基于无晶体振荡器的无线接收器

摘 要：一种无晶体振荡器的无线接收器，包括前端滤波器、低噪声放大器和、混频器和、中频滤波器、90。移相网络、鉴频器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器、信号解调电路和锁定检测电路内部集成采用由频率减法器，压控振荡器和频率电压转换电路组成的反馈回路来取代外部晶体振荡器，压控振荡器输出频率能够很好的跟随输入参考频率，以提供一个高精度的本地振荡频率。

关键词：无晶体震荡；无线接收器；频率减法器；压控振荡器；震荡频率

一、引言

现有的无线通信系统需要一个独立的晶体振荡器为发射器和接收器提供一个精确的用于频率和时钟同步的参考频率。但是，晶体振荡器的应用存在占用面积大，成本高等缺点。无线通信系统由无线发射器与无线接收器构成，无线发射器与无线接收器需要工作在严格相同的参考时钟频率下，以确保数据的正确发送和接收，系统的参考时钟频率受外部制造工艺、工作电压和温度等因素的影响必须很小。当前的无线通信系统通常采用晶体振荡器和以提供精确的参考频率。晶体振荡器和的物理特性能够提供一个稳定的频率，典型的频率误差。但是，晶体振荡器本身高昂的成本、较大的外形尺寸以及带来额外的硬件和安装工艺成本，促使我们寻找新的无需晶体振荡器的技术。

目前，存在相关的无晶体振荡器技术只是通过改善内部振荡器来实现的，这些技术只能将频率误差控制在一定的误差范围内，且不具有自动跟踪校准功能。这样的频率误差范围仅适用于某些对频率要求不严格的相关应用中，远不能满足无线通信系统对频率误差的要求。

为了解决以上技术中存在的问题，本文提出了以下技术解决方案。本文内部集成采用由频率减法器，压控振荡器和频率电压转换电路组成的反馈回路来取代外部晶体振荡器，压控振荡器输出频率能够很好的跟随输入参考频率，以提供一个高精度的本地振荡频率。当输入参考频率发生变化时，频率减法器输出频差也将跟随变化，频率电压转换电路输出的控制电压也将跟随变化，变化的控制电压控制压控振荡器的输出频率变化，使的输出频率跟随输入参考频率变化。通过这样的机理，可以实现将频率减法器输出的频率有效的控制在解调电路的带宽以内，始终保证电路能够正常的解调。

二、无晶体振荡器的无线接收器设计

（一）无晶体振荡器的无线接收器原理

无晶体振荡器的无线接收器接收到由外部无线发射设备发射的无线电信号，通过内部滤波器的滤波处理，接收器选择出所需要的参考信号频率，频率减法器将参考信号频率与压控振荡器的输出频率进行减法运算，输出信号频率为两个信号的差值，频率电压转换电路将频率减法器的输出信号的频率量转化成与之成正比的电压量输出，采用这个电压去控制压控振荡器。若频率减法器输出误差频率过大，以至于信号解调电路不能正常解调，则频率电压转换电路将输出一个与之成正比的电压，控制压控振荡器输出频率变化以逼近参考信号频率，直到参考信号频率与压控振荡器的频率误差在解调电路的带宽之内，保证解调电路能够正常解调。

（二）无晶体振荡器的无线接收器构成

无晶体振荡器的无线接收器包括前端滤波器、低噪声放大器和、混频器和、中频滤波器和、。移相网络、鉴频器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器、信号解调电路和锁定检测电路，其中，混频器和、中频滤波器和的等效图为图中的频率减法器鉴频器、电荷泵、滤波电容的等效图为图中频率电压转换电路。

无晶体振荡器的无线接收器接收到由外部无线发射设备发射的无线电信号，通过内部滤波器的滤波处理，接收器选择出所需要的参考信号频率。参考信号通过低噪声放大器放大。参考信号频率与压控振荡器输出频率共同经过混频器和中频滤波器，中频滤波器输出信号频率等于参考信号与压控振荡器输出信号的差值。中频滤波器和输出信号频率经过鉴频器、电荷泵和滤波电容，滤波电容输出电压与频差成正比。滤波电容输出电压控制压控振荡器的输出频率。其中，移相网络将压控振荡器产生出来的一路信号转换成两路正交信号，从而反馈回混频器。当频差大于系统所设定的误差频率时，由混频器和中频滤波器、鉴频器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器、以及90。移相网络组成的负反馈环路将通过负反馈减小频差，以使得频差小于系统所设定的误差频率。锁定检测电路用于检测判断频差的值是否小于的值，若频差大于，则锁定检测电路输出低电平，若频差小于，则锁定检测电路输出高电平，表示压控振荡器输出频率已经跟踪锁定了输入参考信号频率。信号解调电路能够解调出正确的接收数据。锁定检测电路包括分频器、计数器和、门电路和输出锁存器。分频器将图中的压控振荡器输出频率进行一定的分频处理，产生一个较低的参考频率，送到计数器同时将图中中频滤波器或的输出误差频率信号一一送到计数器。计数器和的内部结构相同，对输入信号的上升沿进行相同数量的计数，计数完成输出高电平。清零信号端输入高电平用于对计数器实现清零处理，清零完成后，计数器从零开始从新计数，输出端保持低电平，直到下一次数据计满为止。计数器和同时对频率信号和频差进行计数，对到其中频率较高的信号计数完成时，计数器优先输出高电平，另一个计数器由于数据未计满，依然保持低电平。两个计数器的输出送到或门电路，或门电路输出高电平，将两个计数器同时清零，开始下一个周期的计数。同时，两个计数器的输出状态送到锁存器，锁存器将计数器的输出状态锁存起来，锁存器的输出状态反映了信号和频率的大小。

（三）无晶体振荡器的无线接收器实施方式

本文由前端滤波器，低噪声放大器和，混频器、中频滤波器、移相网络、鉴频器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器、信号解调电路和锁定检测电路组成。初始状态下，压控振荡器的输入电压被设置为一个初始值，输出信号频率为。压控振荡器输出频率与输入电压成正比。外部天线接收到无线电信号以后，通过前端的高频滤波器滤波和低噪声放大器、放大处理以后，产生出一个能为后端电路处理的参考信号，假设参考信号频率为。压控振荡器的输出信号通过移相网络产生两路正交信号，两者频率相同，相位相差90°。混频器的输出信号经过中频滤波器，滤波器为低通滤波器，若输出信号频率低于参考信号频率，鉴频器输出高电平，此高电平信号控制電荷泵以恒定电流工向电容进行充电。电容上的电压逐渐升高，控制压控振荡器的输出频率增加，直到输出频率接近参考频率，频率差值小于系统设定的最小误差频率为止。同理，若高于，鉴频器输出低电平，此低电平信号控制电荷泵以恒定电流工向电容进行放电。电容上的电压逐渐降低，控制压控振荡器的输出频率减小，直到输出频率接近参考频率，频率差值小于系统设定的最小误差频率为止。当频率差值小于阈值时，锁定检测电路输出高电平其他情况下输出为低电平，表示压控振荡器输出频率已经跟踪锁定了输入参考信号频率。信号解调电路能够解调出正确的接收数据。

四、结论

内部集成采用由频率减法器，压控振荡器和频率电压转换电路组成的反馈回路来取代外部晶体振荡器，压控振荡器输出频率能够很好的跟随输入参考频率，以提供一个高精度的本地振荡频率。无晶体振荡器的无线接收器接收到由外部无线发射设备发射的无线电信号，通过内部滤波器的滤波处理，接收器选择出所需要的参考信号频率，频率减法器将参考信号频率与压控振荡器的输出频率进行减法运算，输出信号频率为两个信号的差值，频率电压转换电路将频率减法器的输出信号的频率量转化成与之成正比的电压量输出，采用这个电压去控制压控振荡器。从而获得一个精度较高的本地频率。

参考文献

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作者简介：

孙梦鸽（1993年-），女，汉族，山东临沂人，华东政法大学商学院金融学硕士，主要从事金融学研究。