可配置无线发射的制造方法
【专利摘要】一种可配置无线发射机，包括数字基带电路、数模转换电路、模拟基带电路、射频前端电路、频率综合器、带隙基准源电路、串行控制接口电路以及并行数据接口电路，所述射频前端电路包括功率预放大器、功率放大器以及馈通缓冲器，所述功率预放大器应用于宽带集群应用，将输入的信号转化成宽带集群应用所需频率和带宽的射频信号，所述功率放大器应用于窄带专网应用，将输入的信号转化成窄带专网应用所需频率和带宽的射频信号。该可配置无线发射机功耗低、集成度高。该可配置无线发射机输出的射频信号中心频率覆盖100MHz至5GHz，带宽支持5kHz至20MHz，具有灵活的可配置特性，能够满足不同通信标准的要求。
【专利说明】可配置无线发射机【技术领域】
[0001]本发明涉及一种软件无线电领域面向行业专网应用的可配置无线发射机，尤其涉及一种采用单芯片集成电路技术实现的适用于多种无线通信标准的可配置无线发射机。
【背景技术】
[0002]按照通信系统的服务对象，通信网络分为公网和专网。公网面向公众用户，提供电话、多媒体等业务。专网主要针对调度指挥和安全性需求比较高的行业，信息化专网能够为各个行业或者大型企业的安全运作提供保障。随着无线通信技术的发展，公网建设已逐步成熟，但专网建设却相对滞后。
[0003]行业专网无线通信应用可分为两类:一类是面向电力、公安、铁道列车等行业的窄带通信应用，另一类是高数据率的宽带集群通信应用。宽带集群通信是近年来国际上的研究热点，由于相关标准尚未制定，目前宽带集群通信系统的开发大多依托现有的无线宽带技术，如 3G、WLAN、WiMAX、LTE 等。
[0004]新一代的行业专网无线应用需求正日益增长，但由于行业专网无线应用种类繁多，工作频段分散，频率覆盖范围较广，信道带宽宽窄不一，使得射频器件配套困难，不利于行业专网的建设。为实现多标准应用，一款带宽频点可配置的无线射频芯片将成为发展的必然趋势。这样借助于一个终端设备就能支持不同的通信服务，能极大地满足众多行业专网的应用需求。
[0005]可配置无线射频芯片是从软件无线电(Software-Defined Radio, SDR)技术发展而来，其基本思想是通过软件来配置硬件，实现灵活的可重构特点，其中的主要关键技术难点就是收发机电路实现。
[0006]可配置无线发射机可以配置成任何模式的工作状态来满足现有的不同通信标准要求。常见的通信标准包括蜂窝式通信`系统(2G-2.5G-3G等)，无线局域网通信系统(802.lla/b/g/n等)，无线个人局域网通信系统(Bluetooth, Zigbee等)，广播通信系统(DAB，DVB，DMB等)和第四代移动通信系统(4G)等等。其中，每一种通信标准具有各自不同的中心频率，信道带宽，线性度指标、发射功率要求等等。因此，可配置无线发射机必须能够提供较大的动态范围，并且实现不同通信标准的指标要求。
[0007]可配置无线发射机不仅具有灵活的可重构特点，其在低功耗应用领域也有很大的潜力。传统的无线通信发射机在设计时需要满足通信系统的最苛刻要求，因此必然会付出最多的功耗代价。但可配置无线发射机可以根据其不同的应用环境，灵活地配置其性能指标，在满足实际通信指标的前提下，降低整体平均功耗。
[0008]然而，目前的可配置无线发射机虽然可配置带宽和频点，但要么仅能支持宽带的通信标准，要么仅能窄带的通信标准，无法同时兼容窄带和宽带应用。
【发明内容】
[0009]有鉴于此，确有必要提供一种可同时支持窄带专网应用和宽带集群应用的可配置无线发射机。
[0010]一种可配置无线发射机，包括数字基带电路、数模转换电路、模拟基带电路、射频前端电路、频率综合器、带隙基准源电路、串行控制接口电路以及并行数据接口电路，所述射频前端电路包括功率预放大器、功率放大器以及馈通缓冲器，所述功率预放大器应用于宽带集群应用，将输入的信号转化成宽带集群应用所需频率和带宽的射频信号，所述功率放大器应用于窄带专网应用，将输入的信号转化成窄带专网应用所需频率和带宽的射频信号，所述馈通缓冲器在所述发射机和接收机之间形成反馈环路，用于检测并根据反馈校准该无线发射机的发射功率；所述并行数据接口电路接收片外的数字基带信号并输入到所述数字基带电路中，所述数字基带电路用于将接收到的数字基带信号进行调制、带宽限制、混频以及上采样处理；所述数模转换电路用于将所述数字基带电路处理后的信号进行数模转换；所述模拟基带电路用于滤除数模转换后信号中的混叠信号和噪声信号，所述射频前端电路对所述模拟基带电路处理后的信号进行上变频然后根据需要发射适用于窄带专网应用或宽带集群应用的射频信号；所述频率综合器为该无线发射机提供本振信号，所述带隙基准源电路为该无线发射机中除数字电路以外的其他电路提供偏置电压和偏置电流；所述串行控制接口电路与外部的控制器相连来通过外部控制器来控制该无线发射机中的各个电路的工作模式。
[0011]与现有技术相比较，本发明实施例提供的面向行业专网应用的可配置无线发射机通过在芯片上集成数字基带电路、数模转换电路、模拟基带电路、射频前端电路、频率综合器、带隙基准源电路以及接口电路，同时所述射频前端电路集成应用于宽带集群应用的功率预放大器、应用于窄带专网应用的功率放大器以及馈通缓冲器三条并列的通路，由于上述电路均可配置，从而该无线发射机作为一独立的芯片既可应用于宽带集群应用中，也可以应用于窄带专网应用中。该无线发射机的射频信号中心频率覆盖IOOMHz至5GHz，带宽支持5kHz至20MHz，通过片上集成上述电路，可大大降低该无线发射机的应用成本以及功耗，适用于各种不同的通信应用环境中。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明第一实施例提供的可配置无线发射机的结构功能框图。
[0013]图2为本发明第一实施例提供的可配置无线发射机中模拟数字基带电路的电路结构图。
[0014]图3为本发明第一实施例提供的可配置无线发射机射频前端电路中功率放大器的电路结构图。
[0015]图4为本发明第一实施例提供的可配置无线发射机射频前端电路中包括功率驱动级的功率放大器的电路结构图。
[0016]图5为本发明第一实施例提供的可配置无线发射机射频前端电路中上变频的电路结构图。
[0017]图6为本发明第一实施例提供的使用可配置无线发射机的应用于窄带专网模式的无线发射系统的功能模块图。
[0018]图7为本发明第一实施例提供的使用可配置无线发射机的应用于宽带集群应用模式的无线发射系统的功能模块图。[0019]图8为本发明第二实施例提供的可配置无线发射机的结构功能框图。
[0020]图9为本发明第二实施例提供的可配置无线发射机中IQ失配校准电路的电路结构图。
[0021]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种可配置无线发射机，其特征在于，包括数字基带电路、数模转换电路、模拟基带电路、射频前端电路、频率综合器、带隙基准源电路、串行控制接口电路以及并行数据接口电路，所述射频前端电路包括功率预放大器、功率放大器以及馈通缓冲器，所述功率预放大器应用于宽带集群应用，将输入的信号转化成宽带集群应用所需频率和带宽的射频信号，所述功率放大器应用于窄带专网应用，将输入的信号转化成窄带专网应用所需频率和带宽的射频信号，所述馈通缓冲器在所述发射机和接收机之间形成反馈环路，用于检测并根据反馈校准该无线发射机的发射功率；所述并行数据接口电路接收片外的数字基带信号并输入到所述数字基带电路中，所述数字基带电路用于将接收到的数字基带信号进行调制、带宽限制、混频以及上采样处理；所述数模转换电路用于将所述数字基带电路处理后的信号进行数模转换；所述模拟基带电路用于滤除数模转换后信号中的混叠信号和噪声信号，所述射频前端电路对所述模拟基带电路处理后的信号进行上变频然后根据需要发射适用于窄带专网应用或宽带集群应用的射频信号；所述频率综合器为该无线发射机提供本振信号，所述带隙基准源电路为该无线发射机中除数字电路以外的其他电路提供偏置电压和偏置电流；所述串行控制接口电路与外部的控制器相连来通过外部控制器来控制该无线发射机中的各个电路的工作模式。
2.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述数字基带电路包括数字调制器、基带成型滤波器、数字上混频器以及上采样电路，所述数字调制器用于所述片外的数字基带信号进行调制，调制方式包括FSK、BPSK以及DSSS中的至少一种，所述无线发射机具有中频上变频和直接上变频两种架构，所述中频上变频应用于所述窄带专网应用，所述直接上变频应用于所述宽带集群应用；经过所述数字调制器调制的信号进入所述基带成型滤波器进行带宽限制，然或经过或旁路所述数字上混频器来分别实现该无线发射机的中频上变频和直接上变频两种架构，所述上采样电路用于使该数字基带电路输出的数据率与后级的所述数模转换电路的采样率保持一致。
3.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述数模转换电路采用全差分电路具有10位精度，其中低四位采用二进制码，高六位通过温度码实现。
4.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述模拟基带电路包括跨阻低通滤波器和与该跨阻低通滤波器串联的无源低通滤波器。
5.如权利要求4所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述跨阻低通滤波器采用二阶巴特沃斯低通滤波器，所述跨阻低通滤波器采用差分电路结构，由两级运算放大器组成，在第一级运算放大器(Ul)的正相输出端与反相输入端之间连接有并联的负载电阻(R311)和负载电容(C312)，同时，在该第一级运算放大器(Ul)的反相输出端与正相输入端之间连接有并联的负载电阻(R311)和负载电容(C312)，该第一级运算放大器(Ul)的反相输出端和正相输出端分别串联电阻(R314)后连接至第二级运算放大器(U2)的输入端，所述第二级运算放大器(U2)的反相输入端与正相输出端之间以及正相输入端和反相输出端之间分别连接有负载电容(C315)，所述第一级运算放大器(Ul)的反相输入端与所述第二级运算放大器(U2)的反相输出端之间以及第一级运算放大器(Ul)的正相输入端与所述第二级运算放大器(U2)的正相输出端之间分别连接有电阻(R313)，所述无源低通滤波器连接于所述跨阻低通滤波器的正相输出端和反相输出端。
6.如权利要求5所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述无源低通滤波器连接于所述跨阻低通滤波器的差分输出端，具有一阶巴特沃斯铝箔特性，该无源低通滤波器的电路结构为:两个电阻(R321)的一端分别与第二级运算放大器(U2)的正相输入端和反相输入端连接，该两个电阻(R321)另一端作为该模拟基带电路的差分输出端，两个电容(C322)串联后两端分别接所述差分输出端，一电阻(R323)与串联后的所述两个电容(C322)并联连接。
7.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述射频前端电路进一步包括一天线开关与所述功率放大器的输出端连接。
8.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述功率预防放大器的工作频段覆盖450MHz至5GHz，所述功率放大器的工作频段覆盖IOOMHz至1.5GHz。
9.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述频率综合器具有两种可配置的工作模式:环路产生本振信号输出或片外灌入本振信号输出，该频率综合其提供本振信号的频率覆盖范围为IOOMHz至5GHz。
10.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述串行控制接口电路为四线串行控制，包括SD1、SDO、SCLK和SCS串行接口。
11.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，并行数据接口电路为12位并行控制，包括12位并行数据线、两个时钟控制线以及发射与接收使能控制线。
12.如权利要求1所述的可配置无线发射机，其特征在于，所述可配置无线发射机采用正交上变频架构，具有同相(I)和正交相位(Q)两条信号通道，该可配置无线发射机进一步包括一 IQ失配校准电路，该IQ失配校准电路用于校准该发射机1、Q两路通道的信号的幅度和相位失配，该IQ失配校准电路连接于所述数字基带电路和数模转换电路之间，该IQ失配校准电路包括一 I路信号校准单元以及Q路信号校准单元，当该发射机20的1、Q两通道间的信号存在幅度失配量α和相位失配量Θ时，所述I路信号校准单元用于将I路输入信号(I_in)乘以(Ι-α /2)倍后与(Θ /2)倍的Q路输入信号(Q_in)相加得到校准后的I路信号(I_cal);所述Q路信号校准单元用于将Q路输入信号(Q_in)乘以(1+ α /2)倍后与(Θ /2)倍的I路信号(I_in)相加得到校准后的Q路信号(Q_cal)。
【文档编号】H04B1/04GK103516371SQ201310427108
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】池保勇, 殷韵, 于谦, 王志华 申请人:清华大学