专利名称：模数混合信道选择滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种数字通信技术系统的装置，具体是一种模数混合信道选择滤波器。
背景技术：
无线数字通信系统，特别是如数字电视地面广播系统，是用来传输宽带、高数据率编码的信息。在具体数字电视广播应用中，例如美国数字电视标准ATSC广播，欧洲数字电视的广播标准的DVB-T，欧洲数字电视手持广播标准DVB-H，中国数字电视地面广播标准 CTTB,以及中国移动多媒体广播标准CMMB，各种标准定义着各种信道带宽，如ATSC、DVB-T, DVB-H、CTTB、CMMB，不同系统的信道带宽从2MHz至8MHz不等。而且在大部分的标准中，特别是数字电视信号，无论在VHF频段还是在UHF频段，频道划分是连续的。因此，所需要使用的频道总是有相邻频道存在，而且相邻信道功率可能强于所使用的频道。因此，需要一个信道选择滤波器来滤除带外干扰信号。在直接变频调谐器中，常用低通滤波器来完成信道选择过滤。之前的很多技术使用电阻和电容搭建多阶的模拟低通滤波器。如果需要兼容不同的带宽，还需要多组的电阻和电容值，通过开关切换到不同组别从而改变滤波器的截止频率。与此同时，由于CMOS工艺的差异性，即使同一带宽的滤波器，其实际的带宽在不同个体上也略有差别，因此通常还需要采用校准技术。所谓的校准，就是首先生成一个频率为滤波器截止频率的测试单音，输入到该滤波器，然后再在滤波器的输出进行测量，从而确定该滤波器的实际频率响应。如果测试结果跟设计要求有差别，还需要用开关在相邻的电阻或电容器值之间切换，以满足对滤波器截止频率的精确要求。这样的方法存在很多问题，首先由于芯片的尺寸的考虑，模拟低通滤波器的阶数常常很有限，从而邻道抑制的性能也因此受到了限制；其次设计中大电容的存在使得芯片的整体尺寸较大，耗电量也相应增高；另外，校准过程正常信号需要被中断，因此这方法并不适应于任何时变的场合；不同带宽的需求以及校准过程的引入也大大增加了额外的芯片面积。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号Cm00379146C，授权公告日 2008-4-2，记载了一种“包含选择滤波器的调谐器”，该技术于调谐器中使用了双谐振频率的滤波器，目的在于能够更好的消除与所选频道相邻的频道的残留频率成分，以及保持较好的带内线性频率响应。但是该技术仍然是仅仅通过模拟手段，例如通过搭建RC滤波器完成频率选择，而且为了达到更好的滤波性能，例如，设计双谐振频率的滤波器，带来代价是更大的芯片尺寸，和更高耗电量，同时也无可避免的会受到芯片制作工艺一致性的影响。进一步检索发现，美国专利US20080214137 "Receiver for Wireless Communications”，提出了一种在接收机中从射频到基带信号的转变方法。该发明为了实现在多模式、多频段下，同时满足对射频滤波器的选择性、带内平坦性等性能的严格满足，提出了采用多支路并联，以及可调谐滤波器、多个射频滤波器和低噪声放大器串联的实现结构。通过多个射频滤波器串联虽然降低对单个滤波器的选择性要求，但是毫无疑问是会导致插入损耗的增加和带内性能的恶化，以及价格、功耗的提高，因此即使该文中都提出“射频滤波器不宜超过4个”的使用指导意见；低噪声放大器的添加虽然可以减少由于滤波器插入对相噪的恶化，但是也增加了成本和功耗；可调谐滤波器的添加在也只能在一定程度上选择工作在固定的的若干个频段上。因此可以看出该发明的局限性是显而易见的。首先与本发明对比，该发明为了实现工作在多频段、多模式下，所需要多个射频滤波器、可调谐滤波器串联，以及多个支路并联，带来的性能改善不大，灵活性并不高，但是成本、电路设计以及散热难度都大大增加，性能也会受到模拟器件本身局限性的限制，一致性难以得到保障。更重要的是，与本发明对比，该发明完全依靠在模拟域上完成滤除信号，数字信号处理器(DSP)仅仅用于对支路或者可调谐滤波器发送开关选择指令(switch)，根本没有利用数字信号处理器的高精度、高速率以及数字信号处理技术先进性、成熟性的优点来协助滤波工作，提高信号质量。因此只是一个基于现有纯模拟滤波技术的组合和变化。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种模数混合信道选择滤波器，用于在直接变频调谐器中自动兼容多种标准的信道带宽，同时在模拟域和数字域完成混合信道选择滤波；通过采用简单的低阶RC低通滤波器作为模拟滤波器，而数字域采用的是高阶、 具有准确的截止频率的数字滤波器实现，可以有效的减小芯片的尺寸，降低功耗，对模拟滤波器设计和工艺要求大大简化，还能带来更好带内性能与带外抑制，以及更加准确滤波截止频率。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括位于模拟域的放大接收模块、变频模块、低通及模数转换模块以及位于数字域的数字处理模块，其中放大接收模块的输入端接收射频输入信号并将放大后的射频输入信号输出至变频模块，变频模块输出模拟基带信号且与低通及模数转换模块的输入端连接，低通及模数转换模块的输入端接收模拟基带信号并输出基带数字信号至数字处理模块，数字处理模块输出数字基带信号。所述的放大接收模块包括低噪声放大器和接收信号强度指示器，其中低噪声放大器接收射频输入信号且输出端分别连接接收信号强度指示器以及变频模块，信号强度指示器接收并监测放大后的射频信号强度并反馈到低噪声放大器从而进行放大倍率控制。所述的变频模块包括本地振荡器、移相器以及混频器，其中本地振荡器的输出与移相器相连并输出同相分量信号和正交分量信号，混频器的输入端分别与放大接收模块的输出端相连接并接收射频输入信号，混频器的相位端与移相器相连接并分别接收同相分量信号和正交分量信号，混频器的输出连接低通及模数转换模块。所述的低通及模数转换模块包括低通滤波器、可变增益放大器和模拟数字信号转换器，其中低通滤波器的输入端与变频模块输出的模拟基带信号相连接并将滤除镜像频谱后的基带信号输出至可变增益放大器，可变增益放大器将增益处理后的基带信号输出至模拟数字信号转换器并以数字形式输出至数字处理模块。所述的数字处理模块包括高阶数字滤波器、可选带宽控制器以及数字增益控制器，其中高阶数字滤波器接收低通及数模转换模块的输出以及可选带宽控制器的控制信号，完成对当前信道带宽要求的频率选择性滤波后，输出滤波后的信号到数字增益控制器模块。数字增益控制器模块完成对滤波后的数字信号的自动增益控制，再将电平恒定的信号输出。与现有技术相比，本发明的优点在于1、模拟域中只需要简单的、通用的、低阶的滤波器(如RC滤波器)，负责完成原始的、具有一定程度的包括镜像频率在内的带外抑制，以保证ADC有着足够好的带内信号动态范围即可。对模拟滤波器的选择性要求大为降低。而由于滤波器的带外抑制与带内性能等性能指标存在权衡，因此降低模拟滤波器选择性的要求有助于更好的设计以保证滤波器的带内平坦度等性能，从而进一步保证进入数字信号处理器的信号质量。2、由于对模拟滤波器的选择性要求低，因此滤波器的阶数不需要很高。在不同模式不同带宽下更加无需更换不同滤波器，从而其体积、价格、功耗都会大大降低，更有利于系统设计和成本控制。3、利用数字信号处理器的高速度、低成本、高精度，以及数字信号处理技术的先进性、成熟性，通过在数字域设计数字滤波器最终完成对信号的精确滤波。数字滤波器的阶数增加，以及预设多组滤波器并行，基本不带来任何额外的成本增加(基于数字信号处理器的逻辑单元数和处理性能的成熟度)，而且数字信号处理技术的现有先进性和成熟度，能极好的保证数字滤波器精确的截止频率、良好的带外抑制以及带内性能。如此一来，数字模拟域结合滤波，即使需要工作在不同模式的不同带宽下，从前对模拟域滤波器的要求的压力大部分转接到数字滤波器上，降低了对模拟域的要求和成本的同时又保证了性能。因此这种数模结合的方式可以实现在最低的成本下最佳的性能表现。4、目前主流的直接变频调谐器，如Maxim的Max3580，通过其数据手册得知，带宽为7MHz时，其基带频谱在带肩以外1. 5MHz (距离中心频率5MHz)时的带外抑制也只能做到 30分贝左右。而本发明提出的信道选择滤波器，通过已有平台的测试表示，不但能很好的兼容目前所有主流的广播标准所带来的不同带宽OMHz 8MHz)，并且以8MHz带宽为例，在带肩0.2MHz (距离中心频率0.2MHz)处，实现在不低于40分贝的带外抑制(带肩比)。同时有不低于40分贝的带外杂散以及士0.5分贝的带内平坦度。相对于现有技术有很大的提高，足以很好的满足数字广播的需求。
图1为本发明结构示意图。图2为放大接收模块结构示意图。图3为数字信号处理器中的Q路结构示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括位于模拟域的放大接收模块1、变频模块2、低通及模数转换模块3以及位于数字域的数字处理模块4，其中放大接收模块1的输入端接收射频输入信号并将放大后的射频输入信号输出至变频模块2，变频模块2输出模拟基带信号且与低通及模数转换模块3的输入端连接，低通及模数转换模块3的输入端接收模拟基带信号并输出基带数字信号至数字处理模块4。所述的放大接收模块1包括低噪声放大器101和接收信号强度指示器 102 (RSSI)，其中低噪声放大器101接收射频输入信号，其输出端分别连接接收信号强度指示器102 (RSSI)以及变频模块。信号强度指示器102 (RSSI)接收并监测放大后的射频信号强度并反馈到低噪声放大器101从而进行放大倍率控制，从而实现最佳的噪声系数与最低的失真。所述的变频模块包括本地振荡器106、移相器105以及混频器103，其中本地振荡器106的输出与移相器105相连并输出特定频率的0度相位(同相分量)和90度相位 (正交分量)信号，混频器103的输入端分别与放大接收模块的输出端相连接并接收射频输入信号，混频器103的相位端与移相器105相连接并分别接收0度相位(同相分量)和90 度相位(正交分量)信号，混频器103的输出连接低通及模数转换模块。所述的移相器105的输入为本地振荡器106产生的特定频率的正弦波信号，其输出为该频率的0度相位(同相分量)和90度相位(正交分量)信号输出。所述的本地振荡器106的输出为特定频率的正弦波信号，该本地振荡器106压控晶体振荡器、温补晶体振荡器、恒温晶体振荡器；所述正弦波信号上述振荡器产生的频率经过若干次倍频或分频后得到的所需频率。所述的低通及模数转换模块包括低通滤波器107、108、可变增益放大器109、110 和模拟数字信号转换器111、112，其中低通滤波器107、108的输入端与变频模块输出的模拟基带信号相连接并将滤除镜像频谱后的基带信号输出至可变增益放大器109、110，可变增益放大器109、110将增益处理后的基带信号输出至模拟数字信号转换器111、112并以数字形式输出至数字处理模块。所述的低通滤波器107、108低阶的RC滤波器，例如(但不局限于)是3阶或者5 阶RC滤波器。其作用在于完成一定程度的包括镜像频率在内的带外抑制，以保证ADC有着足够好的带内信号动态范围。本发明由于采用数模混合的处理方式，在模拟域中无需搭建多组模拟低通滤波器就可满足对不同信道带宽通信标准的兼容性要求。同时也极大的降低了对模拟滤波器阶数以及制作工艺的要求。高性能、精细的截止频率的保证将由数字域的数字滤波器来保证。所述的可变增益放大器109、110改变反馈电阻或者输入电阻从而实现增益变化的运算放大器，以保证滤波后的信号在一个合适的电平范围。所述的数字处理模块包括高阶数字滤波器、可选带宽控制器以及数字增益控制器，其中高阶数字滤波器接收低通及数模转换模块的输出，以及可选带宽控制器的控制信号，完成对当前信道带宽要求的频率选择性滤波后，输出滤波后的信号到数字增益控制器模块。数字增益控制器模块完成对滤波后的数字信号的自动增益控制，再将电平恒定的信号输出。如图2所示，其中I路有着跟Q路完全一致的处理结构，因此图中仅以Q路为例。所述的可选带宽控制器的控制信号，可以是手动设置，也可以是通过额外的解调信息得出，其作用在于确定当前所需要的滤波器的截止带宽。所述的数字滤波器，可以是有限脉冲响应滤波器(FIR)，也可以是无限脉冲响应滤波器(IIR)结构，或者还可以是两者的结合。该数字滤波器可以是单独的I或者Q路实数滤波器，也可以是I、Q混合的复滤波器结构。数字滤波器是当前非常成熟的技术，其性能的提高只限制于当前数字信号处理器的硬件容量，因此可以设计出高阶的、具有良好带内性能以及准确的截止频率的数字滤波器，极好的保证了选择性滤波的效果。为实现对不同信道带宽的兼容性要求，该滤波器可以是可变抽头数字滤波器，其抽头系数的确定由可选带宽控制器输出的控制信号所指示的当前信道带宽所决定，也可以是预先存储多组不同带宽滤波器参数，由可选带宽控制器输出的控制信号选择应用哪组滤波器参数进行输出。
所述的数字增益控制器装置包括乘法器、幅度功率计算器、积分器、减法器以及环路滤波器，其中乘法器分别与数字滤波器的输出端以及环路滤波器的输出端相连接以接收控制信号，乘法器的输出端将调整幅度后的I/Q两路信号作为数字信号处理器输出， 以及送到幅度功率计算器，幅度功率计算器分别计算出I/Q两路信号的幅度或者功率后输出至积分器得到平均幅度或平均功率，积分器将平均幅度或平均功率与预设值通过减法器相减得到的差值输出至环路滤波器的输入端。
权利要求
1.一种模数混合信道选择滤波器，其特征在于，包括位于模拟域的放大接收模块、变频模块、低通及模数转换模块以及位于数字域的数字处理模块，其中放大接收模块的输入端接收射频输入信号并将放大后的射频输入信号输出至变频模块，变频模块输出模拟基带信号且与低通及模数转换模块的输入端连接，低通及模数转换模块的输入端接收模拟基带信号并输出基带数字信号至数字处理模块，数字处理模块输出数字基带信号。
2.根据权利要求1所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的放大接收模块包括低噪声放大器和接收信号强度指示器，其中低噪声放大器接收射频输入信号且输出端分别连接接收信号强度指示器以及变频模块，信号强度指示器接收并监测放大后的射频信号强度并反馈到低噪声放大器从而进行放大倍率控制。
3.根据权利要求1所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的变频模块包括 本地振荡器、移相器以及混频器，其中本地振荡器的输出与移相器相连并输出同相分量信号和正交分量信号，混频器的输入端分别与放大接收模块的输出端相连接并接收射频输入信号，混频器的相位端与移相器相连接并分别接收同相分量信号和正交分量信号，混频器的输出连接低通及模数转换模块。
4.根据权利要求3所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的本地振荡器采用压控晶体振荡器、温补晶体振荡器或恒温晶体振荡器。
5.根据权利要求1所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的低通及模数转换模块包括低通滤波器、可变增益放大器和模拟数字信号转换器，其中低通滤波器的输入端与变频模块输出的模拟基带信号相连接并将滤除镜像频谱后的基带信号输出至可变增益放大器，可变增益放大器将增益处理后的基带信号输出至模拟数字信号转换器并以数字形式输出至数字处理模块。
6.根据权利要求5所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的低通滤波器采用3阶或者5阶RC滤波器。
7.根据权利要求1所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的数字处理模块包括高阶数字滤波器、可选带宽控制器以及数字增益控制器，其中高阶数字滤波器接收低通及数模转换模块的输出以及可选带宽控制器的控制信号，完成对当前信道带宽要求的频率选择性滤波后，输出滤波后的信号到数字增益控制器模块。数字增益控制器模块完成对滤波后的数字信号的自动增益控制，再将电平恒定的信号输出。
8.根据权利要求7所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的可选带宽控制器的控制信号通过手动设置或通过额外解调信息传递。
9.根据权利要求7所述的模数混合信道选择滤波器，其特征是，所述的高阶数字滤波器采用两个单路实数或一个I-Q混合复数的有限脉冲响应滤波器、无限脉冲响应滤波器或其组合。
全文摘要
一种数字通信技术领域的模数混合信道选择滤波器，包括位于模拟域的放大接收模块、变频模块、低通及模数转换模块以及位于数字域的数字处理模块，放大接收模块的输入端接收射频输入信号并将放大后的射频输入信号输出至变频模块，变频模块输出模拟基带信号且与低通及模数转换模块的输入端连接，低通及模数转换模块的输入端接收模拟基带信号并输出基带数字信号至数字处理模块，数字处理模块输出数字基带信号。本发明通过采用简单的低阶RC低通滤波器作为模拟滤波器，有效的减小芯片的尺寸，降低功耗，对模拟滤波器设计和工艺要求大大简化。
文档编号H04L25/03GK102215192SQ201110122850
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者夏劲松, 李文华, 范莹莹 申请人:上海文络电子科技有限公司