專利名稱：一種可編程的射頻下變頻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種可編程的射頻下變頻裝置，屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在無線通信中，經(jīng)常要實現(xiàn)射頻信號到中頻信號的變換。傳統(tǒng)的下變頻裝置釆用大量模 擬器件搭建而成，存在抗干擾能力差、可靠性低等缺點，且體積較大，能耗明顯，配置后只 能實現(xiàn)特定頻率的下變頻。這些都使其在進一步的應(yīng)用中受到局限。
隨著科技的發(fā)展進步，射頻下變頻裝置的技術(shù)不斷得到更新并日趨成熟?，F(xiàn)在，國內(nèi)外 實現(xiàn)數(shù)字下變頻器主要有三種途徑
(1) 采用已有的專用芯片；
(2) 自主研制專用芯片；
(3) 用DSP或FPGA器件自建平臺實現(xiàn)。
在高采樣速率的系統(tǒng)中，這三種方法顯示出各自的弊端。商用專用芯片要求處理的數(shù)據(jù) 速率較低，且價格昂貴、靈活性不強；自主研制專用芯片，由于成本過高和國內(nèi)技術(shù)條件的 限制，在小規(guī)模的研發(fā)生產(chǎn)中幾乎是不可能的；目前，隨著DSP器件和FPGA器件技術(shù)的 發(fā)展，自建平臺實現(xiàn)數(shù)字下變頻器成為了可能，但對于小規(guī)模的應(yīng)用，這樣難免又增加了設(shè) 計的復(fù)雜度和成本，顯得大材小用。 發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種低成本、可編程的射頻下變頻裝置， 所述的變頻裝置利用可編程器件FPGA (Field-Programmable Gate Array)和TDM (Time Division Multiplex and Multiplexer)數(shù)字調(diào)諧器芯片來實現(xiàn)射頻到中頻的下變 頻操作。變頻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)51MHz-858MHz信號的下變頻，裝置內(nèi)集成了高性能的本地振 蕩器、SAW (Surface Acoustic Wave)濾波器，輸出端通過濾波后差分輸出中頻信號， 并在輸出之外設(shè)置了 AGC (Automatic Generation Control)補償裝置和外部濾波電路， 大大改善了信號性能。
一種可編程的射頻下變頻裝置，包括FPGA、 PROM、 TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片、AGC模 塊和外部濾波模塊；外部時鐘為FPGA、 PROM和TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片提供其工作時需要 的時鐘；
PROM內(nèi)部儲存設(shè)置好的為FPGA進行配置的程序，PROM與FPGA通過串行或總線 方式連接；上電后，PROM將內(nèi)部儲存的配置程序下載到FPGA的SDRAM中，F(xiàn)PGA才艮據(jù)SDRAM中的程序完成上電初始化、硬件資源分配、引腳定義，使FPGA實現(xiàn)對TDM數(shù) 字調(diào)諧器模塊進行控制的功能；在每次重新上電后PROM中的配置程序?qū)⒅匦孪螺d到FPGA 的SDRAM中再次對FPGA進行配置；
FPGA與TDM數(shù)字調(diào)諧芯片通過I2C總線連接；經(jīng)過配置完成的FPGA通過I2C總線 將產(chǎn)生的控制信號傳送給TDM數(shù)字調(diào)諧芯片，對其進行控制；
TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片內(nèi)部集成了本地振蕩器和低、中、高三個頻段的內(nèi)部SAW濾波器； FPGA通過I2C總線配置TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片，TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片接收由FPGA傳輸過 來的控制信號，初始化內(nèi)部的本地振蕩器，根據(jù)輸入射頻信號的頻率范圍，對低、中、高三 個頻段的內(nèi)部SAW濾波器迸行選擇，使其與輸入射頻信號的頻率范圍相適應(yīng)；將需要轉(zhuǎn)換 的射頻信號輸入到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片，射頻輸入信號與高性能本地振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的、 低相位噪聲的本振信號進行混頻，混頻后得到中頻信號；SAW濾波器將混頻后得到的中頻信 號中的有用成分選出，對無用信號進行衰減和濾除;從而完成了射頻輸入的下變頻變換，SAW 濾波器差分輸出濾波后的中頻信號，中頻信號輸出至AGC模塊和外部濾波模塊；
AGC模塊通過引腳與TDM調(diào)諧器模塊連接;在TDM調(diào)諧器的引腳處提供一個恒流源， AGC模塊接收到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片輸出的中頻信號反饋后，完成對射頻輸入信號及混頻 后中頻信號的限幅或者補償處理；經(jīng)AGC模塊自動增益補償后將得到的信號經(jīng)過TDM數(shù)字 調(diào)諧器芯片輸出給外部濾波模塊；
外部濾波模塊對TDM數(shù)字調(diào)諧芯片輸出的中頻信號進行有源濾波，最后得到中頻輸出。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1) 該裝置成本低。所選用的TDM數(shù)字調(diào)諧芯片型號為飛利浦TDM1316AL/IHP， 該芯片廣泛應(yīng)用于電視機射頻接收，市場上容易尋找、價格便宜；
(2) 該裝置的信號輸出性能高。增加的AGC自動增益控制模塊和外部濾波模塊，保證 了信號輸出的優(yōu)良性；
(3) 本發(fā)明所述裝置以較低的成本、靈活的方法，實現(xiàn)了射頻下變頻變換。本發(fā)明最大 的特點就是采用了專用芯片模塊和FPGA編程器件相結(jié)合，從而結(jié)合了專用芯片功能強大、 性能穩(wěn)定和FPGA編程靈活性的優(yōu)點于一身。


圖1是本發(fā)明的一種可編程的射頻下變頻裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實施例中AGC模塊的電路圖； 圖3是本發(fā)明實施例中外部濾波模塊的電路圖。 圖中
1-FPGA 2-PROM 3-TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片 4-AGC模塊5-外部濾波4莫塊6-三極管BG,7-三極管^528-電容C
9-電阻《10-電容q11-電阻及212-電容<:6
13-三極管恥514-電阻/ 315-電阻i n16-電阻4
17-外部時鐘18-三極管5G319-電阻/ 420-電阻i 5
22-電阻及723-電阻7 824-電阻&
25-電阻《026-電容q27-電容&28-電容Cs
29-三極管5G,30-二極管八31-二極管A
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明的一種可編程的射頻下變頻裝置，如圖1所示，包括外部時鐘17、 FPGA1、 PROM2、TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3、 AGC模塊4和外部濾波，莫塊5。外部時鐘17為FPGA1、 PROM2和TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3提供其工作時需要的時鐘。
PROM2內(nèi)部儲存設(shè)置好的為FPGA1進行配置的程序，PROM2與FPGA1通過串行或 總線方式連接。上電后，PROM2將內(nèi)部儲存的配置程序下載到FPGA1的SDRAM (Synchronized Dynamic Random Access Memoiy，同步動態(tài)隨機存取存儲器)中，下 載到SDRAM中的程序決定了 FPGA1內(nèi)部各個硬件資源的利用情況。FPGA1根據(jù)SDRAM 中的程序完成上電初始化、硬件資源分配、弓l腳定義等配置，使FPGA1實現(xiàn)對TDM數(shù)字 調(diào)諧器模塊3進行控制的功能。因為SDRAM的掉電易失性，所以要將FPGA1的配置程序 事先寫入PROM2中，以防止掉電后配置程序的丟失，在每次重新上電后PROM2中的配置 程序?qū)⒅匦孪螺d到FPGA1的SDRAM中再次對FPGA1進行配置。
FPGA1與TDM數(shù)字調(diào)諧芯片3通過I2C總線連接。經(jīng)過配置完成的FPGAl通過I2C 總線將產(chǎn)生的控制信號傳送給TDM數(shù)字調(diào)諧芯片3，對其進行控制。這主要包括控制TDM 數(shù)字調(diào)諧芯片3內(nèi)部PLL (Phase Locked Loop,鎖相環(huán))輸出的本振頻率，內(nèi)部工作電流 大小和內(nèi)部濾波器的選擇。
TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3內(nèi)部集成了高性能本地振蕩器和低、中、高三個頻段的內(nèi)部SAW (Surface Acoustic Wave,聲表面波)濾波器。FPGAl通過I2C總線配置TDM數(shù)字調(diào)諧 器芯片3, TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3接收由FPGAl傳輸過來的控制信號，初始化內(nèi)部的本地 振蕩器，根據(jù)輸入射頻信號的頻率范圍，對低、中、高三個頻段的內(nèi)部SAW濾波器進行選 擇，使其與輸入射頻信號的頻率范圍相適應(yīng)。
將需要轉(zhuǎn)換的射頻信號輸入到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3，射頻輸入信號與高性能本地振 蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的、低相位噪聲的本振信號進行混頻，混頻后得到中頻信號；SAW濾波器將 混頻后得到的中頻信號中的有用成分選出，對無用信號進行衰減和濾除。從而完成了射頻輸入的下變頻變換，SAW濾波器差分輸出濾波后的中頻信號，中頻信號輸出至AGC模塊4和外部濾波模塊5。
AGC模塊4通過引腳與TDM調(diào)諧器模塊3連接，在TDM調(diào)諧器的引腳5處提供一個恒流源，AGC模塊4接收到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3輸出的中頻信號反饋后，完成對射頻輸入信號及混頻后中頻信號的限幅或者補償處理。經(jīng)AGC模塊4自動增益補償后將得到的信號經(jīng)過TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3輸出給外部濾波模塊5。
外部濾波模塊5對TDM數(shù)字調(diào)諧芯片3輸出的中頻信號進行有源濾波，進一步優(yōu)化輸
出的中頻信號，最后得到中頻輸出。
通過更改PROM2中為FPGA配置1的程序，使FPGA1對TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3發(fā)送不同的控制信號，調(diào)整TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3內(nèi)部本地振蕩器的輸出頻率和不同SAW濾波器的選擇，即可實現(xiàn)所述裝置的射頻輸入范圍工作在51MHz-858MHz。
實施例FPGA1選用XILINX公司SPARTAN系列的XC2S15，PROM2選用與FPGA1搭配的XILINX公司XC18V00系列的XC18V512, TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3選用飛利浦TDM 1316AL/IHP芯片。
如圖2所示，為本發(fā)明的一種AGC模塊4的實現(xiàn)電路，包括控制電路和檢波電路，所述的控制電路為，三極管5^6與電阻^9、電容C,8構(gòu)成共射極放大電路，將電流L^放大。三極管￡&7與電阻及,9、電阻All、電容q 10構(gòu)成共基極放大電路，可以在很寬的頻帶工作。電容C,8兩端連接+5V電源，用于給AGC模塊4供電，電容q8與三極管BG,6連接的一端接地，電阻及211與電容(^210連接的一端接地，電阻i 3l4連接在三極管5G,6的基極，電阻^9為1000Q,電阻及2 11為IOOQ,電阻A 14為1200Q。電阻A 14另外一段連接電壓的檢測電路；
所述的AGC模塊4中控制電壓f^^的檢波電路為，三極管^ 318為門管，發(fā)射極偏置電壓/7￡由電阻^19，電阻/ 621分壓取得，電容0:326與電阻及419并聯(lián)，并且連接+5V電壓，三極管^ 318集電極連接電阻^20，電阻及520另一端接地。當三極管^(7318 輸入電壓^小于發(fā)射極偏置電壓C^，即[^<^，此時三極管^ 318由截止狀態(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，在集電極輸出倒相的同步脈沖，此脈沖加到由二極管A30,電容<^427組成的峰值檢波器。三極管^ 429為AGC放大管，接成射極跟隨器，輸入阻抗高進一步提高了檢波效率。電容Cs28是濾波電容。電阻盡24，電阻i ,。25是受控放大器基極偏置電阻。二極管￡>231為AGC延遲二極管。電容q26，電阻^19在三極管^^18射極引入負反饋補償，保證檢出的^4Gc不會過大。電阻及722、電阻^23分壓后為三極管5&29提供射極偏置電壓。
電流乙《;經(jīng)三極管^^6放大后，通過三極管6<527就構(gòu)成了一個寬頻帶的恒流源，該恒流源產(chǎn)生的電流經(jīng)由TDM1316AL/IHP ( TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3)的AGC pin5腳注
6入其內(nèi)部，完成AGC自動增益控制。
AGC自動增益控制是以反饋為前提條件的，其原理就是，控制電路4艮據(jù)檢波電路反饋回來的AGC控制電壓t/g的幅度，控制TDM1316AL/IHP內(nèi)部的高頻放大器和中頻放大器的放大增益產(chǎn)生對應(yīng)的變化，從而達到自動控制增益的目的，反饋回的f/^c的優(yōu)劣程度直接決定了 AGC模塊4的增益控制性能。
如圖3所示，為本發(fā)明的一種外部濾波模塊5的實現(xiàn)電路，該電路釆用了應(yīng)用晶體三極管的有源濾波形式，三極管^Gsl3與電阻i u15、電容(7612、電阻&16構(gòu)成共基極放大電路，提供了寬頻帶的濾波效果。TDM1316AL/IHP芯片組成的TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片3輸出的濾波后的中頻信號輸入到外部濾波模塊5，經(jīng)過濾波，最后輸出中頻輸出。實際應(yīng)用中，在條件允許的情況下，也可以選用簡單的RC濾波電路。
工作過程XC18V512存儲預(yù)先設(shè)定的XC2S15配置程序，XC18V512與XC2S15通過并行數(shù)據(jù)總線連接，上電后，XC2S15將XC18V512中的程序加載到自身的SDRAM中并完成初始化配置。
XC2S15通過I2C總線，依據(jù)程序的配置對TDM1316AL/IHP芯片寫入不同的控制字，保證TDM1316AL/IHP選擇合適的本地振蕩器頻率和相應(yīng)的SAW濾波器，以匹配射頻輸入信號，從而完成對射頻信號的下變頻變換；其內(nèi)部SAW濾波器對信號進行去噪處理，并根據(jù)控制命令輸出中心頻率為36.13MHz、帶寬為7MHz或者8MHz的中頻信號。
下變頻變換后的TDM1316AL/IHP輸出的中頻信號可能會有增益不夠和畸變的情況出現(xiàn)，AGC模塊4和外部濾波豐莫塊5對下變頻的信號輸出進行改善，以得到高性能的輸出結(jié)果。
通過更改XC18V512中的程序，使XC2S15對TDM1316AL/IHP發(fā)送不同的控制信號，調(diào)整TDM1316AL/IHP內(nèi)部本地振蕩器的輸出頻率和不同SAW濾波器的選擇，即可使該裝置的射頻輸入范圍工作在51MHz-858MHz。
權(quán)利要求
1、一種可編程的射頻下變頻裝置，包括外部時鐘，其特征在于還包括FPGA、PROM、TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片、AGC模塊和外部濾波模塊；外部時鐘為FPGA、PROM和TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片提供其工作時需要的時鐘；PROM內(nèi)部儲存設(shè)置好的為FPGA進行配置的程序，PROM與FPGA通過串行或總線方式連接；上電后，PROM將內(nèi)部儲存的配置程序下載到FPGA的SDRAM中，F(xiàn)PGA根據(jù)SDRAM中的程序完成上電初始化、硬件資源分配、引腳定義，使FPGA實現(xiàn)對TDM數(shù)字調(diào)諧器模塊進行控制的功能；在每次重新上電后PROM中的配置程序?qū)⒅匦孪螺d到FPGA的SDRAM中再次對FPGA進行配置；FPGA與TDM數(shù)字調(diào)諧芯片通過I2C總線連接；經(jīng)過配置完成的FPGA通過I2C總線將產(chǎn)生的控制信號傳送給TDM數(shù)字調(diào)諧芯片，對其進行控制；TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片內(nèi)部集成了本地振蕩器和低、中、高三個頻段的內(nèi)部SAW濾波器；FPGA通過I2C總線配置TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片，TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片接收由FPGA傳輸過來的控制信號，初始化內(nèi)部的本地振蕩器，根據(jù)輸入射頻信號的頻率范圍，對低、中、高三個頻段的內(nèi)部SAW濾波器進行選擇，使其與輸入射頻信號的頻率范圍相適應(yīng)；將需要轉(zhuǎn)換的射頻信號輸入到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片，射頻輸入信號與高性能本地振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的、低相位噪聲的本振信號進行混頻，混頻后得到中頻信號；SAW濾波器將混頻后得到的中頻信號中的有用成分選出，對無用信號進行衰減和濾除；從而完成了射頻輸入的下變頻變換，SAW濾波器差分輸出濾波后的中頻信號，中頻信號輸出至AGC模塊和外部濾波模塊；AGC模塊通過引腳與TDM調(diào)諧器模塊連接；在TDM調(diào)諧器的引腳處提供一個恒流源，AGC模塊接收到TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片輸出的中頻信號反饋后，完成對射頻輸入信號及混頻后中頻信號的限幅或者補償處理；經(jīng)AGC模塊自動增益補償后將得到的信號經(jīng)過TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片輸出給外部濾波模塊；外部濾波模塊對TDM數(shù)字調(diào)諧芯片輸出的中頻信號進行有源濾波，最后得到中頻輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可編程的射頻下變頻裝置，其特征在于通過更改PROM中為FPGA配置的程序，使FPGA對TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片發(fā)送不同的控制信號，調(diào)整TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片內(nèi)部本地振蕩器的輸出頻率和不同SAW濾波器的選擇，實現(xiàn)所述裝置的射頻輸入范圍工作在51MHz-858MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可編程的射頻下變頻裝置，包括外部時鐘、FPGA、PROM、TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片、AGC模塊和外部濾波模塊；外部時鐘為FPGA、PROM和TDM數(shù)字調(diào)諧器芯片提供其工作時需要的時鐘。所述的變頻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)51MHz-858MHz信號的下變頻，裝置內(nèi)集成了本地振蕩器、SAW濾波器，輸出端通過濾波后差分輸出中頻信號，并在輸出之外設(shè)置了AGC補償裝置和外部濾波電路，大大改善了信號性能。所述裝置具有成本低、信號輸出性能高的特點，本發(fā)明最大的特點就是采用了專用芯片模塊和FPGA編程器件相結(jié)合的方法，并且增加的AGC自動增益控制模塊和外部濾波模塊，保證了信號輸出的優(yōu)良性。
文檔編號H04B1/16GK101640545SQ20091009059
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者孫宇明, 李署堅, 楊文慧, 王江浩 申請人:北京航空航天大學