一种基于直接采样的接收机射频前端处理电路及接收机的制作方法

文档序号:11138073阅读:545来源:国知局
一种基于直接采样的接收机射频前端处理电路及接收机的制造方法与工艺

本发明属于接收机射频前端处理技术领域,尤其涉及一种基于直接采样的接收机射频前端处理电路及接收机。



背景技术:

接收机的射频前端是接收机的重要组成部分,决定了接收机的灵敏度、噪声系数、二阶截点、三阶截点等关键性能指标。接收机根据拓扑结构不同可以分为超外差式、零中频式、镜像抑制式以及数字中频式几种主要的结构,此外也可以对输入的射频信号直接进行AD采样变为数字信号再对数字信号进行处理。

现有的超外差式接收机先对接收的射频信号进行预选滤波,再混频到固定中频,最后进行中频增益的控制;零中频式接收机的本振与信号频率相等,将射频信号直接下变频到零中频,解决了超外差式接收机的镜像干扰问题;镜像抑制式接收机通过Hartley结构和Weaver结构来抑制镜像频率的干扰;数字中频式接收机在二次混频的基础上将混频后的信号数字化;短波接收机也可以对接收到的射频信号经过调理后直接进行AD采样变为数字信号后进行处理分析。

但是,超外差式接收机:存在镜像干扰;电路结构复杂,调试难度大的,元器件较多,体积大难于集成,功耗也大的问题;零中频式接收机:由于本振频率和信号频率相同,会出现本振泄露、直流漂移和闪烁噪声等问题,此外必须要求两路本振信号严格正交;镜像抑制式接收机:两支路要完全一致,正交本振信号的幅度和相位存在失配问题;数字中频式接收机:存在超外差式接收机的缺陷。

目前现有的直接采样的短波接收机射频前端电路设计如图1所示,从图1可看出:信号经天线接收后进入LNA低噪声放大器进行放大,之后进入电调滤波模块在控制电路的控制下进行滤波处理,滤除干扰信号后进入AGC可控增益宽带放大器进一步放大信号功率,最后进入AD模块进行采样,DDC模块数字下变频,DSP模块数字信号处理。

这种方案对频率为3MHz~30MHz的短波信号进行接收分析的短波接收机存在问题:由于接收机前端无衰减模块,所以允许的最大输入功率有限;接收信号频率范围是3MHz~30MHz,对低于3MHz的较低频率信号无法正常接收分析;射频前端信号经两次放大后,线性度受限于两级放大器。



技术实现要素:

为了解决现有技术的缺点,本发明的第一目的是提供一种可控衰减电路。

本发明的一种可控衰减电路包括并联连接的衰减支路和直流支路;所述衰减支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制衰减支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

本发明的该可控衰减电路结构简单,只需要在控制电路的作用下来控制衰减支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号衰减还是直通。当衰减电路的输入信号为9kHz的频率较低信号,考虑到器件的频率特性本发明没有选用开关进行支路选择,而是通过低频特性较好的二极管来控制支路选择。其中,控制电路上还设置大电感LC滤波电路来滤除控制电平对射频信号的干扰。

其中,控制电路为现有电路结构,其可采用控制芯片予以实现,用来产生控制信号。

进一步地,所述控制电路输出第一控制电平和第二控制电平;所述衰减支路包括衰减电阻,所述衰减电阻的两端分别与第一二极管和第二二极管的阳极相连;所述直流支路包括第一电容,所述第一电容的两端分别与第三二极管和第四二极管的阳极相连;所述第一二极管和第二二极管的阴极均第一控制电平相连;所述第三二极管和第四二极管的阴极均第二控制电平相连。

本发明的该衰减电路利用分别衰减电阻和电容来构成衰减支路和直流支路,分别在这些支路的两端设置二极管,使得在控制电路输出的控制电平来控制衰减支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号衰减还是直通,实现衰减或直通任意选择,最终满足对输入信号预处理的多种需求。

本发明的第二目的是提供一种放大控制电路。

本发明的一种放大控制电路,包括并联连接的放大支路和直流支路;所述放大支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制放大支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

本发明的该放大控制电路结构简单,只需要在控制电路的作用下来控制放大支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号放大还是直通,实现放大或直通任意选择,最终满足对输入信号预处理的多种需求。

进一步地,所述控制电路输出第三控制电平和第四控制电平;所述放大支路包括放大器,所述放大器的两端分别与第五二极管和第六二极管的阳极相连;所述直流支路包括第二电容,所述第一电容的两端分别与第七二极管和第八二极管的阳极相连;所述第五二极管和第六二极管的阴极均第三控制电平相连;所述第七二极管和第八二极管的阴极均第四控制电平相连。

本发明的该放大控制电路利用分别放大器和电容来构成放大支路和直流支路,分别在这些支路的两端设置二极管,使得在控制电路输出的控制电平来控制放大支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号放大还是直通。

本发明的第三目的提供一种基于直接采样的接收机射频前端处理电路。本发明的射频前端的目的是对输入信号进行射频调理,由于不包含变频模块也就消除了镜像频率的干扰,也不存在本振泄露、直流漂移等问题,且结构简单省去了本振模块的设计调试,大大简化了射频前端的结构。本发明的接收机消除了镜像频率的干扰,也不存在本振泄露、直流漂移等问题。

本发明的基于直接采样的接收机射频前端处理电路,包括控制电路,所述控制电路分别与通道选择模块、衰减模块、预选滤波组模块和放大模块相连;

通道选择模块,其接收射频信号和自检信号,并在所述控制电路产生的控制电平作用下,选择射频信号或自检信号输出;

衰减模块,其用于在所述控制电路产生的控制电平作用下,对通道选择模块输出的信号进行定量衰减;

所述预选滤波组模块包含一个方阵形式通道的开关滤波器组,用于接收所述控制电路产生的控制电平来选择相应频段的滤波通道,从而实现对定量衰减后的信号的预选滤波;

放大模块,其用于在所述控制电路产生的控制电平作用下,对预选滤波的信号进行定量放大并输出。

本发明通过可控衰减-可控放大的组合,可以大大增加射频前端对接收信号的功率处理能力,从而可以满足较宽的功率输入,使接收机具有大的动态范围。当输入信号功率较大时可以通过衰减模块先对信号进行一定量的衰减,这样可以提高接收机能处理的最大信号功率;当输入信号功率较小时可以是衰减模块工作在直通状态,尽量减小接收信号的功率损耗从而使后级电路能够正常工作。

进一步地,通道选择模块为继电器或二选一数字选择器。继电器可以通过应用于自动化的控制电路中,它是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路作用。二选一数字选择器能够准确地选择输入信号。

所述衰减模块由一级可控衰减电路或至少两级串联连接的可控衰减电路组成。根据对信号幅值的要求,衰减模块可以设置为一级可控衰减电路,可以设置为多级串联连接的可控衰减电路,其中多级为至少两级。

其中,可控衰减电路包括并联连接的衰减支路和直流支路;所述衰减支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制衰减支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

控制电路输出第一控制电平和第二控制电平;所述衰减支路包括衰减电阻,所述衰减电阻的两端分别与第一二极管和第二二极管的阳极相连;所述直流支路包括第一电容,所述第一电容的两端分别与第三二极管和第四二极管的阳极相连;所述第一二极管和第二二极管的阴极均第一控制电平相连;所述第三二极管和第四二极管的阴极均第二控制电平相连。

本发明可接收分析9kHz的频率较低信号且具有高线性度和低插入损耗,由于接收的信号最低频率为9kHz,考虑到器件的频率特性这里没有选用开关进行支路选择,而是通过低频特性较好的二极管来控制支路选择,控制电路上还设置电感LC滤波电路来滤除控制电平对射频信号的干扰。

所述放大模块包含一级放大控制电路或至少两级串联连接的放大控制电路。这样一方面用来满足对输入信号幅值的要求,另一方面用来满足对输入信号带宽的要求。

所述放大控制电路包括:并联连接的放大支路和直流支路;所述放大支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制放大支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

所述控制电路输出第三控制电平和第四控制电平;所述放大支路包括放大器,所述放大器的两端分别与第五二极管和第六二极管的阳极相连;所述直流支路包括第二电容,所述第一电容的两端分别与第七二极管和第八二极管的阳极相连;所述第五二极管和第六二极管的阴极均第三控制电平相连;所述第七二极管和第八二极管的阴极均第四控制电平相连。

该接收机射频前端处理电路还包括串联连接的低通滤波模块和AD采样模块,所述低通滤波模块的输出端与放大模块的输出端相连。

本发明的低通滤波模块对经放大处理的信号进行滤波,滤除干扰信号后送入AD采样。在经过低通滤波后可对信号直接进行AD采样,这不同于包含变频模块的方案,由于不包含变频模块也就消除了镜像频率的干扰,也不存在本振泄露、直流漂移等问题,且结构简单省去了本振模块的设计调试,大大简化了射频前端的结构。

本发明的第四目的是提供一种接收机。

本发明的一种接收机,包括基于直接采样的接收机射频前端处理电路。

接收机还包括DDS自检产生模块,所述DDS自检产生模块用于产生自检信号并输入至通道选择模块。

本发明的有益效果为:

1)基于直接采样的接收机射频前端处理电路动态范围大:通过可控衰减-可控放大的组合,可以大大增加射频前端对接收信号的功率处理能力,从而可以满足较宽的功率输入,使接收机具有大的动态范围。当输入信号功率较大时可以通过衰减模块先对信号进行一定量的衰减,这样可以提高接收机能处理的最大信号功率;当输入信号功率较小时可以是衰减模块工作在直通状态,尽量减小接收信号的功率损耗从而使后级电路能够正常工作;可控衰减模块包含至少级衰减控制,这种级联的组合方式优点是可实现直通、多种衰减dB同的衰减处理,使接收到的信号得到最优的衰减量选择。

2)基于直接采样的接收机射频前端处理电路可以接收分析9kHz的频率较低信号且具有高线性度和低插入损耗:由于接收的信号最低频率为9kHz,考虑到器件的频率特性这里没有选用开关进行支路选择,而是通过低频特性较好的二极管来控制支路选择,控制电路上放置大电感LC滤波电路来滤除控制电平对射频信号的干扰;通过选用低插入损耗的二极管可以实现射频前端的低插入损耗,衰减模块的无源器件具有好的线性度,放大模块选用高线性度的放大器,因此使接收机具有好的线性度。

3)基于直接采样的接收机射频前端处理电路扫描速度快:射频前端各个模块均采用开关来控制支路选择,提高扫描速度。衰减模块和放大模块使用二极管作为开关,预选滤波器组采用开关方式来实现通道的快速切换,从而提高了接收机的扫描速度。

附图说明

图1是传统的一种直接采样的短波接收机方案框图;

图2是本发明的直接采样方式的接收机射频前端结构框图;

图3是本发明的可控衰减电路图;

图4是本发明的放大控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:

本发明的控制电路为现有电路结构,其可采用控制芯片予以实现,用来产生控制信号。

图3是本发明的可控衰减电路图。

本发明的一种可控衰减电路包括并联连接的衰减支路和直流支路;所述衰减支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制衰减支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

本发明的该可控衰减电路结构简单,只需要在控制电路的作用下来控制衰减支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号衰减还是直通。当衰减电路的输入信号为9kHz的频率较低信号,考虑到器件的频率特性本发明没有选用开关进行支路选择,而是通过低频特性较好的二极管来控制支路选择。其中,控制电路上还设置大电感LC滤波电路来滤除控制电平对射频信号的干扰。

其中,控制电路为现有电路结构,其可采用控制芯片予以实现,用来产生控制信号。

进一步地,所述控制电路输出第一控制电平和第二控制电平;所述衰减支路包括衰减电阻,所述衰减电阻的两端分别与第一二极管和第二二极管的阳极相连;所述直流支路包括第一电容,所述第一电容的两端分别与第三二极管和第四二极管的阳极相连;所述第一二极管和第二二极管的阴极均第一控制电平相连;所述第三二极管和第四二极管的阴极均第二控制电平相连。

如图3所示的可控衰减电路的工作原理为:

信号输入后经隔直电容C1然后选择走衰减支路还是直通支路,走哪一条支路由控制电平决定,若控制电平1为高电平,控制电平2为负电平,二极管V1阳极为正电平,负极接地,二极管V1导通,二极管V2阳极为正电平,负极接地,二极管V2导通衰减支路导通;二极管V3阳极为负电平,负极接地,二极管V3截止,二极管V4阳极为负电平,负极接地,二极管V4截止,直通支路截止。同理,若控制电平1为低电平,控制电平2为高电平,则衰减支路截止,直通支路导通。通过控制电平1和控制电平2来控制信号选择衰减通路还是直通通路。C11、C12、C13均为隔直电容,用于隔除直流电压。衰减支路中通过电阻搭建的衰减器来实现对信号的定量衰减,通过改变电阻阻值可以实现不同量的衰减。

本发明的该衰减电路利用分别衰减电阻和电容来构成衰减支路和直流支路,分别在这些支路的两端设置二极管,使得在控制电路输出的控制电平来控制衰减支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号衰减还是直通,实现衰减或直通任意选择,最终满足对输入信号预处理的多种需求。

图4是本发明的放大控制电路图。

本发明的一种放大控制电路,包括并联连接的放大支路和直流支路;所述放大支路和直流支路分别与控制电路相连,控制电路用于控制放大支路和直流支路这两条支路中一条支路导通,另一条支路断开。

本发明的该放大控制电路结构简单,只需要在控制电路的作用下来控制放大支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号放大还是直通,实现放大或直通任意选择,最终满足对输入信号预处理的多种需求。

进一步地,所述控制电路输出第三控制电平和第四控制电平;所述放大支路包括放大器,所述放大器的两端分别与第五二极管和第六二极管的阳极相连;所述直流支路包括第二电容,所述第一电容的两端分别与第七二极管和第八二极管的阳极相连;所述第五二极管和第六二极管的阴极均第三控制电平相连;所述第七二极管和第八二极管的阴极均第四控制电平相连。

如图4所示的放大控制电路的工作原理为:

信号输入后经隔直电容然后选择走放大支路还是直通支路,走哪一条支路由控制电平决定,若控制电平3为高电平,控制电平4为负电平,二极管V5阳极为正电平,负极接地,二极管V5导通,二极管V6阳极为正电平,负极接地,二极管V6导通放大支路导通;二极管V7阳极为负电平,负极接地,二极管V8截止,二极管V8阳极为负电平,负极接地,二极管V8截止,直通支路截止。同理,若控制电平3为低电平,控制电平4为高电平,则放大支路截止,直通支路导通。通过控制电平3和控制电平4来控制信号选择放大通路还是直通通路。C21、C22、C23均为隔直电容,用于隔除直流电压。

本发明的该放大控制电路结构简单,只需要在控制电路的作用下来控制放大支路和直流支路中的任一条支路导通来实现信号放大还是直通,实现放大或直通任意选择,最终满足对输入信号预处理的多种需求。

图2是本发明的直接采样方式的接收机射频前端结构框图。如图2所示的一种基于直接采样的接收机射频前端处理电路,包括控制电路,所述控制电路分别与通道选择模块、衰减模块、预选滤波组模块和放大模块相连。

其中,通道选择模块,其接收射频信号和自检信号,并在所述控制电路产生的控制电平作用下,选择射频信号或自检信号输出;

衰减模块,其用于在所述控制电路产生的控制电平作用下,对通道选择模块输出的信号进行定量衰减;

所述预选滤波组模块包含一个方阵形式通道的开关滤波器组,用于接收所述控制电路产生的控制电平来选择相应频段的滤波通道,从而实现对定量衰减后的信号的预选滤波;

放大模块,其用于在所述控制电路产生的控制电平作用下,对预选滤波的信号进行定量放大并输出。

本发明通过可控衰减-可控放大的组合,可以大大增加射频前端对接收信号的功率处理能力,从而可以满足较宽的功率输入,使接收机具有大的动态范围。当输入信号功率较大时可以通过衰减模块先对信号进行一定量的衰减,这样可以提高接收机能处理的最大信号功率;当输入信号功率较小时可以是衰减模块工作在直通状态,尽量减小接收信号的功率损耗从而使后级电路能够正常工作。

优选地,射频信号为9kHz~32MHz。

优选地,通道选择模块为继电器或二选一数字选择器。

衰减模块由至少一级可控衰减电路串联组成。本实施例中衰减模块选用由两级级可控衰减电路串联组成,分别可以实现10dB和20dB的衰减,以10dB衰减为例,具体实现方法如图3所示:

控制电路输出第一控制电平和第二控制电平;可控衰减电路包括并联连接的衰减支路和直流支路;所述衰减支路包括衰减电阻,所述衰减电阻的两端分别与第一二极管和第二二极管的阳极相连;所述直流支路包括第一电容,所述第一电容的两端分别与第三二极管和第四二极管的阳极相连;所述第一二极管和第二二极管的阴极均第一控制电平相连;所述第三二极管和第四二极管的阴极均第二控制电平相连。

可控衰减电路的工作原理为:

信号输入后经隔直电容C1然后选择走衰减支路还是直通支路,走哪一条支路由控制电平决定,若控制电平1为高电平,控制电平2为负电平,二极管V1阳极为正电平,负极接地,二极管V1导通,二极管V2阳极为正电平,负极接地,二极管V2导通衰减支路导通;二极管V3阳极为负电平,负极接地,二极管V3截止,二极管V4阳极为负电平,负极接地,二极管V4截止,直通支路截止。同理,若控制电平1为低电平,控制电平2为高电平,则衰减支路截止,直通支路导通。通过控制电平1和控制电平2来控制信号选择衰减通路还是直通通路。C11、C12、C13均为隔直电容,用于隔除直流电压。衰减支路中通过电阻搭建的衰减器来实现对信号的定量衰减,通过改变电阻阻值可以实现不同量的衰减。

本发明可接收分析9kHz的频率较低信号且具有高线性度和低插入损耗,由于接收的信号最低频率为9kHz,考虑到器件的频率特性这里没有选用开关进行支路选择,而是通过低频特性较好的二极管来控制支路选择,控制电路上放置大电感LC滤波电路来滤除控制电平对射频信号的干扰。

其中,放大模块包含至少一级放大控制电路。本实施例以放大模块包含两级放大控制电路为例,每级放大控制电路包含两条支路,一条支路对信号直通,另一支路对信号产生一定量的放大,由控制电路产生控制电平3和控制电平4根据输入信号的功率大小来控制信号走哪一条支路。具体实现方法如图4所示:

所述放大控制电路包括:包括并联连接的放大支路和直通支路;

并联连接的放大支路和直流支路;所述的放大支路包括放大器,所述放大器的两端分别与第五二极管和第六二极管的阳极相连;所述直流支路包括第二电容,所述第一电容的两端分别与第七二极管和第八二极管的阳极相连;所述第五二极管和第六二极管的阴极均第三控制电平相连;所述第七二极管和第八二极管的阴极均第四控制电平相连。

放大控制电路的工作原理为:

信号输入后经隔直电容然后选择走放大支路还是直通支路,走哪一条支路由控制电平决定,若控制电平3为高电平,控制电平4为负电平,二极管V5阳极为正电平,负极接地,二极管V5导通,二极管V6阳极为正电平,负极接地,二极管V6导通放大支路导通;二极管V7阳极为负电平,负极接地,二极管V8截止,二极管V8阳极为负电平,负极接地,二极管V8截止,直通支路截止。同理,若控制电平3为低电平,控制电平4为高电平,则放大支路截止,直通支路导通。通过控制电平3和控制电平4来控制信号选择放大通路还是直通通路。C21、C22、C23均为隔直电容,用于隔除直流电压。

该接收机射频前端处理电路还包括串联连接的低通滤波模块和AD采样模块,所述低通滤波模块的输出端与放大模块的输出端相连。本发明的低通滤波模块对经放大处理的信号进行滤波,滤除干扰信号后送入AD采样。在经过低通滤波后可对信号直接进行AD采样,这不同于包含变频模块的方案,由于不包含变频模块也就消除了镜像频率的干扰,也不存在本振泄露、直流漂移等问题,且结构简单省去了本振模块的设计调试,大大简化了射频前端的结构。

本发明的一种接收机,包括如图2所示的基于直接采样的接收机射频前端处理电路。接收机的其他结构均与现有的接收机结构相同,此处将不再累述。

接收机还包括DDS自检产生模块,所述DDS自检产生模块用于产生自检信号并输入至通道选择模块。

本发明的9kHz~32MHz直接采样的接收机射频前端处理方案,射频信号经过通道选择、衰减模块、预选滤波组、放大模块、低通滤波后,直接进入AD采样芯片进行数字化处理,进而实现本接收机的中频全景、射频全景、视频全景及解调分析等功能。

本发明的控制电路可以通过FPGA来实现控制电压的提供。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

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