專利名稱：一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，傳輸誤碼率低、傳輸帶寬大、高速率、大容量的通信系統(tǒng)已成為發(fā)展的趨勢， 在寬帶碼分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)通信系統(tǒng)中，數(shù)字光纖直放站作為新型的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)備，既可以適應(yīng)主設(shè)備廠家分布式基站的需要，又能夠完全脫離基站廠家，靈活配置，以擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。由于模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換頻率一般較低，因此，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的光纖直放站，必須通過變頻模塊來實(shí)現(xiàn)射頻信號與中頻信號的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)，整個(gè)直放站還需要一個(gè)高穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘。傳統(tǒng)的數(shù)字光纖直放站接入端結(jié)構(gòu)如圖1所示，參照圖1可以看出，其采用了金屬雙工器與上下行變頻器分開設(shè)計(jì)、封裝的方式，且由于考慮到系統(tǒng)時(shí)鐘與變頻器容易相互干擾，二者也分開設(shè)計(jì)，因此，使得整個(gè)直放站占用整機(jī)空間大、制造成本高、生產(chǎn)效率低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊，旨在解決現(xiàn)有的數(shù)字光纖直放站占用整機(jī)空間大且制造成本高的問題。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊，所述變頻模塊為四層板的印刷電路PCB板，其中，所述PCB板的第一層用于射頻和數(shù)字電路的主要布線， 包括介質(zhì)雙工器；與介質(zhì)雙工器連接的下行信號放大器和上行信號放大器；分別與所述下行信號放大器和所述上行信號放大器連接的本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路；分別與所述下行信號放大器和所述上行信號放大器連接的上/下行變頻控制電路；第二層為接地板；第三層用于電源及低頻信號的布線，包括為所述變頻模塊供電的電源轉(zhuǎn)換電路；第四層為GND層。進(jìn)一步地，所述PCB板采用獨(dú)立的腔體分別對所述介質(zhì)雙工器、所述上行信號放大器、所述下行信號放大器和所述本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路進(jìn)行隔離。更進(jìn)一步地，所述PCB板位于鋁制盒體內(nèi)。更進(jìn)一步地，所述下行信號放大器與所述介質(zhì)雙工器連接，包括下行射頻信號放大電路、混頻器和下行中頻信號放大電路，所述混頻器連接所述下行射頻信號放大電路的輸出端和所述下行中頻信號放大電路的輸入端；所述上行信號放大器與所述介質(zhì)雙工器連接，包括上行中頻信號放大電路、混頻器和上行射頻信號放大電路，所述混頻器連接所述上行中頻信號放大電路的輸出端和所述上行射頻信號放大電路的輸入端。更進(jìn)一步地，所述射頻信號放大電路包括第一自動(dòng)電平控制ALC芯片、第一放大管和第一數(shù)控衰減芯片，所述第一放大管連接所述第一 ALC芯片的輸出端和所述第一數(shù)控衰減芯片的輸入端；所述混頻器包括第一濾波器、第一混頻管和LC濾波器，所述第一混頻管連接所述第一濾波器的輸出端和所述LC濾波器的輸入端；所述下行中頻信號包括第二放大管。更進(jìn)一步地，所述上行中頻信號放大電路包括第二 ALC芯片和第三放大管，所述第二 ALC芯片的輸出端與所述第三放大管的輸入端連接；所述上行射頻信號放大電路包括第二濾波器、第四放大管、第二數(shù)控衰減芯片、第三濾波器和第五放大管，所述第四放大管連接所述第二濾波器的輸出端和所述第二數(shù)控衰減芯片的輸入端，所述第三濾波器連接所述第二數(shù)控衰減芯片的輸出端和所述第五放大管的輸入端。更進(jìn)一步地，所述本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路包括第六放大管，以及與所述第六放大管連接的上行本振電路、下行本振電路和系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路。更進(jìn)一步地，所述上/下行變頻控制電路包括微控制器，以及與所述微控制器連接的存儲(chǔ)器、通信接口和溫度檢測電路。更進(jìn)一步地，所述上/下行變頻控制電路分別連接所述第一數(shù)控衰減芯片和所述第二數(shù)控衰減芯片。更進(jìn)一步地，所述變頻模塊還包括功率檢測電路，所述功率檢測電路分別與所述下行信號放大器的輸入端、輸出端和所述上行信號放大器的輸出端連接。本實(shí)用新型實(shí)施例基于鎖相環(huán)頻率合成，在一個(gè)變頻模塊中整合了上下行變頻器、系統(tǒng)時(shí)鐘電路以及介質(zhì)雙工器，在高集成度及低成本控制的前提下，該變頻模塊具有高隔離度、高穩(wěn)定度以及低相位噪聲的特點(diǎn)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的數(shù)字光纖直放站接入端的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊下行信號放大電路的具體結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實(shí)用新型提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊上行信號放大電路的具體結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊本振以及系統(tǒng)時(shí)鐘電路的具體結(jié)構(gòu)圖；圖6是本實(shí)用新型提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊上/下行變頻控制電路的具體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例基于鎖相環(huán)頻率合成，在一個(gè)變頻模塊中整合了上下行變頻器、系統(tǒng)時(shí)鐘電路以及介質(zhì)雙工器，在高集成度及低成本控制的前提下，該變頻模塊具有高隔離度、高穩(wěn)定度以及低相位噪聲的特點(diǎn)。該數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊位于一個(gè)鋁制盒體內(nèi)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基于四層板設(shè)計(jì)的印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)實(shí)現(xiàn)，使模塊的EMC及信號完整性更好。 其PCB板材可以采用FR-4，板厚1. 2mm。其中，第一層，即頂層，主要用于射頻布線和數(shù)字電路的主要布線，集中了變頻模塊的大部分功能模塊電路，包括介質(zhì)雙工器、下行信號放大器、上行信號放大器、本振以及系統(tǒng)時(shí)鐘電路和上/下行變頻控制電路；第二層為接地板； 第三層主要用于電源及個(gè)別低頻信號線的布線，包括的功能模塊電路有電源轉(zhuǎn)換電路；第四層，即底層，為GND層。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，為了防止電路通過空間形成正反饋，以及為了防止數(shù)字電路與射頻信號的干擾，整個(gè)PCB板采用獨(dú)立的腔體對上述功能模塊電路進(jìn)行隔離。例如 對本振電路、上行信號放大器及下行信號放大器單獨(dú)用一個(gè)腔與其它電路進(jìn)行隔離。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，封裝PCB板的鋁制盒體通過4個(gè)螺釘再固定到機(jī)箱內(nèi)的腔體中，共4個(gè)接口，3個(gè)SMA接口分別作為射頻信號輸入、中頻信號的輸出以及系統(tǒng)時(shí)鐘的輸出，1個(gè)N接口作為上行通道以及下行通道的公用接口。單片機(jī)的六針I(yè)SP編程插槽、485 通信接口以及控制電位器旋鈕在盒體蓋板上開口，在盒體的側(cè)面放置電源的穿心電容和接線柱。圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分。參照圖2，該數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊包括介質(zhì)雙工器21、下行信號放大器22、上行信號放大器23、本振以及系統(tǒng)時(shí)鐘電路M、上/下行變頻控制電路25及電源轉(zhuǎn)換電路26，下面對上述變頻模塊組成部分進(jìn)行詳細(xì)描述介質(zhì)雙工器21，其作用是將發(fā)射信號和接收信號相隔離，以保證接收工作和發(fā)射工作都正常進(jìn)行。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，采用的介質(zhì)雙工器相比于常用的金屬雙工器，具有體積小，隔離度高，成本低的特點(diǎn)。下行信號放大器22，與介質(zhì)雙工器21連接，其通過接收來自施主端的基站下行信號并進(jìn)行混頻放大，從而輸出放大的下行中頻信號。該下行信號放大器22包括了下行射頻信號放大電路221、混頻器222以及下行中頻信號放大電路223，其中，下行射頻信號放大電路221的輸出端與混頻器222的輸入端連接，混頻器222的輸出端與下行中頻信號放大電路223的輸入端連接，其具體的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。參照圖3，在下行射頻信號放大器221中，自動(dòng)電平控制(Automatic Level Control, ALC)芯片2211的輸出端與第一放大管2212的輸入端連接，第一放大管2212的輸出端與第一數(shù)控衰減芯片2213的輸入端連接，其中第一 ALC芯片2211接收來自施主端的下行射頻信號，并通過ALC控制電平調(diào)整電路和ALC控制電路對輸入的下行射頻信號進(jìn)行自動(dòng)電平控制，使得不論輸入信號強(qiáng)弱如何，均能將其控制在直放站的最大增益范圍內(nèi)。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例，第一 ALC 芯片2211可以采用Avago公司的HSMP-3816，該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)30dB的壓控衰減范圍，而ALC 控制電路可以采用IiC904實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)。第一放大管2212用于對輸入的下行射頻信號進(jìn)行第一級放大。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例，第一放大管2212可以通過WJ公司的AG604實(shí)現(xiàn)，該管具有ISdB的增益。通過第一放大管2212輸出的下行射頻信號由第一數(shù)控衰減芯片2213進(jìn)行增益調(diào)離
iF. ο在混頻器222中，第一濾波器2221的輸出端與第一混頻管2222的輸入端連接，第一混頻管2222的輸出端與LC濾波器2223的輸入端連接，其中，第一混頻管2222可以采用 HITTITE公司的HMC304，其典型性能指標(biāo)如下帶寬1700MHz至3000MHz，在WCDMA頻率插損9dB左右，IPC典型值為30dBm，L-R隔離度41dB，L-I隔離度為17dB。該款混頻管具有成本低的特點(diǎn)。通過混頻管2222將下行射頻信號轉(zhuǎn)換為下行中頻信號后，通過LC濾波器2223濾出中頻以外的雜波信號。在下行中頻信號放大電路223中，具體可通過第二放大管來實(shí)現(xiàn)，其在下行信號放大器中起到第二級信號放大的作用，可以使用PREWELL公司的高增益管PW118，其典型性能指標(biāo)如下增益29dB, PldB為20. 8dBm以及0IP3為40dBm。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，通過在下行信號放大器22的輸入端和輸出端增加功率檢測電路224，對輸入的下行射頻信號及輸出的下行中頻信號進(jìn)行功率檢測。該功率檢測電路224可以采用均值檢波器件AD8362，其檢測頻率范圍為50Hz至2. 7GHz，因此，從中頻到射頻的很大范圍內(nèi)都可以使用該器件，且其檢測的功率動(dòng)態(tài)范圍從_52dBm至8dBm。上行信號放大器23，與介質(zhì)雙工器21連接，其將輸入的上行中頻信號混頻放大為上行射頻信號，并通過施主端輸出。該上行信號放大器23具體包括了上行中頻信號放大電路231、混頻器232和上行射頻放大信號電路233，其中，上行中頻信號放大電路231的輸出端與混頻器232的輸入端連接，混頻器232的輸出端與上行射頻信號放大電路232的輸入端連接，其具體的電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。參照圖4，在上行中頻信號放大電路231中，第二ALC芯片2311的輸出端與第三放大管2312的輸入端連接，第二 ALC芯片2311接收輸入的上行中頻信號，并通過ALC控制電平調(diào)整電路和ALC控制電路對輸入的上行中頻信號進(jìn)行自動(dòng)電平控制。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第二 ALC芯片2211可以使用Avago公司的HSMP-3816。第三放大管2312用于對輸入的上行中頻信號進(jìn)行第一級放大。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例，第三放大管 2312可以通過WJ公司的AG602實(shí)現(xiàn)，該管具有14. 5dB的增益，在單音輸出2dBm時(shí)，PldB 為18. 6dBm, 0IP3達(dá)到33. 8dBm，且該管具有低成本的優(yōu)勢。第二濾波器2331和第三濾波器2334通過兩級射頻濾波器對混頻器232的本振泄露以及交調(diào)產(chǎn)物進(jìn)行濾出。第二濾波器2331的輸出端與第四放大管2332的輸入端連接，第四放大管2332的輸出端與第二數(shù)控衰減芯片2333的輸入端連接，第二數(shù)控衰減芯片 2333的輸出端與第三濾波器2334的輸入端連接，第三濾波器2334的輸出端連接第五放大管2335，從而輸出上行射頻信號。本振以及系統(tǒng)時(shí)鐘電路M采用的是頻率合成器與分立壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VC0)的方案，參考信號可以采用大普公司30. 72MHz的TCX0，其相位噪聲為-130dBc/HZ@lKHZ。本振以及系統(tǒng)時(shí)鐘電路M的具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中第六放大管241的輸入端為選擇的參考信號，該管可以使用NEC公司的2SCS3356， 其典型技術(shù)指標(biāo)噪聲系數(shù)為2. OdB，增益11. 5dB，反向電容1. OpF，截止頻率7GHz。[0050]上行本振電路242和下行本振電路M3的電路結(jié)構(gòu)相同，包括與第六放大管241 的輸出端連接的頻率合成器，與頻率合成器的輸出端連接的環(huán)路濾波器以及與環(huán)路濾波器的輸出端連接的VC0。其中，頻率合成器可以使用Analog公司的ADF4153，其典型的性能指標(biāo)如下小數(shù)分頻，頻率高達(dá)4GHz，2. 7V-3. 3V供電，充電泵單獨(dú)供電且充電電流可調(diào)，底部相位噪聲為-213dBc/Hz。VCO可以采用河北博威的MVC01845和MVC02045，其典型性能指標(biāo)如下供電5V，調(diào)諧電壓0. 5V-4. 5V，調(diào)諧靈敏度15MHz/V和15MHz/V，推頻系數(shù)2MHz/ V(5V士0. 25V) ,MVCO1845 的相位噪聲-106dBc/Hz@10KHz，-127dBc/Hz@100KHz，MVC02045 的相位噪-105dBc/Hz@10KHz，-125dBc/Hzil00KHzo在本實(shí)用新型實(shí)施例中，在頻率合成的實(shí)現(xiàn)方法上，采用了鎖相環(huán)頻率合成法，能夠獲得較好的相位噪聲，且成本低，電路簡單，可靠性高，生產(chǎn)效率高，更加適合進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，由上行本振電路242和下行本振電路243輸出的本振信號分別輸入上、下行信號放大器中的混頻器進(jìn)行混頻。系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路244則由鎖相環(huán)產(chǎn)生，其包括了與第六放大管Ml的輸出端連接的頻率合成器M41，與頻率合成器M41的輸出端連接的環(huán)路濾波器2442，以及與環(huán)路濾波器M42的輸出端連接的壓控晶振M43。頻率合成器M41可以采用AD公司的ADF4118， 這是一款整數(shù)分頻器，其典型供電電壓為3. 3V，底部相位噪聲為-170dBc/HZ@25KHZ。壓控晶振M43可以采用大普公司的V936-B611，其典型供電電壓為3. 3V，其相位噪聲-IOOdBc/ HzilOOHz, -128dBc/HzilKHz, -135dBc/Hzil0KHzo上/下行變頻控制電路25的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，由微控制器251及其外圍電路組成，包括存儲(chǔ)器252，其可以采用24C16實(shí)現(xiàn)；通信接口 253，可以采用MAX485實(shí)現(xiàn)，為對變頻模塊外部環(huán)境的通信接口 ；溫度檢測電路254，用于實(shí)時(shí)檢測變頻模塊的溫度。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，上/下行變頻控制電路25輸出的控制信號分別輸入上/ 下行信號放大器的數(shù)控衰減芯片，及接收來自功率檢測電路的信號。電源轉(zhuǎn)換電路沈的供電電壓為9V，采用傳統(tǒng)的LM7805，具有可靠性好，紋波小，雜散信號小等特點(diǎn)。本實(shí)用新型實(shí)施例基于鎖相環(huán)頻率合成，在一個(gè)變頻模塊中整合了上下行變頻器、系統(tǒng)時(shí)鐘電路以及介質(zhì)雙工器，使得該變頻模塊具有高隔離度、高穩(wěn)定度以及低相位噪聲的特點(diǎn)，減小了數(shù)字光纖直放站的整機(jī)占用空間，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊，其特征在于，所述變頻模塊為四層板的印刷電路PCB板，其中，所述PCB板的第一層用于射頻和數(shù)字電路的主要布線，包括介質(zhì)雙工器；與介質(zhì)雙工器連接的下行信號放大器和上行信號放大器；分別與所述下行信號放大器和所述上行信號放大器連接的本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路；分別與所述下行信號放大器和所述上行信號放大器連接的上/下行變頻控制電路；第二層為接地板；第三層用于電源及低頻信號的布線，包括為所述變頻模塊供電的電源轉(zhuǎn)換電路；第四層為GND層。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述PCB板采用獨(dú)立的腔體分別對所述介質(zhì)雙工器、所述上行信號放大器、所述下行信號放大器和所述本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路進(jìn)行隔1 °
3.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述PCB板位于鋁制盒體內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述下行信號放大器與所述介質(zhì)雙工器連接，包括下行射頻信號放大電路、混頻器和下行中頻信號放大電路，所述混頻器連接所述下行射頻信號放大電路的輸出端和所述下行中頻信號放大電路的輸入端；所述上行信號放大器與所述介質(zhì)雙工器連接，包括上行中頻信號放大電路、混頻器和上行射頻信號放大電路，所述混頻器連接所述上行中頻信號放大電路的輸出端和所述上行射頻信號放大電路的輸入端。
5.如權(quán)利要求4所述的變頻模塊，其特征在于，所述射頻信號放大電路包括第一自動(dòng)電平控制ALC芯片、第一放大管和第一數(shù)控衰減芯片，所述第一放大管連接所述第一 ALC芯片的輸出端和所述第一數(shù)控衰減芯片的輸入端；所述混頻器包括第一濾波器、第一混頻管和LC濾波器，所述第一混頻管連接所述第一濾波器的輸出端和所述LC濾波器的輸入端；所述下行中頻信號包括第二放大管。
6.如權(quán)利要求5所述的變頻模塊，其特征在于，所述上行中頻信號放大電路包括第二 ALC芯片和第三放大管，所述第二 ALC芯片的輸出端與所述第三放大管的輸入端連接；所述上行射頻信號放大電路包括第二濾波器、第四放大管、第二數(shù)控衰減芯片、第三濾波器和第五放大管，所述第四放大管連接所述第二濾波器的輸出端和所述第二數(shù)控衰減芯片的輸入端，所述第三濾波器連接所述第二數(shù)控衰減芯片的輸出端和所述第五放大管的輸入端。
7.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路包括第六放大管，以及與所述第六放大管連接的上行本振電路、下行本振電路和系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生電路。
8.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述上/下行變頻控制電路包括微控制器，以及與所述微控制器連接的存儲(chǔ)器、通信接口和溫度檢測電路。
9.如權(quán)利要求5或6所述的變頻模塊，其特征在于，所述上/下行變頻控制電路分別連接所述第一數(shù)控衰減芯片和所述第二數(shù)控衰減芯片。
10.如權(quán)利要求1所述的變頻模塊，其特征在于，所述變頻模塊還包括功率檢測電路， 所述功率檢測電路分別與所述下行信號放大器的輸入端、輸出端和所述上行信號放大器的輸出端連接。
專利摘要本實(shí)用新型適用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，提供了一種數(shù)字光纖直放站接入端變頻模塊，所述變頻模塊為四層板的印刷電路PCB板，其中，第一層用于射頻和數(shù)字電路的主要布線，包括介質(zhì)雙工器；與介質(zhì)雙工器連接的下行信號放大器和上行信號放大器；分別與所述下行信號放大器和所述上行信號放大器連接的本振及系統(tǒng)時(shí)鐘電路和上/下行變頻控制電路；第二層為接地板；第三層用于電源及低頻信號的布線，包括為所述變頻模塊供電的電源轉(zhuǎn)換電路；第四層為GND層。本實(shí)用新型基于鎖相環(huán)頻率合成，在一個(gè)變頻模塊中整合了上下行變頻器、系統(tǒng)時(shí)鐘電路以及介質(zhì)雙工器，在高集成度及低成本控制的前提下，該變頻模塊具有高隔離度、高穩(wěn)定度以及低相位噪聲的特點(diǎn)。
文檔編號H03L7/18GK202143071SQ20112014624
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者廖向前, 曾祥波 申請人:深圳國人通信有限公司