专利名称：超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片的制作方法
技术领域：
本发明属于无线通信电子技术领域，具体涉及多模式下接收机射频前端芯片，特 别是涉及到多模式下实现可自动识别、抗干扰、高保密的射频接收机前端芯片。
背景技术：
当前无线通信领域高速发展，用户对于信息传送的保密性和抗干扰性提出了更高 的要求。多模式无线通信已经成为一种趋势，在物联网和手持设备发展迅速的今天，短距离 无线通信中频段的使用不可避免的发生冲突；作为一种集成多模式的接收机芯片，必须能 够快速的、自动的侦听和识别频段的状态，保证通信的安全性。现有的技术中普遍采用软件 定义的方法来设置接收信号的频段，但在软件定义选择模式的条件下，侦听信号频段和对 频段已被占用或有干扰做出判断较为困难，同时也不能自动完成搜索和利用空闲频段来通
fn °传统多模式无线通信接收机芯片，集成模块大多采用多个低噪声放大器、增益可 控放大器、混频器、滤波器来实现多通道，通过选择通道进行通信，芯片模块多，电路功耗 大、尺寸大、可靠性较差。
发明内容
针对当前多模式无线通信射频前端芯片抗干扰、低功耗、保密性、可靠性方面存在 的问题，本发明提供了一种全新的、基于双链路、实现自动搜索和锁定信号频段的多模式接 收机前端芯片。在多模式通信情况下，解决频段冲突或干扰存在的问题，简化芯片集成模 块，增强可靠性；使得集成的芯片具有动态可重构、超宽带、多模式、抗干扰、低功耗、面积小 的特性。本发明提出的多模式接收机前端芯片系统架构如图1所示，具体如下1)接收机前端芯片输入端通过片外宽带带通滤波器连接到天线，天线将接收到的 射频信号输入宽带带通滤波器，信号经滤波后再进入接收机前端芯片。该天线和带通滤器 是超宽带的，频带范围超过几个GHz以上，使得芯片可以同时接收到多个频段的信号，在很 宽的频带范围内达到多频段共存的目的。2)接收机前端芯片采用双链路结构，分为“工作主链路”与“侦听和识别链路”。天 线接收到的射频信号经滤波器输入芯片后，同时进入到工作主链路与侦听和识别链路。侦 听和识别链路为辅助电路，该链路对同时输入的多个频段的多种信号进行检测，并做出频 段选择和判定，然后配置主链路控制模块来控制工作主链路的工作频段。在侦听和识别链 路做出判定并且配置好主链路控制模块后，工作主链路开始工作，将对锁定频段内的信号 进行信号处理，最后由数模转换器转为数字信号，输入数字基带处理。数字基带可以对信号 进行密钥验证，反馈验证结果给侦听和识别链路处理。3)侦听和识别链路包括的模块宽带低噪声放大器、信号侦听器、频带锁定器、信 号识别器、主连路控制器，5个模块之间的架构关系如下
A、配置一个宽带低噪声放大器，该宽带低噪声放大器可以在很宽的频带上工作， 同时对多个频段上多种信号进行放大。该宽带低噪声放大器输入端连接到芯片输入端，对 片外滤波器输入到芯片的射频信号进行放大，放大后的信号输出到下一级的信号侦听器输 入端。B、配置一个信号侦听器，该侦听器对经过宽带低噪声放大器放大后的信号进行频 段搜索。采用加密的频段跳跃算法搜索多个频段，对频段上的信号侦听。当在某约定的频 段上，通过检测信号能量的大小，来判定是否为有效信号，定位出有效信号的频段位置，将 频段位置信息和射频信号输出到下一级的频带锁定器的输入端。该侦听器输入端连接到前 一级低噪声放大器的输出端，该侦听器的输出端连接到下一级频带锁定器的输入端。该信 号侦听器接收后级信号识别器和基带密钥验证结果的反馈信号，若后级信号识别器和基带 密钥验证结果的反馈“频段已经锁定”，则侦听完成；若反馈频段未锁定，侦听器继续侦听。 反馈信号由信号识别器和密钥检验结果输入到信号侦听器控制端。C、配置一个频带锁定器，该频带锁定器根据频段位置信息将指定频段外的信号滤 除，实现某频段上信号的锁定，将滤波后的射频信号和频段位置信息输出到下一级。该锁定 器的输入端连接到前一级侦听器的输出端，该锁定器的输出端连接到下一级信号识别器的 输入端。D、配置一个信号识别器，该信号识别器的输入端连接到上一级频带锁定器的输出 端，对经过前一级频带锁定器滤波后的信号进行包络检测，初步判断是干扰或是有效信号； 若判定是有效信号，则进入下一步主链路控制器；若判定是干扰信号，则反馈结果给信号侦 听器。该信号识别器的反馈输出端连接到前级信号侦听器的控制输入端。该信号识别器将 判定为有效信号的频段信息输入到主链路控制器，该输出端连接到下一级的主链路控制器 输入端。E配置一个主链路控制器，该主链路控制器根据基带输入端的信息或前一级信号 识别器判定结果，配置控制信号；然后输出控制信号，对工作主链路的各个模块工作参数进 行配置。该主链路控制器的输入端连接到前一级的信号识别器的输出端和芯片“数字基带 控制信号”输入端，该主链路的输出端连接到相对应的各个工作主链路模块的控制输入端。4)工作主链路包括的模块低噪声放大器、混频器、频率综合器、90°移相器、I/Q 两路相位/增益校准器、复数滤波器、增益可控放大器、模数转换器，11个模块之间的架构 关系A、配置一个中心频率可调的低噪声放大器，该低噪声放大器是根据侦听和识别链 路中的主链路控制器输入的控制信号，配置低噪声放大器的工作频段，该低噪声放大器的 控制端连接到相应的主链路控制器的输出端。对经过片外滤波器滤波的射频输入信号进行 低噪声的放大，该低噪声放大器的输入端连接到芯片的输入端，输出端分两路连接到下一 级两个混频器的输入端。B、配置一个频率综合器，根据控制端输入信号来配置产生混频器所需的时钟，该 频率综合器的控制输入端连接到相应的主链路控制器输出端。频率综合器的输出时钟，一 路信号直接输入混频器I的本振输入端；另一路输入到90°移相器。另外，频率综合器有 一路时钟输出到后级的数模转换器的工作时钟输入端。C、配置一个90°移相器，该90°移相器对输入时钟移相90°，由频率综合器输入移相钟，输出端连接到混频器Q的本振输入端。D、配置I/Q两路的两个混频器混频器I和混频器Q，要求两个混频器可以在一个 很宽的频带即多个频段上工作。混频器I和混频器Q的本振输入端连接到频率综合器和 90°移相器的输出端。混频器I和混频器Q的射频输入端连接前一级低噪声放大器的输出 端。混频器I和混频器Q的输出端连接到下一级I/Q两路相位/增益校准器的输入端。E、配置一个I/Q两路相位/增益校准器，该校准器内部分I/Q两路工作，分别对经 过前一级混频器I和混频器Q进行混频后I，Q两路信号进行相位和增益的校准，将校准后 的结果输出到下一级的复数滤波器的输入端。该校准器I，Q两路的输入端分别连接到相应 的前一级混频器的输出端，输出端分别连接到相应的下一级复数滤波器输入端。F、配置一个复数滤波器，复数滤波器由两个并行的带通滤波器组成，这两个带通 滤波器的工作频段是相同的，并且工作频段中心频率可以根据需要进行配置，该滤波器的 滤波频段选择控制端。由主链路控制器相对应的输出信号进行控制。复数滤波器对前级经 过校准后的I，Q两路信号进行滤波，该复数滤波器的I，Q两路的输入端分别连接到相应的 前一级相位/增益校准器的输出端，I，Q输出端连接到下一级相应的增益可控放大器的输 入端。G、配置两个增益可控放大器I和Q，增益可控放大器是增益大小可以控制的放大 器，增益控制信号由相应的主链路控制器输出端口提供。两个增益可控放大器的输入端分 别连接到前一级复数滤波器的相应的I路输出和Q路输出，两个增益可控放大器I和Q的 输出端分别连接到下一级的两个模数转换器I和Q的输入端。H、配置两个模数转换器I和Q，该模数转换器的采样时钟由频率综合器提供。模数 转换器I和Q分别对前一级增益放大器输出的I和Q两路信号进行数模转换，将量化后的 数字信号输出，以供后面数字基带模块进行处理，两个模数转换器I和Q的输入端连到前一 级增益放大器I和Q的输出端，两个模数转换器输出端连接到芯片的输出端。本发明提出的多模式接收机前端芯片具有两种工作模式硬件和软件锁定频段的 方式，并有两种工作流程。其中“工作流程1”如图2所示1)天线将接收到的射频信号输入片外带通滤波器，信号经过带通滤波器滤波进入 芯片输入端。宽带低噪声放大器对输入信号放大，然后输入后一级信号侦听器；2)信号侦听器按照加密的频段搜索算法，对信号进行能量大小进行检测。若在约 定的频段检测出信号，则将信号频段锁定，将信号和锁定频段位置信息输出给下一级频带 锁定器；3)频带锁定器根据上一级输入的锁定频段位置，对经低噪声放大器放大后的射频 信号进行滤波，滤出锁定频段外的信号。并将滤波后的信号和位置信息输出给下一级信号 识别器；4)信号识别器对锁定频段的信号通过识别包络等信息，初步判定锁定频段是否为 有效信号或是干扰。若是判定为干扰信号，则跳回步骤2)。若初步判定为有效信号，则进入 下一步，将锁定频段信息输入下一级主链路控制器；5)主链路控制器根据锁定频段位置信息配置工作主链路工作在锁定频段上；6)工作主链路开始工作，将芯片输入端信号经低噪声放大器放大，由混频器分为L Q两路，经增益/相位校准器校准，再经复数滤波器滤波，增益可控放大器放大，最后由模数转换器转换为数字信号，供数字基带模块处理；7)数字基带处理模块采用密钥对信号进行验证，并将验证信息反馈给信号侦听 器。信号侦听器接收密钥验证结果反馈信号，若反馈密钥正确，则侦听器完成工作；若反馈 密钥不正确，则侦听器继续侦听，跳回步骤2)；8)工作主链路和基带组成射频接收电路，开始接收数据。其“工作流程2”由基带处理芯片输出控制信号到主链路控制器，直接配置工作主链路中各个模块 的参数，信号识别和侦听链路停止工作，工作主链路和基带处理芯片直接开始接收数据。该架构和各个模块的特点所述的宽带低噪声放大器具有很宽的带宽，覆盖所要接收信号的所有频段，采用 共栅输入的结构，宽带低噪声放大器在宽频带内同时保持最佳的阻抗匹配(与频带选择性 有关)和最低的噪声系数。所述的信号侦听器，采用加密算法来跳变频段检测信号，通过检测频段上信号能 量大小，判断该频段是否有信号，初步锁定检测频段。所述的频带锁定器具有滤波的功能，滤除锁定频段外的信号。该滤波器的带通中 心频率可以根据锁定频段位置调整。所述的信号识别器对锁定频段内信号的包络等检测，做出初步判定是否为有效信号。所述的主链路控制器可以对工作主链路的各个模块进行控制，设置模块的工作参 数。该模块根据信号识别器的判定信号来控制主链路工作模式，同时也可以直接接收数字 基带的控制信号来设定主链路工作模式。所述的低噪声放大器的工作频段是可编程选择的，通过主链路控制器设定其工作 频段，其对工作频段内的信号进行放大，对频段外的信号进行抑制。该低噪声放大器的频段 选择通过对阻抗匹配网络和输出电容阵列进行数字调谐来实现频段选择。所述的混频器可以工作在很宽的频段上，能够满足不同频段的混频要求。所述的I/Q两路的两个相位/增益失配校准器对混频后的信号I，Q两路信号的 相位、增益进行校准。所述的复数滤波器是中频带通滤波器，采用中心频率可调的复数滤波 器；根据主链路控制器的设定滤波频段，滤除锁定频段之外的信号。该滤波器是一个复数滤 波器，频段选择是可以编程实现的。相位/增益失配校准器和复数滤波器组合使用，使得系 统具有高镜像抑制比。所述的增益可控放大器可根据主链路控制器的控制信号编程调节放大倍数。所述的模数转换器采样频率由频率综合器的输出频率决定。所述的密钥检验是由后面的数字基带模块完成，工作主链路通过对锁定频段内的 信号进行低噪声放大、混频、校准、滤波、放大、模数转换处理，由数字基带密钥验证并反馈 信号给信号识别器，判定是否需要重新锁定频段。所述的信号侦听和识别链路锁定信号频段必须满足3个条件第一、信号能量要 达到信号侦听器设定的阈值；第二、载波频率落到预先设定的频段范围内；第三、通过数字 基带密钥验证。所述的系统架构频段锁住后，将时钟频率设置在该频段的中心处，启动射频接收机工作主链路，信号经主链路处理后，在基带模块进行密钥验证确定信号是否是有效信号， 如果是有效信号则接收机对数据进行接收，否则重新回到侦听状态。所述的信号侦听和识 别链路在密钥验证正确后，停止工作；工作主链路启动工作。所述的工作主链路，在侦听和 识别链路未锁定频段前处于关断状态。所述的系统架构也可以与普通多模式接收机芯片一样，直接由数字基带配置工作 主链路参数。本发明系统架构的优点该架构增加了侦听和识别链路，采用信号侦听器、频率锁定器、信号识别器模块来 对全频段信号进行侦听和识别，解决频段使用冲突的问题，达到抗干扰的功能。数字基带中 采用密钥验证，增强了信号传输的安全性和保密性。具有高镜像抑制的优点。采用低中频架构虽然有抗干扰能力强、集成度高等优点， 但也有一个最大的缺点即镜像信号的存在。射频信号经混频器第一次变频后，有效信号和 镜像信号分别位于正频率和负频率处，若采用实数带通滤波器，则无法滤除镜像分量。常见 的片上抑制镜像信号的结构有=Hartley结构、Weaver结构和复数滤波器结构，复数滤波器 虽然有很好的镜像抑制作用，但正交两路(I路和Q路)之间的幅度和相位的失配会严重影 响复数滤波器的镜像抑制能力，因此在复数滤波器前加入I/Q幅度和相位校准来实现高镜 像抑制。该系统架构工作状态处于侦听阶段时，工作主链路模块不工作；当密钥验证通过 后，信号侦听和识别链路不工作，工作主链路开始工作。采用链路交换工作方式，即两链路 中只有一条链路工作，实现低功耗。一般的多模式芯片采用多模块多通路，根据需要选择某通道，这种结构模块多，模 块之间的连接可靠性差。该架构主链路为保证高性能，采用数字可编程窄带接收方案，可对 低噪声放大器、带通滤波器、频率综合器等电路数字可编程，该架构可以通过编程的方法， 在多模式频段上工作。该系统架构采用单通道工作链路和可编程的模块实现多模式，具有 面积小，可靠性强的特点。射频侦听和信号识别及频率锁定链路需要处理宽带信号，因此要求超宽带的射频 前端电路。宽带低噪声放大器采用共栅输入结构的低噪声放大器，因为共栅输入结构具有 良好的宽带输入阻抗匹配特性，并且具有线性度高，功耗低和输入输出隔离好的优点。主链路控制器可以根据信号识别器的判定来控制主链路，同时也可以接收基带控 制信号来编程控制，实现软件和硬件两种编程控制方式，增强了电路的灵活性。本发明通过信号侦听和识别链路对很宽频段的信号进行侦听和识别，采用特定的 算法快速变换搜索频段，锁定频段并判定锁定频段信号是否为有效信号，增强了信号的抗 干扰性。并且采用密钥验证的办法，加强了通信的安全性和保密性。本发明中的工作主链路采用可编程的单通道实现多模式工作，解决传统多模式需 多通道实现中的连接可靠性、芯片面积小、功耗大的问题。采用本发明架构的前端芯片是完 全可以基于CMOS工艺来实现，芯片具有易于级联或SOC集成，芯片集成度高，具有集成性好 的优点，生产成本易于有效控制。本发明可以应用于高保密、高安全、抗干扰的通信领域，可编程控制的工作主链 路，既可以硬件侦听识别控制，也可以通过基带软件编程方式控制，提高了系统的灵活性。
图1采用本发明的超宽带多模式自动识别双链路接收机的系统架构原理框图。图中混频器I和混频器Q、增益可控放大器I和增益可控放大器Q、模数转换器I 和模数转换器Q分别代表射频处理中常用的I支路和Q支路相对应的模块。图中用虚线分 别框出了 “工作主链路”和“信号侦听和识别链路”。图2本发明架构的接收机工作流程1的示意图。图3本发明的超宽带多模式自动识别双链路接收机实施例的基本构件组成示意 图。图中标号101——低噪声放大器，1021——混频器I，1022——混频器Q，103—— 频率综合器，104——90°相移器，105——I/Q两路相位/增益失配校准，106——复数滤 波器，1071——增益可控放大器I，1072——增益可控放大器Q，1081——模数转换器I， 1082——模数转换器Q，109——宽带低噪声放大器，110——信号侦听器，111——频带锁定 器，112——信号识别器，113——主链路控制器，301——片外带通滤波器，302——超宽带 多模式自动识别双链路接收机芯片，303——基带处理芯片(SOC)。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图3所 示为采用本发明的超宽带多模式自动识别双链路射频接收系统的基本构件组成示意图。它 包括射频输入端、片外带通滤波器、采用本发明的系统架构接收机芯片和基带处理芯片； 其中基带芯片除了具有I，Q两路的信号处理基本功能外，还具有可以编程控制本发明芯片 中的主链路控制器和密钥验证功能。本发明的超宽带多模式自动识别双链路接收机芯片302实施例的基本构件组成 如图1所示，芯片302包括两个工作链路“工作主链路”和“信号侦听和识别链路”。工作 主链路包括12个模块低噪声放大器101，混频器I 1021，混频器Q 1022，频率综合器103， 90°相移器104，I/Q两路的相位/增益失配校准器105，复数滤波器106，增益可控放大器I 1071，增益可控放大器Q 1072，模数转换器11081，模数转换器I 1082。信号侦听和识别链 路包括5个模块宽带低噪声放大器109，信号侦听器110，频带锁定器111，信号识别112， 主链路控制113。其连接关系按照前面“技术方案”中描述的架构连接，芯片302射频信号输 入端接到低噪声放大器101和宽带低噪声放大器109，宽带低噪声放大器109输出端连接到 信号侦听器110输入端，信号侦听器110的控制端口相应的连接到芯片302的密钥验证端 输入端和信号识别器的输出端，信号侦听器110的输出端连接到频带锁定111输入端，频带 锁定111输出端连接到信号识别器112输入端，信号识别器112输出端一路控制信号侦听 器110，信号识别器112另一输出端输出到主链路控制制器113。主链路控制器113另一输 入端连接到芯片的数字基带控制端。主链路控制制器113的输出端，分别连接到工作主链 路中的低噪声放大器101、频率综合器103、混频器11021、混频器Q 1022、复数滤波器106、 增益可控放大器I 1071、增益可控放大器Q 1072、模数转换器1081和模数转换器1082相 对应的控制输入端。低噪声放大器101输出端同时连接到混频器11021和混频器Q 1022， 混频器11021本振输入由频率综合器103输出端连接提供，混频器Q 1022本振输入由90°相移器输出端连接提供，此时产生的IQ两路分别按顺序输入输出相连接相位/增益控制 器105、复数滤波器106、增益可控制放大器1071 1072、模数转换器1081 1082，最后输出到 芯片外，进入基带处理芯片(SOC) 303。芯片302的工作频带范围为0. 5GHz 3. 7GHz，将频段划分为32个相同大小的 频段，采用加密过的频带跳变算法来搜索频段中的32个频段。宽带低噪声放大器109设 计为0. 5GHz 4GHz的超宽带低噪声放大器，具有超宽带的工作频段信号侦听器110将
0.5GHz 4GHz划分为32个频段，按照加密过的频带跳变算法方法搜索32个频段，检查信 号能量大小，设定合适大小的预值作为是否存在信号的阈值，假设锁定频段在。频带锁定 器111滤除信号侦听器110锁定频段1. IGHZ 1. 2GHz外的信号。信号识别器112设计为 检测信号包络，判定锁定频段内的信号是否为有效信号，若锁定正确，则信号识别器112将 GHz的频段号输出给出主链路控制器113。主链路控制器113此时已编好32个频段对应的 工作主链路模块的参数组，选择1. IGHz 1. 2对应的第7个频段号的参数组，输出第7组 参数到工作主链路的低噪声放大器101、频率综合器103、复数滤波器106、增益可控放大器 1071 1072。根据0.5GHz 3. 7GHz范围内划为32个频段的要求，低噪声放大器101设计 为了中心频率可调的低噪声放大器，中心频率点为32个频段的中心，这时中心频率设置在
1.15GHz，对在1. IGHz 1.2GHz频段之内的信号放大，对于该频段之外的信号进行抑制。混 频器要求工作在0. 5GHz 3. 7GHz，频率综合器分别产生0. 5GHz 4GHz范围内的32个频 段的中心频率，此时产生1. 15GHz的时钟。经过后级的相位/增益校准器105、复数滤波器 106、增益可控放大器、模数转换器处理，最后将0. 5GHz 3. 7GHz频段内经过处理后的数字 信号输入到数字基带中。图3中三部分的整体工作方式工作方式1 射频输入端从天线接收射频信号，输入片外带通滤波器301 ；经过片 外带通滤波器301滤波，信号进入超宽带多模式自动识别双链路射频接收机芯片302。超宽 带多模式自动识别链路射频接收机芯片302按照“工作流程1”(如图2所示)工作，芯片 302对输入的信号进行侦听和识别，锁定频段；频段锁定后配置系统工作主链路参数，然后 开始接收锁定频段内的信号，对锁定频段内的信号进行低噪声放大、下变频、滤波和放大， 最后转换成数字信号输出到基带处理芯片(SOC) 303。由基带处理芯片(SOC) 303处理后，进 行密钥验证。并反馈验证信号到芯片302中，若验证通过，则停止侦听和识别链路工作，芯 片302中的工作主链路和基带处理芯片(SOC) 303组成接收通路，开始接收数据；否则侦听 和识别链路重新搜索和锁定频段。工作方式2 芯片302按照“工作流程2”工作，基带处理芯片303直接输出基带控 制信号到芯片302中，控制芯片302中的主链路控制器，配置芯片302中的工作主链路工作 参数。芯片302工作主链路在设定的频段上工作，与基带处理芯片303组成接收通路，开始 接收数据。采用工作方式2，本发明可以应用于普通的多模式接收机前端。采用工作方式1， 本发明可以应用于高速、保密性强、抗干扰性强的实时接收机前端。具有可靠性强、功耗低、 面积小的特点。
权利要求
超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征在于所述接收机前端芯片输入端通过片外宽带带通滤波器连接到天线，天线将接收到的射频信号输入宽带带通滤波器，信号经滤波后再进入接收机前端芯片；所述接收机前端芯片采用双链路结构，分为“工作主链路”与“侦听和识别链路”；天线接收到的射频信号经滤波器输入接收机前端芯片后，同时进入到工作主链路与侦听和识别链路；侦听和识别链路为辅助电路，该链路对同时输入的多个频段的多种信号进行检测，并做出频段选择和判定，然后配置主链路控制模块来控制工作主链路的工作频段；在侦听和识别链路做出判定并且配置好主链路控制模块后，工作主链路开始工作，将对锁定频段内的信号进行信号处理，最后由数模转换器转为数字信号，输入数字基带处理；数字基带对信号进行密钥验证，反馈验证结果给侦听和识别链路处理；所述侦听和识别链路包括宽带低噪声放大器、信号侦听器、频带锁定器、信号识别器、主连路控制器，其架构关系如下A、宽带低噪声放大器，同时对多个频段上多种信号进行放大；该宽带低噪声放大器输入端连接到芯片输入端，对片外滤波器输入到芯片的射频信号进行放大，放大后的信号输出到下一级的信号侦听器输入端；B、信号侦听器，对经过宽带低噪声放大器放大后的信号进行频段搜索；采用加密的频段跳跃算法搜索多个频段，并对频段上的信号侦听；当在某约定的频段上，通过检测信号能量的大小，来判定是否为有效信号，定位出有效信号的频段位置，将频段位置信息和射频信号输出到下一级的频带锁定器的输入端；该信号侦听器输入端连接到前一级低噪声放大器的输出端，该信号侦听器的输出端连接到下一级频带锁定器的输入端；该信号侦听器接收后级信号识别器和基带密钥验证结果的反馈信号，若后级信号识别器和基带密钥验证结果的反馈“频段已经锁定”，则侦听完成；若反馈频段未锁定，信号侦听器继续侦听；反馈信号由信号识别器和密钥检验结果输入到信号侦听器控制端；C、频带锁定器，根据频段位置信息将指定频段外的信号滤除，实现某频段上信号的锁定，将滤波后的射频信号和频段位置信息输出到下一级；该频带锁定器的输入端连接到前一级侦听器的输出端，该频带锁定器的输出端连接到下一级信号识别器的输入端；D、信号识别器，其输入端连接到上一级频带锁定器的输出端，对经过前一级频带锁定器滤波后的信号进行包络检测，初步判断是干扰或是有效信号；若判定是有效信号，则进入下一步主链路控制器；若判定是干扰信号，则反馈结果给信号侦听器；该信号识别器的反馈输出端连接到前级信号侦听器的控制输入端；该信号识别器将判定为有效信号的频段信息输入到主链路控制器，该输出端连接到下一级的主链路控制器输入端；E、主链路控制器，根据基带输入端的信息或前一级信号识别器判定结果，配置控制信号；然后输出控制信号，对工作主链路的各个模块工作参数进行配置；该主链路控制器的输入端连接到前一级的信号识别器的输出端和芯片“数字基带控制信号”输入端，该主链路的输出端连接到相对应的各个工作主链路模块的控制输入端。所述工作主链路包括低噪声放大器、混频器、频率综合器、90°移相器、I/Q两路的两个混频器、I/Q两路相位/增益校准器、复数滤波器、增益可控放大器、模数转换器，其架构关系如下A、低噪声放大器，其中心频率可调；该低噪声放大器根据侦听和识别链路中的主链路控制器输入的控制信号，配置低噪声放大器的工作频段；该低噪声放大器的控制端连接到相应的主链路控制器的输出端，对经过片外滤波器滤波的射频输入信号进行低噪声的放大；该低噪声放大器的输入端连接到芯片的输入端，输出端分两路连接到下一级两个混频器的输入端；B、频率综合器，根据控制端输入信号来配置产生混频器所需的时钟；该频率综合器的控制输入端连接到相应的主链路控制器输出端；频率综合器的输出时钟，一路信号直接输入混频器I的本振输入端，另一路输入到90°移相器；另外，频率综合器有一路时钟输出到后级的数模转换器的工作时钟输入端；C、90°移相器，对输入时钟移相90°，由频率综合器输入移相钟，输出端连接到混频器Q的本振输入端；D、I/Q两路的两个混频器混频器I和混频器Q，混频器I和混频器Q的本振输入端连接到频率综合器和90°移相器的输出端；混频器I和混频器Q的射频输入端连接前一级低噪声放大器的输出端；混频器I和混频器Q的输出端连接到下一级I/Q两路相位/增益校准器的输入端；E、I/Q两路相位/增益校准器，其内部分I/Q两路工作，分别对经过前一级混频器I和混频器Q进行混频后I、Q两路信号进行相位和增益的校准，将校准后的结果输出到下一级的复数滤波器的输入端；该校准器I、Q两路的输入端分别连接到相应的前一级混频器的输出端，输出端分别连接到相应的下一级复数滤波器输入端；F、复数滤波器，由两个并行的带通滤波器组成，这两个带通滤波器的工作频段相同，并且工作频段中心频率根据需要进行配置；该复数滤波器的滤波频段选择控制端；由主链路控制器相对应的输出信号进行控制；该复数滤波器对前级经过校准后的IQ两路信号进行滤波，该复数滤波器的IQ两路的输入端分别连接到相应的前一级相位/增益校准器的输出端，IQ输出端连接到下一级相应的增益可控放大器的输入端；G、两个增益可控放大器I和Q，其增益大小可以控制，增益控制信号由相应的主链路控制器输出端口提供；该两个增益可控放大器的输入端分别连接到前一级复数滤波器的相应的I路输出和Q路输出，该两个增益可控放大器I和Q的输出端分别连接到下一级的两个模数转换器I和Q的输入端；H、两个模数转换器I和Q，其采样时钟由频率综合器提供；模数转换器I和Q分别对前一级增益放大器输出的I和Q两路信号进行数模转换，将量化后的数字信号输出，以供后面数字基带模块进行处理，两个模数转换器I和Q的输入端连到前一级增益放大器I和Q的输出端，两个模数转换器输出端连接到芯片的输出端。
2.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于具有两种工作模式硬件和软件锁定频段的方式，和两种工作流程其“工作流程1”1)天线将接收到的射频信号输入片外带通滤波器，信号经过带通滤波器滤波进入芯片 输入端；宽带低噪声放大器对输入信号放大，然后输入后一级信号侦听器；2)信号侦听器按照加密的频段搜索算法，对信号进行能量大小检测；若在约定的频段 检测出信号，则将信号频段锁定，将信号和锁定频段位置信息输出给下一级频带锁定器；3)频带锁定器根据上一级输入的锁定频段位置，对经低噪声放大器放大后的射频信号进行滤波，滤出锁定频段外的信号，并将滤波后的信号和位置信息输出给下一级信号识别 器；4)信号识别器对锁定频段的信号通过识别包络等信息，初步判定锁定频段是否为有效 信号或是干扰；若是判定为干扰信号，则跳回步骤2)；若初步判定为有效信号，则进入下一 步，将锁定频段信息输入下一级主链路控制器；5)主链路控制器根据锁定频段位置信息配置工作主链路工作在锁定频段上；6)工作主链路开始工作，将芯片输入端信号经低噪声放大器放大，由混频器分为I/Q 两路信号，经增益/相位校准器校准，再经复数滤波器滤波，增益可控放大器放大，最后由 模数转换器转换为数字信号，供数字基带模块处理；7)数字基带处理模块采用密钥对信号进行验证，并将验证信息反馈给信号侦听器；信 号侦听器接收密钥验证结果反馈信号，若反馈密钥正确，则侦听器完成工作；若反馈密钥不 正确，则侦听器继续侦听，跳回步骤2)；8)工作主链路和基带组成射频接收电路，开始接收数据。其“工作流程2”由基带处理芯片输出控制信号到主链路控制器，直接配置工作主链路中各个模块的参 数，信号识别和侦听链路停止工作，工作主链路和基带处理芯片直接开始接收数据。
3.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的信号侦听和识别链路自动搜索频段和检测频段内是否存在信号，搜索时采 用加密的频段跳变算法，以达到快速有效的锁定；检测是否存在信号通过检测频段上信号 能量大小，判断该频段是否有信号，初步锁定检测频段。
4.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的相位/增益校准器和复数滤波器组合结构，具有高镜像抑制比的性能。
5.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的宽带低噪声放大器采用共栅输入的结构，宽带低噪声放大器在宽频带内同 时保持最佳的阻抗匹配和低的噪声系数。
6.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的频带锁定器是一个带通滤波器，其带通频段根据控制端输入参数调整，滤除 锁定频段外的信号，以适应不同的工作频段。
7.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的信号识别器通过检测信号的包络，初步判定是否为有效信号。
8.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于整个工作频带范围分为若干频段，所述的整个工作主链路模块低噪声放大器、频率 综合器、复数滤波器由所述的主链路控制器来设定工作频段，配置工作在某个频段内；所述 的低噪声放大器和复数滤波器的中心频率可调。
9.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特征 还在于所述的芯片架构硬件自动完成工作链路参数配置，或者采用软件方法由基带产生 配置。
10.根据权利要求1所述的超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片，其特 征还在于所述的前端芯片是一片基于CMOS工艺实现的高集成度芯片。
全文摘要
本发明属于无线通信电子技术领域，具体为超宽带多模式自动识别双链路射频接收机前端芯片。该接收机前端芯片分为“工作主链路”与“侦听和识别链路”；芯片可以自动搜索和识别有效信号的工作频段并锁定频段，然后由主链路控制器配置工作主链路的可重配置的模块，组成射频接收机前端并使之在锁定频段内接收信号，并且通过数字基带密钥验证接收信号的正确性，加强了通信的保密性、抗干扰性。本发明可以设计成IP核与数字基带处理进行单片集成，也可以片外级联。该芯片应用于对安全性或抗干扰要求较高的实时通信领域，也可以应用于普通的多模式通信领域。
文档编号H04B1/16GK101882940SQ20101020929
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月24日 优先权日2010年6月24日
发明者洪志良, 蒋俊 申请人:复旦大学