CN101060309A - 信号处理电路和信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是获得一种信号处理电路和信号处理方法，在向混频器输入信号并将信号的频率变为所需频率时该电路和方法降低温度诱发的失真。如果温度传感器133的感测结果低于预定温度，第一可变衰减器102的衰减因子大，而第二可变衰减器108的衰减因子小。在预定温度或更高温度的温度范围内该衰减因子之间的大小关系是相反的。在混频器104中，在低温下增益增大且失真增大，通过增大低温下的衰减因子可以防止IM3失真的增加。同样的效果适用于使用如下的混频器的情形，即，混频器具有设置于其前一级的放大器且使放大器的放大因子在低温下变大。可以调节放大因子而不是衰减因子。

Description

信号处理电路和信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种利用了产生中频的混频器的信号处理电路和信号处理方法，具体而言，涉及一种适于用在构成诸如无线接入装置的通信装置的发送电路或接收电路中、且经设计以消除被处理信号失真的信号处理电路和信号处理方法。
背景技术
通常在发射机中使用的发送电路从本地振荡器向混频器输入本地信号输出，将传输信号上变频到所需的频率，并发送传输信号。由于用于产生中频的混频器是非线性电路，因此在输入信号中发生IM(中频调制)3，即三阶失真。因此，发送电路通常具有提供于混频器前一级的可变放大器并经设计以防止进入混频器的输入变得过大(例如，参见日本专利公开No.2000-244353(0020到0023段以及图1))。更具体而言，为了防止发生由混频器的过大输入导致的失真，可变放大器的放大因子受到控制。
混频器不仅在接收这种过大输入时导致失真，而且在低温下也导致失真。因此，当在宽范围上使用发送电路时，混频器在低温下的失真成为一个问题。在低温下，混频器的特性劣化，IM3使电路输出劣化。
图1示出了常规发送电路的例子的主要部分。发送电路500包括混频器502，用于输入和上变频传输信号501。将本地信号504、本地振荡器503的振荡频率输入混频器502。在可变衰减器506处使混频器502上变频传输信号501后获得的传输信号505衰减。衰减之后获得的传输信号507被放大器508放大然后被输入定向耦合器509。
定向耦合器509将从输入信号分支出来的传输信号511发送到探测器512。将来自探测器512的探测输出513输入到低通滤波器514，将来自低通滤波器514的输出515通过第一电阻器516输入到运算放大器517。来自运算放大器517的输出518控制着可变衰减器506。
运算放大器517具有连接到地的正(+)输入端子和连接到第一电阻器516的一端的负(-)输入端子。用于决定增益的反馈的第二电阻器519连接在运算放大器517的负输入端子和输出端子之间。
为了使定向耦合器509的原始传输输出521不论温度如何都保持在固定值附近，该常规发送电路500使传输信号511分支，用探测器512探测信号电平，并将探测结果作为来自运算放大器517的输出518反馈到可变衰减器506。如果来自发送电路500的传输输出521降低，输出518发生变化以减小可变衰减器506的衰减。另一方面，如果来自发送电路500的传输输出521增大，输出518发生变化以增大可变衰减器506的衰减。
然而，在图1所示的常规发送电路500中，当环境温度降低时，混频器502中的失真增大，传输输出521的质量劣化。为了解决这个问题，设计了一种方法，即，不论温度如何，等同地抑制传输信号501的信号电平。不过，由于从本地振荡器503输出的本地信号504的信号电平是恒定的，该方法相对地提高了本地泄漏的比例从而劣化了传输输出521。如果放大器508的增益在高温下降低，当传输信号501的信号电平保持在低电平时，传输输出521的增益变得不足。
已经介绍了发送电路中由温度引起的问题。使用混频器的接收电路也存在类似问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种当把信号输入混频器且将信号频率变为所需频率时降低温度引起的失真的信号处理电路。
一种信号处理电路包括：(a)振荡器；(b)混频器，其通过将输入信号与来自所述振荡器的输出混合而改变所述输入信号的频率；(c)温度感测部分，其感测所述混频器的温度；以及(d)设置于所述混频器前一级的信号电平调节部分，其根据来自所述温度感测部分的感测结果在预定温度区中使所述输入信号的信号电平降低，在所述预定温度区中，与所述预定温度区之外的温度区相比所述混频器中的失真增大。
换言之，感测混频器的温度并在预定温度区中(在低温区中混频器的失真增大)使输入信号的电平低于在预定温度区之外的区域中的电平。这样就能有效地消除混频器中的失真。不过，信号电平降低的速率因温度而异。如果这样不方便，该信号处理电路可以包括混频器下一级的信号电平附加调节部分，以进行反向电平调节。
一种信号处理方法包括：(a)温度测量步骤，测量混频器的温度，所述混频器通过将输入信号与来自振荡器的输出混合来改变所述输入信号的频率；(b)温度区判决步骤，判决在所述温度测量步骤中测量的所述混频器的温度是否在所述混频器的失真增大的预定温度区中；(c)第一衰减因子控制步骤，如果所述混频器的所述温度处于所述预定温度区之内，使设置于所述混频器的前一级的第一衰减器的衰减因子大于其他情形下的衰减因子；以及(d)第二衰减因子控制步骤，如果所述混频器的所述温度处于所述预定温度区之内，使设置于所述混频器的后一级的第二衰减器的衰减因子小于其他情形下的衰减因子。
换言之，测量混频器的温度并判决其是否在混频器的失真增大预定温度区内。如果温度位于混频器的失真增大的预定温度区内，使设置于混频器前一级的第一衰减器的衰减因子大于其他情形。如果温度位于预定温度范围之内，使设置于混频器的后一级的第二衰减器的衰减因子小于其他情形。这种构造实现了总衰减因子在整个温度范围中的恒定。
附图说明
结合附图，通过考虑以下详细描述，本发明的目的和特征将变得更加明显，附图中：
图1为示出常规发送电路实例的主要部分的方框图；
图2为示出发送电路的主要部分的方框图；
图3为示出表征IM3和温度之间的关系的曲线图；
图4为表现第一可变衰减器和第二可变衰减器如何切换的示意性曲线图；
图5(A)和5(B)均为示出发送电路室温下的电平图的曲线图；
图6(A)和6(B)均为示出发送电路低温下的电平图的曲线图；
图7为示出发送电路的方框图；
图8为示出发送电路的方框图；以及
图9为用于解释控制衰减的ROM表的曲线图。
具体实施方式
以下将详细描述优选实施例。
[第一实施例]
图2表示发送电路的主要部分的配置。发送电路100包括第一可变衰减器(ATT)102，传输信号101被输入到第一可变衰减器。第一可变衰减器102基于温度衰减传输信号101之后获得的传输信号103被输入混频器104，与本地信号106、本地振荡器105的振荡频率混合并被上变频到所需频率。混频器104上变频传输信号103之后获得的传输信号107通过第二可变衰减器108，在第二可变衰减器中基于温度衰减信号103。信号被衰减之后获得的传输信号109被放大器110放大，然后被输入到定向耦合器111。注意，本实施例的混频器104具有如下特性，即，在低温下增益提高且失真增大。
定向耦合器111把分支的传输信号113输出到探测器114。来自探测器114的探测输出115被输入到低通滤波器116，来自低通滤波器116的输出117被通过第一电阻器118输入到第一运算放大器119并通过第二电阻器121输入到第二运算放大器122。第一运算放大器119的输出123充当第一可变衰减器102的控制信号。
第一运算放大器119具有连接到地的正输入端子和连接到第一电阻器118的一端的负输入端子。由第三和第四电阻器124和125构成用于决定增益的串联电路连接在第一运算放大器119的负输入端子和输出端子之间。第一半导体开关127连接在串联电路的分压点126和第一电阻器118的该一端之间。类似地，第二运算放大器122具有连接到地的正输入端子和连接到第二电阻器121的一端的负输入端子。由第五和第六电阻器128和129构成、用于决定增益的串联电路连接在第二运算放大器122的负输入端子和输出端子之间。第二半导体开关132连接在串联电路的分压点131和第二电阻器121的所述一端之间。
IC(集成电路)形式的温度传感器(Temp)133设置在发送电路100中，用于探测温度。如温度传感器133那样的温度传感器可以从多家制造商那里购买。温度传感器133的感测输出134被输入到比较器135的比较输入端子。
由第七和第八电阻器136和137构成的串联电路一端连接到预定的恒压电源线，另一端连接到地，该串联电路的分压点138处的电压被输入到比较器135的参考电压输入端子。比较器135的比较结果139通过倒相器141被逻辑反转，被输入到第一内部控制电路142并被用于控制第一半导体开关127，第一内部控制电路142在与第一半导体开关127结合时构成模拟开关。比较结果139还被输入到第二内部控制电路143并被用于控制第二半导体开关132，第二内部控制电路143在与第二半导体开关132结合时构成模拟开关。第二运算放大器122的输出144充当着第二可变衰减器108的控制信号。
接着将解释具有上述构造的发送电路100的运行。发送电路100用于将来自调制器(MODEM)(未示出)的IF(中频)频带的调制波信号的频率变成所需的射频并将所得的信号放大到需要的传输输出。输入到发送电路100的传输信号101被第一可变衰减器102衰减并被输入到混频器104。在混频器104中，将输入信号与本地振荡器105的本地信号106混合并被上变频到需要的频率。
由于混频器104为非线性电路，在上变频时发生失真。IM3(两音调三阶互调失真)为三阶失真，通常正比于输入电平，比例常数为2。当具有两个频率f1和f2的信号被输入到诸如混频器104的装置时，由混频器的非线性和两个基频f1和f2导致从二阶谐波f1×2和f2×2产生两个频率分量(2f1-f2和2f2-f1)，结果，在非常接近两个频率f1和f2的频率处产生失真分量IM3。
由于输入电平和IM3具有上述正比关系，IM3失真量随着输入电平减小而增大。然而，输入到混频器104的本地信号的电平不变化。因此，随着到达混频器104的传输信号103的输入电平降低，在上变频后的信号107中从混频器104泄漏的信号106的百分比变高。因此，传输信号107劣化。
温度还导致混频器104中的IM3特性的变化。如果混频器104为具有放大效应的混频器或者在前一级具有放大器的混频器，随着温度降低增益和失真会增大。
图3表示IM3和温度之间的关系。从图3明显看出，当温度降到预定温度或更低时，IM3失真增大。
再次参考图2，将继续解释运行。在输入信号通过混频器104且被上变频之后获得的传输信号107进入第二可变衰减器108，在第二可变衰减器中信号被衰减并随后被放大器110放大到所需的输出电平。放大后的信号经由定向耦合器111被输出到外部。作为定向耦合器111的传输输出一部分的传输信号113被定向耦合器111送出并被输入到探测器114。
探测器114探测输入信号，由此输出对应于传输输出电平的电压作为探测输出115。探测输出115通过低通滤波器116，被作为输出117通过第一电阻器118输入到第一运算放大器119并通过第二电阻器121输入到第二运算放大器122，并被放大。放大的结果被输入到第一可变衰减器102和第二可变衰减器108。上述一系列电路构成反馈回路。因此，从定向耦合器111输出到外部的传输信号145的信号电平受到控制，不论温度如何总保持恒定。
将解释温度传感器133的感测输出134。感测输出134被输入到比较器135的输入端子。第七和第八电阻器136和137的分压点138处的电压被输入到比较器135的另一输入端子。比较器135将感测输出134与分压点138处的电压进行比较。比较结果139根据感测输出134是小于还是不小于分压点138处的电压而变成高电平或低电平。比较结果139被输入到第一运算放大器119和第二运算放大器122以切换第一和第二可变衰减器102和108的衰减。
图4表示第一可变衰减器和第二可变衰减器的衰减是如何切换的。在图4中，纵坐标表示衰减(ATT)，横坐标表示温度。在本实施例中，假设图2中所示的比较器135在温度为0℃时切换比较结果139的逻辑电平。在图4中虚线151右侧的区域中，即在温度高于0℃的区域中，在各温度处的第一可变衰减器102的衰减和第二可变衰减器108的衰减分别汇合到两个预定恒定值。严格说来，由于增益随着温度而发生变化，每个衰减都从汇合点的值偏离。因此，如图4中虚线151右侧所示，表示第一和第二可变衰减器102和108每者的衰减与温度之间关系的半条线具有向下的倾斜。
如果发送电路100周围的温度降低，温度传感器133探测到温度为0℃或更低，感测输出134发生变化且比较器135的比较结果139从低电平变为高电平。这使得第二内部控制电路143打开第二半导体开关132并将第二运算放大器122的反馈电阻器的电阻降到第五电阻器128的值。由于电阻降低导致的第二运算放大器122的输出144的变化使得第二可变衰减器108减小其衰减。衰减汇合在低于温度高于0℃的汇合点的值的预定值(参见图4)。
如果温度传感器133感测到温度为0℃或更低，且比较器135的比较结果139变为高电平，第一内部控制电路142接收到倒相器141反转比较结果139的逻辑之后获得的多电平信号。因此，第一半导体开关127被关闭，如图4所示，且第一运算放大器119的反馈电阻器的电阻变为等于第三和第四电阻器124和125的电阻之和。由于这导致第一运算放大器119的输出123发生变化，因此第一可变衰减器102增大衰减量。衰减汇合在高于温度高于0℃的汇合点的值的预定值(参见图4)。
注意在这些情况下，也是在温度变为0℃或更低时，由于随着温度而发生的增益变化，每个衰减都偏离了相应的汇合点的值。因此，如图4中虚线151左侧所示，表示第一可变衰减器102和第二可变衰减器108每者的衰减与温度之间的关系的线段具有向下的倾斜。
如上所述，在高于控制参考温度0℃的温度进行控制，使得第一可变衰减器102的衰减变低而第二可变衰减器108的衰减变高。另一方面，在0℃或更低温度下进行控制，使得第一可变衰减器102的衰减变高，而第二可变衰减器108的衰减变低。由于第一和第二可变衰减器的衰减根据温度彼此互补地变化，因此在宽范围温度内总衰减不会显著变化。此外，在低温(在该例中为0℃或更低温度，虽然本实施例无需受该温度限制)下，通过降低输入到混频器104中的传输信号103的电平减小了IM3失真。通过这种方式，实现了IM3在宽范围温度下的恒定。
图5(a)和5(b)示出了本实施例的发送电路的电平图。图5(a)示出了在输入如图2所示的发送电路100的信号通过电路(电路100)时信号电平是如何变化的。图5(b)对应于图5(a)，示出了当信号通过电路时IM3的总量是如何变化的。图5(a)示出了在室温下，在本实施例中就是0℃或更高温度下，电路的每个组件处的信号电平。
图6(a)和6(b)示出了本实施例的发送电路的低温电平图以及常规发送电路的电平图，二者彼此对照。图6(a)示出了输入到图2所示的发送电路100的信号在信号通过电路时电平是如何变化的。图6(b)对应于图6(a)，示出了当信号通过电路时IM3的总量是如何变化的。每条实线表示本实施例的发送电路100的特性，而每条虚线表示没有低温校正的常规发送电路的特性。
在使用常规发送电路时，在混频器104的前一级不进行改变发送电路101的衰减的控制。因此，由虚线表示的低温下的信号电平变得高于由实线表示的本实施例的信号电平。亦即，在常规发送电路中，如图6(b)所示，作为在低温下输入混频器104的高电平信号的结果，IM3的总量增大。
与此相比，在本实施例的发送电路100中，处于混频器104前一级的第一可变衰减器102的衰减在低温下变得相对较高，如图4所示，于是，使得低温下的输出电平低于常规发送电路。因此，在本实施例中，防止了在低温下向混频器104过量输入传输信号103。这防止了在低温下IM3的增大以及传输信号103中的劣化。
为了使低温下IM3的增加最小化，可以修改常规发送电路以在整个温度范围上均衡地抑制输入到混频器104的传输信号101的电平。在这种情况下，原始传输信号101的电平变低。因此，随着信号101降低，本地信号106的泄漏百分比增大，从而传输信号107劣化或者室温下的总增益变得不够大。
就本实施例的发送电路100而言，由于将混频器104前的第一可变衰减器102的衰减设置为仅在低温时为高，因此在整个温度范围内未降低传输信号的增益。不必预先将低温下输入混频器104的传输信号101的信号电平设置为低电平。因此，能够防止来自混频器104的传输信号107中的劣化，而不会在低温增大本地信号106的泄漏量。
如已经详细解释的那样，在本实施例中，根据温度切换每个可变衰减器的衰减。这样就能够在宽范围温度内保持发射输出的良好质量而不会导致因失真引起的劣化。
<第一修改实施例>
图7示出了根据第一实施例的发送电路。图7和图2共有的组件标以相同的附图标记，其解释将被省略。在发送电路100A中，通过第十一电阻器202将来自比较器135的比较结果139输入包括反馈电阻器201的第一运算放大器119的负(-)输入端子，利用第一运算放大器119的输出123A实施对第一可变衰减器102的衰减的两级控制。
从低通滤波器116的输出117A获得用于控制第二可变衰减器108的衰减的第二运算放大器122的输出144A。更具体而言，低通滤波器116的输出117A通过第十二电阻器204被输入到第二运算放大器122的负(-)输入端子。反馈电阻器203连接到放大器122。
温度传感器133感测混频器104的温度，根据所感测的温度以两级(two level)控制第一可变衰减器102的衰减。由于这降低了低温下输入混频器104的传输信号103的电平，从而能够使IM3的增大最小化。通过混频器104输出侧的环路调节第二可变衰减器108的衰减，从而可变地控制输出到外部的传输信号145A的电平。结果，传输信号145A的信号电平保持恒定。
换言之，本实施例简化了温度传感器的控制操作，但是像前一实施例一样，抑制了IM3的增大并将发送电路100A输出的传输信号145A的电平保持在所需电平。
<第二修改实施例>
图8示出了根据第二修改实施例的发送电路。图8中与图2中相同的部分用相同的附图标记表示，将省略其解释。在发送电路100B中，与发送电路100和100A不同，以数字方式进行信号电平的控制。取自定向耦合器111的传输信号113被输入探测器114。探测器114的模拟电平探测输出115被输入第一A/D转换器(A/D)301。第一A/D转换器301将电压值转换成数字信号。以这种方式获得的输出302被送到连接到CPU(中央处理单元)303的总线(未示出)。
来自温度传感器133的感测输出134被输入第二A/D转换器304，在第二A/D转换器304中模拟信号被转换成数字信号。来自第二A/D转换器304的温度感测输出305被送到连接到CPU 303的总线中。
CPU 303利用输入的传输输出302和温度感测输出305进行计算。CPU 303向第一D/A转换器(D/A)307输入第一可变衰减器控制信号306用于控制第一可变衰减器102B的衰减并向第二D/A转换器309输入第二可变衰减器控制信号308用于控制第二可变衰减器108B的衰减。CPU 303计算第一可变衰减器控制信号306和第二可变衰减器控制信号308，使得无论温度如何，来自探测器114的电压值(探测输出115)都保持恒定，由此控制第一可变衰减器102B和第二可变衰减器108B的衰减。
第一D/A转换器307将数字信号的第一可变衰减器控制信号306转换成模拟信号的第一可变衰减器控制信号311。第一可变衰减器控制信号311通过第二十一电阻器312被输入第一运算放大器119的负(-)输入端子。第一运算放大器119具有由连接在负输入端子和输出端子之间的第二十二电阻器313和第二十三电阻器314构成的串联电路。因此，第一可变衰减器102B接收对应于第一可变衰减器控制信号306的电平的输出123B，由此改变衰减量。
第二D/A转换器309将数字信号的第二可变衰减器控制信号308转换成模拟信号的第二可变衰减器控制信号315。第二可变衰减器控制信号315通过第二十四电阻器316被输入第二运算放大器122的负(-)输入端子。第二运算放大器122具有由连接在负输入端子和输出端子之间的第二十五电阻器317和第二十六电阻器318构成的串联电路。因此，第一可变衰减器108B接收对应于第二可变衰减器控制信号308的电平的输出144B，由此改变衰减量。
在发送电路100B中，根据来自温度传感器133的输出134改变用于第一可变衰减器控制信号306和第二可变衰减器控制信号308的控制信号。在前一实施例中，如图4所示，在特定温度，例如0℃切换衰减的汇合点。在本实施例中，CPU 303根据温度计算系数，并独立且依次地控制第一可变衰减器102B和第二可变衰减器108B的衰减量。可以准备ROM(只读存储器)表(未示出)。输入温度感测输出305作为地址信息并读出对应的第一可变衰减器控制信号306和第二可变衰减器控制信号308，从而实现根据温度范围而不同的衰减控制。
图9示出了用于控制衰减量的ROM表的内容。横坐标表示所感测的温度，即温度感测输出305，纵坐标表示分别由第一可变衰减器控制信号306和第二可变衰减器控制信号308实现的第一可变衰减器102B和第二可变衰减器108B的衰减量。在图9中，曲线321表示第一可变衰减器102B的工作特性，而曲线322表示第二可变衰减器108B的工作特性。
根据图9所示的ROM表的内容，在低温下由第一可变衰减器102B控制的衰减量像二次函数那样增大，而第二可变衰减器108B的衰减量与第一可变衰减器102B的衰减成反比地降低。这种对衰减的非线性控制允许更为精确和灵敏的控制。
此外，可以根据温度校正探测器114的特性。更具体而言，除了ROM表之外，还可以在例如ROM中为探测器114准备校正表，用于控制第一可变衰减器102B和第二可变衰减器108B的衰减特性。从ROM中读出基于温度校正过的电压值并送入CPU 303中。输出302可以充当地址信息。
如上所述，不仅校正混频器104的温度特性而且校正探测114的温度特性使得能够抑制IM3的增大并更为精确地将传输信号145B的电平保持为恒定。
在以上描述中，使用基于预先进行的测量结果的ROM表根据温度校正衰减或检测特性。或者，可以从计算方程、输入到方程中的温度值来计算衰减或其他种类的校正。
在以上实施例中，使用衰减器调节信号的电平。然而本发明不限于此。换言之，可以通过在需要放大的电路中调节放大因子而获得同样效果。
如上所述，根据诸实施例，由于仅在混频器中的失真增大的预定温度范围内使输入到混频器中的信号电平变低，因此在预定温度范围之外的温度范围中信号电平不会变得不够大。此外，由于仅需要提供感测温度的电路和调节输入到混频器的信号电平的电路，因此能够利用简单的电路在宽范围温度内消除信号失真。

Claims (10)

1.一种信号处理电路，包括：
振荡器；
混频器，其通过将输入信号与来自所述振荡器的输出混合而改变所述输入信号的频率；
温度感测部分，其感测所述混频器的温度；以及
设置于所述混频器前一级的信号电平调节，其根据来自所述温度感测部分的感测结果在预定温度区中使所述输入信号的电平降低，在所述预定温度区中，与所述预定温度区之外的温度区相比所述混频器中的失真增大。
2.根据权利要求1所述的信号处理电路，包括信号电平附加调节部分，其设置在所述混频器的下一级并使得在所述预定温度区之外的温度区中来自所述混频器的输出信号的电平低于所述预定温度区中的电平。
3.根据权利要求2所述的信号处理电路，其中所述信号电平调节部分和所述信号电平附加调节部分的每一个均为衰减因子受到调节的衰减器。
4.根据权利要求2所述的信号处理电路，其中所述信号电平调节部分和所述信号电平附加调节部分的每一个均为放大因子受到调节的放大器。
5.根据权利要求2所述的信号处理电路，包括输出电平调节部分，其设置于所述信号电平附加调节部分的后一级且不论来自所述温度感测部分的所述感测结果如何都将所述信号电平附加调节部分的输出电平调节到恒定值。
6.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中在所述信号电平调节部分中受到调节的信号被发送到外部。
7.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中所述输入信号为无线接收到的信号。
8.根据权利要求1所述的信号处理电路，其中所述混频器具有放大效果或者前一级的放大器之一。
9.一种信号处理方法，包括：
温度测量步骤，测量混频器的温度，所述混频器通过将输入信号与来自振荡器的输出混合来改变所述输入信号的频率；以及
温度区判决步骤，判决在所述温度测量步骤中测量的所述混频器的温度是否在所述混频器的失真增大的预定温度区中；
第一衰减因子控制步骤，如果所述混频器的所述温度处于所述预定温度区之内，使设置于所述混频器的前一级的第一衰减器的衰减因子变大；以及
第二衰减因子控制步骤，如果所述混频器的所述温度处于所述预定温度区之内，使设置于所述混频器的后一级的第二衰减器的衰减因子变小。
10.根据权利要求9所述的信号处理方法，包括信号电平调节步骤，控制在所述第二衰减因子控制步骤中控制衰减因子之后的所述输入信号的电平，使其恒定。
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