CN104242971A - 宽调谐范围接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽调谐范围接收机，包括第一和第二混合器，以及第一和第二本机振荡器。所述第一混合器可将输入信号与来自所述第一本机振荡器的信号进行混合并输出具有第一中间频率的信号，所述第二混合器可将具有所述第一中间频率的所述信号与来自所述第二本机振荡器的信号进行混合并输出具有第二中间频率的信号，并且，对于每个输入信号频率，所述第一和第二本机振荡器之间的关系可以是固定的。

Description

宽调谐范围接收机

相关申请的交叉引用

本申请请求2013年6月12日提交的、标题为“宽调谐域接收机”的美国临时专利申请号61/834,233的优先权。因此合并美国申请号61/834,233作为参考。

技术领域

本发明主要涉及接收机。更具体地，本发明涉及一种宽调谐范围接收机。

背景技术

在无线测试和测量行业中，利用固定频带滤波器和技术特殊软件的无线结构在传统上给无线行业给予了足够的支持。然而，近期发生的运行商从2G/3G到4G-LTE迁移的加速已经产生了对独立单元、多频带、多技术扫描器的需要。此外，在传统商业无线领域之外的新市场，例如军队、政府和本地自治区，正采用协作无线解决方案进行商业运营，但利用独立和通常的点对点(ad-hoc)模式或动态频谱配置。

运营商和网络优化提供商对具有在许多全球市场接入和配置所有频率的任意能力的需要，无论是在资金还是设备销售物流方面，都已被证明是具有挑战性的。确实，使用传统方法完成射频(RF)频率捷变，到目前为止，都已经被证实其成本高昂，且对设备性能要求很高。

在工业中使用的已知接收机包括零差接收机(零中频(IF))和超外差接收机(具有IF)。以下讨论陈述了这些已知类型接收机的一些优点和缺点。

已知的零差接收机包括一个简单结构以及由本机振荡器(LO)产生的没有高电平或直接映像的问题。然而，由于混频分量的偶数阶的高需求，已知的零差接收机具有I/Q不平衡、本振泄漏和无杂散动态范围这些固有的较差性能。例如，在已知零差接收机中的I/Q相位和增益不平衡可能产生一个不同类型的映像，并且已知零差接收机具有很糟的LO抑制、较差的互调抗扰性，并且被限制在动态范围内。结果是，使用零差接收机结构不能提供所需的动态范围并且不能产生仪器级接收机所需的性能。

已知的超外差接收机具有较好的综合性能。例如，当结合了数字IF时，这些结构不具有I/Q不平衡问题并且具有较小的LO泄漏问题。然而，在一个宽调谐范围内，映像抑制和互调抗干扰性是有问题的，并且来自混合分量的杂散信号难于控制。例如，结合了数字IF的超外差结构本质上导致更多的混频问题，例如内在产生的杂散和混合副产物。考虑到这样的超外差接收机覆盖多个频率的倍频程，这样的信号/LO混合由于包括不需要的副产物而引起对接收机性能的极大威胁。此外，为了抑制内部映像响应和抑制宽范围前端滤波器频率之间的互调非线性，宽带超外差接收机通常生产困难并且花费巨大。

有关设计超外差结构的一个巨大挑战来自其固定IF。具有固定IF，IF滤波器可使用表面声波(SAW)或陶瓷技术来定制。这些滤波器在通带几兆赫兹之外的过渡带内在尖锐滚降方面具有优越的性能，因此能够抑制来自前端的任何进入的无用信号。

然而，固定IF结构易受属于IF频率自身的整个***产生的互调副产物的影响。在设计阶段，需要仔细的整个***频率计划来确保互调性能。然而，该计划通常导致整个***的区域之间无理由的RF隔离需求，并且会导致需要庞大且昂贵的实施方案支持。许多市场所需的增长的信号带宽还增加了滤波器设计和IF选择的困难。

为了抑制宽频率范围之间的映像和互调，使用超外差结构的宽带调谐***的一个现有方法是使用可调谐预选器，前端滤波器。该方法在第一混合器之前的接收机的非常靠前的位置放置了一个能够调整其中心至所需的频率的带通滤波器，并且所述滤波器被设计为抑制将要在混合器之后产生带内互调分量的潜在信号。至少，产生映像和半IF响应的频率一定能被调整在可调谐滤波器在整个调谐范围中的阻带内。然而，为了获得在调谐范围的多个倍频程上较好的***特性以及在规定温度范围内的精确性，该滤波方法面临设计上的巨大挑战。此外，前端滤波器不能根据需要扩展频率范围。确实，当滤波器具有尖锐滚降时，需要固定的IF，使得超外差结构难于修改、难于集成且难于移动。

使用超外差结构的另一个现有方法是一个更普遍的宽带方法，该方法是在RF前端使用固定带滤波。代替使用可调谐预选器滤波器，使用一组固定滤波器并将其转换到信号通道以覆盖预期宽带的范围。然而，需要大量的固定滤波器，并且由于增加的信号带宽以及为了IF方面更好的互调性能，每个滤波器需要定制的设计，这就需要庞大且昂贵的高阶滤波器。此外，一旦完成了一个设计，同样的结构不能被扩展到频率的不同范围。

当考虑在单独一个芯片上的集成时，由于IF滤波器的大小以及设计覆盖整个所需的范围的宽范围可调谐滤波器方面的困难，已知的超外差结构还具有在大小、集成和隔离需求方面固有的限制。因此，大多数IC接收机必须被设计为具有有限性能的零差结构。

考虑以上，需要一种改进的宽调谐范围接收机。

附图说明

图1是根据公开实施例的一种宽调谐范围接收机的方框图。

具体实施方式

本发明容许多个不同形式的实施例的同时，在附图中示出并将在此详细描述其具体的实施方案，在此条件下本公开被考虑作为本发明原理的一个范例。本发明不限于该具体实施方案的实施例。

此处公开的实施例包括一种设备，来解决已知接收机结构的以上确定的问题，包括已知结构的宽范围和宽调谐带问题。在一些实施例中，在此公开的设备的结构可易于设计和生产，并且可通过芯片集成缩小到一个较小的尺寸。

例如，在此公开的实施例包括一种无线宽调谐范围接收机。在此公开的一些实施例包括一种扫描器，其具有频率捷变无线结构以及RF频率和技术的售后用户化定制能力和/或由用户或其他客户为频率选择进行的售后软件升级能力，以及能够允许生产和客户分配的灵活性并支持现代运营商和支持客户的动态需求的技术。

在一些实施例中，在此公开的宽调谐范围接收机可以接收宽带信号。例如，在示例性实施例中，在此公开的接收机可从大约30 MHz调谐至大约6 GHz。在一些实施例中，在此公开的接收机可提供可编程调谐并且为每一个生产的接收机做准备，以允许部分补偿和/或产品变化。

在一些实施例中，在此公开的接收机可包括具有块转换的可编程IF滤波器，其可允许LO及其谐波的高级抑制。在一些实施例中，在此公开的接收机可具有高级映像以及互调抑制，可具有高级动态范围和线性，并且可易于生产和/或扩展。此外，在一些实施例中，在此公开的接收机可包括功能元件，其易于设计并且可集成在例如单个专用ASIC子***或芯片的单个芯片上。

为了在将高集成可调谐***的成本最小化的同时，通过为商业蜂窝和/或无线使用执行RF带的高速扩展来支持最佳商业结果，在此公开的一些实施例可包括具有调谐到频率频谱中任意位置的能力的软件定义的无线电。例如，在一些实施例中，根据公开实施例的RF接收机能够在一个宽范围内调谐并能在传统应用(例如频谱分析)中使用。

在一些实施例中，如在此公开的RF接收机可从几个MHz调谐到几个GHz，同时保持在宽信号带宽(例如，当实际接收信号带宽是大约20 MHz或更宽时)内的整个调谐范围内对内部生成的互调以及杂散的高抑制。在一些实施例中，根据公开实施例的接收机可以在宽范围的应用中使用，因为接收机的设计和结构可以是紧凑的并且被集成一个较小的尺寸上，该接收机具有最小生产调谐，并且，当使一个频带在生产的调谐范围内时基本上不需要域调谐。

在一些实施例中，当设计接收机时，接收机的无线***对以下无用信号的响应可以是一个因素：映像、半IF、更高阶互调，例如n*signal±m*LO，此处n和m为大于1的整数。在一些实施例中，如在此公开的接收机可提供一种方法，通过使用易于设计和生产并且能够由芯片集成缩小到一个较小尺寸的结构来解决已知宽范围和宽调谐问题。

图1是根据公开实施例的宽调谐范围接收机100的方框图。然而，应当理解图1中示出的结构仅是示例性的，并且在此公开的实施例还可包括额外的和/或替换的接收机结构。

虽然在图1中未示出，还应当理解接收机100可包括和/或可由控制电路、一个或多个可编程处理器，和/或存储在瞬时或非瞬时计算机可读介质上的可执行控制软件进行控制，该计算机可读介质包括但不限于本机计算机内存、RAM、光存储介质、磁存储介质、闪存等。在一些实施例中，控制电路、可编程处理器，和/或可执行控制软件可例如通过控制信号对接收机100中的本机振荡器、混合器和/或滤波器进行控制。

如图1所示，接收机100可接收具有大约0.03GHz到大约6GHz频率的RF信号101作为输入。然后，输入信号101可被传入固定滤波器102集合。在一些实施例中，控制电路、可编程处理器和/或可执行控制软件可以控制固定滤波器102集合，包括滤波器102的通带和阻带。

在一些实施例中，固定滤波器102中的至少一个可以包括开关电感电容型滤波器。在一些实施例中，固定滤波器102集合可包括比接收机100的可调谐范围更窄的通带，并且在一些实施例中，滤波器102的通带宽度可小于接收机100的第一IF的一半。

虽然仅在图1中示出了一个固定滤波器102，应当理解接收机100可包括多个固定滤波器102。固定滤波器102可抑制混合器103的映像，并且依赖于LO 104频率范围的可用性，接收机100可包括多个滤波器，每个覆盖了一个范围，代替固定滤波器102。

从固定滤波器102集合输出的信号可传入混合器103，混合器103可将固定滤波器102集合输出的信号与来自LO 104的信号进行混合。在一些实施例中，控制电路、可编程处理器和/或可执行控制软件可以控制混合器103和/或LO 104。混合器103的输出可以是具有第一IF的信号。

在一些实施例中，LO 104可被置于距离关注频带尽可能远的位置。LO 104可以在一个宽范围被调节，并且因为LO 104可以远离对高侧注入所需的频带，在此公开的一些实施例不需要具有尖锐滚降的滤波器。因此，可以容易地集成简单的滤波器设计。

如图1所示，从混合器103输出的具有第一IF的混合信号可以通过可调谐滤波器105。可调谐滤波器105可具有一个宽调谐范围，但可以比输入频率范围窄几倍。在一些实施例中，控制电路、可编程处理器和/或可执行控制软件可控制该可调谐滤波器105，包括滤波器105被调谐到的中心频率。

从可调谐滤波器105输出的滤波信号可传到混合器106，混合器106可将从可调谐滤波器105输出的信号与来自LO 107的信号进行混合。在一些实施例中，控制电路、可编程处理器和/或可执行控制软件可控制混合器106和/或LO 107。混合器106的输出可以是具有第二IF的信号。

在一些实施例中，可调谐滤波器105的目标性能可由第二IF及其带宽确定。在一些实施例中，第二IF可以是固定的并且可以大约是500MHz。例如，如果选择的第二IF是大约475-500MHz，具有约20MHz的第二IF带宽，然后LO107可以被调谐到大约475-500MHz，高于混合器106的输入。因此，可调谐滤波器105可传递20MHz宽的信号，同时抑制在大约950-1000MHz远的映像以及抑制半IF在大约227.5-250MHz远。在一些实施例中，开关电感电容型滤波器可满足这些需求。例如，在一些实施例中，电容器可以是可调谐的。因为这样的结构消除了对体积大的声表面或陶瓷类型滤波器的需要，从而使可调谐接收机100容易集成到集成电路上，这是有利的结构。

混合器106输出的信号可以由固定IF滤波器108进行滤波以用于抗锯齿处理。然后，信号可以由模拟-数字转换器(ADC)109进行采样并路由到数字子***以进行进一步处理。在一些实施例中，可在ADC 109对信号采样之前使用进一步的RF下混频。

在一些实施例中，对于接收机100的每个输入目标频率，第一和第二本机振荡器104、107之间的关系是需要固定的唯一***限制条件。因此，用于本机振荡器104、107的频率的可能性是无穷的。例如，如在下面解释的那样，在此公开的一些实施例包括第一和第二本机振荡器104、107之间固定关系的四种选择。

在此处公开的一些实施例中，两个本机振荡器都可使用高侧注入方案，并且在这些实施例中，调谐接收机100的公式可以如公式1所示那样：

(1)fin＝fLO104-fLO107+fADC

此处fADC可包括ADC 109的输入，并且在一些实施例中可以是大约470-500MHz。

考虑以上，为了接收fin，本机振荡器104、107可以用这样的方式来设置，它们的区别是fADC小于fin。应当理解作为在此描述的一些实施例中的情形，对于fLO 104和fLO 107存在无限个配置，只要两者之间的差是固定的。因此，实际上，可以选择一个较好的IF来最小化杂散的影响。

在此公开的一些实施例中，LO 104可使用高侧注入方案并且LO 107可使用低侧注入方案，并且在这些实施例中，调谐接收机100的公式可以如公式2所示：

(2)fin＝fLO104-fLO107-fADC

在此公开的一些实施例中，LO 104可使用低侧注入方案并且LO 107可使用高侧注入方案，并且在这些实施例中，调谐的公式可以如公式3所示：

(3)fin＝fLO104+fLO107-fADC

在此公开的一些实施例中，两个本机振荡器104、107都可使用低侧注入方案，并且在这些实施例中，调谐的公式可以如公式4所示：

(4)fin＝fLO104+fLO107+fADC

考虑以上，如在此公开的使用降频转换至IF的可调谐滤波器***不需要覆盖接收机100的整个输入宽带。例如，对于大约30 MHz到大约6 GHz的设计，覆盖大约0.6-0.7GHz到大约2.7GHz的可调谐滤波器设计可以充分允许使用已知和容易获得的本机振荡器和集成前端滤波器。即，在一些实施例中，第一IF可以是大约0.6-0.7GHz到大约2.7 GHz。在一些实施例中，可调谐滤波器所需范围的减小可以极大地降低设计的困难度和复杂度并且简化产品。

使用为图1中所示接收机100的IF选择性所使用的双宽范围可调谐本机振荡器和可调谐滤波器，接收机100可在提供选项以避免本机生成的互调和谐波方面提供更好的性能。

已知材料和生产技术通常包括低于大约3 GHz的IF。此外，超外差结构可包括馈通信号的固有缺陷，导致当输入频率接近IF频率时数字域中的假信号分量。然而，使用图1中所示接收机100的双宽范围可调谐本机振荡器和可调谐IF滤波器结构，则用户可以根据需要将IF改变到另一个频率，使得馈通信号将不能影响下游观测的信号。

在此描述的一些实施例可提供处理板上杂散影响和互调方面极度的灵活性。例如，在一些实施例中，固定滤波器102中的至少一个可以包括从大约2.6 GHz到大约3.9 GHz的通带，LO 104可从大约4 GHz调谐到大约6 GHz，LO 107可从大约1.2 GHz调谐到大约1.9 GHz。在一些实施例中，振荡器104、107可以是基波。

当实现图1中所示接收机100时，可为选择不同的设置而使用可调谐查找表。例如，表1示出了一个示例性的查找表。

表1：示例性可调谐查找表

输入101(GHz)	LO 104(GHz)	滤波器105(GHz)
			2.6	4	1.4
3.1	4	0.8
			3.2	4.6	1.4
3.5	4.6	1.1

3.6	4.9	1.3
			3.9	4.9	1

在一些实施例中，IF频率和LO 104可随输入改变。

由于在此公开的实施例中本机振荡器104、107的需求是灵活的，在生产中，LO104和LO 107可被调谐以处理特定的RF板的特征。因此，每个生产单元可以使用可调谐查找表以具体调整和最优化该单元至其自有特征。

通过为每个单元改变IF以及允许在一个宽范围上的任意IF，在此公开的一些实施例可避免生产和零件中的变化所产生的问题，并且可避免大多数离散板上杂散的影响以及板上杂散的影响与任何信号的混合。在此公开的一些实施例还可简化滤波器的设计。例如，在以上讨论的示例中，前端滤波器仅需要阻止低于大约1.4GHz和高于大约4.6GHz的带，以充分避免来自混合输入和LO的所有互调信号分量。这是有益的，因为从大约1.0GHz到大约1.4GHz的可调谐滤波范围易于设计。

在此描述的双宽带LO和可调谐IF滤波器设计可以在此处公开的实施例的灵活性方面担任重要角色。例如，只要输入频率在LO 104的范围内，LO 104不需要为不同的应用进行改变。然而，为了集成***，当增加了一个先前没有覆盖的新频率带时，可以增加滤波器102集合中的一个滤波器。在蜂窝应用中，滤波器102还可移到接收机100之外，并且外部滤波器可用于不同的蜂窝带。

从前面将会观察到可以实现许多改变和修改而没有背离本发明的精神和范围。应当理解没有意指或应当推断有关在此阐述的特定***或方法的限制。应当意指权利要求书覆盖所有落入权利要求的精神和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种装置，所述装置包括：

第一和第二混合器；

第一和第二本机振荡器，

其中所述第一混合器将输入信号与来自所述第一本机振荡器的信号进行混合并输出具有第一中间频率的信号，

其中所述第二混合器将具有所述第一中间频率的所述信号与来自所述第二本机振荡器的信号进行混合并输出具有第二中间频率的信号，并且

其中，对于每个输入信号频率，所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器之间的关系是固定的。

2.如权利要求1所述的装置，所述装置具有30MHz到6GHz的调谐范围。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述第一中间频率是600MHz到2.7GHz。

4.如权利要求3的所述装置，其中所述第二中间频率是500MHz，并且其中所述第二中间频率是固定的。

5.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括至少一个固定滤波器，其中所述固定滤波器处理所述输入信号并将经滤波的输入信号传入所述第一混合器。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述至少一个固定滤波器包括窄于所述第一中间频率的一半的通带。

7.如权利要求5所述的装置，所述装置进一步包括控制电路、可编程处理器和/或存储在非瞬时计算机可读介质上的可执行控制软件，用于通过控制信号控制所述至少一个固定滤波器。

8.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括位于所述第一混合器和所述第二混合器之间的可调谐滤波器，其中所述可调谐滤波器对具有所述第一中间频率的所述信号进行处理并将具有所述第一中间频率的经滤波的信号送至所述第二混合器。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述可调谐滤波器的可调谐范围窄于所述装置的可调谐范围。

10.如权利要求8所述的装置，其中所述第二中间频率和所述第二中间频率的带宽确定所述可调谐滤波器的目标性能。

11.如权利要求8所述的装置，其中所述可调谐滤波器包括一电感电容器型滤波器，并且其中所述可调谐滤波器的电容器是可调谐的。

12.如权利要求8所述的装置，所述装置进一步包括控制电路、可编程处理器和/或存储在非瞬时计算机可读介质上的可执行控制软件，用于通过控制信号控制所述可调谐滤波器。

13.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括一固定滤波器，其中所述固定滤波器对具有所述第二中间频率的所述信号进行处理。

14.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括一模拟-数字转换器，其中所述模拟-数字转换器对具有所述第二中间频率的所述信号进行采样。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器中的每一个都使用高侧注入方案或低侧注入方案。

16.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括一查找表，用于为所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器中的每一个确定厂商设置或客户设置频率。

17.如权利要求1所述的装置，其中所述第一混合器和所述第二混合器以及所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器被集成在一个独立芯片上。

18.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括控制电路、可编程处理器和/或存储在非瞬时计算机可读介质上的可执行控制软件，用于通过控制信号控制所述第一混合器和所述第二混合器以及所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器。

19.如权利要求1所述的装置，其中内部产生的互调、杂散、混合产物以及映像被抑制。

20.一种方法，所述方法包括：

第一混合器将输入信号与来自第一本机振荡器的信号进行混合；

所述第一混合器输出具有第一中间频率的信号；

第二混合器将具有所述第一中间频率的所述信号与来自第二本机振荡器的信号进行混合；以及

所述第二混合器输出具有第二中间频率的信号，

其中，对于每个输入信号频率，所述第一本机振荡器和所述第二本机振荡器之间的关系是固定的，

其中所述输入信号的可调谐范围是宽的，

其中所述第一中间频率窄于所述输入信号的所述可调谐范围，并且

其中第二中间频率是固定的。