射频采样装置的制作方法

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种射频采样装置。

背景技术：

在l波段(1-2ghz)通信领域中，接收机射频前端一般采用模拟多级下变频结构，混频电路设计复杂，且容易产生虚假频率及引入相位误差。射频直接采样的方法是对接收到的射频信号直接数字化，提供给后续的数字电路进行处理。射频直接采样技术避免了对射频信号进行混频，用软件完成了尽可能多的信号处理功能，简化了系统结构，并且具有所需器件少、成本低、功耗低、容易取得更高性能的优点。申请号为201320354916.8的专利文献公开了一种射频采样接收机，解决现有l波段接收机存在处理灵活性较差、信号容易被截获和体积较大等技术问题。包括：限幅器(1)的输入端接收输入信号，其输出端口顺次连接低噪声放大器(2)、宽带滤波器(3)、放大器一(4)、低通滤波器一(5)、温补衰减器(6)、衰减器(7)、放大器二(8)、低通滤波器二(9)和数字信号处理单元(10)。存在采样带宽过窄，不能直接对400mhz的信号进行直接采样的缺陷。在现有公开的l波段射频直接采样技术中，可对窄带宽信号，如10mhz信号带宽，或较宽带宽信号，如200mhz信号带宽进行采样，但无法达到对更高带宽信号的采样。然而在某些l波段通信应用中，信号带宽往往达到300mhz或是400mhz甚至更高，因此，如何对l波段宽信号带宽的射频信号进行直接采样成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术方案不能直接对400mhz的信号进行直接采样的缺陷，提出了一种新型的射频采样装置，具备电路复杂度低、电路稳定性高、硬件成本低等优点。

本发明的公开的一种射频采样装置包括：射频信号输入端口和数字信号输出端口，在射频信号输入端口和数字信号输出端口之间设置有数字agc(数字自动增益控制器)、第一放大器、带通滤波器、第二放大器、巴伦变压器以及模数转换器；数字agc的输入端连接至射频信号输入端口，输出端连接至第一放大器的输入端，根据输入的数字控制信号，对射频信号的放大倍数进行调节，使信号功率满足模数转换器的输入范围；第一放大器的输出端连接至带通滤波器的输入端，对数字agc输出的信号进行放大；带通滤波器的输出端连接至第二放大器的输入端，使得有效带宽内的信号通过，同时屏蔽无用带宽内的信号；第二放大器的输出端连接至巴伦变压器的输入端，对带通滤波器的输出信号进行放大；巴伦变压器的输出端连接至模数转换器的输入端，将射频信号转换成双端差分信号进行输出；模数转换器的输出端连接至数字信号输出端口，接收输入的射频信号进行数字化采样并输出到数字信号输出端口。

根据本发明的上述技术方案，优选地，数字agc为hmc472lp4，替代模拟agc，降低电路复杂度。

根据本发明的上述技术方案，优选地，第一放大器和第二放大器为adl5545，二者组成两级放大电路，提高电路稳定性。

根据本发明的上述技术方案，优选地，带通滤波器为低通滤波器leq170。

根据本发明的上述技术方案，优选地，巴伦变压器为etc1-1-13或rft4042g-1。

根据本发明的上述技术方案，优选地，模数转换器的前端匹配电路采用差分变压器耦合加低通滤波的方式进行驱动。

根据本发明的上述技术方案，优选地，模数转换器为ad9680，支持对l波段内带宽400mhz的信号进行直接采样。

根据本发明的上述技术方案，优选地，数字agc的放大器带宽不小于2ghz。

根据本发明的上述技术方案，优选地，第一放大器和第二放大器组成的两级放大电路信号增益不小于36db。

根据本发明的上述技术方案，优选地，模数转换器的前端匹配电路采用差分变压器耦合加低通滤波的方式进行驱动。

本发明提供的射频采样装置电路复杂度低、电路稳定性高、硬件成本低，可对l波段具有400mhz信号带宽的信号进行直接采样，避免了复杂的射频模拟电路，降低了硬件成本，由于使用了数字agc使得电路简单，并且由后端软件控制信号增益使操作更加简单灵活，适用于大带宽通信系统应用。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的示意框图；

图2为按照本发明的射频采样装置的射频直采原理框图；

图3为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的数字agc连接示意图；

图4为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的第一放大器连接示意图；

图5为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的带通滤波器连接示意图；

图6为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的第二放大器连接示意图；

图7为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的巴伦变压器连接示意图；

图8为按照本发明的射频采样装置的一优选实施例的模数转换器连接示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种射频采样装置100，包括射频信号输入端口102和数字信号输出端口116，在射频信号输入端口102和数字信号输出端口116之间设置有数字agc104、第一放大器106、带通滤波器108、第二放大器110、巴伦变压器112以及模数转换器114；数字agc104的输入端连接至射频信号输入端口，输出端连接至第一放大器106的输入端，根据输入的数字控制信号，对射频信号的放大倍数进行调节，使信号功率满足模数转换器114的输入范围；第一放大器106的输出端连接至带通滤波器108的输入端，对数字agc104输出的信号进行放大；带通滤波器108的输出端连接至第二放大器110的输入端，使得有效带宽内的信号通过，同时屏蔽无用带宽内的信号；第二放大器110的输出端连接至巴伦变压器112的输入端，对带通滤波器108的输出信号进行放大；巴伦变压器112的输出端连接至模数转换器114的输入端，将射频信号转换成双端差分信号进行输出；模数转换器114的输出端连接至数字信号输出端口116，接收输入的射频信号进行数字化采样并输出到数字信号输出端口116。

根据本发明的上述实施例，优选地，数字agc104为hmc472lp4，替代模拟agc，降低电路复杂度。

根据本发明的上述实施例，优选地，第一放大器106和第二放大器110为adl5545，二者组成两级放大电路，提高电路稳定性。

根据本发明的上述实施例，优选地，带通滤波器108为低通滤波器leq170。

根据本发明的上述实施例，优选地，巴伦变压器112为etc1-1-13或rft4042g-1。

根据本发明的上述实施例，优选地，模数转换器114的前端匹配电路采用差分变压器耦合加低通滤波的方式进行驱动。

根据本发明的上述实施例，优选地，模数转换器114为ad9680，支持对l波段内带宽400mhz的信号进行直接采样。

根据本发明的上述实施例，优选地，数字agc的放大器带宽不小于2ghz。

根据本发明的上述实施例，优选地，第一放大器和第二放大器组成的两级放大电路信号增益不小于36db。

根据本发明的上述实施例，优选地，模数转换器的前端匹配电路采用差分变压器耦合加低通滤波的方式进行驱动。

如图2所示，本发明的实施例提公开了射频采样装置的射频直采原理，电路由dagc、amp1、bpf、amp2、balun和adc组成。电路的输入端口是rfin，输出端口是dout。rfin端口是射频信号输入端口，dout端口是输出的数字采样后的数字信号，dagc，即数字agc。它根据输入的数字控制信号，对射频信号的放大倍数进行调节，使信号功率满足adc的输入范围。选用的数字agc器件的放大器带宽应达到2ghz。amp1，即第一放大器。对数字agc输出的信号进行放大，输出给bpf。bpf，即带通滤波器。可使得有效带宽内的信号通过，同时屏蔽无用带宽内的信号。amp2，即第二放大器。对bpf输出的信号进行放大，输出给balun巴伦变压器。balun，即巴伦变压器。将输入单端射频信号转换成双端差分信号，输出给adc。adc，即模数转换器。对输入的射频信号进行数字化采样。

在该实施例中，l波段的射频输入信号连接到本电路的输入端口rfin，输入端口rfin连接至dagc的输入端口。dagc的输出端连接至amp1的输入端，amp1的输出端连接至bpf的输入端，bpf的输出端连接至amp2的输入端，amp2的输出端连接至balun的输入端，balun的输出端连接至adc的输入端。核心器件的选型：数字agc选用hmc472lp4。放大器选用adl5545。bpf选用leq170。巴伦变压器选用etc1-1-13/rft4042g-1。ad选用ad9680。由于选用了adi公司的双通道14bit，1.25gsps采样率的高速、高分辨率模数转换器ad9680，可对l波段内带宽400mhz的信号进行直接采样。选用leq170低通滤波器，采用了数字agc设计，比模拟agc降低了电路复杂度，提高了可靠性，采用了amp1+bpf+amp2的两级信号放大设计，提高了电路的稳定性，信号增益能达到36db。adc的前端匹配电路采用差分变压器耦合加低通滤波的方式驱动adc。

如图3所示，本发明的实施例公开了数字agc的具体实施方法，包括：射频的输入信号连接至vga_in端口，vga_in信号通过串联一个电容c1(容值56pf)连接到器件hmc472lp4的rf1端口(端口4)。器件hmc472lp4的rf2端口通过串联一个电容c2(容值56pf)连接至vga_out端口，该端口是数字agc的射频输出端口。器件hmc472lp4的端口1连接至地，端口2连接至+5v直流电，在端口1和端口2之间并联一个电容c25(容值560pf)。器件hmc472lp4的端口3、5、12、14、16、17、18、25连接至地。器件hmc472lp4的端口6、7、8、9都连接到电容c34(容值330pf)的同一个端口，电容c34的另一个端口连接至地。器件hmc472lp4的端口10通过串联一个电容c35(容值330pf)连接至地。器件hmc472lp4的端口11通过串联一个电容c36(容值330pf)连接至地。器件hmc472lp4的端口13通过串联一个电容c33(容值330pf)连接至地。器件hmc472lp4的端口19通过串联电阻r6(阻值10ω)和r41(阻值10ω)连接至+5v直流电，r41连接至+5v直流电的端口同时通过串联一个电容c27(容值56pf)连接至地。器件hmc472lp4的端口20通过串联一个电阻r5连接至a5端口。器件hmc472lp4的端口21通过串联一个电阻r4连接至a4端口。器件hmc472lp4的端口22通过串联一个电阻r3连接至a3端口。器件hmc472lp4的端口23通过串联一个电阻r2连接至a2端口。器件hmc472lp4的端口24通过串联一个电阻r1连接至a1端口。端口a1、a2、a3、a4、a5是外部输入的数字控制端口。

如图4所示，本发明的实施例公开了第一放大器的具体实施方法，包括：数字agc的输出端口vga_out连接到amp_in端口，amp_in端口连接至器件adl5545的端口1。器件adl5545的端口2、4连接至地。器件adl5545的端口3同时连接到电容c4(容值56pf)的一个端口和电感l1(电感值33nh)的一个端口。电容c4的另一个端口连接至amp_out端口，该端口是放大器的射频输出端口。电感l1的另一个端口同时连接到电容c28(容值56pf)的一个端口、连接到电容c45(容值1000pf)的一个端口、连接到电容c41(容值1uf)的一个端口、以及连接到电阻r13(阻值1ω)的一个端口。电容c28、c45、c41的另一个端口连接至地。r13的另一个端口连接至+5v直流电。

如图5所示，本发明的实施例公开了带通滤波器的具体实施方法，包括：第一放大器的输出端口amp_out连接到bpf_in端口，bpf_in端口同时连接到电阻r17(阻值300ω)的一个端口和r33(阻值18ω)的一个端口。电阻r17的另一个端口连接至地。电阻r33的另一个端口同时连接到电阻r18(阻值300ω)的一个端口和电容c5(容值56pf)的一个端口。电阻r18的另一个端口连接至地，电容c5的另一个端口连接到器件lbq1700的端口1。器件lbq1700的端口3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17连接至地。器件lbq1700的端口2连接至电容c6(容值56pf)的一个端口，电容c6的另一个端口同时连接到电阻r19(阻值300ω)的一个端口和电阻r34(阻值18ω)的一个端口。电阻r19的另一个端口连接至地。电阻r34的另一个端口同时连接至电阻r20(阻值300ω)的一个端口和电容c7(容值56pf)的一个端口。电阻r20的另一个端口连接至地。电容c7的另一个端口连接至输出端口bpf_out。

如图6所示，本发明的实施例公开了第二放大器的具体实施方法，包括：bpf的输出端口bpf_out连接到amp_in端口，amp_in端口连接至器件adl5545的端口1。器件adl5545的端口2、4连接至地。器件adl5545的端口3同时连接到电容c8(容值56pf)的一个端口和电感l2(电感值33nh)的一个端口。电容c8的另一个端口连接至amp_out端口，该端口是放大器的射频输出端口。电感l2的另一个端口同时连接到电容c29(容值56pf)的一个端口、连接到电容c46(容值1000pf)的一个端口、连接到电容c42(容值1uf)的一个端口、以及连接到电阻r14(阻值1ω)的一个端口。电容c29、c46、c42的另一个端口连接至地。r14的另一个端口连接至+5v直流电。

如图7所示，本发明的实施例公开了巴伦变压器的具体实施方法，包括第二放大器的输出端口amp_out连接至巴伦变压器的输入端口mif1_rx_out，输入端口mif1_rx_out连接至电阻r34(阻值0ω)的一个端口，电阻r34的另一个端口同时连接至电阻r397(阻值49.9ω)一个端口和器件etc1-1-13/rft4042g-1的端口4。电阻r397的另一个端口连接至地。器件etc1-1-13/rft4042g-1(t5)的端口5连接至地，器件etc1-1-13/rft4042g-1的端口1同时连接至器件etc1-1-13/rft4042g-1(t7)的端口5和电容c296(容值0.1uf)的一个端口。器件etc1-1-13/rft4042g-1(t5)的端口2悬空。器件etc1-1-13/rft4042g-1(t5)的端口3同时连接至器件etc1-1-13/rft4042g-1(t7)的端口3和电容c332(0.1uf)的一个端口。器件etc1-1-13/rft4042g-1(t7)的端口1连接至地，器件etc1-1-13/rft4042g-1(t7)的端口2悬空，器件etc1-1-13/rft4042g-1(t7)的端口4连接至地。电容c296的另一个端口连接至电阻r192(阻值10ω)的一个端口，电阻r192的另一个端口同时连接到电阻r368(阻值49.9ω)的一个端口和电容c536(容值4pf)的一个端口以及电阻r197(阻值10ω)的一个端口。电容c332的另一个端口连接至电阻r198(阻值10ω)的一个端口，电阻r198的另一个端口同时连接到电阻r353(阻值49.9ω)的一个端口和电容c537(容值4pf)的一个端口以及电阻r191(阻值10ω)的一个端口。电阻r368的另一个端口和电阻r353的另一个端口同时连接到电容c299(容值0.1uf)的一个端口，电容c299的另一个端口连接至地。电容c536另一个端口和电容c537的另一个端口连接至地。电阻r197的另一个端口同时连接到电容c523(容值2pf)的一个端口和端口adc_vin_an，电阻r191的另一个端口同时连接到电容c523的另一个端口和端口adc_vin_ap。端口adc_vin_an和端口adc_vin_ap是巴伦变压器的差分输出端口。

如图8所示，本发明的实施例公开了模数转换器的具体实施方法，包括器件ad9680bcpz-1000的端口1、2、47、48、49、52、55、61、64连接1.25v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口57连接1.25v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口3、8、9、10、11、39、40、41、46、50、51、62、63连接2.5v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口4、7、42、45连接3.3v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口15、34连接1.25v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口13、38连接1.8v直流电。器件ad9680bcpz-1000的端口6连接到图7巴伦变压器的输出端adc_vin_an。器件ad9680bcpz-1000的端口5连接到图7巴伦变压器的输出端adc_vin_ap。器件ad9680bcpz-1000的端口43与端口44是另一组差分射频信号输入端口，在本实施中只对一组差分射频信号采样，因此端口adc_vin_bn和adc_vin_bn不连接任何信号。器件ad9680bcpz-1000的端口12连接至电容c375(容值0.1uf)的一端，电容c375的另一端连接至地。器件ad9680bcpz-1000的端口54连接到端口adc_clk_n，器件ad9680bcpz-1000的端口53连接到端口adc_clk_p，端口adc_clk_n和adc_clk_p是差分时钟输入端。器件ad9680bcpz-1000的端口37连接到端口adc_spi_1v8_csn，器件ad9680bcpz-1000的端口36连接到端口adc_spi_1v8_sclk，器件ad9680bcpz-1000的端口35连接到端口adc_spi_1v8_sdio，端口adc_spi_1v8_csn、adc_spi_1v8_sclk、adc_spi_1v8_sdio是对该器件的配置端口。器件ad9680bcpz-1000的端口59连接到端口adc_sysref_n，器件ad9680bcpz-1000的端口58连接到端口adc_sysref_p。器件ad9680bcpz-1000的端口20连接到端口adc_syncinn，器件ad9680bcpz-1000的端口58连接到端口adc_syncinp。器件ad9680bcpz-1000的端口22、23、24、25、26、27、28、29分别连接到端口adc_serdoutn0、adc_serdoutp0、adc_serdoutn1、adc_serdoutp1、adc_serdoutn2、adc_serdoutp2、adc_serdoutn3、adc_serdoutp3，这些端口是该器件对模拟信号量化采样后的数字输出端。器件ad9680bcpz-1000的端口17连接到端口adc_1v8_fd_a，器件ad9680bcpz-1000的端口32连接到端口adc_1v8_fd_b。器件ad9680bcpz-1000的端口14连接到端口adc_1v8_pdwn。器件ad9680bcpz-1000的端口56连接到adc_agndsr。器件ad9680bcpz-1000的端口18、31、16、33、60、65连接到地。

根据上述各个实施例可知，本发明公开的射频采样装置选用了adi公司的双通道14bit，1.25gsps采样率的高速、高分辨率模数转换器ad9680，可对l波段内带宽400mhz的信号进行直接采样，采用了数字agc设计，比模拟agc降低了电路复杂度，提高了可靠性，采用了放大器1+bpf+放大器2的两级信号放大设计，提高了电路的稳定性，信号增益能达到36db，可对l波段具有400mhz信号带宽的信号进行直接采样，避免了复杂的射频模拟电路，降低了硬件成本，为后端使用软件对高频信号直接处理提高了灵活性，适用于大带宽通信系统应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。