射频信号的传输电路
发明领域
本发明涉及射频信号的传输电路,它具有至少一个输入端,用于接收具有由所述信号携带的数据代表的相位的一个输入信号,该电路包括:·一个第一频率转换器,它具有被称作基准输入端的至少两个输入端,用于接收来自第一振荡器的一个差动信号,该第一频率转换器还具有一个输出端,用于传输一个输出信号,该输出信号具有被称作中频的一个预定频率以及表示输入信号的一个相位,以及一个第二频率转换器,具有构成传输电路的输出端的一个输出端,它用于将由所述第一频率转换器的输出信号的频率转换结果得到的射频信号输送给一个可调节的频率。
背景技术
在其它的可能应用中,这种传输电路时下被用在无线电话中,在这种应用中,信号处理电路因通过天线进行传输,向传输电路传送一个数字输入信号。在已知的传输电路中,数字输入信号被分离为彼此相位正交的第一和第二数字输入信号。这些第一和第二输入信号在第一频率转换器内受到数字/模拟转换,并在它们与来自第一振荡器的并且具有中频频率的两个相位正交的信号相混合期间,受到了被称作IQ调制的调制,之后,它们被再次合并,以形成组成所述第一频率转换器的输出信号的一个结果信号。
发明概述
本发明与下述考虑相关:
IQ调制使得必须使用对于线性度会受相当大约束的模拟混频器,这样使制造既复杂又昂贵。另外,第一和第二信号的数字/模拟转换需要两个同样具有复杂结构的数字/模拟转换器,而且,由于转换所必需的采样,还使得在转换信号中引入了噪声。于是在数字/模拟转换器和模拟混频器之间必须插入一个滤波设备,这又进一步增加了第一频率转换器的复杂性以及制造成本。之后,必须在第一和第二频率转换器之间插入另一个滤波设备,以便消除不需要的信号,这些不需要的信号是由模拟混频器引入第一频率转换器的输出信号中的寄生调制的结果。
本发明的一个目的是通过提出一个其第一频率转换器的结构被大大简化,并与已知结构相比,能产生更少的不需要的信号的一种传输电路,从而补救上述缺陷。
确实地,依据本发明的且依据了公开附图的传输电路的特征在于:第一频率转换器包括数字装置,用于选择一个基准输入,作为输入信号值的一个函数,并用于将所述基准输入与第一频率转换器的输出相连。
在这种传输电路中,第一频率转换器可以使用数字形式的输入信号,并且不使用数字/模拟转换器。省去这些转换器使得减小了由第一频率转换器所产生的噪声,并致使在已知传输电路中所用的的滤波设备成为多余的,因此,依据本发明可减小传输电路的复杂性。另外,将在说明书的以下部分中说明在本发明的某些实施例中可以避免将输入信号分离为相位彼此正交的第一和第二输入信号的情况,其中这种相位正交的两个信号对已有的传输电路中的IQ调制的实现是不可缺少的,因而本发明将进一步简化传输电路的结构。
在本发明的这些实施例的一个实施例中,如上所述的传输电路的特征在于第一频率转换器包括:·一个增量/总和模块,它具有一个输出端,用于传送其平均值等于输入信号值的中间信号,以及·多路复用器,具有构成频率转换器的基准输入端的两个信号输入端,与增量/总和模块的输出端相连的一个控制输入端,以及构成频率转换器的输出端的一个信号输出端。
这一实施例很好地说明了对第一频率转换器的大大简化有可能是归因于本发明的一个特色。依据增量/总和模块的工作原理,其中该原理对本领域技术人员来说是众所周知的,并在由Messers、Norsworthy,Schreier以及Temes等的出版物“Delta/sigmaConverters”中有特别说明,增量/总和模块以高于输入信号频率的一个采样频率而产生在两个值-1和+1之间摆动的一个信号。依据由增量/总和模块的输出信号所假定的值,多路复用器选择性地将第一或第二信号切换到第一频率转换器的输出端,该第一和第二信号都具有中频频率,但在相位上彼此相反,这是因为它们一起构成了第一振荡器的差分输出信号。这样,第一频率转换器很容易就实现了对第一振荡器的输出信号的相位调制,并传送一个输出信号,该输出信号具有就其频率来说为中频的频率,该输出信号还具有一个表示输入信号相位的一个相位。
在另一个实施例中,依据本发明的传输电路的特征在于,它用于接收相位彼此正交并代表所述信号携带的数据的第一和第二中间信号,该传输电路的特征还在于第一频率转换器包括:·一个第一增量/总和模块,它具有用于传送其平均值等于第一中频信号值的一个第一控制信号的一个输出端,·一个第二增量/总和模块,它具有用于传送其平均值等于第二中频信号值的一个第二控制信号的一个输出端;以及·一个多路复用器,具有构成频率转换器的四个基准输入端的四个信号输入端,用于接收在相位上彼此正交且来自第一振荡器的两个差动信号,多路复用器具有与第一和第二增量/总和模块的输出端相连的第一以及第二控制输入端,并具有构成频率转换器的输出的一个信号输出端。
这一实施例使得在将传输电路的输入信号分离为两个相位正交的信号的代价下,能将由第一频率转换器所实现的相位调制的分辨率提高一倍。
在本实施例的变形中,第一频率转换器包括:·单独一个增量/总和模块,用于传送其平均值等于输入信号值的一个中间信号,·一个二次模块,用于将中间信号分离为一个第一以及一个第二控制信号,这两个信号的相位彼此正交,并表示由输入信号携带的数据,以及·一个多路复用器,它具有构成第一频率转换器的四个基准输入端并用于接收来自第一振荡器的相位上彼此正交的两个差动信号的四个信号输入端。多路复用器具有分别用于接收第一和第二控制信号的一个第一以及一个第二控制输入端,以及构成第一频率转换器的输出端的一个信号输出端。
这种变形的优点在于:第一和第二控制信号是相互关联的。这样,由第一频率转换器实现的调制而产生的噪声仅仅与相位量化有关,与幅度量化无关。这意味着有可能对第一频率转换器的输出使用一个限幅器,之后,通过使其输出信号受到能引起惯常的峰值限幅的大量放大,该限幅器将第一频率转换器的输出信号变换为一个方波信号。这样,包含在这种限幅器的输出信号中的有用信息就仅仅由限幅器的输出信号的切换来表示,这样,有用信息就将变为纯数字的。这将能大大简化第二频率转换器的结构。
在本发明的一个有优势的实施例中,增量/总和模块具有一个可调节的增益。
这种实施例允许影响整个传输电路的增益,从而影响第二频率转换器的增益,这会简化设计及其工作方式。
在本发明的特定实施例中,第二频率转换器是由锁相环构成的,包括:·一个相位检测器,具有与第一频率转换器的输出端相连的一个第一输入端、一个第二输入端,以及用于传送表示出现在第一和第二输入端上的信号之间的相位差的信号的一个输出端,·一个第二振荡器,具有与相位检测器的输出端相连的一个调谐输入端,以及构成第二频率转换器输出端的一个输出端,以及·一个混频器,具有与第二振荡器的输出端相连的一个第一输入端、与第三振荡器的输出端相连的一个第二输入端,以及与相位检测器的第二输入端相连的一个输出端。
在本发明的另一个特定实施例中,第二频率转换器是由锁相环构成的,它包括:·一个相位检测器,具有与第一频率转换器的输出端相连的一个第一输入端、一个第二输入端,以及用于传送表示出现在第一和第二输入端上的信号之间的相位差的信号的一个输出端,·一个第二振荡器,具有与相位检测器的输出端相连的一个调谐输入端,以及构成第二频率转换器的输出的一个输出端,以及·一个第三振荡器,其输出端与相位检测器的第二输入端相连,以及·一个混频器,具有与第一振荡器的输出端相连的一个第一输入端、与第二振荡器的输出端相连的一个第二输入端,以及与第一频率转换器的基准输入端相连的至少一个对称输出端。
在这个实施例的变形中,在第一和第二频率转换器之间插入了一个分频器,使得可以减轻存在对于包含在传输电路内的各种振荡器的振荡频率的约束。
如果本发明可用于为射频信号的传输而设计的所有类型的设备中,则其使用在无线电话中尤其有优势。这样本发明还涉及包含用于传输射频信号的信号处理单元以及天线的无线电话设备,其特征在于它还进一步包括一个如上所述的传输电路,用于接收来自信号处理单元的一个输入信号,并用于将射频信号传送到天线。
附图的简要说明
通过参照以下所说明的实施例,通过非限制性的例子,可使本发明的这些以及其它方面更加突出,并更容易解释明白。
在附图中:
--图1是说明依据本发明第一特定实施例的传输电路的功能图,
--图2是说明在本发明的这一特定实施例中所执行的对输入信号进行分离的菲涅尔图,
--图3是说明在本发明的这个特定实施例中所用的增量/总和模块的功能图,
--图4是说明这种增量/总和模块的输入和输出信号的演化的时序图,
--图5是说明依据本发明的第二实施例的传输电路的功能图,以及
--图6是说明依据本发明第三实施例的传输电路的功能图。
最佳实施例的说明
图1用图解法显示了包含依据本发明的传输电路的例如是一个无线电话这样的信号发射机。该电路用于接收来自信号处理单元PU的一个数字输入信号IN,并用于将射频信号传送到天线ANT。在这个特定实施例中,传输电路包括:·一个第一频率转换器FC1,它具有用于接收来自第一振荡器OSC1的具有中频频率的两个差动信号(0;180)以及(90;270)的被称作基准输入端的四个输入端,以及用于传送对其频率来说具有中频频率且代表输入信号的相位的输出信号的一个输出端,以及·具有一个输出端的一个第二频率转换器FC2,该输出端构成了传输电路的输出端,该第二频率转换器用于将来自第一频率转换器FC1的输出信号的频率转换结果的射频信号输送给一个可调节的频率。
在这里所说明的实施例中,借助于二次模块IQM,数字输入信号IN被分离为第一和第二输入信号INI和INQ,它们的相位正交,并代表由数字输入信号IN携带的数据。第一频率转换器FC1包括一个第一增量/总和模块SDI,它具有用于传送其平均值等于第一输入信号INI的值的第一控制信号MI的一个输出端。第一频率转换器FC1还包括一个第二增量/总和模块SDQ,它具有用于传送其平均值等于第二输入信号INQ的值的一个第二控制信号MQ的一个输出端。第一频率转换器FC1最后还包括一个多路复用器MUX,它具有构成第一频率转换器FC1的四个基准输入端的四个信号输入端,并借助于另一个二次模块QM,从而接收来自于第一振荡器OSC1的两个差信号(0;180)以及(90;270)。多路复用器MUX还具有与第一和第二增量/总和模块的输出端相连的第一和第二控制输入端,以及构成第一频率转换器FC1的输出端的一个信号输出端。每一个增量/总和模块SDI和SDQ都以高于输入信号INI或INQ的频率的一个采样频率而产生在值-1和+1之间摆动的一个信号。依据由控制信号对(MI;MQ)所假定的一对值,多路复用器MUX选择性地将信号(O,90,180,270)中的一个切换到第一频率转换器FC1的输出端,该信号是在其基准输入端上接收的,这些输入都具有中频频率,由于它们是按照来自第一振荡器OSC1的相位正交而构成的差动信号对,所以两个连续信号在相位上彼此正交。这样,第一频率转换器FC1可以很容易地实现对第一振荡器OSC1的输出信号的相位调制,并传送具有中频频率以及表示输入信号IN的相位的一个输出信号。
在这一实施例中,如果作出这样一种选择,即将输入信号IN分离为两个分量INI和INQ,则仍然可以想象仅使用直接接收输入信号IN的一个单独的增量/总和模块,而这样,多路复用器MUX就仅具有构成第一频率转换器FC1的两个基准输入端的两个信号输入端,并仅用于接收来自第一振荡器OSC1的单独一个差动信号(0;180)。这样,就简化了第一频率转换器FC1的结构,从而简化了整个传输电路的结构,但由第一频率转换器FC1所执行的相位调制的分辨率降低了一半。
在图1所示的特定实施例中,第二频率转换器FC2是由包括相位检测器PD的一个锁相环构成的,该相位检测器具有与第一频率转换器FC1的输出端相连的一个第一输入端、一个第二输入端,以及用于传输表示出现在第一和第二输入端上的信号之间的相位差的信号的一个输出端。锁相环还包括一个第二振荡器OSC2,它具有与相位检测器PD的输出端相连的一个可调谐输入端,以及构成第二频率转换器FC2的输出端的一个输出端。在相位检测器PD与第二振荡器OSC2之间插入一个低通滤波器LPF。锁相环最后还包括一个混频器MIX,它具有与第二振荡器OSC2的输出端相连的一个第一输入端,以及与第三振荡器OSC3的输出端相连的一个第二输入端,以及与相位检测器PD的第二输入端相连的一个输出端。
例如,可以想象用基于混频器的其它实施例来构造第二频率转换器FC2。但是,由图1所描述的第二频率转换器FC2的特定实施例的优势在于:锁相环能产生具有出色的频谱纯度的射频信号。此外,可以通过改变第三振荡器OSC3的输出信号频率而调节传输电路的输出信号的频率。还有,一定数目的约束是上述结构的结果:首先,第二和第三振荡器OSC2和OSC3的输出信号的频率差必须等于中频频率值,因而锁相环的增益值必须不能损害所述环的稳定度。说明书的以下部分将要说明本发明会大大减轻这些约束。
图2是一张菲涅尔图,其轴I和Q支撑了一个圆,该圆描述了表示前述传输电路的输入信号IN的一个矢量的演变。依据这张菲涅尔图,可将把输入信号IN分离为相位彼此正交的两个信号INI和INQ可解释为矢量IN在轴I和Q上的投影。信号INI和INQ分别为表示输入信号IN的相位的角度β的余弦和正弦。
图3用图表显示了包含在依据本发明的第一频率转换器内的增量/总和模块SDI的一个实施例。对本领域人员来说,这种增量/总和模块SDI的基本结构是已知的,它包括用于在第一输入端接收增量/总和模块的输入信号的一个减法器SUB,用于对减法器SUB的输出信号进行积分的一个积分器INT,以及用于在输出端上传送作为积分器INT的输出信号值函数的等于-1或+1的一个信号的量化器QUANT。量化器QUANT的输出端形成了增量/总和模块的输出端,并进一步与减法器SUB的第二输入端相连。这种结构通常被称为第一阶结构。在另外一些实施例中,可能选择由第一阶N个交错的结构组成的一种第N阶结构来实现增量/总和模块。在图3所说明的实施例中,增量/总和模块包括增益可变的一个模块A。这一模块A能影响整个传输电路的增益,从而影响第二频率转换器的增益,这可以简化其设计以及工作方式。实际上,如果在某些工作条件下,例如,构成第二频率转换器的锁相环的增益足够高,以致于危及所述环的稳定性,则应当充分减小包含在增量/总和模块内的可变增益模块A的增益,以维持所述稳定性。这种可能性使得包含在传输电路内的振荡器所受的约束相当灵活,这些约束在某种情况下对以集成形式实现所述振荡器构成了障碍。
图4以时序图的形式说明了如上所述的增量/总和模块的输出信号MI的对时间的进展图。为方便对本发明的理解,在图2中显示了所表示的这种情况,其中INI=cosβ=0.5,且可变增益增量/总和模块A工作就象是一个具有增益等于1的一个跟随器。增量/总和模块SDI以高于输入信号INI的频率的一个采样频率产生了一个信号MI,该信号MI在两个值-1和+1之间摆动,输出信号MI的平均值等于输入信号INI的值。由于第二增量/总和模块SDQ具有与在前所述的结构相一致的结构,但它用于接收与第一增量/总和模块SDQ的输入信号INI相位正交的一个输入信号INQ,因此很清楚,由与第一和第二增量/总和模块SDI和SDQ的输出端相连的多路复用器MUX在其两个选择输入端上所接收的信号对(MI,MQ)将会选择性地出现状态-1和+1的四种可能组合中的每一种。这样,多路复用器就会交替选择出现在其基准输入端上的每一个信号(0,90,180,270)。这样,第一频率转换器FC1将会执行对第一振荡器OSC1的输出信号的相位调制,作为输入信号IN的相位β的一个函数。
图5用图显示了一个信号发射设备,例如是一个无线电话,它包括依据本发明第二实施例的一个传输电路。尽可能使这个电路与图1中所说明的装置所共有的器件具有一致的参考号,并在这里不再对其进行说明。在这个特定实施例中,第一频率转换器FC1包括单独一个增量/总和模块SD,用于传送其平均值等于输入信号IN的值的一个中间信号INT。第一频率转换器FC1还包括被称作二次模块IQM的一个模块,用于将中间信号INT分离为第一和第二控制信号MI以及MQ,它们的相位彼此正交,并代表输入信号IN携带的数据。多路复用器MUX具有四个信号输入端,这四个信号输入端构成了第一频率转换器FC1的四个基准输入端,并用于接收来自第一振荡器OSC1的其相位彼此正交的两个差动信号(0;180)和(90;270);多路复用器MUX还具有用于分别接收第一和第二控制信号MI和MQ的第一和第二控制输入端,以及构成第一频率转换器FC1的输出端的一个信号输出端。在某些实施例中,即便是在增量/总和模块SD内部,也应当实现二次模块IQM。
由于第一和第二控制信号MI和MQ是相关联的,因而这种改变具有优势。因此,由第一频率转换器FC1执行的调制所产生的噪声仅仅与相位量化相关,而与幅度量化无关。这暗示着有可能对第一频率转换器FC1的输出使用限幅器LIM,通过使第一频率转换器的输出信号受到能引起惯常的峰值限幅的大量放大,从而使该限幅器LIM将第一频率转换器的输出信号转换为一个方波信号。包含在这种限幅器输出信号内的有用信息将仅仅由开/关限幅器的输出信号来表示,这将是纯数字的。这将允许大大简化第二频率转换器FC2的结构。尤其是,在这种变形中的相位检测器PD可由简单的相位/频率比较器构成,但是,如果来自第一频率转换器的信号是模拟的,则需要有模拟乘法器,以便维持线性工作模式。实际上,也可以用数字技术来设计第二频率转换器FC2,这将会简化结构,并减少成本,同时改进了性能。
图6用图例显示了一种信号发射机,例如是一个无线电话,它包括依据本发明另一个实施例的传输电路。与通常可能的那样,该传输电路与图1所说明的传输电路所共有的器件将会使用一致的参考号,并在本文中不再对其进行说明。在这个特定实施例中,第二频率转换器FC2是由包含一个相位检测器PD的一个锁相环构成的,其中相位检测器PD具有与第一频率转换器FC1的输出端相连的一个第一输入端、一个第二输入端,以及用于传送表示出现在第一和第二输入端上的信号之间的相位差的一个信号的一个输出端。锁相环还包括一个第二振荡器OSC2,它具有与相位检测器PD的输出端相连的一个调谐输入端,以及形成第二频率转换器的输出端的一个输出端。在相位检测器PD和第二振荡器OSC2之间插入了一个低通滤波器LPF。锁相环还包括一个第三振荡器OSC3,其输出端与相位检测器PD的第二输入端相连。第一振荡器OSC1通过二次模块QM,传送两个差动信号,它们在相位上彼此正交,其频率与第二振荡器OSC2的输出信号的频率为同一数量级。锁相环最终还包括一个双混频器(MIX1;MIX2),该双混频器具有通过二次模块QM而连接到第一振荡器OSC1的输出端的两个对称输入。双混频器(MIX1;MIX2)具有与第二振荡器OSC2的输出端相连的另一个输入端,以及与第一频率转换器FC1的四个基准输入端相连的两个对称输出端,用于接收相位彼此正交且具有中频频率的两个差动信号(0;180)以及(90;270)。
第二频率转换器FC2的实施例的优点在于:锁相环产生了具有出色频谱纯度的射频信号。此外,由于中频频率是固定的,且等于第一和第二振荡器OSC1和OSC2的输出信号之间的频率差,因而可以通过改变第一振荡器OSC1的输出信号的频率来调节传输电路的输出信号的频率。
如果,在这个实施例中,作出这样一种选择:将输入信号IN分离为两个分量INI和INQ,仍然可以想象仅仅使用直接接收输入信号IN的单独一个增量/总和模块,这样,多路复用器就仅具有构成第一频率转换器FC1的仅两个基准输入端的两个信号输入端,该多路复用器用于只接收来自单个的混频器MX1的单独的差动信号(0,180)。这样,使第一频率转换器FC1的结构得以简化,由此使整个传输电路的结构得以简化,但由第一频率转换器FC1实现的相位调制的分辨率降低了一半。
除此以外,在参照图6所说明的实施例的变形中,有可能使用用于接收来自信号处理单元PU的输入信号IN的单独一个增量/总和模块,也有可能将这种增量/总和模块的输出信号分离为两种彼此相位正交的控制信号MI和MQ,这使得可以在第一频率转换器的输出端和分频器之间插入一个限幅器,它具有如上所述的优势。
在本文所说明的实施例中,在第一频率转换器FC1的基准输入端输入的信号已经经过了调制,这是因为是由双混频器(MX1,MX2)执行的混频。由第一频率转换器FC1所实现的相位调制尽管在传输电路的输出信号中很明显,但它在第一频率转换器FC1的输出信号中还不够明显。这允许在第一和第二频率转换器FC1和FC2之间插入一个分频器DIV/N,这就增加了用于调节包含在传输电路内的各种振荡器的输出信号的频率值的自由度,这会简化设计以及工作模式。
尤其是,第三振荡器OSC3的输出信号频率不再具有等于中频频率。方便的是,已经存在于发射机的另一个部分(图中未示出)内的振荡器可被用于实现第三振荡器OSC3,例如是其振荡频率被用作包含在出现在设备内的接收电路中的锁相环的一个基准的振荡器。