CN1246989A - 一种通信系统,通信装置和频率综合器 - Google Patents

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Abstract

所示频率综合器包括RF混频器装置,以及连接到该RF混频器装置的本地振荡器装置。本地振荡器装置包括连接到RF混频器装置的本地振荡器混频装置,以及连接到该本地振荡器混频器装置的频带和信道选择装置。这个原理允许该频率综合器按这样一种方式集成,其中功耗能够做得很低。同时,遵循要求的信号对噪声以及寄生对噪声的比。优点涉及在集成低功率通信设备中的应用。

Description

一种通信系统，通信装置 和频率综合器
本发明涉及在权利要求1前序中所概述的一种频率综合器。
本发明还涉及一种通信系统和通信设备。
J.Crols等在“一种具有高性能低-IF布局的单片900MHz CMOS接收机前端”(IEEE Journal of Solid State Circuits，Vol.30，No.12 1995年12月，pp1483-1492)中描述了实现一种全集成高性能的接收机，包括一个向下变频的RF(射频)频率综合器。且不说在一个包括这样一种频率综合器的通信设备或系统中的若干功能电路的集成度要求，其主要问题之一是该种综合器的过高的功率损耗，而Crols等未加说明。
本发明的一个目的在于提供一种低功耗的频率综合器，却不影响其要求的集成度。
为此，按本发明的频率综合器具有在权利要求1中概述的特征。
在此要指出的是从JP-A-63-84320了解在一频率综合器中包括连接到单个本地振荡器混频器装置的频率倍增器，该混频装置连接到一个频率可变的锁相环的参考晶振锁相环控制并行装置和一第三锁相环。这种已知的微波频段频率综合器并未公开RF混频装置而仅公开一个频率可变锁相环，而另外的并行锁相环被认为提供一个固定的频率，而因此不提供同时的频率选择。
按本发明的频率综合器的优点在于，由于参考频率相对地高，在该参考频率上频段和同时现用信道选择在实际实现该频率综合器方面提供了降低反比于工作频率的功耗的可能性。另外这种综合器原理具有放松VCO噪声要求的固有的可能性，那就是存在例如压控振荡器(VCOs)应用在本地频段和信道装置中的振荡器频谱中的边带噪声。对噪声要求的降低将进一步降低所说已降低了的功耗，这是由于信号对噪声的比越高，遵守此比值的功耗越大。
由于在例如寻呼机，可携电话其它种种中该频率综合器可携的或移动的应用，已增加包含在通信设备中电池的寿命。
按本发明的频率综合器的进一步的优点在于，只要在本地振荡装置中使用I和Q路径对，可以容易地将可应用的准确的宽带90°移相器集成为一比二分配器。该分配器可以是能用在该本机振荡器混频器装置中的锁相环分配器的完整部分。这就免除了在该本机振荡器混频器装置中需要用准确的外部移相器。特别在多频段应用中，该本机振荡器混频器装置可能要求调谐元件。
在按本发明的锁相环的频率综合器的实施例中，实际上使用单独的锁相环。就综合的无线电原理而论，这给出了一种新的结构，即在高频范围，第一锁相环提供第一本地振荡信号，第一锁相环还可以是宽带的，以清除上述VCO的边带噪声，该边带噪声现在可以源于相对有噪声的、从而低功率的、完全集成的第一锁相环。同时在该本地振荡器装置中同该第一本地振荡器信号混频的-第二本地振荡器信号提供频道选择。
按本发明的每一频率综合器的实施例，使用一个频率分配装置，连接在本地振荡器混频装置和两个单独的锁相环之间。有利的结果是该频率分配装置的各自的分频比(实际中为2)将降低每个VCO的边带噪声。特别是对全集成LC振荡器，由于所应用线圈的Q系数增加，高的振频率导致VCO的相对低的功耗。该相对高的VCO频率要求允许集成在较小片面积上的自身小巧的电感。
在一优选实施例中，该频率分配装置通常容易实施成具有可编程频率分配比的集成分配器。当应用于(远程)通信设备和系统中时，例如无线电传输系统，音频和/或视频系统，控制系统，遥测系统，局域网，广域网，无绳或蜂窝寻呼或电话系统，用于移动通信的车辆收发信机，或一移动网的无线电基站中的收发信机，按本发明的频率综合器在实际应用以及其频段和选择值方面提供了大的灵活性。
现在在参考附图的同时进一步说明按本发明的频率综合器及其在各种类型的通信设备和系统中的应用，同时伴随着其附加的优点，其中相同的元件用相同参考号数表示。
图1表示按本发明的频率综合器的一个合理的实施例的详细的电路，这里应用于接收机；
图2表示应用于图1频率综合器的一本地振荡器混频器装置中的混频器的合理的双重正交电路；以及
图3示意地表示具有通信设备的一个(远程)通信系统，该通信设备备有按本发明的一个频率综合器。
图1表示用在部分表示的接收机2中的频率综合器1。接收机2包括连接到频率器和增益装置4的天线3，连接到所说装置4的RF混频器装置5和连接到RF混频器装置5的本地振荡器装置6。既可用模拟方式也可用数字方式实施的该接收机2的其余部分本质上是已知的，因而在此不加描述。天线3接收的RF信号(fRF)经滤波，放大，以及同来自振荡器装置6的本地振荡器信号混频产生合理的IF信号，之后在该接收机2的其余部分中进一步加以处理。接收机2既可实施成一个低-IF接收机，一个零-IF接收机，又可实施成一个IF接收机，例如一个已知的超外差接收机。如图1中所示，RF混频器装置5的结构可以包括一个混频器或两个并行的正交混频器结构，而一种四个并行的正交混频器结构虽合理但似乎不多见。当然例如在发射机或收发信机中用下变频以及上变频对频率综合器1的应用而言都是合理的。
本地振荡器装置6包括按第一本地振荡器装置7方式的频带选择装置以及按第二本地振荡器装置8方式的信道选择装置。本地振荡器装置6还包括连接到频带和信道选择装置7和8的本地振荡器混频器装置9。赖于RF混频器装置5的实施，本地振荡器混频器装置9在其输出端10提供一个单一的或正交(I和Q)本地振荡器信号，输出端10连接到RF混频器装置5。这种输出端10提供同时表示一频带频率以及一信道频率选择振荡器信号的本地振荡器信号，在说明书后面将说明其工作情况。
频带和信道选择装置实施成锁相环7和8。第一锁相环(PLL)7包括第一压控振荡器(VCO)11，用于提供频率为fVCO1的信号，第一频率分配器12，频率分配比为P1，连接到VCO11，用于提供频率为fLO1的信号。信号fLO1通过PLL7中的第二频率分配器13馈送到在图1中实施成简单第一混频器14的相位检测器，该混频器14具有一输出端15，用于将一控制信号通过环路滤波器16提供到VCO11的频率控制输入端17。分配器13具有频率分配比P2。类似地，第二锁相环(PLL)8包括第二压控振荡器(VCO)18，用于提供频率为fVCO2的信号，一第三频率分配器19具有频率分配比M1并连接到VCO18用于提供频率为fLO2的信号。信号fLO2通过PLL8中的第四频率分配器20馈送到在图1中所示的实施成简单第二混频器21的另一相位检测器，该混频器21具有一输出端22，用于将一控制信号通过环路滤波器23提供到VCO18的频率控制输入端24。分配器20具有频率分配比M2。相位检测器在实施成混频器14和21的情况下分别具有另一输入端25和26。在一实施例中，频率综合器1包括一稳定参考振荡器，例如晶体振荡器27，提供稳定频率fref，并通常具有AFC提供频率偏移补偿。该振荡器27连接到输入端25，并通过频率分配比为R的第五频率分配器28连接到输入端26。
最好上述分配器12，13，19，20和28的任一个或每一个都具有可编程的频率分配比(可以是整数或分数)，该比值提供频率选择的灵活性。在实践中，第三频率分配器19的频率分配比是可编程的，使得对于其中使用频率综合器1的接收机或发射机的所有频段对fVCO2能选择复盖所说频带的最佳频率范围，而同时VCO18的振荡频率范围保持相同。
如图1中所示的频率综合器1的实施例还备有分别连接在单独的PLL7和8之间的另外的频率分配装置29和30。这些分配装置29和30实施成简单的集成移相器-容易对尽可能正交的本地振荡器混频器装置9提供可用作振荡器输入信号的正交输出信号，而并不要求施加熟知的准确的90°移相器对本地振荡器混频装置9提供必须正交的振荡器信号。装置29和30主要被考虑成容易实施的且最好是宽带的移相器。这样的移相器可包括有源或无源RC/LC网络以提供上述正交的输出信号。
图2公开一种四个混频器a，b，c和d的合理的双重正交电路，其输入端分别连接到源自所说装置29和30的各自的I和Q信号，其输出端连接到各自的加法器e和f，每个加法器具有各自的输出端，用于将I和Q信号提供到本地振荡器混频器装置10的输出端。在RF混频器装置5表示一个混频器结构的情况下，能省去加法器e和f之一个，并且可删除连接的混频器对。赖于在输出信号的加法器e，f中的相加的符号，输出端10上的输出信号提供了对上或下频率边带分量(fLO1/2)+/-fLO1/2的抑制。
以下表1指出了对所示实施例的工作频率的合理选择，例如对于从130MHz-930MHz的RF频率范围中的寻呼操作是特别有利的。
fRF[MHz] fref[MHz] fVCOl[MHz] P1  P2  fLO1[MHz] fLO2[MHz] M1  fVCO2[MHz]
 930 67 1600  1  24  1600  260  1  260
 490 2 12 800  180  2  360
450 100 3 300
 450 3 8 533  386  1  386
410 286 1 286
 330  3  8  533  140  2  280
 280  4  6  400  160  2  320
 180 6 4 267  40  8  320
160 54 6 324
 160 4 6 400  80  4 320
130 140 2 280
表1
通过改变频率分配比P1和P2同时保持P1*P2恒定，对于选择和复盖的不同频段能产生不同的LO1频率。PLL7是宽带的，由环路滤波器16所确定，而VCO的边带噪声由环路本身加以净化。使用相对高的67MHz的fref为的是放松环路滤波器16的寄生抑制要求。由于高的参考频率，第二PLL8用于信道选择。选择较低频率的VCO18使得在相对低的功率上实现低噪声的VCO18，或同分配器19和20组合使用相对有噪声的高频的VCO18。分配器19用其频率分配比来降低VCO18的边带噪声，从而降低频率综合器1中的功耗，因为一般地说一个VCO的功耗随载波对噪声的比增加。因此提供一个容易集成的低功率的方案。按照愿望，通过M1增加为6-10可有利地选择约2GHz的VCO18的输出振荡器频率fVCO2。
图3表示一个远程通信系统31，包括若干备有1个或多个频率综合器1的收发信机32。该远程通信系统31可以是一个无线电传输系统，音频和/或视频系统，控制系统，遥测系统，地面/卫星系统或一个局域网。这种收发信机1也可应用在无绳的或蜂窝电话系统中，以及手机、移动通信的车辆收发信机、一移动网的无线电基站的可携设备或收发信机中。
鉴于以上说明，对本专业人员明显的是在本发明的精神和范围内可以作出各种修改，该精神和范围由以下所附权利要求所确定，另外本发明并非局限于所提供的例子。

Claims (11)

1.一频率综合器包括RF混频器装置，以及连接到该RF混频器装置的本地振荡器装置，其特征在于本地振荡器装置包括连接到RF混频器装置的本地振荡器混频器装置，以及连接到该本地振荡器混频器装置的频带和信道选择装置。
2.如权利要求1的频率综合器，其中频带和信道选择装置包括锁相环装置。
3.如权利要求2的频率综合器，其中锁相环装置包括两个单独的锁相环。
4.如权利要求1，2或3的频率综合器，其中该频率综合器包括连接到频带和信道选择装置的一稳定参考振荡器。
5.如权利要求4的频率综合器，其中该频率综合器包括连接在本地振荡器混频器装置和两个单独的锁相环之间的频率分配装置。
6.如权利要求2、3、4或5的频率综合器，其中锁相环装置包括另一频率分配装置。
7.如权利要求5或6的频率综合器，其中另一合理的频率分配装置备有其频率分配比可编程的分配器。
8.如权利要求1的频率综合器，其中RF混频器装置和/或本地振荡器混频器装置包括单个的、正交或双重正交的混频器装置。
9.一通信设备包括一个或多个发射机，一个接收机或收发信机，每个通信设备包括如权利要求1-8之任一权利要求的一频率综合器，该频率综合器包括RF混频器装置，以及连接到该RF混频器装置的本地振荡器装置，其特征在于本地振荡器装置包括连接到RF混频器装置的本地振荡器混频器装置，以及连接到该本地振荡器混频器装置的频带和信道选择装置。
10.如权利要求9的通信设备，其中，RF混频器装置实施成零-IF，低-IF，双重转换零-IF，双重转换低-IF，或标准的超外差混频器装置。
11.一通信系统，包括至少一个由权利要求9或10要求的通信设备，其中通信系统是一个无线电传输系统，音频和/或视频系统，一个控制系统，一个遥测系统，一个地面/卫星系统，一个局域网，一个无绳或蜂窝寻呼或电话系统，一个用于移动通信的车辆收发信机，或一个移动网的无线电基站中的收发信机。
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