CN111934708A - 一种应用于射频收发链路的信号处理模块 - Google Patents

一种应用于射频收发链路的信号处理模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于射频收发链路的信号处理模块，包括信号发射模式和信号接收模式。所述射频信号发射模式电路包括：天线公共端口，第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关，滤波器A、B、C、D、E、F，第三单刀四掷开关，第四单刀四掷开关以及信号发射端口；所述信号接收模式电路包括：信号接收端口、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、衰减电路、限幅电路、第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关以及天线公共端。本发明能够实现收发两种这状态下的信号传输，对发射状态下的不同频段的输出信号的谐波能够实现抑制的作用，接收状态下能够保护射频接收通道，并实现直通状态和衰减状态的切换，保证接收信号的可用性。

Description

一种应用于射频收发链路的信号处理模块
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种应用于射频收发链路的信号处理模块，具有两种信号处理模式，信号发射模式和信号接收模式。
背景技术
随着无线通信技术的不断发展，利用无线通信技术能够实现声音、图像的传播。根据经典的通信收发机架构，发射状态时发射信号中存在一定的发射信号的谐波，而这些谐波信号被通信链路中对应的设备接收后，会导致接收机解调出的有用信号出现失真。同时，为了减少不必要的电磁辐射对其它通信设备的影响，需要对收发信机射频发射信号进行滤除谐波及杂散的处理。因此，在发射机末端添加对应的谐波滤波器，能够实现对发射信号的谐波处理，保证通信信号的质量。同时，一般的无线通信链路工作在一定的频率范围内，这就需要按照当前发射信号的频率值，进行对应频率的谐波滤波，从而实现对不同频段处的信号谐波的抑制。而谐波滤波器组能够通过不同的滤波器通道的切换，实现不同工作频率下的谐波的抑制。当通信链路处于接收状态下时，能够实现射频接收信号在射频通信系统的传输。
当前存在一种利用开关单元实现对独立的滤波器通道控制的方案，能够实现对不同滤波频段的信号的滤波特性。但由于其工作功能单一，各个通道是并行工作无法实现复用。虽可以实现多路信号同时并行处理和信号的通过，可以实现多个信号通道并行运作，适用用于多天线发射机设备使用，或者实现射频电路中不同射频信号的并行处理。本发明采用射频通道复用的设计方案，可以实现主射频接口和通道的复用，减少接口数，降低模块的应用复杂度。
而另一种发明采用多个射频通道并联的方式，在每一个射频通道的滤波器两端各有一个一分二的射频开关。利用每个通道上的射频开关的断开和闭合，实现不同通道的切换和对不同频段下信号的滤波处理。但这种方案存在缺陷，由于滤波器采用并联的枝节相连。当处理信号处于低频状态时，主射频通道上的枝节对系统的信号传输特性影响不明显。但随着传输信号的工作频率的升高，射频通道上的并联枝节会对系统的传输特性产生影响。若处理不当，会导致各个射频通道的驻波和插入损耗变大，影响系统的性能。
发明内容
本发明能够实现收发两种状态下的信号传输，对发射状态下的不同频段的输出信号的谐波能够实现抑制的作用，接收状态下能够保护射频接收通道，并实现直通状态和衰减状态的切换，保证接收信号的可用性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种应用于射频收发链路的信号处理模块，包括信号发射模式和信号接收模式，其特征在于：
所述射频信号发射模式电路包括：天线公共端口，第一单刀四掷开关，第二单刀四掷开关，滤波器A、B、C、D、E、F，第三单刀四掷开关，第四单刀四掷开关以及信号发射端口；其连接关系为：所述天线公共端口与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与第二单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与滤波器D、E、F连接，所述滤波器D、E、F与第三单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与滤波器A、B、C连接，所述滤波器A、B、C与第四单刀四掷开关连接，所述第三单刀四掷开关和第四单刀四掷开关连接，所述第四单刀四掷开关与信号发射端口连接；
所述信号接收模式电路包括信号接收端口、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、衰减电路、限幅电路、第一单刀四掷开关，第二单刀四掷开关以及天线公共端；其连接关系为：信号接收端口与第一单刀双掷开关连接，所述第一单刀双掷开关分别与第二单刀双掷开关和衰减电路连接，所述衰减电路与第二单刀双掷开关连接，所述第二单刀双掷开关通过限幅电路与第二单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与天线公共端连接形成接收通道。
优选的，所述滤波器为七阶椭圆函数低通滤波器。
优选的，所述滤波器A、B、C、D、E、F分别处理不同频段信号的谐波信号。
优选的，所述第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关、第三单刀四掷开关以及第四单刀四掷开关均为射频开关。
优选的，所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关均为射频开关。
可选的，所述第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关、第三单刀四掷开关、第四单刀四掷开关、第一单刀双掷开关以及第二单刀双掷开关可由组合逻辑电路控制，也可以由可编程器件控制。
可选的，所述限幅电路可设置于第一单刀四掷开关和第二单刀四掷开关级连部分，与第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关及衰减电路组合之间；还可设置于第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关衰减电路所在组合电路通道，且置于衰减电路之前。
可选的，所述衰减电路可以为固定衰减电路，也可以为可调衰减电路。
本发明的技术方案利用两种QFN封装的大功率小型射频电子开关，在射频收发链路频段内能够实现快速和灵活的收发状态切换，实现发射状态下不同滤波通道的快速切换，以及接收状态下接收信号的直通和衰减的状态，保证接收状态下系统接收到信号的可用性，同时保护接收设备避免因接收信号过大造成的设备损坏和接收信号的失真。谐波滤波器组的切换设计，能够使得射频收发链路频段内可用信号的谐波得到有效的抑制，减少了发射信号中谐波信号对有用信号的干扰。同时，使用集成化封装射频电子开关以及集成化的逻辑电路，结合滤波器的设计需求使得整个模块实现大功率和小型化，便于使用在现代无线通信设备中。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明其中一个实施例的架构示意图。
图2为本发明射频开关的逻辑控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一单刀四掷开关和第二单刀四掷开关是用于区别不同的单刀四掷开关，而不是用于描述单刀四掷开关的特定顺序。
如图1所示，本发明实施例提供一种射频链路信号处理模块，具有两种信号处理模式，信号发射模式和信号接收模式。信号发射模式电路包括天线公共端口(ANT)，第一单刀四掷开关(SP4T)，第二单刀四掷开关(SP4T)，滤波器(Filter)A、B、C、D、E、F，第三单刀四掷开关(SP4T)，第四单刀四掷开关(SP4T)以及信号发射端口(TX)连接形成；所述信号发射模式电路的连接关系为：所述天线公共端口与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与第二单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与滤波器D、E、F连接，所述滤波器D、E、F与第三单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与滤波器A、B、C连接，所述滤波器A、B、C与第四单刀四掷开关连接，所述第三单刀四掷开关和第四单刀四掷开关连接，所述第四单刀四掷开关与信号发射端口连接。
本发明实施例所述滤波器为七阶椭圆函数低通滤波器，应用包括村田电容和线艺高Q值电感，能对射频发射链路中的信号对应的谐波信号进行抑制，以获得高抑制、低插损的滤波器特性。
所述第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关、第三单刀四掷开关以及第四单刀四掷开关均为射频开关。
本发明实施例的另一种模式为信号接收模式，信号接收模式电路包括天线公共端口、复用的第一单刀四掷开关、复用的第二单刀四掷开关、信号接收端口、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关、衰减电路以及限幅电路。所述信号接收模式的连接方式为：信号接收端口与第一单刀双掷开关连接，所述第一单刀双掷开关分别与第二单刀双掷开关和衰减电路连接，所述衰减电路与第二单刀双掷开关连接，所述第二单刀双掷开关通过限幅电路与第二单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与天线公共端连接形成接收通道。
可选的，所述限幅电路可设置于第一单刀四掷开关和第二单刀四掷开关级连部分，与第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关及衰减电路组合之间；还可设置于第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关衰减电路所在组合电路通道，且置于衰减电路之前。
可选的，其衰减电路可以为固定衰减，也可以为可调衰减电路。
如图2所示，当模块处于信号发射模式时，信号发射模式电路中的4个SP4T受到逻辑电平的控制，通过对各开关中的开关通路进行对应的切换，实现TX－Filter－ANT射频通道的连通。
通过对不同通道上滤波器特性的调整，使得6个射频通道能够满足应用需求，通过逻辑电路的状态进行实时控制，实现对发射状态下射频信号的谐波抑制。
信号接收模式下，天线公共端口、复用的第一单刀四掷开关、复用的第二单刀四掷开关、信号接收端口、第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关、衰减电路以及限幅电路组成接收链路。通过逻辑电路对第一单刀四掷开关(SP4T)，第二单刀四掷开关(SP4T)的通道进行控制，实现ANT到限幅电路的射频通道。同时利用逻辑控制电路对第二单刀双掷开关(SPDT)，第一单刀双掷开关(SPDT)的工作状态进行控制，实现接收通道的直通和衰减两种状态的切换功能。此处的衰减电路可以为任意具有信号衰减功能的电路，不限于固定衰减电路和可调衰减电路。
在射频链路信号处理模块中，包含组合逻辑电路，旨在对两组开关的状态组合进行控制，实现发射和接收的切换功能、滤波器通道切换和接收下的直通和衰减功能。由于射频开关是通过逻辑电平进行开关状态的控制，则对于逻辑电路的设计则非常灵活。可以采用普通的逻辑器件进行组合逻辑的搭建，也可以通过现存的可编程逻辑器件进行对应状态的控制，能够有效的实现对模块的工作状态的控制。
本发明的技术方案包括两种QFN封装的射频开关，其中含有4个SP4T和2个SPDT，采用QFN封装的限幅器模块及对应的外围电路。根据本发明中的设计思路进行对应器件的射频通道的连接，设计接收衰减状态下的π型衰减电路。根据需要的工作状态，生成对应的逻辑电路，实现对大功率谐波滤波器的工作状态的控制。通过逻辑电路输出状态的控制，即可实现对总的模块工作状态的控制。
在本发明实施例的椭圆函数滤波器、对应连接关系下的PCB、以及封装管壳下的金属结构件。根据指标和参数的要求进行综合考虑，选用7节阶椭圆函数低通滤波器作为谐波滤波器的设计模型，其拥有低插损，以及性能较好的带外抑制特性。
滤波器工作频带共划分为6个频段，分别为30MHz－48MHz、48MHz－77MHz、77MHz－124MHz、124MHz－198.5MHz、198.5MHz－318MHz以及318MHz－512MHz。
根据设计指标需求，利用椭圆函数滤波器设计方法，得到对应的各个器件的值，其中电容的选择，需要根据设计的传输信号功率的要求，选择高精度、合适的耐压值和耐流值、高Q值的电容，电感采用高Q值电感。尽可能减少射频走线的长度，并合理的进行PCB的布局布线，减少模块的体积大小，实现了40mm＊45mm＊8mm大小的大功率谐波滤波器模块。在板验证时，需要对滤波器的状态进行微调，从而使得开关和滤波器的级连特性达到设计需求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此，在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种应用于射频收发链路的信号处理模块，包括信号发射模式和信号接收模式，其特征在于：
所述射频信号发射模式电路包括：天线公共端口，第一单刀四掷开关，第二单刀四掷开关，滤波器A、B、C、D、E、F，第三单刀四掷开关，第四单刀四掷开关以及信号发射端口；其连接关系为：所述天线公共端口与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与第二单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与滤波器D、E、F连接，所述滤波器D、E、F与第三单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与滤波器A、B、C连接，所述滤波器A、B、C与第四单刀四掷开关连接，所述第三单刀四掷开关和第四单刀四掷开关连接，所述第四单刀四掷开关与信号发射端口连接；
所述信号接收模式电路包括：信号接收端口、第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关、衰减电路、限幅电路、第一单刀四掷开关，第二单刀四掷开关以及天线公共端；其连接关系为：信号接收端口与第一单刀双掷开关连接，所述第一单刀双掷开关分别与第二单刀双掷开关和衰减电路连接，所述衰减电路与第二单刀双掷开关连接，所述第二单刀双掷开关通过限幅电路与第二单刀四掷开关连接，所述第二单刀四掷开关与第一单刀四掷开关连接，所述第一单刀四掷开关与天线公共端连接形成接收通道。
2.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，所述滤波器为七阶椭圆函数低通滤波器。
3.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，发射模式下，所述滤波器A、B、C、D、E、F分别处理不同频段信号的谐波信号。
4.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，所述第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关、第三单刀四掷开关以及第四单刀四掷开关均为射频开关。
5.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，所述第一单刀双掷开关和第二单刀双掷开关均为射频开关。
6.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，所述第一单刀四掷开关、第二单刀四掷开关、第三单刀四掷开关、第四单刀四掷开关、第一单刀双掷开关以及第二单刀双掷开关可由组合逻辑电路控制，也可以由可编程器件控制。
7.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，所述限幅电路可设置于第一单刀四掷开关和第二单刀四掷开关级连部分，与第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关及衰减电路组合之间；
还可设置于第一单刀双掷开关、第二单刀双掷开关衰减电路所在组合电路通道，且置于衰减电路之前。
8.如权利要求1所述的应用于射频收发链路的信号处理模块，其特征在于，其衰减电路可以为固定衰减电路，也可以为可调衰减电路。
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