CN101282126B - 能够接收不同载波频率的至少两个射频信号的超外差接收机及其实施的方法 - Google Patents

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一种集成电路射频接收机在不在内部改变本机振荡器的情况下处理多个射频频率以接收多个信号。不使用前端调谐器。在一个实施例中，多个晶体连接到集成电路的引脚。所述集成电路内的由切换信号控制的开关依据需要接收的射频信号的频率来选择所述晶体中的一者作为基准频率。将所选定的基准频率施加到射频合成器(本机振荡器)以设定所述射频合成器的输出频率。然后，将本机振荡器信号与传入的射频信号混合以产生需要由中频滤波器进行滤波的和及差信号。所述切换信号还基于射频信号数据格式的要求重配置所述中频滤波器以改变其中心频率及滤波器带宽。

Description

能够接收不同载波频率的至少两个射频信号的超外差接收机及其实施的方法
技术领域
本发明涉及射频(RF)接收机，且更特定来说涉及一种接收多于一个频率的射频接收机。 
背景技术
使用射频发射机及射频接收机来操作车库开门器、汽车门锁及其它现代装置。这些装置中的多数以由压电晶体设定的单个射频载波频率或某一其它固定基准频率来操作。然而，在某些遥控应用中，接收系统可能需要接收不同载波频率的以不同传输速率传送数字信息的多个射频信号。举例来说，这在单个接收系统基于来自输出不同频率并传输不同数据格式的各种发射机的信号来控制装置的特定应用中是有益的。在此种情形下，可使用各自针对将要接收的特定射频信号定制的两个或两个以上分离接收机。然后，其输出将被多路复用并施加到打算由所述数字信号控制的装置。 
在成本效益更高的解决方案中，可使用具有用于仅通过所关心射频的前端调谐器并具有结合所述前端调谐器进行调谐的本机振荡器的单个接收机。举例来说，可通过改变电容或倍频器来调谐所述本机振荡器以实现需要的中频(IF)。所述本机振荡器所使用的基准频率通常由晶体产生。然后，从所述经中频调制信号中抽取数字数据。使用本机振荡器及中频级的所述接收机称为超外差接收机。然而，所述前端调谐器及可调谐本机振荡器增加接收机的成本且易于造成需要进行滤波的不必要寄生频率。 
对于用于普通装置(如遥控器)中的接收机来说，尽可能保持成本低廉是重要的。所述接收机通常大多在单个芯片上形成以使成本降到最低。 
发明内容
本发明的一个实施例包含单个集成电路超外差射频接收机，其处理多个射频频率而不在内部改变本机振荡器(LO)以接收所述多个信号。不使用前端调谐器滤掉不必要的射频信号。在一个实施例中，将多个晶体(例如，两个)连接到集成电路的引脚。每一晶体具有不同的共振频率。响应于选择信号，集成电路内的开关依据需要接收的射频信号的频率来选择所述晶体中的一者作为基准频率。所述选择信号可以是施加到集成电路的引脚的外部信号或可在集成电路内部产生。将所选定的基准频率施加到射频合成器(本机振荡器)以设定所述射频合成器的输出频率。所述射频合成器可以是 使用基准频率的任何类型的频率发生器。因此，在不改变所述内部射频合成器的特性的情况下针对将要接收的射频信号调整所述本机振荡器频率，从而导致非常干净的本机振荡器输出信号。 
然后，将所述本机振荡器信号与传入射频信号混合以产生需要由中频滤波器滤波的和及差信号。 
所述开关选择信号还基于所述射频信号数据格式的要求重配置所述中频滤波器以改变其中心频率及滤波器带宽。举例来说，在一个实施例中，所述中频1频率低于所述中频2频率，且中频1的中频滤波器带宽窄于中频2的带宽。此使接收机能够以非常小的噪声(由于狭窄的中频1滤波器带宽)恢复非常有选择性的低电平射频1输入信号，而接收机可接受较广范围的射频2输入频率，但由于较宽的中频2带宽设定而具有稍微较差的噪声性能。 
改变所述中频的中心频率的好处的一个实例如下所述。假设，对于从第一发射机接收信号的接收机来说，低中频具有1MHz的中心及400KHz的带宽。如果用于解调制来自第二发射机的信号的所需带宽为2MHz，那么1MHz的中频中心频率将是有问题的。因此可使用本发明将较高带宽的中频中心频率增加到(例如)3MHz。 
在另一实施例中，改变中心频率是可选项，其依据通信系统的参数及中频滤波器带宽改变的量。 
可重配置中频滤波器使用可开关或可变电容器及电流发生器以调谐其频率响应，此不需要外部组件。 
因为通过选择适当的本机振荡器频率及中频滤波器特性而通过接收机仅处理所关心的射频信号，因此不需要前端调谐器。 
可使用除压电晶体之外的基准频率源，例如陶瓷共振器或固定时钟源。 
附图说明
图1图解说明根据本发明的一个实施例的单片接收机中的各个功能单元。 
图2图解说明可用于图1的接收机的可重配置中频滤波器。 
图3图解说明可用于图1的接收机的可重配置中频滤波器的另一实例。 
图4图解说明用于选择图1的基准频率源中的一者的可控制开关。 
图5图解说明基于在图1中选定的基准频率来产生本机振荡器频率的射频合成器，其包含锁相环路(PLL)。 
图6是图解说明由图1的接收机实施的各个步骤。 
具体实施方式
图1图解说明包含本发明的接收机的集成电路芯片。基准频率产生晶体(或其它基准发生器)、天线及任何较大滤波器电容器通常连接到集成电路封装的引脚。 
图1所示的接收机10接收具有不同中心频率并传输数字信号的两个不同射频信号(射频1及射频2)。每一射频信号的数字信号的数据格式(例如，数据速率及编码)可能不同。同时还是在不同时间传输射频1及射频2与本发明无关。接收机将依据所选定的基准频率源来仅对所述射频信号中的一者中的数据进行解码。不同于常规超外差接收机，不存在滤掉除所关心窄频带之外的射频频率的前端调谐器。通过省略所述前端调谐器，接收机可较小且便宜。可通过扩展接收机来接收任何数量的射频信号。 
外部天线12接收射频1及射频2。带通滤波器可连接到集成电路外部的天线以拒绝所需范围之外的频率。所接收信号由低噪声放大器14放大。 
将经放大射频1及/或射频2信号施加到常规混合器16的一个输入，混合器16将施加到其两个输入的信号相乘在一起。本机振荡器18(射频合成器)产生施加到混合器16的另一输入的频率。混合器16输出所述两个信号的和及差，且仅所述差信号(称为中频(IF))将用于从所关心的经传输射频信号抽取数字信息。 
在一个实施例中，射频1及射频2信号在300MHz-450MHz的范围内，所述范围为用于遥控装置的所关心频带。本机振荡器18产生经设定使得所述本机振荡器频率与所述射频载波频率之间的差是需要的中频的频率。在一个实施例中，射频1信号的中频具有1MHz的中心频率，且射频2信号的中频具有2MHz的中心频率。 
本机振荡器18完全基于施加到其输入的基准频率来产生频率。在图1的实施例中，可用基准频率源为压电晶体22及24，其共振频率决定其基准频率。所述晶体通常封装在2引线封装中且易用于多种频率。 
如果用户需要从射频1信号抽取数据，那么用户(通常经由已编程处理器或ASIC)将开关信号(例如，逻辑高信号)施加到集成电路封装的中频选择引脚25以控制晶体基准选择开关26以选择适当晶体22或24。然后，所选定的晶体由开关26耦合到本机振荡器18输入，其随后产生为基准频率的固定倍数的用以施加到混合器16的频率。每一晶体基准依据本机振荡器的频率倍增导致本机振荡器18的不同预定输出频率。芯片内部的本机振荡器的特性未改变，此导致不产生寄生信号的便宜芯片。 
由混合器16输出的信号需要滤波以仅使所述中频通过基带滤波器及数字解码器28用以抽取数字信息。可重配置中频滤波器30由中频选择信号控制以针对在所需射频信号中传输的数据使中心频率(中心频率1或中心频率2)及带宽(带宽1或带宽2)最优。在一个实施例中，中频滤波器30在第一状态(中频1)中具有0.4MHz的3dB带宽且在其第二状态(中频2)中具有1MHz的带宽。此使接收机能够以非常小的噪声(由于狭窄的中频1滤波器带宽)恢复非常有选择性的低电平射频1输入信号，而接收机可接受较广范围的射频2输入频率，但由于较宽的中频2带宽设定而具有稍微较差的噪声性能。 
然后，将经滤波的中频信号施加到基带滤波器及解码器28。可将中频放大器连接到所述两个滤波器之间。所述基带滤波器可简单地为连接到接地以移除中频分量且仅 使改变的幅值信号通过整形器及数字解码器电路的低通滤波器电容器。可将数字控制信号32施加到所述基带滤波器以针对所接收的特定数据速率(例如，针对12KHz的数据速率、50KHz的数据速率等)选择基带滤波器特性。 
在一个实施例中，所述数字解码器对经曼彻斯特编码的信号进行解码，且外部阈值电容器用于将平均电压设定为阈值电压以确定信号是逻辑1还是0。可使用的普通遥控调制方案是OOK(通/断键控)或ASK(振幅移位键控)。 
将中频滤波器的特性设定为从射频信号可靠抽取信息所需的任何特性，且可设定中频中心频率以在不同带宽下实现接收机的最佳性能。 
可选择任何数量的基准频率源，例如多达五个不同的晶体或其它类型的时钟发生器。所述晶体的频率标准化，且所述本机振荡器经设计以产生需要的中频中心频率。 
在一个实施例中，通过在制造接收机的电路板期间将接收机选择引脚硬连线到逻辑高或逻辑低电压来产生用以切换接收机以接收射频1信号或射频2信号的信号。此技术可适用于制造商需要简化用于接收射频1信号或射频2信号的接收机的制作的情形。一旦确定所述接收机专用于仅接收所述两个信号中的一者，那么通过所述硬连线(例如通过在所述板上断开金属迹线或设定硬件开关)来固定所述设定。在其中所述接收机永久性专用于接收仅单个射频信号的情形下，仅需要将一个晶体基准连接到所述接收机以节约成本。 
如果打算让所述接收机在状态之间动态切换，那么将通过使用(例如)微控制器的输出引脚的应用程序板来控制所述模式。切换的精确定时将依据所述应用程序且将需要调整以适合于正被接收的预期数据传输。 
图2图解说明可用于所述接收机的一种类型的可重配置中频滤波器31。所述滤波器由电容器32及电感器33组成，其值确定所述滤波器的中心频率及带宽。为改变中心频率及带宽，所述电容器中的一者或一者以上可以是可变电容器34，或是可并联接入或连接的额外电容器。可通过中频选择信号来改变图2中电容器中的任一者的值。所述中频选择信号使用众所周知的技术改变有效电容值。 
图3图解说明可用于所述接收机的另一种类型的可配置中频滤波器36。可使用任何数量的跨导体G1-Gn来将电压转换为成比例的电流。每一级的电流由电容器C1-Cy相加以产生电压。通过调整来自所述Idc电流源的源电流，可改变电压-电流转换率以控制中频滤波器特性。如果所述电容器可变，那么还可改变所述滤波器的传递函数。改变跨导体电流、电容器值中的任一者或两者均导致新滤波器函数的产生。 
图4图解说明晶体选择开关26，其在中频选择信号的控制下将晶体22或24中的一者或另一者耦合到本机振荡器18。可使用许多其它类型的开关配置。 
图5图解说明可用作本机振荡器18的锁相环路(PLL)。将晶体基准频率施加到相位比较器46的一个输入。相位比较器46输出其量值与相位比较器46的两个输入之间的相位差相关的信号。低通滤波器(电容器48)对检测器46输出进行滤波，且电压控制振荡器(VCO)50产生与电容器48上电压成比例的频率并为本机振荡器18提供输 出信号。分频器52将来自电压控制振荡器50的输出分割并将所述经分割的频率反馈回相位检测器46。所述环路使电压控制振荡器50输出为所述晶体基准频率的倍数，使得到相位检测器46的输入匹配。许多其它类型的振荡器可代替锁相环路而与电压控制振荡器一同使用。 
图6是图解说明用于操作接收机所实施的各个步骤。在步骤60中，已编程处理器或其它控制器将信号施加到接收机芯片的中频选择引脚25以选择处理由天线接收的特定射频信号所需的外部基准频率源及相关联的中频滤波器特性。可以任何方式改变所述中频滤波器特性，包括基于所需射频信号中所含有的射频载波频率及数据格式来改变中心频率及带宽特性。 
在步骤62中，将要处理的所述射频信号由所述接收机接收。 
在步骤64中，所关心的射频信号与本机振荡器频率混合，由经重配置的中频滤波器进行滤波并随后由基带滤波器进行滤波。 
在步骤66中，可选地对所述基带信号进行整形以更好地界定所述数字信号的边缘及量值，且将所述数字数据解码为施加到所述集成电路封装的一个或一个以上输出引脚的连续或并行位。在一个实施例中，所述解码器是曼彻斯特解码器。 
所述接收机芯片中的电路可使用常规技术，且许多不同类型的电路可执行需要的功能。除所述晶体及天线之外的接收机可形成为单个集成电路。 
尽管已详细阐述了本发明，但所属领域的技术人员应了解，即使给出本揭示内容，也可在不背离本文所述发明概念的精神的前提下对本发明做出修改。因此，本发明并非打算将本发明范围限定于所图解说明及阐述的具体实施例。 

Claims (22)

1.一种能够接收不同载波频率的至少两个射频信号的超外差接收机，其包含：
至少一个基准频率输入终端，其经配置以连接到至少两个不同基准频率源，所述基准频率源包含产生第一基准频率的第一基准频率源及产生第二基准频率的第二基准频率源；
基准频率源选择器，其耦合到所述至少一个基准频率输入终端以用于将特定基准频率源耦合到所述选择器的输出，所述选择器可由切换信号控制以选择特定基准频率；
本机振荡器，其经耦合以从选定的基准频率源接收基准频率，所述本机振荡器用于产生振荡器信号，所述振荡器信号具有基于所述基准频率的频率；
混合器，其具有经耦合以接收所述本机振荡器的输出的第一输入及经耦合以接收由天线接收的至少一个射频信号的第二输入，所述混合器用于产生中频(IF)；
可配置中频滤波器，其耦合到所述混合器的输出，所述中频滤波器的至少一个带宽特性可通过施加到所述基准频率源选择器的所述切换信号的状态来改变，所述中频滤波器的所述带宽特性基于将要处理的特定射频信号的特性来确定，所述中频滤波器用于输出中频信号；及
基带滤波器，其经耦合以接收将要处理的所述中频信号以用于产生从所述特定射频信号导出的数字信号。
2.如权利要求1所述的接收机，其中所述中频具有中心频率，如果选择所述第一基准频率，那么所述中频中心频率为第一中心频率，且如果选择所述第一基准频率，那么所述中频滤波器具有第一带宽，
如果选择所述第二基准频率，那么所述中频中心频率为第二中心频率，且如果选择所述第二基准频率，那么所述中频滤波器具有第二带宽，
所述第一基准频率低于所述第二基准频率，所述第一中心频率低于所述第二中心频率，且所述第一带宽窄于所述第二带宽。
3.如权利要求2所述的接收机，其中由所述本机振荡器产生的所述振荡器信号与所述基准频率具有固定关系。
4.如权利要求2所述的接收机，其中所述中频滤波器带宽以所述中频的所述中心频率为中心。
5.如权利要求2所述的接收机，其中所述中频滤波器包含跨导体及可变电容器，其中所述跨导体以特定比率将电压转换为电流，其中依据选定的所述基准频率来改变所述电容器的值。
6.如权利要求2所述的接收机，其中所述中频滤波器包含跨导体，其中所述跨导体以特定比率将电压转换为电流，其中依据选定的所述基准频率来改变所述比率。
7.如权利要求2所述的接收机，其进一步包含连接到所述至少一个基准频率输入终端的所述第一基准频率源及所述第二基准频率源。
8.如权利要求2所述的接收机，其中有多于两个基准频率源连接到所述至少一个基准频率输入终端。
9.如权利要求2所述的接收机，其进一步仅包含耦合到所述至少一个基准频率输入终端的所述第一基准频率源，且其中所述基准频率源选择器经控制以选择所述第一基准频率源。
10.如权利要求2所述的接收机，其中所述切换信号为固定信号。
11.如权利要求10所述的接收机，其中所述切换信号为硬连线的。
12.如权利要求2所述的接收机，其中当所述接收机处于活动状态时控制器产生所述切换信号以接收至少两个射频信号中的一者。
13.如权利要求1所述的接收机，其中所述基准频率源选择器、所述本机振荡器、所述混合器、所述中频滤波器及所述基带滤波器形成在单个集成电路芯片中。
14.如权利要求1所述的接收机，其中所述中频滤波器中心频率及带宽两者通过所述切换信号的状态来改变。
15.如权利要求1所述的接收机，其中将由所述接收机处理的所述特定射频信号是由所述天线接收的具有不同载波频率的多个射频信号中的一者。
16.一种由能够接收不同载波频率的至少两个射频信号的超外差接收机实施的方法，所述方法包含：
控制基准频率源选择器以将多个不同基准源中的一者耦合到所述选择器的输出，所述选择器可由切换信号控制以选择特定基准频率；
将选定的基准频率施加到本机振荡器，所述本机振荡器产生振荡器信号，所述振荡器信号具有基于所述基准频率的频率；
将所述本机振荡器的输出及将由所述接收机处理的射频信号施加到混合器，所述混合器产生中频(IF)；
将所述混合器的输出施加到可配置中频滤波器，且通过控制施加到所述基准频率源选择器的所述切换信号的状态来选择所述中频滤波器的至少一个带宽特性，基于将要处理的特定射频信号的特性来确定所述中频滤波器的所述带宽特性，所述中频滤波器输出中频信号；及
将所述中频信号耦合到基带滤波器，所述基带滤波器产生从所述特定射频信号导出的数字信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述中频具有中心频率，如果选择第一基准频率，那么所述中频中心频率为第一中心频率，且如果选择所述第一基准频率，那么所述中频滤波器具有第一带宽，
如果选择第二基准频率，那么所述中频中心频率为第二中心频率，且如果选择所述第二基准频率，那么所述中频滤波器具有第二带宽，
所述第一基准频率低于所述第二基准频率，所述第一中心频率低于所述第二中心频率，所述第一带宽窄于所述第二带宽。
18.如权利要求17所述的方法，其中由所述本机振荡器产生的所述振荡器信号与所述基准频率具有固定关系。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述中频滤波器带宽以所述中频的所述中心频率为中心。
20.如权利要求17所述的方法，其中多个基准频率源耦合到所述接收机的至少一个基准频率输入终端。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述切换信号由控制器产生，使得所述接收机接收至少两个射频信号中的一者。
22.如权利要求16所述的方法，其中所述中频滤波器中心频率及带宽两者均通过所述切换信号的所述状态来改变。
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