CN106059604B - 一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，包括高线性度的低噪声跨导放大器、电流开关无源混频器和具有频率邻近信号分离功能的中频电路，以电流模的方式工作，所述低噪声跨导放大器具有高线性度的跨导特性，减小输出电流信号中的非线性产物，中频电路在宽带范围内提供低输入阻抗，配合电流开关无源混频器，可防止阻塞信号在电路节点引发大电压摆幅并破坏工作点，中频电路还具有高频率选择性，能够有效滤除频率上接近有用信号的阻塞信号，分离出有用信号并向后级输出。本发明可用于无片外射频滤波器的接收机中，实现提取有用信号并抑制阻塞信号的功能。

Description

一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构

技术领域

本发明涉及通信接收机技术领域，尤其涉及一种适用于无片外射频滤波器的无线接收机中的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构。

背景技术

阻塞信号影响接收机对有用信号的接收过程，具体表现在：阻塞信号严重压缩接收机对有用信号的增益；阻塞信号引起的大电压摆幅使电路工作点发生偏移，使有用信号发生失真；阻塞信号相关的频谱再生产物落入有用信号频率范围，成为无法滤除的噪声。相比于与有用信号在频率上间距较远的阻塞信号，邻近的阻塞信号对信号的接收过程具有更大的影响。一方面，邻近有用信号的阻塞信号的频谱再生产物很容易落入有用信号的频率范围内，使信噪比下降；另一方面，抑制越邻近有用信号的阻塞信号需要越高的频率选择性，对电路设计提出的要求也越高。

在无片外射频滤波器的接收射频前端中，需要处理的两个重要问题就是如何耐受阻塞信号(防止阻塞信号影响射频前端的信号处理过程)，以及如何抑制阻塞信号(防止阻塞信号进入后级模块)。提高接收射频前端耐受阻塞信号的能力的常用方法是提高电路的线性度以及防止阻塞信号在电路节点引发大电压摆幅。而接收射频前端抑制阻塞信号能力与其频率选择性和阻带抑制率有关，频率选择性和阻带抑制率越高，该射频前端的阻塞信号抑制能力越强。

目前已提出的无片外射频滤波器的接收射频前端采用了多种方案来试图解决上述两个重要问题，诸如采用前馈或反馈形式的主动抵消结构以抵消阻塞信号、采用N相高Q值滤波在射频节点滤除阻塞信号、采用基于无源混频器的电流模结构来获得高线性度等。上述三种方案中，除了采用主动抵消结构抵消阻塞信号的方案外，其余两种均具有较好的对与有用信号间距频率较远(大于100MHz)阻塞信号的抑制能力和耐受能力。然而，对于和有用信号间隔频率很近(小于10MHz)的阻塞信号，上述三种方案均无法提供有效的阻塞信号抑制能力和耐受能力。

由级联系统的噪声系数计算公式可知，前级模块的资用功率增益越大，后级模块的噪声系数对系统的总噪声系数的贡献越小。因此，为了抑制后级模块噪声的影响，前级模块应当具有适当的资用功率增益。

发明内容

发明目的：为解决邻近有用信号的阻塞信号的抑制问题，本发明提出一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，采用信号分离的思路，在中频范围内，利用高频率选择性的电路进行信号分离，能够耐受并抑制邻近有用信号的阻塞信号，具有选频特性好和抗阻塞能力强的特点，适合用于无片外射频滤波器的无线接收系统中。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，包括高线性度的低噪声跨导放大器、电流开关无源混频器和具有分离频率邻近信号功能的中频电路，中频电路包括滤波支路和放大支路；低噪声跨导放大器提供前级放大作用，将输入的射频电压信号转换为射频电流信号；电流开关无源混频器将射频电流信号下混频为中频电流信号，通过滤波支路滤除中频电流信号中的阻塞信号分量，通过放大支路将中频信号中的有用信号分量转换为电压信号并输出。

具体电路结构为：所述低噪声跨导放大器的输入端为接收射频前端结构的总输入端，低噪声跨导放大器的输出端与电流开关无源混频器的输入端相连接，电流开关无源混频器的输入端同时输入本地振荡器信号，电流开关无源混频器的输出端与中频电路的输入端相连接，中频电路的输出端为接收射频前端结构的总输出端；滤波支路的输入端与放大支路的输入端相连接，该节点作为中频电路的输入端，滤波支路用于滤除阻塞信号，放大支路用于放大有用信号，放大支路的输出端节点作为中频电路的输出端。

优选的，所述滤波支路和放大支路均为有源电路。

优选的，所述滤波支路和放大支路的输入阻抗均具有高频率选择性，即：对于频率低于5MHz的中频电流信号，放大支路具有低输入阻抗，滤波支路具有高输入阻抗；对于频率高于15MHz的中频电流信号，滤波支路具有低输入阻抗，放大支路具有高输入阻抗；所述低输入阻抗的大小不高于100Ω，所述高输入阻抗的大小不低于1kΩ。

一般我们要求滤波支路和放大支路可以在较短的频率区间内实现输入阻抗的变换，例如：当中频电流信号为5MHz时，滤波支路具有高输入阻抗；当中频电流信号达到(5+X)MHz时，要求滤波支路已经变为低输入阻抗了，此处的间隔频率X MHz应当小于10MHz。简言之，我们要求滤波支路从高输入阻抗转换到低输入阻抗(滤波支路从低输入阻抗转换到高输入阻抗)、放大电路从低输入阻抗转换到高输入阻抗(放大电路从高输入阻抗转换到低输入阻抗)的频率变换区间应当小于10MHz。

本发明提出的射频前端采用高线性度低噪声跨导放大器提供前级放大作用，将输入射频电压信号转换为射频电流信号。利用无源混频器的阻抗特性频率转移作用，可将中频电路的输入阻抗转移到本振频率处。由于中频电路的放大支路在输入信号为低频率下具有低输入阻抗，而在高频率下具有高输入阻抗；滤波支路在高频下具有低输入阻抗，而在低频下具有高输入阻抗；两支路并联结构的总输入阻抗能够在较宽的频率范围内保持低输入阻抗，而在零中频和低中频接收机架构中，混频后，有用信号位于低频范围，而可能出现的阻塞信号位于较高频率范围，因此该输入阻抗特性可保证中频电路输入端接收到的有用信号进入放大支路而阻塞信号进入滤波支路。同时由于中频电路具有宽带的低输入阻抗，因此经频率转移后，无源混频器的输入端，即低噪声跨导放大器的输出端，将呈现一低阻节点。低噪声跨阻放大器输出电流信号将经无源混频器下混频后进入中频电路，避免了阻塞信号在该节点产生大电压摆幅，使低噪声跨阻放大器能够保持稳定的直流工作点，获得较高的线性度。

综上所述，本发明提出的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构可分离频率上邻近的有用信号和阻塞信号，并可防止阻塞信号产生大电压摆幅影响电路工作点，具有较强的抗阻塞能力。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明具有较强的抗阻塞能力，可替代片外射频滤波器的作用，有助于降低接收机的成本和外围电路复杂度；

2、本发明具有高频率选择性，可抑制邻近有用信号的阻塞信号，能够防止阻塞信号对接收链路后级模块的影响；

3、本发明基于信号分离的阻塞抑制方法，阻塞信号和有用信号进入不同支路，因此两支路在设计上可分别优化，提高了电路的灵活度。

附图说明

图1为本发明的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端的结构示意图；

图2为本发明的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端的中频电路输入阻抗曲线图；

图3为仿真得到的本发明的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构的转换增益关于工作频率的曲线图：纵坐标以线性表示，横坐标以对数表示；

图4为仿真得到的本发明的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构的转换增益关于工作频率的曲线图：纵坐标和横坐标均以对数表示。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为本发明提出的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，其结构主要分为三部分，即高线性度的低噪声跨导放大器、电流开关无源混频器和具有分离频率邻近信号功能的中频电路，其中，低噪声跨导放大器的输入端为接收射频前端结构的总输入端，低噪声跨导放大器的输出端与电流开关无源混频器的输入端相连接，电流开关无源混频器的输入端同时输入本地振荡器信号，电流开关无源混频器的输出端与中频电路的输入端相连接，中频电路的输出端为接收射频前端结构的总输出端，中频电路包括滤波支路和放大支路，滤波支路的输入端与放大支路的输入端相连接，该节点作为中频电路的输入端，滤波支路用于滤除阻塞信号，放大支路用于放大有用信号，放大支路的输出端节点作为中频电路的输出端。

如图2所示，本发明提出的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构中，当输入信号的频率在低频率范围内，放大支路具有低输入阻抗，滤波支路具有高输入阻抗；在输入信号的频率在高频率范围内，滤波支路具有低输入阻抗，放大支路具有高输入阻抗；所述低输入阻抗大小不高于100Ω，所述高输入阻抗大小不低于1kΩ。因此，两支路并联结构的总输入阻抗能够在较宽的频率范围内保持低输入阻抗。在零中频和低中频接收机架构中，混频后，有用信号位于低频范围，而可能出现的阻塞信号位于较高频率范围。上述输入阻抗特性可保证有用信号进入放大支路而阻塞信号进入滤波支路。

结合图2、图3和图4，本发明滤波支路和放大支路可采用有源电路，滤波支路和放大支路的输入阻抗均具有高频率选择性，所述滤波支路和放大支路的输入阻抗均具有高频率选择性，即：对于频率低于5MHz的中频电流信号，放大支路具有低输入阻抗，滤波支路具有高输入阻抗；对于频率高于15MHz的中频电流信号，滤波支路具有低输入阻抗，放大支路具有高输入阻抗；所述低输入阻抗的大小不高于100Ω，所述高输入阻抗的大小不低于1kΩ。在传统接收射频前端中，中频电路的常用结构是跨阻放大器与电容的并联结构，其频率选择性由跨阻放大器本身的频率选择性以及并联电容的频率特性决定。出于稳定性的考虑，通常情况下，跨阻放大器无法实现高阶频率特性，而电容也仅能够提供一阶的频率特性，因此最终的输入-输出转换特性只能呈现大约二阶的频率特性。由于阻带衰减速度缓慢，传统的结构并不能保证邻近有用信号的阻塞信号被有效的抑制。本发明与传统结构不同的是，放大支路和滤波支路均为有源电路，并具有高阶的频率特性，即放大支路的输入阻抗随频率上升而迅速升高，而滤波支路的输入阻抗随频率上升而迅速下降。具体的，两支路的输入阻抗均具有二阶以上的频率特性，因此中频电路的输入-输出间具有四阶以上的频率特性，呈现至少80dB/dec的衰减速率，远高于传统结构二阶频率特性40dB/dec衰减速率。因此，该中频电路具有很高的频率选择性，可有效抑制频率上邻近有用信号的阻塞信号。

综上所述，本发明采用了信号分离的思路，利用高频选择性的电路进行信号分离，达到了耐受并抑制临近有用信号的阻塞信号的目的，并可防止阻塞信号产生大电压摆幅影响电路工作点，具有较强的抗阻塞能力在中频范围内，电路结构也更加灵活。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，其特征在于：包括高线性度的低噪声跨导放大器、电流开关无源混频器和具有分离频率邻近信号功能的中频电路，中频电路包括滤波支路和放大支路；低噪声跨导放大器提供前级放大作用，将输入的射频电压信号转换为射频电流信号；电流开关无源混频器将射频电流信号下混频为中频电流信号，通过滤波支路滤除中频电流信号中的阻塞信号分量，通过放大支路将中频信号中的有用信号分量转换为电压信号并输出；

当输入信号的频率在低频率范围内，放大支路具有低输入阻抗，滤波支路具有高输入阻抗；在输入信号的频率在高频率范围内，滤波支路具有低输入阻抗，放大支路具有高输入阻抗

所述低噪声跨导放大器的输入端为接收射频前端结构的总输入端，低噪声跨导放大器的输出端与电流开关无源混频器的输入端相连接，电流开关无源混频器的输入端同时引入本地振荡器信号，电流开关无源混频器的输出端与滤波支路的输入端与放大支路的输入端相连接，放大支路的输出端节点作为接收射频前端结构的总输出端。

2.根据权利要求1所述的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，其特征在于：所述滤波支路和放大支路均为有源电路。

3.根据权利要求1所述的基于信号分离的抗阻塞接收射频前端结构，其特征在于：所述滤波支路和放大支路的输入阻抗均具有高频率选择性，即：对于频率低于5MHz的中频电流信号，放大支路具有低输入阻抗，滤波支路具有高输入阻抗；对于频率高于15MHz的中频电流信号，滤波支路具有低输入阻抗，放大支路具有高输入阻抗；所述低输入阻抗的大小不高于100Ω，所述高输入阻抗的大小不低于1kΩ。