CN1153359C - 特别用于无线电数据处理系统的调频接收机 - Google Patents

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Abstract

一种FM接收机包括：能够接收来自发射机的高频信号的天线(2)；高频级(3)；振荡器(5)；能够提供具有中频(fIF)的信号(S6)的混频器单元(30)；FM解调级(8)和自动频率控制级(36)，后者能够控制振荡器，以便保持所述信号(S6)的所述中频恒定(fIF)。这种接收机还包括锁定环路(32)，后者被安排来根据存在于解调的信号中的导频(fP)而控制所述中频(fIF)。这样的锁定环路的一个优点是：中频被这样控制，以致混叠现象不妨碍对包含RDS数据的信号的解调。

Description

特别用于无线电数据处理系统的调频接收机
技术领域
本发明涉及可以接收发射机发送的高频电信号的调频接收机(以下称“FM”接收机)领域，特别用于无线电数据系统(RDS)应用。
背景技术
参考本说明书中的图1，法国专利No.2705176公开了一种传统的FM接收机1，它包括天线2、高频级(RF)3、混频器4、本地振荡器5、中频(IF)滤波器6、放大器/限幅器7、FM解调级8和自动频率控制(AFC)级9。
天线2接收具有包含在FM传输频带(即在88和108MHz之间)中的频率的电信号，并向RF级3提供相应的电信号。
RF级3调谐到预定发射机的载波频率fC，以便响应来自天线的电信号而提供放大的电信号，该电信号具有包含在以频率fC为中心的频带中的频率。
混频器4接收来自RF级3的电信号以及来自本地振荡器5的电信号，将这些电信号复合，并向中频滤波器6提供调制在中频fIF的电信号，后者通常选择在约等于70kHz。
IF滤波器6被安排来接收调制在频率fIF的电信号，并且随之而提供以中频fIF为中心的频带中的电信号。
放大器/限幅器7接收来自中频滤波器6的电信号，限制其幅值以便消除任何调幅(AM)成分，并且随之而提供这种放大/限幅后的电信号。
FM解调级8解调来自放大器/限幅器7的电信号，并且向音频放大器(图1中未示出)提供解调的电信号。
AFC级9允许随解调器8连续输出电信号的变化而对本地振荡器5的电信号的频率fLO进行细调，以便保持中频fIF恒定。
诸如图1示出的FM无线电接收机的一个问题在于：当调制频率(即消息电信号的频率)大于中频fIF的一半时，由于混叠会出现相当大的失真。
混叠失真问题特别出现在使用频分复用的传输系统中，在欧洲，在FM广播的情况下、特别对于RDS应用，情况就是这样。的确，这样的失真结果可能使对RDS数据的解码变得不可能。
本说明书的图2示出在RDS应用期间FM接收机1中给出的电信号的频谱分布。在立体声中，音频数据被调制在38kHz的副载波，而以通过相移(PSK调制)调制在57kHz的副载波上的低幅值电信号的形式提供对应于RDS数据的其它数据。再参考图1，为了允许对RDS数据解码，FM解调级8的输出带宽必须至少为60kHz。的确，假设使用的中频fIF大约为70kHz，则音频数据和RDS数据可能通过混叠而混合。
对频率混叠问题的第一种传统的解决方案是使用较高频率fIF。美国专利No.4885802公开了一种实行这种解决方案的FM接收机。
这样的FM接收机的一个不足是：它需要使用附加装置来滤除RF电信号的镜频响应，这还增加了电功耗。
这样的FM接收机的另一个不足是：可使用的最大中频受镜频抑制并受FM广播频带中信道或发射机间隔的影响。因此不能简单地通过增加FM接收机的中频fIF来改善解调的电信号的音频带宽。
对频率混叠问题的第二种传统的解决方案是向解调级提供具有比中频fIF更高频率的电信号。
参考本说明书的图3，美国专利No.5483695公开了实行这样的解决方案的FM接收机。下面将指出，在图3中，与图1中相同的对象用相同的参考符号指明。FM接收机20还包含可以产生n个中频fIF电信号的电信号发生电路24和乘法器电路28，后者可以将所述n个电信号相乘以便提供调制在n倍于中频fIF的频率的电信号。
FM接收机20的一个不足是：它需要产生相位正交且频率等于中频fIF的电信号，这显著地增加了电功耗。
发明内容
本发明的目的是提供用于RDS应用场合的克服了混叠问题的无线电接收机，特别是能够提取出存在于所述接收机接收的无线电频率电信号中的RDS数据的FM无线电接收机。
本发明的另一个目的是提供响应半导体工业中关于低电功耗的通常准则的FM无线电接收机。
本发明的又一个目的是提供响应半导体工业中关于合理性和表面占用的通常准则的集成电路形式的FM无线电接收机。
这些目的，还有其它一些目的，是通过能够接收来自发射机的高频电信号的FM接收机来实现的，所述接收机包括：天线，用以接收所述高频电信号并提供表示所述接收的电信号的第一电信号；高频级，用以提供相对于所述第一电信号被放大并具有包含在以所述发射机的载频(fC)为中心的频带内的频率的第二电信号；振荡器，用以响应控制电信号而提供第三电信号；混频器单元，用以以具有中频(fIF)频率的第四电信号的形式提供所述第二和第三电信号的乘积；和FM解调级，用以解调所述第四电信号并提供第五电信号；所述接收机具有以下特征：它还包括锁定环路，所述锁定环路被安排来根据存在于所述第五电信号中的导频(fP)而控制所述中频(fIF)，所述锁定环路包括自动频率控制级，用以响应所述第五电信号而向所述振荡器提供所述控制电信号，以便保持所述第四电信号的所述中频(fIF)恒定。
其中所述锁定环路还包括：锁相环滤波器，用以响应第五电信号而提供具有所述导频(fP)的第六电信号；所述自动频率控制级响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号和具有导频(fP)的所述第六电信号而提供所述控制电信号，使得根据所述导频(fP)将所述中频(fIF)的平均值控制在预定值。
所述锁相环滤波器具有所确定的频带并且能够提供具有所述导频(fP)和高信噪比的所述第六电信号。
所述自动频率控制级包括：第一分频器，用以响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号(S6)而提供具有第一频率(fIF/N)的第七电信号，所述第一频率(fIF/N)等于所述中频除以第一整数(N)；相位和频率比较器，用以响应具有所述第一频率(fIF/N)的所述第七电信号和具有所述导频(fP)的所述第六电信号而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述导频(fP)之间的频率差的第八电信号；和环路滤波器，用以响应所述第八电信号而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述导频(fP)之间的频率差的所述控制电信号，使得所述中频(fIF)的平均值被控制在等于所述导频(fP)和所述第一整数(N)的乘积的预定值(N·fP)。
所述自动频率控制级包括：第一分频器，用以响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号而提供具有第一频率(fIF/N)的第七电信号，所述第一频率(fIF/N)等于所述中频除以第一整数(N)；第二分频器，用以响应具有所述导频(fP)的所述第六电信号(S8)而提供具有第二频率(fP/M)的第九电信号，所述第二频率(fP/M)等于所述导频(fP)除以第二整数(M)；相位和频率比较器，用以响应具有所述第一频率(fIF/N)的所述第七电信号和具有所述第二频率(fP/M)的所述第九电信号而提供表示所述第一频率和所述第二频率之间的频率差的第八电信号；和环路滤波器，用以响应所述第八电信号而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述第二频率(fP/M)之间的频率差的所述控制电信号，使得所述中频(fIF)的平均值被控制在第二预定值(N/M·fP)，所述第二预定值(N/M·fP)等于所述导频(fP)与所述第一整数(N)的乘积再除以所述第二整数(M)。
所述锁定环路还包括频率锁定环滤波器，所述频率锁定环滤波器被安排来接收所述第五电信号并随之向所述振荡器提供第十电信号，以便减小所述第四电信号的偏差。
所述混频器单元包含串联的混频器、中频滤波器和放大器/限幅器。
所述导频fP等于19kHz。
这样的接收机的锁定环路配置的一个优点是：中频fIF服从于预定的值，使得混叠现象不妨碍对存在于接收机接收的无线电频率电信号中的RDS数据的解码。
这样配置的另一个优点是：接收机可以以低的中频工作，而不必使用高的频率值或倍频。这导致低的电功耗，例如允许这一类型的FM接收机用于RDS应用场合。
除其它的外，本发明的这些目的、特征和优点在阅读了参考附图对仅作为例子给出的本发明的最佳实施例的详细说明后将显得更加清楚。
附图说明
图1示出第一个传统的FM接收机；
图2示出在RDS应用期间存在于图1的FM接收机中的电信号的频谱分布；
图3示出第二个传统的FM接收机；
图4示出按照本发明的FM接收机的最佳实施例；
图5详细地示出图4的FM接收机的电路；
图6详细地示出图4的FM接收机的另一个电路；
图7A到7C示出RDS应用期间存在于图4的FM接收机中的电信号的频谱分布，它们分别对应于三个不同的预定值；
图8示出图6电路的一种改进。
具体实施方式
参考图4，将描述按照本发明的FM接收机的最佳实施例。下面将指出，在图4中，参考符号29表示这样的一种接收机，并且与图1中相同的对象已经用相同的参考符号表示。
FM接收机29包括天线2、本地振荡器5、混频器单元30、解调级8和自动频率控制(AFC)级36。下面将指出，这种类型的接收机能够做在需要提供RDS数据的装置中，例如在诸如手表的时计中。
天线2包括连接到RF级3的输出端子2a。天线2安排成能够接收其频率被包含在FM传输频带(即在88和108MHz之间)中的电信号，并且，随之经由端子2a提供表示接收的电信号的电信号S1。
本地振荡器5包括两个输入端子5a和5b以及一个连接到混频器单元30的输出端子5c。安排本地振荡器5来提供下文将更详细描述的电信号S3。
混频器单元30包括连接到RF级3的输出端子3b的输入端子30a、连接到本地振荡器5的输出端子5c的输入端子30b、和连接到解调级8的输出端子30c。安排混频器单元30来响应电信号S2和S3而提供中频fIF的电信号S6。
最好通过把混频器4、中频滤波器6和放大器/限幅器7串联连接而构成混频器单元30，如图5所示。
混频器4包括连接到混频器单元30的相应的端子30a和30b的两个输入端子4a和4b，以及连接到中频滤波器6的输出端子4c。混频器4被安排成能够：经由端子4a接收电信号S2；经由端子4b接收电信号S3；将电信号S2和S3彼此相乘；经由端子4c提供电信号S4，使得后者被调制在中频fIF。作为例子，选择中频大约为70kHz。
中频滤波器6包括连接到混频器4的输出端子4c的输入端子6a、和连接到放大器/限幅器7的输出端子6b。中频滤波器6被安排成能够经由端子6a接收电信号S4，并且随之提供位于以中频fIF为中心的频带内的电信号S5。
放大器/限幅器7包括连接到中频滤波器6的输出端子6b的输入端子7a、和连接到混频器单元30的输出端子30c的输出端子7b。放大器/限幅器7被安排成能够经由端子7a接收电信号S5、限制该电信号的幅值以便消除由此产生的任何AM成分，并且随之经由端子7b提供电信号S6。
再次参考图4，FM解调级8包括连接到放大器/限幅器7的输出端子7b的输入端子8a、和连接到音频放大器(图4中未示出)的输出端子8b。FM解调级8被安排成能够经由端子8a接收电信号S6、解调该电信号并且随之提供代表解调后的电信号S6的电信号S7。
应当注意，美国专利No.5,808,510公开了解调级8的实施例。
AFC级36包括连接到放大器/限幅器7的输出端子7b的输入端子36a、和连接到本地振荡器5输入端子5b的输出端子36c。AFC级36被安排成允许对本地振荡器5的电信号S3的频率fLO进行细调，以便保持中频fIF恒定，如下文中将更详细描述的那样。
FM接收机29还包含锁定环路32，后者被安排来根据导频fP控制中频fIF。我们记得：这样的频率总是可以在FM多路复用电信号中得到，并且允许重构在立体声FM接收机中被消除的载波。在本说明书的范围内，导频fP存在于电信号S7中，并且通常等于19kHz。
为了这一目的，锁定环路32包括锁相环(PLL)滤波器34和AFC级36。
滤波器34包括连接到解调级8的输出端子8b的输入端子34a、和连接到AFC级36的输出端子34b。滤波器34被安排来经由端子34a接收电信号S7，并且随之经由端子34b提供其频率基本上与导频fP相等的电信号S8。
滤波器34可以由具有这样确定的带宽的锁相环(PLL)构成，以便能够提供具有导频fP和高信噪比(SNR)的电信号。这可以提供稳定的参考频率，能够执行AFC功能，而不必利用能够提供参考频率的附加装置。
AFC级36包括连接到滤波器34的输出端子34b的输入端子36b。AFC级36被安排成能够接收具有中频fIF的电信号S6和具有导频fP的电信号S8，并且随之提供能够控制本地振荡器5的电信号S9(即提供具有频率fLO的电信号S3)，使得中频fIF具有被控制在预定值的平均值，如下文中描述的那样。
图6详细示出AFC级36的实施例，它包括第一分频器38、相位和频率比较器40和环路滤波器42。
分频器38包括连接到AFC级36的输入端子36a的输入端子38a、和连接到比较器40的输出端子38b。分频器38被安排成能够经由端子38a接收具有频率fIF的电信号S6，并且随之经由端子38b提供其频率等于fIF/N的电信号S11，其中N是整数。
比较器40包括连接到分频器38的输出端子38b的输入端子40a、连接到AFC级36的输入端子36b的输入端子40b、和连接到滤波器42的输出端子40c。比较器40被安排成能够经由端子40a和40b接收具有fIF/N频率的电信号S11和具有导频fP的电信号S8、将S11和S8彼此比较并且随之经由端子40c提供误差电信号S12，后者与频率fIF/N和fP之间的频率差成正比。
滤波器42包括连接到比较器40的输出端子40c的输入端子42a、和连接到AFC级36的输出端子36c的输出端子42b。滤波器42被安排成能够经由端子42a接收电信号S12，并且随之经由端子42b提供表示频率fIF/N和fP之间的频率差的电信号S9。
参考图4到6，本质上，当环路32锁定时，中频fIF于是具有基本上等于N·fP的平均值，该值对应于所述预定值，后者使得可以对包含RDS数据的电信号进行解码。
纯碎为了举例说明，现将描述表示三个频率范围的三种情况，其中可以这样选择所述预定值，以便可以对包含RDS数据的电信号进行解码。将再次参考图2并且涉及相应的图7A到7C来描述这三种情况，图7A到7C分别示出对于三种不同预定值的包含RDS数据和的频率fIF的电信号频谱分布。
参考图7A，让我们考虑第一种情况，其中这样选择所述预定值，使得频率fIF被控制在76kHz，取与图2有关的列举的值。
参考图7B，让我们考虑第二种情况，其中这样选择所述预定值，使得频率fIF被包含在72kHz和73.5kHz之间，取与图2有关的列举的值。
参考图7C，让我们考虑第三种情况，其中这样选择所述预定值，使得频率fIF被包含在78.5kHz和80kHz之间，取与图2有关的列举的值。
这样，在上述的三种情况下，在包含RDS数据的电信号的频谱分布和音频数据的频谱分布之间没有重叠，所以混叠现象不妨碍对包含RDS数据的电信号的解调。
对于本领域的技术人员，不用说，上述描述可能经历各种修改，而不脱离本发明的范围。
作为改进，再次参考图4，接收机29可以包括高频(RF)级3，后者包括连接到天线2的输出端子2a的输入端子3a和连接到混频器单元30的输出端子3b。RF级3被安排成能够经由端子3a接收电信号S1，并且随之经由端子3b提供放大的电信号S2，后者具有被包含在以预定发射机载频fC为中心的频带内的频率。
RF级3的这种配置的一个优点是：它显著地提高了接收机29的灵敏度，使得后者可以工作在低幅值的RF电信号下。
另外，作为改进，再次参考图4，接收机29可以包括频率锁定环路(FLL)31，后者包括连接到解调级8的输出端子8b的输入端子31a和连接到本地振荡器5的输入端子5a的输出端子31b，前者用以接收电信号S7，后者用以提供电信号S10。
FLL滤波器的这种配置的一个优点是：可以减小电信号S6的偏差。
另外，作为改进，再次参考图8，AFC级36还可包含第二分频器44。应当注意，在图8中，与图6中相同的对象已用相同的参考符号表示。
如图8所示，分频器44包括连接到AFC级36的输入端子36b的输入端子44a和连接到比较器40的输入端子40b的输出端子44b。分频器44被安排成能够经由端子44a接收具有导频fP的电信号S8，并且随之经由端子44b提供频率等于fP/M的电信号S13，其中M是整数。
参考图4和8，本质上，当环路32锁定时，中频fIF于是具有基本上等于N/M·fP的平均值。
分频器44的这种配置的一个优点是：提高了锁定环路32的分辨率。作为例子，如果M＝19，则可以按步长1kHz调整中频fIF。

Claims (8)

1.一种能够接收来自发射机的高频电信号的FM接收机(29)，所述接收机包括：
-天线(2)，用以接收所述高频电信号并提供表示所述接收的电信号的第一电信号(S1)，
-高频级(3)，用以提供相对于所述第一电信号被放大并具有包含在以所述发射机的载频(fC)为中心的频带内的频率的第二电信号(S2)，
-振荡器(5)，用以响应控制电信号(S9)而提供第三电信号(S3)，
-混频器单元(30)，用以以具有中频(fIF)频率的第四电信号(S6)的形式提供所述第二电信号和第三电信号的乘积，和
-FM解调级(8)，用以解调所述第四电信号并提供第五电信号(S7)，
所述接收机的特征在于它还包括锁定环路，所述锁定环路被安排来根据存在于所述第五电信号(S7)中的导频(fP)而控制所述中频(fIF)，
所述锁定环路包括自动频率控制级(36)，用以响应所述第五电信号(S7)而向所述振荡器提供所述控制电信号，以便保持所述第四电信号(S6)的所述中频(fIF)恒定。
2.按照权利要求1的接收机(29)，其特征在于所述锁定环路(32)还包括：
-锁相环滤波器(34)，用以响应第五电信号(S7)而提供具有所述导频(fP)的第六电信号(S8)，
所述自动频率控制级(36)响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号(S6)和具有导频(fP)的所述第六电信号(S8)而提供所述控制电信号，使得根据所述导频(fP)将所述中频(fIF)的平均值控制在预定值。
3.按照权利要求2的接收机(29)，其特征在于：所述锁相环滤波器(34)具有所确定的频带并且能够提供具有所述导频(fP)和高信噪比的所述第六电信号(S8)。
4.按照权利要求2的接收机(29)，其特征在于所述自动频率控制级(36)包括：
-第一分频器(38)，用以响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号(S6)而提供具有第一频率(fIF/N)的第七电信号(S11)，所述第一频率(fIF/N)等于所述中频除以第一整数(N)，
-相位和频率比较器(40)，用以响应具有所述第一频率(fIF/N)的所述第七电信号(S11)和具有所述导频(fP)的所述第六电信号(S8)而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述导频(fP)之间的频率差的第八电信号(S12)，和
-环路滤波器(42)，用以响应所述第八电信号(S12)而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述导频(fP)之间的频率差的所述控制电信号(S9)，使得所述中频(fIF)的平均值被控制在等于所述导频(fP)和所述第一整数(N)的乘积的预定值(N·fP)。
5.按照权利要求2的接收机(29)，其特征在于所述自动频率控制级(36)包括：
-第一分频器(38)，用以响应具有所述中频(fIF)的所述第四电信号(S6)而提供具有第一频率(fIF/N)的第七电信号(S11)，所述第一频率(fIF/N)等于所述中频除以第一整数(N)，
-第二分频器(44)，用以响应具有所述导频(fP)的所述第六电信号(S8)而提供具有第二频率(fP/M)的第九电信号(S13)，所述第二频率(fP/M)等于所述导频(fP)除以第二整数(M)，
-相位和频率比较器(40)，用以响应具有所述第一频率(fIF/N)的所述第七电信号(S11)和具有所述第二频率(fP/M)的所述第九电信号(S13)而提供表示所述第一频率和所述第二频率之间的频率差的第八电信号(S12)，和
-环路滤波器(42)，用以响应所述第八电信号(S12)而提供表示所述第一频率(fIF/N)和所述第二频率(fP/M)之间的频率差的所述控制电信号(S9)，使得所述中频(fIF)的平均值被控制在第二预定值(N/M·fP)，所述第二预定值(N/M·fP)等于所述导频(fP)与所述第一整数(N)的乘积再除以所述第二整数(M)。
6.按照权利要求1的接收机(29)，其特征在于所述锁定环路(32)还包括频率锁定环滤波器(31)，所述频率锁定环滤波器(31)被安排来接收所述第五电信号(S7)并随之向所述振荡器(5)提供第十电信号(S10)，以便减小所述第四电信号(S6)的偏差。
7.按照权利要求1的接收机(29)，其特征在于所述混频器单元(30)包含串联的混频器(4)、中频滤波器(6)和放大器/限幅器(7)。
8.按照权利要求1的接收机(29)，其特征在于所述导频(fP)等于19kHz。
CNB001316419A 1999-10-06 2000-10-08 特别用于无线电数据处理系统的调频接收机 Expired - Fee Related CN1153359C (zh)

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