專利名稱:一種可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及射頻模擬前端模擬集成電路領(lǐng)域,即收發(fā)器中的混頻器, 具體涉及一種可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器。
背景技術(shù):
隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展,移動(dòng)通信的蓬勃發(fā)展。FRIP核的市場(chǎng) 前景將變得十分廣闊,全世界的半導(dǎo)體和電子系統(tǒng)制造公司都投入了巨大 的人力和資金進(jìn)行無(wú)線通信系統(tǒng)的開發(fā),混頻器是其中重要的組成部分?;祛l器包括上變頻混頻器和下變頻混頻器。具體就是把射頻信號(hào)線 性的搬移到一個(gè)較低的頻帶,傳到基帶中,便于基帶處理的下變頻混頻器; 把基帶中的較低的頻帶信號(hào)線性搬移到一個(gè)較高頻帶的模擬信號(hào)便于模擬 部分處理的上變頻混頻器。混頻器是通信系統(tǒng)重要的組成部分之一,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在混頻器的研 究方面取得一定的進(jìn)展,在發(fā)射端,上變頻混頻器將載有有用信號(hào)的低頻 或中頻信號(hào)通過(guò)混頻器混頻到射頻進(jìn)行輸出。這樣,就避免了輸出端因?yàn)?低頻信號(hào)波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)引起的發(fā)射天線無(wú)法匹配的難題以及更好的利用了頻譜 資源。同理,在接收端,下變頻混頻器將接收到的高頻信號(hào)重新轉(zhuǎn)化為低 頻信號(hào),并通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化電路獲得原始的有用的信號(hào)。這樣,僅僅改 變了載波頻率,而沒有改變信號(hào)所負(fù)載的有用信息就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的傳輸。現(xiàn)階段混頻器一般采用下面三種結(jié)構(gòu)[l]采用一次變頻直接得到需要頻段的信號(hào),通過(guò)頻率合成器產(chǎn)生的本 振頻率和射頻信號(hào)或基帶信號(hào)的輸入頻率兩個(gè)輸入端,采用乘法器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 化信號(hào)頻率。[2]采用兩次變頻,通過(guò)頻率合成器產(chǎn)生的本振頻率, 一般是先經(jīng)過(guò)一 個(gè)的2/3本振頻率變頻,再通過(guò)一個(gè)1/3的本振頻率分別實(shí)現(xiàn)下變頻,先經(jīng)過(guò)一個(gè)1/3的本振頻率變頻,再通過(guò)一個(gè)2/3的本振頻率分別實(shí)現(xiàn)上變 頻。[3]采用兩次變頻,而且采用雙通道模式,即采用平行排列的兩組混頻 器,每組混頻器包括兩次變頻, 一般是用在能兼容兩種不同頻率的射頻模 擬前端中。對(duì)于[l]一般變頻簡(jiǎn)單,但適用頻率范圍小,而且變頻誤差大, 一般達(dá) 不到良好的變頻效果。對(duì)于[2]經(jīng)過(guò)兩次變頻, 一般能達(dá)到良好的精度,但是同樣適用頻率范 圍小,當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上頻段,或頻段很大時(shí)就難以實(shí)現(xiàn)。國(guó)外最新研究成果一般采用第[3]種情況,此結(jié)構(gòu)能很好的應(yīng)用在兼容 802. lla/b/g協(xié)議的射頻模擬前端的設(shè)計(jì)上,在兼容2. 4GHz和5GHz兩種頻 段的混頻器的研究中達(dá)到很好的效果。但是在本發(fā)明中提到的兼容多種協(xié) 議適用于O-llGHz頻段內(nèi),此結(jié)構(gòu)混頻器難以適用1. 第[3]種情況兼容802. lla/b/g協(xié)議,只能適用于2. 4GHz和5GHz兩種頻段,兼容協(xié)議的范圍太窄。2. 第[3]種情況采用兩頻段時(shí)就采用了4個(gè)混頻器,當(dāng)頻段增加時(shí),要 成比例的增加混頻器,這就使得設(shè)計(jì)的混頻器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器,該混頻器可兼容0-llGHz頻段,提供不同的本振頻率,從而提供不變頻、 一次變頻 和二次變頻三種模式來(lái)處理信號(hào)頻率。本發(fā)明提供的可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器,其特征在于它包括上變 頻混頻器、下變頻混頻器和變頻配置控制器;變頻配置控制器根據(jù)上層提供的第一配置控制輸入信號(hào),輸出控制信 號(hào)至頻率合成器,并接收頻率合成器返回的輸出頻率;變頻配置控制器根 據(jù)上層提供的第二配置控制輸入信號(hào),將輸出頻率提供給下變頻混頻器作 為本振頻率fdh fd2,以及輸出開關(guān)控制信號(hào)kd,、 kd2給下變頻混頻器;變頻配置控制器根據(jù)上層提供的第三配置控制輸入信號(hào),將輸出頻率提供給上變頻混頻器作為本振頻率ful、 fu2,以及輸出開關(guān)控制信號(hào)U、 ku2給上變頻混頻器;第二配置控制輸入信號(hào)和第三配置控制輸入信號(hào)分別控制下變頻 混頻器和上變頻混頻器交替工作;下變頻混頻器包括第一下變頻器、第二下變頻器和開關(guān)k 、 k12;第一 下變頻器和第二下變頻器用于將輸入射頻信號(hào)線性的搬移到頻段低的信 號(hào),二者串接后與開關(guān)kn并聯(lián),開關(guān)k。與第二下變頻器并聯(lián);第一下變頻 率器的二個(gè)輸入端分別接輸入射頻信號(hào)和變頻配置控制器輸出的本振頻率fdl,變頻配置控制器提供的開關(guān)控制信號(hào)kd,控制開關(guān)kn的關(guān)斷;第二下變頻率器的二個(gè)輸入端分別接第一下變頻率器輸出及變頻配置控制器產(chǎn)生的本振頻率fd2;變頻配置控制器提供的開關(guān)控制信號(hào)kd2控制開關(guān)匕2的關(guān)斷;上變頻混頻器包括第一上變頻器、第二下變頻器和開關(guān)k2,, k22;第一上變頻器、第二上變頻器用于將把頻率較低的基帶信號(hào)線性的搬移到頻段高的射頻信號(hào),二者串接后與開關(guān)k22并聯(lián),k2,與第一上變頻器并聯(lián);第一上變頻器的二個(gè)輸入端分別接基帶模擬輸入信號(hào)及上變頻配置控制器輸出的本振頻率fu2,變頻配置控制器提供的開關(guān)控制信號(hào)ku2控制開關(guān)kn的關(guān)斷;第二上變頻器的二個(gè)輸入端分別接第一上變頻器的輸出信號(hào)以及上變 頻配置控制器輸出的本振頻率ful,變頻配置控制器提供的開關(guān)控制信號(hào)kul控制開關(guān)k22的關(guān)斷。本發(fā)明支持多種協(xié)議,提供多種變頻方式可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器。所謂多種協(xié)議是指,能處理0-llGHz內(nèi)所有頻段的信號(hào),覆蓋了多種頻率 段的要求能支持802. 11、 802.15、 802. 16等多種協(xié)議的信號(hào)傳輸。多種變 頻方式是指,改進(jìn)傳統(tǒng)的一次變頻、二次變頻,下變頻混頻器結(jié)構(gòu)是在兩 個(gè)混頻器上分別并聯(lián)開關(guān),在混頻器的本振頻率輸入端分別串聯(lián)開關(guān),通 過(guò)上層信號(hào)控制開關(guān)的關(guān)斷實(shí)現(xiàn)不變頻、 一次下變頻、二次下變頻三種變頻方式來(lái)把射頻信號(hào)搬到一個(gè)較低的頻帶;上變頻混頻器結(jié)構(gòu)也是在兩個(gè) 混頻器上分別并聯(lián)開關(guān),在混頻器的本振頻率輸入端分別串聯(lián)開關(guān),通過(guò) 射頻信號(hào)控制開關(guān)的關(guān)斷實(shí)現(xiàn)不變頻、 一次上變頻、二次上變頻三種變頻 方式來(lái)把基帶中信號(hào)搬到一個(gè)較高的頻帶。可重構(gòu)是指,由頻率合成器產(chǎn) 生的本振頻率提供給混頻器的頻率是可以變化的以滿足兼容多種協(xié)議多種 頻段??膳渲檬侵?,根據(jù)變頻方式的不同,混頻器所在的接收器和發(fā)射器 可實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)越性在于,可以提供不同的本振頻率,可 以提供不變頻、 一次變頻、二次變頻三種模式來(lái)處理信號(hào)頻率,使其傳到 下一單元結(jié)構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)三種不同的變頻方式,支持多種協(xié)議提供0-llGHz 頻段內(nèi)的所有頻率的處理,這對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)中要求的兼容越來(lái)越多協(xié) 議的射頻前端的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。
圖1為本發(fā)明可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為下變頻混頻器的工作流程圖; 圖3為上變頻混頻器的工作流程圖; 圖4為變頻配置控制器的具體結(jié)構(gòu);圖5為本發(fā)明所述多配置可重構(gòu)動(dòng)態(tài)混頻器實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示,為射頻前端混頻器的整體結(jié)構(gòu),本發(fā)明混頻器包括下變 頻混頻器l、上變頻混頻器2,變頻配置控制器3。下變頻混頻器1,應(yīng)用于接收器前端的模塊,它位于低噪聲放大器之后, 將接收到的射頻輸入信號(hào)線性搬移到一個(gè)較低的頻帶,傳到基帶中,便于 基帶處理,即為基帶模擬輸出信號(hào)。下變頻混頻器1包括第一下變頻器4、第二下變頻器5、開關(guān)kn、 k12。 下面為對(duì)下變頻混頻器1的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。下變頻混頻器1的輸入信號(hào)即為從天線接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪放大器,濾波器等處理后傳輸?shù)交祛l器的高頻信號(hào)。本發(fā)明兼容多種協(xié)議,由此輸入的射頻信號(hào)包括0-11GHz內(nèi)所有可能頻段的信號(hào)。第一下變頻器4和第二下變頻器5工作原理相同,即把輸入射頻信號(hào) 線性的搬移到頻段較低的信號(hào),第一下變頻器4 一邊輸入由射頻信號(hào)輸入 提供,另一輸入由頻率合成器通過(guò)變頻配置控制器3控制,產(chǎn)生的本振頻 率fd提供。由與第一下變頻器4和第二下變頻器5并聯(lián)的開關(guān)ku的關(guān)斷來(lái) 控制其工作。第二下變頻器5 —邊輸入由第一下變頻器4輸出提供,另一輸入由頻率合成器通過(guò)變頻配置控制器3控制,產(chǎn)生的本振頻率fd2提供。由與其并聯(lián)的開關(guān)、2的關(guān)斷來(lái)控制其工作。第一下變頻率器4和第二下變 頻率器5其實(shí)就是利用非線性器件提供的乘法功能實(shí)現(xiàn)混頻作用的,即用 乘法原則來(lái)進(jìn)行頻率的搬移。開關(guān)kn、 k,2用來(lái)選擇不同的下變頻要求。當(dāng)射頻信號(hào)輸入的為一個(gè)較 低頻段信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下變頻開關(guān)控制信號(hào)kdl, kd2,控制開關(guān)ku、 k12,關(guān)上kn,射頻信號(hào)不需要變頻直接傳到到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射頻信號(hào)輸入的為一個(gè)中級(jí)頻段的 信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下變頻開關(guān)控制信號(hào)k^ kd2,控 制開關(guān)ku、 k12,斷開kn、關(guān)上k,2,射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一次下變頻,得到基帶能 處理的低頻段信號(hào)傳到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射 頻信號(hào)輸入的為一個(gè)高頻率的信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下 變頻開關(guān)控制信號(hào)kd,, kd2,控制開關(guān)ku、 k12,斷開kn、 k12,射頻信號(hào)經(jīng)兩次下變頻,得到低頻信號(hào)傳到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào)。 在這個(gè)過(guò)程中混頻器實(shí)現(xiàn)不變頻、 一次變頻、兩次變頻三種變頻方式,從 而接收器可配置的實(shí)現(xiàn)超外差、零中頻等結(jié)構(gòu),充分利用不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 而避免其不足。上變頻混頻器2,應(yīng)用于發(fā)射器前端模塊,把從基帶輸入低頻模擬信號(hào) 線性搬移到一個(gè)較高頻帶的信號(hào)再經(jīng)過(guò)處理傳輸?shù)缴漕l輸出信號(hào)處。上變頻混頻器2其原理和下變頻混頻器1大致相同,上變頻混頻器2 包括開關(guān)ka, k22、第一上變頻器6、第二上變頻器7。下面為對(duì)上變頻混頻 器2的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明?;鶐M輸入信號(hào),為數(shù)字輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波器的低頻段信號(hào)。此發(fā)明兼容多種協(xié)議,覆蓋0-llGHz所有頻段的可能 頻率,經(jīng)上變頻器輸出的射頻信號(hào)也覆蓋0-llGHz所有可能頻段,需要判 斷是否需要經(jīng)過(guò)上變頻,然后傳輸?shù)较乱患?jí)得到正確的射頻信號(hào)。第一上變頻器6、第二上變頻器7分別與圖2中第一下變頻器4、第二 下變頻率器5原理大致相同,即為一簡(jiǎn)單混頻器,不同的是它把頻率較低 的基帶信號(hào)線性的搬移到頻段較高的射頻信號(hào)。第一上變頻器6 —邊輸入 由基帶模擬輸入信號(hào)提供,另一輸入由頻率合成器通過(guò)上變頻配置控制器3控制,產(chǎn)生的本振頻率fu2提供,由與其并聯(lián)的開關(guān)k2,的關(guān)斷來(lái)控制其工作;第二上變頻器7 —邊輸入由第一上變頻器6輸出信號(hào)提供,另一輸入由頻 率合成器通過(guò)上變頻配置控制器3控制,產(chǎn)生的本振頻率^提供,由與第 一上變頻器6和第二上變頻器7并聯(lián)的開關(guān)k22的關(guān)斷來(lái)控制其工作。第一 上變頻器6和第二上變頻器7其實(shí)就是利用非線性器件提供的乘法功能實(shí) 現(xiàn)混頻作用的,即用乘法原則來(lái)進(jìn)行頻率的搬移。開關(guān)ka、 k22的作用與下變頻混頻器l中開關(guān)ku, k,2的工作原理相同, 用來(lái)選擇不同的上變頻要求。當(dāng)射基帶模擬輸入一個(gè)低頻頻段信號(hào),當(dāng)外 界需要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一低頻信號(hào)時(shí),上層信號(hào)控制配置控制器3輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)kd、 ku2,控制開關(guān)kH、 k22,關(guān)上k22,射頻信號(hào)不需要上變頻直接傳到到下一級(jí),即為我們要求的低射頻輸出信號(hào);外界需 要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一中頻信號(hào)時(shí),上層信號(hào)控制配置控制器3輸出 上變頻開關(guān)控制信號(hào)kul、 ku2,控制開關(guān)k21、 k22,斷開k22、關(guān)上k21,射頻 信號(hào)經(jīng)過(guò)一次上變頻,得到中頻段信號(hào)傳到下一級(jí),即為我們要求的中頻 段射頻輸出信號(hào);當(dāng)外界需要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一高頻信號(hào)時(shí),上層 信號(hào)控制配置控制器3輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)kUI、 ku2,控制開關(guān)k21、 k22, 斷開k21、 k22,射頻信號(hào)經(jīng)兩次上變頻,得到射頻頻信號(hào)傳到下一級(jí),即為 我們要求的高頻段射頻輸出信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中混頻器實(shí)現(xiàn)不變頻、 一次 變頻、兩次變頻三種變頻方式,從而發(fā)射器可配置的實(shí)現(xiàn)超外差、零中頻 等結(jié)構(gòu),充分利用不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)而避免其不足。上層提供的配置控制輸入信號(hào)為一系列的數(shù)字信號(hào),它輸入到變頻配置控制器3后,分為三路控制信號(hào)。分別為第一、第二、第三配置控制 輸入信號(hào)。它們分別控制外界的頻率合成器,下變頻器1和上變頻器2工 作。變頻配置控制器3,它由上層提供配置控制輸入信號(hào),然后輸出第一配置控制輸入信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,頻率合成器輸出頻率再次輸入至變頻配置控制器3中,第二、第三配置控制輸入信號(hào)控制變頻配置控制 器3分別給下變頻混頻器l和上變頻混頻器2提供本振頻率fd,、 fd2、 ful、 fu2,并且提供控制信號(hào)kd,、 kd2、 kul、 ku2控制與下變頻混頻器1和上變頻混 頻器2并聯(lián)的開關(guān)ku、 k12、 k21、 ^的關(guān)斷。從而控制下變頻混頻器1和上 變頻混頻器2使其可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可配置變頻。圖2為上變頻混頻器1的工作流程圖,輸入射頻信號(hào),變頻配置控制 器3判斷輸入射頻信號(hào)能否直接送到基帶模擬輸出信號(hào)中處理,如果能, 則直接把射頻信號(hào)送到基帶模擬輸出信號(hào),如果不行,經(jīng)過(guò)一次下變頻, 然后繼續(xù)通過(guò)變頻配置控制器3,判斷信號(hào)頻率,如果達(dá)到低頻段要求直接 輸送至基帶模擬輸出信號(hào),反之,則再次下變頻,得到低頻段信號(hào)傳輸至 基帶模擬輸出信號(hào)中。圖3為上變頻混頻器2的工作流程圖,基帶輸入模擬信號(hào),變頻配置 控制器3判斷輸入基帶信號(hào)能否直接送到射頻信號(hào)輸出口處理,如果能, 則直接把射頻信號(hào)送到射頻信號(hào)輸出,如果不行,經(jīng)過(guò)一次上變頻,然后 繼續(xù)通過(guò)變頻配置控制器3判斷信號(hào)頻率,如果達(dá)到射頻頻段要求直接輸 送至射頻信號(hào)輸出,反之,則再次上變頻,得到射頻信號(hào)傳輸至射頻信號(hào) 輸出中。圖4為配置控制器3的具體結(jié)構(gòu)。配置控制器3主要由下變頻配置控 制器21和上變頻配置控制器22組成。其中下變頻配置控制器21由下變頻 參數(shù)存儲(chǔ)單元211和下變頻控制器212組成,上變頻配置控制器22由上變 頻參數(shù)存儲(chǔ)單元221和上變頻控制器222組成。下面為對(duì)配置控制器3的 詳細(xì)說(shuō)明。下變頻配置控制器21,它包括下變頻控制器212、下變頻參數(shù)存儲(chǔ)單 元211。當(dāng)接收器工作時(shí),下變頻配置控制器21工作,上變頻配置控制器22不工作。上層配置控制信號(hào)輸入信號(hào)至配置控制器3中,此信號(hào)分為三 路信號(hào)第一、第二、第三配置控制輸入信號(hào)。第一配置控制輸入信號(hào)輸入 至頻率合成器中,控制頻率合成器輸出適當(dāng)?shù)念l率,此信號(hào)頻率輸入至下 變頻配置控制器21中,第二配置控制輸入信號(hào)控制下變頻控制器212,由 下變頻控制器212分配本振頻率fdl、 fd2分別給第一下變頻器4和第二下變 頻器5,同時(shí)給下變頻器1提供開關(guān)控制信號(hào)kdl、 kd2,開關(guān)控制信號(hào)kd,、 kd2控制下變頻開關(guān)ku、 ku的關(guān)斷。從而控制下變頻混頻器1使其可實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)變頻。在這個(gè)過(guò)程中下變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元211記錄開關(guān)的關(guān)斷過(guò)程,以 及頻率合成器輸出頻率數(shù)據(jù),從而反饋到上層控制器中。當(dāng)輸入射頻信號(hào)頻率較低上層決定不需要變頻的時(shí)候,下變頻配置控 制器21通過(guò)上層配置控制信號(hào)輸入第一配置控制輸入信號(hào)給頻率合成器作 為輸入信號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,第二配置控制輸入信號(hào)控 制下變頻控制器212分配給第一下變頻器4本振頻率^和第二下變頻器5 本振頻率fd2,此時(shí)fu、 ^為零頻本振頻率,同時(shí)輸出下變頻開關(guān)信號(hào)kd" kd2,關(guān)上開關(guān)k 、 k12,射頻信號(hào)不需要變頻直接傳到到下一級(jí),即為我們 要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射頻信號(hào)輸入的為一個(gè)中頻段的信號(hào)需要一 次變頻時(shí),下變頻配置控制器21通過(guò)上層配置控制信號(hào)輸入第一配置控制 輸入信號(hào)給頻率合成器作為輸入信號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率, 第二配置控制輸入信號(hào)控制下變頻控制器212分配給第一下變頻器4本振頻率fdl,第二下變頻器5本振頻率fd2,此時(shí)fd,為一適當(dāng)?shù)闹蓄l信號(hào),fd2為零頻信號(hào),同時(shí)輸出下變頻開關(guān)信號(hào)^, kd2,斷開ku、關(guān)上^,射頻信號(hào) 經(jīng)過(guò)一次下變頻,傳到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射 頻信號(hào)輸入的為一個(gè)高頻率的信號(hào)需要兩次變頻時(shí),下變頻配置控制器21 通過(guò)上層配置控制信號(hào)的輸入第一配置控制輸入信號(hào)給頻率合成器作為輸 入信號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,第二配置控制輸入信號(hào)控制下 變頻控制器212分配給第一下變頻器4本振頻率fdl,第二下變頻器5本振 頻率fd2,此時(shí)fd2、 fd2均為一適當(dāng)?shù)闹蓄l信號(hào),同時(shí)輸出下變頻開關(guān)信號(hào)kdl, kd2,斷開k 、 k12,射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次下變頻,傳到下一級(jí),即為我們要求 的基帶模擬輸出信號(hào)。在此過(guò)程中下變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元211記錄開關(guān)通斷過(guò)程以及頻率合成器輸出頻率的情況,作保存。上變頻配置控制器22,它包括上變頻控制器222、上變頻參數(shù)存儲(chǔ)單 元221。當(dāng)發(fā)射器工作時(shí),上變頻配置控制器22工作,下變頻配置控制器 21不工作。上層配置控制信號(hào)輸入信號(hào)至配置控制器3中,此信號(hào)分為三 路信號(hào)第一、第二、第三配置控制輸入信號(hào)。第一配置控制輸入信號(hào)輸入 至頻率合成器中,控制頻率合成器輸出適當(dāng)?shù)念l率,此信號(hào)頻率輸入至上 變頻配置控制器22中,第三配置控制輸入信號(hào)控制上變頻控制器222,由 上變頻控制器222分配本振頻率ful、 fw分別給第一上變頻器7和第二上變 頻器6,同時(shí)給上變頻器2提供開關(guān)控制信號(hào)U、 ku2,開關(guān)控制信號(hào)k。i、 ku2控制上變頻開關(guān)k22、 k^的關(guān)斷。從而控制上變頻混頻器2使其可實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)上變頻。在這個(gè)過(guò)程中上變頻器221記錄開關(guān)的關(guān)斷過(guò)程,以及頻率合 成器輸出頻率數(shù)據(jù),從而反饋到上層控制器中。當(dāng)上層需要發(fā)射器發(fā)射的頻率較低的時(shí)候,上變頻配置控制器22通過(guò) 上層配置控制信號(hào)輸入第一配置控制輸入信號(hào)給頻率合成器作為輸入信 號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,第三配置控制輸入信號(hào)控制上變頻 控制器222分配給第一上變頻器6本振頻率&2和第二上變頻器7本振頻率 f",此時(shí)f"、 fu2為零頻本振頻率,同時(shí)輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)kut、 ku2,關(guān) 上開關(guān)k21、 k22,基帶模擬輸入信號(hào)不需要變頻直接傳到到下一級(jí),即為我 們要求的低頻射頻輸出信號(hào);當(dāng)上層需要發(fā)射器發(fā)射的頻率為中頻信號(hào)的 時(shí)候,上變頻配置控制器22通過(guò)上層配置控制信號(hào)輸入第一配置控制輸入 信號(hào)給頻率合成器作為輸入信號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,第三 配置控制輸入信號(hào)控制上變頻控制器222分配給第一上變頻器6本振頻率 fu2第二上變頻器7輸入本振頻率ful,此時(shí)匸為一適當(dāng)中頻信號(hào),fw為零頻信號(hào),同時(shí)輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)ku,、 ku2,斷開k22、關(guān)上ka,基帶模擬輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)一次上變頻,傳到下一級(jí),即為我們要求的中頻射頻輸出信號(hào);當(dāng)上層需要發(fā)射器發(fā)射的頻率為高頻信號(hào)的時(shí)候,上變頻配置控制器 22通過(guò)上層配置控制信號(hào)輸入第一配置控制輸入信號(hào)給頻率合成器作為輸 入信號(hào),此信號(hào)控制頻率合成器輸出頻率,第三配置控制輸入信號(hào)控制上 變頻控制器222分配給第一上變頻器6本振頻率fu2第二上變頻器7輸入本振頻率f",此時(shí)fd、 fu2為一適當(dāng)中頻信號(hào),同時(shí)輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào) kul、ku2,斷開k21、k22,基帶模擬輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)兩次下變頻,傳到下一級(jí),即為我們要求的高頻射頻輸出信號(hào)。在此過(guò)程中上變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元221 記錄開關(guān)通斷過(guò)程以及頻率合成器輸出頻率數(shù)據(jù),作保存。實(shí)例如圖6所示,本發(fā)明混頻器應(yīng)用的實(shí)例為此結(jié)構(gòu)為適用于射頻收發(fā)器模擬前端的結(jié)構(gòu),下變頻混頻器1由兩個(gè) 麗0S吉爾伯特單元串聯(lián)形成,兩個(gè)串聯(lián)的吉爾伯特單元上并聯(lián)開關(guān)kn,第二個(gè)吉爾伯特單元上并聯(lián)開關(guān)k12,其中開關(guān)kn和k。均是由麗0S和PM0S 組成的互補(bǔ)開關(guān)。第一個(gè)吉爾伯特單元的輸入由射頻信號(hào)和變頻配置控制 器3輸出的本振頻率f^提供,第二個(gè)吉爾伯特單元的輸入由第一個(gè)吉爾伯 特單元的輸出和變頻配置控制器3輸出的本振頻率fd2提供。天線接收到的射頻信號(hào)包括所有可能頻段,不同的頻段需要不同的變 頻方式和不同的變頻頻率。接收器從天線接收信號(hào),經(jīng)過(guò)濾波器、低噪放 大器把從天線接收的射頻信號(hào)進(jìn)行放大濾波,且保證低噪放大器有好的線 性度,低噪聲系數(shù),經(jīng)低噪放大器放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益放大器,針 對(duì)每個(gè)頻段提供不同的增益,得到一定幅度的射頻信號(hào),從自動(dòng)增益放大 器出來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)入下變頻混頻器1,當(dāng)射頻信號(hào)輸入的為一個(gè)較低頻段 信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下變頻開關(guān)控制信號(hào)kd,, kd2,此 時(shí)kdi為高電平,k&為低電平,控制開關(guān)ku、 k12,關(guān)上ku,射頻信號(hào)不需 要變頻直接傳到到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射頻信 號(hào)輸入的為一個(gè)中級(jí)頻段的信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下變 頻開關(guān)控制信號(hào)U、 kd2,此時(shí)kw為低電平,lw為高電平,控制開關(guān)ku、 k12,斷開k"、關(guān)上ku,射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一次下變頻,得到基帶能處理的低頻 段信號(hào)傳到下一級(jí),即得到我們要求的基帶模擬輸出信號(hào);當(dāng)射頻信號(hào)輸 入的為一個(gè)高頻率的信號(hào),則上層控制變頻配置控制器3輸出下變頻開關(guān) 控制信號(hào)kw, kd2,此時(shí)kw、匕2均為高電平,控制開關(guān)kn、 k12,斷開ku、 k12,射頻信號(hào)經(jīng)兩次下變頻,得到低頻信號(hào)傳到下一級(jí),即為我們要求的基帶模擬輸出信號(hào)。這樣通過(guò)這一系列的電路轉(zhuǎn)化,僅僅改變射頻信號(hào)的 載波頻率,而沒有改變信號(hào)所負(fù)載的有用信息,實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的傳輸。下變 頻混頻器1輸出的低頻段信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾波后輸入到基帶中,以進(jìn) 行下一步的數(shù)字處理。上變頻混頻器2由一個(gè)麗0S吉爾伯特單元和一個(gè)PM0S吉爾伯特單元 串聯(lián)形成,兩個(gè)串聯(lián)的吉爾伯特單元上并聯(lián)開關(guān)k22,第二個(gè)吉爾伯特單元 上并聯(lián)開關(guān)k21,其中開關(guān)L和^均是由麗0S和PM0S組成的互補(bǔ)開關(guān)。 第一個(gè)吉爾伯特單元的輸入由基帶信號(hào)和變頻配置控制器3輸出的本振頻 率fu2提供,第二個(gè)吉爾伯特單元的輸入由第一個(gè)吉爾伯特單元的輸出和變 頻配置控制器3輸出的本振頻率fu,提供。同樣在發(fā)射器,經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后的信號(hào)輸入到基帶中,由于天線的原 始輸入頻率在很寬的頻段內(nèi),經(jīng)一系列處理后發(fā)射器發(fā)射出的信號(hào)包含頻 率比較寬的低頻段、中頻段甚至高頻段信號(hào),低通濾波器處理基帶的低頻 信號(hào),上變頻混頻器2接收信號(hào),當(dāng)射基帶模擬輸入一個(gè)低頻頻段信號(hào), 當(dāng)外界需要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一低頻信號(hào)時(shí),上層信號(hào)控制配置控制 器3輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)k^ ku2,此時(shí)kd為高電平、ku2為低電平,控制開關(guān)k2,、 k22,關(guān)上k22,射頻信號(hào)不需要上變頻直接傳到到下一級(jí),即為我們要求的低射頻輸出信號(hào);外界需要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一中頻信號(hào) 時(shí),上層信號(hào)控制配置控制器3輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)k^ ku2,此時(shí)lw為低電平、ku2為高電平,控制開關(guān)ka、 k22,斷開k22、關(guān)上kw射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)一次上變頻,得到中頻段信號(hào)傳到下一級(jí),即得到我們要求的中頻段射頻輸出信號(hào);當(dāng)外界需要發(fā)射器輸出射頻信號(hào)為一高頻信號(hào)時(shí),上層信號(hào)控制配置控制器3輸出上變頻開關(guān)控制信號(hào)ku,、 ku2,此時(shí)k^、 ku2均為低電 平,控制開關(guān)k2i、k22,斷開ka、 k22,射頻信號(hào)經(jīng)兩次上變頻,得到射頻頻信號(hào)傳到下一級(jí),即為我們要求的高頻段射頻輸出信號(hào)。這樣上變頻混頻器2將載有有用基帶信號(hào)混頻到中頻或高頻射頻信號(hào)進(jìn)行輸出。從上變頻 混頻器2輸出的射頻信號(hào)再經(jīng)過(guò)濾波器,把干擾信號(hào)濾出去,得到有用頻段內(nèi)的射頻信號(hào),然后經(jīng)過(guò)功率放大器,實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)功率放大,即按 需要增加射頻信號(hào)的幅度,這樣得到的信號(hào)就能有效地傳到天線。因此,此發(fā)射器就避免了輸出端因?yàn)榈皖l信號(hào)波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)引起的發(fā)射天線無(wú)法匹配 的難題以及更好的利用了頻譜資源。本說(shuō)明雖然是選的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施例,但是本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解, 本發(fā)明不局限于上述例子,而是適合更多頻段、多配置的情況。
權(quán)利要求
1、一種可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器,其特征在于它包括上變頻混頻器(1)、下變頻混頻器(2)和變頻配置控制器(3);變頻配置控制器(3)根據(jù)上層提供的第一配置控制輸入信號(hào),輸出控制信號(hào)至頻率合成器,并接收頻率合成器返回的輸出頻率;變頻配置控制器(3)根據(jù)上層提供的第二配置控制輸入信號(hào),將輸出頻率提供給下變頻混頻器(1)作為本振頻率fd1、fd2以及輸出開關(guān)控制信號(hào)kd1、kd2給下變頻混頻器(1);變頻配置控制器(3)根據(jù)上層提供的第三配置控制輸入信號(hào),將輸出頻率提供給上變頻混頻器(2)作為本振頻率fu1、fu2,以及輸出開關(guān)控制信號(hào)ku1、ku2給上變頻混頻器(2);第二配置控制輸入信號(hào)和第三配置控制輸入信號(hào)分別控制下變頻混頻器(1)和上變頻混頻器(2)交替工作;下變頻混頻器(1)包括第一下變頻器(4)、第二下變頻器(5)和開關(guān)k11、k12;第一下變頻器(4)和第二下變頻器(5)用于將輸入射頻信號(hào)線性的搬移到頻段低的信號(hào),二者串接后與開關(guān)k11并聯(lián),開關(guān)k12與第二下變頻器(5)并聯(lián);第一下變頻器(4)的二個(gè)輸入端分別接輸入射頻信號(hào)和變頻配置控制器(3)輸出的本振頻率fd1,變頻配置控制器(3)提供的開關(guān)控制信號(hào)kd1控制開關(guān)k11的關(guān)斷;第二下變頻器(5)的二個(gè)輸入端分別接第一下變頻器(4)輸出及變頻配置控制器(3)產(chǎn)生的本振頻率fd2;變頻配置控制器(3)提供的開關(guān)控制信號(hào)kd2控制開關(guān)k12的關(guān)斷;上變頻混頻器(2)包括第一上變頻器(6)、第二下變頻器(7)和開關(guān)k21,k22;第一上變頻器(6)、第二上變頻器(7)用于將把頻率較低的基帶信號(hào)線性的搬移到頻段高的射頻信號(hào),二者串接后與開關(guān)k22并聯(lián),k21與第一上變頻器(6)并聯(lián);第一上變頻器(6)的二個(gè)輸入端分別接基帶模擬輸入信號(hào)及上變頻配置控制器(3)輸出的本振頻率fu2,變頻配置控制器(3)提供的開關(guān)控制信號(hào)ku2控制開關(guān)k21的關(guān)斷;第二上變頻器(7)的二個(gè)輸入端分別接第一上變頻器(6)的輸出信號(hào)以及上變頻配置控制器(3)輸出的本振頻率fu1,變頻配置控制器(3)提供的開關(guān)控制信號(hào)ku1控制開關(guān)k21的關(guān)斷。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器,其特征在于 配置控制器(3)包括下變頻配置控制器(21)和上變頻配置控制器(22);下變頻配置控制器(21)由下變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元(211)和下變頻控制 器(212)組成,上變頻配置控制器(22)由上變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元(221) 和上變頻控制器(222)組成;下變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元(211)用于存儲(chǔ)開關(guān)kn、 ku的開斷過(guò)程以及頻率 合成器輸出頻率數(shù)據(jù);下變頻控制器(212)根據(jù)第二配置控制輸入信號(hào)輸 出開關(guān)控制信號(hào)kdl、 kd2,開關(guān)控制信號(hào)kdl、 kd2,分別控制第一下變頻器(4) 和第二下變頻器(5)工作或休眠;上變頻參數(shù)存儲(chǔ)單元(221)用于存儲(chǔ)開關(guān)k2" k22的開斷過(guò)程以及頻率 合成器輸出頻率數(shù)據(jù);上變頻控制器(222)根據(jù)第三配置控制輸入信號(hào)輸 出開關(guān)控制信號(hào)kul、 ku2,開關(guān)控制信號(hào)kul、 lw控制第一上變頻器(6)和 第二上變頻器(7)工作或休眠。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可配置可重構(gòu)的動(dòng)態(tài)混頻器,可用于射頻模擬前端模擬集成電路領(lǐng)域收發(fā)器中。該混頻器可用于多種頻段,實(shí)現(xiàn)一次變頻,兩次變頻和不變頻三種結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要進(jìn)行不同變頻方式時(shí),上層控制與混頻器并聯(lián)的開關(guān)的關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)不同的變頻結(jié)構(gòu),這樣充分利用不同變頻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)而避免其不足。通過(guò)控制外界頻率合成器提供不同的本振頻率,可以提供不變頻、一次變頻、二次變頻三種模式來(lái)處理信號(hào)頻率,使其傳到下一單元結(jié)構(gòu)中,實(shí)現(xiàn)三種不同的變頻方式,支持多種協(xié)議提供0-11GHz頻段內(nèi)的所有頻率的處理,這對(duì)于無(wú)線通信系統(tǒng)中要求的兼容越來(lái)越多協(xié)議的射頻前端的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H04B1/38GK101242158SQ200810047029
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者劉政林, 夢(mèng) 蔡, 鄒雪城 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)