[发明专利]基于压缩感知理论的调制宽带转换器模拟前端开发板

说明书

技术领域

本发明属于半导体通信技术领域，尤其涉及一种基于压缩感知理论的调制宽带转换器模拟前端开发板。

背景技术

模数转换技术沿着由上个世纪著名的Shannon–Nyquist定理描绘的道路不断的发展，该定理要求采样频率至少是信号最高频率的两倍。这个基本定律构成了几乎所有数字信号处理的基础。由Shannon–Nyquist定理要求的采样速率对采样设备、储存设备和DSP处理器提出了苛刻的要求。因此人们希望能够以远低于Shannon–Nyquist频率的速率对宽带信号进行采样，但是仍然携带宽带信号中的重要信息。人们基于最近几年提出的压缩感知理论成功地建立了亚采样技术，也称为模拟信息转换器技术(Analog to Information,AIC)，AIC技术首先对原始信号进行调制，再使用低速ADC采集调制后的信号，利用低速ADC获取的信息恢复原始信号。

在这个背景下，学术界陆续提出了几种AIC结构，例如非均匀采样、随机调制结构和宽带调制结构等等。宽带调制转换器(MWC)系统由以色列理工大学的Eldar教授的研究组提出。系统假设输入信号位于多个频带，但是具体位于哪些频带是未知的。MWC系统先产生宽带周期性伪随机序列，之后将该序列与输入信号混频，将高频部分搬移到低频部分。最后将混频之后的信号通过低通滤波器让低速ADC采集。相比于其它两种结构，宽带调制结构对ADC没有过高的要求，现有的ADC器件都可以满足要求，便于硬件实现。

发明内容

本发明提出一种基于压缩感知理论的调制宽带转换器的模拟前端开发板，突破了奈奎斯特采样定理的限制，使ADC可以在远低于二倍奈奎斯特采样频率的频率下进行信号采样，在保证700M的接收性能指标的前提下，有效降低了ADC的采样频率。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于压缩感知理论的调制宽带转换器模拟前端开发板，包括模拟部分和数字部分；模拟部分包括：低噪声放大器、四路功分器、均衡器、混频器、射频放大电路、运算放大器和低通滤波器电路，数字部分包括：时钟、移位寄存器和减法电路；所述模拟部分电路完成输入信号的采集、四路功分、和本振信号的混频以及筛选低频带信号；所述数字部分电路完成伪随机信号的生成，通过减法电路将0、1的差分信号转换为±1的单端本振信号传给模拟电路的混频器；其中，输入信号由低噪声放大器电路进入，经由四路功分器电路分别依次进入后面的四个混频器、低通滤波电路中，四个电路信号处理方式相同；分路后的输入信号经由射频放大器电路进入均衡器电路再进入射频放大器电路，其输出的输入信号在混频器电路中与来自数字电路经过射频放大器电路的本振信号混频，得到的混频信号经由运算放大电路和低通滤波电路处理，得到低频带的混频信号；此信号可由ADC采样并由后端处理恢复输入信号。

作为优选，数字部分的工作原理如下：伪随机序列产生电路采用最高频率为800M的时钟为8个8位移位寄存器提供700M时钟信号，令伪随机序列信号频率为700M；同时采用拨码开关优化移位寄存器的序列的初值，从而产生外部可控的伪随机序列信号；并通过减法电路的处理，将0、1的差分伪随机序列信号转为±1的单端信号作为本振信号，用于与输入信号的混频；本振信号经过射频放大电路，使信号达到混频器要求的增益系数，随后进入混频器的本振信号接收端口。

作为优选，采用多个可调节稳压电路，分别为四路功分器、均衡器、混频器、射频放大电路供电。

作为优选，在印刷电路板上把数字部分和模拟部分电路绘制在一块板上，做好数模分区，以及模拟部分每条支路之间的分区。

本发明通过信号的输入，四路功分，在每一路采取与本振信号混频和低通滤波器滤波，收集低频带混频信号，方便后端处理和恢复输入信号；为保证信号较低的噪声系数，在输入端加入低噪声放大器；为保证混频信号稳定，加入均衡器保证混频器RF输入端有平坦的频率响应；采用拨码开关优化配置伪随机序列的初始状态，保证本振信号为最适合后端重构的混频信号；采用输入信号与以值为±1的伪随机序列本振信号混频，使本来稀疏的信号分布在整个频谱；采用无源椭圆低通滤波器，在保证阶数最低从而便于硬件实现和足够窄的过渡带的同时滤出混频在低频带的输入信号，方便低速ADC的采集。