專利名稱：全球數(shù)字廣播用二步雙正交零中頻結構接收機的前端電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新型的接收機前端電路，特別適用于全球數(shù)字廣播(DRM)的接收機的設計。
背景技術：
ITU于2001年4月通過了由DRM即全球數(shù)字廣播組織提交的30MHz以下的全球數(shù)字廣播方案，它的信號帶寬分為5k，10k，20k三種工作模式。該方案旨在對目前的模擬廣播數(shù)字化，以達到類似CD音質(zhì)的效果。隨著集成電路制造技術的飛速發(fā)展和設計工具的不斷進步，數(shù)字集成電路設計設計能力在不斷提高，而工藝線寬的降低對模擬、對前端電路的設計帶來的極大的挑戰(zhàn)，因此在全球數(shù)字廣播接收機中，接收機前端結構已經(jīng)成為制約接收機性能的一個主要瓶頸之一。
超外插結構接收機的主要優(yōu)點是對于各種接收機要求適應性強，選擇性好，性能高。因此大多數(shù)模擬收音機基本采用了超外差二次變頻的前端結構，目前全球數(shù)字廣播(DRM)的接收機已經(jīng)面世的一些射頻前端測試板也基本采用了超外差二次變頻的前端結構。
但是使用超外差結構接收機(Heterodyne)的全球數(shù)字廣播(DRM)具有外接元件多，不易集成，成本高，功耗大，不適應多模式多頻段等缺點。
另外一種常用的零中頻結構接收機(Homodyne)雖然具有以下幾個主要優(yōu)點1)由于零中頻的射頻信號直接變換到基帶而沒有經(jīng)過中頻階段。因而它沒有鏡像頻率的問題，對鏡像抑制的要求比較低。
2)零中頻結構的通道選擇在基帶進行，因此可以使用片上集成低通濾波器而不需要使用超外差結構中所使用的高頻帶通濾波器。
3)在零中頻結構中基本不需要外接器件。這樣一方面降低了成本，而且消除了由于使用片外器件帶來的各種損耗。
4)由于零中頻結構使用片上集成器件，因此更適合進行多模式多頻段的設計。
但是零中頻接收機的I/Q失配，直流失調(diào)和1/f噪聲問題，限制了零中頻接收機的應用。在全球數(shù)字廣播(DRM)的接收機中由于信號帶寬很窄，因而決定了它對1/f噪聲會非常敏感，因此在全球數(shù)字廣播(DRM)的接收機不宜使用傳統(tǒng)的零中頻結構。
因此目前現(xiàn)有的傳統(tǒng)接收機結構存在的種種問題給高性能、低成本的全球數(shù)字廣播(DRM)接收機的設計帶來了很大的挑戰(zhàn)，增加了實現(xiàn)的復雜性和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能克服上述缺點的高性能、低成本的全球數(shù)字廣播用二步雙正交零中頻結構接收機的前端電路。
本發(fā)明的所述電路之一的特征在于，所述前端電路含有射頻濾波器，該濾波器的射頻信號輸入端從無線端口接收射頻信號后，對所述射頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制，輸出有用信號；低噪聲放大器，該放大器的輸入端與所述射頻濾波器的輸出端相連，對輸入的有用信號進行0dB-20dB的放大；混頻器，設有本振信號輸入端，還設有一個與所述低噪聲放大器的放大后有用信號輸出端相連的對應輸入端，該混頻器對所述放大后的有用信號與收到的本振信號進行混頻，把有用信號的載頻搬移至10Mhz-50Mhz的中頻頻段；中頻濾波器，設有一個與所述混頻器中頻信號輸出端相連的信號輸入斷，以對輸入的中頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制；中頻放大器，設有一個與所述中頻濾波器的濾波信號輸出端相連的信號輸入端，對輸入信號放大10dB-30dB；正交信號發(fā)生器，設有一個與所述中頻放大器的信號輸出端相連的信號輸入端，把輸入信號變成相互正交的I/Q兩路信號；正交混頻器，設有兩個分別與所述正交信號發(fā)生器的I/Q信號輸出端相連的信號輸入端，把所述I/Q兩路信號分別變頻到基帶；兩個低通濾波器，各自設有一個與所述正交混頻器的基帶信號輸出端相連的信號輸入端，對輸入的I/Q兩路信號分別進行通道濾波；兩個可變增益放大器，各自設有一個與所述兩個低通濾波器的各自信號輸出端相連接的信號輸入端，把兩路輸入信號分別放大至下述兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程；兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各自設有一個與所述兩個可變增益放大器的信號輸出端相連的信號輸入端，分別對兩路信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字信號處理器，設有兩個分與域兩個所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號輸出端相連的對應輸入端，以對兩路信號進行解調(diào)。
本發(fā)明所述電路之二的特征在于，所述前端電路含有射頻濾波器，該濾波器的射頻信號輸入端從無線端口接收射頻信號后，對所述射頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制，輸出有用信號；低噪聲放大器，該放大器的輸入端與所述射頻濾波器的輸出端相連，對輸入的有用信號進行0dB-20dB的放大；混頻器，設有本振信號輸入端，還設有一個與所述低噪聲放大器的放大后有用信號輸出端相連的對應輸入端，該混頻器對所述放大后的有用信號與收到的本振信號進行混頻，把有用信號的載頻搬移至10Mhz-50Mhz的中頻頻段；中頻濾波器，設有一個與所述混頻器中頻信號輸出端相連的信號輸入斷，以對輸入的中頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制；可變增益放大器，設有一個與所述中頻濾波器的濾波信號輸出端相連的信號輸入端，以對輸入信號進行放大至下述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設有一個與所述可變增益放大器的放大信號輸出端相連的對應輸入端，以對輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；正交信號發(fā)生器，設有一個與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸出端相連的相應信號輸入端，把輸入信號變成相互正交的I/Q兩路信號；數(shù)字域雙正交混頻器，設有兩個分別與所述正交信號發(fā)生器的I/Q兩路信號輸出端相連的相應輸入端，并把兩路信號分別變頻至基帶；數(shù)字域低通放大器，設有兩個分別域所述數(shù)字域雙正交混頻器的兩路基帶信號輸出端相連的對應輸入端，以對所述兩路基帶信號進行低通濾波；數(shù)字信號處理器，設有兩個分別與兩個所述數(shù)字域低通濾波器的濾波信號輸出端相連的對應輸入端，以對兩路信號進行解調(diào)。
克服了目前全球數(shù)字廣播系統(tǒng)(DRM)使用的傳統(tǒng)超外差結構接收機變頻次數(shù)多，集成度差的問題和零中頻接收機中的直流失調(diào)，1/f噪聲嚴重，I/Q兩路失配等弊端，提出了一種結合這兩者優(yōu)點的二步雙正交零中頻的接收機的新結構。信號在一次變頻后通過雙正交方式第二次變頻到零中頻。因此集成度較傳統(tǒng)超外差有所提高。由于經(jīng)過先經(jīng)過一次變頻，有用信號已經(jīng)放大，信號的強度大為增強，因此可以抑制一些由于傳統(tǒng)零中頻結構帶來的一些負面影響，比如1/f噪聲的作用，而且由于信號頻率降低，因此由于信號串擾帶來的直流失調(diào)大大減小。最后得到的I/Q信號輸出到數(shù)字信號處理器中就可以對信號進行濾波及后續(xù)的解調(diào)處理。另外由于采用在基帶進行濾波，給了系統(tǒng)設計更大的靈活度，更適應于以后的多帶寬，多模式接收機的設計。
雙正交混頻相對于一般的正交混頻來說可以達到更好的鏡像抑制，提高系統(tǒng)集成度，降低功耗。而且雙正交混頻實現(xiàn)這樣的多路結構可以抑制在正交混頻不可避免的失配問題，可以大大減小傳統(tǒng)結構實現(xiàn)帶來的種種弊端。而且雙正交混頻較傳統(tǒng)正交混頻在相位幅度誤差下，鏡像抑制比可以大大提高。
雙正交混頻相位誤差與鏡像比抑制的關系為IRR=201og(1+cosΔθ1)(1+cosΔθ2)(1-cosΔθ1)(1-cosΔθ2)]]>經(jīng)仿真可得，在相位誤差同為1°的情況下，傳統(tǒng)正交混頻只能達到41dB的鏡像抑制。而雙正交混頻可以達到82dB的鏡像抑制。
其中Δθ1為本振的相位誤差，Δθ2為中頻信號的相位誤差。
雙正交混頻幅度誤差與鏡像比抑制的關系為IRR=201og(4+ΔA1ΔA1)]]>經(jīng)仿真可得，在相同幅度誤差情況下，雙正交混頻也能比傳統(tǒng)正交混頻提高3dB以上的鏡像抑制比。


圖1.本發(fā)明之一THUDRM-A芯片框圖。
圖2.本發(fā)明之二THUDRM-B芯片框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術解決方案是全球數(shù)字廣播用基于二步雙正交數(shù)字零中頻的射頻前端結構，屬于全球數(shù)字廣播技術。其特征在于基于聯(lián)合超外差結構和零中頻結構的優(yōu)點，采用二步零中頻技術，并將零中頻操作過程采用雙正交混頻來實現(xiàn)。該接收機結構的主要特點是克服了目前全球數(shù)字廣播系統(tǒng)(DRM)使用的傳統(tǒng)超外差結構接收機變頻次數(shù)多，集成度差的問題和零中頻接收機中的直流失調(diào)，1/f噪聲嚴重，I/Q兩路失配等弊端，提出了一種結合這兩者優(yōu)點，消除其缺點的改進型接收機新結構，而且該結構完全符合目前集成電路研究和發(fā)展的方向。
其實施方式A步驟如圖1所示首先通過射頻天線收集到信號，接著經(jīng)過射頻鏡像抑制濾波器對其進行約30-60dB的抑制。然后先將射頻信號通過一個混頻器與本振信號混頻，并變換到10-50Mhz的中頻?；祛l后的中頻信號通過中頻濾波器，對無用信號進行30-60dB的抑制。接著進入中頻放大器將信號幅度放大信號10-30dB。經(jīng)過模擬器正交移相器將信號分成I/Q兩路信號。I/Q兩路信號經(jīng)過雙正交混頻器在中一步變頻至基帶。對基帶信號進行通道濾波。經(jīng)過可變增益放大器，對有用信號進一步進行放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程。在基帶進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行采樣。最后送入數(shù)字信號處理器進行后續(xù)的解調(diào)。
其實施方式B步驟如圖2所示首先通過射頻天線收集到信號，接著經(jīng)過射頻鏡像抑制濾波器對其進行約30-60dB的抑制。然后將射頻信號通過一個混頻器與本振信號混頻，并變換到10-50Mhz的中頻?；祛l后的中頻信號通過中頻濾波器，對無用信號進行一定的程度的抑制。接著進入中頻可變增益放大器將信號幅度放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程范圍。然后中頻信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器被中頻采樣。由于全球數(shù)字廣播(DRM)技術的特點是帶寬比較窄，因此按照目前模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術，可以對中頻信號進行帶通采樣，采樣頻率可以為信號帶寬的4倍。采樣后的信號，經(jīng)過數(shù)字移相后經(jīng)過一個在數(shù)字域的雙正交混頻結構。在數(shù)字域用低通濾波器對基帶信號進行通道濾波，送入數(shù)字信號處理器進行后續(xù)的解調(diào)。
實施方式B與實施方式A相比，它在中頻進行數(shù)字化，因此中頻以后的處理處于數(shù)字域可以做到比方式A更高的匹配精度和性能，但方式B采用帶通模數(shù)轉(zhuǎn)換器，而方式A采用基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此方式B對模數(shù)轉(zhuǎn)換器速度和精度的要求要大于A。因此根據(jù)具體應用要求的不同可以在實施方式A和實施方式B之間加以選擇。
權利要求
1.全球數(shù)字廣播的二步雙正交零中頻結構接收機的前端電路，其特征在于，所述前端電路含有射頻濾波器，該濾波器的射頻信號輸入端從無線端口接收射頻信號后，對所述射頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制，輸出有用信號；低噪聲放大器，該放大器的輸入端與所述射頻濾波器的輸出端相連，對輸入的有用信號進行0dB-20dB的放大；混頻器，設有本振信號輸入端，還設有一個與所述低噪聲放大器的放大后有用信號輸出端相連的對應輸入端，該混頻器對所述放大后的有用信號與收到的本振信號進行混頻，把有用信號的載頻搬移至10Mhz-50Mhz的中頻頻段；中頻濾波器，設有一個與所述混頻器中頻信號輸出端相連的信號輸入斷，以對輸入的中頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制；中頻放大器，設有一個與所述中頻濾波器的濾波信號輸出端相連的信號輸入端，對輸入信號放大10dB-30dB；正交信號發(fā)生器，設有一個與所述中頻放大器的信號輸出端相連的信號輸入端，把輸入信號變成相互正交的I/Q兩路信號；正交混頻器，設有兩個分別與所述正交信號發(fā)生器的I/Q信號輸出端相連的信號輸入端，把所述I/Q兩路信號分別變頻到基帶；兩個低通濾波器，各自設有一個與所述正交混頻器的基帶信號輸出端相連的信號輸入端，對輸入的I/Q兩路信號分別進行通道濾波；兩個可變增益放大器，各自設有一個與所述兩個低通濾波器的各自信號輸出端相連接的信號輸入端，把兩路輸入信號分別放大至下述兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程；兩個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，各自設有一個與所述兩個可變增益放大器的信號輸出端相連的信號輸入端，分別對兩路信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字信號處理器，設有兩個分別與兩個所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器信號輸出端相連的對應輸入端，以對兩路信號進行解調(diào)。
2.全球數(shù)字廣播的二步雙正交零中頻結構接收機的前端電路，其特征在于，所述前端電路含有射頻濾波器，該濾波器的射頻信號輸入端從無線端口接收射頻信號后，對所述射頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制，輸出有用信號；低噪聲放大器，該放大器的輸入端與所述射頻濾波器的輸出端相連，對輸入的有用信號進行0dB-20dB的放大；混頻器，設有本振信號輸入端，還設有一個與所述低噪聲放大器的放大后有用信號輸出端相連的對應輸入端，該混頻器對所述放大后的有用信號與收到的本振信號進行混頻，把有用信號的載頻搬移至10Mhz-50Mhz的中頻頻段；中頻濾波器，設有一個與所述混頻器中頻信號輸出端相連的信號輸入斷，以對輸入的中頻信號進行30dB-60dB的鏡像抑制；可變增益放大器，設有一個與所述中頻濾波器的濾波信號輸出端相連的信號輸入端，以對輸入信號進行放大至下述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，設有一個與所述可變增益放大器的放大信號輸出端相連的對應輸入端，以對輸入信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；正交信號發(fā)生器，設有一個與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸出端相連的相應信號輸入端，把輸入信號變成相互正交的I/Q兩路信號；數(shù)字域雙正交混頻器，設有兩個分別與所述正交信號發(fā)生器的I/Q兩路信號輸出端相連的相應輸入端，并把兩路信號分別變頻至基帶；數(shù)字域低通放大器，設有兩個分別域所述數(shù)字域雙正交混頻器的兩路基帶信號輸出端相連的對應輸入端，以對所述兩路基帶信號進行通道濾波；數(shù)字信號處理器，設有兩個分與域兩個所述數(shù)字域低通濾波器的濾波信號輸出端相連的對應輸入端，以對兩路信號進行解調(diào)。
3.根據(jù)權利要求1或權利要求2中任何一項權利要求所述的全球數(shù)字廣播系統(tǒng)用二步雙正交零中頻結構接收機的前端電路，其特征在于，所述的全球數(shù)字廣播系統(tǒng)使用30Mhz以下的頻率，信號帶寬分為5k，10k，20k三種工作模式；所述前端電路采用標準CMOS工藝實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于全球數(shù)字廣播技術，其特征是采用二步雙正交零中頻，其步驟是先將射頻信號變換到一個高中頻，中頻信號再通過雙正交混頻結構直接變換到基帶。具體實施上可以根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器放置位置的不同分為在第一次混頻后數(shù)字化，再進行第二次雙正交混頻和在第一、第二次混頻之后再數(shù)字化，兩種不同的具體實施方式
。該接收機結構的主要特點是克服了目前全球數(shù)字廣播系統(tǒng)使用的傳統(tǒng)超外差結構接收機變頻次數(shù)多，集成度差的問題和零中頻接收機中的直流失調(diào)，1/f噪聲嚴重，I/Q兩路失配等弊端，提出了一種結合這兩者優(yōu)點，消除其缺點的改進型接收機新結構，而且該結構完全符合目前集成電路研究和發(fā)展的方向。
文檔編號H03D1/00GK1794594SQ200510135479
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權日2005年12月31日
發(fā)明者孫耀暉, 楊華中 申請人:清華大學