專利名稱：具有高鏡像抑制比的dab接收機射頻前端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接收機，尤其涉及一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前 端，屬于通信領(lǐng)域中的無線接收機RF前端結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
數(shù)字聲廣播(DAB)是第三代廣播系統(tǒng)，比調(diào)幅(AM)和調(diào)頻(FM)廣播具有更出色 的性能。它不僅能夠提供達(dá)到CD音質(zhì)的聲音，還能提供數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，因此受到廣泛的 關(guān)注。當(dāng)前市場中有很多滿足不同應(yīng)用(車載、家庭、便攜)的DAB接收機產(chǎn)品，由于成本 大大超出普通消費者的承受范圍，并且功耗和尺寸有待提高，這些都嚴(yán)重限制了DAB數(shù)字 廣播的發(fā)展，因此低成本且能夠批量生產(chǎn)的接收機專用芯片的開發(fā)至關(guān)重要。無線接收RF 前端IC則是其中的重點與難點。 射頻前端IC設(shè)計的首要任務(wù)是選擇一種合適的接收機射頻前端架構(gòu)，合適的系
統(tǒng)架構(gòu)對前端設(shè)計的成敗尤為關(guān)鍵。 適合DAB接收機的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種 超外差結(jié)構(gòu)具有高靈敏度，高選擇性和高鏡像抑制性能，但由于它的低集成度， 高功耗以及需要外接片外鏡像抑制濾波器和中頻濾波器，而使得超外差結(jié)構(gòu)并不適應(yīng)當(dāng)前 的接收機射頻前端。
低中頻結(jié)構(gòu)具有低功耗，高集成度和適應(yīng)多通信標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點，但它由于是采用正 交通道，因此鏡像抑制性能取決于正交通道的匹配性，尤其第一級正交本振信號和正交射 頻輸入信號處在高頻，所以第一級的相位和增益失配對鏡像抑制性能影響尤為嚴(yán)重。
Weaver鏡像抑制接收機結(jié)構(gòu)同低中頻結(jié)構(gòu)一樣，其對正交通道的匹配性要求很 高，尤其是高頻的第一級本振，其相位和增益失配更是嚴(yán)重影響了接收機的鏡像抑制性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術(shù)中DAB接收機RF前端結(jié)構(gòu)存在的缺陷，而提出一種鏡像抑制 性能高的基于傳統(tǒng)Weaver鏡像抑制結(jié)構(gòu)的DAB接收機射頻前端。 本發(fā)明的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，包括低噪聲放大器、正交信 號發(fā)生器、第一混頻器、第二混頻器、第三混頻器、第四混頻器、第五混頻器、第六混頻器、加 法器、第一減法器、第二減法器、第一低通濾波器和第二低通濾波器，其中低噪聲放大器接 入射頻輸入信號RFIN，低噪聲放大器的輸出端連接正交信號發(fā)生器的輸入端，正交信號發(fā)生 器的一個輸出端分別連接第一混頻器和第二混頻器的輸入端，正交信號發(fā)生器的另一個輸 出端分別連接第三混頻器和第四混頻器的輸入端，第一混頻器和第三混頻器的輸出端均連 接加法器的輸入端，第二混頻器和第四混頻器的輸出端均連接第一減法器的輸入端，加法 器的輸出端依次串接第一低通濾波器、第五混頻器后連接第二減法器的輸入端，第一減法 器的輸出端依次串接第二低通濾波器、第六混頻器后連接第二減法器的輸入端，第二減法 器輸出中頻信號IF。UT。
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與傳統(tǒng)的Weaver無線接收機前端相比，本發(fā)明第一級采用雙正交下變頻結(jié)構(gòu)代 替單正交下變頻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對于高頻的第一級正交本振信號和正交射頻輸入信號相位和 增益的失配不敏感，從而大大提高了無線接收機的鏡像抑制性能。
下面從理論上說明本發(fā)明對鏡像抑制性能的改善
I.相位失配情況下的鏡像抑制性能 傳統(tǒng)Weaver接收機結(jié)構(gòu)的鏡像抑制比(IRRe。nventi。nal)為
2/A《 A《、 Sm 1 2 2 這里，A e工和A e 2分別為傳統(tǒng)Weaver接收機結(jié)構(gòu)中本振信號LOl和L02的相 位誤差； 本發(fā)明結(jié)構(gòu)的鏡像抑制比(IRR d)為
<formula>formula see original document page 4</formula>
這里，A e 。、 A e工和A e 2分別為本發(fā)明結(jié)構(gòu)中RF信號、本振信號LOl和L02的
相位誤差； 對IRR。。nrenti。nal和IRRPr。p_d這兩個表達(dá)式中的正弦項和余弦項進(jìn)行冪級數(shù)展開，
由于相位誤差比較小，忽略二次以上各項令A(yù) e 。 = x。， A e j = Xl， A e 2 = x2，即得
<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 4</formula>=101。g 22 422 422 4 (4)
X 2 ,義O義l A X2 義2 X。
2^ ^~_ 4
當(dāng)a e 。、 a e 2保持不變，考慮lRR。。nrenti。nal和iRRPMP。sed對△ e工的敏感程度(3) 式的分子分母各含有a e工的一次項，而(4)式的分子分母中a e工均是二次項，并且由于 △ e i是一個無窮小量，因此(4)式相對于(3)式來說對a e工不敏感；
同理，由于a e 。和a e工是對稱關(guān)系，因此(4)式相對于(3)式來說對a e 。不
敏感； 因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)對第一級正交本振信號L01和正交射頻信號的相位誤差不敏 感，因此鏡像抑制比主要由低頻L02的相位誤差決定，所以本發(fā)明結(jié)構(gòu)減少了鏡像抑制比 對第一級本振相位失配的敏感度，大大提高了鏡像抑制性能。
II.增益失配情況下的鏡像抑制性能 傳統(tǒng)Weaver接收機結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)對增益失配的鏡像抑制比(IRR')分別
為
IRR'咖一=20iOg(T) (5)
4 + A爿
IRR;—=201og(^|^) (6) 其中A A和A分別為傳統(tǒng)Weaver接收機結(jié)構(gòu)和本發(fā)明結(jié)構(gòu)中的增益失配；
從(5)式和(6)式可以看出，與傳統(tǒng)Weaver接收機結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)在相同 增益失配的情況下鏡像抑制比提高了約6dB。 綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)能夠減小鏡像抑制對于高頻的第一級正交本振信號和正交 射頻輸入信號的相位和增益失配敏感度，大大提高了接收機的鏡像抑制性能。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的實現(xiàn)原理圖。 圖1和圖2中1為低噪聲放大器；2、21、22、23均為正交信號放大器；31、32、33、
34、71、72分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六混頻器；4為加法器；51、52分別為第一、
第二減法器；61、62分別為第一、第二低通濾波器；81、S2均為差分轉(zhuǎn)單端信號電路；91、92
均為單端轉(zhuǎn)差分信號電路。 圖3是低噪聲放大器的電路原理圖。 圖4是單端轉(zhuǎn)差分信號電路原理圖。 圖5是兩階RC多相濾波器電路原理圖。 圖6是吉爾伯特(Gilbert)混頻器電路原理圖。 圖7是差分轉(zhuǎn)單端信號電路原理圖。 圖8是低通濾波器電路原理圖。
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圖9是減法器電路原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種適用于DAB接收機的射頻前端結(jié)構(gòu)，它的核心二次變頻結(jié)構(gòu)是在傳 統(tǒng)Weaver鏡像抑制接收機的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)——將第一級的單正交下變頻結(jié)構(gòu)用雙正交 下變頻結(jié)構(gòu)代替，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括低噪聲放大器1、正交信號發(fā)生器2、第一混頻器 31、第二混頻器32、第三混頻器33、第四混頻器34、第五混頻器71、第六混頻器72、加法器 4、第一減法器51、第二減法器52、第一低通濾波器61和第二低通濾波器62，其中低噪聲 放大器1接入射頻輸入信號RF^，低噪聲放大器1的輸出端連接正交信號發(fā)生器2的輸入 端，正交信號發(fā)生器2的I信號(同相信號)輸出端分別連接第一混頻器31和第二混頻器 32的輸入端，正交信號發(fā)生器2的Q信號(90度正交信號)輸出端分別連接第三混頻器33 和第四混頻器34的輸入端，第一混頻器31和第三混頻器33的輸出端均連接加法器4的輸 入端，第二混頻器32和第四混頻器34的輸出端均連接第一減法器51的輸入端，加法器4 的輸出端依次串接第一低通濾波器61、第五混頻器71后連接第二減法器52的輸入端，第一 減法器51的輸出端依次串接第二低通濾波器62、第六混頻器72后連接第二減法器52的輸 入端，第二減法器52輸出中頻信號IF。UT。 本發(fā)明的工作過程如下天線接收的微弱信號通過射頻濾波器BPF后得到射頻輸 入信號RF^，再經(jīng)低噪聲放大器1后通過正交信號發(fā)生器2產(chǎn)生兩路正交信號，即同相信號 I和90度正交信號Q，同相信號I通過第一和第二混頻器31、32分別與本振信號L01I (同 相)和L01Q(正交)混頻，90度正交信號Q通過第三和第四混頻器33、34分別與本振信號 L01Q(正交)和L01I (同相)混頻，混頻后第一至第四混頻器31 34分別輸出1_1、 I-Q、 Q-Q、Q-I四路信號，其中I-I和Q-Q信號通過加法器4相加再通過第一低通濾波器61后在 第五混頻器71中與本振信號L02I (同相)混頻，I-Q和Q-I信號通過第一減法器51相減 再通過第二低通濾波器62后在第六混頻器72中與本振信號L02Q(正交)混頻，第五和第 六混頻器71、72的輸出信號通過第二減法器52后得到所需要的中頻信號IF。，此時鏡像信 號被抵消，中頻信號IF。UT通過A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號處理DSP后傳輸給外部設(shè)備。
如圖2所示是本發(fā)明的實現(xiàn)原理圖，它是采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實現(xiàn)的。本實現(xiàn)中， 由于信號采用差分結(jié)構(gòu)，所以需要單端轉(zhuǎn)差分和差分轉(zhuǎn)單端電路。該實現(xiàn)原理圖主要由以 下模塊構(gòu)成低噪聲放大器l ;正交信號發(fā)生器21、22、23 ;混頻器31 34、71、72 ;低通濾波 器61、62 ;差分轉(zhuǎn)單端信號電路81、82 ;單端轉(zhuǎn)差分信號電路91、92 ;減法器。下面分別說明
以上模塊的實現(xiàn) 1)低噪聲放大器 低噪聲放大器設(shè)計采用常用的源端電感反饋LNA結(jié)構(gòu)，它能夠在保證輸入阻抗匹
配的條件下，通過優(yōu)化達(dá)到最佳的噪聲系數(shù)，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。 2)單端轉(zhuǎn)差分信號電路 射頻輸入信號RF^和本振信號LO均需要轉(zhuǎn)換成差分信號，這里單端轉(zhuǎn)差分信號電 路采用常用的級聯(lián)共源/共柵結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。
3)正交信號發(fā)生器 因為需要產(chǎn)生正交的射頻RF輸入信號和四路本振L0信號，需要三個正交信號發(fā)生器，這里我們采用兩階RC多相濾波器結(jié)構(gòu)，其電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。
4)混頻器 本實施例中，所有混頻器均采用吉爾伯特(Gilbert)雙平衡混頻器，其電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。 5)差分轉(zhuǎn)單端信號電路 本實施例中，混頻器后的差分轉(zhuǎn)單端信號電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。
6)低通濾波器 低通濾波器均采用七階切比雪夫(Chebyshev)濾波器，其電路結(jié)構(gòu)如圖8所示。
7)減法器 減法器采用如圖9所示的運算放大器A構(gòu)成的減法器，圖中電阻R3 = R4 = R5 =R6，并滿足vo = v2-vl。
權(quán)利要求
一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特征在于包括低噪聲放大器(1)、正交信號發(fā)生器(2)、第一混頻器(31)、第二混頻器(32)、第三混頻器(33)、第四混頻器(34)、第五混頻器(71)、第六混頻器(72)、加法器(4)、第一減法器(51)、第二減法器(52)、第一低通濾波器(61)和第二低通濾波器(62)，其中低噪聲放大器(1)接入射頻輸入信號RFIN，低噪聲放大器(1)的輸出端連接正交信號發(fā)生器(2)的輸入端，正交信號發(fā)生器(2)的一個輸出端分別連接第一混頻器(31)和第二混頻器(32)的輸入端，正交信號發(fā)生器(2)的另一個輸出端分別連接第三混頻器(33)和第四混頻器(34)的輸入端，第一混頻器(31)和第三混頻器(33)的輸出端均連接加法器(4)的輸入端，第二混頻器(32)和第四混頻器(34)的輸出端均連接第一減法器(51)的輸入端，加法器(4)的輸出端依次串接第一低通濾波器(61)、第五混頻器(71)后連接第二減法器(52)的輸入端，第一減法器(51)的輸出端依次串接第二低通濾波器(62)、第六混頻器(72)后連接第二減法器(52)的輸入端，第二減法器(52)輸出中頻信號IFOUT。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特征在于所述正交信號發(fā)生器(2)分別連接第一混頻器(31)和第二混頻器(32)輸入端的輸出端為同相信號輸出端；所述正交信號發(fā)生器(2)分別連接第三混頻器(33)和第四混頻器(34)輸入端的輸出端為90度正交信號輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特征在于所述低噪聲放大器(1)采用源端電感反饋的LNA結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特征在于所述第一至第六混頻器(31、32、33、34、71、72)均采用吉爾伯特雙平衡混頻器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，其特征在于所述第一和第二低通濾波器(61、62)均采用七階切比雪夫濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高鏡像抑制比的DAB接收機射頻前端，屬于無線接收機RF前端結(jié)構(gòu)。該射頻前端包括低噪聲放大器、正交信號發(fā)生器、六個混頻器、加法器、兩個減法器及兩個低通濾波器，低噪聲放大器接入射頻信號RFIN后經(jīng)正交信號發(fā)生器產(chǎn)生I和Q兩路正交信號，I信號輸入第一和第二混頻器，Q信號輸入第三和第四混頻器，第一和第三混頻器的輸出端均連接加法器后再依次通過第一低通濾波器和第五混頻器后連接第二減法器的輸入端，第二和第四混頻器的輸出端均連接第一減法器后再依次通過第二低通濾波器和第六混頻器后連接第二減法器的輸入端，第二減法器輸出中頻信號IFOUT。本發(fā)明大大降低了第一級高頻本振的相位和增益失配敏感度。
文檔編號H04B7/00GK101710831SQ200910232620
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者徐建, 江漢, 王志功 申請人:東南大學(xué)