CN206698207U

CN206698207U - 一种实现正交信号处理的装置及接收机

Info

Publication number: CN206698207U
Application number: CN201720155961.9U
Authority: CN
Inventors: 韩业奇; 王珂; 王林; 杨琦
Original assignee: UNICORE COMMUNICATIONS (BEIJING) Inc
Current assignee: UNICORE COMMUNICATIONS (BEIJING) Inc
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-02-21
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2027-02-21

Abstract

一种实现正交信号处理的装置及接收机，包括：正交和同相的下变频器分别接收放大处理后的射频调制信号，根据由频率合成器提供的固定的本振信号进行下变频处理，得到中频信号；将获得各支路的中频信号通过脉冲控制电路进行相位校正后，分别通过对应支路的中频滤波器进行信号带外杂散抑制；对各支路中完成带外杂散抑制的中频信号分别通过对应的可变增益放大器进行放大后输出至模数转换器；将两各支路模数转换获得的数字信号作为正交信号输出至基带芯片进行信号处理。本实用新型实施例通过与下变频器连接的脉冲控制电路实现了相位校正，在无需额外功耗的基础上，简化了正交信号的处理。

Description

一种实现正交信号处理的装置及接收机

技术领域

本文涉及但不限于无线通信技术，尤指一种实现正交信号处理的装置及接收机。

背景技术

接收机，主要用于接收电磁波，并对接收到的电磁波进行处理，以获得进行数据分析所需的信息。接收机包括天线、射频前端和基带处理等几个部分；其中，射频前端的性能直接关系到整个接收机的性能。接收机的射频前端通常包括以下处理过程：射频调制信号由天线(未画出)通过射频输入口被接收到信号通道中；经由片外声表面波滤波器滤波，通过片上的低噪声放大器(LNA)进行第一级放大后，由混频器实现频率下变频到中频或者零中频的信号；变频后的中频或者零中频信号经过片内滤波器将无用或者干扰信号滤除；最后，经过自动增益控制放大器放大后由模数转换器转换为数字基带可直接利用的数字信号。上述信号主要是对模拟信号进行处理。由于结构简单、实现容易、适用性高、功耗低等优点，零中频或者低中频的接收机成为市场主流。

零中频或者低中频的接收机存在输出正交信号幅度及相位失调等缺点，为了解决幅度及相位失调的问题，一般通过复杂的数字信号处理在数字基带方面得到正交信号的幅度差，然后反馈到射频前端进行幅度调节；在幅度调节完成后，数字基带切换到正交信号的相位处理，得到误差后反馈到射频前端进行相位调节。图1为相关技术中接收机的结构框图，如图1所示，接收机为零中频或低中频的无线接收机。射频调制信号经过天线(未画出)，通过射频输入口被接收到接收机中；接收到的射频调制信号通过前端的低噪声放大器(LNA)进行放大；为了过滤掉邻近通讯干扰信号，经放大的射频调制信号需要输出到芯片外，经过片外声滤波器(SAW FILTER)，再接回到片内的射频预放大器(RFA)作进一步放大后，分为正交(Q)支路和同相 (I)支路分别进行处理，其中，在正交支路，通过正交支路的下变频器(Mixer Q)处理获得中频滤波；正交支路中频滤波器(IF Filter)把处理获得的中频信号进行信号选择及滤波(选择带宽内的需要被解调的中频信号使其通过，滤除带宽外的其他信号或噪声)；对完成信号选择及滤波的中频信号经正交支路的可变增益放大器(VGA)放大后，提供满足信号强度要求的信号给模数转换器(ADC)，从而把中频信号转换成数字信号；在同相支路，通过同相支路的下变频器(Mixer I)处理获得中频滤波；同相支路中频滤波器(IF Filter)把处理获得的中频信号进行信号选择及滤波(选择带宽内的需要被解调的中频信号使其通过，滤除带宽外的其他信号或噪声)；对完成信号选择及滤波的中频信号经同相支路的可变增益放大器(VGA)放大后，提供满足信号强度要求的信号给模数转换器(ADC)，从而把中频信号转换成数字信号；对正交支路和同相支路获得的数字信号作为正交信号，通过数字基带进行信号处理。进行数字基带的信号处理时，正交信号的幅度及相位校准由数字信号处理(DSP)来实现反馈控制；正交支路和同向支路模数转换器输出的数字信号输出到DSP进行复杂的数字信号处理，通过反馈到可变增益放大器(VGA)的增益控制电压端来控制恒定的VGA输出幅度给模数转换器；同时数字信号处理器也会检测ADC输出正交信号的相位差，经过脉冲控制器(phase controller)控制频率合成器(frequencysynthesizer)的正交信号相位差；以上过程会经过数次反复最终收敛到希望控制到的正交信号。

上述方案中，如果接收机设计有数字基带处理，则可以通过DSP对正交信号进行信号处理；如果接收机没有设计数字基带处理(纯粹的射频电路)，则进行正交信号处理时需要在射频前端自行设计DSP，而正交信号处理是一个动态处理过程，DSP设计实现复杂，且增加了额外的功耗；另外，正交信号处理时需要考虑算法的收敛性，进一步加大了DSP的设计难度。因此，在接收机没有设计数字基带处理时，很大程度上限制了该相关技术中接收机电路结构的使用。

实用新型内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本实用新型实施例提供一种实现正交信号处理的装置及接收机，能够简化正交信号的处理过程。

本实用新型实施例一种实现正交信号处理的装置，包括：频率合成器、正交支路的下变频器、同相支路的下变频器、脉冲控制电路、正交支路的中频滤波器、同相支路的中频滤波器、正交支路的模数转换器、同相支路的模数转换器；其中，

频率合成器用于，为正交支路的下变频器和同相支路的下变频器提供固定的本振信号；

正交支路的下变频器用于：接收由射频放大器放大处理后的射频调制信号，并根据由频率合成器提供的固定的本振信号进行下变频处理，获得正交支路中频信号，并发往脉冲控制电路；

同相支路的下变频器用于：接收由射频放大器放大处理后的射频调制信号，并根据由频率合成器提供的固定的本振信号进行下变频处理，获得同相支路的中频信号，并发往脉冲控制电路；

脉冲控制电路用于，将获得的正交支路和同相支路的中频信号进行相位校正；

正交支路的中频滤波器用于，对完成相位校正的正交支路的中频信号进行信号带外杂散抑制；

同相支路的中频滤波器用于，对完成相位校正的同相支路的中频信号进行信号带外杂散抑制；

正交支路的可变增益放大器VGA用于，对正交支路中完成带外杂散抑制的中频信号，进行放大后输出至模数转换器；

同相支路的可变增益放大器用于，对同相支路中完成带外杂散抑制的中频信号，进行放大后输出至模数转换器；

正交支路模数转换器用于，将正交支路中经过VGA放大后的中频信号转换为数字信号，并输出至基带芯片与同相支路模数转换器转换获得的数字信号作为正交信号进行信号处理；

同相支路模数转换器用于，将同相支路中经过VGA放大后的中频信号转换为数字信号，并输出至基带芯片与正交支路模数转换器转换获得的数字信号作为正交信号进行信号处理。

可选的，所述脉冲控制电路包括：

正交支路的吉尔伯特单元和同相支路的吉尔伯特单元。

可选的，所述正交支路的下变频器的正输出端和负输出端分别连接到正交支路的吉尔伯特单元的同相正输入端、同相负输入端，和同相支路的吉尔伯特单元的同相负输入端、同相正输入端；所述正交支路的吉尔伯特单元的正输出端、负输出端连接到正交支路的中频滤波器的正输入端、负输入端；

所述同相支路的下变频器的正输出端和负输出端分别连接到正交支路的吉尔伯特单元的反相正输入端、反相负输入端，和同相支路的吉尔伯特单元的反相正输入端、反相负输入端；所述同相支路的吉尔伯特单元的正输出端、负输出端连接到同相支路的中频滤波器的正输入端、负输入端。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种接收机，包括上述装置。

与相关技术相比，本申请技术方案包括：频率合成器、正交支路的下变频器、同相支路的下变频器、脉冲控制电路、正交支路的中频滤波器、同相支路的中频滤波器、正交支路的模数转换器、同相支路的模数转换器；其中，频率合成器用于，为正交支路的下变频器和同相支路的下变频器提供固定的本振信号；正交支路的下变频器用于：接收由射频放大器放大处理后的射频调制信号，并根据由频率合成器提供的固定的本振信号进行下变频处理，获得正交支路中频信号，并发往脉冲控制电路；同相支路的下变频器用于：接收由射频放大器放大处理后的射频调制信号，并根据由频率合成器提供的固定的本振信号进行下变频处理，获得同相支路的中频信号，并发往脉冲控制电路；脉冲控制电路用于，将获得的正交支路和同相支路的中频信号进行相位校正；正交支路的中频滤波器用于，对完成相位校正的正交支路的中频信号进行信号带外杂散抑制；同相支路的中频滤波器用于，对完成相位校正的同相支路的中频信号进行信号带外杂散抑制；正交支路的可变增益放大器VGA用于，对正交支路中完成带外杂散抑制的中频信号，进行放大后输出至模数转换器；同相支路的可变增益放大器用于，对同相支路中完成带外杂散抑制的中频信号，进行放大后输出至模数转换器；正交支路模数转换器用于，将正交支路中经过VGA放大后的中频信号转换为数字信号，并输出至基带芯片与同相支路模数转换器转换获得的数字信号作为正交信号进行信号处理；同相支路模数转换器用于，将同相支路中经过VGA放大后的中频信号转换为数字信号，并输出至基带芯片与正交支路模数转换器转换获得的数字信号作为正交信号进行信号处理。本实用新型实施例通过与下变频器连接的脉冲控制电路实现了相位校正，在无需额外功耗的基础上，简化了正交信号的处理。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为相关技术中接收机的结构框图；

图2为本实用新型实施例实现正交信号处理的装置的结构框图；

图3为本实用新型实施例吉尔伯特单元的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的实用新型目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。

图2为本实用新型实施例实现正交信号处理的装置的结构框图，如图2所示，包括：频率合成器、正交支路的下变频器、同相支路的下变频器、脉冲控制电路、正交支路的中频滤波器、同相支路的中频滤波器、正交支路的模数转换器、同相支路的模数转换器；其中，

需要说明的是，本实用新型实施例频率合成器只需要提供一次固定的本振信号，本振信号可以由本领域技术人员根据分析确定。

另外，本实用新型实施例，对射频调制信号进行放大之前，射频调制信号经过天线(未画出)接收后，由射频输入口被接收到接收机中；接收到的射频调制信号通过前端的低噪声放大器(LNA)进行放大；为了过滤掉邻近通讯干扰信号，经放大的射频调制信号需要输出到芯片外，经过片外声滤波器(SAW FILTER)，再接回到片内的射频预放大器(RFA)。

需要说明的是，本实用新型实施例通过脉冲控制电路实现了相位校正后，无需进行多次的反复校正，也无需考虑进行相位校正的收敛问题；

可选的，本实用新型实施例脉冲控制电路包括：

正交支路的吉尔伯特单元和同相支路的吉尔伯特单元。

需要说明的时，吉尔伯特单元为相关技术中已有的电路结构，其主要结构和实现原理，本实用新型实施例不做赘述。

可选的，本实用新型实施例吉尔伯特单元在电路中的与下变频器和中频滤波器的连接关系如下：

正交支路的下变频器的正输出端和负输出端分别连接到正交支路的吉尔伯特单元的同相正输入端、同相负输入端，和同相支路的吉尔伯特单元的同相负输入端、同相正输入端；正交支路的吉尔伯特单元的正输出端、负输出端连接到正交支路的中频滤波器的正输入端、负输入端；

同相支路的下变频器的正输出端和负输出端分别连接到正交支路的吉尔伯特单元的反相正输入端、反相负输入端，和同相支路的吉尔伯特单元的反相正输入端、反相负输入端；同相支路的吉尔伯特单元的正输出端、负输出端连接到同相支路的中频滤波器的正输入端、负输入端。

图3为本实用新型实施例吉尔伯特单元的结构框图，如图3所示，吉尔伯特单元包括与下变频器连接的同相正输入端、同相负输入端、反相正输入端、反相负输入端；还包括对应的正输出端和负输出端。吉尔伯特单元根据系统功耗及线性度的要求而定，表1为本发明实施例一可选的吉尔伯特单元器件与宽长比的参数信息，本领域技术人员可以参照相关参数进行吉尔伯特单元的设计。

以下通过示例，对本实用新型实施例吉尔伯特单元处理的信号进行分析，为了便于陈述和理解，对正交支路，INP1为正交支路的下变频器的正输出端向正交支路的吉尔伯特单元同相正输入端输入的信号、INN1为正交支路的下变频器的负输出端向正交支路的吉尔伯特单元同相负输入端输入的信号；QNP1为正交支路的下变频器的正输出端向同相支路的吉尔伯特单元反相正输入端输入的信号、QNN1为正交支路的下变频器的负输出端同相支路的吉尔伯特单元反相负输入端输入的信号；对应的正交支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号为VOUTN1、正交支路的吉尔伯特单元的负输出端输出的信号为VOUTP1；其中，A1代表信号输入幅度，Δ代表正交信号的相位差；吉尔伯特单元的电路增益为AV1；

器件	宽长比
		尾电流NMOS器件	48um/0.8um
输入NMOS器件	8um/0.2um
		负载PMOS器件	16um/0.4um

表1

假设：

INN1＝A1sin(ωt+0)，

INP1＝A1sin(ωt+180)

QNN1＝A1sin(ωt+90+Δ)

QNP1＝A1sin(ωt+270+Δ)

则正交支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号为：

VOUTN1＝AV1{A1sin(ωt+180)+A1sin(ωt+90+Δ)}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(2ωt+270°+Δ)/2]+sin[(90-Δ)/2]}

＝V1*2A1*A1*{sin[(ωt+135°+Δ/2)]+sin(45-Δ/2)}

正交支路的吉尔伯特单元的负输出端输出的信号为：

VOUTP1＝AV1{A1sin(ωt+0)+A1sin(ωt+270+Δ)}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(2ωt+270+Δ)/2]+sin[(-270-Δ)/2]}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(ωt+135°+Δ/2)]+sin[(-270-Δ)/2]}

或者，

VOUTP1＝AV1{A1sin(ωt+0)+A1sin(ωt+270+Δ)}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(2ωt+270+Δ)/2]+sin(-135-Δ/2)}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(ωt+135°+Δ/2)]-sin[(45-Δ/2)}

＝-AV1*2A1*A1*{-sin[(ωt+135°+Δ/2)]+sin[(90-Δ)/2]}

＝AV1*2A1*A1*{sin[(ωt-45°+Δ/2)]+sin[(90-Δ)/2]}

对同相支路，INP2为同相支路的下变频器的正输出端向正交支路的吉尔伯特单元反相正输入端输入的信号、INN2为同相支路的下变频器的负输出端向正交支路的吉尔伯特单元反相负输入端输入的信号；QNP2为同相支路的下变频器的正输出端向同相支路的吉尔伯特单元反相正输入端输入的信号、QNN2为同相支路的下变频器的负输出端同相支路的吉尔伯特单元反相负输入端输入的信号；对应的同相支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号为VOUTN2、同相支路的吉尔伯特单元的负输出端输出的信号为VOUTP2；其中，A1代表信号输入幅度，Δ代表正交信号的相位差；吉尔伯特单元的电路增益为AV2；

假设：

INP2＝A1sin(ωt+0)，

INN2＝A1sin(ωt+180)

QNN2＝A1sin(ωt+90+Δ)

QNP2＝A1sin(ωt+180+Δ)

则同相支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号为：

VOUTN2＝AV2{A1sin(ωt+0)+A1sin(ωt+90+Δ)}

＝AV2*2A1*A1*{sin[(2ωt+90+Δ)/2]+sin[(-90-Δ)/2]}

＝V2*2A1*A1*{sin[(ωt+45°+Δ/2)]+sin[(-90-Δ)/2]}

或者，

VOUTN2＝AV2{A1sin(ωt+0)+A1sin(ωt+90+Δ)}

＝AV2*2A1*A1*{sin[(2ωt+90+Δ)/2]+sin(-90-Δ)/2]}

＝V2*2A1*A1*{sin[(ωt+45°+Δ/2)]+sin(-90-Δ)/2]}

同相支路的吉尔伯特单元的负输出端输出的信号为：

VOUTP2＝AV2{A1sin(ωt+180)+A1sin(ωt+270+Δ)}

＝AV2*2A1*A1*{sin[(2ωt+450+Δ)/2]+sin[(-90-Δ)/2]}

＝V2*2A1*A1*{sin[(ωt+225°+Δ/2)]+sin[(-90-Δ)/2]}

对比正交支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号、负输出端输出的信号；同相支路的吉尔伯特单元的正输出端输出的信号、负输出端输出的信号；可以确定射频端引入的正交信号的相位失调被平均分配到最终输出的两个端口，保证最终下变频以后的正交信号相位失调将相关技术中相位失调百分比降低，经分析发现，本实用新型实施例相位失调度数小于1°，而相关技术中相位失调的度数在2～3°范围；

同相支路和正交支路的模数转换器的数字信号输出被用作两个通道中可变增益放大器输出信号强度的检测，通过同相支路和正交支路的可变增益放大器控制电路，反馈到VGA的增益控制电压端来控制恒定的VGA输出幅度给模数转换器。同相支路和正交支路的可变增益放大器的幅度控制必须由可变增益放大器控制电路分别控制，从而保证本实用新型实施例输入至模数转换器的信号幅度偏差较小，一般的相位失调小于1°，幅度失调小于0.5分贝dB。由于无需额外设计DSP，本实用新型实施例方法具有普遍适用性。

本实用新型实施例还提供一种接收机，包括：包括：频率合成器、正交支路的下变频器、同相支路的下变频器、脉冲控制电路、正交支路的中频滤波器、同相支路的中频滤波器、正交支路的模数转换器、同相支路的模数转换器；其中，

可选的，本实用新型实施例脉冲控制电路包括：

正交支路的吉尔伯特单元和同相支路的吉尔伯特单元。

虽然本实用新型所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本实用新型的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本实用新型所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims

1.一种实现正交信号处理的装置，其特征在于，包括：频率合成器、正交支路的下变频器、同相支路的下变频器、脉冲控制电路、正交支路的中频滤波器、同相支路的中频滤波器、正交支路的模数转换器、同相支路的模数转换器；其中，

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脉冲控制电路包括：

正交支路的吉尔伯特单元和同相支路的吉尔伯特单元。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述正交支路的下变频器的正输出端和负输出端分别连接到正交支路的吉尔伯特单元的同相正输入端、同相负输入端，和同相支路的吉尔伯特单元的同相负输入端、同相正输入端；所述正交支路的吉尔伯特单元的正输出端、负输出端连接到正交支路的中频滤波器的正输入端、负输入端；

4.一种接收机，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的装置。