CN201674487U - 全集成cmos调频副载波sca接收机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全集成CMOS调频副载波SCA接收机，属于无线调频广播接收机领域。该接收机根据SCA信号的特点，采用Weaver结构和零中频结构组合的二次解调方式，Weaver结构接收RF输入信号并解调出SCA调制信号，然后采用零中频结构解调出FSK调制的SCA信号。本实用新型中的Weaver结构节省了片外镜像和中频带通滤波器，提高了集成度；零中频结构用集成在片内的低通滤波器代替了片外镜像抑制滤波器，与第一级Weaver结构相结合，实现单片集成。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种接收机，尤其涉及一种全集成CMOS调频副载波SCA接收机，属于无线通信中的无线调频广播接收机领域。
背景技术
调频附加信道(SCA)广播是通过调频广播开展的一种辅助信道业务，即在调频广播中，除了传输通常的单声道和立体声节目外，还利用SCA信道传送各种业务信息。随着数字技术的发展和电子计算机的普及，利用SCA信道传送附加信息的应用也越来越广泛。SCA广播是一种多工广播技术，它使用同一部发射机传送与原有广播节目不同的另一套或多套语言、音乐节目或数据信息，这充分利用和节省了现有的频率资源，增加了通信容量，具有一定的经济价值。SCA广播在国外已广泛用于传送交通信息、金融信息、气象信息、背景音乐以及无线电寻呼等业务。SCA广播在我国虽然刚刚起步，但近年来发展很快，我国许多大中城市都相继开通了SCA广播台。
SCA广播能提供高质量的话音和音乐传输。调频广播的频率范围为87.0MHz开始至107.9MHz，按0.1MHz的频率间隔设置电台。0～15kHz用于传送(L+R)信号，23～53kHz用于传送(L-R)信号，61～73kHz则用于SCA辅助通信。(L-R)信号的载波频率为38kHz，在19kHz处发送一个单频信号用作立体声指示，并作为接收端提取同频同相相干载波用，附加信道副载波频率为67kHz。
当前市场中已经有部分SCA接收机产品，由于功耗和尺寸有待提高，这些都严重制约了调频附加信道广播的发展。因此低成本及能够批量生产的接收机专用芯片的开发至关重要。
现在，国内外的SCA接收机都采用完全超外差方式接收，一般至少需要两块芯片实现接收和两次解调过程。此外，超外差式接收机虽然具有较高的选择性和灵敏度，但因为它使用的高Q值元器件(如IR滤波器)在目前的集成电路工艺条件下很难做到集成化，所以需要外接大量的片外元件。再则，由于片外IR滤波器有较低的输入阻抗，需要LNA有较大的驱动能力来驱动它，既增加了能耗又增加了LNA设计的复杂度。因此，目前的接收机存在功耗大，成本高，占用尺寸大等缺点，同时大量的外接元件之间的信号干扰还会引起接收机可靠性的降低。
实用新型内容
本实用新型针对现有SCA接收机存在的缺陷，而提出一种集成度高、功耗低的全集成CMOS调频副载波SCA接收机。
本实用新型的全集成CMOS调频副载波SCA接收机是由Weaver结构和零中频结构组成，其中：Weaver结构包括低噪声放大器、第一至第四混频器、第一至第三低通滤波器、加法器及低中频解调器，低噪声放大器接入射频输入信号，低噪声放大器的一路输出依次串接第一混频器、第一低通滤波器和第三混频器后接入加法器，低噪声放大器的另一路输出依次串接第二混频器、第二低通滤波器和第四混频器后接入加法器，加法器的输出端通过第三低通滤波器连接低中频解调器的输入端；零中频结构包括第五和第六混频器、第四和第五低通滤波器、第一和第二放大器及零中频解调器，低中频解调器的一路输出依次串接第五混频器、第四低通滤波器和第一放大器后接入零中频解调器，低中频解调器的另一路输出依次串接第六混频器、第五低通滤波器和第二放大器后接入零中频解调器，零中频解调器输出FSK调制的SCA信号。
本实用新型接收机第一级采用Weaver正交下变频结构，该结构代替片外镜像抑制滤波器，实现镜像抑制，大大提高了集成度，同时，广播频选是在本振信号LO2上进行，这样可以选择固定的LO1，LO1的下变频是把所有调频带下变到中频，这样对LO1调节的要求降低，对相位噪声的要求降低，比较容易采用低Q值的片上组件实现，进一步提高了接收机的集成度；第二级解调采用零中频结构，同样也不需要片外镜像抑制滤波器，这更有利于实现单片集成。本接收机同时还简化了电路结构对于镜像抑制滤波器低负载的驱动，接收机总功耗在很大程度上得到了降低。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图，图中标号名称：1、低噪声放大器；21、22、41、42、81、82分别为第一至第六混频器；31、32、6、91、92分别为第一至第五低通滤波器；5、加法器；7、低中频解调器；101、102分别为第一和第二放大器；11、零中频解调器。
图2为低噪声放大器的电路原理图。
图3为吉尔伯特(Gilbert)混频器的电路原理图。
图4(a)和(b)为两种低通滤波器的电路原理图。
图5(a)为低中频解调电路原理结构示意图；图5(a)为低中频解调电路信号波形图。
图6为D锁存器的逻辑结构图。
图7为D触发器的结构图。
图8为加法器的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型接收机采用Weaver-零中频二次解调方式，采用标准CMOS工艺实现，其结构如图1所示，由Weaver结构和零中频结构组成，其中：Weaver结构包括低噪声放大器1、第一至第四混频器21、22、41、42、第一至第三低通滤波器31、32、6、加法器5及低中频解调器7，低噪声放大器1接入射频输入信号，低噪声放大器1的一路输出依次串接第一混频器21、第一低通滤波器31和第三混频器41后接入加法器5，低噪声放大器1的另一路输出依次串接第二混频器22、第二低通滤波器32和第四混频器42后接入加法器5，加法器5的输出端通过第三低通滤波器6连接低中频解调器7的输入端；零中频结构包括第五和第六混频器81、82、第四和第五低通滤波器91、92、第一和第二放大器101、102及零中频解调器11，低中频解调器7的一路输出依次串接第五混频器81、第四低通滤波器91和第一放大器101后接入零中频解调器11，低中频解调器7的另一路输出依次串接第六混频器82、第五低通滤波器92和第二放大器102后接入零中频解调器11，零中频解调器11输出FSK调制的SCA信号。
第一、第三、第五混频器21、41、81分别接入本振同相信号LO1I、LO2I、LO3I，第二、第四、第六混频器22、42、82分别接入本振正交信号LO1Q、LO2Q、LO3Q。天线接收到的信号经过频带宽度为20MHz的带通RF滤波器滤去频带外信号，再经过低噪声放大器1并通过Weaver结构下变频后在加法器5中相加，镜像信号得到抑制，然后经低通滤波器6后输入低中频解调器7，解调输出包含SCA信号的复合基带信号，该信号通过零中频结构，将SCA信号变到基带，低通滤波后采用零中频解调器11解调出FSK调制的SCA信号。
下面介绍本实用新型实施例的电路模块实现：
低噪声放大器(LNA)设计采用常用的源端电感反馈结构，它能够在保证输入阻抗匹配的条件下，通过优化能够达到最佳的噪声系数。其电路结构如图2所示。
混频器采用吉尔伯特(Gilbert)双平衡混频器，其电路结构如图3所示。
低通滤波器可以采用图4(a)所示的五阶切比雪夫(Chebyshev)滤波器，或图4(b)所示的七阶切比雪夫(Chebyshev)滤波器。
低中频解调器采用脉冲计数式鉴频器，其电路原理结构及信号波形如图5(a)和(b)所示。输入信号以正向通过零值时，半波整流器就输出持续时间为τ的正脉冲；当输入信号的瞬时频率较高时，输出脉冲就相对密集，平均值就相对高，低通滤波的输出也较高。其中低通滤波器的输出是一个与输入信号瞬时频率成比例的信号。
零中频解调器采用D触发器，其结构如图7所示。D输入端由I通道的限幅器驱动，CK输入端由Q通道的限幅器驱动。当CK输入端的电压转换超前于D输入端时，触发器得到一个稳态输出；当CK信号滞后于D输入端信号时，得到另一个稳态输出。该电路结构由两个D锁存器构成主从时钟上升沿触发，D锁存器的结构如图6所示。
加法器采用运算放大器A构成的同相加法器，其电路结构如图8所示。图中：电阻R1＝R2＝R3＝R4，并满足vo＝v1+v2。
Claims (6)
1.一种全集成CMOS调频副载波SCA接收机，其特征在于：该接收机是由Weaver结构和零中频结构组成，其中：Weaver结构包括低噪声放大器(1)、第一至第四混频器(21、22、41、42)、第一至第三低通滤波器(31、32、6)、加法器(5)及低中频解调器(7)，低噪声放大器(1)接入射频输入信号，低噪声放大器(1)的一路输出依次串接第一混频器(21)、第一低通滤波器(31)和第三混频器(41)后接入加法器(5)，低噪声放大器(1)的另一路输出依次串接第二混频器(22)、第二低通滤波器(32)和第四混频器(42)后接入加法器(5)，加法器(5)的输出端通过第三低通滤波器(6)连接低中频解调器(7)的输入端；零中频结构包括第五和第六混频器(81、82)、第四和第五低通滤波器(91、92)、第一和第二放大器(101、102)及零中频解调器(11)，低中频解调器(7)的一路输出依次串接第五混频器(81)、第四低通滤波器(91)和第一放大器(101)后接入零中频解调器(11)，低中频解调器(7)的另一路输出依次串接第六混频器(82)、第五低通滤波器(92)和第二放大器(102)后接入零中频解调器(11)，零中频解调器(11)输出FSK调制的SCA信号。
2.根据权利要求1所述的全集成CMOS调制副载波SCA接收机，其特征在于：所述低噪声放大器(1)采用源端电感反馈结构。
3.根据权利要求1所述的全集成CMOS调制副载波SCA接收机，其特征在于：所述第一至第六混频器(21、22、41、42、81、82)采用吉尔伯特双平衡混频器。
4.根据权利要求1所述的全集成CMOS调制副载波SCA接收机，其特征在于：所述第一至第五低通滤波器(31、32、6、91、92)采用五阶切比雪夫滤波器或七阶切比雪夫滤波器。
5.根据权利要求1所述的全集成CMOS调制副载波SCA接收机，其特征在于：所述低中频解调器(7)采用脉冲计数式鉴频器。
6.根据权利要求1所述的全集成CMOS调制副载波SCA接收机，其特征在于：所述零中频解调器(11)采用D触发器。
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