CN1296669A - 无线电接收机 - Google Patents

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Abstract

一种无线电接收机包括用于将输入信号的频率向下变频到中间信号的频率变换装置(20、21、22);包含至少一个模数转换器(ADC)(32、33)的数字信道选择滤波装置,该ADC包括具有多个可动态地选择的量化级的附加抽样量化器(Q1、Q2);以及根据输入信号的特征将ADC的分辨率调节到输入信号的特征上的装置(30、31、36)。该ADC可包括∑－△ADC。可通过改变附加抽样率与/或选择处理主要干扰及所要的信号的量化级数来调节分辨率。

Description

无线电接收机
本发明涉及无线电接收机(或收发机的接收部分)、包含可集成的接收机元件的集成电路及操作无线电接收机降低功耗的方法。
在诸如用于按照GSM等蜂窝式电话标准操作的当前移动无线电接收机中，信道选择通常是用模拟滤波器进行的，但不断增加的数字实施正在寻求降低成本与增进灵活性。原则上模拟滤波器可以选择包含所要的信号频谱的较宽的部分，然后用DSP技术执行最终信道检波。然而ADC转换器必须在充分高的抽样率上工作以便能处理整个关心的频带，并且动态范围必须是对最坏情况的条件足够的，这出现在所要的信号弱而相邻信道干扰波强的情况。ADC的功耗是这一方法中的主要问题，并且可能是起阻碍作用的。已建议当采用分样滤波器能部分地排除相邻信道时，可用∑-Δ转换器降低功耗。
本发明的目的是进一步降低无线电接收机的功耗，尤其是电池供电的接收机的功耗。
按照本发明的第一方面提供了一种接收机，包括至少一个模数转换器(ADC)、用于至少确定主要相邻信道干扰的水平的装置、以及用于将ADC的分辨率动态地调节到不大于处理主要干扰与所要的信号所需的分辨率的装置。
按照本发明的第二方面，提供了一种接收机，包括将输入信号向下变频到中间信号的装置；包含至少一个模数转换器(ADC)的数字信道选择滤波装置，所述ADC包括具有多个动态地可选择的量化级的附加抽样量化器；以及根据输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数与输入信号的特征匹配的装置。
本发明的第二方面提供了一种接收机，包括将输入信号向下变频到中间信号的装置；包含至少一个模数转换器(ADC)的数字信道选择滤波装置，所述ADC包括具有第一与第二输入及输出的信号组合器，中频信号耦合在第一输入上；耦合在所述输出上的模拟滤波装置耦合在模拟滤波装置的输出上的附加抽样量化器，该附加抽样量化器具有耦合在提供输出信号的数字滤波装置上的输出；具有耦合在附加抽样量化器的输出上的输入端及耦合在产生其第一与第二输入上的信号之间的差作为输出的信号组合器的第二输入上的输出端的数模转换器，其中该附加抽样量化器具有多个动态可选择的量化级；以及根据所提供的输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数与输入信号的特征匹配的装置。
在本发明的实施例中，中频可以是零IF或对应于诸如一半信道带宽的低IF。
按照本发明的第三方面，提供了操作具有至少一个模数转换器的接收机的方法，包括确定主要干扰的水平及将ADC的分辨率动态调节成不大于处理主要干扰与所要的信号所需的分辨率。
按照本发明的第四方面，提供了一种集成电路，包括至少一个模数转换器(ADC)，所述ADC包括具有多个动态可选择的量化级的附加抽样量化器；以及根据ADC的输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数目与输入信号的特征匹配的装置。
本发明是基于通过动态调节ADC的分辨率使之不大于处理主要干扰及处理后恢复所要信号所需的分辨率可降低ADC的平均功耗这一原理的。通常，相邻信道具有与所要的信号相似的幅值。在这一情况中所需的分辨率可能是小的，例如8位。在最坏的情况中可能需要大得多的动态范围，例如14位，导致了功耗增加。
ADC可包括∑-ΔADC。
美国专利说明书5，550，544公开了一阶Δ-∑ADC，其中将输入信号与多个预置的(n-1)个参照级的各个比较，并将其量化成n个数字输出信号之一。因而当输入信号的幅值小时，进入量化器的输入信号与从其输出的信号之间的差信号，即量化噪声，的幅值是小的。
利用按照本发明的能相对于输入信号的动态范围控制量化级的数目的接收机，在幅值较小的信号的情况中必须进行的比较较少，从而与美国专利说明书5,550,544中的解决方法相比节省电流。
在本发明的一个实施例中，设置了用于估计诸如动态范围等所需的特征的装置。这些装置可在ADC结构前或内包括滤波器来直接测定所要的与不要的频带中的能量。
下面参照附图以示例方式描述本发明，其中：
图1为在低IF上工作的正交接收机的通用方框示意图，
图2为展示ADC的工作区的频率(f)对幅值图的零IF实例，
图3为交叉耦合的、连续时间四阶的低通∑-ΔADC的方框示意图，以及
图4用图说明具有动态可选择的量化级的量化器。
在图中，用相同的参照数字指示对应特征。
为了说明方便，将参照GSM(全球移动通信系统)数字蜂窝式电话标准描述本发明。
参见图1，接收机(或接收机部分)包括通过在925至960MHz的GSM频带中选择信号的低通滤波器12耦合在低噪声RF放大器14上的天线10。在节点16上分裂来自放大器14的信号并将其提供给平衡混频器20、21的第一输入端18、19。信号发生器22将具有从所接收的信号的中心频偏移100KHz(或半个信道)的频率的正交相关本机振荡器信号提供给混频器20、21的第二输入端24、25通过带通滤波器28、29与干扰测定级30、32分别将混器20、21的实与虚低IF输出26、27提供给交叉耦合的、连续时间、四阶低通∑-Δ转换器32、33。如果希望施加自动增益控制措施，可将其施加在滤波器28、29的输出上。对∑-Δ转换器32、33的输入信号分别为100KHz上的同相(I)与正交(Q)IF信号。在本实施例中各转换器32、33包括低通滤波器LP1与LP2，它们的输出作用在附加抽样量化器Q1、Q2上。用各自的数模转换器(DAC)DAC1、DAC2将来自各自的量化器Q1、Q2的输出转换回模拟信号并分别将其从信号合并器SC1、SC2中的输入信号中减去。
所描述的配置提供噪声成形特征，它明显地降低关心的信道频率上的量化噪声。
量化器Q1、Q2具有能作为级30、31对诸如干扰等主要信号特征的测定结果预选的可变分辨率。级30、31的输出作用在控制量化器Q1、Q2的分辨率的控制器36上。
将转换器32、33的输出34、35作用在提供去假频带通滤波并在本实施例中降低抽样率一个因子6的第一分样级38、39上。第一分样级38、39的输出在2.17MHz上。在去旋转级40、41中去除来自第一分样级38、39的信号的旋转。第二分样级42、43分别耦合在去旋转级40、41上。并在本实施例中将抽样率降低一个因子8以提供在GSM的位速率270.83KHz上的信号。将第二分样级42、43的输出提供给均衡器/解调器级44，后者提供输出46。
图1中所示的接收机的操作可概述为在均衡混频器20、21中将来自天线10的进入RF信号转换成在通常等于一半信道带宽或一半信道间隔的低IF上的同相(I)与正交(Q)分量。用一对为了将噪声成形最小量从零移位到使用中的低IF上而交叉耦合的低通∑-Δ转换器32、33量化这两个I与Q信号。然后分样及去旋转从∑-Δ转换器32、33输出的位流以提供多位数字化零-IF输出，在分样过程中已完成大多数相邻信道滤波。然后在对应用适当时解调多位输出。
图2用实例示出噪声成形特征48是在所关心的零IF信道49附近对称分布的。用水平虚线表示噪声底部。噪声成形特征48的相对地高的幅值用于启动转换器32、33来处理实际上可能不存在的大幅值相邻信道干扰。如果转换器32、33在总是提供高动态范围的基础上工作，转换器32、33的功耗将是高的。
如所示，相邻信道干扰波IF1与IF2可具有不在最大值上的辐值范围。从而通过按照所要的信号或诸如用点划线所示的相邻信道干扰波的幅值(如果较大)动态地调节噪声成形特征，更能节省功耗。
在图1中，测定级30、31可配置成测定所要的信道的幅值及相邻信道干扰波的幅值并将结果提供给控制器36，后者通过改变量化级的数目与/或过度抽样率来改变量化器的分辨率。
图3更详细地展示适用于图1中所示的接收机的交叉耦合的、连续时间、四阶低通∑-Δ转换器。所示的转换器已在要求来自1998年10月8日提交的英国专利申请号9821839.9的优先权的本申请人的未公布PCT专利申请号EP99/06786中描述与要求。
参见图3，分别将正交相关模拟低IF信号I与Q作用在输入端50、51上。各输入端50、51耦合在四阶、时间连续的、∑-Δ转换器52、54上。各转换器52、54包括由四个串联的跨导器一电容器积分器56、58、60、62及57、59、61、63构成的去假频连续时间模拟环路滤波器。各调制器的第二至第四积分器用回转器64、66、68交叉耦合。将各级设定为在IF带中各自的频率上共振；该频率是按照比gm/c确定的。由噪声要求设定C值并将电导gm设定为给出该C值的所希望的中心频率。交叉耦合这些级具有在其值是由所要求的频率中的移动与回转器的特征导纳确定的各电容器位置上引入负电纳的效应。第一级56、57是不交叉耦合的以免在这些级的输出上引入dc偏移。在各自的求和级70、72中合并各个四级56、58、60、62及57、59、61、63的输出。将这些级的输出作用在各自的量化器Q1与Q2上，在其中将模拟信号附加抽样n×Fs倍(其中Fs为符号率)而分别在输出36、37上提供具有所要求的分辨率的数字信号。通过选择高附加抽样比，即在其上面求平均值的样本数目越高，ADC的有效分辨率越好。
还将量化器Q1、Q2的输出反馈，在DAC、DAC1、DAC2中转换成模拟信号并在求和级SC1、SC2中与各自的输入端50、51的信号组合。反馈环路保证在所关心的频带中量化器Q1、Q2所生成的量化噪声的平均值尽可能地小，使得平均过程有价值。
将∑-Δ转换器的输出74、75上的位流作用在第一分样级38、39(图1)上，后者降低抽样率，降低∑-Δ转换器在所要的信号带宽外面生成的非常高的噪声水平并提供大多数接收机的信道选择性。然后将分样的信号去旋转并进一步分样来降低位速率到GSM信号所要求的位速率。
图4为量化器Q1或Q2之一的图。为了能取决于所要的信号或干扰信号的大小来改变量化器的分辨率，该量化器具有能由控制器36选择的多个预置的级。如果要求1位分辨率，则量化器具有记为“0”的单一的级。能选择其它线性地间隔的记为0.25；0.50；0.75；1.0；及-0.25；-0.50；-0.75与-1.0的级来给出改进的分辨率。
改变分辨率的一种方法为随着对提高分辨率的要求的上升而成对分置对应的互补的级，诸如0.25与-0.25，以及动态地选择更多的对，反之亦然。图4中，各对的选择是受结合多位置开关80的操作的各自的开关B1-E1控制的。对于两位分辨率，闭合开关B1，从而当开关80在位置B上时，存在三个量化级0、0.25及-0.25。对于下一个更高的分辨率，开关B1与C1是闭合的并且开关80在位置C上等等，直到最高分辨率所有开关B1至E1都闭合为止。实践中量化器是作为多个门与比较器实现的。从而当要求低分辨率时，许多门与比较器是切断电流的，因此省电。
可选地与/或附加地，可以改变量化器Q1、Q2的过度抽样率。当改变分辨率与/或量化器Q1、Q2的过度抽样时，用在图1中所示的接收机或图3中所示的-Δ转换器中的诸如滤波器等其它部件上可能必须实现伴随的改变。
如果希望，可通过将本机振荡器频率改变成等于平衡混频器20、21的第一输入端18、19上的信号的理论载波频率而将图1中所示的接收机适应成操作零IF上的正交相关级。
在本发明的未展示的实施例中，可将干扰测定级30、31(图1)布置在∑-Δ转换器内。
在本说明书及权利要求书中，元件前面的词“一个”并不排斥存在多个这种元件。此外，词“包括”并不排斥存在所列出的元件或步骤以外的其它元件或步骤。
从本公开的阅读中，对于熟悉本技术的人员其它修改是显而易见的。这些修改可包含无线电接收机及其部件的设计、制造及使用中已知的其它特征，并且可用它们来替代或附加在这里所描述的特征上。
工业可应用性
无线电接收机，尤其是供在蜂窝式电话手机中使用的，及其集成电路。

Claims (10)

1．一种接收机，包括至少一个模数转换器(ADC)、用于确定至少主要相邻信道干扰的装置、以及用于将该ADC的分辨率动态地调节成不大于处理该主要干扰与所要的信号所需的分辨率的装置。
2．一种接收机，包括将输入信号向下变频到中间信号的装置；包含至少一个模数转换器(ADC)的数字信道选择滤波装置，所述ADC包括具有多个可动态地选择的量化级的附加抽样量化器；以及响应输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数与输入信号的特征匹配的装置。
3．一种接收机，包括将输入信号向下变频到中间信号的装置；包含至少一个模数转换器(ADC)的数字信道选择滤波装置，所述ADC包括具有第一与第二输入及输出的信号组合器，中频信号耦合在第一输入上、耦合在所述输出上的模拟滤波装置、耦合在该模拟滤波装置的输出上的附加抽样量化器，该附加抽样量化器具有耦合在提供输出信号的数字滤波装置上的输出、具有耦合在附加抽样量化器的输出上的输入及耦合在作为输出产生在其第一与第二输入上的信号之间的差的信号组合器的第二输入上的输出的数模转换器，其中该附加抽样量化器具有多个可动态地选择的量化级；以及响应输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数与输入信号的特征匹配的装置。
4．如权利要求1、2或3的接收机，其特征在于设置有用于测定所要的信道信号及至少相邻信道信号的特征的滤波器以及用于根据这些滤波器作出的测定选择附加抽样率与/或量化级数的装置。
5．如权利要求1至4中任何一项的接收机，其特征在于该ADC为∑-ΔADC。
6．一种操作具有至少一个模数转换器(ADC)的接收机的方法，包括确定至少主要相邻信道干扰的级及将ADC的分辨率动态地调节成不大于处理主要干扰与所要的信号所需的分辨率。
7．如权利要求6的方法，其特征在于该ADC包含具有多个可选择的量化级的量化器及通过改变所选择的级数与主要干扰动态范围匹配来调节分辨率。
8．如权利要求6的方法，其特征在于该ADC包含附加抽样量化器及在于改变抽样率来适合所要求的分辨率。
9．一种集成电路，包括至少一个模数转换器(ADC)，所述ADC包括具有多个可动态地选择的量化级的附加抽样量化器；以及根据对ADC的输入信号的特征改变附加抽样率与/或将所选择的量化级数与输入信号的特征匹配的装置。
10．如权利要求9的集成电路，其特征在于该ADC为∑-ΔADC。
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