CN201869165U - 一种变频模块及设备 - Google Patents

Abstract

为了解决现有技术中改变基带/射频module模块工作频段，实现起来困难的问题，本实用新型公开了一种变频模块200，其中通过功率耦合器30、功率检波器35形成对第一射频开关38的控制信号，使得第一射频开关38切换至发射通路或接收通路上的变频电路，发射通路的变频电路包括第一变频器50、第一本地振荡器55和控制单元58，接收通路的变频电路包括第二变频器50’、第二本地振荡器55’和控制单元58，通过发射通路或接收通路的变频电路实现射频信号的频率改变，使用时变频模块200的射频输入口10，连接在基带/射频module模块的射频接口，以此方式改变基带/射频module模块的工作频段十分简便。

Description

一种变频模块及设备

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，特别涉及一种变频模块及设备。

背景技术

在基于TDD(Time Division Duplexing，时分双工)，技术的设备中，是通过射频前端开关实现收发分时，以基于Wifi协议(Wifi协议是一种TDD协议)的设备为例，为了节省空间，很多模块供应商采用Wifi SoC(System on Chip，片上系统)芯片的Die(在半导体材料上实现的功能电路，通常运用光绘等工艺在小晶片上实现，无外部封装)并结合晶体时钟、电源、功率放大器、射频开关等外围器件，从而封装成一个基于Wifi的具有基带和射频调制解调功能的基带/射频module模块。并提供SDIO(Secure Digital lnput Output，安全数字输入/输出)/SPI(Serial Peripheral interface，串行外设接口)接口等标准接口供外接控制器使用。如图1所示是基于Wifi的基带/射频module模块100示意图，基带/射频module模块包括物理层/媒体访问控制层模块2，并提供SDIO/SPI接口和外接控制器通信，物理层/媒体访问控制层模块2的输出口连接内部射频功率放大器3的输入口，射频接口5通过内部射频开关4连接到内部射频功率放大器3的输出口，或者射频接口5通过内部射频开关4连接到物理层/媒体访问控制层模块2的输入口，由于内部射频开关4和内部射频功率放大器3都被集成到了基带/射频module模块内部，而基带/射频module模块的射频特性是由物理层/媒体访问控制层模块2和内部射频功率放大器3共同决定，因此也就决定了只能适合特定的应用场合。例如由于基带/射频module模块是工作在2.4GHz的频段上，因而决定了其绕射能力较弱，只适用于视距传输。现有技术中无法通过更换内部电路来改变基带/射频module模块的频段。

实用新型内容

为了解决现有技术中无法通过更换内部电路改变基带/射频module模块的工作频段的问题，本实用新型实施例提供了一种变频模块，包括：射频输入口10、射频输出口、功率耦合器30、功率检波器35、第一射频开关38、第一变频器50、第一本地振荡器55、第二变频器50’、第二本地振荡器55’和控制单元58，其中：

功率耦合器30的输入口31与射频输入口10的内置接头12连接，功率耦合器30的耦合口32和功率检波器35的输入口36连接，功率检波器35的输出口37与第一射频开关38的控制口39连接，当功率检波器35检测到有功率输出时，第一射频开关38将功率耦合器30的输出口33连接到第一变频器50的输入口51，第一变频器50的输出口52和射频输出口的内置接头连接，第一变频器50的本振端口53和第一本地振荡器55的输出口54连接，第一本地振荡器55的输入口56和控制单元58的第一控制端口57连接，当功率检波器35未检测到有功率输出时，第一射频开关38将功率耦合器30的输出口33连接到第二变频器50’的输出口51’，第二变频器50’的输入口52’和射频输出口的内置接头连接，第二变频器50’的本振端口53’和第二本地振荡器55’的输出口54’连接，第二本地振荡器55’的输入口56’和控制单元58的第二控制端口57’连接。

本实用新型实施例还提供了一种变频模块200，包括射频输入口10、射频输出口、第一功分器30’、第一变频器50、第一本地振荡器55、第二变频器50’、第二本地振荡器55’和控制单元58，第一功分器30’的合路口31’与射频输入口10的内置接头12连接，第一功分器30’的第一分路口32’和第一变频器50的输入口51连接，第一变频器50的输出口52和射频输出口的内置接头连接，第一变频器50的本振端口53和第一本地振荡器55的输出口54连接，第一本地振荡器55的输入口56和控制单元58的第一控制端口57连接，第一功分器30’的第二分路口33’和第二变频器50’的输出口51’连接，第二变频器50’的输入口52’和射频输出口的内置接头，第二变频器50’的本振端口53’和第二本地振荡器55’的输出口54’连接，第二本地振荡器55’的输入口56’和控制单元58的第二控制端口57’连接。

本实用新型实施例还提供了一种射频设备，包括基带/射频module模块100，其特征在于，基带/射频module模块100完成基带调制解调、射频调制解调功能，并且基带/射频module模块的射频接口5连接有如前述的变频模块200。

使用时将本实用新型实施例提供的变频模块的射频输入口，连接在基带/射频module模块的射频接口，以此方式改变基带/射频module模块的工作频段十分简便。

附图说明

图1、为现有技术的基带/射频module模块结构图；

图2、图3为本实用新型提供的第一实施例变频模块结构图；

图4、图5为本实用新型提供的第二实施例变频模块结构图；

图6、图7为本实用新型提供的第三实施例变频模块结构图；

图8、图9为本实用新型提供的第四实施例变频模块结构图。

具体实施方式

为了解决现有技术中无法通过更换内部电路改变基带/射频module模块的工作频带的问题，本实用新型的第一实施例提供一种变频模块，本实施例提供的变频模块，采用功率耦合器、功率检波器、射频开关等器件，并提供连接双天线方式，如图2所示，该变频模块200包括：包括射频输入口10、第一射频输出口20、第二射频输出口20’、功率耦合器30、功率检波器35、第一射频开关38、第一变频器50、第一本地振荡器55、第二变频器50’、第二本地振荡器55’和控制单元58，其中：

功率耦合器30的输入口31与射频输入口10的内置接头12连接，功率耦合器30的耦合口32和功率检波器35的输入口36连接，功率检波器35的输出口37与第一射频开关38的控制口39连接，当功率检波器35检测到有功率输出时，其输出口37输出第一电平信号(高电平或低电平)，第一射频开关38将功率耦合器30的输出口33连接到第一变频器50的输入口51，第一变频器50的输出口52和第一射频输出口20的内置接头22连接，第一变频器50的本振端口53和第一本地振荡器55的输出口54连接，第一本地振荡器55的输入口56和控制单元58的第一控制端口57连接，当功率检波器35未检测到有功率输出时，其输出口37输出第二电平信号(低电平或高电平，第一电平信号为高电平则第二电平为低电平，第一电平信号为低电平则第二电平为高电平)，第一射频开关38将功率耦合器30的输出口33连接到第二变频器50’的输出口51’，第二变频器50’的输入口52’和第二射频输出口20’的内置接头22’连接，第二变频器50’的本振端口53’和第二本地振荡器55’的输出口54’连接，第二本地振荡器55’的输入口56’和控制单元58的第二控制端口57’连接。使用时第一射频输出口20的外置接头21和第二射频输出口20’的内置接头21’分别与天线连接。

本实施例中高电平为一个连续的范围值，例如连续的1V-3V都可以表示高电平，低电平表示的也是一个范围，例如0V-0.5V，并且低电平的电压范围和高电平的电压范围分别属于不同的数值区间，因此并不会造成误判断。下面对该变频模块的工作原理进行说明，本实施例中将从基带/射频module模块发射出的2.4GHz信号通过变频模块下变频到350MHz，同时接收时将其从350MHz上变频到2.4GHz为例进行说明，变频模块的射频输入口10处，增加检波电路(包括功率耦合器30和功率检波器35，其中，功率耦合器30用于将变频模块输入功率的一部分功率耦合到功率检波器35支路，功率检波器35用来将功率耦合器30耦合出的功率转变成直流电平信号)来判断基带/射频module模块的工作状态。当基带/射频module模块100处于发射状态时，功率检波器35检测到功率并输出高电平信号来切换第一射频开关38至发射通路(第一变频器50到第一射频输出口20通路)，当基带/射频module模块100处于接收状态时，功率检波器35未检测到功率并输出低电平信号，此时切换第一射频开关38到接收通路(第二变频器50’到第二射频输出口20’通路)。当基带/射频module模块处于发射状态时，2.4GHz射频信号经过功率耦合器30，第一射频开关38后，进入到第一变频器50即下变频混频器，与由第一本地振荡器55产生的本振信号进行混频，输出350MHz信号。通过第一射频输出口20发射出去。其中，功率耦合器30、第一射频开关38工作在2.4GHz频段，下变频混频器的选择主要考虑频率范围、变频增益、噪声系数和本振端口驱动电平等因素。混频器用来实现一个频率变换的功能，在数学上的意义上由下面的公式体现：

sin(a)sin(b)＝-1/2*[cos(a+b)-cos(a-b)]   公式一

sin(a)代表基带/射频module模块100的2.4GHz输出信号(变频模块200的输入信号)，sin(b)代表第一本地振荡器55产生的本振信号。选取其生成产物的cos(a-b)项，而cos(a+b)项远远超过我们的工作范围，因此被忽略掉。

控制单元58可以由MCU(MicroControllerUnit)单片机或ARM(AdvancedRISCMachines)控制器等实现，参考公式一，第一本地振荡器55被控制单元58控制工作在2050MHz(2400MHz-2050MHz＝350MHz)频点为中心的一个频率范围或2750MHz(2750MHz-2400MHz＝350MHz)为中心的一个频率范围，用来把2.4GHz信号下变频到350MHz。实际选择时，选择振荡频率范围较宽的本地振荡器，以便为后续频率扩展做准备。其选择主要考虑频率范围、输出功率，相位噪声等指标。

当基带/射频module模块处于接收状态时，350MHz信号被变频模块200连接的天线接收后，接收通路的350MHz信号进入第二变频器50’即上变频混频器输入口，然后和第二本地振荡器55’产生的本振信号进行混频，输出2.4GHz的射频信号后，经过第一射频开关38，进入到基带/射频module模块100内部，进行解调处理。变频模块200连接的天线工作在350MHz频段。上变频混频器的选择主要考虑频率范围、变频增益、噪声系数、本振端口驱动电平和射频输入端口的电平范围等因素。由公式一可知，第二本地振荡器55’工作在2750MHz(2750MHz-350MHz＝2400MHz)或2050MHz(2050MHz+350MHz＝2400MHz)频点，其选择主要考虑频率范围、输出功率，相位噪声等指标。此外，尽可能选择工作频带范围宽的器件，以对后续频带扩展提供准备。

由于该变频模块独立于基带/射频module模块，使用时将本实用新型实施例提供的变频模块的射频输入口，连接在基带/射频module模块的射频接口，以此方式改变基带/射频module模块的射频特性十分简便。

进一步，为了提高变频模块的发射功率和接收灵敏度，如图3所示，还包括射频功率放大器40、低噪声放大器60和带通滤波器70，第一变频器50的输出口52和射频功率放大器40的输入口41连接，射频功率放大器40的输出口42和第一射频输出口20的内置接头22连接，第二变频器50’的输入口52’和低噪声放大器60的输出端61连接，低噪声放大器60的输入端62和带通滤波器70的输出端71连接，带通滤波器70的输入端72和第二射频输出口20’的内置接头22’连接。由于通过射频功率放大器40可以对下变频后的350MHz信号放大，可实现提高变频模块的发射功率的效果，通过带通滤波器70可以滤去350MHz信号带外的杂波，并将滤波后的射频信号通过低噪声放大器60放大，即可实现提高接收灵敏度的效果。射频功率放大器40、低噪声放大器60和带通滤波器70均工作在350MHz频段。当然也可以是只增加射频功率放大器40以提高发射功率，或者只增加低噪声放大器60和带通滤波器70用来提高接收灵敏度。

功率检波器35的输出口37与射频开关38的控制口39之间串接有，用来处理功率检波器35输出的信号电平，使之幅值符合射频开关38的电平要求的信号调制电路80。

本实用新型的第二实施例提供一种变频模块，本实施例提供的变频模块采用连接单天线方式，如图4所示，与第一实施例的变频模块200相比，该变频模块200还包括第二射频开关38’，射频输出口的数量为一个，功率检波器35的输出口37与第二射频开关38’的控制口39’连接，当功率检波器35检测到有功率输出时，其输出口37输出第一电平信号，第二射频开关38’将第一变频器50的输出口52连接到第一射频输出口20的内置接头22，或者当功率检波器35未检测到有功率输出时，其输出口37输出第二电平信号，第二变频器50’的输入口52’通过第二射频开关38’，连接到第一射频输出口20的内置接头22。第二射频开关38’工作在350MHz频段，与实施例一的不同之处在于，本实施例的方案由于多采用了一个射频开关38’，因此使用时只需要连接一个天线，但同样由于采用了射频开关38’，会增加额外的约1dB功率损失。

进一步，为了提高变频模块的发射功率和接收灵敏度，如图5所示，和图3的方案类似变频模块还包括射频功率放大器40、低噪声放大器60和带通滤波器70，第一变频器50的输出口52和射频功率放大器40的输入口41连接，当功率检波器35检测到有功率输出时，其输出口37输出第一电平信号，第二射频开关38’将射频功率放大器40的输出口42连接到第一射频输出口20的内置接头22，第二变频器50’的输入口52’和低噪声放大器60的输出端61连接，低噪声放大器60的输入端62和带通滤波器70的输出端71连接，当功率检波器35未检测到有功率输出时，其输出口37输出第二电平信号，第二射频开关38’将带通滤波器70的输入端72和第一射频输出口20的内置接头22连接。同样由于通过射频功率放大器40可以对下变频后的350MHz信号放大，可实现提高变频模块的发射功率的效果，通过带通滤波器70可以滤去350MHz信号带外的杂波，并将滤波后的射频信号通过低噪声放大器60放大，即可实现提高接收灵敏度的效果。

功率检波器35的输出口37与射频开关38的控制口39之间，以及与射频开关38’的控制口39’之间串接有，用来处理功率检波器35输出的信号电平，使之幅值符合射频开关38的电平要求的信号调制电路80。

在实施上述实施例时，其中射频开关的选择主要考虑插入损耗、隔离度等因素，以保证在所需工作频率范围内，不引入过多的插入损耗，又不会对信号的质量造成下降，本实施例中射频开关为二选一射频开关。射频功率放大器的选择主要考虑1dB压缩点，功率增益等因素，以保证在得到所需输出功率的同时，避免对输入信号引入失真。接收通道的低噪声放大器需要考虑噪声系数，增益等因素。

本实用新型的第三实施例提供一种变频模块，如图6所示，本实施例中的变频模块采用功分器代替上述方案中的功率耦合器、功率检波器和射频开关，其它的电路连接和图2的方案类似也采用双天线的方案，包括射频输入口10、第一射频输出口20、第二射频输出口20’、第一功分器30’、第一变频器50、第一本地振荡器55、第二变频器50’、第二本地振荡器55’和控制单元58，第一功分器30’的合路口31’与射频输入口10的内置接头12连接，第一功分器30’的第一分路口32’和第一变频器50的输入口51连接，第一变频器50的输出口52和第一射频输出口20的内置接头22连接，第一变频器50的本振端口53和第一本地振荡器55的输出口54连接，第一本地振荡器55的输入口56和控制单元58的第一控制端口57连接，第一功分器30’的第二分路口33’和第二变频器50’的输出口51’连接，第二变频器50’的输入口52’和第二射频输出口20’的内置接头22’，第二变频器50’的本振端口53’和第二本地振荡器55’的输出口54’连接，第二本地振荡器55’的输入口56’和控制单元58的第二控制端口57’连接。使用时第一射频输出口20的外置接头21和第二射频输出口20’的内置接头21’分别与天线连接。本实施例变频模块200的工作原理和图2中的方案类似，不同之处在于，由基带/射频module模块输入到变频模块200的2.4GHz信号被合路器一分为二，其中通过发射通路的信号最终被下变频后发射，通过天线接收的信号，通过接收通路上变频到2.4GHz后，由合路器进入基带/射频module模块。

进一步，为了提高变频模块的发射功率和接收灵敏度，如图7所示，还包括射频功率放大器40、低噪声放大器60和带通滤波器70，第一变频器50的输出口52和射频功率放大器40的输入口41连接，射频功率放大器40的输出口42和第一射频输出口20的内置接头22连接，第二变频器50’的输入口52’和低噪声放大器60的输出端61连接，低噪声放大器60的输入端62和带通滤波器70的输出端71连接，带通滤波器70的输入端72和第二射频输出口20’的内置接头22’连接。

本实用新型的第四实施例提供一种变频模块，如图8所示，与实施例三的方案类似，不同之处在于，还包括第二功分器30”，射频输出口的数量为一个，第二功分器30”的合路口31”与第一射频输出口20的内置接头22连接，第二功分器30”的第一分路口32”和第一变频器50的输出口52连接，第二功分器30”的第二分路口33”和第二变频器50’的输入口52’连接。

进一步，为了提高变频模块的发射功率和接收灵敏度，如图9所示，还包括射频功率放大器40、低噪声放大器60和带通滤波器70，第一变频器50的输出口52和射频功率放大器40的输入口41连接，射频功率放大器40的输出口42和第二功分器30”的第一分路口32”连接，第二变频器50’的输入口52’和低噪声放大器60的输出端61连接，低噪声放大器60的输入端62和带通滤波器70的输出端71连接，带通滤波器70的输入端72和第二功分器30”的第二分路口33”连接。

本实用新型的第五实施例提供一种射频设备，包括基带/射频module模块，基带/射频module模块的射频接口连接有如实施例一、实施例二、实施例三、或实施例四中的变频模块。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种变频模块(200)，其特征在于，包括射频输入口(10)、射频输出口、功率耦合器(30)、功率检波器(35)、第一射频开关(38)、第一变频器(50)、第一本地振荡器(55)、第二变频器(50’)、第二本地振荡器(55’)和控制单元(58)，其中：

功率耦合器(30)的输入口(31)与射频输入口(10)的内置接头(12)连接，功率耦合器(30)的耦合口(32)和功率检波器(35)的输入口(36)连接，功率检波器(35)的输出口(37)与第一射频开关(38)的控制口(39)连接，当功率检波器(35)检测到有功率输出时，第一射频开关(38)将功率耦合器(30)的输出口(33)连接到第一变频器(50)的输入口(51)，第一变频器(50)的输出口(52)和射频输出口的内置接头连接，第一变频器(50)的本振端口(53)和第一本地振荡器(55)的输出口(54)连接，第一本地振荡器(55)的输入口(56)和控制单元(58)的第一控制端口(57)连接，当功率检波器(35)未检测到有功率输出时，第一射频开关(38)将功率耦合器(30)的输出口(33)连接到第二变频器(50’)的输出口(51’)，第二变频器(50’)的输入口(52’)和射频输出口的内置接头连接，第二变频器(50’)的本振端口(53’)和第二本地振荡器(55’)的输出口(54’)连接，第二本地振荡器(55’)的输入口(56’)和控制单元(58)的第二控制端口(57’)连接。

2.如权利要求1所述的变频模块(200)，其特征在于，射频输出口的数量为两个，第一变频器(50)的输出口(52)和第一射频输出口(20)的内置接头(22)连接，第二变频器(50’)的输入口(52’)和第二射频输出口(20’)的内置接头(22’)连接。

3.如权利要求2所述的变频模块(200)，其特征在于，还包括射频功率放大器(40)、低噪声放大器(60)和带通滤波器(70)，第一变频器(50)的输出口(52)和射频功率放大器(40)的输入口(41)连接，射频功率放大器(40)的输出口(42)和第一射频输出口(20)的内置接头(22)连接，第二变频器(50’)的输入口(52’)和低噪声放大器(60)的输出端(61)连接，低噪声放大器(60)的输入端(62)和带通滤波器(70)的输出端(71)连接，带通滤波器(70)的输入端(72)和第二射频输出口(20’)的内置接头(22’)连接。

4.如权利要求1所述的变频模块(200)，其特征在于，还包括第二射频开关(38’)，射频输出口的数量为一个，功率检波器(35)的输出口(37)与第二射频开关(38’)的控制口(39’)连接，当功率检波器(35)检测到有功率输出时，第二射频开关(38’)将第一变频器(50)的输出口(52)连接到第一射频输出口(20)的内置接头(22)，或者当功率检波器(35)未检测到有功率输出时，第二变频器(50’)的输入口(52’)通过第二射频开关(38’)，连接到第一射频输出口(20)的内置接头(22)。

5.如权利要求4所述的变频模块(200)，其特征在于，还包括射频功率放大器(40)、低噪声放大器(60)和带通滤波器(70)，第一变频器(50)的输出口(52)和射频功率放大器(40)的输入口(41)连接，当功率检波器(35)检测到有功率输出时，第二射频开关(38’)将射频功率放大器(40)的输出口(42)连接到第一射频输出口(20)的内置接头(22)，第二变频器(50’)的输入口(52’)和低噪声放大器(60)的输出端(61)连接，低噪声放大器(60)的输入端(62)和带通滤波器(70)的输出端(71)连接，当功率检波器(35)未检测到有功率输出时，第二射频开关(38’)将带通滤波器(70)的输入端(72)和第一射频输出口(20)的内置接头(22)连接。

6.如权利要求1所述的变频模块(200)，其特征在于，功率检波器(35)输出口(37)与第一射频开关(38)的控制口(39)之间串接有，用来处理功率检波器(35)输出的信号电平，使所述信号电平的幅值符合射频开关(38)的电平要求的信号调制电路(80)。

7.一种变频模块(200)，其特征在于，包括射频输入口(10)、射频输出口、第一功分器(30’)、第一变频器(50)、第一本地振荡器(55)、第二变频器(50’)、第二本地振荡器(55’)和控制单元(58)，第一功分器(30’)的合路口(31’)与射频输入口(10)的内置接头(12)连接，第一功分器(30’)的第一分路口(32’)和第一变频器(50)的输入口(51)连接，第一变频器(50)的输出口(52)和所述射频输出口的内置接头连接，第一变频器(50)的本振端口(53)和第一本地振荡器(55)的输出口(54)连接，第一本地振荡器(55)的输入口(56)和控制单元(58)的第一控制端口(57)连接，第一功分器(30’)的第二分路口(33’)和第二变频器(50’)的输出口(51’)连接，第二变频器(50’)的输入口(52’)和射频输出口的内置接头连接，第二变频器(50’)的本振端口(53’)和第二本地振荡器(55’)的输出口(54’)连接，第二本地振荡器(55’)的输入口(56’)和控制单元(58)的第二控制端口(57’)连接。

8.如权利要求7所述的变频模块(200)，其特征在于，射频输出口的数量为两个，第一变频器(50)的输出口(52)和第一射频输出口(20)的内置接头(22)连接，第二变频器(50’)的输入口(52’)和第二射频输出口(20’)的内置接头(22’)连接。

9.如权利要求7所述的变频模块(200)，其特征在于，还包括第二功分器(30”)，射频输出口的数量为一个，第二功分器(30”)的合路口(31”)与第一射频输出口(20)的内置接头(22)连接，第二功分器(30”)的第一分路口(32”)和第一变频器(50)的输出口(52)，第二功分器(30”)的第二分路口(33”)和第二变频器(50’)的输入口(52’)连接。

10.一种射频设备，包括基带/射频module模块(100)，其特征在于，基带/射频module模块(100)完成基带调制解调、射频调制解调功能，并且基带/射频module模块的射频接口(5)连接有如权利要求1至权利要求9任一权利要求所述的变频模块(200)。

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