CN101447795A - 低中频数字接收机及其调频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低中频数字接收机，其时钟差分信号由一个频率校准模块和压控振荡器产生，数字信号处理器的输出通过一个反馈模块对压控振荡器进行控制，以调节时钟差分信号频率的偏差。本发明还公开了一种低中频数字接收机的调频方法，先由所述频率校准模块对压控振荡器的输出频率进行粗调，然后由数字信号处理器控制压控振荡器对输出频率进行细调。本发明通过采用频率校准模块和引入的反馈模块，保证了本发明在工作中具有稳定的时钟频率，其结构简单，元件成本低廉，便于集成，大大降低了成本，调频方法能够快速准确的找到接收信号的频率，提高了低中频数字接收机的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种FM/AM无线电接收装置，尤其是一种低中频数字接收机。本发明还涉及一种低中频数字接收机的调频方法。
背景技术
低中频数字接收机是射频信号接收机主要的方法之一。图1所示为常用的射频信号低中频结构接收机原理图，差分输入端(Rfinp、Rfinn)输入信号，经过低噪声放大器(LNA)将信号放大；然后送给混频器(MIXER)，将信号下变频到预设的低频点，并转换成I、Q两路差分信号；可调增益放大器(PGA)再将信号幅度做调整，并且对频带外的噪声进行滤波；再经过模数转换器(ADC)，将模拟信号转换成数字信号，送给数字信号处理器(DSP)处理；最后将处理完的数字信号通过数模转换器(DAC)，转换成模拟信号，通过输出端口(Iout、Qout)送出。
混频器所需要的本振时钟信号则通过频率合成器(Synthesizer)和压控振荡器(VCO)产生，产生的差分时钟信号可以通过分频器(Divider)生成I、Q两路时钟信号(相位差为90度的时钟信号)，然后分别送给I路和Q路混频器；Rclk为频率合成器用的外部参考时钟信号。
现有的数字接收机对参考时钟、本振信号的产生以及控制都采用的是传统的频率合成器的方案，其结构复杂，不适合集成，导致成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低中频数字接收机，能够具有比较简单的结构，采用价格低廉的部件，适于元件的集成，降低产品的成本。
为解决上述技术问题，本发明低中频数字接收机的技术方案是，一对差分信号经过低噪声放大器后被传输到一个混频器中，混频器将所述差分信号下变频到预设的低频点，并转换成相位相差90度的两路新的差分信号，所述新的差分信号分别通过各自的可调增益放大器和模数转换器之后进入数字信号处理器进行处理，之后由数字信号处理器输出，经过数模转换成模拟信号输出；还包括频率校准模块和压控振荡器，参考时钟通过所述频率校准模块和压控振荡器后产生差分时钟信号，所述差分时钟信号通过一个分频器得到相位差为90度的两路时钟信号，到混频器中与所述差分信号产生新的差分信号，所述数字信号处理器通过一个反馈模块连接到所述压控振荡器上，所述数字信号处理器输出的信号通过所述反馈模块对所述压控振荡器进行控制，以调节所述压控振荡器输出的差分时钟信号的频率。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述低中频数字接收机实现的调频方法，能够快速准确的调整接收机的接收频率。
为解决上述技术问题，本发明低中频数字接收机的调频方法的技术方案是，首先，频率校准模块粗调压控振荡器的振荡频率，使所述压控振荡器输出的频率达到所需要频率值附近，此时，所述压控振荡器输出的频率和所需的频点仍存在一定偏差，如果该偏差很小，满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器直接解调接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点；如果频率偏差过大，不能满足解调所需要的偏差门限，使得数字信号处理器不能够正常解调，则数字信号处理器通过反馈模块控制压控振荡器的输出频率，使所述压控振荡器的输出频率在当前频点附近进行一定范围内的扫描，直到压控振荡器输出的频率满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器解调当前接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点。
本发明通过采用频率校准模块和引入的反馈模块，保证了本发明在工作中具有稳定的时钟频率，而且同时大大降低了对外部参考时钟的性能要求，结构简单，元件成本低廉，便于集成，大大降低了成本，通过其粗调和细调相结合的调频方法，能快速的找到接收信号的频率，提高了低中频数字接收机的性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的低中频数字接收机的结构原理图；
图2为本发明低中频数字接收机的结构原理图；
图3为本发明低中频数字接收机中反馈模块实施例的示意图；
图4为FM单声道信号的频谱特性图；
图5为FM立体声信号的频谱特性图；
图6为本发明低中频数字接收机另一实施例的结构原理图。
具体实施方式
本发明提供了一种低中频数字接收机，如图2所示，一对差分信号经过低噪声放大器后被传输到一个混频器中，混频器将所述差分信号下变频到预设的低频点，并转换成相位相差90度的两路新的差分信号，所述新的差分信号分别通过各自的可调增益放大器和模数转换器之后进入数字信号处理器进行处理，之后由数字信号处理器输出，经过数模转换成模拟信号输出，该模拟信号可以是音频信号；本发明中还包括频率校准模块和压控振荡器，参考时钟通过所述频率校准模块和压控振荡器后产生差分时钟信号，所述差分时钟信号通过一个分频器得到相位差为90度的两路时钟信号，到混频器中与所述差分信号产生新的差分信号，所述数字信号处理器通过一个反馈模块连接到所述压控振荡器上，所述数字信号处理器输出的信号通过所述反馈模块对所述压控振荡器进行控制，以调节所述压控振荡器输出的差分时钟信号的频率。
由于FM接收机用于消费类电子产品，天线端也可以采用简单的单端输入模式；数字信号处理器完成FM解调、滤除噪声、立体声处理等主要功能；反馈模块通过数字信号处理器解调的结果，实时修正压控振荡器的频率偏差，消除压控振荡器因环境变化、电压变化或其他原因导致的频率波动。
本振时钟信号的产生是通过压控振荡器和频率校准模块产生。压控振荡器有一个数字输入端和一个模拟电压输入端，所述频率校准模向所述数字输入端输入信号，对压控振荡器的输出频率进行粗调，而反馈模块向所述模拟电压输入端输入信号，对压控振荡器的输出频率进行细调。校准的参考时钟(RCLK)可以是外部晶体提供时钟，也可以来自其他已知频率的时钟。这样可以省略复杂的频率合成器电路，而仅仅采用非常简单、易于实现的纯数字校准电路，并且也大大降低了对参考时钟的性能要求。
所述频率校准模块采用计数器。
如图3所示，所述反馈模块包括一个模数转换器，数字信号处理器将解出的频率偏差值送给模数转换器，直接将数字信号处理器输出的数字信号转变成模拟电压来调节压控振荡器的振荡频率。这种反馈模块结构比较简单，并且具有与压控振荡器接口一致的优点。
图4所示为FM单声道信号的频谱特性；图5所示为FM立体声信号的频谱特性，其中的19千赫兹固定频点有导频(pilot)，是FM发射台的基准信号。在单声道和立体声的情况下，语音信号能量在0赫兹附近也是没有的。反馈模块就是利用FM信号频谱自身的这些特性来实现的频率自动控制。如果是单声道信号，则数字信号处理器通过数字带通滤波器，将0赫兹附近的无信号频段找出来，并通过反馈来保证解调信号能量频谱满足0赫兹附近无能量的特点，同时也实现了细调压控振荡器。如果是立体声信号，则数字信号处理器还可以通过数字带通滤波器将19千赫兹信号恢复出来，并将这个19千赫兹频率作为基准，通过反馈来实时细调压控振荡器。
如图6所示，通过数字控制，实现无外部参考时钟工作模式，进一步简化了电路的结构，使得本发明低中频数字接收机可以不需要依靠外部的参考时钟信号。频率校准模块直接由数字信号处理器控制，首先在FM信号的整个频率范围内单调盲扫，一旦找到FM立体声信号，反馈模块就开始自动对频率控制，同时，对FM信号中的19千赫兹导频进行数字滤波，以解出来的19千赫兹导频为参考时钟对压控振荡器当前的工作频率进行判断，就得出了当前台的准确频点值。同样，本发明也可以应用于对AM信号的接收。
本发明还提供了一种采用上述低中频数字接收机实现的调频方法，首先，频率校准模块粗调压控振荡器的振荡频率，使所述压控振荡器输出的频率达到所需要频率值附近，此时，所述压控振荡器输出的频率和所需的频点仍存在一定偏差，如果该偏差很小，满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器直接解调接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点；如果频率偏差过大，不能满足解调所需要的偏差门限，使得数字信号处理器不能够正常解调，则数字信号处理器通过反馈模块控制压控振荡器的输出频率，使所述压控振荡器的输出频率在当前频点附近进行一定范围内的扫描，直到压控振荡器输出的频率满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器解调当前接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点。
本发明低中频数字接收机的调频方法中所采用的频率校准、控制和解调步骤是闭合的负反馈，保证了过程的稳定性。
综上所述，本发明通过采用频率校准模块和引入的反馈模块，保证了本发明在工作中具有稳定的时钟频率，而且同时大大降低了对外部参考时钟的性能要求，并且结构简单，元件成本低廉，便于集成，大大降低了成本。
Claims (5)
1.一种低中频数字接收机，一对差分信号经过低噪声放大器后被传输到一个混频器中，混频器将所述差分信号下变频到预设的低频点，并转换成相位相差90度的两路新的差分信号，所述新的差分信号分别通过各自的可调增益放大器和模数转换器之后进入数字信号处理器进行处理，之后由数字信号处理器输出，经过数模转换成模拟信号输出；其特征在于，还包括频率校准模块和压控振荡器，参考时钟通过所述频率校准模块和压控振荡器后产生差分时钟信号，所述差分时钟信号通过一个分频器得到相位差为90度的两路时钟信号，到混频器中与所述差分信号产生新的差分信号，所述数字信号处理器通过一个反馈模块连接到所述压控振荡器上，所述数字信号处理器输出的信号通过所述反馈模块对所述压控振荡器进行控制，以调节所述压控振荡器输出的差分时钟信号的频率。
2.根据权利要求1所述的低中频数字接收机，其特征在于，所述频率校准模块为计数器。
3.根据权利要求1所述的低中频数字接收机，其特征在于，所述反馈模块包括一个数模转换器，将所述数字信号处理器的数字输出信号转换成模拟电压信号，对所述压控振荡器进行控制。
4.根据权利要求1所述的低中频数字接收机，其特征在于，所述参考时钟直接由所述数字信号处理器提供。
5.一种采用如权利要求1至4中任意一项所述的低中频数字接收机实现的调频方法，其特征在于，首先，频率校准模块粗调压控振荡器的振荡频率，使所述压控振荡器输出的频率达到所需要频率值附近，此时，所述压控振荡器输出的频率和所需的频点仍存在一定偏差，如果该偏差很小，满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器直接解调接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点；如果频率偏差过大，不能满足解调所需要的偏差门限，使得数字信号处理器不能够正常解调，则数字信号处理器通过反馈模块控制压控振荡器的输出频率，使所述压控振荡器的输出频率在当前频点附近进行一定范围内的扫描，直到压控振荡器输出的频率满足解调所需要的偏差门限，则数字信号处理器解调当前接收下来的FM/AM信号，对FM/AM信号解调的同时，数字信号处理器还计算出压控振荡器频率的偏差，根据该偏差通过反馈模块来细调压控振荡器的频率，使所述压控振荡器的输出频率达到准确的频点。
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