CN1085482C - 在数字无绳电话中的发射/接收信号处理电路 - Google Patents

在数字无绳电话中的发射/接收信号处理电路 Download PDF

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Abstract

数字无绳电话中的发射/接收信号处理电路，具有用于变换通过话筒输入的信号的发射装置和用于变换在天线接收的信号的接收装置，在时分制的通讯系统中，所述电路包括：频率合成器，它又包括：第一PLL装置，合成频道变换的基准频率；开关装置，提供接收器的第二本机振荡器信号，和用于提供所述基准频率的倍数信号；和第二PLL装置，用于输出在所述发射/接收模式下的发射/接收频率。

Description

在数字无绳电话中的发射/接收信号处理电路
本发明涉及数字无绳通信装置中的发射/接收信号处理电路，尤其涉及适用于高速切换的包括有鉴频解调器和由外差锁相环路(下文称为PLL)构成的频率合成的本机振荡器的发射/接收信号处理电路。
在近来普及的数字无绳通信装置中，数字型的第二代无绳电路(CT2)，在80年代后期问世，在90年代早期已为公众所熟知，它是具有频分多址联接-时分双工(下文称为“FDMA-TDD”)方法的数字无绳电路。
图1是在数字无绳电话中的采用发射频率混合变换系统的一种传统的发射/接收信号处理电路。英国的GPT有限公司已采用上述的发射/接收信号处理电路，和美国的MOTOROLA公司也已采用具有与以上电路类似的系统的电路。
图1中标号1指天线，标号2指带通滤波器(BPF)，标号3指发射器/接收器开关，标号4指低噪声接收器放大器，标号5指射频带通滤波器，标号6指第一接收器混频器，标号7指第一中频(IF)接收器带通滤波器，标号8指第二接收器混频器，标号9指接收器本机振荡器(LO)，标号10指第二IF接收器带通滤波器，标号11指IF放大器，标号12指解调器，标号13指低通滤波器(LPF)，标号14指数据限幅器，标号15指基准频率晶体振荡器，标号16指接收器频率合成器，标号17指(电)压控(制)振荡器(Vco)，标号18指用于接收回路的接收缓冲放大器，标号19指用于发射回路的发射缓冲放大器，标号20指发射偏移本机振荡器，标号21指放大器/乘法器级，标号22指发射偏移IF带通滤波器，标号23指发射器混频器，标号24指发射频率带通滤波器，标号25指发射器功率放大器。
在图1所示的收发机信号处理器中，具有基准频率晶体振荡器15，收发机频率合成器16和VCO 17的单个PLL频率合成器(A)用作发射器和接收器部分两者的第一本机振荡器。
然而，在图1所示的收发机信号处理器中，单个的PLL频率合成器(A)的最大相位比较频率不能超过频道之间的差频，由于环路的通频带宽远比其小(一般为十分之一或更小)因此环路的锁定(稳定)时间相当长，因为它反比于环路带宽。也就是说，由于锁定时间远比保护时间(guard time)(在FDMA-TDD的发射帧和接收帧之间的延迟时间)大是必须的，由于在发射和接收状态之间的负载波动引起的不希望有的频率瞬变不能在保护时间内得到恢复(相对于它们接着发生的消除)。因此，为了改善在负载和振荡之间的隔离性能而采用的缓冲放大器19和18的负担变得更大，这不适用于高频电路和造成较低的效率。
而且，由于上述问题导致在发射期间不可能进行频率切换，发射器混频器23将第二发射器本机振荡器20的输出频率与发射器中频混频，以输出所需要频率的信号。此时，由于发射器混频器23的有损耗的变换，发射器功率放大器25的增益应该较大。因此，当使用多级发射器功率放大器时功率损耗变得很大。
加之，由于发射器混频器23的输出包括许多谐波和互调分量，故多级带通滤波器24具有高损耗，这引起设计方面的一些问题。
而且，由于上述诸问题引起的高频电路的负担降低了半导体电路的集成效率，生产率更差。另外，也就难以减小芯片尺寸和成本。
同时，图2表示用于数字无绳电话的另一种传统收发机的信号处理器，它采用双PLL方法，用于合成外差的发射器/接收器频率，在图2中，与图1相同元件标以相同的标号，并因而省略有关说明。
参阅图2，标号26指受电压变化的晶体振荡器，标号27指第一倍频器，标号28指带通滤波器，标号29指第二倍频器，标号30指基准频率晶体振荡器，标号100指发射机PLL，标号110指接收机PLL，标号200指用于在发射器和接收器频率之间高速切换的外差PLL。此处，发射器PLL 100包括发射器频率合成器31，发射器VCO 32，和缓冲放大器33；接收器PLL 110包括接收器频率放大器36；和外差PLL 200包括相位比较器38，环路低通滤波器39，收发机VCO 40，缓冲放大器41，混频器42和低通滤波器43。标号37指第二发射机/接收机开关。
然而，由于上述外差锁相环收发机方法采用一种鉴频方法，其中，在解调器12中一频率被解调，将第二中频本身(不可能为0Hz)与经相移90°的该频率相乘，在所要求的发射机频率处产生与接收器的第二中频对应的偏移。
此时，假如该偏移设置为0Hz，由于通过乘以第一倍频器27中电压变化的晶体振荡器26的输出信号而获得的信号与接收机的第一中频(这是弱的频率分量)相重合，接收灵敏度受破坏。这样，不可能将实际偏移设置为0Hz。
因此，图2的收发机信号处理器配置有分开的发射器PLL 100和接受器PLL 110。于是，外差PLL 200的频率信号通过发射器/接收器开关37被发射或接收。此时，由于上述二个频率信号通过发射器/接收器开关37被交替选择，故存在与由图1的收发机信号处理器所产生的同样问题。
加之，由于使用二个PLL电路，该电路是复杂的，发射和接收频道的分频速率数据应该是分开输入的。而且，由于二个频率是以与第二IF频率相等间隔产生的，发射器VCO 32和接收器VCO 35可能互为差频。
因此，本发明的一个目的是提供一种免受上述问题困扰的发射/接收信号处理电路。
本发明的另一目的是提供一种可以具有经改进的发射装置电路和功率效率和解决频率漂移问题的发射/接收信号处理电路。
为了达到这些和其他目的，在数字无绳装置设置有依照本发明的一种发射/接收信号处理单元。在数字无绳通信装置中的该发射/接收信号处理单元具有发射单元和接收单元，发射单元用于对通常话筒输入的信号进行变换，然后将经变换的信号通过天线发射至电话，在通信系统中该单元使用时分制，通过将单个频道划分为具有恒定时间的发射和接收来进行通信，而接收单元用于对天线接收的信号进行变换，然后将经变换的信号传输给用户，所述信号处理单元还由频率合成器组成，其中频率合成器包括：用于合成供频道变换用的基准发射频率的第一PLL装置，用于提供从接收装置导出的接收器第二本机振荡信号作为接收模式中的外差源，和用于提供基准发射频率的倍频信号作为发射模式中的外差源的开关装置，和连接在第一PLL装置和接收装置之间的第二PLL装置，用于接收外差源，以输出发射/接收模式下的发射/接收频率。
根据本发明，数字无绳通信装置中的一种发射/接收信号处理电路，具有用于变换通过话筒输入的信号然后通过天线将变换后信号发射为无线电波的发射装置和用于变换在天线接收的信号和此后将变换的信号传输给用户的接收装置，在通过将单频道划分为具有恒定时间的发射和接收进行通信的利用时分制的通讯系统中，所述电路包括：频率合成器，其中所述频率合成器包括：
第一锁相环，用于合成频道变换的基准频率；
开关部件，用于提供从所述接收装置导出的接收器的第二本机振荡器信号，作为接收模式下的外差源，和用于提供所述基准频率的倍频信号作为发射模式下的所述外差源；和
第二锁相环，连接在所述第一PLL装置和接收装置之间，用于接收所述外差源，以输出在所述发射/接收模式下的发射/接收频率。
通过参阅结合附图的以下详细说明，对本发明的更全面的评价，
其许多伴随的优点将因更好的理解了本发明而显而易见，在附图中相同标号指示相同或类似的元件，附图中：
图1是说明在数字无绳电话中采用发射频率混合变换系统的一种传统的发射/接收信号处理电路的方块图。
图2是说明在数字无绳电话中采用发射/接收频率变换系统的外差双锁相环的另一种传统发射/接收信号处理电路的方块图；和
图3是说明依照本发明的在数字无绳电话中采用鉴频解调器和包含-外差单锁相环的频率合成的本机振荡器的一种发射/接收信号处理电路的方块图。
图3是说明依照本发明的在数字无绳电话中采用鉴频解调器和由外差单锁相环构成的频率合成的本机振荡器的一种发射/接收信号处理电路的方块图。
由于数字无绳通讯装置划分为RF单元和基带单元，图3所示的部件可以被用作RF(射频)单元。作为RF单元的发射和/或接收信号处理电路包括方块101，第一锁相环120，第二锁相环130，和开关部件54。而且，在图3中还包括有天线1，发射器/接收器开关3，LNA4，BPF5，第一接收器混频器6，BPF7，LPF13，数据限幅器14，接收缓冲放大器18，LPF50，基准频率石英晶体振荡器51，倍频器52，BPF53，AMP(放大器)55，倍频器56，BPF57，和第一和第二功率AMP(放大器)400，401。
方块101作为鉴频解调器具有第一IF AMP102，第二IF混频器103，BPF104，106，第二IF AMP 105，107，乘法器108，移相器109，接收器第二LO 111和倍频器112。
用于变换频道的第一锁相环120包括分频器121，125，相位比较器122，LPF123和(电)压控(制)振荡器124。
用于高速切换发射/接收频率的第二锁相环130包括相位比较器136，LPF137，VCO131，隔离缓冲器132，混频器133，LPF134和AMP135。
发射/接收开关3和开关部件54分别从基带单元(未图示)接收开关控制信号C1和C2。
在发射模式下，发射/接收开关3的SW1响应开关控制信号C1的状态连接至第二功率AMP401，和响应开关控制信号C2的状态，开关部件54的SW22闭合，而开关部件54的SW11打开。
相反，在接收模式下，SW1连接至LNA4，以提供来自天线1的RF信号，和同样，SW22打开和SW11闭合。
因此，经过AMP55的倍频器112的输出频率在接收模式期间作为第二PLL 130的外差源使用，因而简化了RF单元的结构。
以下给出图3中无绳发射/接收信号处理电路的操作说明。
一般说，在作为频道分割分址联接和时分双工系统的FDMA-TDD系统中，由于射频载频在发射和接收时是彼此相等的，该系统的双向通讯作为接收和发射的是独立进行的，接收机必须有外差系统同时发射机必须有交流电流信号系统，以预定周期和给定的保护时间依次重复接收和发射，从而将来自用作收发机的第一本机振荡器的压控振荡器131的必须频率直接立即被发射，而无需混频的变换过程。那末，接收机和发射机必须在交流电流信号周期内分别按对于发射和接收来说的接收的第一中频的差被开关。同时，为了在给定短保护时间内使频率切换稳定，由压控振荡器131构成的第二PLL 130必须能被高速切换。
为了达到这目的，本发明使用第二锁相环130用于高速切换发射/接收频率，该锁相环130包括相位比较器136，LPF 137，压控振荡器131，缓冲器132，混频器133，LPF 134和放大器135。由于应该设定必须的最小频率，第二锁相环130的锁定时间反比于相位比较器136中被比较的频率。
然而，在FDMA-TDD系统中压控振荡器131的输出频率应该有与频道间隔一样大小的最小分辨率，因而使相位比较器136中被比较的频率限制为较低。
因此，为了使频率的预定间隔具有给定差值，必需有对于其本身频率不被切换的另一锁相环的一个频率合成器。这第一PLL 120由分频器121，125，相位比较器122，LPF 123和电压控制振荡器124组成。
为了形成外差第二锁相环130的相位比较器136中的被比较频率fh，压控振荡器131的输出经过缓冲器132在混频器133中与石英晶体振荡器51的基准频率的基准倍频信号混频。此后，混频后的频率分量中最低频率fh在低通滤波器134中被滤出，从而被通过AMP135加至相位比较器136。这样，第一锁相环120输出的频率通过比较器136与AMP135的输出进行相位比较，从而产生能高速开关的环路。
那末，假如认为频率fh有所要求的频道差，压控振荡器131的输出产生具有与图1所示单锁相环频率合成器相同分辨率的频率，从而将该频率提供给接收器第一频率混频器6和发射功率放大器400和401。
为了产生这样一个频率fh，压控振荡器124的输出通过第一锁相环120被合成具有所要求的分辨率。
为便于说明起见，假定以下各点。基准频率石英晶体振荡器51的频率称为fx，倍频器52的倍频比称为i，倍频器56的倍频比对发射称为m和对接收称为n，和发射/接收射频载波频率称为fc。而且，输入至第一接收器混频器6的第一本机振荡频率称为f(L01)，接收第一中频称为f(IF1)，输入至第二中频混频器103的第二本机振荡频率称为f(L02)。此外，倍频器112的倍频比称为W，接收器第二本机振荡器的，接收器基准信号发生器(111)的频率称为fx和压控振荡器124和放大器135的输出频率称为fh。
外差第二锁相环130中压控振荡器131受控于：在发射模式下以fc振荡和在接收模式下以f(L01)振荡。压控振荡器124和低通放大器135的输出频率fh在发射模式下等于fc-fx或fx-fc和在接收模式下等于f(L01)-fx或fx-f(L01)。假如接收器第二中频等于f(IF2)，则输出频率f(IF)等于：
f(IF1)-f(L02)＝f(IF1)-f(IF1)或
f(L02)-f(IF1)＝fx2×w-f(IF1)。
此式中，f(IF)＝fc-f(L01)＝f(L01)-fc。
由于倍频器56的输出既有倍频分量n又有倍频分量m，无需加以切换。而且，开关部件54在接收模式时位于BPF53和倍频器56之间，和压控振荡器131在fc附近的频带振荡。同时，开关部件54在接收模式时位于AMP55和倍频器56之间，和压控振荡器131变成在f(L01)附近的频带振荡。
在上述的方式下，发射模式时的外差源不同于接收模式时的外差源，因而根本上消除了发射和接收之间的干扰问题。倍频器57，缓冲器132和混频器133(其中插入了外差环路的高频)用于仅仅降低频率fh，因此它可以以较低的功率和简单的结构加以实施。
在数字无绳通讯装置中依照本发明的发射/接收信号处理电路使用外差环路，从而改进发射电路和功率效率并解决了频率漂移问题。
这里，外差源应用一个鉴频解调器101的第二本机振荡信号源，在发射模式下该外差源不同于接收模式下的该外差源，因而有单一基准环路已足够。所以，无需切换基准环路本身，其优点为可以根本上消除频率漂移问题。
而且，与多个基准环路相比，单个基准环路不会产生交叉调制。
此外，通过使用商售的成品部件易于实现该单基准环路。而且要将解调器功能和单基准环路功能集合在一块芯片上是不困难的，因为已被根本上消除了这二个环路之间的干扰，以及发射模式下仅通过基准频率石英晶体振荡器51便可产生每个必需的频率。因此，就有可以良好地调整某一频率的优点。(一般说，发射器的频率误差可受到相应的标准规定的限制)。
最后，还有一优点是由于用于频道变换的单基准频率合成环路得以实现，数据输入是简单的，并可减少频道变换时间，从而减小电池驱动终端在接收待机模式时的功率损耗。

Claims (3)

1.数字无绳通信装置中的一种发射/接收信号处理电路，具有用于变换通过话筒输入的信号然后通过天线将变换后信号发射为无线电波的发射装置和用于变换在天线接收的信号和此后将变换的信号传输给用户的接收装置，在通过将单频道划分为具有恒定时间的发射和接收进行通信的利用时分制的通讯系统中，所述电路包括：
频率合成器，其中所述频率合成器包括：
第一锁相环，用于合成频道变换的基准频率；
开关部件，用于提供从所述接收装置导出的接收器的第二本机振荡器信号，作为接收模式下的外差源，和用于提供所述基准频率的倍频信号作为发射模式下的所述外差源；和
第二锁相环，连接在所述第一PLL装置和接收装置之间，用于接收所述外差源，以输出在所述发射/接收模式下的发射/接收频率。
2.依照权利要求1的发射/接收信号处理电路，其特征在于：所述第二接收本机振荡信号用作接收模式下的外差源，从而简化所述锁相环的合成环路。
3.依照权利要求2的发射/接收信号处理电路，其特征在于：所述电路包括切换所述本机振荡器的振荡，而不切换所述基准频率合成环路，因而易于转换所述本机振荡器的发射/接收频率。
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