CN111988047A - 零中频射频前端电路和零中频射频前端组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零中频射频前端电路和零中频射频前端组件，一种零中频射频前端电路，包括：衰减器用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，衰减后的射频信号电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区；放大器用于对经过衰减器后的射频信号进行放大处理；带通滤波器用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；正交解调器采用零中频架构，用于根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。本发明实施例公开的零中频射频前端电路和零中频射频前端组件，能够输出幅度一致，相位正交的基带I/Q信号，实现了低成本、低功耗的射频信号前端设计。

Description

零中频射频前端电路和零中频射频前端组件

技术领域

本发明实施例涉及射频电路技术，尤其涉及一种零中频射频前端电路和零中频射频前端组件。

背景技术

无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频前端位于无线通信接收系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是无线通信系统中重要的改进方向。

常用的无线通信射频前端结构有超外差结构以及零中频结构。超外差结构中一般采用两级或多级下变频，把射频信号变换成中频频率较低的信号。镜像信号的抑制是超外差接收机的主要问题。为了在有限的Q值内有效的抑制镜像频率干扰，可以增大中频频率，因此中频频率的选择就变得至关重要。超外差接收机由于用到高品质的镜像抑制滤波器和信道选择滤波器，这些滤波器一般体积较大，价格昂贵，且这种结构多采用多级混频，所以电路结构相对复杂，这使得超外差接收机集成低，成本较高，功率消耗也大。

零中频结构是最直接，最精简的一种结构。它的本振频率等于射频频率，即中频为零，不存在镜像频率，所以就不需要镜像抑制滤波器。零中频接收机直接将射频信号变换到基带，省略了中频变换这一级，因此也就不需要通过选择专用的中频滤波器，而只需要用简单的低通滤波即可。这样有利于系统的单片集成，降低设计成本与系统功耗。但对于目前的零中频结构的射频前端，当输入信号为多路时，如何保证输出的基带同向正交(In-phase/Quadrature，I/Q)信号的幅度一致，相位正交，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种零中频射频前端电路和零中频射频前端组件，能够输出幅度一致，相位正交的基带I/Q信号，实现了低成本、低功耗的射频信号前端设计。

第一方面，本发明实施例提供一种零中频射频前端电路，包括：衰减器、放大器、带通滤波器、正交解调器；

衰减器用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，衰减后的射频信号电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区；

放大器用于对经过衰减器后的射频信号进行放大处理；

带通滤波器用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；

正交解调器采用零中频架构，用于根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

在第一方面一种可能的实现方式中，零中频射频前端电路还包括抗混叠滤波器，用于对基带I/Q信号进行滤波处理，滤除I/Q信号中的混叠频率分量。

在第一方面一种可能的实现方式中，零中频射频前端电路还包括限幅器，用于对输入的射频信号进行限幅处理。

在第一方面一种可能的实现方式中，放大器为两级放大器，两级放大器分别位于带通滤波器之前和带通滤波器之后。

第二方面，本发明实施例提供一种零中频射频前端组件，包括：多个零中频射频前端电路，每个零中频射频前端电路包括衰减器、放大器、带通滤波器、正交解调器；

衰减器用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，衰减后的射频信号电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区；

放大器用于对经过衰减器后的射频信号进行放大处理；

带通滤波器用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；

正交解调器采用零中频架构，用于根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

在第二方面一种可能的实现方式中，每个零中频射频前端电路还包括抗混叠滤波器，用于对基带I/Q信号进行滤波处理，滤除I/Q信号中的混叠频率分量。

在第二方面一种可能的实现方式中，每个零中频射频前端电路还包括限幅器，用于对输入的射频信号进行限幅处理。

在第二方面一种可能的实现方式中，每个零中频射频前端电路中的放大器为两级放大器，两级放大器分别位于带通滤波器之前和带通滤波器之后。

在第二方面一种可能的实现方式中，多个零中频射频前端电路分别设置于电路基板的一面与每个零中频射频前端电路对应的稳压电路分别设置于电路基板的相对两侧并连接。

在第二方面一种可能的实现方式中，多个零中频射频前端电路分别进行分腔处理。

本发明实施例提供的零中频射频前端电路和零中频射频前端组件，由于采用了零中频架构的正交解调器，得到了输出幅度一致，相位正交的基带I/Q信号，实现了低成本、低功耗的射频信号前端设计。

附图说明

图1为本发明实施例提供的零中频射频前端电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种零中频射频前端电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的零中频射频前端电路中抗混叠滤波器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的零中频射频前端组件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的零中频射频前端组件的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的零中频射频前端电路的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的零中频射频前端电路包括：衰减器11、放大器12、带通滤波器13、正交解调器14。

衰减器11用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，衰减后的射频信号电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区；放大器12用于对经过衰减器11后的射频信号进行放大处理；带通滤波器13用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；正交解调器14采用零中频架构，用于根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

衰减器11、放大器12、带通滤波器13、正交解调器14的连接方式如图1所示。图1中示出放大器12位于带通滤波器13和衰减器11之间，但在一实施例中，放大器12还可以位于带通滤波器13和正交解调器14之间。

衰减器11用于对输入的射频信号进行适当衰减，使得零中频射频前端电路中的其他各器件都工作在线性工作区。衰减器11为可调衰减器，衰减器11可以根据输入零中频射频前端电路的射频信号的功率调整衰减值，从而使得衰减器11输出的衰减后的射频信号的电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区。衰减器11可以为数控衰减器，例如为ADI公司的HMC425A，其可调的衰减值范围为0dB-31dB，衰减步长为0.5dB。

由于输入零中频射频前端电路的射频信号的功率可能较小，因此设置放大器12，设置放大器12还能够有效改善零中频射频前端电路的系统噪声特性。放大器12可以设置于带通滤波器13之前，也可以设置于带通滤波器13之后，或者放大器12为两级放大器，两级放大器分别位于带通滤波器13之前和带通滤波器13之后。

带通滤波器13用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，滤除所需射频信号频段之外的其他信号。本发明实施例提供的零中频射频前端电路输入的射频信号的频率范围例如为4725MHz-5025MHz。那么带通滤波器13的技术指标例如可以如表1所示。

表1

正交解调器14采用零中频架构，并且输出的为两路正交I/Q信号。正交解调器14需要根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频处理，然后进行I/Q信号解调。最后得到的两路基带I/Q信号可以直接输入模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)采样，从而实现射频信号的接收。在零中频射频前端电路输入的射频信号的频率范围为4725MHz-5025MHz时，正交解调器14的本振信号频率可以为4875MHz。

本发明实施例提供的正交解调器14例如可以采用LTC5586正交解调器，LTC5586正交解调器具有优秀的线性度指标，且价格便宜。LTC5586是一款直接转换正交解调器，适用于为300MHZ-6GHz频率范围内的高线性度零IF和低IF接收器。非常宽的IF带宽(超过1GHz)使得LTC5586尤其适合非常宽宽带信号的解调。在1.9GHz时，其功率转换增益为7.7dB，OIP2为74dBm，OIP3为40dBm；在1.9GHz时具有40dB隔离度的RF开关。射频端和中频端的增益均可调节，其中射频端具有1dB步长的31dB的衰减器，中频端增益可以分8级可调(7dB-15dB步长为1dB)。其解调精度非常出色，幅度平衡和相位平衡分别约为0.07dB和1.1Deg。完全平衡的设计极大地降低了二阶失真的影响。

本实施例提供的零中频射频前端电路，由衰减器、放大器、带通滤波器和正交解调器组成，由于采用了零中频架构的正交解调器，得到了输出幅度一致，相位正交的基带I/Q信号，实现了低成本、低功耗的射频信号前端设计。

图2为本发明实施例提供的另一种零中频射频前端电路的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的零中频射频前端电路在图1的基础上，还包括：抗混叠滤波器15，用于对基带I/Q信号进行滤波处理，滤除I/Q信号中的混叠频率分量。抗混叠滤波器15设置于正交解调器14之后，用以在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度。

图2中示出的放大器12为两级放大器，放大器12由放大器121和放大器122组成，放大器121和放大器122分别位于带通滤波器13之前和带通滤波器13之后。

图3为本发明实施例提供的零中频射频前端电路中抗混叠滤波器的结构示意图，图3示出一种抗混叠滤波器的具体电路结构。如图3，其中R3||R7和R4||R8的并联组合用于阻抗匹配。抗混叠滤波器的输入和输出包含一个针对高频的共模终端，这些由输入端上的C17，C18和R2以及输出端上的C23，C24和R9形成。放大器输出端上的共模终端确保了稳定性，而ADC输入端上的共模终端则提供了一个针对由ADC中的采样电容器产生的高频的终端。L5-L8，C17-C18，C20-C21，C23-C24共同组成了抗混叠滤波器。其截止频率为300MHz，同时为了与后端的ADC直接对接，保证I/Q信号的正交度，I/Q两路的电路路径完全对称，且带线等长。

可选地，如图2所示，本发明实施例提供的零中频射频前端电路还可以包括限幅器16，用于对输入的射频信号进行限幅处理。限幅器16位于零中频射频前端电路的最前端，当强干扰信号意外输入时，限幅器16能够保护后端的电路。表2为零中频射频前端电路输入的射频信号的频率范围为4725MHz-5025MHz时，一种限幅器的技术指标示意。

表2

参数名称	技术指标
		工作频率	4000MHz～8000MHz
插入损耗	≤2dB
		端口驻波	≤1.3
端口阻抗	50Ω
		输出电平	≤10dBm
峰值功率	400W，占空比5％；

图4为本发明实施例提供的零中频射频前端组件的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的零中频射频前端组件包括多个零中频射频前端电路41。每个零中频射频前端电路包括衰减器11、放大器12、带通滤波器13、正交解调器14。

衰减器11用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，衰减后的射频信号电平位于衰减器以外的其他器件的线性工作区；放大器12用于对经过衰减器11后的射频信号进行放大处理；带通滤波器13用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；正交解调器14采用零中频架构，根据本振信号对带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

本实施例提供的零中频射频前端组件中，每个零中频射频前端电路的结构如图1所示。图4中以零中频射频前端组件包括三个零中频射频前端电路为例，那么零中频射频前端组件具有三个射频输入通道，每个射频输入通道(即每个零中频射频前端电路)具有两组差分基带I/Q信号输出，那么整个零中频射频前端组件包括差分基带I/Q输出信号12路。

进一步地，在图4所示实施例的基础上，每个零中频射频前端电路还包括抗混叠滤波器，用于对基带I/Q信号进行滤波处理，滤除I/Q信号中的混叠频率分量。

进一步地，在图4所示实施例的基础上，每个零中频射频前端电路还包括限幅器，用于对输入的射频信号进行限幅处理。

进一步地，在图4所示实施例的基础上，每个零中频射频前端电路中的放大器为两级放大器，两级放大器分别位于带通滤波器之前和带通滤波器之后。

也就是说，图4所示零中频射频前端组件中，各零中频射频前端电路还可以为图2所示零中频射频前端电路。

图5为本发明实施例提供的零中频射频前端组件的另一种结构示意图，如图5所示将零中频射频前端组件设置于电路基板上时，为了增强电源和射频信号之间的隔离度，优化空间，将零中频射频前端组件和与零中频射频前端组件对应的稳压电路或电源电路分别设置于电路基板的相对两侧并连接。例如可以将零中频射频前端组件设置于电路基板的一侧，而将稳压电路或电源电路设置于电路基板的另一侧，设置零中频射频前端组件的一侧例如为电路基板的正面板，设置稳压电路或电源电路的一侧例如为电路基板的背面板。或者，将零中频射频前端组件设置于一电路基板上，将稳压电路或电源电路设置于另一电路基板上，两电路基板的背面相对放置。如图5所示，将每个零中频射频前端电路作为零中频射频前端组件的一个通道，第一通道、第二通道和第三通道分别为零中频射频前端组件中的一个零中频射频前端电路。第一通道、第二通道和第三通道分别具有2个输入端和4个输出端，2个输入端分别用于输入射频信号和本振信号，4个输出端分别用于输出两组基带I/Q差分信号。稳压电路一、稳压电路二和稳压电路三分别与第一通道、第二通道和第三通道对应，分别用于为各通道的零中频射频前端电路供电。另外，为了减少空间串扰，增加本振和中频信号到射频的隔离度，可以对各通道的电路(即各零中频射频前端电路)进行分腔处理。

在本发明实施例提供的零中频射频前端电路和零中频射频前端组件中，正交解调器例如可以采用LTC5586。由于LTC5586发热量较大，可以采用特殊的散热设置。

以正交解调器为LTC5586为例，仔细研读LTC5586的芯片手册可知，其各参数的性能指标均在25度时测量得到，而LTC5586正常工作时功率能到达到2.5W，并且输出信号频率越高幅度越大，其工作功率越大。这意味着不解决LTC5586的散热问题，零中频射频前端电路的各参数性能指标都无从谈起。LTC5586的封装是5mm x 5mm QFN，成品散热器不是散热效果不好，就是体积太大影响电路板布局。如果仅仅依靠芯片背面的接地孔与壳体接触，散热效果不够理想。因此，本申请设计了一种特殊的散热结构。在LTC5586芯片正面，通过定制的导热铜柱与盒盖接触散热，为了保证良好的接触，LTC5586芯片正面铺导热垫；同时为了使用方便，散热铜柱通过螺钉固定在盒盖上。该结构易安装，散热效果明显。

上述针对LTC5586的散热设计同样可以应用于其他发热量较大的正交调制器。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种零中频射频前端电路，其特征在于，包括：衰减器、放大器、带通滤波器、正交解调器；

所述衰减器用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，所述衰减后的射频信号电平位于所述衰减器以外的其他器件的线性工作区；

所述放大器用于对经过衰减器后的射频信号进行放大处理；

所述带通滤波器用于对放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；

所述正交解调器采用零中频架构，用于根据本振信号对所述带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

2.根据权利要求1所述的零中频射频前端电路，其特征在于，还包括抗混叠滤波器，用于对所述基带I/Q信号进行滤波处理，滤除所述I/Q信号中的混叠频率分量。

3.根据权利要求1所述的零中频射频前端电路，其特征在于，还包括限幅器，用于对输入的射频信号进行限幅处理。

4.根据权利要求1～3任一项所述的零中频射频前端电路，其特征在于，所述放大器为两级放大器，所述两级放大器分别位于所述带通滤波器之前和所述带通滤波器之后。

5.一种零中频射频前端组件，其特征在于，包括：多个零中频射频前端电路，每个零中频射频前端电路包括衰减器、放大器、带通滤波器、正交解调器；

所述衰减器用于对输入的射频信号进行衰减处理，得到衰减后的射频信号，所述衰减后的射频信号电平位于所述衰减器以外的其他器件的线性工作区；

所述放大器用于对所述经过衰减器后的射频信号进行放大处理；

所述带通滤波器用于对所述放大后的射频信号进行带通滤波处理，得到带通滤波后的射频信号；

所述正交解调器采用零中频架构，用于根据本振信号对所述带通滤波后的射频信号进行下变频和I/Q解调处理，得到基带I/Q信号。

6.根据权利要求5所述的零中频射频前端组件，其特征在于，每个零中频射频前端电路还包括抗混叠滤波器，用于对所述基带I/Q信号进行滤波处理，滤除所述I/Q信号中的混叠频率分量。

7.根据权利要求5所述的零中频射频前端组件，其特征在于，每个零中频射频前端电路还包括限幅器，用于对输入的射频信号进行限幅处理。

8.根据权利要求5～7任一项所述的零中频射频前端组件，其特征在于，每个零中频射频前端电路中的放大器为两级放大器，所述两级放大器分别位于所述带通滤波器之前和所述带通滤波器之后。

9.根据权利要求5～7任一项所述的零中频射频前端组件，其特征在于，所述多个零中频射频前端电路与每个零中频射频前端电路对应的稳压电路分别设置于电路基板的相对两侧并连接。

10.根据权利要求9所述的零中频射频前端组件，其特征在于，所述多个零中频射频前端电路分别进行分腔处理。

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