CN208128240U - 高性能小型化多制式数字对讲机模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能小型化多制式数字对讲机模块，高线性度的零中频接收机芯片SCT3810，将高质量的本振信号和射频信号直接变频为IQ信号由基带来解调。发射机借助向接收机提供高质量本振信号的信号源，以压控晶体振荡器作为参考时钟，用调制信号控制晶体振荡器的压控端并配合合适的环路带宽设置来实现最终的FM调制。在拥有了极高的集成度的同时，能够完全满足专业对讲机要求的ETSI EN 300 086，ETSI EN 300 113，ETSI EN 301 166等测试标准。既克服了传统高性能对讲机采用超外差结构时所带来的复杂的电路结构和庞大的物理尺寸以及大量分立器件所到来的不一致性，也避免了采用零中频结构一味追求小型化所导致的接收机抗干扰能力不足的缺陷。

Description

高性能小型化多制式数字对讲机模块

技术领域

本实用新型涉及数字对讲机技术领域，具体地，涉及一种高性能小型化多制式数字对讲机模块。

背景技术

对讲机作为通讯领域最后一个还没有完全数字化的通讯工具，在近几年发展迅速。国家工信部也推出了666号文件，明确要求要推进对讲机的数字化进程。而手机做为一种成熟的数字化通讯设备在今天早已广泛应用，但是手机的通讯必须依托于电信运营商的基站，在没有基站信号覆盖，或发生自然灾害基站瘫痪的情况下，手机会丧失通讯能力，此时对讲机作为一种应急通讯设备，能够很好的应对这种突发状况，所以有越来越多的专业应用手机希望能集成数字对讲机的功能以作为对公网通讯的有效补充。数字对讲机作为一种应急通讯设备，其对通讯的可靠性和抗干扰能力有非常高的要求。这种严格的要求导致高性能的数字对讲机几乎都是采用传统的分立器件来搭建的超外差结构的接收机，以至我们通常看到的数字对讲机永远都是“大个头”。想把这么大个头的东西集成到轻薄的手机中还是有很大难度的。而目前市面上有一些采用零中频或近零中频的方案做的小型数字对讲机模块可以被手机集成，但是性能却差强人意，这其中以采用力同公司的AT1846S作为射频收发机的模块为代表。

零中频或近零中频的接收机，对本振信号的相位噪声有近乎苛刻的要求，除此之外要求射频前端的低噪声放大器和混频器有极高的线性度。而AT1846S受芯片本身的工艺制程限制，其内部模拟电源的供电电压较低，严重影响了内部低噪声放大器和混频器的动态范围，导致线性度无法达到专业数字对讲机的要求。其次由于采用的是CMOS工艺，其内部压控振荡器产生的本振信号的相位噪声也无法保证整个接收机的工作性能能够满足专业数字对讲机的ETSI EN 300 113测试标准。假如应用者想要在外部提供高质量的本振信号，AT1846S也是不支持这样做的。

同时由于AT1846S受内部信道滤波器的限制，只能支持12.5kHz和25kHz的信道带宽，故无法支持dPMR，NXDN等6.25kHz信道带宽的通讯制式。而作为应急通讯的数字对讲设备，希望能够尽量多的支持各种通讯制式以便在突发状况下和各种制式的其他应急通讯设备互通互联。这一点在应对各种突发状况的应用场景下是至关重要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种高性能小型化多制式数字对讲机模块，以克服现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高性能小型化多制式数字对讲机模块，主要包括：

零中频接收机芯片SCT3810，被设置为产生IQ信号；

基带SCT3268芯片，包括数字信号处理器和微控制器，在对讲机发射语音信号时，该基带SCT3268芯片将语音信号经数字信号处理器处理得到待调制的数字基带信号，经过数模转换和调制后发射；在对讲机接收语音信号时，该基带SCT3268芯片对该IQ信号进行解调处理，经过数模转换后输出播放；

压控晶体振荡器，接收待调制的数字基带信号并由压控端进行调制，同时向外输出参考时钟信号；

射频发射机，包括集成压控振荡器的锁相环芯片LMX2571，向零中频接收机芯片SCT3810提供本振信号，还接收参考时钟信号，并对压控晶体振荡器调制后的数字基带信号进行FM调制；

射频放大器，包括SCT3604射频功放芯片，对调制后的信号进行功率放大并输出至射频收发开关；

射频收发切换开关，连接至射频放大器，实现信号的输出状态和外部信号输入状态的切换。

进一步地，该零中频接收机芯片SCT3810包括顺次连接的高线性度和低噪声的放大器、高线性度混频器、第一级滤波放大电路和第二级滤波放大电路，还包括与高线性度混频器连接的本振信号分频器和本振信号相位控制器；第二级滤波放大电路包括第二级滤波器和固定增益放大器；

本振信号经过本振信号分频器和本振信号相位控制器与低噪声放大器放大的射频信号进行混频，产生IQ信号，该IQ信号经过第一级的滤波器后被可变增益的放大器进行放大，而后经过第二级滤波器滤波后被固定增益的放大器放大得到两级放大后的IQ信号，并将两级放大后的IQ信号输出至基带。

进一步地，基带根据两级放大后的IQ信号强度调整SCT3810内部低噪声放大器和可变增益放大器的增益。

进一步地，SCT3810还包括内部寄存器，内部寄存器与SCT3810的外部电容控制第二级滤波器的工作带宽。

进一步地，本振信号的相位控制器将I和Q两路的信号的相位差控制在90度，并且在I和Q的信号通路上分别设有一个直流补偿电路，该直流补偿电路被基带SCT3268控制，对IQ信号的直流差异进行补偿。

进一步地，该集成压控振荡器的锁相环芯片LMX2571包含外置的环路滤波器和作为参考时钟的压控晶体振荡器，待调制的基带信号由压控晶体振荡器的压控端进行调制。

进一步地，该SCT3604射频功放芯片，工作在100MHz到940MHz的范围内，其内部集成三级放大器，提供33dB的增益，且芯片采用5*5mm的QFN28封装。

进一步地，该微控制器该微控制器包括UART接口和可编程端口通过UART接口修改模块的工作频率和通讯制式；可编程端口连接外设。

进一步地，该模块集成在手机中。

进一步地，SCT3268支持PDRF，DMR，dPMR，NXDN或DCR对讲制式。

本实用新型各实施例的高性能小型化多制式数字对讲机模块，高线性度的零中频接收机芯片SCT3810，将高质量的本振信号和射频信号直接变频为IQ信号由基带来解调。发射机借助向接收机提供高质量本振信号的信号源，以压控晶体振荡器作为参考时钟，用调制信号控制晶体振荡器的压控端并配合合适的环路带宽设置来实现最终的FM调制。在拥有了极高的集成度的同时，能够完全满足专业对讲机要求的ETSI EN 300 086，ETSI EN 300113，ETSI EN 301 166等测试标准。既克服了传统高性能对讲机采用超外差结构时所带来的复杂的电路结构和庞大的物理尺寸以及大量分立器件所到来的不一致性，也避免了采用零中频结构一味追求小型化所导致的接收机抗干扰能力不足的缺陷。

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。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

数字对讲机作为一种应急通讯设备，在保持其固有的远距离点对点通讯能力及强大的抗干扰能力的同时，如何能将产品小型化以衍生出更多的产品形态和应用场景一直是业界人员讨论的话题。本方案在对产品集成化和小型化的同时，保留了其做为应急通讯设备本该有的性能。本方案设计的模块也可以很方便的集成到手机当中，作为对公网通讯的一种有效补充。

而支持多种数字对讲通讯制式也能很好的应对各种突发状况的应用场景。试想在一个抗震救灾现场，公网通讯的基站已经震毁或因为不堪重负而已经瘫痪，手机已无法作为通讯工具使用，从不同地域和不同组织赶来的救灾人员拿着对讲机进入救灾现场，却发现因为制式不同而无法互联互通，那将是多么的尴尬。而本方案正是为了避免这样的尴尬出现。

实施例一：

结合图1，

零中频接收芯片SCT3810的输出端连接至基带芯片SCT3268的输入端，基带芯片SCT3268的输出端连接至LXM2571的输入端，LXM2571的输出端连接至射频放大器SCT3604的输入端，射频放大器SCT3604的输出端连接至射频收发切换开关，射频收发切换开关还与SCT3810的输入端连接。

零中频接收机芯片SCT3810，被设置为产生IQ信号；内部包含具有高线性度和低噪声的放大器，高线性度的混频器，本振信号分频器和相位控制器，以及IQ信号的滤波和放大等电路。由外部输入的低相位噪声的本振信号经过分频器后和LNA放大的外部RF信号混频产生IQ信号，此IQ信号经过第一级的滤波器后被一个可变增益的VGA进行放大，然后经过第二级滤波器滤波后被一个固定增益的放大器放大输出给基带处理。

基带SCT3268芯片，在对讲机发射语音信号时，该基带SCT3268芯片将语音信号处理成待调制的数字基带信号，经过数模转换后输出至射频发射机进行调制后发射；在对讲机接收语音信号时，该基带SCT3268芯片对该IQ信号进行解调处理，经过数模转换后输出播放；

支持多种通讯制式的基带芯片SCT3268，是一个集成了数字信号处理器和微控制器的双核芯片。其中数字信号处理器完成了数字通讯的物理层，数据链路层以及部分的应用层，而微控制器则负责完成剩余的应用层和控制外部的射频接收机，射频发射机以及按键等各种外设。

对讲机需要发射时(可通过麦克风输入语音)，语音信号经过AD转换后(即可以通过AD转换电路实现模数转换)由数字信号处理器做编码压缩处理变成待调制数字基带信号，再经过DA(即通过数模转换电路实现DA转换)后变成模拟信号送给发射机进行调制发射。

对讲机需要接收时，接收机SCT3810产生的IQ信号经过DA转换后进入基带做IQ解调以及对应的解码和解压缩处理，还原出数字语音信号后经过DA转换变成模拟的语音信号进行播放(可通过扬声器播放)。SCT3268可以支持PDRF，DMR，dPMR，NXDN，DCR以及传统模拟等目前市场上几乎所有主流的对讲制式。SCT3268内部的微控制器为整个模块向外提供了交互的UART接口和18个可编程端口。用户可通过UART接口修改模块的工作频率和通讯制式。而可编程端口可供用户连接按键，状态指示灯以及做电池电量检测等功能。整个模块的接收和发射性能指标如表一所示。

表1

射频发射机，包括集成压控振荡器的锁相环芯片LMX2571，向零中频接收机芯片SCT3810提供本振信号，还对待调制的数字基带信号进行调制并输出至射频放大器；

射频发射机由集成压控振荡器的锁相环芯片LMX2571来实现。

该芯片内置的压控振荡器产生的信号具有极低的相位噪声，可以在模块接收的时候向接收机提供高质量的本振信号，同时在发射的时候可以保证发射机有很好的临道功率抑制比。其锁相环的环路滤波器和参考时钟是外置的，合适的环路带宽设置和采用压控晶体振荡器做为参考时钟可以实现将待调制的基带信号直接送入压控晶体振荡器的压控端来进行调制(外置的RC环路滤波器，通过调整外部RC值可以得到最佳的环路带宽，此环路带宽最终决定了锁相环的锁定时间和压控振荡器产生的信号的相位噪声。作为参考时钟的压控晶体振荡器提供参考时钟，待调制的基带信号由压控晶体振荡器的压控端进行调制。此调制方式由远高于待调制信号频率的环路滤波器带宽来保证)。待调制信号改变了参考时钟频率，从而改变了锁相环的锁定频率，完成对载波的FM调制。这种调制方式简单可靠，调制精度也有很好的保证。

射频放大器，包括SCT3604射频功放芯片，对调制后的信号进行功率放大并输出至射频收发开关

经过调制的射频信号会经过射频放大器放大后发射，本方案所采用的射频信号放大器是SCT3604，该射频信号放大器可以工作在从100MHz到940MHz的范围内，并且有很好的功率转化效率。内部集成了三级放大器，可提供33dB的增益，在4.2V的工作电压下，最高输出功率可以达到接近3W。并且整个芯片采用5*5mm的QFN28封装，散热性能良好，是同类产品中集成度最高的芯片，非常便于产品的小型化设计。

射频收发开关，被设置为通过天线接收射频信号，还被设置为通过天线发送射频放大器输出的信号

实施例二：

SCT3810还包括内部寄存器，内部寄存器与SCT3810的外部电容(可以根据需要配合其他电路，对电容电路或者取值进行设定)控制第二级滤波器的工作带宽。

第二级滤波器的工作带宽通过SCT3810外部的电容和内部寄存器来共同控制，

SCT3810的外部电容决定了第二级滤波器的基础工作带宽，例如2kHz，而通过SCT3810内部寄存器设置，可以将实际工作带宽变为此基础工作带宽的1倍，2倍或4倍，即2kHz，4kHz或8kHz。以此来实现不同通讯带宽下的应用。

实施例三：

本振信号的相位控制器还将I和Q两路的信号的相位差控制在90度，并且在I和Q的信号通路上分别设有一个直流补偿电路，该直流补偿电路被基带SCT3268控制，对IQ信号的直流差异进行补偿。

基带在获取IQ信号后根据IQ信号的强度来调整SCT3810内部LNA和VGA的增益，以保证在不同的外部RF信号强度获得最佳的IQ信号幅度以便解调。由于I和Q两路信号需要在幅度，直流偏置保持一致，并且相位相差90度才能得到最佳的解调结果，SCT3810内部可通过本振信号的相位控制器来将I和Q两路的信号的相位差严格控制在90度，误差不超过1度。

实施例四：

在I和Q的信号通路上分别有一个直流补偿电路，基带可根据IQ信号的直流差异通过这个补偿电路进行补偿，以保证最终的IQ信号是完全匹配的。

至少可以达到以下有益效果：

借助可以外部提供高质量的本振信号，结合高线性度的零中频接收机芯片SCT3810，将射频信号直接下变频为IQ信号由基带来解调。发射机借助向接收机提供高质量本振信号的信号源，以压控晶体振荡器作为参考时钟，用调制信号控制晶体振荡器的压控端并配合合适的环路带宽设置来实现最终的FM调制。在拥有了极高的集成度的同时，能够完全满足专业对讲机要求的ETSI EN 300 086，ETSI EN 300 113，ETSI EN 301 166等测试标准。既克服了传统高性能对讲机采用超外差结构时所带来的复杂的电路结构和庞大的物理尺寸以及大量分立器件所到来的不一致性，也避免了采用零中频结构一味追求小型化所导致的接收机抗干扰能力不足的缺陷。

由于接收机可以支持多种信道带宽，配合基带芯片SCT3268可以支持不同信道带宽下的多种数字对讲通讯制式，真正做到了和各种不同数字通讯制式对讲机的互联互通。

上述实施例均是通过硬件电路的设计实现相应的信号处理，并不依赖于软件。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，包括：

零中频接收机芯片SCT3810，产生IQ信号；

基带SCT3268芯片，包括数字信号处理器和微控制器，在对讲机发射语音信号时，该基带SCT3268芯片将语音信号经数字信号处理器处理得到待调制的数字基带信号，经过数模转换和调制后发射；在对讲机接收语音信号时，该基带SCT3268芯片对该IQ信号进行解调处理，经过数模转换后输出播放；

压控晶体振荡器，接收待调制的数字基带信号并由压控端进行调制，同时向外输出参考时钟信号；

射频发射机，包括集成压控振荡器的锁相环芯片LMX2571，向零中频接收机芯片SCT3810提供本振信号，还接收参考时钟信号，并对压控晶体振荡器调制后的数字基带信号进行FM调制；

射频放大器，包括SCT3604射频功放芯片，对调制后的信号进行功率放大并输出至射频收发开关；

射频收发切换开关，连接至射频放大器，实现信号的输出状态和外部信号输入状态的切换。

2.根据权利要求1所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，该零中频接收机芯片SCT3810包括顺次连接的高线性度和低噪声的放大器、高线性度混频器、第一级滤波放大电路和第二级滤波放大电路，还包括与高线性度混频器连接的本振信号分频器和本振信号相位控制器；第一级滤波放大电路包括第一级滤波器和可变增益放大器，第二级滤波放大电路包括第二级滤波器和固定增益放大器；

本振信号经过本振信号分频器和本振信号相位控制器与低噪声放大器放大的射频信号进行混频，产生IQ信号，该IQ信号经过第一级的滤波器后被可变增益的放大器进行放大，而后经过第二级滤波器滤波后被固定增益的放大器放大得到两级放大后的IQ信号，并将两级放大后的IQ信号输出至基带SCT3268芯片。

3.根据权利要求2所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，基带根据两级放大后的IQ信号强度调整SCT3810内部低噪声放大器和可变增益放大器的增益。

4.根据权利要求3所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，SCT3810还包括内部寄存器，内部寄存器与SCT3810的外部电容控制第二级滤波器的工作带宽。

5.根据权利要求4所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，本振信号的相位控制器还将I和Q两路的信号的相位差控制在90度，并且在I和Q的信号通路上分别设有一个直流补偿电路，该直流补偿电路被基带SCT3268控制，对IQ信号的直流差异进行补偿。

6.根据权利要求1所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，该SCT3604射频功放芯片，工作在100MHz到940MHz的范围内，其内部集成三级放大器，提供33dB的增益，且芯片采用5*5mm的QFN28封装。

7.根据权利要求1所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，该微控制器该微控制器包括UART接口和可编程端口，通过UART接口修改模块的工作频率和通讯制式；可编程端口连接外设。

8.根据权利要求1-7任一项所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，该模块集成在手机中。

9.根据权利要求8所述的高性能小型化多制式数字对讲机模块，其特征在于，SCT3268支持PDRF，DMR，dPMR，NXDN或DCR对讲制式。