CN111884666A

CN111884666A - 一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片

Info

Publication number: CN111884666A
Application number: CN202010648083.0A
Authority: CN
Inventors: 魏建让; 王磊; 张大龙; 李乐; 刘宏甫
Original assignee: Xi'an Prosate Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Xi'an Prosate Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2020-11-03

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片。采用近零中频架构；包含三个并行的、带宽和中心频点可配置的接收通道射频通道在三个频段之间任意切换；内部集成了宽带低噪声放大器、混频器、中频低通滤波器、可变增益放大器、输出缓冲器、4bit模数变换器、小数分频锁相环，SPI等。本发明多模多通道射频接收机系统采用锁相环复用的技术，满足了不同应用需求。在不同的通道接收相同射频频率信号时利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号；无论是哪个通道需要接收相应的频段就用最优配置的锁相环来提供输入信号；不仅用于卫星导航接收系统，还可以推广到任何的多通道接收机或者发射机。

Description

一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片。

背景技术

当今世界上一共存在四大全球卫星导航系统，其中包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo和中国的北斗卫星导航系统。我国北斗卫星导航系统是继GPS和GLONASS卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统。

北斗导航定位服务一方面可以满足大众用户对导航的需求，另一方面也可以解决特殊行业对GPS高精度的依赖问题。所以为了保证导航系统能够最大化发挥其性能，研制满足支持区域信号，兼容全球信号，实现多模多频点的导航系统研究十分必要。

北斗卫星导航系统作为国家重要的空间信息基础设施，是国家的战略性新兴产业，对于转变经济发展方式、促进国家信息化建设、调整产业结构、提高社会生产效率、转变人民生活方式、提高大众生活质量，都具有重要意义。

在无线通信中，卫星导航射频接收芯片主要由接收通道和锁相环组成，锁相环提供本振输入信号用来和接收到的射频信号进行混频，产生中频信号供下一级处理。一般情况下，在多通道的射频接收机中，每个通道接收的射频频点不一样，每个射频通道配置有一个相应的锁相环。但是一些应用中，如在高精度卫星导航定位中有情况会需要不同的射频通道接收相同的射频信号产生相同的中频信号，这时就需要相应通道的锁相环提供相同的本振信号。但是在不同通道锁相环提供相同本振频点时会存在频率相互牵引(频率牵引是指锁相环环路作为产生本振的电路，其环路对频率干扰敏感，相近频率相互影响产生频率引导效果，就是频率牵引。频率牵引影响在于改变了实际输出频率的准确度，以至于影响到了性能甚至功能，造成功能的失效)的问题，导致锁相环不能稳定工作。通过上述分析，不同通道锁相环提供的相同本振信号用来给相同的射频信号进行混频时，由于不同锁相环之间频率牵引现象，相应的锁相环都无法正常的工作，同时也导致了射频接收机也就无法工作。

为了解决上述问题，就要避免在接收同频信号时不同通道的锁相环同时工作。如果用一个锁相环来给所有的通道同时提供本振信号，这样可以避免频率牵引的问题，但是在不同通道工作频点不同时，用一个锁相环不能产生所有通道所需要的频点，使得正常情况下的工作存在问题，不能产生所需频率。

所以，为了保证正常情况不同通道不同频点的工作，每一个射频接收通道配置一个固定的锁相环给自身的通道提供本振，这是一般的工作模式。同时利用每个通道锁相环的复用来解决不同通道需要接收同频信号时的问题：所谓锁相环的复用就是在原来正常配置(一个通道配置一个锁相环提供本振)的基础上不增加也不减少锁相环的个数，增加一些辅助的开关电路，使得某一个通道的锁相环在别的通道也需要接收和他自身通道相同的频点时，也能给另外的通道同时提供本振信号，这样相同的本振信号就可以同时提供给不同的通道。由于这是不同通道接收到的相同的本振信号是由同一个锁相环提供的，那么就不会存在频率相互的牵引的现象。当通道接收不同频点时每个通道的锁相环可以提供满足自身对应通道的频点。

上述是避免了在接收相同频率信号时相同本振之间的牵引所采用的锁相环复用方法，在复用时由于开关的增加，对每个通道锁相环控制起来更加灵活，所以在解决了同频输出问题之后，我们还针对每个通道接收频段对对应通道锁相环噪声性能进行了相应的优化，使得每个锁相环在提供的本振信号在自身通道的频段性能最优，这样其余的通道需要该频段的本振信号时得到的都是最优性能的本振信号。

这样锁相环的输出信号在需要同频工作时，可以利用某一个通道的锁相环给不同的通道来提供本振信号，这样就避免了相同本振信号之间的干扰，又可以满足正常工作时的使用。

通过上述锁相环复用的方法，不仅满足了锁相环在一般情况下接收机在接收不同频点时的使用，又解决了接收机在接收相同频率时不同的锁相环频率相互牵引的问题。

通过利用上述锁相环复用的方法而实现的多模多通道射频接收机导航芯片不仅满足了一般情况下接收机的多个通道在接收不同频点时的使用，又解决了接收机的多个通道在接收相同频率时不同通道锁相环频率相互牵引的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用锁相环复用控制方法的多模多通道卫星导航接收机。

本发明的目的在于提供一种多模多通道射频接收机，所述多模多通道射频接收机搭载锁相环复用的控制系统。

本发明是这样实现的，一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，所述多模多通道射频接收机芯片包含了的三个并行射频通道，当卫星发射出来的信号经过大气传播，经过芯片外部的低噪声放大器的放大和滤波器的选择信号到达芯片后，首先进入低噪声放大器LNA进行放大；低噪声放大器后面连接着正交混频器MIXER，混频器一个端口接着低噪声放大器的输出，另外一个端口接着锁相环PLL提供的本振信号；混频器是一个十分重要的射频模块，混频器的主要功能是将射频信号与本振信号进行混频产生基带更够处理的中频信号；信号经过放大后进入正交混频器，射频信号和本振信号在混频器中进行混频，将射频接信号通过混频转化成正交的中频信号I路和Q路；在混频器的输出端口接着中频滤波器的输入，混频出来的信号进入中频滤波器LPF；经过中频滤波器滤波的输出信号接着可变增益放大器PGA的输入，可变增益放大器输入端口接着中频滤波器的输出，另外一个控制端口接着自动增益控制器AGC的输出，可变增益放大器PGA和自动增益控制器AGC组成了自动增益控制环路；信号通过可变增益放大器输出信号到模拟数字转换器，模拟数字转换器的将进来的模拟信号转化成数字信号输出，给片外的基带，同时输出的数字信号控制自动增益控制器，根据所需要的输出幅度返回来调节整个通道的增益。

进一步，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片在不同通道接收不相同的频点的情况下锁相环PLL1提供F1频点的本振信号给混频器MIXER1，锁相环PLL2提供F2频点的本振信号给混频器MIXER2，锁相环PLL3提供F3频点的本振信号给混频器MIXER3；

在不同通道接收相同的频点时情况如下：

通道一的锁相环PLL1给别的通道提供本振信号时通过射频开关SW1和SW2(SW由射频的开关switch和输出缓冲放大器buf组成)将PLL1的信号分别送到通道二或者通道三的混频器；在PLL1给别的通道提供本振信号时在射频的开关switch1和switch2的后面分别接入了输出缓冲放大器buf1和buf2连接到通道二和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上；输出缓冲放大器buf的电路采用了电流复用的技术；同时在通道一被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL2和PLL3反过来给通道一的混频器提供本振的缓冲buf3和buf6也连接着通道一的混频器；

通道二的锁相环PLL2给别的通道提供本振信号时通过射频开关SW3和SW4将PLL2的信号分别送到通道一或者通道三的混频器；在PLL2给别的通道提供本振信号时在射频的开关switch3和switch4的后面分别接入了输出缓冲放大器buf3和buf4连接到通道一和通道三的混频器MIXER1和MIXER3上；同时在通道二被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL3反过来给通道二的混频器提供本振的缓冲buf1和buf5也连接着通道二的混频器；

通道三的锁相环PLL3给别的通道提供本振信号时通过射频的开关SW5和SW6将PLL3的信号分别送到通道二或者通道一的混频器；在PLL3给别的通道提供本振信号时在射频的开关switch5和switch6的后面分别接入了输出缓冲放大器buf5和buf6连接到通道二和通道一的混频器MIXER2和MIXER1上；同时在通道三被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL2反过来给通道三的混频器提供本振的缓冲buf2和buf4也连接着通道三的混频器；

本发明是这样实现的，采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，所述锁相环复用控制方法采用通道一用锁相环PLL1、通道二用锁相环PLL2和通道三用锁相环PLL3，三个通道可同时接收不同的频段信号或者接收同一频段相同频率的信号；

在接收不同频段信号时通道一用锁相环PLL1为频段一提供输入信号，通道二用锁相环PLL2为频段二提供输入信号，通道三用锁相环PLL3为频段三提供输入信号，每一个通道的锁相环都针对相应通道接收的频段进行了最优化配置，提供最优化的本振输入信号；

当需要不同的通道接收相同频率信号时，也就是两个以上通道都需要接收相同频段频率的信号，中频输出不变的情况下本振信号也需要相同，为了避免同频输出的锁相环相互牵引的问题，可以利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号，这时关闭不需要再提供本振信号的其他路的锁相环。如其他通道需要接收频段一相同频率的的信号，这时利用锁相环PLL1给除通道一以外的通道同时提供输入信号；其他通道需要接收频段二的信号时由锁相环PLL2给除通道二以外的通道来提供输入信号，其他通道需要接收频段三的信号时由锁相环PLL3给除通道三以外的通道来提供输入信号。这样保证了锁相环的正常工作，避免多个通道接收相同频率信号时同样的本振信号相互牵引的问题。

进一步，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机控制方法包括：

第一步，晶体振荡器的振荡频率提供给锁相环，进入参考频率分频器ReferenceDivider模块，经过分频后进入鉴频鉴相器PFD；

第二步，鉴频鉴相器将晶振提供的经过分频之后的参考信号与反馈回来的反馈信号进行频率与相位的比较，将比较出来的信号用来控制电荷泵CP的开关，将电压信号转化成电流信号，电荷泵电路输出电流经过后面的片外的低通滤波器LPF，得到一个直流电压去控制VCO的振荡频率；

第三步，经过环路滤波器电压接到压控振荡器上，压控振荡器在控制电压的控制下震荡到需要的频率上，在压控振荡器后面接着高速的二分频器DIV2，将压控振荡器的输出信号分频成正交的信号作为本振信号提供给混频器，高速的二分频器后面同时还接着8/9预分频电路Prescaler 8/9；

第四步，8/9预分频电路与反馈环路中的反馈分频器Feedback Divider将压控振荡器产生的信号进行分频降为较低的频率信号反馈到鉴频鉴相器，与输入的参考信号进行比较，达到与输入参考信号相位的对齐，最后控制压控振荡器控制电压的进入稳定状态，整个锁相环路锁定在固定的频率上；

第五步，反馈回来的信号和参考信号在进入鉴频鉴相器的同时还进入了另外一个模块压控振荡器的自校准模块VCO Calibration，用来自动控制压控振荡器的频率范围的电路，使压控振荡器工作到合适的频率上；

第六步，压控振荡器的自校准模块与接在压控振荡器的电压输入端的模块电压自校准电路一起在锁相环刚开始工作的开始的时候快速的使压控振荡器震荡到所需要的频率，完成后，通过开关Vtune Cal切换到环路滤波器的输出信号，锁相环进入稳定的状态。

进一步，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机控制方法还包括：

三个通道接收频点(F1，F2，F3)，PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F1，F3)，PLL1工作给MIXER1和MIXER2同时提供输入信号，switch1和buf1工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F2，F1)，PLL1工作给MIXER1和MIXER3同时提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F1，F1)，PLL1工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch1和buf1工作，switch2和buf2工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F2，F2，F3)，PLL2工作给MIXER1和MIXER2同时提供输入信号，switch3和buf3工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F2，F2)，PLL2工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作。PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F2，F2，F2)，PLL2工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch3和buf3工作，switch4和buf4工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F3，F2，F3)，PLL3工作给MIXER1和MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F3，F3)，PLL3工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5工作，switch6和buf6关闭不工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作。

三个通道接收频点(F3，F3，F3)，PLL3工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5工作，switch6和buf6工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述锁相环复用控制方法的锁相环复用控制系统，所述锁相环复用控制系统包括：采用近零中频架构；包含三个并行的、带宽和中心频点可配置的接收通道；其中三个独立的射频通道可在三个频段之间任意切换；内部集成了射频接收通道，包含低噪声放大器、混频器、中频滤波器、可变增益放大器、模数转换器、驱动器和锁相环电路。

进一步，所述锁相环复用控制系统的锁相环包括压控振荡器、高速分频器、双模预分频器、反馈分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本射频接收芯片采用近零中频架构；包含三个并行的、带宽和中心频点可配置的接收通道射频通道可在三个频段之间任意切换；内部集成了宽带低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、中频低通滤波器(LPF)、可变增益放大器(AGC)、输出缓冲器(OUTBUF)、4bit模数变换器(ADC)、小数分频锁相环(PLL)，SPI等。本发明多模多通道射频接收机系统采用锁相环复用的技术，满足了不同的应用需求。通道一用锁相环PLL1、通道二用锁相环PLL2和通道三用锁相环PLL3，三个通道可同时接收不同的频段信号或者接收同一频段相同频率的信号；在接收不同频段信号时通道一用锁相环PLL1为频段一提供输入信号，通道二用锁相环PLL2为频段二供输入信号，通道三用锁相环PLL3为频段三提供输入信号；在不同的通道接收相同射频频率信号时利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号；无论是哪个通道需要接收相应的频段就用最优配置的锁相环来提供输入信号。本发明不仅局限于卫星导航接收系统，还可以推广到任何的多通道接收机或者发射机。

本发明提供了一种应用于多模多通道射频接收芯片锁相环复用技术的方法和电路实现。本发明射频芯片是应用于卫星导航的多模多通道射频接收芯片，包含三个中心频点可任意配置的接收通道。本发明针对利用锁相环的复用技术来优化提供的本振信号，提高接收机的性能。本发明针对多通道多模的射频系统不仅局限于卫星导航接收系统，针对每个频段配置最优的锁相环性能，无论是哪个通道接收相应的频段就用固定的最优配置的锁相环来提供，这样一个方面可以提供最优性能的本振信号，而且可以避免多个通道接收相同频率信号时同样的本振信号相互牵引的问题。

本发明根据导航高精度定位的需求，其中的三个通道可同时接收不同的频段信号或者接收同一频段相同频率的信号。如在接收不同频段信号时通道一用锁相环PLL1为频段一提供输入信号，通道二用锁相环PLL2为频段二供输入信号，通道三用锁相环PLL3为频段三提供输入信号。每一个通道的锁相环都针对相应通道接收的频段进行了最优化配置，用来提供最优化的本振输入信号。在不同的通道接收相同频率信号(中频输出不变的情况下本振信号也需要相同)时可以利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号信号。其它通道需要接收频段一相同频率的的信号，这时利用锁相环PLL1给除通道一以外的通道同时提供输入信号；其它通道需要接收频段二的信号时由锁相环PLL2给除通道二以外的通道来提供输入信号，其它通道需要接收频段三的信号时由锁相环PLL3给除通道三以外的通道来提供输入信号。这样可以提供最优的本振信号以及避免了使用不同通道锁相环在锁定相同频率时存在的频率牵引的问题。这样达到了每个通道本振信号的的最优化配置，优化了性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的三个并行接收通道的示意图。

图2是本发明实施例提供的锁相环的组成示意图。

图3是本发明实施例提供的锁相环复用方法：锁相环和混频器的连接关系单独列出的示意图。

图4是本发明实施例提供的输出缓冲放大器buf电路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锁相环复用控制方法、系统、多模多通道射频接收机，下面结合附图对本发明作详细的描述。采用通道一用锁相环PLL1、通道二用锁相环PLL2和通道三用锁相环PLL3，三个通道可同时接收不同的频段信号或者接收同一频段相同频率的信号；在接收不同频段信号时通道一用锁相环PLL1为频段一提供输入信号，通道二用锁相环PLL2为频段二供本振，通道三用锁相环PLL3为频段三提供输入信号；当需要不同的通道接收相同频率信号时，也就是两个以上通道都需要接收相同频段频率的信号，中频输出不变的情况下本振信号也需要相同，为了避免同频输出的锁相环相互牵引的问题，可以利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号信号，这时关闭不需要再提供本振信号的其他路的锁相环。如其他通道需要接收频段一相同频率的的信号，这时利用锁相环PLL1给除通道一以外的通道同时提供输入信号；其他通道需要接收频段二的信号时由锁相环PLL2给除通道二以外的通道来提供输入信号，其他通道需要接收频段三的信号时由锁相环PLL3给除通道三以外的通道来提供输入信号。这样保证了锁相环的正常工作，避免多个通道接收相同频率信号时同样的本振信号相互牵引的问题。同时每个通道的锁相环针对自身通道的频段频率设计的锁相环性能最优，无论是哪个通道需要接收相应的频段就用最优配置的锁相环来提供本振输入信号。本发明针对多通道多模的射频系统不仅局限于卫星导航接收系统，还可以推广到任何的多通道接收机或者发射机。

如图1所示，本发明的接收系统主要包括有源天线、多通道射频接收机芯片和数字基带三大部分组成，其中有源天线和数字基带都是片外器件。

本发明多模多通道射频接收机芯片包含三个并行的、带宽和中心频点可配置的接收通道射频通道可在三个频段之间任意切换；内部集成了宽带低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、中频低通滤波器(LPF)、可变增益放大器(AGC)、输出缓冲器(OUTBUF)、4bit模数变换器(ADC)、小数分频锁相环(PLL)，SPI等。当卫星发射出来的信号经过大气传播，经过芯片外部的低噪声放大器的放大和滤波器的选择信号到达芯片后，首先进入低噪声放大器LNA进行放大；低噪声放大器后面连接着正交混频器MIXER，混频器一个端口接着低噪声放大器的输出，另外一个端口接着锁相环PLL提供的本振信号；混频器是一个十分重要的射频模块，混频器的主要功能是将射频信号与本振信号进行混频产生基带更够处理的中频信号；信号经过放大后进入正交混频器，射频信号和本振信号在混频器中进行混频，将射频接信号通过混频转化成正交的中频信号I路和Q路；在混频器的输出端口接着中频滤波器的输入，混频出来的信号I和Q进入中频滤波器LPF；经过中频滤波器滤波的输出信号I1和Q1接着可变增益放大器PGA的输入，可变增益放大器输入端口接着中频滤波器的输出，另外一个控制端口接着自动增益控制器AGC的输出，可变增益放大器PGA和自动增益控制器AGC组成了自动增益控制环路；信号通过可变增益放大器输出信号I2和Q2到模拟数字转换器，模拟数字转换器的将进来的模拟信号转化成数字信号输出，给片外的基带，同时输出的数字信号控制自动增益控制器，根据所需要的输出幅度返回来调节整个通道的增益。可变增益放大器输出信号I2和Q2同时输入到输出缓冲器，通过输出缓冲器直接输出模拟的中频信号。

在不同通道接收不相同的频点的情况下，锁相环PLL1提供F1频点的输入信号给混频器MIXER1，锁相环PLL2提供F2频点的输入信号给混频器MIXER2，锁相环PLL3提供F3频点的输入信号给混频器MIXER3，

在不同通道接收相同的频点的情况下，有多个通道由同一个锁相环来提供输入信号。如需要通道一的锁相环PLL1给别的通道提供输入信号，则其通过射频的开关SW1和SW2(SW由射频的开关switch和输出缓冲放大器buf组成)将PLL1的信号分别送到通道二或者通道三的混频器；在SW中射频的开关switch1和switch2的后面分别接入了输出缓冲放大器buf1和buf2连接到通道二和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上，输出缓冲放大器buf的电路采用了电流复用的技术；同时在通道一被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL2和PLL3反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲buf3和buf6也连接着通道一的混频器。通道二的锁相环PLL2给别的通道提供输入信号时通过射频的开关switch3和switch4将PLL2的信号分别送到通道一或者通道三的混频器；在PLL2给别的通道提供输入信号时在射频的开关switch3和switch4的后面分别接入了输出缓冲放大器buf3和buf4连接到通道一和通道三的混频器MIXER1和MIXER3上；同时在通道二被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL3反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲器buf1和buf5也连接着通道二的混频器。通道三的锁相环PLL3给别的通道提供输入信号时通过射频的开关switch5和switch6将PLL3的信号分别送到通道二或者通道一的混频器；在PLL3给别的通道提供输入信号时在射频的开关switch5和switch6的后面分别接入了输出缓冲放大器buf5和buf6连接到通道二和通道一的混频器MIXER2和MIXER1上；同时在通道三被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL2反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲器buf2和buf4也连接着通道三的混频器。

这些就是整个射频通道的一般架构，在这里还有一个重要的部分就是给混频器提供输入本振信号的锁相环电路，锁相环的组成如图2所示。锁相环是射频收发机芯片的关键模块之一，锁相环主要由压控振荡器(VCO)、高速分频器(High Speed Divider)、双模预分频器(8/9 Prescaler)、反馈分频器(Feedback Divider)、鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LPF)等组成。晶体振荡器的振荡频率f_REF-IN提供给锁相环，首先进入参考频率分频器模块，经过分频后进入鉴频鉴相器，鉴频鉴相器是既能鉴相又能鉴频的器件，配合电荷泵的使用，将晶振提供的经过分频之后的参考信号与反馈回来的反馈信号进行频率与相位的比较，之后将比较出来的信号用来控制电荷泵的开关，将电压信号转化成电流，电荷泵电路输出电流经过后面一级的片外的低通滤波器(即环路滤波器)，得到一个直流电压去控制压控振荡器的振荡频率。环路滤波器的作用就是滤除鉴相器输出电压的高频分量，取出稳定的平均值去控制压控振荡器的频率。经过环路滤波器电压接到压控振荡器上，压控振荡器在控制电压的控制下震荡到需要的频率上，在压控振荡器后面接着高速的二分频器，将压控振荡器的输出信号分频成正交的信号作为本振信号提供给混频器，高速的二分频器后面同时还接着8/9预分频电路，8/9预分频电路与反馈环路中的反馈分频器，以及Sigma-Delta调制器(Sigma-Delta Modulator)组成了小数分频的逻辑实现。这些分频器将压控振荡器产生的信号进行分频降为较低的频率信号反馈到鉴相器，与输入的参考信号进行比较，达到与输入参考信号相位的对齐，最后控制压控振荡器控制电压的进入稳定状态，整个锁相环路锁定在固定的频率上。反馈回来的信号和参考信号在进入鉴频鉴相器的同时还进入了另外一个模块压控振荡器的自校准模块(VCO Calibration)，这是用来自动控制压控振荡器的频率范围的电路，使压控振荡器工作到合适的频率上。压控振荡器的自校准模块与接在压控振荡器的电压输入端的模块电压自校准电路(Vtune Cal)一起在锁相环刚开始工作的开始的时候快速的使压控振荡器震荡到所需要的频率，完成这些工作后，通过开关切换到环路滤波器的输出信号，锁相环进入稳定的状态。这些就是锁相环的工作过程。

上述这些是一般射频接收机的基本架构，在这个三通道接收机的基础上本发明采用了三个锁相环的复用技术用来给混频器提供本振信号。为了将结构解释清楚，本发明专门将锁相环和混频器的连接关系单独列出，如图3所示。这里每一个通道对应自身的一个锁相环，PLL1对应通道一工作的射频频率F1，该锁相环针对该频段的频点进行了优化，相位噪声最优。PLL2对应通道二工作的射频频率F2，PLL3对应通道三工作的射频的频率F3同样都是针对自身通道的频点相位噪声最优。锁相环PLL1的输出连接着混频器MIXER1的输入，用来给混频器MIXER1提供本振信号，锁相环PLL2的输出连接着混频器MIXER2的输入，用来给混频器MIXER2提供本振信号，锁相环PLL3的输出连接着混频器MIXER3的输入，用来给混频器MIXER3提供本振信号。这是最基本的正常功能，本发明中需要复用锁相环，所以除了这些连接关系还有另外的一些电路用来实现锁相环的复用。

以本应用为例，在高精度导航定位的需求中有需要不同的通道会配置不同的频率，来增强定位精度。在正常情况下锁相环PLL1提供F1频点的本振信号给混频器MIXER1，锁相环PLL2提供F2频点的本振信号给混频器MIXER2，锁相环PLL3提供F3频点的本振信号给混频器MIXER3。但是还有一些情况，比如通道二也需要接收通道一的频点F1，这个时候就需要PLL2也提供和PLL1相同的频率来作为本振信号，这时会有两个问题：第一个问题是虽然三个通道的锁相环都可以覆盖整个频段，频率输出的覆盖范围相同。但是因为每个通道的锁相环的设计是针对相应通道的射频频点进行的专门优化，在对应通道的频段频点性能最优，别的频段频点性能不及默认的频点性能优异。这样PLL2来给射频频点F1来提供本振信号的的话性能不如用PLL1来给射频频点F1来提供本振信号的性能好。第二个问题是，如果不考虑性能的要求，可以用PLL2来给频率F1提供的本振信号，那么锁相环PLL1和PLL2就会输出相同的本振信号，在这时就会存在频率的牵引的现象，导致PLL1和PLL2的输出频率都不稳定，无法正常使用。同样这三个通道中任意两个或者三个锁相环如果输出相同的频点都存在频率牵引这样的问题无法使用。为了解决这两个方面的问题本发明采用了锁相环复用的技术。

本发明以通道一为列来解释复用技术。锁相环的复用就是除了通道一以外的通道需要锁相环来给F1频点提供同样本振信号，如通道二也接收的射频频点F1或者通道二也接收的射频频点F1，由于中频配置一样，PLL2或者PLL3需要提供和PLL1相同的本振信号来满足通道二或者通道三来接收射频频点F1的需求。根据上面分析，这时如果利用每个通道的自身对应的锁相环提供相同本振信号是存在问题的，所以本发明就利用通道一的锁相环PLL1来给别的通道提供本振信号。这时就通过射频的开关switch1和switch2将PLL1的信号分别送到通道二或者通道三的混频器。这些开关在不需要复用的时候是关闭的，在需要复用时开启。在给不同通道提供本振信号时加入的开关又会导致另外的问题出现，那就是锁相环提供的本振信号由于和电路模块之间的连接，会导致自身电路负载(这里锁相环PLL1对外输出本振时加入的switch1，switch2开关会引入负载，另外还有通道二和通道三的锁相环PLL2，PLL3对通道一提供本振时所加入的输出缓冲器电路buf3，buf6也会引入的负载)增加，除了这些电路负载增加的同时，由于这些电路之间的连接会增加电路版图的连线，这样会增大寄生的电容，同样也增大了负载，所以这时锁相环输出的驱动能力又需要加大，所以在开关switch之后加入了输出缓冲放大器buf电路，用来增加输出本振信号的驱动能力。所以在PLL1给别的通道提供本振信号时在射频的开关switch1和switch2的后面分别接入了输出缓冲放大器buf1和buf2连接到通道二和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上，这样保证了输出的幅度，输出缓冲放大器buf的电路如图4所示。采用了电流复用的技术，在节省功耗的基础上大大加强了输出的驱动能力。同时在通道一锁相环PLL1给别的通道提供本振的同时，别的通道的锁相环PLL2和PLL3反过来给通道一的混频器提供本振的缓冲buf3和buf6也连接着通道一的混频器(虽然这些开关和输出缓冲器是关闭的)。这就是锁相环复用的基本方法。其他两个通道连接方式和通道一的基本一致。

下面就不同方式的配置来说明锁相环是如何在工作的。

假如三个通道接收频点(F1，F2，F3)，这时PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F1，F1，F3)，这时PLL1工作给MIXER1和MIXER2同时提供输入信号，switch1和buf1工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F1，F2，F1)，这时PLL1工作给MIXER1和MIXER3同时提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F1，F1，F1)，这时PLL1工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch1和buf1工作，switch2和buf2工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F2，F2，F3)，这时PLL2工作给MIXER1和MIXER2同时提供输入信号，switch3和buf3工作，switch4和buf4关闭不工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL3工作给MIXER3提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F1，F2，F2)，这时PLL2工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作。PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F2，F2，F2)，这时PLL2工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch3和buf3工作，switch4和buf4工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作。

三个通道接收频点(F3，F2，F3)，这时PLL3工作给MIXER1和MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2工作给MIXER2提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作。

三个通道接收频点(F1，F3，F3)，这时PLL3工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5工作，switch6和buf6关闭不工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作。

三个通道接收频点(F3，F3，F3)，这时PLL3工作给MIXER1、MIXER2、MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5工作，switch6和buf6工作；PLL1不再给MIXER1提供输入信号，关闭不工作，同时switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作。

以上就是锁相环在射频接收机中复用的实际情况。这样的方法可以在不影响输出本振信号幅度的情况下利用锁相环的的复用实现了每个通道本振信号的最优化配置，这种方法可以推广到更多的通道应用，不仅适用于接射频接收通道而且适用于射频发射通道，可以大范围的推广。

本发明已经在高精度卫星导航接收机上成功的推广应用，上述频点F1，F2，F3分别对应三个频段L1、UPL2DownL2的频率，取得了良好的实际的使用效果。其中分别对应的信号如表1。

表1

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，其特征在于，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片包含三个并行的、带宽和中心频点可配置的接收通道射频通道可在三个频段之间任意切换；内部集成宽带低噪声放大器LNA、混频器Mixer、中频低通滤波器LPF、可变增益放大器AGC、输出缓冲器OUTBUF、4bit模数变换器ADC、小数分频锁相环PLL，SPI。

2.如权利要求1所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，其特征在于，所述锁相环复用控制系统的锁相环包括压控振荡器、高速分频器、双模预分频器、反馈分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器。

3.如权利要求2所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，其特征在于，所述锁相环PLL1的输出连接着混频器MIXER1的输入，给混频器MIXER1提供输入信号，锁相环PLL2的输出连接着混频器MIXER2的输入，给混频器MIXER2提供输入信号，锁相环PLL3的输出连接着混频器MIXER3的输入，给混频器MIXER3提供输入信号。

4.如权利要求2所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片，其特征在于，所述锁相环在开关switch之后加入了输出缓冲放大器buf电路，增加输出本振信号的驱动能力；在PLL1给别的通道提提供输入信号时在射频的开关switch1和switch2的后面分别接入了输出缓冲放大器buf1和buf2连接到通道二和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上，在PLL2给别的通道提供输入信号时在射频的开关switch3和switch4的后面分别接入了输出缓冲放大器buf3和buf4连接到通道一和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上，在PLL3给别的通道提供输入信号时在射频的开关switch5和switch6的后面分别接入了输出缓冲放大器buf5和buf6连接到通道一和通道二的混频器MIXER1和MIXER2上。

5.一种如权利要求1所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法，其特征在于，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法包括：当卫星发射出来的信号经过大气传播，经过芯片外部的低噪声放大器的放大和滤波器的选择信号到达芯片后，首先进入低噪声放大器LNA进行放大；低噪声放大器后面连接着正交混频器MIXER，混频器一个端口接着低噪声放大器的输出，另外一个端口接着锁相环PLL提供的本振信号；混频器是一个十分重要的射频模块，混频器的是将射频信号与本振信号进行混频产生基带能够处理的中频信号；信号经过放大后进入正交混频器，射频信号和本振信号在混频器中进行混频，将射频接信号通过混频转化成正交的中频信号I路和Q路；在混频器的输出端口接着中频滤波器的输入，混频出来的信号进入中频滤波器LPF；经过中频滤波器滤波的输出信号接着可变增益放大器PGA的输入，可变增益放大器输入端口接着中频滤波器的输出，另外一个控制端口接着自动增益控制器AGC的输出，可变增益放大器PGA和自动增益控制器AGC组成了自动增益控制环路；信号通过可变增益放大器输出信号到模拟数字转换器，模拟数字转换器的将进来的模拟信号转化成数字信号输出，给片外的基带，同时输出的数字信号控制自动增益控制器，根据所需要的输出幅度返回来调节整个通道的增益；可变增益放大器输出信号同时输入到输出缓冲器，通过输出缓冲器直接输出模拟的中频信号。

6.如权利要求5所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法，其特征在于，所述采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法还包括：在不同通道接收不相同的频点的情况下，锁相环PLL1提供F1频点的本振信号给混频器MIXER1，锁相环PLL2提供F2频点的本振信号给混频器MIXER2，锁相环PLL3提供F3频点的本振信号给混频器MIXER3；

在不同通道接收相同的频点的情况下，有多个通道由同一个锁相环来提供输入信号；如需要通道一的锁相环PLL1给别的通道提供输入信号，则其通过射频的开关SW1和SW2将PLL1的信号分别送到通道二或者通道三的混频器，SW由射频的开关switch和输出缓冲放大器buf组成；在SW中射频的开关switch1和switch2的后面分别接入了输出缓冲放大器buf1和buf2连接到通道二和通道三的混频器MIXER2和MIXER3上，输出缓冲放大器buf的电路采用了电流复用的技术；同时在通道一被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL2和PLL3反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲buf3和buf6也连接着通道一的混频器；通道二的锁相环PLL2给别的通道提供输入信号时通过射频的开关switch3和switch4将PLL2的信号分别送到通道一或通道三的混频器；在PLL2给别的通道提供本振信号时在射频的开关switch3和switch4的后面分别接入了输出缓冲放大器buf3和buf4连接到通道一和通道三的混频器MIXER1和MIXER3上；同时在通道二被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL3反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲器buf1和buf5也连接着通道二的混频器；通道三的锁相环PLL3给别的通道提供输入信号时通过射频的开关switch5和switch6将PLL3的信号分别送到通道二或者通道一的混频器；在PLL3给别的通道提供输入信号时在射频的开关switch5和switch6的后面分别接入了输出缓冲放大器buf5和buf6连接到通道二和通道一的混频器MIXER2和MIXER1上；同时在通道三被别的通道的锁相环提供输入信号的情况时，别的通道的锁相环PLL1和PLL2反过来给通道一的混频器提供输入信号的缓冲器buf2和buf4也连接着通道三的混频器。

7.如权利要求5所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法，其特征在于，通道一用锁相环PLL1、通道二用锁相环PLL2和通道三用锁相环PLL3，三个通道可同时接收不同的频段信号或接收同一频段相同频率的信号；

每一个通道的锁相环都针对相应通道接收的频段进行了最优化配置，给混频器提供最优化的输入信号；在接收不同频段信号时通道一用锁相环PLL1为频段一提供输入信号，通道二用锁相环PLL2为频段二提供输入信号，通道三用锁相环PLL3为频段三提供输入信号；

在不同的通道接收相同射频频率信号时，中频输出不变的情况下本振信号也需要相同，为了避免同频输出的锁相环相互牵引的问题，可以利用某一通道的锁相环给多个通道同时提供输入信号，这时关闭不需要再提供输入信号的其他路的锁相环；其他通道需要接收频段一相同频率的的信号，这时利用锁相环PLL1给除通道一以外的通道同时提供输入信号；其他通道需要接收频段二的信号时由锁相环PLL2给除通道二以外的通道来提供输入信号，其他通道需要接收频段三的信号时由锁相环PLL3给除通道三以外的通道来提供输入信号。

8.如权利要求5所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法，其特征在于，所述锁相环复用控制方法包括：

9.如权利要求5所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片的控制方法，其特征在于，所述锁相环复用控制方法还包括：

三个通道接收频点(F1，F2，F2)，PLL2工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL3不再给MIXER3提供输入信号，关闭不工作，同时switch5和buf5关闭不工作，switch6和buf6关闭不工作；

三个通道接收频点(F1，F3，F3)，PLL3工作给MIXER2和MIXER3同时提供输入信号，switch5和buf5工作，switch6和buf6关闭不工作；PLL1工作给MIXER1提供输入信号，switch1和buf1关闭不工作，switch2和buf2关闭不工作；PLL2不再给MIXER2提供输入信号，关闭不工作，同时switch3和buf3关闭不工作，switch4和buf4关闭不工作；

10.一种多模多通道射频接收机，其特征在于，所述多模多通道射频接收机搭载权利要求1～4任意一项所述的采用锁相环复用的多模多通道射频接收机芯片。