[发明专利]带有有源滤波器的接收机IF系统

说明书

本发明涉及一个带有有源带通滤波器的无线接收机集成中频电路。

在如图1所示的一个传统的超外差式接收机中，一个接收到的信号被RF放大器12放大之前先通过一个带通滤波器10。带通滤波器10滤掉那些可能使RF放大器12饱和的带外的信号。也就是说，带通滤波器10确保只有那些想要的信号分量被放大。在信号放大之后，由放大器12产生的输出信号通过一个第二带通滤波器14。带通滤波器14滤掉任何在带通滤波器10中没有被完全抑制的带外的信号。另外，带通滤波器14降低可能会使混频器出现不想要的响应的其它频率处的噪声和干扰。第二滤波器14的输出信号被混频器16接收。通过把从本机振荡器18来的信号与滤波器输出信号混合，混频器16将接收到的频率转变为一个适合于传统的接收机进一步处理(诸如解调器20所表示的解调)的中频。

有时可能要求另外的滤波并且可能使用一个双下变频超外差式接收机。如图2所示，双下变频超外差式接收机30通过天线31接收信号。接收到的信号随后在RF滤波器32中滤波，并在一个低噪声放大器/混频器34中放大，且与来自如图1所示的上述的接收机中的第一本机振荡器36的信号混合。

混合后的信号随后在第一中频(IF)滤波器38中滤波。在蜂窝式无线应用中，第一IF滤波器一般是晶体滤波器。第一滤波器38输出的信号随后在IF滤波器/混频器42中放大。放大的信号则与来自第二本机振荡器44的信号混合。随后混合后的信号在一般是陶瓷滤波器的第二滤波器中滤波，然后输出到放大器48中。过去，无线电设计者试图通过用有源滤波器电路代替无源晶体或陶瓷IF带通滤波器的方法来降低接收机的成本。

除去IF滤波器的一个方法是在第一或第二下变频级使用正交混频器，然后将该信号向下混合到其基带的同相(I)或正交(Q)分量处，这些分量随后被低通滤波。对于接收机设计的这个方法被称为零差法(Homodyne)或零-IF(Zero-IF)。依据原理，一个IQ无线接收机可按照图3来构成，图中来自天线51的无线信号56被直接提供到两个平衡的，正交的混频器52a，52b，信号在其中分别被由本机振荡器53所产生的信号的载频的正弦和余弦波相乘。以此方式产生I-信道或同相信号，和Q-信道或正交信号。乘法装置产生的输出既包括2F附近的和频分量又包括零频附近的差频分量。低通滤波器54a，54b滤除前者而接受后者。该零频分量随后则可被低频放大级55a，55b而不是高频放大器放大到任何适宜的电平。

实际上，在单操作中，零-IF接收机通过把接收的信号直接转变为基带的方式来消除到中频的过渡变频(Interim Conversion)。低通滤波器的优势是它比由它们所取代的带通滤波器易于构成。然而实际上，零-IF方式被各种实际问题所困扰，其中之一便是与完善的数学放大器相比较，平衡混频器不够完善。这种不足最令人头痛的方面是产生的直流偏移或不变电压可能比预期的信号高出很多个数量级。接收混频器输出的低频放大器在预期信号被充分放大之前很久就已被大直流偏移强制饱和。

理论上，另一种除去陶瓷IF滤波器的方法是用有源带通滤波器电路来代替它们。有源滤波器电路可与其它IF电路如放大器，混频器，电压控制振荡器(VCO)，和检测器组合，从而组成一个IF系统。有源带通IF电路的主要困难是以前未能实现足够的动态范围。有源滤波器的动态范围由于在电路中的压缩被限定在一个高信号电平，而由于噪声而被限定在一个低信号电平。有源滤波器的理论上的最大动态范围与下述公式定义的品质因数(Q_f)有关最大动态范围≤C_T(V_RMS)²/(2πkTφQ_f)         (等式1)其中C_T   ＝    总滤波器电容

V_RMS ＝    最大RMS输入信号电压

Kt    ＝    Boltzman常数x温度

φ         ＝    一个由电路装置和布局确定的常数

Q_f   ＝    滤波器品质因数＝(中心频率)/(3dB带宽)

详细研究公式1会发现由于无线电源电压是固定的，对于给出的工作温度和装置技术，2πkT和φ为常数，总电容C_T由在集成电路上可得到的模具面积决定，则V_RMS是预定的考虑到这些因素则只有Q_f因数是个变量，调节它可用来提高滤波器的动态范围。