CN205304790U - 一种高度集成的通信单元电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高度集成的通信单元电路，它高度集成了数字电路，调制解调电路，射频电路，接口电路和电源电路于一个电路板上。通过采用高度集成的电子电路，结构紧凑的印制板电路布局，合理优化的电磁兼容设计，解决了多种频率、多种信号、多种接口在一块板卡上的电磁兼容问题，实现了通信单元电路模块的高度集成化。该通信单元同样适用于不同的通信频段，硬件上仅需要更换其中射频电路的频带选择滤波器，具有集成度高，体积小，重量轻，性能稳定可靠等优点，非常适合应用于目前通信领域中对小型化，功耗等设计有严格需求的各种通信系统中。

Description

一种高度集成的通信单元电路

技术领域

本实用新型涉及通信领域中一种高度集成的通信单元电路，适用于微波通信领域中体积，重量，功耗受限的小型化设计通信系统。

背景技术

随着现代航空航天通信与弹载通信系统的迅猛发展，各种特定用途装备的出现，受空间，重量，功耗等多种因素的影响，对小型化，通用化的通信系统有着紧迫的需求。因此通信电路小型化优化设计，高度集成的芯片的应用，以及先进的工艺水平促进了整个装备的小型化进程。将数字电路与模拟电路集成于一块印制板能够极大地减小设备的尺寸，但是高频信号与低频信号之间在印制板中的串扰会大大影响通信功能的实现。即便采用目前已经发展成熟的微组装技术减小设备体积，仍然存在这种电磁兼容的问题。因此，这种高度集成的通信单元电路的设计是通信系统小型化，高稳定度，高集成度，高性能发展的一个重要研究方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高度集成的通信单元电路，具有体积小，低功耗，可靠性高，功能完全等优点。克服了由于高频电路与低频电路的电磁兼容问题影响到整个系统结构尺寸难以减小的问题。设计采用了高度集成的电路设计，以及优化后合理紧凑的电磁兼容设计与结构设计，使得整体印制板电路的尺寸大大减小，电路可靠性提高。另外，低功耗器件的采用使得电路功耗低，使得在缩小体积的前提下，保证了电路性能的稳定实现。

本实用新型的目的是这样实现的：一种高度集成的通信单元电路，它包括数字电路1、调制解调电路2、射频电路3、接口电路4，电源电路5；其特征在于：将多种不同功能的电路结构，采用一定的印制板电磁兼容设计方法与高度集成的电路相结合，使得整个通信单元能够实现功能全，结构体积小的特点；对于送入通信单元进行上行处理的数据，电路中接口电路4的上行数据输出端口与数字电路1的上行数据输入口相连接；数字电路1的上行数据输出口与调制解调电路2的调制信号输入口相连接；调制解调电路2的调制信号输出口与射频电路3的发射支路输入口相连接；射频电路3的发射支路射频输出口与外置的T/R和天线相连接，完成了上行链路的发射；对于送入通信单元进行下行处理的数据，天线接收无线信号至外置的T/R组件，随后输入至射频电路3的射频信号输入口；射频电路3的中频信号输出口与调制解调2的解调信号输入口相连接；调制解调2的解调信号输出口与数字电路1的下行信号输入口相连接；数字电路1的下行数据输出口与接口电路4的下行数据输入口相连接；下行数据通过接口电路4将输出至外围设备，完成了下行链路的接收；电源电路5分别与以上四部分电路连接为其供电。

其中，数字电路1、调制解调电路2和射频电路3在印制板布局中采用一定的物理隔离的方法相连接。

其中，射频电路3中的接收电路采用高度集成本振源的电路。

其中，射频电路3中的发射电路采用集成本振的正交调制电路。

其中，射频电路3中集成了两路中频大动态范围的自动增益控制电路。

其中，射频电路3中接收电路和发射电路中均具有可控的衰减控制电路。

其中，射频电路3中接收电路加入了检波电路。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型将数字电路，调制解调电路，射频电路，接口电路，以及电源电路综合集成于一个八层的尺寸较小(100mm×100mm)的印制板电路上。使得整个功能电路的体积与重量，功耗大大减小，电路的可靠性得到提升，可以广泛应用于多个频段的体积与重量受限的通信设备中。

2.本实用新型的射频电路采用了高度集成的电路器件结合紧凑的电路板布局，实现了两路接收通道与两路发射通道集成于同一印制板上，通过合理的电磁兼容设计与电路布局使得彼此通道之间不会互相干扰，实现高性能的通信能力。

3、本实用新型的整体电路在体积减小，保证通信功能完整的同时，仍然通过优化电路参数实现了抗干扰的跳频通信功能。

4、本实用新型的电路可以扩展至不同的频率，不同的信号。

5.本实用新型的所有电路之间的连接均采用印制板走线，采用合理的低频与高频信号隔离的方法，良好的电磁兼容设计，避免了高频信号与低频信号相互之间的干扰，并且不需要中频信号连接器，节省了很大的空间尺寸和重量，并且节约了成本，提高了电路的可靠性。

6.本实用新型具有很高的集成度，性能稳定可靠，并且体积小，重量轻，方便维护与调试。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路原理方框图。

图2为本实用新型电路的射频电路中发射通道的硬件实现框图。

图3为本实用新型电路的射频电路中接收通道的硬件实现框图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型由数字电路1，调制解调电路2，射频电路3，接口电路4，以及电源电路5组成。图1为本实用新型的电路原理框图。将多种不同功能的电路结构，采用一定的印制板电磁兼容设计方法与高度集成的电路相结合，使得整个通信单元能够实现功能全，结构体积小的特点；对于送入通信单元进行上行处理的数据，其接口电路4的上行数据输出端口与数字电路1的上行数据输入口相连接；数字电路1的上行数据输出口与调制解调电路2的调制信号输入口相连接；调制解调电路2的调制信号输出口与射频电路3的发射支路输入口相连接；射频电路3的发射支路射频输出口与外置的T/R和天线相连接，完成了上行链路的发射；对于送入通信单元进行下行处理的数据，天线接收无线信号至外置的T/R组件，随后输入至射频电路3的射频信号输入口；射频电路3的中频信号输出口与调制解调2的解调信号输入口相连接；调制解调2的解调信号输出口与数字电路1的下行信号输入口相连接；数字电路1的下行数据输出口与接口电路4的下行数据输入口相连接；下行数据通过接口电路4将输出至外围设备，完成了下行链路的接收；电源电路5分别与以上四部分电路连接为其供电。

本实用新型数字电路1的主要功能是将从接口电路4输入的数字信息进行处理，比较，形成有用的发射数据信号送给调制解调电路3。并且将接收到的数字解调信号进行处理，解码，送至接口电路4输出。此外，数字电路部分还为射频电路3与调制解调电路2提供监控功能。数字电路1与调制解调电路2主要采用一块ARTEL公司的FPGA芯片实现。

本实用新型调制解调电路2的主要作用是将上行数据进行QPSK调制成为已调模拟信号，输出至射频电路3。同时，将射频电路3输出的中频信号进行数字解调，输出至数字电路1实现有效的数据通信。

本实用新型射频电路3的主要作用是将调制解调电路2的调制信号进行上变频，滤波，放大之后送入T/R组件，经过功率放大器，天线发射出去。对于接收通道则是将接收至T/R组件的信号，进行滤波，下变频，自动增益控制后送入调制解调电路2进行解调。射频电路在通信单元电路中受通信功能，性能，频率制约，而使得体积受限，不易集成。在本通信单元中，采用了RFMD公司生产的高度集成锁相环路与VCO的变频器RFFC5072将信号从射频搬移至中频。上变频也采用了RFMD公司的另一款高度集成频率合成器的正交调制器RFMD2080实现。同时，引入自动增益控制电路，由前置衰减器与两级级联的自动增益控制电路AD8367实现大的动态范围。

本实用新型接口电路4的作用是将上行数据与下行数据通过接口转换电路为适当的信号电平，送入数字电路。从而实现外部与通信印制板的数据可靠的输入与输出。此外，外部电源亦通过此部分电路送入电源电路5。

本实用新型电源电路5的作用是为整个数字电路与模拟电路部分提供稳定，线性可靠的电源。它是将从接口电路引入的电源进行线性稳压并且滤波输出不同的电压+5V，+3.3V，+1.2V，-1.2V。

本实用新型工作原理如下：

本通信单元电路采用时分双工的工作模式。当系统处于发射状态时，接口电路收到上行数据，将通过接口电路的数据信息送入数字处理电路，经过接口变换，缓存、复接、纠错编码后输出给调制解调电路。有用信息通过调制后输入至射频电路的发射通道。发射通道实现如图2所示发射功能。射频电路将基带信号进行正交调制，变频后经过滤波以及预放大。同时，在通道中加入数控衰减器实现发射功率的控制。最后经过外置功率放大器，天线辐射至空间。当系统处于接收状态时，天线接收到空间传播而来的信号，送入外置T/R组件进行滤波以及低噪声放大。随后，接收通道实现如图3所示接收功能，射频信号经变频器下变频至中频信号。经过中频信号的滤波以及自动增益控制放大至稳定的中频信号电平输出。调制解调单元将该中频信号进行QPSK解调。解调输出的下行数据输入数字电路得到有用数据信息，通过接口电路完成有用信号的传输。其中射频电路由两路接收通道与两路发射通道组成，采用时分双工工作模式进行通信。

在电路的实现过程中，主要采用以下电路设计方法实现了该电路的高度集成。1、采用集成锁相环以及VCO电路的射频变频电路与正交调制电路，在大大减小了体积的同时保证了电路功能的完整；2、所有电子电路以及无源电路器件均采用目前电子产品中最小型化和性能稳定的封装结构；3、模拟电路与数字电路集成于同一块印制板，模拟信号与数字信号之间相互控制以及监测的信号线的电磁兼容设计；4、晶振电路需要布置于印制板电路上，不能单独通过连接器接入。5、其他对于射频信号之间走线的屏蔽，隔离以及保护的印制板走线设计。6、印制板电路板电路叠层顺序的优化，防止不同信号之间的串扰的同时保证模拟信号接地的距离。除以上几种电路设计方法，还有较多细节性的PCB电路电磁兼容设计技巧需要注意。

基于以上电路的合理设计，整个通信单元电路在一个总厚度为2.0mm,叠层数为八层的FR4介质印制板上实现。正反两面布板，印制板卡整体尺寸为100mm*100mm,其中模拟电路部分约为60mm*100mm,数字电路部分约为40mm*100mm。连接器采用航空级微矩形插座J63A-2F2-021-431-TH。

该通信单元电路可以实现外部数据通过RS-485接口输出的数据进行接口变换、缓存、复接、纠错编码、调制后输出给模拟电路的发通道中频输入，再经过发通道将信息发射送出。另一方面，还可以实现将模拟电路部分接收通道的中频输出端输出的中频信号解调、纠错译码、分接、缓存、接口变换后通过RS-485接口输出。此外，此印制板卡还具有各种监控指示，包括收发控制、状态检测、失锁告警、电平指示等功能。这样使得此结构紧凑，功能完整的通信单元具有较强的通用性和可靠性。

Claims (7)

1.一种高度集成的通信单元电路，它包括数字电路(1)、调制解调电路(2)、射频电路(3)、接口电路(4)，电源电路(5)；其特征在于：上述多种不同功能的电路结构采用印制板电磁兼容设计方法与高度集成的电路相结合；对于送入通信单元进行上行处理的数据，模块中接口电路(4)的上行数据输出端口与数字电路(1)的上行数据输入口相连接；数字电路(1)的上行数据输出口与调制解调电路(2)的调制信号输入口相连接；调制解调电路(2)的调制信号输出口与射频电路(3)的发射支路输入口相连接；射频电路(3)的发射支路射频输出口与外置的T/R和天线相连接，完成了上行链路的发射；对于送入通信单元进行下行处理的数据，天线接收无线信号至外置的T/R组件，随后输入至射频电路(3)的射频信号输入口；射频电路(3)的中频信号输出口与调制解调(2)的解调信号输入口相连接；调制解调(2)的解调信号输出口与数字电路(1)的下行信号输入口相连接；数字电路(1)的下行数据输出口与接口电路(4)的下行数据输入口相连接；下行数据通过接口电路(4)将输出至外围设备，完成了下行链路的接收；电源电路(5)分别与以上四部分电路连接为其供电。

2.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：数字电路(1)、调制解调电路(2)和射频电路(3)在印制板布局中采用一定的物理隔离的方法相连接。

3.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：射频电路(3)中的接收电路采用高度集成本振源的电路。

4.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：射频电路(3)中的发射电路采用集成本振的正交调制电路。

5.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：射频电路(3)中集成了两路中频大动态范围的自动增益控制电路。

6.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：射频电路(3)中接收电路和发射电路中均具有可控的衰减控制电路。

7.根据权利要求1所述的一种高度集成的通信单元电路，其特征在于：射频电路(3)中接收电路中加入了检波电路。