一種ofdm電力線載波和gfsk無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及雙模通信電路，特別涉及一種0FDM電力線載波和GFSK雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路。
【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分支一用電信息采集、市政燈光管理、樓宇能效管理、智能家居等領(lǐng)域中，主要采用的是采用傳統(tǒng)的單模通信方式，主流技術(shù)主要有電力線通信和微功率無(wú)線通信。
[0003]電力線通信是利用現(xiàn)有電力線傳輸數(shù)據(jù)，其是利用低壓電力線配電網(wǎng)進(jìn)行載波通信，成本低廉，已經(jīng)成為智能抄表的主要方式之一。在電力線載波通信中，為了獲得更高的速率和抗窄帶干擾，采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM)。0FDM把信息分成若干個(gè)并行數(shù)據(jù)流，然后把數(shù)據(jù)調(diào)制到相互正交的單個(gè)子載波上進(jìn)行傳輸。0FDM減小了碼間干擾，提高了頻譜利用率，有效的抵抗了窄帶干擾。
[0004]但是電力線作為通信介質(zhì)有很多特性：時(shí)變性強(qiáng)，等效阻抗變換范圍大，信道衰減大，干擾和噪聲強(qiáng)等。隨著用電設(shè)備種類的不斷增加，各種變頻電器和大功率電器越來(lái)越多地使用，0FDM載波通信在一些條件下無(wú)法正常通信，尤其是在負(fù)載重或者干擾強(qiáng)的條件下。
[0005]微功率無(wú)線通信采用GFSK的調(diào)制方式，由于采用無(wú)線信道作為通信介質(zhì)，其不受電力線的各種非理想因素的影響，在各種負(fù)載重和干擾強(qiáng)的環(huán)境下通信效果很好，但是這種通信方式對(duì)于無(wú)線屏蔽比較敏感，尤其鐵皮表箱和一些樓房墻壁比較多的地方，無(wú)法正常通信。
[0006]綜合上述情況，需要一種在各種條件下都能夠穩(wěn)定和可靠通信的通信電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種0FDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種0FDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路，包括低噪聲放大器單元，混頻器單元，鎖相環(huán)單元，自動(dòng)增益放大器，能量檢測(cè)單元，可調(diào)濾波器單元，可調(diào)增益放大單元，第二能量檢測(cè)單元，增益控制單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，信號(hào)檢測(cè)單元和動(dòng)態(tài)范圍提升模塊。
[0009]模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)2階SD調(diào)制器和噪聲抵消邏輯，第一個(gè)2階SD調(diào)制器的輸出分別連接第二個(gè)2階SD調(diào)制器的輸入和噪聲抵消邏輯，第二個(gè)2階SD調(diào)制器的輸出連接噪聲抵消邏輯，可以通過(guò)控制噪聲抵消邏輯來(lái)控制調(diào)制器的階數(shù)。
[0010]動(dòng)態(tài)范圍提升模塊包括LD0單元，偏置電流產(chǎn)生單元和控制邏輯。
[0011]本實(shí)用新型通過(guò)動(dòng)態(tài)范圍提升模塊可以根據(jù)信號(hào)的情況提升電路處理信號(hào)的能力，從而提供了一種模擬前端電路，可以同時(shí)處理0FDM信號(hào)和GFSK信號(hào)。可以應(yīng)用于電力線載波和無(wú)線通信的雙模通信系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施的系統(tǒng)框圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施的自動(dòng)增益放大器和能量檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施的可調(diào)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施的可調(diào)增益放大單元，第二能量檢測(cè)單元和增益控制單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施的動(dòng)態(tài)范圍提升單元的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施的電路框圖如圖1。所示低噪聲放大器單元101，混頻器單元102，鎖相環(huán)單元103，自動(dòng)增益放大單元104，能量檢測(cè)單元105，可調(diào)帶通濾波器106，可調(diào)增益放大器107，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108，動(dòng)態(tài)范圍提升單元109，信號(hào)檢測(cè)單元110，能量檢測(cè)單元112，增益控制單元111。低噪聲放大器輸出101與混頻器102相連，鎖相環(huán)103的輸出與混頻器102的輸入相連，混頻器102的輸出與自動(dòng)增益放大器104的輸入相連，自動(dòng)增益放大器104的輸出分別與能量檢測(cè)單元105和可調(diào)帶通濾波器單元106的輸入連接；能量檢測(cè)單元105的輸出與自動(dòng)增益控制單元104的控制端連接；可調(diào)帶通濾波器單元106的輸出與可調(diào)增益放大單元107的輸入連接；可調(diào)增益放大單元107的輸出分別與能量檢測(cè)單元112和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108的輸入連接；能量檢測(cè)單元112的輸出與增益控制單元111的輸入連接；增益控制單元111的輸出與可調(diào)增益放大單元107的增益控制端連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器108與信號(hào)檢測(cè)單元110的輸入相連，信號(hào)檢測(cè)單元110的輸出與動(dòng)態(tài)范圍提升單元109的輸入相連，動(dòng)態(tài)范圍提升單元109的輸出分別與可調(diào)帶通濾波器單元106、可調(diào)增益放大單元107和模數(shù)轉(zhuǎn)換單元108的控制端相連。
[0020]如圖2，自動(dòng)增益放大單元采用電阻和放大器OP1來(lái)實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)，其中輸入由兩路信號(hào)，分別為IN1和IN2，IN1為差分信號(hào)，分別連接電阻R1A和R1B，IN2為差分信號(hào)，分別連接電阻R2A和R2B，電阻R1A、R1B和R2A、R1B為固定電阻值，電阻R13和R14采用5位數(shù)字碼控制的電阻陣列實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制A〈4: 0>可以實(shí)現(xiàn)-10dB到21dB，步長(zhǎng)ldB，共32個(gè)增益值，可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的放大和縮小，其中放大器采用等效輸入噪聲比較低的放大器，來(lái)保證第一可調(diào)增益放大單元整體的低噪聲特性。
[0021]如圖2中E1所示采用均方根能量檢測(cè)單元對(duì)輸出信號(hào)平方并積分，然后開平方的結(jié)果作為信號(hào)的能量值，即可以精確的檢測(cè)0FDM信號(hào)的輸出能量，也可以檢測(cè)GFSK信號(hào)的輸出能量，對(duì)于0FDM和GFSK信號(hào)同時(shí)存在也能夠適用。
[0022]檢測(cè)結(jié)果通過(guò)如圖2中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元ADC1轉(zhuǎn)換為增益控制碼，第一可調(diào)增益放大單元根據(jù)增益控制碼增大或減小信號(hào)，將信號(hào)調(diào)整到合適的目標(biāo)。當(dāng)輸入只有一種信號(hào)時(shí)，自動(dòng)根據(jù)信號(hào)大小調(diào)節(jié)增益。當(dāng)0FDM和GFSK信號(hào)都存在，對(duì)于0FDM信號(hào)較大而GFSK信號(hào)較小或者0FDM信號(hào)較小而GFSK信號(hào)較大或者0FDM信號(hào)和GFSK信號(hào)都較大，自動(dòng)減小增益，防止輸出信號(hào)的嚴(yán)重非線性失真甚至飽和從而額外信號(hào)的信噪比；當(dāng)OFDM和GFSK信號(hào)都較少時(shí)，增大增益，提升整個(gè)接收通路的性能。
[0023]如圖3，可調(diào)帶通濾波器單元采用有源RC濾波器的結(jié)構(gòu)，其中電阻和電容采用可變的電阻和電容陣列，通過(guò)頻帶調(diào)整單元實(shí)現(xiàn)不同頻帶信號(hào)的選擇，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用要求。在存在很強(qiáng)的帶外干擾的情況下，通過(guò)減小帶外干擾信號(hào)，減小了信號(hào)的峰峰值，同時(shí)工作電壓和偏置電流可調(diào)，可以通過(guò)提高工作電壓和偏置電流提升其大信號(hào)處理能力，從而提升電路的動(dòng)態(tài)范圍。
[0024]如圖4，可調(diào)增益放大單元采用電阻和放大器OP2來(lái)實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)，其中輸入電阻R41和R42采用固定電阻值，電阻R43和R44采用6位數(shù)字碼控制的電阻陣列實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)控制B〈5: 0>可以實(shí)現(xiàn)OdB到63dB，步長(zhǎng)ldB，共64個(gè)增益值，最大可以將幾毫伏的信號(hào)放大到幾伏特，對(duì)于如此高的增益范圍，為了防止如失調(diào)等非理想因素造成電路無(wú)法正常工作，加入了失調(diào)消除單元，同時(shí)工作電壓和偏置電流可調(diào)，可以通過(guò)提高工作電壓和偏置電流提升其大信號(hào)處理能力，從而提升電路的動(dòng)態(tài)范圍。
[0025]能量檢測(cè)單元采用均方根能量檢測(cè)，如圖4中的E2，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)如圖4中的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元ADC2轉(zhuǎn)換為增益控制碼，可調(diào)增益放大單元根據(jù)增益控制碼調(diào)整信號(hào)，將信號(hào)調(diào)整到模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的輸入信號(hào)范圍。
[0026]如圖5，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用sigma delta結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用兩級(jí)2階單環(huán)結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)，階數(shù)可以配置，當(dāng)配置為2階結(jié)構(gòu)時(shí)，輸出1 2位的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)配置為4階時(shí)，輸出1 6為數(shù)字信號(hào)。
[0027]如圖6，動(dòng)態(tài)范圍提升單元采用線性穩(wěn)壓源產(chǎn)生分別產(chǎn)生可調(diào)濾波器和可變?cè)鲆娣糯笃鞯墓ぷ麟妷海捎闷秒娏鳟a(chǎn)生電路分別產(chǎn)生可調(diào)濾波器和可變?cè)鲆娣糯笃鞯钠秒娏?，采用控制邏輯產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器的階數(shù)控制信號(hào)，根據(jù)輸入信號(hào)輸出工作電壓為1. 8V和3 . 3 V，偏置電流為1倍基準(zhǔn)電流和2倍基準(zhǔn)電流，模數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的階數(shù)控制信號(hào)可以控制其為2階和4階。
[0028]采用單一的中頻模擬信號(hào)處理通道，接收電路總增益范圍達(dá)到了 -10dB到84dB，提供了高達(dá)95dB的總的增益范圍，可以充分應(yīng)對(duì)電力線大衰減或遠(yuǎn)距離傳輸。信號(hào)檢測(cè)單元同時(shí)檢測(cè)到0FDM信號(hào)和GFSK信號(hào)時(shí)，輸入高電平給動(dòng)態(tài)范圍提升單元，動(dòng)態(tài)提升單元分別為可調(diào)濾波器和可變?cè)鲆娣糯笃魈峁? . 3 V的工作電壓和2倍的工作電流，控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作在4階模式，輸出1 6位的數(shù)字信號(hào)，從而保證0FDM信號(hào)和GFSK信號(hào)在不發(fā)生嚴(yán)重非線性失真，提供了足夠的信噪比，為0FDM信號(hào)和GFSK信號(hào)的數(shù)字解調(diào)提供了條件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種OFDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路，其特征在于:包括低噪聲放大器單元，混頻器單元，鎖相環(huán)單元，自動(dòng)增益放大器，能量檢測(cè)單元，可調(diào)濾波器單元，可調(diào)增益放大單元，第二能量檢測(cè)單元，增益控制單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，信號(hào)檢測(cè)單元和動(dòng)態(tài)范圍提升模塊。2.如權(quán)利要求1所述的一種0FDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路，其特征在于:所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)2階SD調(diào)制器和噪聲抵消邏輯，第一個(gè)2階SD調(diào)制器的輸出分別連接第二個(gè)2階SD調(diào)制器的輸入和噪聲抵消邏輯，第二個(gè)2階SD調(diào)制器的輸出連接噪聲抵消邏輯，可以通過(guò)控制噪聲抵消邏輯來(lái)控制調(diào)制器的階數(shù)。3.如權(quán)利要求1所述的一種0FDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路，其特征在于:所述動(dòng)態(tài)范圍提升模塊包括LD0單元，偏置電流產(chǎn)生單元和控制邏輯。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種OFDM電力線載波和GFSK無(wú)線雙模通信接收機(jī)的模擬前端電路。包括：低噪聲放大器，混頻器，鎖相環(huán)，自動(dòng)增益放大器，能量檢測(cè)單元，可調(diào)濾波器，可變?cè)鲆娣糯笃?，能量檢測(cè)單元，增益控制單元，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，動(dòng)態(tài)范圍提升模塊，信號(hào)檢測(cè)單元。采用低噪聲放大器和混頻器進(jìn)行無(wú)線信號(hào)的放大和下變頻，自動(dòng)增益放大器，可變?cè)鲆娣糯笃鳎烧{(diào)濾波器，能量檢測(cè)單元，第二能量檢測(cè)單元，增益控制單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電力線和無(wú)線信號(hào)的信號(hào)處理，信號(hào)檢測(cè)單元檢測(cè)OFDM信號(hào)和GFSK信號(hào)，當(dāng)同時(shí)檢測(cè)到OFDM信號(hào)和GFSK信號(hào)時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍提升模塊可以提高模擬前端電路的動(dòng)態(tài)范圍，從而可以同時(shí)處理OFDM和GFSK信號(hào)。
【IPC分類】H04B3/54, H04B1/16
【公開號(hào)】CN204721338
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520159247
【發(fā)明人】范濤
【申請(qǐng)人】南京能瑞自動(dòng)化設(shè)備股份有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日