CN108063624A - 一种抑制本振牵引的直接上变频发射机及其抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制本振牵引的直接上变频发射机及其抑制方法，包括数模转换器、低通滤波器、混频器、压控振荡器和可变增益放大器，所述数模转换器的输出端依次通过低通滤波器及混频器与可变增益放大器的输入端连接，所述混频器与压控振荡器连接，所述可变增益放大器包括放大模块、滤波模块和匹配输出模块，所述混频器的输出端依次通过放大模块及滤波模块与匹配输出模块的输入端连接；所述滤波模块用于滤除增益放大后的载波信号的载波二次谐波。本发明通过滤波模块滤除直接上变频发射机中产生的发射载频的二次谐波，减小了二次谐波对压控振荡器的牵引效应，从而提高了发射信号的质量和发射信号的EVM，可广泛应用于射频电路领域。

Description

一种抑制本振牵引的直接上变频发射机及其抑制方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种抑制本振牵引的直接上变频发射机及其抑制方法。

背景技术

在传统的直接上变频发射机中，模拟基带生成的信号经过数模转换器(DAC)转换成模拟信号，经过低通滤波器后给混频器，在混频器里与压控振荡器(VCO)产生的本振信号直接进行混频，然后由可变增益放大器(VGA)放大至一定的功率等级。直接上变频发射机有一个大的缺点，当VCO与输出功率工作于同一频率时，可变增益放大器的输出功率会泄漏或反馈至VCO，导致VCO输出频率发生变化，甚至引起发射机输出杂散增加和发射信号EVM 的恶化，这就是对VCO的牵引效应(pulling)。为了抑制牵引效应，目前流行的做法是使VCO 的震荡频率2倍于发射载频。虽然这样做可以减小对VCO的牵引效应，但是当发射机输出功率过大时，其产生的二次谐波仍然会干扰VCO，从而降低发射信号的质量，恶化发射信号的EVM。在本发明中直接上变频发射机的VCO的震荡频率2倍于发射载频。

名词解释：

EVM：是英文Error Vector Magnitude缩写，意为误差向量幅度，是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种滤除二次谐波的直接上变频发射机。

本发明的另一目的是提供一种通过滤除二次谐波的抑制本振牵引方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，包括数模转换器、低通滤波器、混频器、压控振荡器和可变增益放大器，所述数模转换器的输出端依次通过低通滤波器及混频器与可变增益放大器的输入端连接，所述混频器与压控振荡器连接，所述可变增益放大器包括放大模块、滤波模块和匹配输出模块，所述混频器的输出端依次通过放大模块及滤波模块与匹配输出模块的输入端连接；

所述放大模块用于根据控制信号对载波信号进行增益放大；

所述滤波模块用于滤除增益放大后的载波信号的载波二次谐波。

进一步，所述滤波模块包括第二电容、第三电容、第一电感装置和第二电感装置；

所述第二电容的一端与放大模块的第一输出端连接，所述第二电容的另一端与第一电感装置的一端连接，所述第一电感装置的另一端接地，所述第三电容的一端与放大模块的第二输出端连接，所述第三电容的另一端与第二电感装置的一端连接，所述第二电感装置的另一端接地。

进一步，所述第一电感装置和第二电感装置均采用封装线形成，所述第二电容和第三电容集成在芯片上；

所述封装线用于向滤波模块提供电感参数。

进一步，所述放大模块包括多个跨导单元，所述混频器的输出端分别与各跨导单元的输入端连接，各所述跨导单元的输出端均与滤波模块的输入端连接。

进一步，各所述跨导单元由放大部分和偏置控制部分组成；

所述放大部分用于对输入的信号进行放大；

所述偏置控制部分用于接收控制信号后，对放大部分进行偏置。

进一步，所述放大部分包括第四电容、第五电容、第一N型场效应晶体管、第二N型场效应晶体管、第三N型场效应晶体管和第四N型场效应晶体管；

所述第四电容的一端作为跨导单元的第一输入端，所述第四电容的另一端与第一N型场效应晶体管的栅极连接，所述第五电容的一端作为跨导单元的第二输入端，所述第五电容的另一端与第二N型场效应晶体管的栅极连接，所述第一N型场效应晶体管的源极和第二N 型场效应晶体管的源极均接地，所述第一N型场效应晶体管的漏极与第三N型场效应晶体管的源极连接，所述第二N型场效应晶体管的漏极与第四N型场效应晶体管的源极连接，所述第三N型场效应晶体管的漏极作为跨导单元的第一输出端，所述第四N型场效应晶体管的漏极作为跨导单元的第二输出端，所述第三N型场效应晶体管的栅极和第四N型场效应晶体管的栅极连接。

进一步，所述偏置控制部分包括反相器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一直流电压源、第二直流电压源、第一电阻、第二电阻；

所述第一电阻和第二电阻串联在第一N型场效应晶体管的栅极和第二N型场效应晶体管的栅极之间，所述第一电阻和第二电阻的连接点分别与第三开关的第一端和第四开关的第一端连接，所述第三开关的第二端接地，所述四开关的第二端与第二直流电压源的正极连接，所述第二直流电压源的负极接地，所述第三N型场效应晶体管的栅极和第四N型场效应晶体管的栅极的连接点分别与第一开关的第一端和第二开关的第一端连接，所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端与第一直流电压源的正极连接，所述第一直流电压源的负极接地，所述第二开关的第三端、第四开关的第三端及反相器的输入端连接，且连接点作为跨导单元的控制信息输入端，所述反相器的输出端分别与第一开关的第三端和第三开关的第三端连接。

进一步，所述第三N型场效应晶体管和第四N型场效应晶体管均采用耐高压N型场效应晶体管。

进一步，所述第一N型场效应晶体管和第二N型场效应晶体管均采用低压N型场效应晶体管。

本发明所采用的另一技术方案是：

基于上述的直接上变频发射机的抑制本振牵引方法，包括以下步骤：

混频器将基带信号调制至载波后，将载波信号发送至放大模块；

放大模块根据控制信号对载波信号进行增益放大，并将放大后的载波信号发送至滤波模块；

滤波模块滤除载波信号中的载波二次谐波，并将过滤后的载波发送至匹配输出模块。

本发明的有益效果是：一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，包括数模转换器、低通滤波器、混频器、压控振荡器和可变增益放大器，所述数模转换器的输出端依次通过低通滤波器及混频器与可变增益放大器的输入端连接，所述混频器与压控振荡器连接，所述可变增益放大器包括放大模块、滤波模块和匹配输出模块，所述混频器的输出端依次通过放大模块及滤波模块与匹配输出模块的输入端连接；所述滤波模块用于滤除可变增益放大器中载波频率的二次谐波。通过滤波模块滤除载波信号的载波二次谐波，减小了二次谐波对压控振荡器的牵引效应，从而提高了发射信号的质量和发射信号的EVM。

本发明的另一有益效果是：通过滤波模块滤除载波信号的载波二次谐波，减小了二次谐波对压控振荡器的牵引效应，从而提高了发射信号的质量和发射信号的EVM。

附图说明

图1是本发明直接上变频发射机的结构示意图；

图2是本发明具体实施例中可变增益放大器内部结构示意图；

图3是本发明具体实施例中跨导单元的电子电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，包括数模转换器1、低通滤波器2、混频器3、压控振荡器5和可变增益放大器4，所述数模转换器1的输出端依次通过低通滤波器2及混频器3与可变增益放大器4的输入端连接，所述混频器3与压控振荡器5连接，所述可变增益放大器4包括放大模块、滤波模块和匹配输出模块，所述混频器3的输出端依次通过放大模块及滤波模块与匹配输出模块的输入端连接；

所述放大模块用于根据控制信号对载波信号进行增益放大；

所述滤波模块用于滤除增益放大后的载波信号的载波二次谐波。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述滤波模块包括第二电容C2、第三电容C3、第一电感装置L1和第一电感装置L2；

所述第二电容C2的一端与放大模块的第一输出端连接，所述第二电容C2的另一端与第一电感装置L1的一端连接，所述第一电感装置L1的另一端接地，所述第三电容C3的一端与放大模块的第二输出端连接，所述第三电容C3的另一端与第一电感装置L2的一端连接，所述第一电感装置L2的另一端接地。

进一步作为优选的实施方式，所述第一电感装置L1和第一电感装置L2均采用封装线形成，所述第二电容C2和第三电容C3集成在芯片上；

所述封装线用于向滤波模块提供电感参数。

进一步作为优选的实施方式，所述放大模块包括多个跨导单元6，所述混频器3的输出端分别与各跨导单元6的输入端连接，各所述跨导单元6的输出端均与滤波模块的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，各所述跨导单元6由放大部分和偏置控制部分组成；

所述放大部分用于对输入的信号进行放大；

所述偏置控制部分用于接收控制信号后，对放大部分进行偏置。

进一步作为优选的实施方式，所述放大部分包括第四电容C4、第五电容C5、第一N型场效应晶体管M1、第二N型场效应晶体管M2、第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4；

所述第四电容C4的一端作为跨导单元6的第一输入端，所述第四电容C4的另一端与第一N型场效应晶体管M1的栅极连接，所述第五电容C5的一端作为跨导单元6的第二输入端，所述第五电容C5的另一端与第二N型场效应晶体管M2的栅极连接，所述第一N型场效应晶体管M1的源极和第二N型场效应晶体管M2的源极均接地，所述第一N型场效应晶体管M1的漏极与第三N型场效应晶体管M3的源极连接，所述第二N型场效应晶体管M2 的漏极与第四N型场效应晶体管M4的源极连接，所述第三N型场效应晶体管M3的漏极作为跨导单元6的第一输出端，所述第四N型场效应晶体管M4的漏极作为跨导单元6的第二输出端，所述第三N型场效应晶体管M3的栅极和第四N型场效应晶体管M4的栅极连接。

进一步作为优选的实施方式，所述偏置控制部分包括反相器、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第一直流电压源VB1、第二直流电压源VB2、第一电阻R1、第二电阻R2；

所述第一电阻R1和第二电阻R2串联在第一N型场效应晶体管M1的栅极和第二N型场效应晶体管M2的栅极之间，所述第一电阻R1和第二电阻R2的连接点分别与第三开关S3的第一端和第四开关S4的第一端连接，所述第三开关S3的第二端接地，所述四开关的第二端与第二直流电压源VB2的正极连接，所述第二直流电压源VB2的负极接地，所述第三N 型场效应晶体管M3的栅极和第四N型场效应晶体管M4的栅极的连接点分别与第一开关S1 的第一端和第二开关S2的第一端连接，所述第一开关S1的第二端接地，所述第二开关S2 的第二端与第一直流电压源VB1的正极连接，所述第一直流电压源VB1的负极接地，所述第二开关S2的第三端、第四开关S4的第三端及反相器的输入端连接，且连接点作为跨导单元6的控制信息输入端，所述反相器的输出端分别与第一开关S1的第三端和第三开关S3的第三端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管 M4均采用耐高压N型场效应晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第一N型场效应晶体管M1和第二N型场效应晶体管 M2均采用低压N型场效应晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关 S4采用场效应晶体管。

上述直接上变频发射机的工作原理为：发射机的发射频率为f，压控振荡器5的振荡频率为发射载频2倍，即为2f。因为在发射机输出的二次谐波会直接影响到压控振荡器5，所以在发射机的末端设置滤波模块，把二次谐波滤除，从而避免二次谐波对压控振荡器5的影响。在本实施例中，滤波模块由封装线和片内电容组成，其中利用封装线形成电感，因为封装线设置在芯片外，所以没有增大芯片版图的面积。封装线与片内电容组成的电路，可以等效成一个电容C与电感L的串联，使电感L与电容C谐振在2倍的本振频率附近，电感L与电容C组成了滤波器，滤波频率在2f附近，从而滤除二次谐波。在电路中第一电容C1和巴伦的输入电感组成谐振电路，且谐振频率在发射频率f附近，巴伦的输出接片外的匹配电路和功率放大器，进而将射频信号发射出去。

在本实施例中放大模块包括多个跨导单元6，参照图3，各跨导单元6包括放大部分和偏置控制部分。第四电容C4和第五电容C5为隔直电容，射频信号经过隔直电容后进入放大部分进行增益放大，最后从三N型场效应晶体管的漏极和第四N型场效应晶体管M4的漏极输出。其中，为了减小输入负载，第一N型场效应晶体管M1和第二N型场效应晶体管M2采用低压 N型场效应晶体管。由于第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4的负载是感性负载，当输出功率很大时，第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4的漏极电压会超过电源电压，因此第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4采用耐高压N型场效应晶体管。偏置控制部分中的控制信息输入端用于输入控制信号，所述控制信号用于选择不同的跨导单元6进行工作。当选择该跨导单元6工作时，控制信号输入高电平，此时第二开关S2和第四开关S4闭合，第一开关S1和第三开关S3打开，则第三N型场效应晶体管M3的栅极和第四N型场效应晶体管M4的栅极由第一直流电压源VB1偏置，第一N型场效应晶体管M1的栅极和第二N型场效应晶体管M2的栅极由第二直流电压源VB2偏置，从而使第一N型场效应晶体管M1、第二N型场效应晶体管M2、第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4进入工作状态。当控制信号输入低电平时，此时第一开关S1和第三开关S3闭合，第二开关S2和第四开关S4打开，第一N型场效应晶体管M1、第二N型场效应晶体管M2、第三N型场效应晶体管M3和第四N型场效应晶体管M4的栅极均接地，进入截止状态。

上述直接上变频发射机能够滤除二次谐波，减小了二次谐波对压控振荡器5的牵引效应，从而提高了发射信号的质量和发射信号的EVM。通过使用封装线和片内电容构成滤波模块，由于封装线设置在芯片外，所以没有增大芯片的面积，并且该结构简单，无需改变压控振荡器5的电路，容易实现。

基于上述的直接上变频发射机的抑制本振牵引方法，包括以下步骤：

混频器将基带信号调制至载波后，将载波信号发送至放大模块；

放大模块根据控制信号对载波信号进行增益放大，并将放大后的载波信号发送至滤波模块；

滤波模块滤除载波信号中的载波二次谐波，并将过滤后的载波发送至匹配输出模块。

上述方法通过滤波模块滤除载波信号的载波二次谐波，减小了二次谐波对压控振荡器的牵引效应，从而提高了发射信号的质量和发射信号的EVM。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，包括数模转换器、低通滤波器、混频器、压控振荡器和可变增益放大器，所述数模转换器的输出端依次通过低通滤波器及混频器与可变增益放大器的输入端连接，所述混频器与压控振荡器连接，所述可变增益放大器包括放大模块、滤波模块和匹配输出模块，所述混频器的输出端依次通过放大模块及滤波模块与匹配输出模块的输入端连接；

所述放大模块用于根据控制信号对载波信号进行增益放大；

所述滤波模块用于滤除增益放大后的载波信号的载波二次谐波。

2.根据权利要求1所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述滤波模块包括第二电容、第三电容、第一电感装置和第二电感装置；

所述第二电容的一端与放大模块的第一输出端连接，所述第二电容的另一端与第一电感装置的一端连接，所述第一电感装置的另一端接地，所述第三电容的一端与放大模块的第二输出端连接，所述第三电容的另一端与第二电感装置的一端连接，所述第二电感装置的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述第一电感装置和第二电感装置均采用封装线形成，所述第二电容和第三电容集成在芯片上；

所述封装线用于向滤波模块提供电感参数。

4.根据权利要求1所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述放大模块包括多个跨导单元，所述混频器的输出端分别与各跨导单元的输入端连接，各所述跨导单元的输出端均与滤波模块的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，各所述跨导单元由放大部分和偏置控制部分组成；

所述放大部分用于对输入的信号进行放大；

所述偏置控制部分用于接收控制信号后，对放大部分进行偏置。

6.根据权利要求5所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述放大部分包括第四电容、第五电容、第一N型场效应晶体管、第二N型场效应晶体管、第三N型场效应晶体管和第四N型场效应晶体管；

所述第四电容的一端作为跨导单元的第一输入端，所述第四电容的另一端与第一N型场效应晶体管的栅极连接，所述第五电容的一端作为跨导单元的第二输入端，所述第五电容的另一端与第二N型场效应晶体管的栅极连接，所述第一N型场效应晶体管的源极和第二N型场效应晶体管的源极均接地，所述第一N型场效应晶体管的漏极与第三N型场效应晶体管的源极连接，所述第二N型场效应晶体管的漏极与第四N型场效应晶体管的源极连接，所述第三N型场效应晶体管的漏极作为跨导单元的第一输出端，所述第四N型场效应晶体管的漏极作为跨导单元的第二输出端，所述第三N型场效应晶体管的栅极和第四N型场效应晶体管的栅极连接。

7.根据权利要求6所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述偏置控制部分包括反相器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一直流电压源、第二直流电压源、第一电阻、第二电阻；

所述第一电阻和第二电阻串联在第一N型场效应晶体管的栅极和第二N型场效应晶体管的栅极之间，所述第一电阻和第二电阻的连接点分别与第三开关的第一端和第四开关的第一端连接，所述第三开关的第二端接地，所述四开关的第二端与第二直流电压源的正极连接，所述第二直流电压源的负极接地，所述第三N型场效应晶体管的栅极和第四N型场效应晶体管的栅极的连接点分别与第一开关的第一端和第二开关的第一端连接，

所述第一开关的第二端接地，所述第二开关的第二端与第一直流电压源的正极连接，所述第一直流电压源的负极接地，所述第二开关的第三端、第四开关的第三端及反相器的输入端连接，且连接点作为跨导单元的控制信息输入端，所述反相器的输出端分别与第一开关的第三端和第三开关的第三端连接。

8.根据权利要求6所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述第三N型场效应晶体管和第四N型场效应晶体管均采用耐高压N型场效应晶体管。

9.根据权利要求6所述的一种抑制本振牵引的直接上变频发射机，其特征在于，所述第一N型场效应晶体管和第二N型场效应晶体管均采用低压N型场效应晶体管。

10.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的抑制本振牵引方法，其特征在于，包括以下步骤：

混频器将基带信号调制至载波后，将载波信号发送至放大模块；

放大模块根据控制信号对载波信号进行增益放大，并将放大后的载波信号发送至滤波模块；

滤波模块滤除载波信号中的载波二次谐波，并将过滤后的载波发送至匹配输出模块。