接收发机结构.ppt

*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,研究背景与意义,模拟对讲机是利用模拟信号来传递消息的，它存在着,频率利用率低,、,相互干扰严重,、,业务功能单一,、,加密简单易于破解,、,通信不太稳定,和,管理控制较困难,等缺点，已不能满足各行各业对通信的要求。,数字对讲机是将模拟信号数字化，以数字编码和数字调制的方式，并采用数字信号处理方法进行优化的通信方式。,研究背景与意义,数字对讲机优点,：,频带利用率高,保密性很高（采用数字信号，使得加解密技术得到很好的应用）,语音质量高（采用数字纠错技术提高语音质量）,体积小，更省电，通话时间长,能够提供更多业务（如短信、图像传输等业务）,研究背景与意义,我国数字对讲机的发展情况：,2007,年底发布了,数字对讲机系统设备无线射频技术指标要求,(,试行,),，鼓励国内对讲机制造业调整产品结构，逐步推进对讲机设备研发、制造的模转数。,为加快对讲机管理政策的调整、明确模转数政策、引导数字技术和产业发展，无线电管理局于,2009,年底出台了工信部无,2009666,号文件：,关于,150MHz 400MHz,频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜的通知,，并正式制定了,150MHz,、,400MHz,频段数字对讲设备无线射频技术指标,。,研究背景与意义,666,号文件要求从,2011,年开始，停止模拟对讲机的型号核准，这意味着在,5,年内,150MHz,和,400MHz,频段,模拟对讲机将退出市场,，,取而代之的是数字对讲机,。,666,号文件同时将,150MHz,、,400MHz,信道间隔由,25KHz,调整为,12.5KHz,，使对讲机频谱资源的频率利用率提高了一倍。,666,号文件的发表对我国对讲机产业的发展特别是对数字对讲机在国内的发展将有重要的意义，对宣传推广数字对讲机，将数字对讲机尽快推向市场，加快对讲机模转数的步伐无疑将起到积极的推动作用。,研究背景与意义,福建泉州有“对讲机之乡”美誉，是我国专业无线通信产品产销基地和全国集散中心，拥有对讲机厂近百家，年产销对讲机多万台，占有中国近的市场份额，其产品基本上均为模拟对讲机。,研究背景与意义,数字对讲机推广工作已做了好长一段时间，但是效果不明显，主要在于数字对讲机成本太高。,通过采用集成电路技术，将语音编解码、基带调制以及射频等核心模块集成在一块或两块芯片中，并采用统一接口进行组合，将会大大降低生产成本。,研究背景与意义,虽然数字对讲机的国家标准尚在制定之中，但是已有政府和企业瞄准了这块大蛋糕。,为了响应国家政策，维持优势产业，福建省工信厅已决定对数字对讲机芯片的研发进行政策性支持。,泉州的对讲机厂家已于,2010,年,6,月成立了联盟，预投资,8000,万来进行数字对讲机中基带信号处理芯片的研发。,研究内容和目标,本项目的研究目标：采用,TSMC 0.25RF,工艺，把民用数字对讲机的发射机数字调制电路、载波产生电路（频率综合器）、发射电路、接收电路、数字解调电路集成到一块芯片中。最终使得数字对讲机只需两片专用集成电路（本项目研发的芯片语音压缩芯片）即可，大大减小数字对讲机整机成本，推动对讲机模转数的进程。,抓住模转数机会，研发数字对讲机集成芯片,。,其市场需求是非常大的，有着非常广阔的应用前景。,研究内容和目标,中国信产部开放了民用对讲机市场，其开放的频段为,409-410MHz,，共分,20,个频道，称为“公众频道”。,1.409.7500 MHZ,2.409.7625 MHZ,3.409.7750 MHZ,4.409.7875 MHZ,5.409.8000 MHZ,6.409.8125 MHZ,7.409.8250 MHZ,8.409.8375 MHZ,9.409.8500 MHZ,10.409.8625 MHZ,11.409.8750 MHZ,12.409.8875 MHZ,13.409.9000 MHZ,14.409.9125 MHZ,15.409.9250 MHZ,16.409.9375 MHZ,17.409.9500 MHZ,18.409.9625 MHZ,19.409.9750 MHZ,20.409.9875 MHZ,返回,研究内容和目标,由于数字对讲机的国家标准尚为公布，本项目将参照以下几个标准和相关文件进行设计：,1,、,数字对讲机系统设备无线射频技术指标,（试行）,2,、,400MHz,频段,模拟,公众无线对讲机技术规范和测量方法,3,、工信部无,2009666,号文件：,关于,150MHz 400MHz,频段专用对讲机频率规划和使用管理有关事宜的通知,。,4,、欧洲电信标准协会的,dPMR,和,DMR,的相关标准：,TS 102 490 V1.3.1(2007-04),，,EN 301 166-1 V1.3.2(2009-11),，,EN 301 166-2 V1.2.3(2009-11),，,EN 300 390-1 V1.2.1(2000-09),。,研究内容和目标,功能和主要性能指标：,信道间隔,12.5KHz,，共,20,个信道，支持直接写频率的方法，可以利用,MCU,通过,SPI,总线直接对寄存器进行写频率操作，确定信道的频率。,支持两种调制方式：,FSK,和,GFSK,；数据速率可编程，支持多种数据传送速率。,支持频率偏移补偿，即采用,AFC,电路来调节发射机与接收机的频偏，提高灵敏度。,具有信号强度指示功能（,RSSI),发射时均满足,150MHz,400MHz,频段数字对讲机设备无线射频技术指标,。,接收时：,1,、,1%,的误码率时，接收机灵敏度,55dB;3,、共信道抑制比,-12dB.,接收机方案,常见的接收机系统结构,传统超外差式接收机结构,Zero-IF,接收机结构,Low-IF,接收机结构,概述,接收机或发射机是一个系统，系统级的设计和优化具有更重要的意义,决定总体大小、功耗、性能,协调各电路模块，确保达到指标,收发机,(Transceiver),结构对,IC,设计的影响,电路的复杂度,各级电路的工作频率、增益、噪声系数、线性度、功耗,收发机结构对集成度和成本的影响,PCB,线路的复杂度,片外元件，尤其是高,Q,值滤波器、谐振器的费用,元件安装,(,焊接,),的成本,电路调试的费用,接收机中降频的重要性,受天线尺寸的限制，发射机必须使用高频载波来发送基带信号,对,接收机来说，若在射频直接处理信号，存在如下困难：,信道选择困难,对于,GSM,系统,高,Q,值的滤波器难以实现,射频,ADC,难以实现,数字信号处理技术可以实现近乎理想的滤波器，但是直接在射频频率进行模数转换并不现实,射频滤波器只能用作整个系统频段的选择，滤除频段外的干扰，信道的选择,(,模拟或数字滤波,),需要在降频后,(,中频,),进行,中频频率的选择,镜像频率和镜频抑制,(Image Rejection),邻近信道干扰和选择性,(Selectivity),避开其它干扰,(,如某些时钟和参考信号及其谐波频率,),超外差,(Super-heterodyne),结构,本振频率射频中心频率，两者之差为中频频率,使用混频器将高频信号搬到一个低得多的中频频率后再进行信道滤波、放大和解调，解决了高频信号处理所遇到的困难。,依靠周密的中频频率选择和高品质的射频,(,镜像抑制,),和中频,(,信道选择,),滤波器，精心设计的超外差接收机可以达到很高的灵敏度、选择性和动态范围，因此长久以来成为了高性能接收机的首选,本振频率的选择,本振频率可以高于,(High-side Injection),或低于,(Low-side Injection),信号频率，这取决于所引入镜像干扰的大小和振荡器设计的难易程度。,一般来说低频的振荡器可以获得更好的噪声性能，但是变频范围较小,镜像频率干扰的解决办法,镜频滤波,使用镜像抑制接收机结构,收发机中混频的数学分析,发射和接收过程中的频率搬移都用混频来实现,混频的时域分析,输入信号与本地振荡信号,(Local Oscillator),在时域相乘：,例如,:,输入信号,x,(,t,)=,A,RF,cos(,w,RF,t,),，,载波,c,(,t,)=,A,LO,cos(,w,LO,t,),混频：,和频（时现上变频）,差频（实现下变频）,收发机中混频的数学分析,混频的频域分析,实信号的,Fourier,变换，总是得到双边谱：正负频率分量同时存在，且互为共轭，即,正、余弦信号,但是复信号可能只存在单边频率分量，例如,混频：时域相乘,=,频域卷积,=,频谱搬移,对于上变频：基带,射频,卷积,下变频,:,射频,中频,/,基带,镜频对,下变频的影响,造成干扰,无线接收机结构,接收机的各组成部分,RF Filter,（预选择滤波器）,选择工作频段，限制输入带宽，减少互调,(IM),失真；,抑制杂散,(Spurious),信号，避免杂散响应；减小本振泄漏,LNA,尽量降低自身噪声系数，对,RF,信号提供一定的增益，尽量抑制后续电路噪声,RF Filter 2,（镜频抑制滤波器）,抑制由,LNA,放大或产生的镜像干扰；,进一步抑制其它杂散信号；,减小本振泄漏,Mixer,下变频器；,接收机中输入射频信号最强的模块，线性度极为重要，同时要求较低的噪声,Injection Filter,滤除来自本振的杂散信号,IF Filter,（信道选择滤波器）,抑制相邻信道干扰，提供选择性；,滤除混频器等产生的互调干扰；如果存在第二次变频，需要抑制第二镜频,IF Amplifier,将信号放大到一定的幅度供后续电路,(,如模数转换或解调器,),处理；通常需要较大的增益并实现增益控制,在,LNA,后增加镜像滤波器,通常需要在片外用声表面波（,SAW,）滤波器,镜像抑制效果取决于滤波器的,Q,值和,IF,的大小,Q,值越高，选择性越好,IF,的大小，,IF,越小效果越差,1),需要采用多个片外的滤波器件对信号中的镜像和干扰成份进行抑制。由于片上集成滤波器的,Q,值有限，需要采用片外分立器件，不仅降低了接收机的集成度，还提高了成本。,2),片外滤波器的特征阻抗一般为,50,，为了实现片内外电路的阻抗匹配，通常需要很大电流，增加了接收机的功耗。,3),超外差式接收机采用两级或多级混频电路，这就意味着同一通路上使用更多的电路模块，不仅增加了功耗和面积，还提高了系统的成本。,用复,混频的办法来消除镜频的影响（用单边谱的本振）,正频率部分的镜频消除，但负频率处仍然存在，需要进行复数滤波才能去除，实现较复杂,Zero-IF,接收机结构,零中频接收机（低成本方案）,LO,频率等于,RF,的频率，有如下优点,不存在镜像频率，无需镜像抑制滤波器,信道选择用低通滤波器来进行，片内即可,结构非常简单，成本低,Zero-IF,接收机结构,零中频结构虽然结构简单，但存在很多问题，需要研究改进。主要问题：,DC-Offset,DC-Offset,产生原因：,由,LO,泄漏引起的自混频,Zero-IF,接收机结构,1/f,噪声,射频信号通过,LNA,并进入到,LO,端造成的自混频,偶次非线性（,IM2,）,则输出中会有一项 ，如果,1,和,2,很接近，就会产生一项直流项。,Low-IF,接收机结构,（,便于集成，低成本）,具有与零中频接收机类似的优点（便于集成，成本低，电路简单），同时避免了,DC,失调问题。所以该项目拟采用该接收机结构。,Low-IF,接收机结构具体实现方案,1,、,变频结构选择,：采用,正交下变频,，正交本地振荡信号组成一个只具有正频率成分的复信号。,Low-IF,接收机结构具体实现方案,2,、,在数字域再次正交下边频到基带信号,镜像信号处理方案,3,、镜像信号处理方案（本征信号,I/Q,不匹配,),：,镜像信号处理方案,若在混频器前加镜像滤波器，虑除镜像信号，需要高,Q,不利于集成,为了有利于抑制镜像信号，要求中频信号较高。,镜像信号处理方案,3,、,中频镜像信号处理方案,：利用一个无源多相滤波器来抑制位于正频率处的射频信号和镜像信号，不需要很高的品质因子,Q,，适合集成，并且对中频信号没有要求。,再次下变频方案,4,、,IF,下变频方案：,在下变频后，有用信号位于负频率，镜像信号位于正频率,在模拟域中对镜像信号处理，即才采用复带通滤波器来初,步抑制镜像信号，然后再去模数转换，最后到数字域中进行中频的下变频，把接收信号变换到基带，提供给解调电路。减小对,ADC,的动态范围的要求。,接收发机各个模块,(,射频前端）,低噪声放大器,(LNA),、以及可变增益,LNA,无源多相滤波器,正交混频器,复带通滤波器,小数分频频率综合器（基于,Sigma-Delta,调制器）,鉴频鉴相器,压控振荡器,(VCO),环路滤波器,功率放大器,(PA),、中频,VGA,放大器,模数转换器,(ADC),接收发机各个模块,(,数字中频及基带部分）,数字中频：,直接数字频率合成器,数字正交下边频器,FSK,数字解调器,RSSI,（接收信号强度指数）数字电路,AGC,部分数字电路,AFC,部分数字电路,抽样低通数字滤波器,GFSK,滤波器,串口,SPI,总线控制器,