专利名称：一种可编程的射频下变频装置的制作方法
技术领域：
本发明具体涉及一种可编程的射频下变频装置，属于通信领域。
背景技术：
在无线通信中，经常要实现射频信号到中频信号的变换。传统的下变频装置釆用大量模 拟器件搭建而成，存在抗干扰能力差、可靠性低等缺点，且体积较大，能耗明显，配置后只 能实现特定频率的下变频。这些都使其在进一步的应用中受到局限。
随着科技的发展进步，射频下变频装置的技术不断得到更新并日趋成熟。现在，国内外 实现数字下变频器主要有三种途径
(1) 采用已有的专用芯片；
(2) 自主研制专用芯片；
(3) 用DSP或FPGA器件自建平台实现。
在高采样速率的系统中，这三种方法显示出各自的弊端。商用专用芯片要求处理的数据 速率较低，且价格昂贵、灵活性不强；自主研制专用芯片，由于成本过高和国内技术条件的 限制，在小规模的研发生产中几乎是不可能的；目前，随着DSP器件和FPGA器件技术的 发展，自建平台实现数字下变频器成为了可能，但对于小规模的应用，这样难免又增加了设 计的复杂度和成本，显得大材小用。 发明 内 容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提出一种低成本、可编程的射频下变频装置， 所述的变频装置利用可编程器件FPGA (Field-Programmable Gate Array)和TDM (Time Division Multiplex and Multiplexer)数字调谐器芯片来实现射频到中频的下变 频操作。变频装置能够实现51MHz-858MHz信号的下变频，装置内集成了高性能的本地振 荡器、SAW (Surface Acoustic Wave)滤波器，输出端通过滤波后差分输出中频信号， 并在输出之外设置了 AGC (Automatic Generation Control)补偿装置和外部滤波电路， 大大改善了信号性能。
一种可编程的射频下变频装置，包括FPGA、 PROM、 TDM数字调谐器芯片、AGC模 块和外部滤波模块；外部时钟为FPGA、 PROM和TDM数字调谐器芯片提供其工作时需要 的时钟；
PROM内部储存设置好的为FPGA进行配置的程序，PROM与FPGA通过串行或总线 方式连接；上电后，PROM将内部储存的配置程序下载到FPGA的SDRAM中，FPGA才艮据SDRAM中的程序完成上电初始化、硬件资源分配、引脚定义，使FPGA实现对TDM数 字调谐器模块进行控制的功能；在每次重新上电后PROM中的配置程序将重新下载到FPGA 的SDRAM中再次对FPGA进行配置；
FPGA与TDM数字调谐芯片通过I2C总线连接；经过配置完成的FPGA通过I2C总线 将产生的控制信号传送给TDM数字调谐芯片，对其进行控制；
TDM数字调谐器芯片内部集成了本地振荡器和低、中、高三个频段的内部SAW滤波器； FPGA通过I2C总线配置TDM数字调谐器芯片，TDM数字调谐器芯片接收由FPGA传输过 来的控制信号，初始化内部的本地振荡器，根据输入射频信号的频率范围，对低、中、高三 个频段的内部SAW滤波器迸行选择，使其与输入射频信号的频率范围相适应；将需要转换 的射频信号输入到TDM数字调谐器芯片，射频输入信号与高性能本地振荡器产生的稳定的、 低相位噪声的本振信号进行混频，混频后得到中频信号；SAW滤波器将混频后得到的中频信 号中的有用成分选出，对无用信号进行衰减和滤除;从而完成了射频输入的下变频变换，SAW 滤波器差分输出滤波后的中频信号，中频信号输出至AGC模块和外部滤波模块；
AGC模块通过引脚与TDM调谐器模块连接;在TDM调谐器的引脚处提供一个恒流源， AGC模块接收到TDM数字调谐器芯片输出的中频信号反馈后，完成对射频输入信号及混频 后中频信号的限幅或者补偿处理；经AGC模块自动增益补偿后将得到的信号经过TDM数字 调谐器芯片输出给外部滤波模块；
外部滤波模块对TDM数字调谐芯片输出的中频信号进行有源滤波，最后得到中频输出。
本发明的优点在于
(1) 该装置成本低。所选用的TDM数字调谐芯片型号为飞利浦TDM1316AL/IHP， 该芯片广泛应用于电视机射频接收，市场上容易寻找、价格便宜；
(2) 该装置的信号输出性能高。增加的AGC自动增益控制模块和外部滤波模块，保证 了信号输出的优良性；
(3) 本发明所述装置以较低的成本、灵活的方法，实现了射频下变频变换。本发明最大 的特点就是采用了专用芯片模块和FPGA编程器件相结合，从而结合了专用芯片功能强大、 性能稳定和FPGA编程灵活性的优点于一身。
图1是本发明的一种可编程的射频下变频装置结构示意图； 图2是本发明实施例中AGC模块的电路图； 图3是本发明实施例中外部滤波模块的电路图。 图中
1-FPGA 2-PROM 3-TDM数字调谐器芯片 4-AGC模块5-外部滤波4莫块6-三极管BG,7-三极管^528-电容C
9-电阻《10-电容q11-电阻及212-电容<:6
13-三极管恥514-电阻/ 315-电阻i n16-电阻4
17-外部时钟18-三极管5G319-电阻/ 420-电阻i 5
22-电阻及723-电阻7 824-电阻&
25-电阻《026-电容q27-电容&28-电容Cs
29-三极管5G,30-二极管八31-二极管A
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种可编程的射频下变频装置，如图1所示，包括外部时钟17、 FPGA1、 PROM2、TDM数字调谐器芯片3、 AGC模块4和外部滤波，莫块5。外部时钟17为FPGA1、 PROM2和TDM数字调谐器芯片3提供其工作时需要的时钟。
PROM2内部储存设置好的为FPGA1进行配置的程序，PROM2与FPGA1通过串行或 总线方式连接。上电后，PROM2将内部储存的配置程序下载到FPGA1的SDRAM (Synchronized Dynamic Random Access Memoiy，同步动态随机存取存储器)中，下 载到SDRAM中的程序决定了 FPGA1内部各个硬件资源的利用情况。FPGA1根据SDRAM 中的程序完成上电初始化、硬件资源分配、弓l脚定义等配置，使FPGA1实现对TDM数字 调谐器模块3进行控制的功能。因为SDRAM的掉电易失性，所以要将FPGA1的配置程序 事先写入PROM2中，以防止掉电后配置程序的丢失，在每次重新上电后PROM2中的配置 程序将重新下载到FPGA1的SDRAM中再次对FPGA1进行配置。
FPGA1与TDM数字调谐芯片3通过I2C总线连接。经过配置完成的FPGAl通过I2C 总线将产生的控制信号传送给TDM数字调谐芯片3，对其进行控制。这主要包括控制TDM 数字调谐芯片3内部PLL (Phase Locked Loop,锁相环)输出的本振频率，内部工作电流 大小和内部滤波器的选择。
TDM数字调谐器芯片3内部集成了高性能本地振荡器和低、中、高三个频段的内部SAW (Surface Acoustic Wave,声表面波)滤波器。FPGAl通过I2C总线配置TDM数字调谐 器芯片3, TDM数字调谐器芯片3接收由FPGAl传输过来的控制信号，初始化内部的本地 振荡器，根据输入射频信号的频率范围，对低、中、高三个频段的内部SAW滤波器进行选 择，使其与输入射频信号的频率范围相适应。
将需要转换的射频信号输入到TDM数字调谐器芯片3，射频输入信号与高性能本地振 荡器产生的稳定的、低相位噪声的本振信号进行混频，混频后得到中频信号；SAW滤波器将 混频后得到的中频信号中的有用成分选出，对无用信号进行衰减和滤除。从而完成了射频输入的下变频变换，SAW滤波器差分输出滤波后的中频信号，中频信号输出至AGC模块4和外部滤波模块5。
AGC模块4通过引脚与TDM调谐器模块3连接，在TDM调谐器的引脚5处提供一个恒流源，AGC模块4接收到TDM数字调谐器芯片3输出的中频信号反馈后，完成对射频输入信号及混频后中频信号的限幅或者补偿处理。经AGC模块4自动增益补偿后将得到的信号经过TDM数字调谐器芯片3输出给外部滤波模块5。
外部滤波模块5对TDM数字调谐芯片3输出的中频信号进行有源滤波，进一步优化输
出的中频信号，最后得到中频输出。
通过更改PROM2中为FPGA配置1的程序，使FPGA1对TDM数字调谐器芯片3发送不同的控制信号，调整TDM数字调谐器芯片3内部本地振荡器的输出频率和不同SAW滤波器的选择，即可实现所述装置的射频输入范围工作在51MHz-858MHz。
实施例FPGA1选用XILINX公司SPARTAN系列的XC2S15，PROM2选用与FPGA1搭配的XILINX公司XC18V00系列的XC18V512, TDM数字调谐器芯片3选用飞利浦TDM 1316AL/IHP芯片。
如图2所示，为本发明的一种AGC模块4的实现电路，包括控制电路和检波电路，所述的控制电路为，三极管5^6与电阻^9、电容C,8构成共射极放大电路，将电流L^放大。三极管￡&7与电阻及,9、电阻All、电容q 10构成共基极放大电路，可以在很宽的频带工作。电容C,8两端连接+5V电源，用于给AGC模块4供电，电容q8与三极管BG,6连接的一端接地，电阻及211与电容(^210连接的一端接地，电阻i 3l4连接在三极管5G,6的基极，电阻^9为1000Q,电阻及2 11为IOOQ,电阻A 14为1200Q。电阻A 14另外一段连接电压的检测电路；
所述的AGC模块4中控制电压f^^的检波电路为，三极管^ 318为门管，发射极偏置电压/7￡由电阻^19，电阻/ 621分压取得，电容0:326与电阻及419并联，并且连接+5V电压，三极管^ 318集电极连接电阻^20，电阻及520另一端接地。当三极管^(7318 输入电压^小于发射极偏置电压C^，即[^<^，此时三极管^ 318由截止状态转为导通状态，在集电极输出倒相的同步脉冲，此脉冲加到由二极管A30,电容<^427组成的峰值检波器。三极管^ 429为AGC放大管，接成射极跟随器，输入阻抗高进一步提高了检波效率。电容Cs28是滤波电容。电阻尽24，电阻i ,。25是受控放大器基极偏置电阻。二极管￡>231为AGC延迟二极管。电容q26，电阻^19在三极管^^18射极引入负反馈补偿，保证检出的^4Gc不会过大。电阻及722、电阻^23分压后为三极管5&29提供射极偏置电压。
电流乙《;经三极管^^6放大后，通过三极管6<527就构成了一个宽频带的恒流源，该恒流源产生的电流经由TDM1316AL/IHP ( TDM数字调谐器芯片3)的AGC pin5脚注
6入其内部，完成AGC自动增益控制。
AGC自动增益控制是以反馈为前提条件的，其原理就是，控制电路4艮据检波电路反馈回来的AGC控制电压t/g的幅度，控制TDM1316AL/IHP内部的高频放大器和中频放大器的放大增益产生对应的变化，从而达到自动控制增益的目的，反馈回的f/^c的优劣程度直接决定了 AGC模块4的增益控制性能。
如图3所示，为本发明的一种外部滤波模块5的实现电路，该电路釆用了应用晶体三极管的有源滤波形式，三极管^Gsl3与电阻i u15、电容(7612、电阻&16构成共基极放大电路，提供了宽频带的滤波效果。TDM1316AL/IHP芯片组成的TDM数字调谐器芯片3输出的滤波后的中频信号输入到外部滤波模块5，经过滤波，最后输出中频输出。实际应用中，在条件允许的情况下，也可以选用简单的RC滤波电路。
工作过程XC18V512存储预先设定的XC2S15配置程序，XC18V512与XC2S15通过并行数据总线连接，上电后，XC2S15将XC18V512中的程序加载到自身的SDRAM中并完成初始化配置。
XC2S15通过I2C总线，依据程序的配置对TDM1316AL/IHP芯片写入不同的控制字，保证TDM1316AL/IHP选择合适的本地振荡器频率和相应的SAW滤波器，以匹配射频输入信号，从而完成对射频信号的下变频变换；其内部SAW滤波器对信号进行去噪处理，并根据控制命令输出中心频率为36.13MHz、带宽为7MHz或者8MHz的中频信号。
下变频变换后的TDM1316AL/IHP输出的中频信号可能会有增益不够和畸变的情况出现，AGC模块4和外部滤波丰莫块5对下变频的信号输出进行改善，以得到高性能的输出结果。
通过更改XC18V512中的程序，使XC2S15对TDM1316AL/IHP发送不同的控制信号，调整TDM1316AL/IHP内部本地振荡器的输出频率和不同SAW滤波器的选择，即可使该装置的射频输入范围工作在51MHz-858MHz。
权利要求
1、一种可编程的射频下变频装置，包括外部时钟，其特征在于还包括FPGA、PROM、TDM数字调谐器芯片、AGC模块和外部滤波模块；外部时钟为FPGA、PROM和TDM数字调谐器芯片提供其工作时需要的时钟；PROM内部储存设置好的为FPGA进行配置的程序，PROM与FPGA通过串行或总线方式连接；上电后，PROM将内部储存的配置程序下载到FPGA的SDRAM中，FPGA根据SDRAM中的程序完成上电初始化、硬件资源分配、引脚定义，使FPGA实现对TDM数字调谐器模块进行控制的功能；在每次重新上电后PROM中的配置程序将重新下载到FPGA的SDRAM中再次对FPGA进行配置；FPGA与TDM数字调谐芯片通过I2C总线连接；经过配置完成的FPGA通过I2C总线将产生的控制信号传送给TDM数字调谐芯片，对其进行控制；TDM数字调谐器芯片内部集成了本地振荡器和低、中、高三个频段的内部SAW滤波器；FPGA通过I2C总线配置TDM数字调谐器芯片，TDM数字调谐器芯片接收由FPGA传输过来的控制信号，初始化内部的本地振荡器，根据输入射频信号的频率范围，对低、中、高三个频段的内部SAW滤波器进行选择，使其与输入射频信号的频率范围相适应；将需要转换的射频信号输入到TDM数字调谐器芯片，射频输入信号与高性能本地振荡器产生的稳定的、低相位噪声的本振信号进行混频，混频后得到中频信号；SAW滤波器将混频后得到的中频信号中的有用成分选出，对无用信号进行衰减和滤除；从而完成了射频输入的下变频变换，SAW滤波器差分输出滤波后的中频信号，中频信号输出至AGC模块和外部滤波模块；AGC模块通过引脚与TDM调谐器模块连接；在TDM调谐器的引脚处提供一个恒流源，AGC模块接收到TDM数字调谐器芯片输出的中频信号反馈后，完成对射频输入信号及混频后中频信号的限幅或者补偿处理；经AGC模块自动增益补偿后将得到的信号经过TDM数字调谐器芯片输出给外部滤波模块；外部滤波模块对TDM数字调谐芯片输出的中频信号进行有源滤波，最后得到中频输出。
2、 根据权利要求1所述的一种可编程的射频下变频装置，其特征在于通过更改PROM中为FPGA配置的程序，使FPGA对TDM数字调谐器芯片发送不同的控制信号，调整TDM数字调谐器芯片内部本地振荡器的输出频率和不同SAW滤波器的选择，实现所述装置的射频输入范围工作在51MHz-858MHz。
全文摘要
本发明公开了一种可编程的射频下变频装置，包括外部时钟、FPGA、PROM、TDM数字调谐器芯片、AGC模块和外部滤波模块；外部时钟为FPGA、PROM和TDM数字调谐器芯片提供其工作时需要的时钟。所述的变频装置能够实现51MHz-858MHz信号的下变频，装置内集成了本地振荡器、SAW滤波器，输出端通过滤波后差分输出中频信号，并在输出之外设置了AGC补偿装置和外部滤波电路，大大改善了信号性能。所述装置具有成本低、信号输出性能高的特点，本发明最大的特点就是采用了专用芯片模块和FPGA编程器件相结合的方法，并且增加的AGC自动增益控制模块和外部滤波模块，保证了信号输出的优良性。
文档编号H04B1/16GK101640545SQ20091009059
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者孙宇明, 李署坚, 杨文慧, 王江浩 申请人:北京航空航天大学