CN110048738B - 饱和检测电路及基于自动增益管理的无线收发机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种饱和检测电路及基于自动增益管理的无线收发机。该基于自动增益管理的无线收发机包括：天线模块、频率合成模块、接收模块、第一饱和检测模块、基带处理模块、发射模块、第二饱和检测模块。该基于自动增益管理的无线收发机通过设置饱和检测模块对接收模块和发射模块输出信号的摆幅进行检测，以及时对接收模块和发射模块的增益进行调节，从而及时降低无线收发机的功耗，使得无线收发机的功耗和性能均达到最优值。

Description

饱和检测电路及基于自动增益管理的无线收发机

技术领域

本发明属于射频电路领域，具体涉及一种饱和检测电路及基于自动增益管理的无线收发机。

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。

随着无线射频应用需求的不断增长，以及CMOS先进制造工艺的不断革新，无线收发机在设计时需要满足通信***的苛刻要求。例如：随着无线收发机接收到的射频信号的不同，无线收发机的整体增益也会随之不同；但是无线收发机中有多个可实现增益的模块以实现无线收发机的整体增益，在不同的环境下，对每个模块则增益可调范围均要求不同。

但是，在目前的无线收发机设计时，无法实时对无线收发机的每个模块的摆幅进行检测，从而使得无线收发机的增益无法得到及时调节，使得无线收发机的功耗较大，整体性能较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种饱和检测电路及基于自动增益管理的无线收发机。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种饱和检测电路，包括：第一开关、第二开关、第一MOS管、第二MOS管、电容、电阻和比较器，其中，

所述第一开关的第一端连接至第一输入端，所述第一开关的第二端连接至第一MOS管的漏极和所述第二MOS管的栅极；

所述第二开关的第一端连接至第二输入端，所述第二开关的第二端连接至所述第二MOS管的漏极和所述第一MOS管的栅极；

所述第一MOS管的源极连接所述第二MOS管的源极，并且连接至所述比较器的输入端；

所述电容的一端与所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极连接，且连接至所述比较器的输入端，所述电容的另一端接地；

所述电阻的一端与所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极连接，且连接至所述比较器的输入端，所述电阻的另一端接地。

本发明的另一个实施例提供的一种基于自动增益管理的无线收发机，包括：

天线模块，用于接收和发射射频信号；

频率合成模块，用于提供本地振荡信号；

接收模块，用于对所述射频信号放大，将放大后的信号与所述本地振荡信号进行混频，然后将混频后的信号经过滤波、放大和模数转换后，得到第一数字信号；

第一饱和检测模块，用于对所述接收模块输出信号的摆幅进行检测，得到并输出第一检测结果，其中所述第一饱和检测模块包括至少一个如本发明实施例提供的饱和检测电路；

基带处理模块，用于对所述第一检测结果和所述第一数字信号进行数字处理得到第一处理结果，并产生用于发射的第二数字信号，同时为所述频率合成模块提供第三数字信号以产生所述本地振荡信号；

发射模块，用于对所述第二数字信号进行数模转换、过滤和放大，将放大后的信号与所述本地振荡信号进行混频，然后将混频后的信号进行过滤和放大后，得到所述射频信号；

第二饱和检测模块，用于对所述发射模块输出信号的摆幅进行检测，得到并输出第二检测结果至所述基带处理模块，所述基带处理模块对所述第二检测结果和所述第二数字信号进行数字化处理，得到第二处理结果，其中所述第二饱和检测模块包括至少一个如本发明实施例提供的饱和检测电路。

在本发明的一个实施例中，还包括：

第一增益管理模块，用于根据所述第一检测结果和所述第一处理结果对所述接收模块的增益进行调节；

第二增益管理模块，用于根据所述第二检测结果和所述第二处理结果对所述发射模块的增益进行调节。

在本发明的一个实施例中，所述接收模块包括：

低噪声放大器，用于对所述射频信号进行放大，得到第一放大信号；

第一混频电路，用于将所述第一放大信号与所述第一相位信号进行频率搬移，得到第一混频信号；

第一低通滤波器，用于对所述第一混频信号进行滤波，得到第一滤波信号；

第一可变增益放大器，用于对所述第一滤波信号进行放大，得到第二放大信号；

第二低通滤波器，用于对所述第二放大信号进行滤波，得到第二滤波信号；

第一模数转换器，用于将所述第二滤波信号转换为第四数字信号；

第二混频电路，用于将所述放大信号与第二相位信号进行频率搬移，得到第二混频信号；

第三低通滤波器，用于对所述第二混频信号进行滤波，得到第三滤波信号；

第二可变增益放大器，用于对所述第三滤波信号进行放大，得到第三放大信号；

第四低通滤波器，用于对所述第二放大信号进行滤波，得到第四滤波信号；

第二模数转换器，用于对所述第四滤波信号转换为第五数字信号。

在本发明的一个实施例中，所述第一饱和检测模块包括：

第一饱和检测电路，用于对所述第一混频信号进行滤波并将滤波后的信号与第一预设参数进行比较，得到第一比较结果；

第二饱和检测电路，用于对所述第二滤波信号进行滤波并将滤波后的信号与第二预设参数进行比较，得到第二比较结果。

在本发明的一个实施例中，所述第一增益管理模块用于根据所述第一检测结果和所述第一处理结果依次对所述低噪声放大器、所述第一混频电路和所述第一可变增益放大器的增益进行调节。

在本发明的一个实施例中，所述发射模块包括：

第二数模转换器，用于将所述第二数字信号转换为模拟信号；

第五低通滤波器，用于对所述模拟信号进行滤波，得到第五滤波信号；

自动增益控制放大器，用于将所述第五滤波信号进行放大，得到第四放大信号；

第三混频器，用于对所述第四放大信号与所述本地振荡信号进行频率搬移，得到第三混频信号；

第六低通滤波器，用于对所述第三混频信号进行滤波，得到第六滤波信号；

功率放大器，用于对所述第六滤波信号进行放大，得到用于发射的所述射频信号。

在本发明的一个实施例中，所述第二饱和检测模块包括：

第三饱和检测电路，用于对所述第四放大信号进行滤波并将滤波后的信号与第三预设参数进行比较，得到第三比较结果；

第四饱和检测电路，用于对所述第六滤波信号进行滤波并将滤波后的信号与第四预设参数进行比较，得到第四比较结果；

第五饱和检测电路，用于对发射用的所述射频信号进行滤波并将滤波后的信号与第五预设参数进行比较，得到第五比较结果。

在本发明的一个实施例中，所述第二增益管理模块用于根据所述第二检测结果和所述第二处理结果依次对所述自动增益控制放大器、所述第三混频器及所述功率放大器的增益进行调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过设置饱和检测模块对接收模块和发射模块输出信号的摆幅进行检测，将检测结果发送给基带处理模块，以及时对接收模块和发射模块的增益进行调节，从而及时降低无线收发机的功耗，使得无线收发机的功耗和性能均达到最优值。

2、本发明通过对接收模块中各个子模块的增益按照信号接收的顺序依次进行调节，对发射模块中各个子模块的增益按照信号发射的顺序依次进行调节，按照一定的顺序调整接收模块和发射模块的增益，可以使得无线收发机的功耗有序的发生变化，使其性能保持在最优值。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种饱和检测电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于自动增益管理的无线收发机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于自动增益管理的无线收发机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种饱和检测电路的结构示意图，该饱和检测电路包括：第一开关S1、第二开关S2、第一MOS关M1、第二MOS管M2、电容C1、电阻R1和比较器A1。

其中，第一开关S1的第一端连接至第一输入端，第一开关S1的第二端连接至第一MOS管M1的漏极和第二MOS管M2的栅极。

第二开关S2的第一端连接至第二输入端，第二开关S2的第二段连接至第二MOS管的漏极和第一MOS管M1的栅极。

第一MOS管M1的源极连接第二MOS管M2的源极，并且连接至比较器A1的输入端。

电容C1的一端与MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极连接，且连接至比较器的输入端，电容C1的另一端接地。

电阻R1的一端与第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极连接，且连接至比较器A1的输入端，电阻R1的另一端接地。

由上述元器件的连接关系可见，第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的源极、电容C1的一端、电阻R1的一端均相连于同一点，且均连接至比较器A1的输入端。

在对无线收发机进行输出信号的饱和检测时，第一开关S1的第一端连接至第一输入端，第一输入端为无线收发机中接收模块或者发射模块中两条差分信号线的任一条，第一开关S1的第一端连接至两条差分信号中的任一条；第二开关S2的第一端连接至第二输入端，第二输入端为无线收发机中接收模块或发射模块中两条差分信号线中的另一条，第二开关S2的另一端连接至两条差分信号线中的另一条；比较器A1的输出端连接至无线收发机中的基带处理模块，比较器A1将比较得到的结果发送至基带处理模块进行处理。

具体的，在进行测试时，打开第一开关S1和第二开关S2，第一MOS管M1和第二MOS管M2用于传递接收模块或者发射模块的输出信号的摆幅，其中，输出信号的摆幅是指正弦波的幅度；电容C1和电阻R1共同组成低通滤波器，低通滤波器把M1和M2传递过来的信号中的高频信号滤除掉，经过滤除，输出信号中仅剩幅度信号；然后幅度信号进入比较器A1，比较器A1将幅度信号与参考电压VERF进行比较，得到比较结果，并将比较结果输出至基带处理模块进行处理。

进一步的，不同模块的参考电压VERF值的范围不同，参考电压VERF值可根据不同模块的需要进行调整。

进一步地，比较器A1将幅度信号与参考电压VERF的电压大小进行比较，当比较器A1的输出端的输出为高电平时，那么对所检测的模块，饱和检测电路检测到待检测模块的结果为饱和；当比较器A1的输出端的输出为低电平时，那么对所检测的模块，饱和检测电路检测到的结果为未饱和。

本发明的饱和检测电路对各个模块的输出信号进行滤波后采用比较器进行比较，检测方法易于操作，且不会对无线收发机的工作造成影响。

实施例二

请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种基于自动增益管理的无线收发机的结构示意图，包括：天线模块10、频率合成模块20、接收模块30、第一饱和检测模块40、基带处理模块50、发射模块60、第二饱和检测模块70。

其中，天线模块10用于接收和发射射频信号。具体的，天线模块10包括信号接收模块和信号发射模块，信号接收模块用于接收射频信号，信号发射模块用于发射射频信号。

频率合成模块20用于提供本地振荡信号。

接收模块30分别与天线模块10、频率合成模块20连接，接收模块30用于对射频信号进行放大，然后将放大后的信号与本地振荡信号进行混频，再将混频后的信号经过滤波、放大和模数转换后，得到第一数字信号。

第一饱和检测模块40用于对接收模块30输出信号的摆幅进行检测，得到第一检测结果，并输出第一检测结果；其中第一饱和检测模块40包括若干饱和检测电路，饱和检测电路的结构请参见实施例一，对于每一个饱和检测电路，第一开关S1的一端(输入端)连接至接收模块30中两条差分信号线中的任一条，第二开关S2的一端(输入端)连接至接收模块30中两条差分信号线中的另一条，每个饱和检测电路中比较器A1的输出端连接至基带处理模块50。具体地，第一检测结果包括高电平和低电平两种情况，其中，高电平代表所检测的模块为饱和状态，低电平代表所检测的模块为未饱和状态。

基带处理模块50分别与频率合成模块20、接收模块30、第一饱和检测模块40、发射模块50和第二检测模块70连接，用于对第一饱和检测模块40输出的第一检测结果和接收模块30输出的第一数字信号进行数字处理，以得到第一处理结果；基带处理模块50还用于产生用于发射的第二数字信号；基带处理模块50还用于为频率合成模块20提供第三数字信号以使频率合成模块20产生本地振荡信号。

发射模块60分别与频率合成模块20、基带处理模块50连接，用于对第二数字信号进行数模转换、过滤和放大，并将放大后的信号与本地振荡信号进行混频，然后将混频后的信号进行过滤和放大，得到用于发射的射频信号，用于发射的射频信号通过天线模块10发射出去。

第二饱和检测模块70用于对发射模块60输出信号的摆幅进行检测，得到第二检测结果，并将第二检测结果输出至基带处理模块50，基带处理模块50对第二检测结果和第二数字信号进行数字化处理，得到第二处理结果；其中第二饱和检测模块70包括至少一个饱和检测电路，饱和检测电路的结构请参见实施例一；每个饱和检测电路中，第一开关S1的一端(输入端)连接至发射模块60中两条差分信号线中的任一条，第二开关S2的一端(输入端)连接至发射模块60中两条差分信号线中的另一条，每个饱和检测电路中比较器A1的输出端连接至基带处理模块50。第二检测结果同样包括高电平和低电平两种情况。

具体的，无线收发机主要包括两个阶段：接收阶段和发射阶段，接收阶段和发射阶段可以同时进行，也可不同时进行；因此，第一饱和检测模块40对接收模块30输出信号摆幅的检测与第二饱和检测模块70对发射模块60输出信号摆幅的检测可以同时进行，也可不同时进行，即发射模块的饱和检测与接收模块的饱和检测互不影响。

本发明通过在无线收发机的接收模块中设置第一饱和检测模块，在发射模块中设置第二饱和检测模块，通过饱和检测模块对接收模块和发射模块的输出信号的摆幅进行检测，以及时对接收模块和发射模块的增益进行调节，从而及时降低无线收发机的功耗，使得无线收发机的功耗和性能均达到最优值。

在一个具体实施例中，基于自动增益管理的无线收发机还包括第一增益管理模块80和第二增益管理模块90。其中，第一增益管理模块80与基带处理模块50和接收模块30连接，用于根据第一检测结果和第一处理结果对接收模块30的增益进行调节。第二增益管理模块90与基带处理模块50和发射模块60连接，用于根据第二检测结果和第二处理结果对发射模块60的增益进行调节。

进一步地，当基带处理模块50接收到第一检测结果后，对第一检测结果和第一数字信号进行综合处理，得到第一处理结果。当第一检测结果为高电平时，则基带处理模块50根据第一处理结果控制第一增益管理模块80降低所测试接收模块的增益；当第一检测结果为低电平时，则基带处理模块50根据第一处理结果检测该接收模块输出的信号是否达到检测的最小要求，若达到要求，则停止增加增益。

同理，当第二检测结果为高电平时，则基带处理模块50根据第二处理结果控制第二增益管理模块90降低所测试发射模块的增益；当第二检测结果为低电平时，则基带处理模块50根据第二处理结果检测该发射模块输出的信号是否达到检测的最小要求，若达到要求，则停止增加增益。

本发明通过设置饱和检测模块对接收模块和发射模块输出信号的摆幅进行检测，将检测结果发送给基带处理模块，以及时对接收模块和发射模块的增益进行调节，从而及时降低无线收发机的功耗，使得无线收发机的功耗和性能均达到最优值。

实施例三

请参见图3，图3为本发明实施例提供的另一种基于自动增益管理的无线收发机的结构示意图。

在一个具体实施例中，频率合成模块20包括第一数模转换器(DAC1)、压控晶体振荡器(VCXO)、小数分频锁相环(Fractional-N PLL)。

其中，第一数模转换器与基带处理模块50连接，用于将基带处理模块50产生的第三数字信号转换为静态电压信号；压控晶体振荡器与第一数模转换器连接，用于根据静态电压信号产生稳定的参考时钟；小数分频锁相环与压控晶体振荡器连接，用于根据参考时钟产生稳定的本地振荡信号。

进一步地，频率合成模块20还包括：移相器，连接在小数分频锁相环和接收模块30之间，用于对本地振荡信号的相位进行调整，产生第一相位信号和第二相位信号。

具体地，Fractional-N PLL产生的信号为0度和180度的差分信号，接收模块30包含I路和Q路，I路需要的是0度和180度的本振信号，而Q路需要的是90度和270度的本振信号。因此需要移相器产生I路和Q路各自所需的信号，其中，第一相位信号是指I路和Q路所需信号中的一个，第二相位信号是指I路和Q路所需信号中的另一个。进一步，移相器的型号为0/90移相器。

进一步，频率合成模块20中的DAC1、VCXO、Fractional-N PLL可以各为1个，它们依次与接收模块30连接，同时依次与发射模块60连接，既为接收模块30提供本地振荡信号，也为发射模块60提供本地振荡信号。另外，为接收模块30提供本地振荡信号的DAC1、VCXO、Fractional-N PLL可以与为发射模块60提供本地振荡信号的DAC1、VCXO、Fractional-NPLL不同，即存在一套DAC1、VCXO、Fractional-N PLL与接收模块30依次连接，同时存在另一套DAC1、VCXO、Fractional-N PLL与发射模块60依次连接。

在一个具体实施例中，接收模块30包括子模块：低噪声放大器(LNA)、第一混频电路(MIX1)、第一低通滤波器(LPF1)、第一可变增益放大器(PGA1)、第二低通滤波器(LPF2)、第一模数转换器(ADC1)、第二混频电路(MIX2)、第三低通滤波器(LPF3)、第二可变增益放大器(PGA2)、第四低通滤波器(LPF4)和第二模数转换器(ADC2)。

其中，低噪声放大器与天线模块10连接，用于对天线模块10接收到的射频信号放大，同时保持良好的噪声性能，得到第一放大信号。

第一混频电路与低噪声放大器连接，并且连接移相器，用于将放大信号与第一相位信号进行频率搬移，将信号与噪声进一步分离，得到第一混频信号。

第一低通滤波器与第一混频电路连接，用于对第一混频信号进行滤波，去除噪声，得到第一滤波信号。

第一可变增益放大器与第一低通滤波器连接，用于对第一滤波信号进行放大，对不同幅度的信号进行不同程度的放大，得到第二放大信号。

第二低通滤波器与第一可变增益放大器连接，用于对第二放大信号进行滤波，进一步去除噪声，得到第二滤波信号。

第一模数转换器连接在第二低通滤波器与基带处理模块之间，用于将第二滤波信号转换为第四数字信号，并将第四数字信号发送给基带处理模块。

第二混频电路与低噪声放大器连接，并且连接移相器，用于将放大信号与第二相位信号进行频率搬移，将信号与噪声进一步分离，得到第二混频信号。

第三低通滤波器与第二混频电路连接，用于对第二混频信号进行滤波，去除噪声，得到第三滤波信号。

第二可变增益放大器与第三低通滤波器连接，用于对第三滤波信号进行放大，对不同幅度的信号进行不同程度的放大，得到第三放大信号。

第四低通滤波器与第二可变增益放大器连接，用于对第三放大信号进行滤波，进一步去除噪声，得到第四滤波信号。

第二模数转换器连接在第四低通滤波器与基带处理模块50之间，用于将第四滤波信号转换为第五数字信号，并将第五数字信号发送给基带处理模块50。

需要说明的是，本发明实施例中，由于ADC1、ADC2是接收模块30中的最后一个模块，因此，接收模块30对射频信号进行处理得到的第一数字信号包括第四数字信号和第五数字信号。

进一步地，第一饱和检测模块40包括：第一饱和检测电路401和第二饱和检测电路402。第一饱和检测电路401和第二饱和检测电路402的结构请参见实施例一。

其中，第一饱和检测电路401的输入端连接在第一混频电路的输出端的两条差分信号线上，并且第一饱和检测电路401的输出端连接基带处理模块50，用于对第一混频电路得到的第一混频信号进行滤波，并将滤波后的信号与第一预设参数进行比较，得到第一比较结果，将第一比较结果输出至基带处理模块50。

具体地，第一饱和检测电路401将接收到第一混频信号的摆幅通过M1和M2传递给C1和R1，C1和R1组成的低通滤波器对第一混频信号进行滤波，滤波后的信号仅剩下幅度信号，然后，比较器A1将该幅度信号与第一预设参数进行比较，以得到第一比较结果。其中，第一预设参数可以为第一参考电压VREF；第一比较结果包括高电平和低电平两种情况。

第二饱和检测电路402的输入端连接在LPF2输出端的两条差分信号线上，第二饱和检测电路402的输出端连接基带处理模块50，第二饱和检测电路402用于对LPF2得到的第二滤波信号进行滤波，并将滤波后的信号与第二预设参数进行比较，得到第二比较结果。

具体地，第二饱和检测电路402将接收到第二滤波信号的摆幅通过M1和M2传递给C1和R1，C1和R1组成的低通滤波器对第二滤波信号进行滤波，滤波后的信号仅剩下幅度信号，然后，第二饱和检测电路402中的比较器A1将该幅度信号与第二预设参数进行比较，得到第二比较结果。其中，第二预设参数可以为第二参考电压VREF；第二比较结果包括高电平和低电平两种情况。

其中，第一检测结果包括第一比较结果和第二比较结果两种情况。

需要说明的是，饱和检测电路401、402是用来检测各个模块的输出是否达到饱和状态，其参考电压VREF值可根据所检测的模块的不同进行调整；另外，如果饱和检测模块检测到该模块为饱和状态，即饱和检测模块的输出为高电平，则把饱和检测电路401、402将该检测结果传输至基带处理模块50，基带处理模块50控制第一增益管理模块80对接收模块的增益进行调节。

再进一步，当基带处理模块50对检测结果和数字信号进行数字化处理得到第一处理结果后，若检测结果为高电平，则就需要调整相应模块的增益，因此，第一增益管理模块80包括若干增益调节电路，若干增益调节电路连接基带处理模块50，并且连接低噪声放大器、第一混频电路、第一低通滤波器、第一可变增益放大器和第一模数转换器，用于根据第一检测结果和第一处理结果依次对低噪声放大器、第一混频电路、第一可变增益放大器的增益进行调节。增益调节电路可以为PLDO电路。

具体地，第一处理结果包括两种情况：第一种，第一比较结果与第一数字信号进行数字化处理的结果；第二种，第二比较结果与第一数字信号进行数字化处理的结果。

更进一步，若第一饱和检测电路401的输出即第一比较结果为高电平，则第一增益管理模块80根据第一比较结果和第一种情况的第一处理结果降低LNA和MIX1的增益；若第二饱和检测电路402的输出即第二比较结果为高电平，则第一增益管理模块80根据第二比较结果和第二种情况的第一处理结果降低PGA1的增益。

在实际无线收发机中，因为LNA和MIX1往往集成在一起，因此，第一饱和检测电路401检测MIX1的第一混频信号，但是第一增益管理模块80调节LNA和MIX1的增益；同理，因为PGA1和LPF1往往集成在一起，且LPF1通常为无源器件，因此，第二饱和检测电路402检测LPF1输出的第一滤波信号，第一增益管理模块80调整PGA1的增益。

需要说明的是，若第一饱和检测电路401和第二饱和检测电路402的输出均为低电平，说明MIX1和PGA1均没有达到饱和，那么基带处理模块50就检测MIX1和PGA1的输出信号是否达到饱和检测电路进行检测的最小要求，如果达到要求，则停止增加增益。

另外，第一饱和检测电路401还可用来检测MIX2的输出信号，第二饱和检测电路402还可用来检测可用来检测LPF4的输出信号，第一增益管理模块80还可用来调整MIX2、PGA2的增益。

对于接收模块来说，LNA的增益可调范围一般是-5～20dB，MIX的增益可调范围是-10～5dB，PGA的增益可调范围是0～50dB。通常设置接收机的增益步进长度是2dB。

在一个具体实施例中，发射模块60包括子模块：第二数模转换器(DAC2)、第五低通滤波器(LPF5)、自动增益控制放大器(AGC)、第三混频器(MIX3)、第六低通滤波器(LPF6)、功率放大器(PA)。

其中，第二数模转换器与基带处理模块50连接，用于将基带处理模块50产生的第二数字信号转换为模拟信号。

第五低通滤波器与第二数模转换器连接，用于对模拟信号进行滤波，除去噪声，得到第五滤波信号。

自动增益控制放大器与第五低通滤波器连接，用于根据基带处理模块50的需求将第五滤波信号进行放大，得到第四放大信号。

第三混频器与自动增益控制放大器连接，并且连接Fractional-N PLL，用于对第四放大信号与本地振荡信号进行频率搬移，将信号和噪声进一步分离，得到第三混频信号。

第六低通滤波器与第三混频器连接，用于对第三混频信号进行滤波，进一步去除噪声，得到第六滤波信号。

功率放大器连接在第六低通滤波器和天线模块10之间，用于对第六滤波器信号进行放大，得到用于发射的射频信号，通过天线模块10将得到的射频信号发射出去。

进一步地，第二饱和检测模块70包括：第三饱和检测电路701、第四饱和检测电路702和第五饱和检测电路703。饱和检测电路701、702、703的结构请参见实施例一。

其中，第三饱和检测电路701的输入端连接在AGC输出端的差分信号线上，输出端连接基带处理模块50，用于对AGC产生的第四放大信号进行滤波，并将滤波信号与第三预设参数进行比较，得到第三比较结果，并输出第三比较结果至基带处理模块50。

第四饱和检测电路702的输入端连接在LPF6输出端的两条差分信号线上，输出端连接基带处理模块50，用于对LPF6产生的第六滤波信号进行滤波，然后将滤波信号与第四预设参数进行比较，得到第四比较结果，并输出第三比较结果至基带处理模块50。

第五饱和检测模块703的输入端连接在PA的输出端，输出端连接基带处理模块50，用于对PA产生的用于发射的射频信号进行滤波，并将滤波后的信号与第五预设参数进行必佳，得到第五比较结果，并输出第三比较结果至基带处理模块50。

具体地，第三预设参数、第四预设参数和第五预设参数均为参考电压VREF，不同饱和检测模块的参考电压VREF不同。

具体地，饱和检测模块701、702、703对发射模块中子模块的检测过程与饱和检测模块401和402对接收模块中子模块的检测过程相同，在此不再赘述。

承上述，第二增益管理模块90包括若干增益管理电路，若干增益管理电路连接基带处理模块50，并且连接自动增益控制放大器、第三混频器和功率放大器，用于根据第二检测结果和第二处理结果对AGC、MIX3和PA的增益进行调节。其中，第二检测结果包括第三比较结果、第四比较结果和第五比较结果。第二处理结果包括三种情况：第一，第三比较结果与第二数字信号的数字化处理结果；第二，第四比较结果与第二数字信号的数字化处理结果；第三，第五比较结果与第二数字信号的数字化处理结果。

具体地，第三饱和检测电路701对第四放大信号进行滤波比较后，得到第三比较结果，第三比较结果包括高电平和低电平两种情况；当基带处理模块50接收到高电平的第三比较结果后，对高电平的第三比较结果和第二数字信号进行数字化处理得到第二处理结果，然后第二增益管理模块90根据第三比较结果和该第二处理结果降低AGC的增益。

当基带处理模块50接收到高电平的第四比较结果后，对高电平的第四比较结果和第二数字信号进行数字化处理得到第二处理结果，然后第二增益管理模块90根据第四比较结果和该第二处理结果降低MIX3的增益。

需要说明的是，由于MIX3之后的LPF6通常为无源器件，第二增益管理模块90调节的是MIX3的增益，因此，第四饱和检测电路702也可设置在MIX3和LPF6之间，检测MIX3的输出信号的摆幅。

当基带处理模块50接收到高电平的第五比较结果后，对高电平的第五比较结果和第二数字信号进行数字化处理得到第二处理结果，然后第二增益管理模块90根据第五比较结果和该第二处理结果降低PA的增益。

当第三、第四、第五比较结果均为低电平时，说明AGC、MIX3、PA均未有达到饱和，那么基带处理模块50就检测AGC、MIX3、PA的输出信号是否达到饱和检测电路进行检测的最小要求，如果达到要求，停止增加增益。

对于发射模块，AGC的增益可调范围是0～50dB，MIX的增益可调范围是-10～5dB，PA的增益是10～40dB。通常设置发射机的增益步进长度是2dB。

举例来说，基于自动增益管理的无线收发机的工作过程包括两个部分：接收阶段和发射阶段。

在接收阶段，接收模块30首先根据接收到的射频信号初始化各个子模块的增益，当输入的射频信号过小(信号过小主要是指射频信号没有达到最小的可识别信号的幅度)时，首先第一增益管理模块80增加LNA和MIX1的增益，并且第一饱和检测电路401同步检测MIX1的输出；若第一饱和检测电路401的检测结果为高电平，则第一增益管理模块80降低LNA和MIX1的增益；若第一饱和检测电路401的检测结果为低电平，则增加PGA的增益，同时第二饱和检测电路402检测PGA1的输出，若第二饱和检测电路402的检测结果为高电平，则第一增益管理模块80降低PGA1的增益；第二饱和检测电路402的检测结果仍为低电平，说明LNA、MIX1和PGA1的输出信号均为不饱和状态，此时基带处理模块50检测LNA、MIX1和PGA1的输出信号是否达到检测的最小要求，如果达到要求，就停止增加增益。

在发射阶段，基带处理模50块产生用于发射的第二数字信号，发射模块60根据第二数字信号初始化各个子模块的增益，首先第二增益管理模块90增加AGC的增益，第三饱和检测电路701同步检测AGC输出信号的摆幅；若第三饱和检测电路701的检测结果为高电平，则第二增益管理模块90降低AGC的增益；若第三饱和检测电路701的检测结果为低电平，则第二增益管理模块90增加MIX3的增益，同时第四饱和检测电路703检测LPF6的输出信号的摆幅；若第四饱和检测电路702的检测结果为高电平，则第二增益管理模块90降低MIX3的增益；若第四饱和检测电路703的检测结果为低电平，则第二增益管理模块90增加PA的增益，同时第五饱和检测电路703检测PA输出信号的摆幅；若第五饱和检测电路703的检测结果为高电平，则第二增益管理模块90降低PA的增益；若第五饱和检测电路703的检测结果为低电平，则说明AGC、MIX3和PA的输出信号均为不饱和状态，此时基带处理模块50检测AGC、MIX3和PA的输出信号是否达到检测的最小要求，如果达到要求，就停止增加增益。

上述无线收发机的工作过程中，不论接收阶段还是发射阶段，调整各个子模块增益的优先级顺序均为信号传输先后经过的子模块的顺序；即在接收阶段，首先调整LNA和MIX1的增益，再调整PGA1的增益；在发射阶段，首先调整AGC的增益，再调整MIX的增益，最后调整PA的增益。

另外，调整增益的步进，可以采用二进制增益调整算法，也可以采用大步进增益10dB进行调整再通过小步进增益2dB进行调整，从而使得无线收发机的功耗和性能均达到最优状态。

本发明实施例通过对接收模块中各个子模块的增益按照信号接收的顺序依次进行调节，对发射模块中各个子模块的增益按照信号发射的顺序依次进行调节，按照一定的顺序调整接收模块和发射模块的增益，可以使得无线收发机的功耗有序的发生变化，使其性能保持在最优值。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，包括：

天线模块(10)，用于接收和发射射频信号；

频率合成模块(20)，用于提供本地振荡信号；

接收模块(30)，用于对所述射频信号放大，将放大后的信号与所述本地振荡信号进行混频，然后将混频后的信号经过滤波、放大和模数转换后，得到第一数字信号；

第一饱和检测模块(40)，用于对所述接收模块(30)输出信号的摆幅进行检测，得到并输出第一检测结果，其中所述第一饱和检测模块(40)包括至少一个饱和检测电路；

基带处理模块(50)，用于对所述第一检测结果和所述第一数字信号进行数字处理得到第一处理结果，并产生用于发射的第二数字信号，同时为所述频率合成模块(20)提供第三数字信号以产生所述本地振荡信号；

发射模块(60)，用于对所述第二数字信号进行数模转换、过滤和放大，将放大后的信号与所述本地振荡信号进行混频，然后将混频后的信号进行过滤和放大后，得到所述射频信号；

第二饱和检测模块(70)，用于对所述发射模块(60)输出信号的摆幅进行检测，得到并输出第二检测结果至所述基带处理模块(50)，所述基带处理模块(50)对所述第二检测结果和所述第二数字信号进行数字化处理，得到第二处理结果，其中所述第二饱和检测模块(70)包括至少一个所述饱和检测电路；

第一增益管理模块(80)，用于根据所述第一检测结果和所述第一处理结果对所述接收模块(30)的增益进行调节；

第二增益管理模块(90)，用于根据所述第二检测结果和所述第二处理结果对所述发射模块(60)的增益进行调节；

其中，所述饱和检测电路包括：第一开关(S1)、第二开关(S2)、第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、电容(C1)、电阻(R1)和比较器(A1)，其中，所述第一开关(S1)的第一端连接至第一输入端，所述第一开关(S1)的第二端连接至第一MOS管(M1)的漏极和所述第二MOS管(M2)的栅极；所述第二开关(S2)的第一端连接至第二输入端，所述第二开关(S2)的第二端连接至所述第二MOS管(M2)的漏极和所述第一MOS管(M1)的栅极；所述第一MOS管(M1)的源极连接所述第二MOS管(M2)的源极，并且连接至所述比较器(A1)的输入端；所述电容(C1)的一端与所述第一MOS管(M1)的源极和所述第二MOS管(M2)的源极连接，且连接至所述比较器的输入端，所述电容(C1)的另一端接地；所述电阻(R1)的一端与所述第一MOS管(M1)的源极和所述第二MOS管(M2)的源极连接，且连接至所述比较器的输入端，所述电阻(R1)的另一端接地。

2.如权利要求1所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述接收模块(30)包括：

低噪声放大器，用于对所述射频信号进行放大，得到第一放大信号；

第一混频电路，用于将所述第一放大信号与第一相位信号进行频率搬移，得到第一混频信号；

第一低通滤波器，用于对所述第一混频信号进行滤波，得到第一滤波信号；

第一可变增益放大器，用于对所述第一滤波信号进行放大，得到第二放大信号；

第二低通滤波器，用于对所述第二放大信号进行滤波，得到第二滤波信号；

第一模数转换器，用于将所述第二滤波信号转换为第四数字信号；

第二混频电路，用于将所述放大信号与第二相位信号进行频率搬移，得到第二混频信号；

第三低通滤波器，用于对所述第二混频信号进行滤波，得到第三滤波信号；

第二可变增益放大器，用于对所述第三滤波信号进行放大，得到第三放大信号；

第四低通滤波器，用于对所述第二放大信号进行滤波，得到第四滤波信号；

第二模数转换器，用于对所述第四滤波信号转换为第五数字信号。

3.如权利要求2所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述第一饱和检测模块(40)包括：

第一饱和检测电路(401)，用于对所述第一混频信号进行滤波并将滤波后的信号与第一预设参数进行比较，得到第一比较结果；

第二饱和检测电路(402)，用于对所述第二滤波信号进行滤波并将滤波后的信号与第二预设参数进行比较，得到第二比较结果。

4.如权利要求2所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述第一增益管理模块(80)用于根据所述第一检测结果和所述第一处理结果依次对所述低噪声放大器、所述第一混频电路和所述第一可变增益放大器的增益进行调节。

5.如权利要求1所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述发射模块(60)包括：

第二数模转换器，用于将所述第二数字信号转换为模拟信号；

第五低通滤波器，用于对所述模拟信号进行滤波，得到第五滤波信号；

自动增益控制放大器，用于将所述第五滤波信号进行放大，得到第四放大信号；

第三混频器，用于对所述第四放大信号与所述本地振荡信号进行频率搬移，得到第三混频信号；

第六低通滤波器，用于对所述第三混频信号进行滤波，得到第六滤波信号；

功率放大器，用于对所述第六滤波信号进行放大，得到用于发射的所述射频信号。

6.如权利要求5所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述第二饱和检测模块(70)包括：

第三饱和检测电路(701)，用于对所述第四放大信号进行滤波并将滤波后的信号与第三预设参数进行比较，得到第三比较结果；

第四饱和检测电路(702)，用于对所述第六滤波信号进行滤波并将滤波后的信号与第四预设参数进行比较，得到第四比较结果；

第五饱和检测电路(703)，用于对发射用的所述射频信号进行滤波并将滤波后的信号与第五预设参数进行比较，得到第五比较结果。

7.如权利要求5所述的基于自动增益管理的无线收发机，其特征在于，所述第二增益管理模块(90)用于根据所述第二检测结果和所述第二处理结果依次对所述自动增益控制放大器、所述第三混频器及所述功率放大器的增益进行调节。

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