CN209860905U - 一种收发器信号保护装置及收发器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种收发器信号保护装置及收发器。当收发器之间距离非常近且同时距离地面站非常远时，其他收发器发射的信号会远大于地面站发射的信号，基于本技术方案中所提供的收发器的信号保护装置及保护方法，能够有效地对收发器内部LNA进行充分的保护，维持接收机解调地面站发射的弱信号能力保障通信效果。

Description

一种收发器信号保护装置及收发器

技术领域

本公开一般涉及通信技术领域，具体涉及一种收发器信号保护装置及收发器。

背景技术

射频简称RF，是一种高频交流变化电磁波的简称。其具有远距离传输能力，故被广泛地应用于在车辆监控、遥控、遥测、无线数据通信等技术领域。随着无线通信的发展，RF收发器的集成度越来越高，其内部可包含接收机、发射机、频率源、调制解调器以及数据逻辑接口等单元模块，因此在产品开发设计中，其开发难度得以降低，开发进度得以加快，目前已广泛应用于各种数据传输场景。

以复杂的应用场景为例，如：无人机通讯示意场景，在该场景中，设有一个地面站，用于接收无人机所传输的数据信息；设有N个无人机，用于向地面站传输数据信息，每个无人机需要搭载一个集成收发器与地面站通讯，以实现数据传递且保证飞行安全，具体请参考图1。在该场景的通讯系统中，地面站采用频分双工，集成收发器采用时分双工，每个收发器共用相同发射信道和接收信道，在不同时隙实现与地面站通讯。因此，对于每一个收发器，在接收时隙会同时接收到地面站发射的信号和其他收发器发射的信号。

基于上述应用场景，当收发器(即：搭载收发器的无人机)之间距离非常近且同时距离地面站非常远时，其他收发器发射的信号会远大于地面站发射的信号，由于收发器内部LNA频段很宽，而且没有大信号保护电路结构，因此接收到其他收发器发射的大信号会导致LNA饱和甚至损坏，恶化接收机解调地面站发射的弱信号能力，影响通信效果，亟待改进。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供相较于现有技术而言，能够有效对收发器进行充分保护的收发器信号保护装置、保护方法及收发器。

第一方面，提供一种相较于现有技术而言，能够有效对收发器进行充分保护的收发器的信号保护方法。

一种收发器的信号保护方法，包括：将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号；将检测功率信号转换为第一电压信号；根据第一电压信号生成第二电压信号；根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据第一电压信号生成第二电压信号，包括：将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，包括：比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值；在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号小于所述预设电压时，停止转换检测功率信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，将所述第二电压信号转换为第三信号；第三信号控制将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号小于所述预设电压时，将所述第二电压信号转换为第三信号；第三信号控制停止转换检测功率信号。

第二方面，提供一种相较于现有技术而言，能够有效对收发器进行充分保护的收发器信号保护装置。

一种收发器信号保护装置，包括：耦合模块，用于将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号；功率检测模块，用于将检测功率信号转换为第一电压信号；运算模块，用于根据第一电压信号生成第二电压信号；衰减模块，用于根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：指示模块，用于根据所述第二电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，运算模块，用于将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述指示模块包括：比较单元，用于比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值；控制单元，用于在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，控制所述功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述控制单元还用于，在所述第二电压信号小于所述预设电压时，控制所述功率检测模块关闭。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述控制单元还包括：第一子单元，用于将所述第二电压信号转换为第三信号；第二子单元，在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述控制单元，还用于在所述第二电压信号小于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块关闭。

第三方面，提供一种收发器。

一种收发器，包括：第二方面所述的信号保护装置，所述收发器的接收开关与所述耦合模块的输入相连且所述衰减模块的输出端与收发单元的输入相连。

综上所述，当收发器之间距离非常近且同时距离地面站非常远时，其他收发器发射的信号会远大于地面站发射的信号，基于上述技术方案中所提供的适用于收发器信号保护装置及保护方法，能够有效地对收发器内部LNA进行充分的保护，维持接收机解调地面站发射的弱信号能力保障通信效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为收发器的一种应用场景的示意图；

图2为本申请中收发器的结构原理图；

图3为本申请中收发器的结构原理图(指示模块)；

图4为本申请中一种收发器的信号保护方法的流程图；

图5为本申请中一种收发器的信号保护方法的流程图；

图6为本申请中一种收发器的信号保护方法的流程图；

图7为本申请中一种收发器的信号保护方法的流程图；

图8为本申请中一种收发器的信号保护方法的流程图；

图9为本申请中一种收发器信号保护装置中耦合模块的结构示意图；

图10为本申请中一种收发器信号保护装置中衰减模块的结构示意图；

图11为本申请中一种收发器信号保护装置中比较单元的结构示意图；

图12为本申请中一种收发器信号保护装置中第一子单元和第二子单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请请参考图1所示的应用场景，其包括：一个地面站，主天线；n 个收发器，n个天线。其中：地面站，用于与n个收发器传输数据信息； n个收发器，用于与地面站传输数据信息。

在该场景的通讯系统中，地面站采用频分双工，收发器采用时分双工，每个收发器共用相同发射信道和接收信道，在不同时隙实现与地面站通讯。因此，对于每一个收发器，在接收时隙会同时接收到地面站发射的信号和其他收发器发射的信号。

基于上述应用场景，当收发器之间距离非常近且同时距离地面站非常远时，其他收发器发射的信号会远大于地面站发射的信号，由于收发器内部LNA频段很宽，而且没有大信号保护电路结构，因此接收到其他收发器发射的大信号会导致LNA饱和甚至损坏，恶化接收机解调地面站发射的弱信号能力，影响通信效果，亟待改进。

为解决上述技术问题，本申请提供有如下的技术方案，其核心的原理请参考图2。

在接收机接收外部输入的功率信号之前，耦合模块对外部输入功率进行耦合，得到主输入功率和检测输入功率。

功率检测模块，接收检测输入功率并得到输出电压信号。

运算模块，根据输出电压信号得到运算电压信号。

衰减模块依据运算电压信号对其所接收的主输入功率进行衰减。

再参考图3，与图2不同的是，本图中增加了指示模块，其能够根据运算电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为输出电压信号，从而实现了对衰减模块控制电压的控制，当外部输入功率大于等于额定值时，即运算电压信号大于预设值，运算电压信号控制衰减模块对主输入功率进行衰减，以保护接收机；当外部输入功率小于额定值时，功率检测模块未将所述检测功率信号转换为输出电压信号，故运算电压信号几乎为零，衰减模块对主输入功率几乎进行衰减，以保障主输入功率的传递。

为实现上述具体功能，请参考以下具体的实施例：

在一些实施例中，请参考图4，一种收发器的信号保护方法，包括：将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号；将检测功率信号转换为第一电压信号；根据第一电压信号生成第二电压信号；根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

当收发器处于图1所示的应用场景时，为实现对收发器内接收单元进行充分的保护，需要借助如图4所示的信号保护方法。

该信号保护方法中，将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号，此步骤一方面保证主功率信号的正常传输，另一方面还能够利用检测功率信号对外部输入功率进行检测分析。

该信号保护方法中，对检测功率信号进行检测分析的步骤为：将检测功率信号转换为第一电压信号，在本步骤中，其能够将能将射频信号强度成比例地转化为直流电压输出，既能够便于对其进行量化分析，又能够便于利用该第一电压信号作为基础信号对主功率信号进行衰减。

该信号保护方法中，对主功率信号进行衰减的步骤为：根据第一电压信号生成第二电压信号；根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。在本步骤中，经过耦合得到的检测功率信号转换而得的第一电压信号，其电压值无法达到衰减所需的控制电压值，故需要对第一电压信号进行转化，即：根据第一电压信号生成第二电压信号。生产后得到的第二电压信号，即可进入衰减模块的控制端对主功率信号进行衰减。

在一些实施例中，请参考图5，与图4不同的是，还包括：根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

相较于图4而言，本步骤中借助第二电压信号作为评价指标，用于评价外部输入功率是否超出收发器中收发单元的饱和功率阈值。

借助其判断结果，进而判断是否需要将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

当外部输入功率超出收发器中收发单元的饱和功率阈值，则需要将所述检测功率信号转换为第一电压信号。在本方法的完整逻辑中，若需要将所述检测功率信号转换为第一电压信号，则本方法继续进行后续步骤，根据第一电压信号生成第二电压信号；根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

当外部输入功率未超出收发器中收发单元的饱和功率阈值，则无需将所述检测功率信号转换为第一电压信号。在本方法的完整逻辑中，若无需将所述检测功率信号转换为第一电压信号，则之后的步骤皆不会发生，则主功率信号不会发生衰减(不考虑损耗的情况下)，主功率信号直接进入收发器的收发单元。

在一些实施例中，与图4不同的是，根据第一电压信号生成第二电压信号，包括：将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

相较于图4而言，本步骤中给出了根据第一信号生成第二电压信号的方法。

基于此步骤，为便于利用第二电压信号对主功率信号进行衰减，需要将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

在一些实施例中，结合图5，请参考图6，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，包括：比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值；在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

在图5的基础上，请参考图6，根据所述第二电压信号判断的方法是：比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值。

在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，则需要将所述检测功率信号转换为第一电压信号。在本方法的完整逻辑中，若需要将所述检测功率信号转换为第一电压信号，则本方法继续进行后续步骤，根据第一电压信号生成第二电压信号；根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

在一些实施例中，请参考图7，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号小于所述预设电压时，停止转换检测功率信号。

在图5的基础上，请参考图7，在所述第二电压信号小于所述预设电压时，则停止转换检测功率信号。在本方法的完整逻辑中，若无需将所述检测功率信号转换为第一电压信号，则之后的步骤皆不会发生，则主功率信号不会发生衰减(不考虑损耗的情况下)，主功率信号直接进入收发器的收发单元。

在一些实施例中，结合图5，请参考图8，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，将所述第二电压信号转换为第三信号；第三信号控制将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

结合图5，请参考图8，第二电压信号控制“将所述检测功率信号转换为第一电压信号”的方法是：在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，将所述第二电压信号转换为第三信号。

利用第三信号进而控制“将所述检测功率信号转换为第一电压信号”。在任一可选的实施例中，第三信号为数字信号，其为高电平时，将其接入“将所述第二电压信号转换为第三信号”的单元的使能端，完成上述转换。

在一些实施例中，请参考图8，根据所述第二电压信号判断是否将所述检测功率信号转换为第一电压信号，还包括：在所述第二电压信号小于所述预设电压时，将所述第二电压信号转换为第三信号；第三信号控制停止转换检测功率信号。

结合图5，请参考图8，利用第三信号进而控制“停止将所述检测功率信号转换为第一电压信号”。在任一可选的实施例中，第三信号为数字信号，其为低电平时，将其接入“将所述第二电压信号转换为第三信号”的单元的使能端，关闭该单元，停止上述转换。

在一些实施例中，请参考图2，一种收发器信号保护装置，包括：耦合模块，用于将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号；功率检测模块，用于将检测功率信号转换为第一电压信号；运算模块，用于根据第一电压信号生成第二电压信号；衰减模块，用于根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

在本实施例中，耦合模块，用于实现功率信号的传递且实现主通路和耦合支路的分离，最终将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号。其中：主功率信号，即为：主输入功率，在耦合过程中，其衰减较少，用于保障信号传输的不失真；检测功率信号，即为：检测输入功率，在耦合过程中，其衰减较大，用于输入功率检测模块便于其检测。

耦合模块的一种可行的实施方式为：由四个分离电阻构成的∏型和T 型的电路结构，具体包括：第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器 R3和第四电阻器R4；所述第二电阻器R2、第三电阻器R3和第四电阻器 R4共连于第一节点，第一节点通过第三电容C3与功率检测模块输入端相连；所述第一电阻器R1连接第二电阻器R2、第三电阻器R3的自由端且所述第四电阻器R4的自由端接地；所述第一电阻器R1的一端通过第一电容C1与外部输入功率信号相连且其另一端通过第二电容C2与衰减模块输入端相连。请参考图9。

功率检测模块，能够用于测量检测功率信号的信号强度，其具体的作用在于：将检测功率信号转换为第一电压信号，即实现了检测功率信号的转换量化，并将其输入运算模块，便于其对第一电压信号进行放大。

功率检测模块的一种可行的实施方式为：检波器，尤其是对数检波器，如型号：ADI公司的AD8314。

经过转换量化后的第一电压信号不能直接作为衰减模块的控制电压信号，可选地，而运算模块，用于将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

运算模块的一种可行的实施方式为：运算放大器，尤其是集成运算放大器。

而后，衰减模块，用于根据第二电压信号对主功率信号进行衰减，实现对收发器内的接收模块进行充分的保护。

衰减模块的一种可行的实施方式为：请参见图10，包括：两级级联的衰减模块，所述衰减模块包括：至少四个并联的二极管D1，所述二极管D1的共阴极接地且共阳极与耦合模块的主输入功率的输出端相连；所述二极管D1的共阳极依次通过第五电阻R5和与第五电阻R5串联的第一电感L1与运算模块的输出端相连。

两级所述衰减模块的共阳极之间通过第四电容C4相连且二者的第五电阻R5的自由端共连于第一电感L1的一端。

请参考图3，在一些实施例中，还包括：指示模块，用于根据所述第二电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

结合收发器的具体应用来看，当其与地面站之间工作距离发生变化时，即收发器之间的信号干扰的情况消失时，无需再利用衰减模块对主输入功率进行衰减，为实现本装置内的控制变化，本实施例中提供有指示模块的具体设计。

指示模块，用于根据所述第二电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

即：借助指示模块，第二电压信号能够实现对功率检测模块的使能控制。

在一些实施例中，所述指示模块包括：比较单元，用于比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值；控制单元，用于在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，控制所述功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

为实现指示模块的功能，本实施例中具体地给出了指示模块的结构构成。

其中：

比较单元，用于比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值。为实现对收发器的保护，将收发器电压阈值设为预设电压，将第二电压信号的电压值与预设电压的电压值进行比较。

控制单元分析比较单元的比较结果，用于在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，控制所述功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

请参考图11，运算单元输出的第二电压信号进入电压比较器U5的正相输入端，而电压比较器U5的反相输入端连接有数模转换器U6的电压输出端。

所述数模转换器U6的芯片可选择TI公司的DAC081C081，I2C接口，可以软件配置，以使其电压输出端的输出电压值为预设电压。

所述电压比较器U5的芯片可选择TI公司的TLV1701，故其能够将第二电压信号的电压值与预设电压的电压值进行比较，并将比较的结果输出Vx。

当所述第二电压信号的电压值大于等于预设电压的电压值时，所述 Vx为3.3V；当所述第二电压信号的电压值小于预设电压的电压值时，所述Vx为0V。

在一些实施例中，所述控制单元还用于，在所述第二电压信号小于所述预设电压时，控制所述功率检测模块关闭。

综上所述，结合比较单元和控制单元的作用，指示单元具体地能够根据所述第二电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

在比较单元比较第二电压信号的电压值与预设电压的电压值之后，第一子单元根据比较的结果，将第二电压信号转换为第三信号，该第三信号为数字信号，在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，所述第三信号为高电平，第二子单元根据该第三信号控制功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

在一些实施例中，所述控制单元还包括：第一子单元，用于将所述第二电压信号转换为第三信号；第二子单元，在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

关于第一子单元和第二子单元的设计请参考图12。

所述第一子单元的电路结构包括：两级由三极管电路组成的反向器，两次取反即可实现数字转换功能。其具体的功能为：将比较单元的输出 Vx进行两次取反得到输出Vy。

当Vx为3.3V时，Vy输出3.3V，即高电平，用于控制功率检测模块打开；当Vx输出为0V时，Vy输出0V，即低电平，用于控制功率检测模块关断。

此外，图12中还包括有信号驱动显示电路。

当Vy输出3.3V时，Q3导通，发光二极管D2点亮，提示此时外界 RF信号强度高于预先设置的门限，主通路需要衰减控制。当Vy输出0V 时，Q3不导通，发光二极管D2熄灭，提示此时外界RF信号强度低于预先设置的门限值，主通路不需要衰减控制。

在一些实施例中，所述控制单元，还用于在所述第二电压信号小于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块关闭。

本实施例中，第一子单元根据比较的结果，将第二电压信号转换为第三信号，该第三信号为数字信号，第二子单元在所述第二电压信号小于所述预设电压时，所述第三信号为低电平，根据第三信号控制功率检测模块关闭。

请参考图2和图3，在一些实施例中，一种收发器，包括：上述结构的信号保护装置，所述收发器的接收开关与所述耦合模块的输入相连且所述衰减模块的输出端与收发单元的输入相连。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于) 具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种收发器信号保护装置，其特征在于：包括：

耦合模块，用于将外部输入功率信号耦合为主功率信号和检测功率信号；

功率检测模块，用于将检测功率信号转换为第一电压信号；

运算模块，用于根据第一电压信号生成第二电压信号；

衰减模块，用于根据第二电压信号对主功率信号进行衰减。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括：

指示模块，用于根据所述第二电压信号控制所述功率检测模块是否用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：运算模块，用于将第一电压信号以预设比例进行放大得到第二电压信号。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述指示模块包括：

比较单元，用于比较所述第二电压信号的电压值与预设电压的电压值；

控制单元，用于在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，控制所述功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：

所述控制单元还用于，在所述第二电压信号小于所述预设电压时，控制所述功率检测模块关闭。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述控制单元还包括：

第一子单元，用于将所述第二电压信号转换为第三信号；

第二子单元，在所述第二电压信号大于等于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块用于将所述检测功率信号转换为第一电压信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述控制单元，还用于在所述第二电压信号小于所述预设电压时，根据第三信号控制功率检测模块关闭。

8.一种收发器，其特征在于：包括：权利要求1-7任一项所述的收发器信号保护装置，所述收发器的接收开关与所述耦合模块的输入相连且所述衰减模块的输出端与收发单元的输入相连。