阅读说明：本技术 信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器 (Signal disturbance extraction circuit, signal disturbance extraction method and radio frequency receiver ) 是由 王鹏翔 林越 徐健 于 2020-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器,所述信号扰动提取电路并联于信号处理单元的输入端和输出端,包括依次连接于信号处理单元输出端和输入端之间的调制器及滤波器,还包括与调制器和滤波器分别电性连接的电荷泵,其中,所述调制器用于对信号处理单元输出的电压信号进行量化,调制为数字信号；所述电荷泵在数字信号的控制下间断性地向滤波器充电；所述滤波器进行滤波后提取扰动信号,并反馈至信号处理单元输入端。本发明避免了对轨到轨输入范围放大器的依赖,摆脱了轨到轨信号处理的线性度限制,能够简单地提取扰动信号,具有很高的线性度,具有广阔的应用场景。(The invention discloses a signal disturbance extraction circuit, a signal disturbance extraction method and a radio frequency receiver, wherein the signal disturbance extraction circuit is connected in parallel with the input end and the output end of a signal processing unit, comprises a modulator and a filter which are sequentially connected between the output end and the input end of the signal processing unit, and further comprises a charge pump which is respectively and electrically connected with the modulator and the filter, wherein the modulator is used for quantizing a voltage signal output by the signal processing unit and modulating the voltage signal into a digital signal; the charge pump intermittently charges the filter under the control of the digital signal; and the filter extracts the disturbance signal after filtering and feeds the disturbance signal back to the input end of the signal processing unit. The invention avoids the dependence on the rail-to-rail input range amplifier, gets rid of the linearity limitation of the rail-to-rail signal processing, can simply extract the disturbance signal, has very high linearity and has wide application scenes.)

信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器

技术领域

本发明属于射频信号传输技术领域，具体涉及一种信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器。

背景技术

雷达接收的射频信号中，由于干扰的存在，混频时会出现低频的扰动信号，会侵占后续模数转换器(ADC)的动态范围，影响雷达的分辨精度。在传统的射频接收器结构中，由于跨阻放大器(又称电流电压转换器TIA，transimpedance amplifier)的特性，无法使用传统的高通滤波器对这些低频扰动进行衰竭。

参图1所示，现有技术中的射频接收器，依次包括低噪声放大器LNA&低噪声跨导放大器LNTA、混频器MIX、跨阻放大器TIA&可编程增益放大器PGA、及低通滤波器LPF，由低噪声放大器LNA和低噪声跨导放大器LNTA将天线接收到的射频电磁波转换位电信号，再经过MIXER与本地振荡器信号LO进行混频，从而实现频谱搬移，产生中频电流信号，通过跨阻放大器TIA和可编程增益放大器PGA将中频电流信号转换为电压信号，再经过低通滤波器LPF滤波后输出。

由于客观存在的干扰，中频电流信号会包含低频扰动，为了保证系统正常工作，必须通过高通滤波将这些低频扰动消除。传统的射频接收器中，为保证LNTA和MIX的工作状态，需要限制TIA输入节点的电压摆幅，对TIA的输入阻抗有严格限制，这导致了接收器中难以应用传统的前馈型高通滤波器。

参图2所示，现有技术中消除低频扰动的方案具体为：在跨阻放大器TIA&可编程增益放大器PGA的正向通路上，并联一个低通滤波器，将低频扰动以电流形式反馈回跨阻放大器TIA&可编程增益放大器PGA输入端进行消除。由于跨阻放大器TIA&可编程增益放大器PGA的输出摆幅，理论上为轨到轨信号，对于应用反向型低通滤波器会产生很大的限制。这种应用中，反向型低通滤波器的运算放大器器件，需要拥有轨到轨输入范围，并提供高线性度，增加了设计难度和成本。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号扰动提取电路、信号扰动提取方法及射频接收器，以提取信号通路中的扰动并消除。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种信号扰动提取电路，所述信号扰动提取电路并联于信号处理单元的输入端和输出端，包括依次连接于信号处理单元输出端和输入端之间的调制器及滤波器，还包括与调制器和滤波器分别电性连接的电荷泵，其中，所述调制器用于对信号处理单元输出的电压信号进行量化，调制为数字信号；所述电荷泵在数字信号的控制下间断性地向滤波器充电；所述滤波器进行滤波后提取扰动信号，并反馈至信号处理单元输入端。

一实施例中，所述调制器为1bit调制器，调制器用于将电压信号与参考电压进行比较输出高低电平数字信号，若电压信号高于参考电压输出高电平，若电压信号低于参考电压输出低电平。

一实施例中，所述电荷泵包括与电源电压相连的控制电流源及与基准电压相连的偏置电流源，所述调制器与控制电流源电性连接，滤波器电性连接于控制电流源与偏置电流源之间。

一实施例中，所述信号扰动提取电路包括两个并联的电荷泵，分别用于在数字信号的控制下间断性地向滤波器充电，以提取差分电压信号中的扰动信号。

一实施例中，所述滤波器为低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种信号扰动提取方法，所述信号扰动提取方法包括：

S1、获取信号处理单元输出的电压信号，并将电压信号通过调制器进行量化，调制为数字信号；

S2、通过数字信号控制电荷泵间断性地向滤波器充电；

S3、滤波器进行滤波后提取扰动信号，并反馈至信号处理单元输入端。

一实施例中，所述步骤S1中“将电压信号通过调制器进行量化，调制为数字信号”具体为：

将电压信号与参考电压进行比较输出高低电平数字信号，若电压信号高于参考电压输出高电平，若电压信号低于参考电压输出低电平。

一实施例中，所述步骤S2具体为：

电荷泵中的偏置电流源向滤波器提供偏置电流；

数字信号控制电荷泵中的控制电流源间断性地向滤波器充电。

一实施例中，所述电压信号为差分电压信号；

所述步骤S2具体为：通过数字信号控制两个并联的电荷泵，两个电荷泵分别间断性地向滤波器充电；

所述步骤S3具体为：滤波器进行滤波后提取差分电压信号中的扰动信号，并反馈至信号处理单元输入端。

本发明再一实施例提供的技术方案如下：

一种射频接收器，所述射频接收器包括：

第一信号处理单元，包括低噪声放大器LNA和/或低噪声跨导放大器LNTA，用于接收射频电磁信号并转化为电信号；

混频器MIX，用于将电信号和本地振荡器信号混频产生电流信号；

第二信号处理单元，包括跨阻放大器TIA，优选地，还包括可编程增益放大器PGA，用于将电流信号转化为电压信号；

滤波单元，用于对电压信号进行滤波；

上述的信号扰动提取电路，所述信号扰动提取电路并联于第二信号处理单元的输入端和输出端，第二信号处理单元还用于消除信号扰动提取电路提取的扰动信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明避免了对轨到轨输入范围放大器的依赖，摆脱了轨到轨信号处理的线性度限制，能够简单地提取扰动信号，具有很高的线性度，具有广阔的应用场景；

本发明可以在目前的射频接收器设计框架下，以很高的线性度，提取并消除扰动信号，且不会改变TIA的等效阻抗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中射频接收器的电路图；

图2为现有技术中基于反向型低通滤波器的信号扰动提取电路的示意图；

图3为本发明第一实施例中信号扰动提取电路的示意图；

图4为本发明第一实施例中信号扰动提取方法的流程图；

图5为本发明第二实施例中射频接收器的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图3所示，本发明第一实施例中的信号扰动提取电路，该信号扰动提取电路并联于信号处理单元的输入端(图3中的左侧端口)和输出端(图3中的右侧端口)，包括依次连接于信号处理单元输出端和输入端之间的调制器11及滤波器12，还包括与调制器和滤波器分别电性连接的电荷泵13，其中，调制器11用于对信号处理单元输出的电压信号A进行量化，调制为数字信号B；电荷泵13在数字信号B的控制下间断性地向滤波器12充电；滤波器12进行滤波后提取扰动信号C，并反馈至信号处理单元输入端。

对应地，参图4所示，本实施例中的信号扰动提取方法包括：

S1、获取信号处理单元输出的电压信号，并将电压信号通过调制器进行量化，调制为数字信号；

S2、通过数字信号控制电荷泵间断性地向滤波器充电；

S3、滤波器进行滤波后提取扰动信号，并反馈至信号处理单元输入端。

具体地，本实施例中的调制器为1bit调制器，调制器用于将电压信号与参考电压进行比较输出高低电平数字信号，若电压信号高于参考电压输出高电平(1)，若电压信号低于参考电压输出低电平(0)。

电荷泵13包括与电源电压相连的控制电流源(Modulate current)及与基准电压相连的偏置电流源(Bias current)，调制器11与控制电流源(Modulate current)电性连接，滤波器12电性连接于控制电流源(Modulate current)与偏置电流源之间(Biascurrent)。电荷泵13中的偏置电流源向滤波器12提供偏置电流，数字信号B控制电荷泵13中的控制电流源间断性地向滤波器12充电，经过滤波器后，转换为电流形式的扰动信号C。

在本实施例中，电压信号A为中频电压信号，扰动信号C为低频扰动信号，对应的滤波器12选用低通滤波器。

信号处理单元以跨阻放大器TIA为例进行说明，利用接收后中频的频率成分，对TIA输出端接收到的中频电压信号进行量化，调制为数字信号B。这个过程避免了对轨到轨输入范围的放大器的依赖，通过调制的方法，变化了信号空间，由电压信号转变为数字信号，实现了一个单向的、从TIA输出端到TIA输入端的通路，而TIA输入端的信号，则无法通过图3所述的信号扰动提取电路前馈到TIA的输出节点。当使用1bit调制器时，具有数学上完美的线性度。

调制得到的数字信号B用于控制电荷泵，电荷泵在数字信号B的控制下，间断性地向输出节点的低通滤波器充电，经过低通滤波后，转换为电流形式的低频扰动信号。

最后将提取出的低频扰动信号负反馈至输入端，通过负反馈后相位相反，幅度相消的原理，实现低频扰动信号在输入节点进行消除。通过负反馈进行扰动信号的消除是本领域的常规技术手段，并非本发明的保护核心，此处不再进行赘述。

本发明与现有技术(图2)的关键技术提升就是：实现了一个只能反馈，而不存在前馈通路的提取电路，正常工作信号通路是一个前馈通路，本发明对正常工作信号通路不产生任何影响。

参图5所示，本发明第二实施例中的射频接收器，包括：

第一信号处理单元20，包括低噪声放大器LNA和低噪声跨导放大器LNTA，用于接收射频电磁信号并转化为电信号；

混频器MIX 30，用于将电信号和本地振荡器信号混频产生电流信号；

第二信号处理单元40，包括跨阻放大器TIA和可编程增益放大器PGA，用于将电流信号转化为电压信号；

滤波单元50，包括低通滤波器LPF，用于对电压信号进行滤波；

信号扰动提取电路DCC 10，信号扰动提取电路并联于第二信号处理单元的输入端和输出端，第二信号处理单元还用于消除信号扰动提取电路提取的扰动信号。

具体地，本实施例中低噪声放大器LNA和低噪声跨导放大器LNTA依次串接于混频器30的输入端，将接收的射频电磁信号并转化为电信号，而后混频器MIX将电信号和本地振荡器信号LO混频产生中频电流信号。

第二信号处理单元40中跨阻放大器TIA和可编程增益放大器PGA集成设置，电阻R1为可编程增益放大器PGA中的可调电阻，另外，在第二信号处理单元的两端还并联有滤波电容C1。

滤波单元50为低通滤波器LPF，在低通滤波器LPF的两端还并联有电阻R2和电容R2。

本实施例中的射频电磁信号为两路差分信号，第一信号处理单元将两路差分射频电磁信号并转化为两路差分电信号，经过混频器MIX混频后产生两路差分中频电流信号。

针对差分信号，本实施例中的信号扰动提取电路包括一个调制器、两个并联的电荷泵和一个滤波器，通过数字信号控制两个并联的电荷泵，两个电荷泵分别间断性地向滤波器充电，滤波器进行滤波后提取差分电压信号中的扰动信号，并反馈至信号处理单元输入端。其中，滤波器为低通滤波器，以提取两路中频电流信号中的低频扰动信号。具体地，每路信号的扰动提取原理与第一实施例相同，此处不再进行赘述。

应当理解的是，本实施例信号扰动提取电路中两路信号复用一个调制器和滤波器，在其他实施例中也可以每路信号中分别使用一个调制器和滤波器，即每路信号均采用第一实施例中的电路结构，同样可以实现低频扰动信号的提取。

另外，上述实施例中以提取低频扰动信号为例进行说明，在其他实施例中也可以实现其他频率范围的扰动信号的提取，只需对应选用不同的滤波器即可，如可选用高通滤波器或带通滤波器，选用高通滤波器可以实现高频扰动信号的提取，选用带通滤波器可以实现特定频率扰动信号的提取，具体原理与本实施例相同，此处不再进行赘述。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明避免了对轨到轨输入范围放大器的依赖，摆脱了轨到轨信号处理的线性度限制，能够简单地提取扰动信号，具有很高的线性度，具有广阔的应用场景；

本发明可以在目前的射频接收器设计框架下，以很高的线性度，提取并消除扰动信号，且不会改变TIA的等效阻抗。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。