專利名稱：一種單支路正交混頻無線接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種正交混頻無線接收機，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
傳統(tǒng)的超外差結(jié)構無線接收機具有接受靈敏度高、選擇性好以及頻率和增益規(guī)劃靈活等優(yōu)點，在分立元件接收機中被廣泛使用。但是由于該結(jié)構需要高
品質(zhì)因數(shù)(以下簡稱Q值)電抗元件抑制鏡頻干擾，而高Q值電抗元件在現(xiàn)代射頻互補金屬氧化物(以下簡稱RFCMOS)工藝中很難實現(xiàn)，因此為了提高集成度，正交混頻結(jié)構被廣泛采用。正交混頻接收機使用兩條支路進行混頻，并利用這兩條支路中的鏡頻千擾信號大小相等、極性相反的特性進行抵消，以達到不使用高Q值電抗元件抑制鏡頻干擾的目的，從而提高接收機的集成度。
由于正交混頻接收機是利用兩條支路中鏡頻干擾信號在幅度上相同而在相位上相反的特點，使這兩個支路鏡頻干擾相互抵消來抑制鏡頻干擾的，所以為了提高接收機噪聲特性，就要求兩個支路具有嚴格匹配特性，干擾的抑制程度完全取決于支路的匹配程度。在現(xiàn)代RF CMOS設計中，電路實現(xiàn)的一致性方面往往不能滿足嚴格的支路匹配要求，因此必須在接收機的系統(tǒng)設計方面以及電路結(jié)構和版圖實現(xiàn)方面進行特殊考慮以最大限度地提高支路匹配程度。
在正交混頻接收機中，支路匹配包括很多方面。首先是本振信號的正交性，也就是兩條支路所使用的本振信號要具有嚴格的90度相位差。本振信號的正交匹配的誤差直接影響噪聲抑制效果；其次是兩條支路所使用的本振信號的幅度匹配問題，幅度匹配誤差也會直接影響噪聲抑制程度；第三是兩條支路所使用的混頻器的匹配問題。要求這兩個混頻器的混頻增益等各方面的特性要一致；第四是混頻后的中頻濾波器也要有相同的中心頻率、相同的相位特性和相同的增益特性等等。
通過上面的討論可知，良好的支路匹配有很多問題需要解決。而這些問題的解決需要在系統(tǒng)容差方面、電路設計方面以及版圖實現(xiàn)方面多方協(xié)調(diào)配合。如果通過上述措施還不能滿足設計要求，在必要時還要加入一些用于誤差糾正的反饋控制電路。
上述討論說明傳統(tǒng)雙支路正交混頻接收機在支路匹配方面對設計提出了很高的要求，這些要求不僅增加了設計難度，而且往往要以功耗和面積為代價來換取更高的設計指標。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上現(xiàn)有傳統(tǒng)的雙支路正交混頻接收機存在的支路匹配問題，以及進一步降低接收機的功耗和面積，提出了一種單支路正交混頻接收機。
本發(fā)明的技術方案
一種單支路正交混頻無線接收機，由低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器組成；所述的正交本振發(fā)生器交替產(chǎn)生初始相位在0度和90度不斷切換的正弦本振信號。
所述的單支路正交混頻接收機由低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器組成；
其中低噪聲放大器的輸入與天線相連，低噪聲放大器的輸出與混頻器的一個輸入端相連；
混頻器的另一個輸入端與正交本振發(fā)生器的輸出相連，混頻器的輸出與定積分器的積分輸入端相連定積分器的另一個輸入端與第二輸出時鐘輸出相連，定積分器的輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連；
模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端與第三時鐘輸出相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與數(shù)字信號處理器的輸入相連；
正交本振發(fā)生器的輸入與第一時鐘輸出相連；
數(shù)字信號處理器的輸出即為解調(diào)輸出。
所述的時鐘發(fā)生器產(chǎn)生三個時鐘信號用于控制正交本振發(fā)生器的初始相位變化、定積分器的積分時段和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時刻，其時序關系當?shù)谝粫r鐘輸出為高電平時，對應的本振初始相位為0度，當?shù)谝粫r鐘輸出為低電平時，對應的本振初始相位為90度；第二時鐘輸出為定積分器的復位信號，每次在第一時鐘輸出剛發(fā)生變化后，立即對定積分器進行復位，以保證積分只對應同一種本振初始相位；每次在本振初始相位發(fā)生變化之前由第三時鐘輸出產(chǎn)生采樣脈沖觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。
本發(fā)明的有益效果
由于該接收機周期性地切換接收機本振發(fā)生器輸出信號的初始相位，通過時分復用的辦法，利用一條支路實現(xiàn)正交混頻，這樣不僅沒有了上述正交混頻接收機的支路匹配問題，而且還由于少了一條支路，降低了功耗、減小了面積，為低功耗無線接收機設計提供了一個新的設計方案。


圖1單支路正交混頻接收機原理框圖；圖2時鐘發(fā)生器輸出信號時序圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的單支路正交混頻接收機原理框圖如圖1所示，由低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器組成。
其中低噪聲放大器的輸入與天線相連，低噪聲放大器的輸出與混頻器的一
個輸入端相連；
混頻器的另一個輸入端與正交本振發(fā)生器的輸出相連，混頻器的輸出與定
積分器的積分輸入端相連；
定積分器的另一個輸入端與第二時鐘輸出2相連，定積分器的輸出與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連；
模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端與第三時鐘輸出3相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出與數(shù)字信號處理器的輸入相連；
正交本振發(fā)生器的輸入與和第一時鐘輸出1相連；
數(shù)字信號處理器的輸出即為解調(diào)輸出。
所述的正交本振發(fā)生器交替產(chǎn)生初始相位在0度和90度不斷切換的正弦本振信號。
所述的時鐘發(fā)生器產(chǎn)生三個時鐘信號用于控制正交本振發(fā)生器的初始相位變化、定積分器的積分時段和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時刻，其時序關系當?shù)谝粫r鐘輸出1為高電平時，對應的本振初始相位為0度，當時鐘發(fā)生器的第一時鐘輸出1為低電平時，對應的本振初始相位為90度；第二時鐘輸出2為定積分器的復位信號，每次在第一時鐘輸出l剛發(fā)生變化后，立即對定積分器進行復位,以保證積分只對應同一種本振初始相位；每次在本振初始相位發(fā)生變化之前由第三時鐘輸出3生采樣脈沖觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。
本發(fā)明接收機的工作原理和各部分的功能如下-
無線信號經(jīng)過天線接收后進入低噪聲放大器進行放大得到放大后的輸出信號，該輸出信號與正交本振發(fā)生器產(chǎn)生的本振輸出信號在混頻器中進行混頻得 到混頻輸出信號。正交本振發(fā)生器產(chǎn)生的本振輸出與普通的本振發(fā)生器的輸出 不同，它不是初始相位保持固定的正弦波，而是初始相位不斷地在0度和90 度跳變的正弦波。其相位跳變的頻率由第一時鐘輸出1控制。本振輸出信號相 位為0度時，其對應時段混頻器的輸出為普通雙支路正交混頻接收機的同相混
頻輸出(以下簡稱I混頻輸出)；本振信號相位為90度時，其對應時段混頻器 的輸出為普通雙支路正交混頻接收機的正交混頻輸出(以下簡稱Q混頻輸出)。 因此本發(fā)明電路中混頻器的輸出為交替出現(xiàn)的I混頻輸出和Q混頻輸出。
混頻器的輸出信號被送入定積分器進行積分，定積分器被周期性地復位， 以使定積分的積分區(qū)間嚴格對準I混頻輸出和Q混頻輸出，保證每次積分只單 獨對應I混頻輸出或Q混頻輸出。由于定積分運算相當于對信號進行了低通濾 波，而在混頻輸出中包括輸入信號和本振信號的和頻與差頻，由于和頻很高， 所以積分后就被濾掉，因此積分后只剩下所需要的差頻信號。定積分器的輸出 被模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣，得到經(jīng)過濾波且交替出現(xiàn)的I混頻輸出和Q混頻輸出的采 樣序列(一下簡稱IQ序列)，這個序列在數(shù)字信號處理器中IQ進行分離，就 可以得到與雙支路正交混頻接收機相同的經(jīng)過濾波后的混頻輸出IQ序列，實現(xiàn) 了就用 一條支路完成了正交混頻的功能。
為了使定積分時段嚴格對應同一本振初始相位，同時保證模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采 樣時刻對準積分結(jié)束的時刻，需要時鐘發(fā)生器產(chǎn)生三個時鐘信號來同步本振發(fā) 生器的初始相位變化、定積分器的積分時段和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時刻，其時序 關系如圖(2)所示。由圖(2)可以看出，當?shù)谝粫r鐘輸出1為高電平時，對 應的本振初始相位為O度，當?shù)谝粫r鐘輸出1為低電平時，對應的本振初始相 位為90度；第二時鐘輸出2為定積分器的復位信號，每次在第一時鐘輸出1剛發(fā)生變化后，立即對定積分器進行復位，以保證積分只對應同一種本振初始
相位；每次在本振初始相位發(fā)生變化之前由第三時鐘輸出3產(chǎn)生采樣脈沖觸發(fā) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。由于本發(fā)明的單支路接收機采用一條支路完成傳統(tǒng)雙支路接 收機兩條支路的功能，因此，本發(fā)明的單支路接收機的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率 要為傳統(tǒng)雙支路接收機中完成相應功能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率的兩倍。
權利要求
1. 一種單支路正交混頻無線接收機，由低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器組成；其特征在于正交本振發(fā)生器交替產(chǎn)生初始相位在0度和90度不斷切換的正弦本振信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種單支路正交混頻無線接收機，其特征在于 單支路正交混頻接收機中低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù) 字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器之間的連接為；其中低噪聲放大 器的輸入與天線相連，低噪聲放大器的輸出與混頻器的一個輸入端相連；混頻器的另一個輸入端與正交本振發(fā)生器的輸出相連，混頻器的輸出與定 積分器的積分輸入端相連；定積分器的另一個輸入端與第二時鐘輸出(2)相連，定積分器的輸出與模 數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的另一個輸入端與第三時鐘輸出(3)相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出 與數(shù)字信號處理器的輸入相連；正交本振發(fā)生器的輸入與第一時鐘輸出(1)相連；數(shù)字信號處理器的輸出即為解調(diào)輸出。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種單支路正交混頻無線接收機，其特征在于-時鐘發(fā)生器產(chǎn)生三個時鐘信號用于控制正交本振發(fā)生器的初始相位變化、定積 分器的積分時段和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時刻，其時序關系當?shù)谝粫r鐘輸出(1) 為高電平時，對應的本振初始相位為O度，當?shù)谝粫r鐘輸出(1)為低電平時， 對應的本振初始相位為90度；第二時鐘輸出(2)為定積分器的復位信號，每 次在第一時鐘輸出(1)剛發(fā)生變化后，立即對定積分器進行復位，以保證積分 只對應同一種本振初始相位；每次在本振初始相位發(fā)生變化之前由第三時鐘輸 出(3)產(chǎn)生采樣脈沖觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。
全文摘要
一種單支路正交混頻無線接收機，解決了傳統(tǒng)的雙支路正交混頻接收機存在支路匹配和功耗與面積都較大的問題。本發(fā)明提出的單支路正交混頻無線接收機，由低噪聲放大器、混頻器、定積分器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器、正交本振發(fā)生器和時鐘發(fā)生器組成，其特征在于正交本振發(fā)生器交替產(chǎn)生初始相位在0度和90度不斷切換的正弦本振信號，通過時分復用的辦法，利用一條支路實現(xiàn)正交混頻，這樣不僅沒有了上述正交混頻接收機的支路匹配問題，而且還由于少了一條支路，降低了功耗、減小了面積，為低功耗無線接收機設計提供了一個新的設計方案。
文檔編號H04B1/16GK101478324SQ200910076780
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權日2009年1月21日
發(fā)明者瑩 劉, 瓊 彭, 李金城 申請人:北京交通大學