CN110417430A - 一种多频段信号接收选择控制电路 - Google Patents

Abstract

一种多频段信号接收选择控制电路包括：用于接收外部信号的天线；耦接该天线的宽带功分器，用于将该天线接收的信号分为至少两个功率彼此相同的信号；耦接该功分器的至少两路RX接收信号通道，用于通过输入端对应地接收这至少两个功率相同的信号以进行信号处理；耦接所述RX接收信号通路的宽带合路器，用于将分路处理后的这些信号加以合成和输出；以及微处理器控制电路，通过RX通道总线耦接每一RX接收信号通路上设置的开关，根据一使能信号来控制对所述开关的通断选择以执行频段选择。

Description

一种多频段信号接收选择控制电路

【技术领域】

本发明主要是针对通信系统中，通信设备需要接收多个频段的信号并且选取适用的某个或多个频段的技术，尤其是在多频段共存方式下，提供一种接收设备即可实现多个信号频段选择接收的电路和方法。

【背景技术】

在一般通信系统的使用场景中，作为接收信号的链路基本上设计成单个各自独立的系统，不适用于具有多个频段和不同带宽的信号接收。适用于多个频段的接收系统通常都设计有多个频段的接收链路。这样的系统设计方案一般用在常规的接收机系统，因此该类设计方案体现出设备成本比较昂贵，系统设计比较复杂的缺点。

例如，在现有技术方案《多频段收发信机和多频段射频信号发送和接收方法》的方案中描述的一种接收多频段信号接收的方法，即天线接收的信号通过多工器滤波，接收的信号经过不同频段链路进行信号放大并经过低噪声放大器和射频可调增益放大器、射频滤波器，进入下变频器转变成中频信号，该中频信号再经过中频滤波和放大，进入ADC电路进行模数信号转变。该方案的设计原则是在链路上构成多频段独立，即对每一个频段设计一个链路进行信号选择放大。该方案的电路原理可见图1。

现有技术方案，如《多频段收发信机和多频段射频信号发送和接收方法》，作为用于接收机系统使用该方案的优点在于从天线接收的信号通过多工器滤波，多工器的滤波通道决定了接收信号的Band频段，每个Band频段的接收信号经过对应频段链路进行信号滤波，并经过低噪声放大器和射频可调增益放大器、射频滤波器后传输给下变频器转变成中频信号后，经过抗混叠滤波器和中频可调增益放大器，再经过中频滤波后进入ADC电路进行模数信号转变。

该方案的设计是链路上多频段独立，即每一个频段设计一个链路进行信号选择放大。通过数字信号的处理，能够进行单频段和多频段信号的同时信号处理。缺点在于如果应用场景中出现例如八个频段的信号，该设计方案就必须相应设计八个通道的信号接收链路，从设计方案上增加了难度，既要保证各个链路上不能产生相互干扰又要保证各个链路的性能一致性，在设计成本上也会增加新的投入和要求。

【发明内容】

本发明技术方案设计一种可实现多个频段的信号接收并能根据实际应用需求选取适用的某个或多个频段的电路系统和方法，解决下多频段共存方式下，单使用一种接收设备就可实现对多个信号频段的选择接收，其设计方案简单、各个链路独立工作不相互干扰、链路一致性好，成本控制好。同时，对于特殊场景应用具有明显的适用性。

本发明的技术方案是：一种多频段信号接收选择控制电路包括：用于接收外部信号的天线；耦接该天线的宽带功分器，用于将该天线接收的信号分为至少两个功率彼此相同的信号；耦接该功分器的至少两路RX接收信号通道，用于通过输入端对应地接收这至少两个功率相同的信号以进行信号处理；耦接所述RX接收信号通路的宽带合路器，用于将分路处理后的这些信号加以合成和输出；以及微处理器控制电路，通过RX通道总线耦接每一RX接收信号通路上设置的开关，根据一使能信号来控制对所述开关的通断选择以执行频段选择。

作为一种改进，每一RX接收信号通道包括：分别设于该RX接收信号通道的输入端和输出端侧的两个宽带滤波器，设于该输入端侧的宽带滤波器耦接宽带功分器，设于该输出端侧的宽带滤波器耦接宽带合路器；与该输入端侧的宽带滤波器通过若干放大器耦接的SP4T射频开关；耦接该SP4T射频开关的两个子带滤波器，其中这两个子带滤波器是通过一放大器加以串联；耦接于该子带滤波器和RX接收信号通道的输出端侧的宽带滤波器之间的宽带子合路器，用于将所述子带滤波器处理和输出的多路子带通道的信号加以合成，其中宽带子合路器与该输出端侧的宽带滤波器通过一放大器加以串联；以及与该RX接收信号通道上设置的各放大器耦接的开关，通过来自微处理器控制电路的控制信号控制各个放大器的通断。

进一步来说，与所述开关耦接的多个放大器包括：设于该宽带滤波器和宽带子合路器之间的增益放大器；设于两个子带滤波器之间的增益放大器；以及设于该宽带滤波器和SP4T射频开关之间的低噪声放大器和与该低噪声放大器串联的一高增益放大器。

在以上技术方案的变型中，所述开关可包括：对应于在该RX接收信号通道上设置的每一放大器的引线耦接的5V电源开关；以及上述SP4T射频开关。

在以上方案的实现中，所述宽带滤波器可包括介质滤波器，频带范围在699～1980MHz。例如，这里的介质滤波器有两种频段，一个是699–915MHz，另一个是1710–1980MHz。

在以上方案的实现中，所述宽带合路器、宽带功分器、宽带(介质)滤波器和SP4T射频开关(SP4T射频开关是单刀四掷形式的射频开关)是选用信号间高隔离度的器件。

在本发明多频段信号接收选择控制电路的基础上执行信号频段选择处理的方法包括：将通过天线接收的外部信号经宽带功分器分为至少两个功率彼此相同的信号；以及通过微处理器控制电路对来自外部的一通道使能开关和各频段选择开关的输入信号执行判断以确定对RX接收信号通路上设置的开关的通断选择从而执行频段选择。

本发明的突出效果可通过以上提供的技术方案来体现：1、在保证信号接收设备的技术指标的前提下，通过设置的不同射频开关、功分器、合路器、滤波器等硬件实现对多频段信号的接收和选择控制，可满足小信号接收的需求；2、用更少元器件的成本方案解决了多频段尤其是例如四频段信号以上的单频段和两频段选择问题，选择方法适应性很强；3、该信号接收选择控制电路方案可应用在无线信号覆盖的接收设备中，根据实际需求进行信号频段的选择，实现滤除无用信号或干扰信号，提高有用信号的接收质量；4、每个子带通道分别设计了两级高隔离滤波器，两个通道的子带放大器只有一路工作，所以每个频段的信号选择均独立进行，其他频段不会影响和干扰有用的信号；5、通过更换子带通道的滤波器，可以按照需求设计其他Band频段的信号，可灵活进行组合适应实际应用需求；6、也可通过增加一路RX3通道(比如增加Band7)，进一步扩展选择信号至3路甚至更多接收链路同时工作，满足更加复杂的应用场景需求。

【附图说明】

图1列举了一种现有的接收多频段信号接收的方法原理模块框图；

图2是本发明列举的一种具有八个频段选择功能的信号接收选择电路的实施方案；

图3示意性描绘了MCU总线控制的实现框图。

【具体实施方式】

以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。应当理解的是，本文中的用语仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。

在本文中，用语“耦接”意图包含一个特征与另一个特征的物理、电性、和/或通信互连，并且这一个特征与另一个特征之间可以存在也可以不存在中间特征。当耦接为通信耦接时，即使提及A与B“直接耦接”，只是意图强调A与B的耦接之间不存在本公开所强调的一个或多个特征，但并不代表限制A与B之间不经过任何元件而耦接，本领域技术人员应理解，A与B之间可以通过线缆、路由器、网关、信道、链路、网络等相耦接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“一”、“一个”等类似术语，并且因而并非数量意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“一”和其它此类数字词语并没有暗示数量的限制而是泛指一种元器件或装置。

总的来说，本发明提供的多频段信号接收选择控制电路可包括：用于接收外部信号的天线；耦接该天线的宽带功分器，用于将该天线接收的信号分为至少两个功率彼此相同的信号；耦接该功分器的至少两路RX接收信号通道，用于通过输入端对应地接收这至少两个功率相同的信号以进行信号处理；耦接所述RX接收信号通路的宽带合路器，用于将分路处理后的这些信号加以合成和输出。

在一个改进方面，微处理器控制电路，通过RX通道总线耦接每一RX接收信号通路上设置的开关，根据一使能信号来控制对所述开关的通断选择以执行频段选择。具体来说，本文中限定的每一RX接收信号通道可包括：分别设于该RX接收信号通道的输入端和输出端侧的两个宽带滤波器，设于该输入端侧的宽带滤波器耦接宽带功分器，设于该输出端侧的宽带滤波器耦接宽带合路器；与该输入端侧的宽带滤波器通过若干放大器耦接的SP4T射频开关；耦接该SP4T射频开关的两个子带滤波器，其中这两个子带滤波器是通过一放大器加以串联；耦接于该子带滤波器和RX接收信号通道的输出端侧的宽带滤波器之间的宽带子合路器，用于将所述子带滤波器处理和输出的多路子带通道的信号加以合成，其中宽带子合路器与该输出端侧的宽带滤波器通过一放大器加以串联；以及与该RX接收信号通道上设置的各放大器耦接的开关，通过来自微处理器控制电路的控制信号控制各个放大器的通断。

在每一RX接收信号通道中可通过该SP4T射频开关和两个子带滤波器组成的一子带通路，子带表示通过该射频开关和/或例如带通滤波器等分割并选择后再经例如合适的射频滤波器构成。

按照图2示出那样，在本发明的一个实施方案中，这种电路系统可由RX1通道和RX2通道构成两路RX接收信号通道。每一RX接收信号通道的输入、输出端分别设有宽带二功分器和宽带二合路器，目的是将通过天线所接收的信号进行分路然后再合成。在一个例子里，每个RX信号接收通道可分别设置五款不同型号的滤波器，其中在RX1通道中设有两个RX1宽带滤波器(例如频段在1710-1980MHz范围的介质滤波器)，Band1、Band2、Band3、Band4子带滤波器各两个，其中两子带滤波器通过增益放大器串联；在RX2通道中设有RX2宽带滤波器(例如频段在699-915MHz范围的介质滤波器)，Band15、Band8、Band12、Band28子带滤波器各两个，其中这两子带滤波器通过增益放大器串联。

由天线接收的信号经过该宽带二功分器后一分为二成为两路功率相同的信号，分别经过该RX1通道上的RX1宽带滤波器和RX2通道上的RX2宽带滤波器而各自进入所述RX1通道和RX2通道。进入RX1通道的RX1宽带滤波器的信号经过RX1通道上行链路的一低噪声放大器和增益放大器进入该RX1通道的SP4T射频开关以进行频段选择，通过控制SP4T射频开关来选择与该SP4T射频开关耦接的Band1、Band2、Band3、Band4子带滤波器各对应的信号通道，经上述各子带滤波器处理后的信号经过另一组子带滤波器的通道上设置的一增益放大器和射频滤波器处理后进入宽带四合路器。此时，对于没有被选择的此类Band通道，该增益放大器的电源开关被设定为关闭，增益放大器不工作。

在一个例子里，在该RX1通道上经所述宽带四合路器输出的信号可再次经过信号放大器和介质滤波器处理后进入宽带二合路器，至此完成该RX1通道的频段选择动作。同理，在RX2通道上的信号频段选择也可通过执行上述同样的方法实现。

作为这种实施方案的一个效果，该方案通过RX1通道和RX2通道信号选择的电路组合，可以同时实现八个频段的信号选择，支持两个频段的信号同时接收(例如Band1、Band2、Band3、Band4子带通道四选一和Band5、Band8、Band12、Band28子带通道四选一)，实现了多种信号接收场景下的特定频段选择接收的多种应用需求。

在该实施方案的一些实现中，此类宽带二功分器和宽带二合路器可选择YantelPD1700U03W型器件。该器件支持例如频段在0.6-2.9GHz，3×3mm QFN，插损小，隔离度高，在输入端将接收的信号由一路信号变成两路信号且平均输出，在输出端把两路输入信号合成一路信号后输出。

在该实施方案的一些实现中，RX1通道宽带滤波器(例如频段在1710-1980MHz范围的介质滤波器)可选择GLEAD DFB1845S270DA型器件。该器件可支持频段1710-1980MHz，平坦度好，插损小，带外抑制高。另外，RX2通道宽带滤波器(例如频段在699-915MHz的介质滤波器)可选择GLEAD DFB807S220DA型器件。该器件支持频段699-915MHz，平坦度好，插损小，带外抑制高。

又例如，在RX1通道中设置的Band4子带滤波器可选择TAI-SAW TA1872A型器件，Band3子带滤波器选择TAI-SAW TA1885A型器件，Band2子带滤波器选择TAI-SAW TA1871A型器件，Band1子带滤波器选择TAI-SAW TA1870A型器件。另外，RX2通道中Band12子带滤波器选择TAI-SAW TA2438B，Band28子带滤波器选择TAI-SAW TA1865A型器件，Band5子带滤波器选择TAI-SAW TA1692A型器件，Band8子带滤波器选择TAI-SAW TA1003A型器件。各Band子带频段的射频滤波器均为国际标准型器件，满足各频段带外抑制指标需求和隔离度指标。

另外，RX1通道宽带四合路器选择Yantel PD1850U06-160型器件。该器件支持频段1.7-2.0GHz，3×3mm QFN封装，插损小，隔离度高，在RX1通道中将接收的四路信号合成一路信号输出。RX2通道宽带四合路器选择Yantel PD0900U06-150型器件。该器件支持频段0.7-0.9GHz，3×3mm QFN封装，插损小，隔离度高，在RX2通道中将接收的四路信号合成一路信号输出。

另外，低噪声放大器选择CREOTECH LXK6037型器件。该器件支持频段0.7-6.0GHz，2×2mm QFN封装，在2GHz时噪声系数为0.5dB，增益在20dB左右。在各RX接收信号通道链路上设置的各增益放大器可选择CREOTECH LXK6102A型器件。该器件支持频段0.05-4.0GHz，SOT-89封装，50欧姆阻抗匹配，典型增益在20dB左右。

SP4T射频开关选择ANALOG HMC7992型器件。该器件支持频段0.1GHz-6GHz，各端口信号切换无反射，典型隔离度在45dB，插损小，3×3mm LFCSP封装。

该实施方案可设置信号增益为60dB以上，完全满足各RX接收信号通道的小信号接收放大要求。通过在通道上设置多级高电气隔离度的滤波器、功分器、合路器、SP4T射频开关等器件，保证了输入输出间的隔离度，各个Band子带频段间能够不相互干扰。

在本发明电路系统的电源供电方案中，5V电源提供给上述RX1通道和RX2通道的供电电压。在一个例子里，可设置LDO电压转换电路以提供给微处理器(MCU)控制电路的供电。

具体来说，在RX1通道中设有RX1电源开关和用于各子带增益放大器的电源开关1-4，分别作为该RX1通道中各放大器工作的使能开关和子带通路上各增益放大器工作的使能开关。同样道理地，在RX2通道中设有RX2电源开关和用于各子带增益放大器的电源开关5-8，分别作为该RX2通道中放大器工作的使能开关和子带通路上各增益放大器工作的使能开关。

同时，外部通道使能开关和各Band频段选择开关的输入信号作为MCU判断选择哪个/哪些Band通道使能，由MCU通过各个RX通道控制总线来控制RX1和RX2通道上设置的电源开关、用于子带增益放大器的电源开关1-8和各SP4T射频开关的通断，使其开启或关闭各RX接收信号通道，开启或关闭某一或多个子带通道以及对应的SP4T射频开关通道。通过该方案实现硬件设计和相应的逻辑控制，达到对多频段的单通道信号选择或两个或更多通道信号选择的功能，MCU总线控制实现框图可见图3。

在本发明电路系统的实施方案中，以八个频段的信号选择接收控制电路方案为例，说明各通道状态开关、Band开关状态及MCU控制逻辑的结果，具体见下列RX1通道状态表和RX2通道状态表。

RX1通道状态表按照表1示出来加以理解：

表1

RX2通道状态表按照表2示出来加以理解：

表2

Claims (7)

1.一种多频段信号接收选择控制电路，其特征是包括：

用于接收外部信号的天线；

耦接该天线的宽带功分器，用于将该天线接收的信号分为至少两个功率彼此相同的信号；

耦接该功分器的至少两路RX接收信号通道，用于通过输入端对应地接收这至少两个功率相同的信号以进行信号处理；

耦接所述RX接收信号通路的宽带合路器，用于将分路处理后的这些信号加以合成和输出；以及

微处理器控制电路，通过RX通道总线连接每一RX接收信号通路上设置的开关，根据一使能信号来控制对所述开关的通断选择以执行频段选择。

2.根据权利要求1所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是每一RX接收信号通道包括：

分别设于该RX接收信号通道的输入端和输出端侧的两个宽带滤波器，设于该输入端侧的宽带滤波器耦接宽带功分器，设于该输出端侧的宽带滤波器耦接宽带合路器；

与该输入端侧的宽带滤波器通过若干放大器耦接的SP4T射频开关；

耦接该SP4T射频开关的两个子带滤波器，其中这两个子带滤波器是通过一放大器加以串联；

耦接于该子带滤波器和RX接收信号通道的输出端侧的宽带滤波器之间的宽带子合路器，用于将所述子带滤波器处理和输出的多路子带通道的信号加以合成，其中宽带子合路器与该输出端侧的宽带滤波器通过一放大器加以串联；以及

与该RX接收信号通道上设置的各放大器耦接的开关，通过来自微处理器控制电路的控制信号控制各个放大器的通断。

3.根据权利要求2所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是，与所述开关耦接的多个放大器包括：设于该宽带滤波器和宽带子合路器之间的增益放大器；设于两个子带滤波器之间的增益放大器；以及设于该宽带滤波器和SP4T射频开关之间的低噪声放大器和与该低噪声放大器串联的一高增益放大器。

4.根据权利要求2或3所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是，所述开关包括：

对应于在该RX接收信号通道上设置的每一放大器的引线连接的5V电源开关；以及上述SP4T射频开关。

5.根据权利要求2或3所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是，所述宽带滤波器包括介质滤波器，频带范围介于699–915MHz和1710–1980MHz两种频段。

6.根据权利要求2所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是，所述宽带合路器、宽带功分器、宽带滤波器和SP4T射频开关是选用信号间高隔离度的器件。

7.根据权利要求1所述的多频段信号接收选择控制电路，其特征是执行信号频段选择处理的方法包括：

将通过天线接收的外部信号经宽带功分器分为至少两个功率彼此相同的信号；以及

通过微处理器控制电路对来自外部的一通道使能开关和各频段选择开关的输入信号执行判断以确定对RX接收信号通路上设置的开关的通断选择从而执行频段选择。