专利名称：一种数字光纤直放站接入端变频模块的制作方法
技术领域：
本实用新型属于移动通信领域，尤其涉及一种数字光纤直放站接入端变频模块。
背景技术：
当前，传输误码率低、传输带宽大、高速率、大容量的通信系统已成为发展的趋势， 在宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)通信系统中，数字光纤直放站作为新型的网络优化设备，既可以适应主设备厂家分布式基站的需要，又能够完全脱离基站厂家，灵活配置，以扩大产品的应用范围。由于模拟信号与数字信号的转换频率一般较低，因此，要实现数字化的光纤直放站，必须通过变频模块来实现射频信号与中频信号的相互转换，同时，整个直放站还需要一个高稳定的系统时钟。传统的数字光纤直放站接入端结构如图1所示，参照图1可以看出，其采用了金属双工器与上下行变频器分开设计、封装的方式，且由于考虑到系统时钟与变频器容易相互干扰，二者也分开设计，因此，使得整个直放站占用整机空间大、制造成本高、生产效率低。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种数字光纤直放站接入端变频模块，旨在解决现有的数字光纤直放站占用整机空间大且制造成本高的问题。本实用新型是这样实现的，一种数字光纤直放站接入端变频模块，所述变频模块为四层板的印刷电路PCB板，其中，所述PCB板的第一层用于射频和数字电路的主要布线， 包括介质双工器；与介质双工器连接的下行信号放大器和上行信号放大器；分别与所述下行信号放大器和所述上行信号放大器连接的本振及系统时钟电路；分别与所述下行信号放大器和所述上行信号放大器连接的上/下行变频控制电路；第二层为接地板；第三层用于电源及低频信号的布线，包括为所述变频模块供电的电源转换电路；第四层为GND层。进一步地，所述PCB板采用独立的腔体分别对所述介质双工器、所述上行信号放大器、所述下行信号放大器和所述本振及系统时钟电路进行隔离。更进一步地，所述PCB板位于铝制盒体内。更进一步地，所述下行信号放大器与所述介质双工器连接，包括下行射频信号放大电路、混频器和下行中频信号放大电路，所述混频器连接所述下行射频信号放大电路的输出端和所述下行中频信号放大电路的输入端；所述上行信号放大器与所述介质双工器连接，包括上行中频信号放大电路、混频器和上行射频信号放大电路，所述混频器连接所述上行中频信号放大电路的输出端和所述上行射频信号放大电路的输入端。更进一步地，所述射频信号放大电路包括第一自动电平控制ALC芯片、第一放大管和第一数控衰减芯片，所述第一放大管连接所述第一 ALC芯片的输出端和所述第一数控衰减芯片的输入端；所述混频器包括第一滤波器、第一混频管和LC滤波器，所述第一混频管连接所述第一滤波器的输出端和所述LC滤波器的输入端；所述下行中频信号包括第二放大管。更进一步地，所述上行中频信号放大电路包括第二 ALC芯片和第三放大管，所述第二 ALC芯片的输出端与所述第三放大管的输入端连接；所述上行射频信号放大电路包括第二滤波器、第四放大管、第二数控衰减芯片、第三滤波器和第五放大管，所述第四放大管连接所述第二滤波器的输出端和所述第二数控衰减芯片的输入端，所述第三滤波器连接所述第二数控衰减芯片的输出端和所述第五放大管的输入端。更进一步地，所述本振及系统时钟电路包括第六放大管，以及与所述第六放大管连接的上行本振电路、下行本振电路和系统时钟产生电路。更进一步地，所述上/下行变频控制电路包括微控制器，以及与所述微控制器连接的存储器、通信接口和温度检测电路。更进一步地，所述上/下行变频控制电路分别连接所述第一数控衰减芯片和所述第二数控衰减芯片。更进一步地，所述变频模块还包括功率检测电路，所述功率检测电路分别与所述下行信号放大器的输入端、输出端和所述上行信号放大器的输出端连接。本实用新型实施例基于锁相环频率合成，在一个变频模块中整合了上下行变频器、系统时钟电路以及介质双工器，在高集成度及低成本控制的前提下，该变频模块具有高隔离度、高稳定度以及低相位噪声的特点。
图1是现有技术提供的数字光纤直放站接入端的结构图；图2是本实用新型提供的数字光纤直放站接入端变频模块的内部结构图；图3是本实用新型提供的数字光纤直放站接入端变频模块下行信号放大电路的具体结构图；图4是本实用新型提供的数字光纤直放站接入端变频模块上行信号放大电路的具体结构图；图5是本实用新型提供的数字光纤直放站接入端变频模块本振以及系统时钟电路的具体结构图；图6是本实用新型提供的数字光纤直放站接入端变频模块上/下行变频控制电路的具体结构图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例基于锁相环频率合成，在一个变频模块中整合了上下行变频器、系统时钟电路以及介质双工器，在高集成度及低成本控制的前提下，该变频模块具有高隔离度、高稳定度以及低相位噪声的特点。该数字光纤直放站接入端变频模块位于一个铝制盒体内，其内部结构基于四层板设计的印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)实现，使模块的EMC及信号完整性更好。 其PCB板材可以采用FR-4，板厚1. 2mm。其中，第一层，即顶层，主要用于射频布线和数字电路的主要布线，集中了变频模块的大部分功能模块电路，包括介质双工器、下行信号放大器、上行信号放大器、本振以及系统时钟电路和上/下行变频控制电路；第二层为接地板； 第三层主要用于电源及个别低频信号线的布线，包括的功能模块电路有电源转换电路；第四层，即底层，为GND层。在本实用新型实施例中，为了防止电路通过空间形成正反馈，以及为了防止数字电路与射频信号的干扰，整个PCB板采用独立的腔体对上述功能模块电路进行隔离。例如 对本振电路、上行信号放大器及下行信号放大器单独用一个腔与其它电路进行隔离。在本实用新型实施例中，封装PCB板的铝制盒体通过4个螺钉再固定到机箱内的腔体中，共4个接口，3个SMA接口分别作为射频信号输入、中频信号的输出以及系统时钟的输出，1个N接口作为上行通道以及下行通道的公用接口。单片机的六针ISP编程插槽、485 通信接口以及控制电位器旋钮在盒体盖板上开口，在盒体的侧面放置电源的穿心电容和接线柱。图2示出了本实用新型实施例提供的数字光纤直放站接入端变频模块的内部结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。参照图2，该数字光纤直放站接入端变频模块包括介质双工器21、下行信号放大器22、上行信号放大器23、本振以及系统时钟电路M、上/下行变频控制电路25及电源转换电路26，下面对上述变频模块组成部分进行详细描述介质双工器21，其作用是将发射信号和接收信号相隔离，以保证接收工作和发射工作都正常进行。在本实用新型实施例中，采用的介质双工器相比于常用的金属双工器，具有体积小，隔离度高，成本低的特点。下行信号放大器22，与介质双工器21连接，其通过接收来自施主端的基站下行信号并进行混频放大，从而输出放大的下行中频信号。该下行信号放大器22包括了下行射频信号放大电路221、混频器222以及下行中频信号放大电路223，其中，下行射频信号放大电路221的输出端与混频器222的输入端连接，混频器222的输出端与下行中频信号放大电路223的输入端连接，其具体的电路结构如图3所示。参照图3，在下行射频信号放大器221中，自动电平控制(Automatic Level Control, ALC)芯片2211的输出端与第一放大管2212的输入端连接，第一放大管2212的输出端与第一数控衰减芯片2213的输入端连接，其中第一 ALC芯片2211接收来自施主端的下行射频信号，并通过ALC控制电平调整电路和ALC控制电路对输入的下行射频信号进行自动电平控制，使得不论输入信号强弱如何，均能将其控制在直放站的最大增益范围内。作为本实用新型的一个实现示例，第一 ALC 芯片2211可以采用Avago公司的HSMP-3816，该芯片能够实现30dB的压控衰减范围，而ALC 控制电路可以采用IiC904实现，具有结构简单、成本低的特点。第一放大管2212用于对输入的下行射频信号进行第一级放大。作为本实用新型的一个实现示例，第一放大管2212可以通过WJ公司的AG604实现，该管具有ISdB的增益。通过第一放大管2212输出的下行射频信号由第一数控衰减芯片2213进行增益调離
iF. ο在混频器222中，第一滤波器2221的输出端与第一混频管2222的输入端连接，第一混频管2222的输出端与LC滤波器2223的输入端连接，其中，第一混频管2222可以采用 HITTITE公司的HMC304，其典型性能指标如下带宽1700MHz至3000MHz，在WCDMA频率插损9dB左右，IPC典型值为30dBm，L-R隔离度41dB，L-I隔离度为17dB。该款混频管具有成本低的特点。通过混频管2222将下行射频信号转换为下行中频信号后，通过LC滤波器2223滤出中频以外的杂波信号。在下行中频信号放大电路223中，具体可通过第二放大管来实现，其在下行信号放大器中起到第二级信号放大的作用，可以使用PREWELL公司的高增益管PW118，其典型性能指标如下增益29dB, PldB为20. 8dBm以及0IP3为40dBm。作为本实用新型的一个实施例，通过在下行信号放大器22的输入端和输出端增加功率检测电路224，对输入的下行射频信号及输出的下行中频信号进行功率检测。该功率检测电路224可以采用均值检波器件AD8362，其检测频率范围为50Hz至2. 7GHz，因此，从中频到射频的很大范围内都可以使用该器件，且其检测的功率动态范围从_52dBm至8dBm。上行信号放大器23，与介质双工器21连接，其将输入的上行中频信号混频放大为上行射频信号，并通过施主端输出。该上行信号放大器23具体包括了上行中频信号放大电路231、混频器232和上行射频放大信号电路233，其中，上行中频信号放大电路231的输出端与混频器232的输入端连接，混频器232的输出端与上行射频信号放大电路232的输入端连接，其具体的电路结构如图4所示。参照图4，在上行中频信号放大电路231中，第二ALC芯片2311的输出端与第三放大管2312的输入端连接，第二 ALC芯片2311接收输入的上行中频信号，并通过ALC控制电平调整电路和ALC控制电路对输入的上行中频信号进行自动电平控制。作为本实用新型的一个实施例，第二 ALC芯片2211可以使用Avago公司的HSMP-3816。第三放大管2312用于对输入的上行中频信号进行第一级放大。作为本实用新型的一个实现示例，第三放大管 2312可以通过WJ公司的AG602实现，该管具有14. 5dB的增益，在单音输出2dBm时，PldB 为18. 6dBm, 0IP3达到33. 8dBm，且该管具有低成本的优势。第二滤波器2331和第三滤波器2334通过两级射频滤波器对混频器232的本振泄露以及交调产物进行滤出。第二滤波器2331的输出端与第四放大管2332的输入端连接，第四放大管2332的输出端与第二数控衰减芯片2333的输入端连接，第二数控衰减芯片 2333的输出端与第三滤波器2334的输入端连接，第三滤波器2334的输出端连接第五放大管2335，从而输出上行射频信号。本振以及系统时钟电路M采用的是频率合成器与分立压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VC0)的方案，参考信号可以采用大普公司30. 72MHz的TCX0，其相位噪声为-130dBc/HZ@lKHZ。本振以及系统时钟电路M的具体结构如图5所示，其中第六放大管241的输入端为选择的参考信号，该管可以使用NEC公司的2SCS3356， 其典型技术指标噪声系数为2. OdB，增益11. 5dB，反向电容1. OpF，截止频率7GHz。[0050]上行本振电路242和下行本振电路M3的电路结构相同，包括与第六放大管241 的输出端连接的频率合成器，与频率合成器的输出端连接的环路滤波器以及与环路滤波器的输出端连接的VC0。其中，频率合成器可以使用Analog公司的ADF4153，其典型的性能指标如下小数分频，频率高达4GHz，2. 7V-3. 3V供电，充电泵单独供电且充电电流可调，底部相位噪声为-213dBc/Hz。VCO可以采用河北博威的MVC01845和MVC02045，其典型性能指标如下供电5V，调谐电压0. 5V-4. 5V，调谐灵敏度15MHz/V和15MHz/V，推频系数2MHz/ V(5V士0. 25V) ,MVCO1845 的相位噪声-106dBc/Hz@10KHz，-127dBc/Hz@100KHz，MVC02045 的相位噪-105dBc/Hz@10KHz，-125dBc/Hzil00KHzo在本实用新型实施例中，在频率合成的实现方法上，采用了锁相环频率合成法，能够获得较好的相位噪声，且成本低，电路简单，可靠性高，生产效率高，更加适合进行规模化生产。在本实用新型实施例中，由上行本振电路242和下行本振电路243输出的本振信号分别输入上、下行信号放大器中的混频器进行混频。系统时钟产生电路244则由锁相环产生，其包括了与第六放大管Ml的输出端连接的频率合成器M41，与频率合成器M41的输出端连接的环路滤波器2442，以及与环路滤波器M42的输出端连接的压控晶振M43。频率合成器M41可以采用AD公司的ADF4118， 这是一款整数分频器，其典型供电电压为3. 3V，底部相位噪声为-170dBc/HZ@25KHZ。压控晶振M43可以采用大普公司的V936-B611，其典型供电电压为3. 3V，其相位噪声-IOOdBc/ HzilOOHz, -128dBc/HzilKHz, -135dBc/Hzil0KHzo上/下行变频控制电路25的具体结构如图6所示，由微控制器251及其外围电路组成，包括存储器252，其可以采用24C16实现；通信接口 253，可以采用MAX485实现，为对变频模块外部环境的通信接口 ；温度检测电路254，用于实时检测变频模块的温度。在本实用新型实施例中，上/下行变频控制电路25输出的控制信号分别输入上/ 下行信号放大器的数控衰减芯片，及接收来自功率检测电路的信号。电源转换电路沈的供电电压为9V，采用传统的LM7805，具有可靠性好，纹波小，杂散信号小等特点。本实用新型实施例基于锁相环频率合成，在一个变频模块中整合了上下行变频器、系统时钟电路以及介质双工器，使得该变频模块具有高隔离度、高稳定度以及低相位噪声的特点，减小了数字光纤直放站的整机占用空间，降低了生产成本，提高了生产效率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种数字光纤直放站接入端变频模块，其特征在于，所述变频模块为四层板的印刷电路PCB板，其中，所述PCB板的第一层用于射频和数字电路的主要布线，包括介质双工器；与介质双工器连接的下行信号放大器和上行信号放大器；分别与所述下行信号放大器和所述上行信号放大器连接的本振及系统时钟电路；分别与所述下行信号放大器和所述上行信号放大器连接的上/下行变频控制电路；第二层为接地板；第三层用于电源及低频信号的布线，包括为所述变频模块供电的电源转换电路；第四层为GND层。
2.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述PCB板采用独立的腔体分别对所述介质双工器、所述上行信号放大器、所述下行信号放大器和所述本振及系统时钟电路进行隔1 °
3.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述PCB板位于铝制盒体内。
4.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述下行信号放大器与所述介质双工器连接，包括下行射频信号放大电路、混频器和下行中频信号放大电路，所述混频器连接所述下行射频信号放大电路的输出端和所述下行中频信号放大电路的输入端；所述上行信号放大器与所述介质双工器连接，包括上行中频信号放大电路、混频器和上行射频信号放大电路，所述混频器连接所述上行中频信号放大电路的输出端和所述上行射频信号放大电路的输入端。
5.如权利要求4所述的变频模块，其特征在于，所述射频信号放大电路包括第一自动电平控制ALC芯片、第一放大管和第一数控衰减芯片，所述第一放大管连接所述第一 ALC芯片的输出端和所述第一数控衰减芯片的输入端；所述混频器包括第一滤波器、第一混频管和LC滤波器，所述第一混频管连接所述第一滤波器的输出端和所述LC滤波器的输入端；所述下行中频信号包括第二放大管。
6.如权利要求5所述的变频模块，其特征在于，所述上行中频信号放大电路包括第二 ALC芯片和第三放大管，所述第二 ALC芯片的输出端与所述第三放大管的输入端连接；所述上行射频信号放大电路包括第二滤波器、第四放大管、第二数控衰减芯片、第三滤波器和第五放大管，所述第四放大管连接所述第二滤波器的输出端和所述第二数控衰减芯片的输入端，所述第三滤波器连接所述第二数控衰减芯片的输出端和所述第五放大管的输入端。
7.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述本振及系统时钟电路包括第六放大管，以及与所述第六放大管连接的上行本振电路、下行本振电路和系统时钟产生电路。
8.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述上/下行变频控制电路包括微控制器，以及与所述微控制器连接的存储器、通信接口和温度检测电路。
9.如权利要求5或6所述的变频模块，其特征在于，所述上/下行变频控制电路分别连接所述第一数控衰减芯片和所述第二数控衰减芯片。
10.如权利要求1所述的变频模块，其特征在于，所述变频模块还包括功率检测电路， 所述功率检测电路分别与所述下行信号放大器的输入端、输出端和所述上行信号放大器的输出端连接。
专利摘要本实用新型适用于移动通信领域，提供了一种数字光纤直放站接入端变频模块，所述变频模块为四层板的印刷电路PCB板，其中，第一层用于射频和数字电路的主要布线，包括介质双工器；与介质双工器连接的下行信号放大器和上行信号放大器；分别与所述下行信号放大器和所述上行信号放大器连接的本振及系统时钟电路和上/下行变频控制电路；第二层为接地板；第三层用于电源及低频信号的布线，包括为所述变频模块供电的电源转换电路；第四层为GND层。本实用新型基于锁相环频率合成，在一个变频模块中整合了上下行变频器、系统时钟电路以及介质双工器，在高集成度及低成本控制的前提下，该变频模块具有高隔离度、高稳定度以及低相位噪声的特点。
文档编号H03L7/18GK202143071SQ20112014624
公开日2012年2月8日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者廖向前, 曾祥波 申请人:深圳国人通信有限公司