可配置無線發(fā)射的制造方法
【專利摘要】一種可配置無線發(fā)射機(jī)，包括數(shù)字基帶電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模擬基帶電路、射頻前端電路、頻率綜合器、帶隙基準(zhǔn)源電路、串行控制接口電路以及并行數(shù)據(jù)接口電路，所述射頻前端電路包括功率預(yù)放大器、功率放大器以及饋通緩沖器，所述功率預(yù)放大器應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成寬帶集群應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號，所述功率放大器應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成窄帶專網(wǎng)應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號。該可配置無線發(fā)射機(jī)功耗低、集成度高。該可配置無線發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號中心頻率覆蓋100MHz至5GHz，帶寬支持5kHz至20MHz，具有靈活的可配置特性，能夠滿足不同通信標(biāo)準(zhǔn)的要求。
【專利說明】可配置無線發(fā)射機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軟件無線電領(lǐng)域面向行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用的可配置無線發(fā)射機(jī)，尤其涉及一種采用單芯片集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的適用于多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)的可配置無線發(fā)射機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]按照通信系統(tǒng)的服務(wù)對象，通信網(wǎng)絡(luò)分為公網(wǎng)和專網(wǎng)。公網(wǎng)面向公眾用戶，提供電話、多媒體等業(yè)務(wù)。專網(wǎng)主要針對調(diào)度指揮和安全性需求比較高的行業(yè)，信息化專網(wǎng)能夠?yàn)楦鱾€行業(yè)或者大型企業(yè)的安全運(yùn)作提供保障。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，公網(wǎng)建設(shè)已逐步成熟，但專網(wǎng)建設(shè)卻相對滯后。
[0003]行業(yè)專網(wǎng)無線通信應(yīng)用可分為兩類:一類是面向電力、公安、鐵道列車等行業(yè)的窄帶通信應(yīng)用，另一類是高數(shù)據(jù)率的寬帶集群通信應(yīng)用。寬帶集群通信是近年來國際上的研究熱點(diǎn)，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未制定，目前寬帶集群通信系統(tǒng)的開發(fā)大多依托現(xiàn)有的無線寬帶技術(shù)，如 3G、WLAN、WiMAX、LTE 等。
[0004]新一代的行業(yè)專網(wǎng)無線應(yīng)用需求正日益增長，但由于行業(yè)專網(wǎng)無線應(yīng)用種類繁多，工作頻段分散，頻率覆蓋范圍較廣，信道帶寬寬窄不一，使得射頻器件配套困難，不利于行業(yè)專網(wǎng)的建設(shè)。為實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，一款帶寬頻點(diǎn)可配置的無線射頻芯片將成為發(fā)展的必然趨勢。這樣借助于一個終端設(shè)備就能支持不同的通信服務(wù)，能極大地滿足眾多行業(yè)專網(wǎng)的應(yīng)用需求。
[0005]可配置無線射頻芯片是從軟件無線電(Software-Defined Radio, SDR)技術(shù)發(fā)展而來，其基本思想是通過軟件來配置硬件，實(shí)現(xiàn)靈活的可重構(gòu)特點(diǎn)，其中的主要關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)就是收發(fā)機(jī)電路實(shí)現(xiàn)。
[0006]可配置無線發(fā)射機(jī)可以配置成任何模式的工作狀態(tài)來滿足現(xiàn)有的不同通信標(biāo)準(zhǔn)要求。常見的通信標(biāo)準(zhǔn)包括蜂窩式通信`系統(tǒng)(2G-2.5G-3G等)，無線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)(802.lla/b/g/n等)，無線個人局域網(wǎng)通信系統(tǒng)(Bluetooth, Zigbee等)，廣播通信系統(tǒng)(DAB，DVB，DMB等)和第四代移動通信系統(tǒng)(4G)等等。其中，每一種通信標(biāo)準(zhǔn)具有各自不同的中心頻率，信道帶寬，線性度指標(biāo)、發(fā)射功率要求等等。因此，可配置無線發(fā)射機(jī)必須能夠提供較大的動態(tài)范圍，并且實(shí)現(xiàn)不同通信標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求。
[0007]可配置無線發(fā)射機(jī)不僅具有靈活的可重構(gòu)特點(diǎn)，其在低功耗應(yīng)用領(lǐng)域也有很大的潛力。傳統(tǒng)的無線通信發(fā)射機(jī)在設(shè)計時需要滿足通信系統(tǒng)的最苛刻要求，因此必然會付出最多的功耗代價。但可配置無線發(fā)射機(jī)可以根據(jù)其不同的應(yīng)用環(huán)境，靈活地配置其性能指標(biāo)，在滿足實(shí)際通信指標(biāo)的前提下，降低整體平均功耗。
[0008]然而，目前的可配置無線發(fā)射機(jī)雖然可配置帶寬和頻點(diǎn)，但要么僅能支持寬帶的通信標(biāo)準(zhǔn)，要么僅能窄帶的通信標(biāo)準(zhǔn)，無法同時兼容窄帶和寬帶應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，確有必要提供一種可同時支持窄帶專網(wǎng)應(yīng)用和寬帶集群應(yīng)用的可配置無線發(fā)射機(jī)。
[0010]一種可配置無線發(fā)射機(jī)，包括數(shù)字基帶電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模擬基帶電路、射頻前端電路、頻率綜合器、帶隙基準(zhǔn)源電路、串行控制接口電路以及并行數(shù)據(jù)接口電路，所述射頻前端電路包括功率預(yù)放大器、功率放大器以及饋通緩沖器，所述功率預(yù)放大器應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成寬帶集群應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號，所述功率放大器應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成窄帶專網(wǎng)應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號，所述饋通緩沖器在所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成反饋環(huán)路，用于檢測并根據(jù)反饋校準(zhǔn)該無線發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率；所述并行數(shù)據(jù)接口電路接收片外的數(shù)字基帶信號并輸入到所述數(shù)字基帶電路中，所述數(shù)字基帶電路用于將接收到的數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制、帶寬限制、混頻以及上采樣處理；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于將所述數(shù)字基帶電路處理后的信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；所述模擬基帶電路用于濾除數(shù)模轉(zhuǎn)換后信號中的混疊信號和噪聲信號，所述射頻前端電路對所述模擬基帶電路處理后的信號進(jìn)行上變頻然后根據(jù)需要發(fā)射適用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用或?qū)拵Ъ簯?yīng)用的射頻信號；所述頻率綜合器為該無線發(fā)射機(jī)提供本振信號，所述帶隙基準(zhǔn)源電路為該無線發(fā)射機(jī)中除數(shù)字電路以外的其他電路提供偏置電壓和偏置電流；所述串行控制接口電路與外部的控制器相連來通過外部控制器來控制該無線發(fā)射機(jī)中的各個電路的工作模式。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明實(shí)施例提供的面向行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用的可配置無線發(fā)射機(jī)通過在芯片上集成數(shù)字基帶電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模擬基帶電路、射頻前端電路、頻率綜合器、帶隙基準(zhǔn)源電路以及接口電路，同時所述射頻前端電路集成應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用的功率預(yù)放大器、應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用的功率放大器以及饋通緩沖器三條并列的通路，由于上述電路均可配置，從而該無線發(fā)射機(jī)作為一獨(dú)立的芯片既可應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用中，也可以應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用中。該無線發(fā)射機(jī)的射頻信號中心頻率覆蓋IOOMHz至5GHz，帶寬支持5kHz至20MHz，通過片上集成上述電路，可大大降低該無線發(fā)射機(jī)的應(yīng)用成本以及功耗，適用于各種不同的通信應(yīng)用環(huán)境中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)功能框圖。
[0013]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)中模擬數(shù)字基帶電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)射頻前端電路中功率放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)射頻前端電路中包括功率驅(qū)動級的功率放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)射頻前端電路中上變頻的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖6為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的使用可配置無線發(fā)射機(jī)的應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)模式的無線發(fā)射系統(tǒng)的功能模塊圖。
[0018]圖7為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的使用可配置無線發(fā)射機(jī)的應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用模式的無線發(fā)射系統(tǒng)的功能模塊圖。[0019]圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)功能框圖。
[0020]圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的可配置無線發(fā)射機(jī)中IQ失配校準(zhǔn)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0021]主要元件符號說明
【權(quán)利要求】
1.一種可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，包括數(shù)字基帶電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、模擬基帶電路、射頻前端電路、頻率綜合器、帶隙基準(zhǔn)源電路、串行控制接口電路以及并行數(shù)據(jù)接口電路，所述射頻前端電路包括功率預(yù)放大器、功率放大器以及饋通緩沖器，所述功率預(yù)放大器應(yīng)用于寬帶集群應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成寬帶集群應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號，所述功率放大器應(yīng)用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用，將輸入的信號轉(zhuǎn)化成窄帶專網(wǎng)應(yīng)用所需頻率和帶寬的射頻信號，所述饋通緩沖器在所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成反饋環(huán)路，用于檢測并根據(jù)反饋校準(zhǔn)該無線發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率；所述并行數(shù)據(jù)接口電路接收片外的數(shù)字基帶信號并輸入到所述數(shù)字基帶電路中，所述數(shù)字基帶電路用于將接收到的數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制、帶寬限制、混頻以及上采樣處理；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路用于將所述數(shù)字基帶電路處理后的信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換；所述模擬基帶電路用于濾除數(shù)模轉(zhuǎn)換后信號中的混疊信號和噪聲信號，所述射頻前端電路對所述模擬基帶電路處理后的信號進(jìn)行上變頻然后根據(jù)需要發(fā)射適用于窄帶專網(wǎng)應(yīng)用或?qū)拵Ъ簯?yīng)用的射頻信號；所述頻率綜合器為該無線發(fā)射機(jī)提供本振信號，所述帶隙基準(zhǔn)源電路為該無線發(fā)射機(jī)中除數(shù)字電路以外的其他電路提供偏置電壓和偏置電流；所述串行控制接口電路與外部的控制器相連來通過外部控制器來控制該無線發(fā)射機(jī)中的各個電路的工作模式。
2.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字基帶電路包括數(shù)字調(diào)制器、基帶成型濾波器、數(shù)字上混頻器以及上采樣電路，所述數(shù)字調(diào)制器用于所述片外的數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方式包括FSK、BPSK以及DSSS中的至少一種，所述無線發(fā)射機(jī)具有中頻上變頻和直接上變頻兩種架構(gòu)，所述中頻上變頻應(yīng)用于所述窄帶專網(wǎng)應(yīng)用，所述直接上變頻應(yīng)用于所述寬帶集群應(yīng)用；經(jīng)過所述數(shù)字調(diào)制器調(diào)制的信號進(jìn)入所述基帶成型濾波器進(jìn)行帶寬限制，然或經(jīng)過或旁路所述數(shù)字上混頻器來分別實(shí)現(xiàn)該無線發(fā)射機(jī)的中頻上變頻和直接上變頻兩種架構(gòu)，所述上采樣電路用于使該數(shù)字基帶電路輸出的數(shù)據(jù)率與后級的所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的采樣率保持一致。
3.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用全差分電路具有10位精度，其中低四位采用二進(jìn)制碼，高六位通過溫度碼實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述模擬基帶電路包括跨阻低通濾波器和與該跨阻低通濾波器串聯(lián)的無源低通濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述跨阻低通濾波器采用二階巴特沃斯低通濾波器，所述跨阻低通濾波器采用差分電路結(jié)構(gòu)，由兩級運(yùn)算放大器組成，在第一級運(yùn)算放大器(Ul)的正相輸出端與反相輸入端之間連接有并聯(lián)的負(fù)載電阻(R311)和負(fù)載電容(C312)，同時，在該第一級運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸出端與正相輸入端之間連接有并聯(lián)的負(fù)載電阻(R311)和負(fù)載電容(C312)，該第一級運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸出端和正相輸出端分別串聯(lián)電阻(R314)后連接至第二級運(yùn)算放大器(U2)的輸入端，所述第二級運(yùn)算放大器(U2)的反相輸入端與正相輸出端之間以及正相輸入端和反相輸出端之間分別連接有負(fù)載電容(C315)，所述第一級運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端與所述第二級運(yùn)算放大器(U2)的反相輸出端之間以及第一級運(yùn)算放大器(Ul)的正相輸入端與所述第二級運(yùn)算放大器(U2)的正相輸出端之間分別連接有電阻(R313)，所述無源低通濾波器連接于所述跨阻低通濾波器的正相輸出端和反相輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述無源低通濾波器連接于所述跨阻低通濾波器的差分輸出端，具有一階巴特沃斯鋁箔特性，該無源低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)為:兩個電阻(R321)的一端分別與第二級運(yùn)算放大器(U2)的正相輸入端和反相輸入端連接，該兩個電阻(R321)另一端作為該模擬基帶電路的差分輸出端，兩個電容(C322)串聯(lián)后兩端分別接所述差分輸出端，一電阻(R323)與串聯(lián)后的所述兩個電容(C322)并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述射頻前端電路進(jìn)一步包括一天線開關(guān)與所述功率放大器的輸出端連接。
8.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述功率預(yù)防放大器的工作頻段覆蓋450MHz至5GHz，所述功率放大器的工作頻段覆蓋IOOMHz至1.5GHz。
9.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述頻率綜合器具有兩種可配置的工作模式:環(huán)路產(chǎn)生本振信號輸出或片外灌入本振信號輸出，該頻率綜合其提供本振信號的頻率覆蓋范圍為IOOMHz至5GHz。
10.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述串行控制接口電路為四線串行控制，包括SD1、SDO、SCLK和SCS串行接口。
11.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，并行數(shù)據(jù)接口電路為12位并行控制，包括12位并行數(shù)據(jù)線、兩個時鐘控制線以及發(fā)射與接收使能控制線。
12.如權(quán)利要求1所述的可配置無線發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述可配置無線發(fā)射機(jī)采用正交上變頻架構(gòu)，具有同相(I)和正交相位(Q)兩條信號通道，該可配置無線發(fā)射機(jī)進(jìn)一步包括一 IQ失配校準(zhǔn)電路，該IQ失配校準(zhǔn)電路用于校準(zhǔn)該發(fā)射機(jī)1、Q兩路通道的信號的幅度和相位失配，該IQ失配校準(zhǔn)電路連接于所述數(shù)字基帶電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路之間，該IQ失配校準(zhǔn)電路包括一 I路信號校準(zhǔn)單元以及Q路信號校準(zhǔn)單元，當(dāng)該發(fā)射機(jī)20的1、Q兩通道間的信號存在幅度失配量α和相位失配量Θ時，所述I路信號校準(zhǔn)單元用于將I路輸入信號(I_in)乘以(Ι-α /2)倍后與(Θ /2)倍的Q路輸入信號(Q_in)相加得到校準(zhǔn)后的I路信號(I_cal);所述Q路信號校準(zhǔn)單元用于將Q路輸入信號(Q_in)乘以(1+ α /2)倍后與(Θ /2)倍的I路信號(I_in)相加得到校準(zhǔn)后的Q路信號(Q_cal)。
【文檔編號】H04B1/04GK103516371SQ201310427108
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】池保勇, 殷韻, 于謙, 王志華 申請人:清華大學(xué)