CN219980819U - 一种小型化大动态宽频段接收信道设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型化大动态宽频段接收信道设备，解决电路复杂、体积大、动态范围小的问题，包括连接的AGC增益可控网络、采样电路、反馈处理电路及电源转换电路，AGC增益可控网络包括射频AGC、一中频AGC和低中频AGC，射频AGC和一中频AGC均包括可控衰减器，低中频AGC包括增益可控放大器；采样电路采样连接低中频AGC的增益可控放大器的前端，采样电路采用模拟采样的对数解调放大器，且具有多级对数放大器，采样电路的输出连接至反馈处理电路；反馈处理电路包括运算比较放大器，运算比较放大器对采样电路采样得到的场强信号与起控参考门限电压进行比较放大处理生成控制所需电压，分别控制可控衰减器及增益可控放大器。

Description

一种小型化大动态宽频段接收信道设备

技术领域

本实用新型属于无线电通信技术领域，涉及无线通信中的传输信道设备，具体涉及一种小型化大动态宽频段接收信道设备。

背景技术

在无线通信中，由于通信距离的不同，信道接收到信号强弱不同，距离越远信号越弱，而距离近时，信号越强，为了接收到弱信号，信道的增益则需要较大，而对强信号增益过大则易引起阻塞，为此一般需要信道动态范围宽。现有的手持信道采用了自动增益控制电路，但缺点是动态范围小，联合工况时，抗干扰性能差；电路复杂，体积大，不满足现在电台小型化的要求。

实用新型内容

为了解决现有技术中电路复杂、体积大、动态范围小的问题，本实用新型提供了一种小型化大动态宽频段接收信道设备，具有增益控制输出平坦度更高、动态范围宽、体积小的特点，同时方便模块化，便于二次开发应用，具有线路简单、集成化程度高和易于调试的特点。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案为：包括连接的AGC增益可控网络、采样电路、反馈处理电路及电源转换电路，所述AGC增益可控网络包括射频AGC、一中频AGC和低中频AGC，所述射频AGC和所述一中频AGC均包括可控衰减器，所述低中频AGC包括增益可控放大器；所述采样电路采样连接所述低中频AGC的所述增益可控放大器的前端，所述采样电路采用模拟采样的对数解调放大器，且具有多级对数放大器，所述采样电路的输出连接至所述反馈处理电路；所述反馈处理电路包括运算比较放大器，所述运算比较放大器对所述采样电路采样得到的场强信号与起控参考门限电压进行比较放大处理生成控制所需电压，分别控制可控衰减器及增益可控放大器。

进一步地，所述可控衰减器采用2K64256 PIN二极管衰减电路。

进一步地，所述增益可控放大器采用AD607芯片，包括四级放大器，前三级放大器中每一级均为AGC可控的差分放大器，最后一级为固定放大器。

进一步地，所述采样电路采用AD8307。

进一步地，所述反馈处理电路采用LMP7716运算比较放大器。

进一步地，所述电源转换电路采用双路LDO。

进一步地，所述电源转换电路包括LMZ21701模块和两个ADP225芯片。

进一步地，所述射频AGC还包括射频放大器、射频滤波器和双平衡混频器。

进一步地，所述一中频AGC还包括一中频放大器、一中频滤波器和混频器。

进一步地，所述低中频AGC还包括低中频滤波器，且所述增益可控放大器的后级还设置带通滤波器。

与现有技术相比，本实用新型的设备为超外差线性接收设备，采用二次变频方案，一中频为高中频，与低中频相比，降低了本振VCO的覆盖系数，简化了一本振电路，同时利于抑制镜像频率干扰，提高输出中频的信噪比，从而提高了接收机的灵敏度；二中频即低中频，满足了中频选择性要求，同时利于抑制邻道干扰。另外采用二次变频方案，将接收机的总增益分配到三个频段中，系统比较稳定。采用集成设计思路，在设计中采用宽频段、低功耗、小型化集成芯片，减小体积的设计理念，针对小信号状态下，信道增益高，大信号时采取AGC增益控制的技术，使得大信号信道增益减小，对信号呈现无增益甚至衰减状态、保证输出信号不失真不堵塞。本实用新型具有增益控制输出平坦度更高、动态范围宽、体积小的特点。同时方便模块化，便于二次开发应用，具有线路简单、集成化程度高和易于调试的特点。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的处理流程图；

图3是本实用新型的可控衰减器电路图；

图4是本实用新型的采样电路图；

图5是本实用新型的采样输入幅度及输出电压关系图；

图6是本实用新型的反馈处理电路图；

图7是本实用新型的电源转换电路图；

图8是本实用新型的80％AM调制输出中频与调制信号失真情况图；

图9是本实用新型的输出中频幅度图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型作进一步地解释说明，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型提供了一种小型化大动态宽频段接收信道设备，具体参见图1和图2，包括连接的AGC增益可控网络、采样电路、反馈处理电路及电源转换电路，AGC增益可控网络包括射频AGC、一中频AGC和低中频AGC，射频AGC和一中频AGC均包括可控衰减器，低中频AGC包括增益可控放大器；采样电路采样连接低中频AGC的增益可控放大器的前端，采样电路采用模拟采样的对数解调放大器，且具有多级对数放大器，采样电路的输出连接至反馈处理电路；反馈处理电路包括运算比较放大器，运算比较放大器对采样电路采样得到的场强信号与起控参考门限电压进行比较放大处理生成控制所需电压，分别控制可控衰减器及增益可控放大器。

本实施例的设计原理：接收机为超外差线性接收机，采用二次变频方案，一中频为高中频，与低中频相比，降低了本振VCO的覆盖系数，简化了一本振电路，同时利于抑制镜像频率干扰，提高输出中频的信噪比，从而提高了接收机的灵敏度；二中频选用低中频，为满足中频选择性要求，同时利于抑制邻道干扰。另外采用二次变频方案，将接收机的总增益分配到三个频段中，系统比较稳定。

具体地，参见图2，来自射频开关单元接收信号，首先送至收过压保护电路、射频AGC衰减网络电路后，经一级低噪声放大器后送给两级选频滤波器，为补偿滤波器损耗用两级低噪声放大器放大经电调选频滤波、放大后的收射频信号进入双平衡混频器，与频率合成器送来一本振信号进行混频，输出一中频信号，中频信号经放大器放大、一中频滤波器选频滤波，该级设计有中频衰减网络，当前级输入信号过大时，衰减器将启动工作衰减信号，之后的中频信号再经中频放大器放大后进入第二级混频器，与频合送过来的二本振信号进行混频产生低中频信号，低中频信号进入由AGC控制的放大器，放大滤波后得到低中频信号输出。

本实施例采用集成设计思路，在设计中采用宽频段、低功耗、小型化集成芯片，减小体积的设计理念，针对小信号状态下，信道增益高，大信号时采取AGC增益控制的技术，使得大信号信道增益减小，对信号呈现无增益甚至衰减状态、保证输出信号不失真不堵塞。为实现宽动态要求，前端采用大动态放大器、自动增益控制电路，小体积选用低功耗、小型化贴片元器件，在低中频采用集成增益可控放大电路。在具体实现时，主要考虑的是：系统增益、系统噪声及自动增益的性能指标的设计，电源处理设计、小型化设计，而其中系统增益是为满足最小接收幅度即灵敏度要求。

本实施例以小型化大动态宽带接收信道的要求为例进行说明：1)收信道增益：≥90dB；2)信号动态范围:≥120dB；3)中频输出信号幅度：-20dBm～-10dBm。从指标上看该通道要求增益很高，且通道需要线性。所以需要一个高增益宽动态的设计方式来实现。

关于灵敏度设计：

针对接收机而言接收最小信号幅度P_l(-dBm)：

P_l(-dBm)＝KTB+NF+10log(IF_WW(Hz))

其中K为玻兹曼常熟：1.38×10^-23，T为：绝对温度：300，B为噪声带宽(Hz)。

KTB＝-174+3＝-171dBm

P_l(-dBm)＝-171+NF+10log(IF_BW(Hz))

其中，NF最小输入信号噪声指数。

IF_BW为中频带宽，单位为Hz。

由此可见要接收的小信号，与中频带宽和系统噪声有关，而接收信号的信息就决定了中频带宽，在本实施例主要考虑在中频带宽确定的情况下，需要系统噪声低的情形。

增益设计：

为确保信道的线性度，所以引入AGC控制的衰减电路及射频放大器电路，衰减电路的设计是为了提高电台的动态范围，高放电路的设计为了提高电台的灵敏度，为了提高电台抗阻塞干扰能力，高放的1dB压缩点设计为19dBm。

射频放大器：增益为20dB，P_-1为18dBm，用3级；双平衡混频器：本振13dBm，变频损耗7dB，P_-1为5dBm。

一中频放大器：增益为20dB，P_-1为6dBm；用两级。两级一中频滤波器：带宽15MHz，插损-4dB，输入最大信号功率0dBm；

低中频滤波器带宽2.4MHz,插损-4dB，输入最大信号功率0dBm；

低中频AGC放大器：使用的增益可达60dB，P_-1为5dBm，为了滤除信号的谐波，后级增加带通滤波器。

混频器采用mini公司的ADE-25MH，该混频器具有高本振输入和高线性输出的特点。

关于系统噪声设计：

系统噪声由公式计算：

F＝F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2++(FN-1)/G1G2…G(N-1)

其中F1为通路第一级噪声，G1为第一级放大器增益；F2为第二级，G2为第二级放大器增益依次类推…FN为通路第N级噪声，GN为第N级放大器增益。

由于增益为90dB，输出为-20dBm～-5dBm，则接收最小信号(灵敏度)为：-110dBm，本次中频带宽为：2.6MHz，由公式：

P_l(-dBn)＝-171+NF+10log(IF_BW(Hz))

可得噪声为：NF＝-110+171-10log(2.6×10⁶)

＝3.14

由选用的器件及各级分布噪声情况，可得设计噪声为：

F＝F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2++(FN-1)/G1G2…G(N-1)

＝1.58+(1.08-1)×1.58+(28.1-1)/100×1.58+(1.18-1)/100×1.58×28.1+(2.51-1)/(100×100)×1.58×28.1+(1.18-1)/(100×100)×1.58×28.1×2.51+(28.1-1)/(100×100×100)×1.58×28.1×2.51+……

≈2

NF＝10lg2＝3

自动增益控制设计：

增益高时，遇到大信号时以失真或堵塞；为解决该问题，确保信道的线性度，所以引入AGC控制的衰减电路及射频放大器电路，衰减电路的设计是为了提高电台的动态范围，高放电路的设计为了提高电台的灵敏度，为了提高电台抗阻塞干扰能力。AGC系统由增益可控网络、采样电路、反馈处理电路和电源转换电路功能组成。

具体地，为了控制的平坦度，将AGC增益可控网络分为三个部分：射频AGC、一中频AGC和低中频AGC三部分。其中射频AGC和一中频AGC采用参见图3的2K64256 PIN二极管衰减电路实现，低中频AGC采用增益可控放大器实现。射频衰减器适用于大信号的AGC控制，最大衰减量(40dB)，确保射频前端的线性度；为确保混频器的线性度，接入射频AGC衰减器电路，最大衰减量(25dB)，而为满足一中频通道输出的线性，接入一中频AGC衰减器电路，最大衰减量(25dB)；确保后低中频输出的线性，引入低中频AGC放大器，增益变化(7.5-67.5)dB。低中频放大器，即增益可控放大器选用ADI公司的AD607芯片，主要应用其中的对数中频放大器部分，该部分包含四级放大器，前三级中每一组均为增益25dB的AGC可控的差分放大器，最后一级为增益20dB的固定放大器，作用是将差分信号转为单端输出。

采样电路：

采用模拟采样，选用对数解调放大器，将输入的射频信号转换为分贝电平输出，每一级级联放大器具有渐近式输出，输出保持高精准，同时检波器的脉冲响应时间较快。一般为十几ns；在通路中，加入了信号检测电路对通路中信号幅度进行检测，并返回决定AGC衰减网络的切入情况，从而改变可控增益放大器的增益大小。

对通道输出信号进行场强检测，并根据输出信号幅度大小的要求，设置起控门限。当输入信号很小时，使得输出信号低于输出幅度要求时，此时信号不起控，在低于该门限时自动增益控制电路不起作用；在输出信号高于该门限时开始进行信号控制，使增益随输入信号的增大而减少。

本实施例中采用ADI公司的AD8307对一中频放大器前的信号进行采样，具体电路参见图4，该器件为多级对数放大器具有：92dB动态范围(-75dBm～+17dBm)。检测电压采样可调整，在此使用斜率为25mV/dB，小信号响应时间约400nS，大信号响应时间约500nS；其采样输出电压与输入信号的关系如公式所示：

V_out＝V_SLOPE(P_IN-P_o)，其中：P_IN为输入信号，P_o为三阶截获点，V_SLOPE为采样斜率，具体采样输入幅度及输出电压关系图见图5。

反馈处理电路：

采样得到的场强信号V₁，与起控参考门限电压V₂进行比较放大，利用运算比较放大器LMP7716分别进行放大处理生成所需电压VAGC，运算公式： 其中：当R₁＝R₃且R₂＝R₄时，输出：/>分别控制可控衰减器及增益可控放大器，具体电路参见图6。

具体控制关系：输入射频信号从小变大时，应先起控低中频AGC，当信号一直变大，低中频AGC切入到增益降35dB左右时，此时应切入逐渐切入高中频衰减器，当信号继续变大时，射频可控衰减器开始切入，当信号一直变大，低中频、高中频直至射频可控衰减量逐渐增加，一直至通路衰减至最大。

当信号由大变小时，应先减少射频衰减器，若检测此时信号继续变小，应减少高中频衰减器，此时若信号继续变小，应增加低中频可控增益，当低中频增益变大时，当信号继续变小时，继续减小各衰减器衰减量，直至衰减量最小，通路增益最大为止。

电源转换电路：

由于手持台体积小，器件布局相对较为密集，为避免电源引起的信号干扰。给信道中各处进行的独立供电。在本实施例中主要供电需求为放大器、衰减器、开关等，具体电压要求为3.3V，4.2V、4.7V、24V等。采用相对传统78Lxx系列等，具有体积小、低压降的LDO芯片实现。LDO是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，时指稳压器将输出电压维持在其额定输出上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。输出电压的LDO稳压器通常使用功率晶体管作为PNP，这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右；较使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右而言，具有压降小的优势。在满足功耗要求的情况下，尽可能保证通路放大器的线性要求。

具体参见图7，本实施例的电源转换电路采用LDO，选用TI公司的LMZ21701，输入电压:3V～17V，输出电压:0.9～6V；输出电流:1A；其特点是电源转换效率高达95％，且体积小；将电池输入的12V电转换为模块需要的5V电；再用2个AD公司的ADP225芯片，输入电压:2.2～5.5V；输出电流:300mA；电压调整率:0.01％。效率高体积小的双路LDO，将5V电转化为模块通路各电路的供电3.3V，4.8V。

小型化设计的原则是器件尽可能选用小体积封装的元器件，且要求具有低功耗的特点。射频前端：双工通路，射频通路选用mini公司的器件：PAS-5043，动态范围宽，具有功耗低3.3V/30mA、体积小的特点。混频器采用mini公司的ADE-25MH，该混频器具有高本振输入和高线性输出的特点。中频滤波器选用定制3.0mmX 3.0mm声表滤波器，特点体积小。一中频两级放大器选用NXP公司的MBC13916，每一功耗：3.3V/6mA，体积小。AD607的对数中频放大器包含五级放大器，每一组的增益为16dB，后接限幅器，中频带宽是30MHz，限幅增益为110dB。相位抖动典型值是±3°(输入-75dBm～+5dBm)。限幅器的输出阻抗是200Ω，对于5kΩ的负载，限幅器的输出驱动为±200mV(400mVpp)。在没有输入信号时，限幅器也可对噪声波动进行限幅，以产生摆幅为400mV的随机过零输出。

对本实施例进行性能测试及上整机验证该系统性能稳定，80％AM调制输出中频与调制信号失真情况具体参见图8，输出中频幅度具体参见图9，指标满足：收信道增益：94dB；信号动态范围：125dB；中频输出信号幅度：-16.8dBm～-16.2dBm。

本实施例满足设计要求，具有增益控制输出平坦度更高、动态范围宽、体积小的特点。同时方便模块化，便于二次开发应用，具有线路简单、集成化程度高和易于调试的特点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，包括连接的AGC增益可控网络、采样电路、反馈处理电路及电源转换电路，所述AGC增益可控网络包括射频AGC、一中频AGC和低中频AGC，所述射频AGC和所述一中频AGC均包括可控衰减器，所述低中频AGC包括增益可控放大器；所述采样电路采样连接所述低中频AGC的所述增益可控放大器的前端，所述采样电路采用模拟采样的对数解调放大器，且具有多级对数放大器，所述采样电路的输出连接至所述反馈处理电路；所述反馈处理电路包括运算比较放大器，所述运算比较放大器对所述采样电路采样得到的场强信号与起控参考门限电压进行比较放大处理生成控制所需电压，分别控制可控衰减器及增益可控放大器。

2.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述可控衰减器采用2K64256 PIN二极管衰减电路。

3.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述增益可控放大器采用AD607芯片，包括四级放大器，前三级放大器中每一级均为AGC可控的差分放大器，最后一级为固定放大器。

4.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述采样电路采用AD8307。

5.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述反馈处理电路采用LMP7716运算比较放大器。

6.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述电源转换电路采用双路LDO。

7.根据权利要求6所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述电源转换电路包括LMZ21701模块和ADP225芯片。

8.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述射频AGC还包括射频放大器、射频滤波器和双平衡混频器。

9.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述一中频AGC还包括一中频放大器、一中频滤波器和混频器。

10.根据权利要求1所述的一种小型化大动态宽频段接收信道设备，其特征在于，所述低中频AGC还包括低中频滤波器，且所述增益可控放大器的后级还设置带通滤波器。