CN101651644B - 用于解调被调制信号的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于解调被调制信号的电路和方法。该电路包括解调器、频率偏置估计器、频率控制器和振荡器；振荡器提供接收机时钟信号，解调器用该接收机时钟信号来解调被调制信号；频率偏置估计器估计在被调制信号的频率和所述接收机时钟信号的频率之间的偏移量；频率控制器提供频率控制信号给振荡器来调节接收机时钟的频率；当所估计的偏移量在调整范围之外时，频率控制器将频率控制信号保持在原有的数值。频率控制器也根据过去的误差信号值调节调整范围。

Description

用于解调被调制信号的电路和方法
技术领域
本发明涉及一种在解调电路，特别涉及一种具有自动频率修正的解调电路和方法。
背景技术
解调电路经常使用在通信系统中，例如解调电路和方法可以用来解调(例如隔离)载波成分和被调制信号中的数据成分。解调电路可以使用在接收机和收发器(例如，无线电话、分线盒、无绳电话、移动电话、电视、光收发器等)中以及其它设备。
具有代表性地，解调电路使用接收机时钟信号来执行检波。接收机时钟信号可以从被调的信号中得到，可以由解调电路独立地生成，也可以由其它电路产生等。通常接收时钟信号的理想频率为被调制信号的载波频率。在理想频率和接收时钟信号的实际频率之间的偏移量可以反向的影响被调制信号的解调。例如，频率的失配可能导致数据成分失真，增加误码率和码间干扰，减小链路余量等。在一些应用中，可以有益余降低这些和这样的偏移量带来的其它有害影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于解调被调制信号的电路，其能自动修正频率。
为解决上述技术问题，本发明的用于解调被调制信号的电路，包括：
解调器，用于接收被调制信号，接收接收机时钟信号，和至少部分地根据所述被调制信号和所示接收机时钟信号提供接收到的数据信号；
频率偏置估计器，用于估计所述被调制信号的频率和所述接收机时钟信号的频率之间的偏移量，并至少部分地根据所估计的偏移量提供误差信号；
频率控制器，用于接收所述误差信号，并提供频率控制信号以至于当所述误差信号位于所述调整范围之外时维持所述频率控制信号的值；
振荡器，用于接收所述频率控制信号，并提供接收机时钟信号使得所述接收机时钟信号的频率至少部分地根据所述频率控制信号。
本发明提供一种用于解调被调制信号的电路，包括：
用于产生接收机时钟信号的装置；
用于至少部分地基于所述接收机时钟信号从被调制信号信号中解调数据成分的装置；
用于估计所述接收机时钟信号的频率和所述被调制信号的频率之间偏移量的装置；
用于当所述偏移量调整范围之外时保持所述接收机时钟信号的频率的装置；
用于至少部分地根据所述偏移量调节所述调整范围的装置；
用于当所述偏移量在调整范围之内且所述偏移量代表的所述接收机时钟信号频率的变化小于或等于最大步长时在单步中改变所述接收机时钟信号的频率的装置；
用于当所述偏移量在调整范围之内且所述偏移量代表的所述接收机时钟信号频率的变化大于最大步长时在多步中改变所述接收机时钟信号的频率的装置。
本发明进一步提供了一种用于解调被调制信号的方法，包括如下步骤：
接收第一误差值，所述第一误差值代表在第一个时间被调制信号的频率和在第一个时间接收机时钟信号的频率之间的第一偏移量；
当所述第一误差值在调整范围内时，改变所述接收机时钟信号的频率；
当所述第一误差值不在调整范围内时，保持所述接收机时钟信号的频率；
接收第二误差值，所述第二误差值代表在第二个时间所述被调制信号的频率和在第二个时间所述接收机时钟信号的频率之间的第二偏移量；
至少部分地根据所述第一误差值和所述第二误差值调节所述调整范围。
本发明的用于解调被调制信号的电路和方法，采用滤波和频率管理电路及平滑电路，通过对频率范围进行调节，进行频率的自动修正，可用在移动电话、无线电话、无线网卡、无线电台和其它合适的无线通信设备中。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的一具体实施例中使用的解调电路的框图；
图2为图1中的频率控制器的框图；
图3为根据本发明的具体实施例中接收时钟信号频率调整过程的逻辑图；
图4为根据本发明的另一实施例中接收时钟信号频率调整过程的逻辑图；
图5为本发明的频率控制器运行图解。
具体实施方式
图1为解调电路100的框图，解调电路100包括解调器110、频率偏置估计器120、频率控制器130和振荡器140。在具体实施例，解调电路100为基于解调电路的锁相环，用于从被调制信号RX中提供接收机信号RX_DATA。解调电路100中可以使用专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和分立元件等。解调电路100还可以包括模拟电路、数字电路或数模混合电路。然而，解调电路100也举例了使用数字信号处理器、微处理器、微控制器、专用集成电路和其它数字逻辑等来解调调制后的信号RX。
解调电路100可以使用在移动电话、无线电话、无线网卡、无线电台和其它合适的无线通信设备中，用以解调通过信道发送的被调制信号。解调电路100也可以用在很宽范围内的设备和系统中来实现解调。例如，无线通信设备、有线通信设备、接口系统、计算设备、光介质设备(opticalmedia devices)、嵌入式系统或其它电子设备或电路也可以用在解调电路100中。具体实施中，解调电路100软件无线电中，用以解调被调的信号RX。被调制信号RX包括有着数据编码的的数据成分和包括至少部分基于远距离发射极的发射极时钟信号的载波成分。
在一具体实施例中，被调制信号RX从模数转换器、射频接收机等提供给解调器110。这些设备用来从有线或无线通信信号中提供被调制信号RX。然而，被调制信号RX可以从任何合适的来源提供。
在具体实施中，解调器110用于接收被调制信号RX，接收接收机时钟信号RX_CLK，以及提供接收到的数据信号RX_DATA。解调器110可以用于解调被调制信号RX，并至少部分根据接收机时钟信号RX_CLK和被调制信号RX提供在被调制信号RX中的数据编码(例如数据成分)作为接收到的数据信号。解调器110可以作为FM解调器、PSK解调器、FSK解调器或正交调幅解调器等。接收到的数据信号RX_DATA可能为来自物理接口的恢复后的码流，并可以提供给声音合成器、解密设备和/或数据纠正设备进行下面的处理。在接收机时钟信号RX_CLK用于解调被调制信号RX的实施例中，接收机时钟信号RX_CLK的频率从理想频率的偏离可能反向地影响解调过程。在一特定环境中，接收机时钟信号RX_CLK的理想频率为被调制信号RX的载波频率。然而，在其它环境中，接收机时钟信号RX_CLK的理想频率可能与接收机时钟信号中载波频率无关，或者是其倍数，或者是其载波频率的一部分。
在具体实施例中，频率偏置估计器120用于接收接受到的数据信号RX_DATA，并提供误差信号ERR给频率控制器130。在具体实施中频率偏置估计器120至少部分地根据被调制信号RX和接收机时钟信号RX_CLK的频率之间估计的偏移量来提供误差信号ERR。频率偏置估计器120可能包括相鉴频鉴相器(PFD)，PFD电路、锁相环、锁相环电路或频率测量电路等。此外，在其它实施例中，频率偏置估计器120可能被整合到解调器110，频率控制器130等中。
频率控制器130用于接收误差信号，并提供频率控制信号FREQ_CTL给振荡器140。在实施例中，频率控制器还用于过滤噪音和其它干扰，从误差信号ERR得出接近理想频率的接收机时钟信号RX_CLK的频率。同样，频率控制器130可能用于平滑(例如，限制变化率)频率控制信号FREQ_CTL，例如，消除接收机时钟信号RX_CLK的频率变化，并降低接收到的数据信号RX_DATA中的短时脉冲波形干扰，减小解调误差等。
振荡器140用于接收频率控制信号FREQ_CTL，并提供接收机时钟信号RX_CLK。振荡器140可以直接或间接地提供接收机时钟信号给解调器110。在接收机时钟信号RX_CLK间接提供给解调器110的情况下，压缩机、乘法器等可以用来得出接收机时钟信号RX_CLK的频率为被调制信号RX中载波频率的倍数或一部分。此外，接收机时钟信号RX_CLK可以随同接收到的数据信号RX_DATA一起提供给其它电路。
具体实施中，振荡器140基于控制信号频率FREQ_CTL的数值来设置接收机时钟信号RX_CLK的频率。例如，振荡器140可以配置接收机时钟信号的频率与控制信号FREQ_CTL的频率的数值成比例。振荡器140可以包括数字时钟合成器、电压控制振荡器、电流控制振荡器、晶体振荡器、环路振荡器、SAW振荡器、Colpitts振荡器和/或其它类似器件。
图2为频率控制器230的框图，如图所示，频率控制器230包括滤波和频率管理电路232、范围控制器234和平滑电路236。频率控制器230可以使用作为图1中的频率控制器130的具体实施例。如上所述，频率控制器230用于至少部分基于误差信号ERR提供频率控制信号FREQ_CTL。
滤波和频率管理电路232用于接收误差信号ERR，并提供频率表示的信号FREQ。在一具体实施中，滤波和频率管理电路232还用于接收范围控制信号MAX和MIN以定义调整范围。例如，滤波和频率管理电路232可用于同步取样误差信号，并对被取样的数值遵照(举例说明，调整频率表示的信号FREQ)在由范围控制信号MAX和MIN定义的调整范围之内进行处理。
范围控制器234用于提供范围控制信号MAX和MIN给滤波和频率管理电路232，用以定义调整范围。例如，范围控制信号MAX和MIN可用在滤波和频率管理电路232中来决定误差信号ERR的一个具体取样为起作用的有效值还是应该被忽略的界外值。
范围控制器234进一步用于根据误差信号ERR的取样和频率表示信号FREQ的取样中的任一个来周期性地更新范围控制信号MIN和MAX。例如，范围控制器234用于在每N个误差信号取样后更新范围控制信号。在具体实施中，N为16。然而，N也可以时4和/或任何其它的合适的数值。范围控制器234可用于单独地或一起更新范围控制信号的MAX和MIN。
在具体实施中，范围控制器234用于定义范围控制信号MAX和MIN，如此使得在N个取样外的一个被认为在所定义的调整范围之外。然而，其它方法也可使用。例如，范围控制器234可以计算所有取样或者先前的调整范围内的取样的差值或标准偏差。而在另一实施例中，范围控制器234可以用于计算位于正中的频率，并提供范围控制信号MAX和MIN来定义位于正中的频率附近的调整范围。在具体实施中，这样的范围可以±2ppm到±8ppm。
平滑电路236用于接收频率表示信号FREQ和配置信号STEP_MAX，来提供频率控制信号FREQ_CTL。在具体实施中，假如频率表示信号FREQ通过小于由配置信号定义的最大步长的数量变化，平滑电路236还用于在单步中变化频率控制信号FREQ_CTL。如果频率表示信号FREQ的变化大于最大步长，那么平滑电路可以在多步中变化频率控制信号FREQ_CTL，且每步由延迟时间分隔开。延迟时间和最大步长可被选择来平衡回路延迟的效应以抵御接收机时钟信号RX_CLK的频率快速变化的影响。
图3为调整接收机时钟信号频率的流程300的逻辑图。处理过程300可通过图1中电路100或图2中的频率控制器230实现。此外，处理过程300也可以通过其它处理器、电路或不是这里所描述的处理器、电路或系统实现。
从开始框起，流程开始于步骤310，其中变量COUNT初始值为1。而后进入步骤320，在此步骤中接收到误差值，如，通过频率控制器130。进入步骤330，变量COUNT通过1增加。而后进入判定步骤340，将误差值和调整范围进行比较。如，频率控制器130可用于决定接收到的误差值是否在调整范围内。如上所述，调整范围可通过来自图2中的范围控制器234中的信号MAX和MIN来定义。然而，其它变量或信号也可以用来定义调整范围。假如误差值在调整范围之内，流程进入步骤350，调整接收机时钟信号RX_CLK的频率。如，接收机时钟信号RX_CLK的频率既可以在单步中调节也可以在多步中进行调节，而后进入判定步骤360。但是，如果在判定步骤340中，误差值不在调整范围之内，流程将绕过步骤350而直接进入判定步骤360。
在判定步骤360中，变量COUNT与常数N比较。常数N被选择来定义在步骤370中多久调整一次调整范围。在具体实施中，常数N为16。然而，任何其它适合的值都可以使用。如果变量COUNT与常数N相等，流程进入步骤370，如前所述调节调整范围。否则，流程回到310框中。
图4为用于调整接收机时钟信号频率的流程400的逻辑图。流程400可通过图1中的电路100或图2中频率控制器230来实现。此外，流程400也可以通过其它处理器、电路或不是这里所描述的处理器、电路或系统实现。
流程400与图3中的流程300中的情形类似。然而，在其它方面不同于流程300。例如，流程400在判定接收到的误差值是否在调整范围内之后增加变量COUNT。随后，在位于先前的调整范围内的N个误差值被接收后，调整范围在步骤470被调节。相反，流程300是在接收到N个误差值后调节调整范围的，不管这些接收到的误差值是否在先前的调整范围内。
图5为图1中解调电路100具体实施和图2中频率控制器230的运行图解。虽然图5是关于这些具体实施例的描述，但本发明并不限于这些具体实施例。其它频率控制器、电路、系统等此类也可以使用。同样地，本发明的别的实施例运行也可能与通过图5所描述的不同。
图5为随时间推移列图说明接收机时钟信号的频率。同样，图5也列图说明对不同功能有着多个时域的同步频率控制器的运行。例如，持续时间TADJ_R表示调整范围调节之间的时间，时间TER表示误差信号ERR取样周期，时间TADJ表示平滑电路236的时间常数。在该图中，圆(如510、515、520、525、535等)表示被调制信号RX载波频率的取样值。至于本图例中，这些取样值表示接收机时钟信号RX_CLK的理想值。
在时间505开始，接收机时钟信号RX_CLK的频率开始在调整范围FRANGE1的中点，如该中点由范围控制信号MAX和MIN定义。当接收到取样510，因取样510位于调整范围FRANGE1之外，故电路100并不调节接收机时钟信号。接下来，取样515在调整范围之内，但离接收机时钟信号RX_CLK的当前频率比离最大步长FSTEP_MAX要远。随后，电路100对取样515通过FSTEP_MAX调节接收机时钟信号。在延迟时间TADJ之后，电路100完成了调节。
取样520和525也都在调整范围FRANGE1内，离最大步长FSTEP_MAX比离接收机时钟信号RX_CLK的当前频率要近些。随后，电路100在单步执行中对这些取样调节接收机时钟信号RX_CLK的频率。在时间530时，电路100接受到一定数量的取样，并触发一对调整范围的调节过程得到FRANGE2。在这个具体实施例中，因为在取样515、520和525之间有限的变化或因为仅有一个取样510在调整范围FRANGE1之外，调整范围FRANGE2要比调整范围FRANGE1小。
继续，因为取样535和540位于调整范围FRANGE2之外，电路100并不为它们调节接收机时钟信号的频率。然后电路100用单步为取样545调节接收机时钟信号RX_CLK的频率，和用多步为取样550调节接收机时钟信号RX_CLK的频率。在时间555，电路100也调节调整范围至FRANGE3。在本实施例中，因为在时间530和555之间较大的取样变化或因为两个取样在调整范围FRANGE2之外，故调整范围FRANGE3被制为大于调整范围FRANGE2。
而后，电路100为取样560、565、570和575调整接收机时钟信号RX_CLK的频率。

Claims (10)

1.一种用于解调被调制信号的电路，其特征在于，包括：
解调器，用于接收被调制信号，接收接收机时钟信号，和至少部分地根据所述被调制信号和所述接收机时钟信号提供接收到的数据信号；
频率偏置估计器，用于估计所述被调制信号的频率和所述接收机时钟信号的频率之间的偏移量，并至少部分地根据所估计的偏移量提供误差信号；
频率控制器，用于接收所述误差信号，并提供频率控制信号以至于当所述误差信号位于调整范围之外时维持所述频率控制信号的值；
振荡器，用于接收所述频率控制信号，并提供接收机时钟信号使得所述接收机时钟信号的频率至少部分地根据所述频率控制信号。
2.按照权利要求1所述的电路，其特征在于：所述频率控制器还用于同步取样所述误差信号的数值，并至少部分地根据位于所述调整范围内的每个取样控制所述频率控制信号。
3.按照权利要求2所述的电路，其特征在于：所述频率控制器还用于限制所述频率控制信号的变化率。
4.按照权利要求1所述的电路，其特征在于：所述频率控制器还用于同步取样所述误差信号的数值，并至少部分地根据所述误差信号的多个取样调节所述调整范围。
5.按照权利要求4所述的电路，其特征在于：所述多个取样中的每个取样在所述调整范围之内。
6.按照权利要求1所述的电路，其特征在于，所述频率控制器包括：
滤波和频率管理电路，用于接收所述误差信号，并提供频率表示信号以至于当所述误差信号位于所述调整范围之外时维持所述频率表示信号的值；
平滑电路，用于接收频率表示信号；提供所述频率控制信号；如果所述频率表示信号表示所述频率控制信号的变化小于或等于最大步长，所述平滑电路用于在单步中变化所述频率控制信号；如果所述频率表示信号表示所述频率控制信号的变化大于最大步长，所述平滑电路用于在多步中变化所述频率控制信号。
7.按照权利要求1所述的电路，其特征在于，所述频率控制器包括：
滤波和频率管理电路，用于接收所述误差信号，并提供频率表示信号以至于当所述误差信号位于所述调整范围之外时维持所述频率表示信号的值；
范围控制器，用于定义所述调整范围。
8.一种用于解调被调制信号的电路，其特征在于，包括：
用于产生接收机时钟信号的装置；
用于至少部分地基于所述接收机时钟信号从被调制信号信号中解调数据成分的装置；
用于估计所述接收机时钟信号的频率和所述被调制信号的频率之间偏移量的装置；
用于当所述偏移量位于调整范围之外时保持所述接收机时钟信号的频率的装置；
用于至少部分地根据所述偏移量调节所述调整范围的装置；
用于当所述偏移量在调整范围之内且所述偏移量代表的所述接收机时钟信号频率的变化小于或等于最大步长时在单步中改变所述接收机时钟信号的频率的装置；
用于当所述偏移量在调整范围之内且所述偏移量代表的所述接收机时钟信号频率的变化大于最大步长时在多步中改变所述接收机时钟信号的频率的装置。
9.一种用于解调被调制信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
接收第一误差值，所述第一误差值代表在第一个时间被调制信号的频率和在第一个时间接收机时钟信号的频率之间的第一偏移量；
当所述第一误差值在调整范围内时，改变所述接收机时钟信号的频率；当所述第一误差值不在调整范围内时，保持所述接收机时钟信号的频率；
接收第二误差值，所述第二误差值代表在第二个时间所述被调制信号的频率和在第二个时间所述接收机时钟信号的频率之间的第二偏移量；
至少部分地根据所述第一误差值和所述第二误差值调节所述调整范围。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述改变所述接收机时钟信号的频率包括：
如所述误差信号值代表的所述接收机时钟信号的频率的变化大于最大步长，限制所述接收机时钟信号频率的变化率。
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