频率范围宽，相位噪声低，能应用于LTE网络覆盖且网络覆盖质量好，同时能满足收发通道线性度的要求。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，所述芯片包括对射频信号进行幅度控制的射频可变衰减器和电源管理模块，所述射频可变衰减器将射频信号输送到射频低噪声放大器，所述射频低噪声放大器将经过放大的射频信号输送到宽频带混频器，所述宽频带混频器将射频信号变为中频信号输送到中频功率放大器，所述中频功率放大器将所述中频信号进行放大后输出。

进一步地，述宽频带混频器与本振缓冲放大器、切换开关和频率综合器按照顺序串联连接。

进一步地，所述频率综合器为宽频带频率综合器。

进一步地，所述频率综合器与第一压控振荡器、第二压控振荡器和第三压控振荡器并联连接。

进一步地，所述频率综合器为双模整数分频结构，所述双模整数分频结构包括顺序连接的前置预分频器、PS计数器、参考频率分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和锁定检测电路。

进一步地，所述频率综合器内部设有压控振荡电路的自动校准电路，所述自动校准电路校准压控振荡电路的电容开关阵列。

本发明还提供了一种移动通信中频拉远系统的射频接收机，所述射频接收机包括以上任一所述的移动通信中频拉远系统的射频接收芯片。

与现有技术相比，优越效果在于：本发明提供的接收机芯片和接收机适用于700MHz到2700MHz频率范围内的射频信号接收，特别适用于移动通信中频拉远系统的射频信号接收，芯片同时集成了接收通道和宽带频率综合器(PLL)，满足各种移动通信标准要求。芯片接收通道最小增益20dB，最大增益36dB，可以1dB/step的步进调节，最小噪声系数(NF)7dB，输入三阶互调点(IIP3)大于-8dBm，最高可达+8dBm。芯片内部集成的PLL可以提供频率范围在700M到2700MHz的高质量本振信号：鉴相频率5MHz，本振频率2600MHz时，频偏10KHz时,频率综合器的相位噪声为-102dBc/Hz。本发明实现了高集成度、高性能、低功耗、低成本、小型化的中频拉远系统射频接收机芯片。

附图说明

图1为本发明所述芯片的电路模块图。

附图标记如下：

1-中频功率放大器，2-宽频功率放大器，3-本振缓冲放大器，4-切换开关，5-频率综合器，6-第一压控振荡器，7-第二压控振荡器，8-第三压控振荡器，9-电源管理模块，10-串行外围接口，11-射频可变衰减器，12-射频低噪声放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示,具体说明本发明提供的一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，所述芯片包括对射频信号进行幅度控制的(ATT)射频可变衰减器11，所述(ATT)射频可变衰减器11将射频信号输送到(LNA)射频低噪声放大器12，所述(ATT)射频低噪声放大器12将经过放大的射频信号输送到(Mixer)宽频带混频器2，所述(Mixer)宽频带混频器2将射频信号变为中频信号输送到(IFPA)中频功率放大器1，所述(IFPA)中频功率放大器1将所述中频信号进行放大后输出，所述芯片包括电源管理模块9。(Mixer)宽频带混频器2与(LO Buffer)本振缓冲放大器3、(DIV1\DIV2)切换开关4和(PLL)频率综合器5按照顺序串联连接。所述(PLL)频率综合器5为宽频带频率综合器。所述(PLL)频率综合器5与(VCO1)第一压控振荡器6、(VCO2)第二压控振荡器7和(VCO3)第三压控振荡器8并联连接。所述(PLL)频率综合器5为双模整数分频结构，所述双模整数分频结构包括顺序连接的前置预分频器、PS计数器、参考频率分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和锁定检测电路。所述(PLL)频率综合器5设有压控振荡电路的自动校准电路，所述自动校准电路校准压控振荡电路的电容开关阵列。本发明还提供了一种移动通信中频拉远系统的射频接收机，所述射频接收机包括实施例中的所述的移动通信中频拉远系统的射频接收芯片。所述接收机结构如附图1所示，集成了(ATT)射频可变衰减器11、(LNA)射频低噪声放大器12、(Mixer)宽频带混频器2和(IFPA)中频功率放大器1；同时集成了(PLL)宽频带频率综合器5，覆盖频率范围700MHz到2700MHz以满足移动通信所有制式标准要求。接收机的控制通过SPI接口10进行，芯片内各模块均有电源管理功能，用户可根据实际需要通过SPI开关相应模块。接收通道采用一次变频的接收机结构，输入射频信号，射频频率为700MHz–2700MHz，首先通过(ATT)射频可变衰减器11的电阻衰减网络进行幅度控制，然后送到(LNA)射频低噪声放大器12中进行放大，再经过(Mixer)宽频带混频器2下变频到中频信号，频率范围为30MHz–400MHz，最后通过(IFPA)中频功率放大器1进行功率放大后输出。本发明提供的接收机由于第一级采用(ATT)射频可变衰减器11进行幅度控制，因此能够处理较大的输入信号，提高了系统的线性度和动态范围。(ATT)射频可变衰减器11采用数字信号控制衰减量，最小衰减量为-2dB，最大为-18dB，步进为1dB/step；(LNA)射频低噪声放大器12采用两级放大电路结构设计，在700M-2700MHz频带范围内增益大于20dB，噪声系数小于4dB，采用自适应偏置电路提高线性度，使输出1dB压缩点高于15dBm；由于下变频器的线性度决定了整个接收机的线性度，因此本发明采用无源(Mixer)宽频带混频器2配合宽带本振信号缓冲器实现高线性度的下变频器，输入射频频率700M-2700MHz，输出中频频率可以在30MHz-400MHz之间灵活选择，变频增益0dB，噪声系数小于12dB，输入1dB压缩点为11dBm；Mixer输出的中频信号由(IFPA)中频功率放大器1进行功率放大，增益18dB，输出功率大于18dBm。接收通道的所有模块输入输出端口都采用匹配网络实现50欧姆阻抗匹配，通道整体增益20dB-36dB可调节，最大增益时噪声系数7dB，输出1dB压缩点17dBm，输入三阶互调点-8dBm，最小增益时噪声系数23dB，输出1dB压缩点17dBm，输入三阶互调点+8dBm。为了满足移动通信不同制式标准的要求，本发明接收机集成了高性能宽频带PLL频率综合器产生(LO)本振信号，通过三个LC压控振荡器(VCO)和分频器实现700MHz到2700MHz的频率覆盖范围。(PLL)频率综合器5采用双模整数分频结构，集成了除8/9(Prescaler)前置预分频器、PS(PScounter)计数器、(Rcounter)参考频率分频器、(PFD)鉴频鉴相器，(CP)电荷泵和锁定检测电路。(PLL)实际输出频率由PScounter和Rcounter的设定值以及(TCXO)晶振参考频率决定，具体表达式如下：

$f_{\mathrm{PLL}}=(8P+S)\·\frac{f_{\mathrm{TCXO}}}{R}$

为了减少(PLL)中(VCO)的个数，同时覆盖更宽的频带，PLL增加了缓冲器输出和除2分频器输出的(DIV1/DIV2)切换开关，既能输出VCO频率，也能输出VCO的二分频频率。本发明接收机中三个压控振荡器，(VCO1)第一压控振荡器、(VCO2)第二压控振荡器和(VCO3)第三压控振荡器需要覆盖1400M到2800MHz频率，即可实现700M到2800MHz的实际频率覆盖。(PLL)频率综合器5内部有(VCO)压控振荡电路中包括(calibration)自动校准电路上电后先由自动校准电路校准(VCO)压控振荡电路的电容开关阵列，待环路锁定后，关闭校准电路。为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明应用于TD-LTE标准的实例做进一步详细描述，如图1所示，频率范围在2575M-2635MHz的TD-LTE射频信号通过(RF_in)射频输入端口输入芯片，经过(ATT)射频可变衰减器11进行幅度控制后由(LNA)射频低噪声放大器12放大20dB输出，(ATT)射频可变衰减器11可以根据输入信号大小使其衰减2dB到18dB，以避免输入大信号时使(LNA)射频低噪声放大器12出现饱和而无法正常工作。(LNA)射频低噪声放大器12的输出信号经过单转双balun变换为差分信号以后输入到(Mixer)宽带混频器2中进行下变频，通过(PLL)频率综合器5中设置本振信号的频率为2300Mhz，得到275-335MHz的差分输出中频信号。下变频器增益为0dB，最大输出功率为10dBm，为了得到更高功率的输出信号，将差分中频信号经过双转单(balun)差分信号变换为单端信号以后输入到IFPA中进行功率放大。最终整个接收通道增益范围20dB-36dB，最小噪声系数7dB，最大可以输出17dBm的中频信号。(PLL)频率综合器5中为了得到2300MHz的本振信号，采用30MHz的(Rcounter)参考晶振频率，设为6分频，因此PFD的鉴相频率为5MHz，(PS counter)计数器中P设为57，S计数器设为4，因此得到本振信号频率如下：

$f_{\mathrm{PLL}}=(8P+S)\·\frac{f_{\mathrm{TCXO}}}{R}=(8\×57+4)\×\frac{30}{6}=2300\mathrm{MHz}$

(PLL)频率综合器5产生的本振信号通过(DIV1)切换开关4进行缓冲放大，然后输入到(LO Buffer)本振缓冲放大器3中进行进一步的整形放大，提供给(Mixer)宽频带混频器2稳定一个大摆幅本振信号进行下变频操作。芯片中所有的设置操作均通过(SPI)接口10进行，芯片内各模块均有电源管理功能，用户可根据实际需要通过(SPI)接口开关调整相应模块。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (7)

1.一种移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述芯片包括对射频信号进行幅度控制的射频可变衰减器(11)和电源管理模块(9)，所述射频可变衰减器(11)将射频信号输送到射频低噪声放大器(12)，所述射频低噪声放大器(12)将经过放大的射频信号输送到宽频带混频器(2)，所述宽频带混频器(2)将射频信号变为中频信号输送到中频功率放大器(1)，所述中频功率放大器(1)将所述中频信号进行放大后输出。

2.根据权利要求1所述移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述宽频带混频器(2)与本振缓冲放大器(3)、切换开关(4)和频率综合器(5)按照顺序串联连接。

3.根据权利要求1所述移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述频率综合器(5)为宽频带频率综合器。

4.根据权利要求2所述移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述频率综合器(5)与第一压控振荡器(6)、第二压控振荡器(7)和第三压控振荡器(8)并联连接。

5.根据权利要求4所述移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述频率综合器(5)为双模整数分频结构，所述双模整数分频结构包括顺序连接的前置预分频器、PS计数器、参考频率分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和锁定检测电路。

6.根据权利要求5所述移动通信中频拉远系统的射频接收芯片，其特征在于，所述频率综合器(5)内部设有压控振荡电路的自动校准电路，所述自动校准电路校准压控振荡电路的电容开关阵列。

7.一种移动通信中频拉远系统的射频接收机，其特征在于，所述射频接收机包括根据权利要求1至6任一所述的移动通信中频拉远系统的射频接收芯片。