一种应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路的制作方法

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路。

背景技术：

在当今信息时代，人们已将信息的传递和交互作为社会生活的必要组成部分。其中，无线通信是通信领域中最为活跃的一部分，在各个方面都得到了广泛的应用。为了满足消费者的不同需求，国际通信组织相继推出了不同的通信标准。面对种类繁多的标准，消费者更希望仅通过一个电子设备就能够支持不同的通信服务。

“数字光分布系统”是一种多业务分布系统，可支持多家运营商，多制式，多载波，并集成WLAN系统，一步解决语音及数据业务需求，与传统模拟分布系统相比，同时具备混合组网、时延补偿、自动载波跟踪、上行底噪低等特点。

窄带物联网NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

现有技术存在以下问题：

(1)现有射频前端电路，成本大，功耗高，无法满足NB-IoT的设计要求；

(2)现有射频前端电路的实用性低，无法适应多种频率条件；

(3)现有射频前端电路设计单一，多为单通道设计。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种成本小、功耗低、实用性高以及设计灵活的应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路，满足NB-IoT的设计要求，广泛运用于数字光分布技术领域中，解决了现有技术存在的成本大、功耗高、实用性低以及设计单一的问题。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路，包括外设接口、微控制器、时钟锁相环以及依次连接的双信道传输电路单元、基带和双信道接收电路单元；微控制器分别与双信道传输电路单元和双信道接收电路单元连接，时钟锁相环分别与双信道传输电路单元和双信道接收电路单元连接；外设接口分别与双信道传输电路单元和双信道接收电路单元连接；基带设置有数字接口。

进一步地，双信道传输电路单元包括第一传输低通滤波器以及并联连接且结构相同的第一传输电路和第二传输电路，第一传输低通滤波器的两端分别与第一传输电路和第二传输电路连接。

进一步地，第一传输电路和第二传输电路分别包括依次连接的接收信号强度指示器、输入电路和传输信道电路，输入电路包括三个输入端口，每个输入端口分别与对应的功率放大器串联连接，且最后一个功率放大器的输入端与接收信号强度指示器连接，三个功率放大器的输出端均与传输信道电路的输入端连接；

传输信道电路包括两个并联连接且结构相同的传输信道，每个传输信道分别包括依次串联连接的下变频器、跨阻放大器、第一低通信道选择滤波器、自感应增益控制器和模数转换器，下变频器的输入端与三个功率放大器的输出端连接，模数转换器通过第一数字接口与基带连接；第一传输低通滤波器的两端分别与第一传输电路的下变频器和第二传输电路的下变频器连接。

进一步地，双信道接收电路单元包括第二传输低通滤波器以及并联连接且结构相同的第一接收电路和第二接收电路，第二传输低通滤波器的两端分别与第一接收电路和第二接收电路连接。

进一步地，第一接收电路和第二接收电路分别包括依次连接的接收信道电路和输出电路，接收信道电路包括并联连接且结构相同的两个接收信道，每个接收信道包括依次串联连接的数模转换器、第二低通信道选择滤波器以及上变频器，上变频器的输出端与输出电路连接，数模转换器通过第二数字接口与基带连接；

输出电路两个输出端口，每个输出端口的输入端与低噪音放大器的输出端连接，每个低噪音放大器的输入端与两个上变频器的输出端连接，且每个低噪音放大器的输出端分别与接收功率放大器驱动器和电源连接；

第二传输低通滤波器的两端分别与第一接收电路的上变频器和第二接收电路的上变频器连接。

进一步地，微控制器的两端分别与第二传输电路的第一低通信道选择滤波器和第一接收电路的第二低通信道选择滤波器连接，时钟锁相环的两端分别与第二传输电路的模数转换器和第一接收电路的数模转换器连接，外设接口分别与第二传输电路的下变频器和第一接收电路的上变频器连接。

进一步地，NB-IoT射频前端电路还包括数字回环、现场可编程门阵列和数字收发信号处理器，数字回环位于双信道传输电路单元及双信道接收电路单元与基带之间，述数字回环分别与现场可编程门阵列和数字收发信号处理器连接。

进一步地，输入端口和输出端口都为串行端口，第一数字接口和第二数字接口都为串行接口。

本方案的有益效果为：

本方案采用了基于CMOS技术的先进收发器设计，能显著减小成本和功耗。本方案集成了用以支持多入多出技术的双收发器架构，以及重要的片上数字功能；可在任何移动通信标准和常用移动通信频率下运行，提高了实用性；相比之前市场上的射频收发单元作了很大的改进，实现了同类型产品中达到最低功耗，扩展频率范围，最高级别的集成，更大的设计灵活性，满足NB-IoT的设计要求，能够广泛的应用于数字光分布技术领域中。

附图说明

图1为应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路图；

图2为第一传输电路图；

图3为第一接收电路图；

图4为低通信道选择滤波器电路图；

图5为接收信号强度指示器电路图。

其中，1、双信道传输电路单元；11、第一传输电路；111、输入端口；112、功率放大器；113、下变频器；114、跨阻放大器；115、第一低通信道选择滤波器；116、自感应增益控制器；117、模数转换器；12、第二传输电路；13、第一传输低通滤波器；14、接收信号强度指示器；2、双信道接收电路单元；21、第一接收电路；211、数模转换器；212、第二低通信道选择滤波器；213、上变频器；214、低噪音放大器；215、输出端口；22、第二接收电路；23、第二传输低通滤波器；24、接收功率放大器驱动器；25、电源；3、基带；41、外设接口；42、微控制器；43、时钟锁相环；5、数字回环；6、现场可编程门阵列；7、数字收发信号处理器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例中，如图1所示，一种应用于数字光分布的NB-IoT射频前端电路，如图1所示，包括外设接口41、具体型号为L6219DS013TR的微控制器42、具体型号为TM4101的时钟锁相环43以及依次连接的双信道传输电路单元1、基带3和双信道接收电路单元2；微控制器42分别与双信道传输电路单元1和双信道接收电路单元2连接，时钟锁相环43分别与双信道传输电路单元1和双信道接收电路单元2连接；外设接口41分别与双信道传输电路单元1和双信道接收电路单元2连接；基带3设置有数字接口；片上集成微控制器42用于简化校准、调谐和控制；集成时钟锁相环43用于灵活地生成和分配时钟。

本实施例中，双信道传输电路单元1包括具体型号为MAX280CPA的第一传输低通滤波器13以及并联连接且结构相同的第一传输电路11和第二传输电路12，第一传输电路11如图2所示，第一传输低通滤波器13的两端分别与第一传输电路11和第二传输电路12连接。

本实施例中，第一传输电路11和第二传输电路12分别包括依次连接的接收信号强度指示器14、输入电路和传输信道电路，输入电路包括三个输入端口111，每个输入端口111分别与对应的功率放大器112串联连接，且最后一个功率放大器112的输入端与接收信号强度指示器14连接，三个功率放大器112的输出端均与传输信道电路的输入端连接，功率放大器的具体型号为MS2000，接收信号强度指示器的电路如图5所示；

传输信道电路包括两个并联连接且结构相同的传输信道，每个传输信道分别包括依次串联连接的下变频器113、具体型号为TLC2201的跨阻放大器114、如图4所示的第一低通信道选择滤波器115、具体型号为SLAGC1200D的自感应增益控制器116和具体型号为ADS1286UL的模数转换器117，下变频器113的输入端与三个功率放大器112的输出端连接，模数转换器117通过第一数字接口与基带3连接；第一传输低通滤波器13的两端分别与第一传输电路11的下变频器113和第二传输电路12的下变频器113连接。

本实施例中，双信道接收电路单元2包括具体型号为MAX280CPA的第二传输低通滤波器23以及并联连接且结构相同的第一接收电路21和第二接收电路22，第一接收电路21如图3所示，第二传输低通滤波器23的两端分别与第一接收电路21和第二接收电路22连接。

本实施例中，第一接收电路21和第二接收电路22分别包括依次连接的接收信道电路和输出电路，接收信道电路包括并联连接且结构相同的两个接收信道，每个接收信道包括依次串联连接的具体型号为AD9779BSVZ的数模转换器211、如图4所示的第二低通信道选择滤波器212以及上变频器213，上变频器213的输出端与输出电路连接，数模转换器211通过第二数字接口与基带3连接；

输出电路两个输出端口215，每个输出端口215的输入端与具体型号为CHA3656-QAG的低噪音放大器214的输出端连接，每个低噪音放大器214的输入端与两个上变频器213的输出端连接，且每个低噪音放大器214的输出端分别与具体型号为UPC1298V的接收功率放大器驱动器24和电源25连接；

第二传输低通滤波器23的两端分别与第一接收电路21的上变频器213和第二接收电路22的上变频器213连接。

本实施例中，微控制器42的两端分别与第二传输电路12的第一低通信道选择滤波器115和第一接收电路21的第二低通信道选择滤波器212连接，时钟锁相环43的两端分别与第二传输电路12的模数转换器117和第一接收电路21的数模转换器211连接，外设接口41分别与第二传输电路12的下变频器113和第一接收电路21的上变频器213连接。

本实施例中，NB-IoT射频前端电路还包括数字回环5、具体型号为EP1C3T100C8N的现场可编程门阵列6和具体型号为TMS320C6211BZFN150的数字收发信号处理器7，数字回环5位于传输电路电路及接收电路电路与基带3之间，述数字回环5分别与现场可编程门阵列6和数字收发信号处理器7连接。

本实施例中，输入端口111和输出端口215都为串行端口，第一数字接口和第二数字接口都为串行接口。

工作原理：

该电路包含两个传输和两个接收链，用于在多个输出(多入多出技术)平台中实现多个。两个发射机共享一个锁相环和两个接收机共享另一个。传输和接收链全部实现为零中频体系结构，提供多达112兆赫射频调制带宽(相当于56兆赫基带3数字带宽)。为了简化此文档的目的，对芯片的功能和性能的解释基于一个传输和一个接收电路，因为其他两个方法的工作方式完全相同.在传输端，在相位和正交数字数模的数据样本，从基带3处理器，通过数字接口提供给电路。该电路实现了双数据速率标准数字接口协议以及事实上的数字复用标准。

在数字复用模式下，该电路还支持单数据速率。然后，通过数字收发信号处理器7对样本进行预处理，以进行最小的模拟/射频失真，并将其应用于芯片传输数模转换器211。数模转换器211生成模拟数字信号，提供给模拟/射频部分进一步处理。传输低通滤波器去除由数模转换器211的零保持效果产生的图像以及数模转换器211的带外噪声。然后将模拟数字信号与发射锁相环输出混合，产生调制的射频信号。这一射频信号然后放大两个独立/可选择的功率放大器112驱动程序之一，两个开放漏差输出作为射频信号输出的每一个MIMO路径。70db的发射机增益控制范围由集成的数字收发信号处理器7和接收功率放大器驱动器24提供。两个阶段都有1db增益步进控制。

该电路提供了一种射频回退选项，它使上行射频信号信号能够反馈到基带3中以进行校准和测试。通过环回放大器放大射频环回信号，提高回路的动态范围。

实现了两个附加的循环后退功能，一个是模拟基带3循环，另一个是数字环回，如图1电路用于测试，而数字环回可用于验证与基带3、现场可编程门阵列6、数字收发信号处理器7或任何其他数字电路的单元连接。

在接收端，三个单独的输入分别提供一个专用的功率放大器112优化的窄带或宽带操作。每个端频信号首先被一个可编程的功率放大器112放大。然后将射频信号与接收锁相环输出混合，直接向下转换为基带3。自动发电控制步骤可通过跨阻放大器114在可编程带宽低通信道选择过滤器之前实现。得到的数字信号由可编程增益放大器进一步放大。在跨阻放大器114的输入处采用直流偏移，以防止饱和，并保持接收模数转换的动态范围。得到的模拟接收数字信号被转换成数字域，在芯片上接收模数转换。在模数转换之后，信号调理由数字收发信号处理器7(TSP)进行，然后通过单元数字接口向模拟基带3提供所产生的信号。

本方案采用了基于CMOS技术的先进收发器设计，能显著减小成本和功耗。本方案集成了用以支持多入多出技术的双收发器架构，以及重要的片上数字功能；可在任何移动通信标准和常用移动通信频率下运行，提高了实用性；相比之前市场上的射频收发电路作了很大的改进，实现了同类型产品中达到最低功耗，扩展频率范围，最高级别的集成，更大的设计灵活性，满足NB-IoT的设计要求，能够广泛的应用于数字光分布技术领域中。

以上所述仅为本实用新型的实施例，实施例用于理解实用新型的结构、功能和效果，并不用于限制本实用新型的保护范围。本实用新型可以有各种更改和变化，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。