一種ofdm電力線載波和gfsk無線雙模通信接收機的模擬前端電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實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雙模通信接收機的模擬前端電路。
【背景技術】
[0002]物聯網應用分支一用電信息采集、市政燈光管理、樓宇能效管理、智能家居等領域中，主要采用的是采用傳統的單模通信方式，主流技術主要有電力線通信和微功率無線通信。
[0003]電力線通信是利用現有電力線傳輸數據，其是利用低壓電力線配電網進行載波通信，成本低廉，已經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，采用正交頻分復用技術（OFDM)。0FDM把信息分成若干個并行數據流，然后把數據調制到相互正交的單個子載波上進行傳輸。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有很多特性：時變性強，等效阻抗變換范圍大，信道衰減大，干擾和噪聲強等。隨著用電設備種類的不斷增加，各種變頻電器和大功率電器越來越多地使用，0FDM載波通信在一些條件下無法正常通信，尤其是在負載重或者干擾強的條件下。
[0005]微功率無線通信采用GFSK的調制方式，由于采用無線信道作為通信介質，其不受電力線的各種非理想因素的影響，在各種負載重和干擾強的環境下通信效果很好，但是這種通信方式對于無線屏蔽比較敏感，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定和可靠通信的通信電路。
【發明內容】
[0007]針對上述問題，本實用新型提供了一種0FDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路。
[0008]為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是：一種0FDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路，包括低噪聲放大器單元，混頻器單元，鎖相環單元，自動增益放大器，能量檢測單元，可調濾波器單元，可調增益放大單元，第二能量檢測單元，增益控制單元，模數轉換單元，信號檢測單元和動態范圍提升模塊。
[0009]模數轉換單元包括兩個2階SD調制器和噪聲抵消邏輯，第一個2階SD調制器的輸出分別連接第二個2階SD調制器的輸入和噪聲抵消邏輯，第二個2階SD調制器的輸出連接噪聲抵消邏輯，可以通過控制噪聲抵消邏輯來控制調制器的階數。
[0010]動態范圍提升模塊包括LD0單元，偏置電流產生單元和控制邏輯。
[0011]本實用新型通過動態范圍提升模塊可以根據信號的情況提升電路處理信號的能力，從而提供了一種模擬前端電路，可以同時處理0FDM信號和GFSK信號。可以應用于電力線載波和無線通信的雙模通信系統中。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型實施的系統框圖。
[0013]圖2是本實用新型實施的自動增益放大器和能量檢測單元的結構圖。
[0014]圖3是本實用新型實施的可調帶通濾波器的結構圖。
[0015]圖4是本實用新型實施的可調增益放大單元，第二能量檢測單元和增益控制單元的結構圖。
[0016]圖5是本實用新型實施的模數轉換器的結構圖。
[0017]圖6是本實用新型實施的動態范圍提升單元的結構圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合附圖對本實用新型做進一步說明
[0019]本實用新型實施的電路框圖如圖1。所示低噪聲放大器單元101，混頻器單元102，鎖相環單元103，自動增益放大單元104，能量檢測單元105，可調帶通濾波器106，可調增益放大器107，模數轉換單元108，動態范圍提升單元109，信號檢測單元110，能量檢測單元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103的輸出與混頻器102的輸入相連，混頻器102的輸出與自動增益放大器104的輸入相連，自動增益放大器104的輸出分別與能量檢測單元105和可調帶通濾波器單元106的輸入連接；能量檢測單元105的輸出與自動增益控制單元104的控制端連接；可調帶通濾波器單元106的輸出與可調增益放大單元107的輸入連接；可調增益放大單元107的輸出分別與能量檢測單元112和模數轉換單元108的輸入連接；能量檢測單元112的輸出與增益控制單元111的輸入連接；增益控制單元111的輸出與可調增益放大單元107的增益控制端連接，模數轉換器108與信號檢測單元110的輸入相連，信號檢測單元110的輸出與動態范圍提升單元109的輸入相連，動態范圍提升單元109的輸出分別與可調帶通濾波器單元106、可調增益放大單元107和模數轉換單元108的控制端相連。
[0020]如圖2，自動增益放大單元采用電阻和放大器OP1來實現增益調節，其中輸入由兩路信號，分別為IN1和IN2，IN1為差分信號，分別連接電阻R1A和R1B，IN2為差分信號，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位數字碼控制的電阻陣列實現，通過調節控制A〈4: 0>可以實現-10dB到21dB，步長ldB，共32個增益值，可以實現輸入信號的放大和縮小，其中放大器采用等效輸入噪聲比較低的放大器，來保證第一可調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單元對輸出信號平方并積分，然后開平方的結果作為信號的能量值，即可以精確的檢測0FDM信號的輸出能量，也可以檢測GFSK信號的輸出能量，對于0FDM和GFSK信號同時存在也能夠適用。
[0022]檢測結果通過如圖2中的模數轉換單元ADC1轉換為增益控制碼，第一可調增益放大單元根據增益控制碼增大或減小信號，將信號調整到合適的目標。當輸入只有一種信號時，自動根據信號大小調節增益。當0FDM和GFSK信號都存在，對于0FDM信號較大而GFSK信號較小或者0FDM信號較小而GFSK信號較大或者0FDM信號和GFSK信號都較大，自動減小增益，防止輸出信號的嚴重非線性失真甚至飽和從而額外信號的信噪比；當OFDM和GFSK信號都較少時，增大增益，提升整個接收通路的性能。
[0023]如圖3，可調帶通濾波器單元采用有源RC濾波器的結構，其中電阻和電容采用可變的電阻和電容陣列，通過頻帶調整單元實現不同頻帶信號的選擇，可以適應不同的應用要求。在存在很強的帶外干擾的情況下，通過減小帶外干擾信號，減小了信號的峰峰值，同時工作電壓和偏置電流可調，可以通過提高工作電壓和偏置電流提升其大信號處理能力，從而提升電路的動態范圍。
[0024]如圖4，可調增益放大單元采用電阻和放大器OP2來實現增益調節，其中輸入電阻R41和R42采用固定電阻值，電阻R43和R44采用6位數字碼控制的電阻陣列實現，通過調節控制B〈5: 0>可以實現OdB到63dB，步長ldB，共64個增益值，最大可以將幾毫伏的信號放大到幾伏特，對于如此高的增益范圍，為了防止如失調等非理想因素造成電路無法正常工作，加入了失調消除單元，同時工作電壓和偏置電流可調，可以通過提高工作電壓和偏置電流提升其大信號處理能力，從而提升電路的動態范圍。
[0025]能量檢測單元采用均方根能量檢測，如圖4中的E2，檢測結果通過如圖4中的模數轉換單元ADC2轉換為增益控制碼，可調增益放大單元根據增益控制碼調整信號，將信號調整到模數轉換單元的輸入信號范圍。
[0026]如圖5，模數轉換器采用sigma delta結構的模數轉換器，采用兩級2階單環結構級聯，階數可以配置，當配置為2階結構時，輸出1 2位的數字信號，當配置為4階時，輸出1 6為數字信號。
[0027]如圖6，動態范圍提升單元采用線性穩壓源產生分別產生可調濾波器和可變增益放大器的工作電壓，采用偏置電流產生電路分別產生可調濾波器和可變增益放大器的偏置電流，采用控制邏輯產生模數轉換器的階數控制信號，根據輸入信號輸出工作電壓為1. 8V和3 . 3 V，偏置電流為1倍基準電流和2倍基準電流，模數模數轉換器的階數控制信號可以控制其為2階和4階。
[0028]采用單一的中頻模擬信號處理通道，接收電路總增益范圍達到了 -10dB到84dB，提供了高達95dB的總的增益范圍，可以充分應對電力線大衰減或遠距離傳輸。信號檢測單元同時檢測到0FDM信號和GFSK信號時，輸入高電平給動態范圍提升單元，動態提升單元分別為可調濾波器和可變增益放大器提供3 . 3 V的工作電壓和2倍的工作電流，控制模數轉換器工作在4階模式，輸出1 6位的數字信號，從而保證0FDM信號和GFSK信號在不發生嚴重非線性失真，提供了足夠的信噪比，為0FDM信號和GFSK信號的數字解調提供了條件。
【主權項】
1.一種OFDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路，其特征在于:包括低噪聲放大器單元，混頻器單元，鎖相環單元，自動增益放大器，能量檢測單元，可調濾波器單元，可調增益放大單元，第二能量檢測單元，增益控制單元，模數轉換單元，信號檢測單元和動態范圍提升模塊。2.如權利要求1所述的一種0FDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路，其特征在于:所述的模數轉換單元包括兩個2階SD調制器和噪聲抵消邏輯，第一個2階SD調制器的輸出分別連接第二個2階SD調制器的輸入和噪聲抵消邏輯，第二個2階SD調制器的輸出連接噪聲抵消邏輯，可以通過控制噪聲抵消邏輯來控制調制器的階數。3.如權利要求1所述的一種0FDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路，其特征在于:所述動態范圍提升模塊包括LD0單元，偏置電流產生單元和控制邏輯。
【專利摘要】本實用新型公開了一種OFDM電力線載波和GFSK無線雙模通信接收機的模擬前端電路。包括：低噪聲放大器，混頻器，鎖相環，自動增益放大器，能量檢測單元，可調濾波器，可變增益放大器，能量檢測單元，增益控制單元，模數轉換器，動態范圍提升模塊，信號檢測單元。采用低噪聲放大器和混頻器進行無線信號的放大和下變頻，自動增益放大器，可變增益放大器，可調濾波器，能量檢測單元，第二能量檢測單元，增益控制單元和模數轉換器進行電力線和無線信號的信號處理，信號檢測單元檢測OFDM信號和GFSK信號，當同時檢測到OFDM信號和GFSK信號時，動態范圍提升模塊可以提高模擬前端電路的動態范圍，從而可以同時處理OFDM和GFSK信號。
【IPC分類】H04B3/54, H04B1/16
【公開號】CN204721338
【申請號】CN201520159247
【發明人】范濤
【申請人】南京能瑞自動化設備股份有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年3月20日