CN1399488A - 双级上变频调制器 - Google Patents

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Abstract

一种双级上变频调制器包括由两个调制单元(101，102)构成的第一变频级(1)，这些单元在一个输入端接收四相基带信号，受控于第一中频(IF1)上的四个四相载波信号，在一个输出端发出在所述第一中频的反相上变频信号(IF1C，IF1C_b)。该调制器还包括第二上变频级(2)，在一个输入端接收在所述第一中频的所述上变频信号，受控于在第二中频(IF2)的另两个反相载波信号，在一个输出端输出高频信号(HF_M)，所述高频(HF)对应于所述第一和第二中频之和(IF1+IF2)。

Description

双级上变频调制器
技术领域
本发明涉及特别用于移动电话发射机电路中的正交双级上变频调制器。该双级上变频调制器包括含有第一调制单元的第一上变频级。第一调制单元在一个输入端接收由第一同相信号、第二反相信号、第三正交信号和第四正交反相信号形成的四相基带信号。该第一单元受控于由第一同相载波信号、第二反相载波信号、第三正交载波信号和第四正交反相载波信号形成的第一中频的四相载波信号。调制单元在其一个输出端发出被上变频到第一中频的信号。
技术背景
由单个调制单元构成的这种简单的上变频正交调制器在先有技术中已广为人知。这种调制器，如图1所示，包括两个差分混频器10和12。第一混频器10在一个输入端接收同相基带信号bbI，第二混频器12在一个输入端接收正交基带信号bbQ。这两个混频器10和12受高频正交信号发生器(未示出)所获得的高频载波信号HF_I和HF_Q控制。第一混频器10由同相高频载波信号HF_I控制。第二混频器12受控于正交高频载波信号HF_Q、即相对于载波信号HF_I相移90°的信号。在混频器输出端发送的信号是在载波信号频率上调制的正交信号。设置于调制器输出端的加法器14把两个调制信号加起来，从而在其输出端提供高频调制信号HF_M。
这种简单的上变频调制器的缺点在于需要产生完全正交的高频载波信号HF_I和HF_Q。这样一种信号发生器，不论能多么精确地保证90°的相移，都很快变得十分复杂。而且，这种发生器的功耗也相当可观。
在现有技术中广为人知的另一类简单上变频正交调制器示于图2。这种调制器的工作原理与前述完全相同。与前述调制器的区别在于高频正交载波信号HF_I和HF_Q的产生。此处，高频发生器26用来产生频率为调制输出信号所需频率的两倍、即2HF的载波信号。在发生器26的一个输出端设置正交二分频器28，它可使所获得的载波信号HF_I和HF_Q在控制调制器的差分混频器20和22所需的调制频率上完全正交。
这种调制器的缺点在于用来产生频率为所需频率两倍的信号的高频发生器26的功耗过大。事实上，对于大约1GHz的频率，例如900MHz(移动电话范围)，发生器就必须产生频率为1.8GHz的信号。
本领域的技术人员始终关注的问题之一是制造低功耗的电路，它们既能集成在便携式通信工具中，又能获得极好的正交信号调制质量。
发明内容
本发明的特征在于它可避免上述缺点。
因此本发明涉及一种如开篇所定义的双级上变频调制器，其特征在于第一级还包括类似于第一单元的第二调制单元，该单元
在一个输入端接收所述第一、第二、第三和第四基带信号；
受控于在所述第一中频的所述第一、第二、第三和第四载波信号；以及
在一个输出端输出与所述第一上变频信号反相的在所述第一中频的第二变频信号，
其特征还在于所述调制器还包含第二上变频级，
在一个输入端接收所述第一中频的所述第一和第二上变频信号，
受控于由第五同相载波信号和第六反相载波信号形成的、在第二中频上的另外两个载波信号，
在一个输出端输出高频信号，所述高频对应于所述第一和第二中频之和。
这样，按照本发明的调制器就可实现低功耗调制。事实上，用来使输入的基带信号转置为高频输出信号的载波信号是低于高输出调制频率的中频信号。因此，频率越低，用来提供这些载波信号的发生器的功耗就越低。
本领域的技术人员始终关注的另一问题是需要产生尽可能最纯净的调制信号。为此，必须去除在不平衡结构中出现的所有杂散信号或馈通信号。
这就是按照本发明的优选实施例的双级上变频调制器具有以下特征的原因，即其特征在于：第一上变频级的两个调制单元分别包含第一和第二差分混频器以及第三和第四差分混频器，
其特征还在于：第一和第二混频器在其输出端分别提供在第一中频(IF1)的第一和第二调制信号，该第一和第二调制信号在第一单元的输出端相加，从而得到第一上变频信号，
其特征还在于：第三和第四差分混频器在其输出端分别提供调制到第一中频的第三和第四信号，该第三和第四调制信号在第二单元的输出端相加，从而得到第二上变频信号，以及
其特征还在于：第二上变频级包括第五差分混频器。
最后，在这类正交调制器中，很重要的一点是载波信号是以高精度正交的。事实上，特别是在诸如调制频率大约为1GHz的移动电话领域，同相信号和正交信号之间的任何相移都会导致出现附加的杂散信号。
在本发明的最佳实施例中，双级上变频调制器的特征在于：控制第二上变频级的第二中频载波信号直接由第二中频信号发生器产生；以及控制第一上变频级的第一中频载波信号是在信号发生器输出端设置的正交分频器中二分频之后得到的，第二中频是第一中频的两倍。
附图说明
以下通过仅以举例方式给出的实施例对本发明加以详细说明，并结合附图说明本实施例。
图中：
图1表示按照先有技术的正交调制器；
图2表示按照先有技术的另一种正交调制器；
图3是按照本发明的调制器的示意图；
图4是按照本发明的调制器的详图；以及
图5是载波信号发生器的电路图。
具体实施方式
图1和图2已在先有技术的范围内描述过。
图3是按照本发明的双级上变频调制器的示意图。调制器分成称为上变频级的两个级。事实上，这两个级中每一级的作用都是把在一个输入端接收的信号调制并转置到较高的频率。更具体地说，第一级1使调制器的输入信号被调制到第一中频IF1。得到的信号然后通过第二级2“上变频”到更高的频率或高频HF。
级1包括两个所谓的调制单元101和102。这两个单元的内部结构相似。二者的区别在于它们所接收的输入和控制信号。
第一调制单元101包括两个差分混频器103和104以及加法器107。第二调制单元102包括两个差分混频器105和106以及加法器108。最好采用由一对MOS(金属氧化物半导体)技术晶体管构成的差分混频器。利用这种混频器的优点在于消除了混频器输出端的杂散信号或馈通信号。如果混频器接收的两个输入信号和两个控制信号是反相的，则这些馈通信号实际上就被消除了。
单元101在四个输入端接收四个低频或基带输入信号。这些信号是四相的。混频器103在第一输入端接收同相信号bbI、在第二输入端接收反相信号bbI_b。混频器104在第三输入端接收同相正交信号bbQ，在第四输入端接收同相正交反相信号bbQ_b。
单元101还接收四个控制信号或载波信号，它们也是四相的。这些载波信号可使基带信号(bbI、bbI_b、bbQ和bbQ_b)调制在载波信号频率上。混频器103接收同相载波信号IF1I和反相载波信号IF1I_b。混频器104接收同相正交载波信号IF1Q和同相正交反相载波信号IF1Q_b。所有载波信号都在中频IF1上。
在单元101的输出端，设置加法器107，使混频器103和104输出端输出的两个调制信号IF1Im和IF1Qm相加。这两个调制信号IF1Im和IF1Qm都处于中频IF1，因此，在加法器107输出端以及在单元101输出端的上变频信号IF1C也处于中频IF1。该信号IF1C的优点是它没有特别与在差分混频器中使用的晶体管数量和杂散电容有关的馈通信号。
与单元101完全类似，单元102包括两个差分混频器105和106以及加法器108。在四个输入端接收的信号是同样的四个四相基带信号，控制载波信号是同样的四个在中频IF1的四相信号。
单元101和102的区别在于输入端接收的信号与控制信号的组合。实际上，单元102的用途是在其一个输出端提供与单元101输出端提供的上变频信号反相的另一上变频信号IF1C_b。
为此，只需要使每个混频器接收的基带信号或载波信号反相，这是一回事，因为这些混频器是对称的。这种反相会引起混频器输出端得到的调制信号的改变。混频器105输出端的调制信号IF1Im_b与信号IF1Im反相。同样，混频器106输出端的调制信号IF1Qm_b与信号IF1Qm反相。因此，在加法器108输出端获得的上变频信号IF1C-b与上变频信号IF1C反相。
在上变频级1的输出端，就有了两个在中频IF1的反相上变频信号IF1C和IF1C_b。这两个上变频信号都提供给上变频级2。
应当指出，在本实施例中，反相的上变频信号是由类似的单元101和102得到的，但也可设想利用除镜像单元102以外的其他装置来获得反相的上变频信号IF1C_b，例如使用一个180°的移相器。
级2包括单个差分混频器110，它在一个输入端接收上变频信号IF1C，在另一输入端接收中频IF1的上变频信号IF1C_b。混频器110由中频IF2的两个反相的载波信号IF2I和IF2I_b控制。在混频器110输出端获得的调制信号HF_M对应于在其输入端接收的信号，但经过频率转置或上变频。实际上，调制信号HF_M是高频信号，其频率HF等于中频IF1和IF2之和。
把差分混频器用于频率转置或上变频，不仅消除了因构成混频器110的晶体管的杂散电容所引起的馈通信号，也消除了在中间杂散频率IF1和IF2的信号。
图4详细表示按照本发明的双级上变频调制器。调制器的整体结构已结合图3作了说明。所以，可以再次看见两个上变频级1和2以及级1的两个调制单元201和202。
所用的差分混频器均由两个晶体管构成。晶体管最好选用MOS技术晶体管，因为它们可以为混频器、从而为整体结构获得更高的线性度。
图4的晶体管203A到206A和203B到206B对应于图3中的混频器103到106，图4中的晶体管210A到210B对应于图3中的混频器110。
为了能够在单元201和202的输出端得到上变频信号IF1C和IF1C_b，提供给这两个单元的基带信号和载波信号按下述组合：
晶体管203A和203B在各自的漏极分别接收同相基带信号bbI和反相基带信号bbI_b，在各自的栅极分别接收同相载波信号IF1I和反相载波信号IF1I-b，它们的源极接213至调制信号IF1Im；
晶体管204A和204B在各自的漏极分别接收正交基带信号bbQ和正交反相基带信号bbQ_b，在各自的栅极分别接收正交载波信号IF1Q和正交反相载波信号IF1Q_b，它们的源极接214至调制信号IF1Qm；
晶体管205A和205B，与晶体管203A和203B相反，在各自的漏极分别接收反相基带信号bbI_b和同相基带信号bbI，在各自的栅极分别接收同相载波信号IF1I和反相载波信号IF1I_b，它们的源极接215至调制信号IF1Im_b；
晶体管206A和206B，与晶体管204A和204B相反，在各自的漏极分别接收正交反相基带信号bbQ_b和正交基带信号bbQ，在各自的栅极分别接收正交载波信号IF1Q和正交反相载波信号IF1Q_b，它们的源极接216至调制信号IF1Qm_b；
加法器207把调制信号IF1Im和IF1Qm相加，得出上变频信号IF1C，加法器208把调制信号IF1Im_b和IF1Qm_b相加，得出上变频信号IF1C_b。
这两个上变频信号都提供给级2的输入端。图3中的混频器110对应于图4的晶体管210A和210B。为了在级2的输出端只保持调制到所需频率上的信号，晶体管由中频IF2的同相和反相载波信号控制。
晶体管210A在其漏极接收同相上变频信号IF1C，在其栅极接收同相载波信号IF2I。晶体管210B在其漏极接收反相上变频信号IF1C-b，在其栅极接收反相载波信号IF2I_b。晶体管210A和210B的源极接220至高频调制信号HF_M，该信号的频率HF等于上变频信号的中频IF1和级2的载波信号的中频IF2之和。
图5是用来产生中频IF1和IF2载波信号的装置的实例。产生中频IF2信号的发生器301在输出端提供同相信号IF2I，该信号直接被提供给调制器的级2，设置该装置使同相信号相移180°，从而获得同相信号IF2I和反相信号IF2I_b。发生器301发送的信号IF2I也提供给正交分频器302。该分频器在一个输出端提供同相信号IF1I，在另一输出端提供频率为中频IF2二分之一的中频IF1的正交信号IF1Q。信号IF1I和IF1Q都提供给调制器的级1作为载波信号，在那里也设置用于产生反相信号的装置。
在移动电话的实例中，调制频率为900MHz。因此，最好采用产生600MHz信号的发生器和二分频器。则中频IF2是600MHz，而中频IF1为其二分之一、即300MHz。这样就得到输出为900MHz的高频调制信号HF。
显然，在此只是通过举例进行说明，而其它实施例，特别是诸如镜像调制单元(102，202)等产生反相信号的装置也包含在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.双级上变频调制器，它包括具有第一调制单元(101，201)的第一上变频级(1)，
在第一、第二、第三和第四输入端分别接收由第一同相信号(bbI)、第二反相信号(bbI_b)、第三正交信号(bbQ)和第四正交反相信号(bbQ_b)形成的四相基带信号，
受控于由第一同相载波信号(IF1I)、第二反相载波信号(IF1I_b)、第三正交载波信号(IF1Q)和第四正交反相载波信号(IF1Q_b)形成的在第一中频(IF1)上的四个四相载波信号，
在一个输出端发送在所述第一中频(IF1)上的第一上变频信号(IF1C)，
其特征在于所述第一级(1)还包括类似于所述第一单元的第二调制单元(102，202)；
在第一、第二、第三和第四输入端分别接收所述第一、第二、第三和第四基带信号(bbI，bbI_b，bbQ，bbQ_b)，
受控于在所述第一中频(IF1)上的所述第一、第二、第三和第四载波信号(IF1I，IF1I_b，IF1Q，IF1Q_b)，
在一个输出端发送与所述第一上变频信号反相的在所述第一中频(IF1)的第二上变频信号(IF1C_b)，
其特征还在于所述调制器还包括第二上变频级(2)，
在第一和第二输入端分别接收在所述第一中频(IF1)的所述第一和第二上变频信号(IF1C，IF1C_b)，
受控于由第五同相载波信号(IF2I)和第六反相载波信号(IF2I_b)构成的在第二中频(IF2)上的另外两个载波信号，以及
在一个输出端发出高频信号(HF_M)，所述高频(HF)对应于所述第一和第二中频之和(IF1+IF2)。
2.如权利要求1所述的双级上变频调制器，其特征在于：所述第一上变频级(1)的所述第一和第二调制单元(101，102)分别包括第一(103)和第二(104)差分混频器和第三(105)和第四(106)差分混频器，
所述第一(103)和第二(104)混频器分别在一个输出端提供在所述第一中频(IF1)上的第一(IF1Im)和第二(IF1Qm)调制信号，所述第一和第二调制信号在所述第一单元(101)的输出端相加而得到所述第一上变频信号(IF1C)，
所述第三(105)和第四(106)差分混频器分别在一个输出端提供在所述第一中频(IF1)上的第三(IF1m_b)和第四(IFQm_b)调制信号，所述第三和第四调制信号在所述第二单元(201)的输出端相加而得到所述第二上变频信号(IF1C_b)，以及
所述第二上变频级(2)具有第五差分混频器(110)。
3.如权利要求1或2所述的双级上变频调制器，其特征在于：在所述第二中频(IF2)的所述第五(IF2I)和第六(IF2I_b)载波信号直接由在所述第二中频(IF2)的信号发生器(301)产生，而且在所述第一中频(IF1)的所述第一、第二、第三和第四载波信号是在设置于所述信号发生器的一个输出端的正交分频器(302)中二分频之后得到的，所述第二中频(IF2)是所述第一中频(IF1)的两倍。
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