CN1871766B - 可控混频器 - Google Patents

Abstract

一种外差接收机，包含具有其工作点可以动态变化的至少一个晶体管的混频器。评定来自混频器的输出信号的质量，以控制该工作点。设置工作点，从而当互调干扰高时，增加集电极电流，由此改进互调抗扰性。当互调干扰低时，减少集电极电流，由此减少晶体管噪声。而且，在这种情况下，减少了所抽取的电流。该电路与方法尤其适合于没有可调谐输入滤波器的射频接收机，以及其中功耗必须为低的接收机。

Description

可控混频器

技术领域

本发明涉及一种可控混频器及其控制方法。

背景技术

目前，用于调制射频信号的接收机一般为外差接收机形式。外差接收机利用向其提供要被接收的信号以及振荡器信号的混频级。振荡器信号作为要接收的所希望频率的函数是可调谐的。混频级在其输出端产生例如频率比输入信号低的信号。该频率称为中频。在典型的接收机中，在已经下混频至中频之后，输入信号被通过带通滤波器传送，并且在下游解调器级中解调。混频器一般前面有将输入信号电平匹配至混频器输入端的可控放大器。该措施防止了由于作为混频级非线性结果的过激励(overdrive)而产生干扰信号。在另一方面，弱输入信号被放大到以下程度：在混频器中添加的任何噪声对于信噪比具有负面影响。由此，所谓的自动增益控制(AGC)确保输入信号的电平匹配到下游级。

而且，混频器上游的信号流通路径还经常包含可调谐带通滤波器，通过该可调谐带通滤波器，减少或抑制与有用信号邻近的信号。抑制或减少与有用信号邻近的信号是必要的，这是因为由于有用信号与邻近信号的相近性，在混频器中会造成互调干扰。而且，信号电平比有用信号高的邻近信号会使混频器过激励。当混频级上游的可控放大器将有用信号的电平匹配到混频器输入端、同时也将邻近信号提高到混频器的最大许可输入电平之上时，就是这种情况。

抑制与有用信号邻近的信号涉及高度的电路复杂度。混频器上游的带通滤波器必须可调谐到所调谐的频率。而且，用来抑制邻近信号的电路或滤波器必须在制造接收机期间在工厂中得到微调(trim)。

由此，人们希望指定一种具有混频器的电路，并且其中在利用较不复杂的电路、并且在制造接收机期间不太需要微调电路部件的情况下，使互调干扰得到抑制、噪声行为得到改进。另一个目标是指定一种控制根据本发明的电路的、用来优化抗扰能力的方法。

发明内容

根据本发明的混频器具有至少一个晶体管，该晶体管的工作点可以通过控制信号设置。通过在混频器下游的带通滤波器连接的评估电路评估输出信号的信号质量。如果互调干扰强(例如当两个强信号在紧密相邻的频率上时，会发生这种情况)，则设置混频器的工作点，使得高集电极电流流动。当该集电极电流高时，混频器中晶体管的调制范围增加。对于两个邻近强信号，要求较大的调制范围，以避免产生作为晶体管非线性结果的互调分量(product)。混频器的一种实施方式利用具体在双极晶体管中发生的效应。在这种情况下，当发生高集电极电流(这是大输入信号所要求的)时，晶体管的混频增益同时下降。当集电极电流低时，混频增益增加。因为对于晶体管的调制范围的要求不高，所以对于小输入信号并且当邻近信号的电平只为低时，减少集电极电流。同时，在使用双极晶体管设计的混频器中，会发生较高的混频增益，并且对于低输入信号，这是人们希望的。而且，当集电极电流低时，来自晶体管的噪声也被减少。

在接收其中可能进行纠错的数字编码信号期间，通过评估错误率，可以简单方式确定信号质量。然而，依赖于所使用的调制类型以及输入信号，确定信号质量的其他可能方法也是可行的，例如分析来自混频级的输出信号的频谱。

有利的是，本发明允许在考虑与所接收信号邻近的信号的情况下，将混频器特性动态匹配到相应的接收情况。这使之可能以较低的电路复杂度改进抗扰能力。

根据本发明的、用来接收数字信号的接收机电路在输入端不需要可调谐带通滤波器。数字电路评估所接收信号的错误率，并且相应地控制混频级的特性。

具体地，所述电路与方法还适合于移动设备以及其中所抽取的电流应该最小的其他设备(智能电源管理)。动态调整混频级中晶体管的特性使之可能减少集电极电流，由此当接收情况良好并且信号电平低时，可能减少所抽取的整个电流。有利的是，所抽取电流的减少使之可能减少电路中散热方面的工作。这也简化了混频器与诸如解调器等其他组件在单个集成电路中的集成。

在进一步的改进中，在存储器中存储接收机中混频器工作的起始值。这些起始值包括(例如)关于调制方法、代码速率、和/或码元速率的信息。调制方法可以(由其)包含相位调制方法，例如BPSK(二进制相移键控)、QPSK(正交相移键控)、8PSK(八相移键控)，或者混合相位幅度调制方法，例如QAM(正交幅度调制)，或者频率调制方法，例如OFDM(正交频分复用)。

所述起始值用做电流信号质量评估的基础，并且设置混频器的工作点以至少达到所希望的最低信号质量。有利的是，类似地，所希望的最低信号质量的值存储在存储器，并且依赖于所使用的调制方法，所希望的最低信号质量可以不同。在这种情况下，对于每种调制方法，存储所希望的最低信号质量的值。在数字编码信号的情况下，信号质量与错误率成反比。

在进一步的改进中，对于上述的每个不同的起始值，存储各个优化例程。然后使用优化例程来优化混频器的设置。

本发明的理论原理可以从对于四柱网络(four-pole network)的非线性传输特性的分析中导出(此处只显示到第三次)。

y＝a·x+b·x²+c·x³(1)

两调信号x(t)被传送到四柱网络，其中转移函数如等式(1)：

通过代入(2)与1，获得等式(3)：

$y=\frac{1}{4}b\·u^2+\frac{1}{2}b\·v^2---\left[1\right]$

$\left[2\right]$

在以上等式中，等式各项如下：

表示DC分量；

表示线性分量；

表示交叉调制分量；

表示互调IM2；

表示平方分量(信号ω₁和ω₂频率的两倍)；

表示互调IM3；和

表示立方分量(信号ω₁和ω₂频率的三倍)。

通过对混频器特性的适当控制，可以控制(1)中因子b与c，从而非线性分量IM2[4]与IM3[6]是可变的。所述特性、以及由此的因子b与c，通过根据本发明的电路中的控制输入控制。

附图说明

以下将参照附图描述本发明，其中

图1显示根据现有技术的接收机；

图2显示具有根据本发明的混频器的接收机；

图3显示根据本发明的混频器的第一示意图；

图4显示根据本发明的混频器的第二示意图；

图5显示作为晶体管集电极电流的函数的互调抗扰性的图示；

图6显示对于不同晶体管工作点的、混频器的输入与输出信号的示意图示。

在附图中，类似或相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1显示根据现有技术的接收机的示意方框图。输入信号RF_in被传送到可调谐带通滤波器1。可调谐带通滤波器1用来选择所希望的输入信号，并且用来抑制可能的邻近信号。信号从可调谐带通滤波器1传送到可变增益放大器2。放大器2连接到混频器3。还向混频器3提供来自振荡器4的、可变频率的信号。在低于输入信号RF_in频率的频率上，在混频器3的输出端产生中频信号IF。中频信号IF被传送到固定中间频率上的带通滤波器6。中频信号从带通滤波器6传送到控制电路7，以及到解调器8。在解调器8的输出端 9，产生解调后信号以供进一步处理。控制电路7使用控制信号AGC，来控制可变增益放大器2。该控制回路确保输入信号RF_in以适当信号电平施加到混频器3。解调器8解调信号以供进一步处理。

图2显示根据本发明的具有混频器的接收机的示意方框图。输入信号RF_in被传送到放大器2。输入信号从放大器2传送到混频器3。向混频器3提供来自振荡器4的、可变频率的信号。而且，还向混频器3提供信号AGQC。中频信号IF从混频器3的输出端传送到固定中间频率上的带通滤波器6。信号从带通滤波器6传送到解调器8。解调器8解调所接收的信号，并且在输出端9将其产生。输出端9上的信号还被传送到评估电路7，其评定信号质量并且产生监控信号AGQC作为被接收及调制的信号的质量的函数，该监控信号被施加给混频器3。存储器5连接到评估电路，用来存储以及读取起始值和在操作期间获得的数据。

图3显示根据本发明的混频器的第一示意电路图。射频信号RF_in通过耦合电容器11被传送到晶体管12的基极连接端。通过包括在晶体管12的基极连接端上的电阻器13与14的分压器，设置晶体管12的工作点。控制电压U_S通过电阻器16施加到晶体管12的基极连接端。控制电压U_S从图中未示出的信号AGQC导出。通过控制电压U_S，可以改变晶体管12的工作点。并联的电容器18与电感19在晶体管12的集电极连接端连接到工作电压U_B。由电容器18与电感19形成的并联电路形成IF滤波器17。中频信号IF还在晶体管12的集电极输出端上产生，并且通过耦合电容器23发出。发射极电阻器22在晶体管12的发射极连接端接地。而且，通过耦合电容器21，还向晶体管12的发射极连接端提供来自图中未示出的振荡器的变频信号LO。

图4显示根据本发明的混频器的第二示意电路图。图4的混频器适于处理平衡信号。信号标记中的负算术符号表示该信号为反相。信号RF_in通过耦合电容器11被传送到两个晶体管26与29的基极连接端。晶体管26与29的基极连接端通过电阻器14接地。反相信号-RF_in通过耦合电容器111被传送到两个晶体管27与28的基极连接端。晶体管27与28的基极连接端通过电阻器114接地。晶体管对26、27以及28、29作为差分放大器连接。晶体管对26、27以及28、29的发射极分别相互连接。晶体管27与28的连接起来的发射极连接端通过电阻器30与电容器31接地。类似地，晶体管28与29的连接起来的发射极连接端通过电阻器130连接到电容器31，并且通过该电容 器31接地。来自振荡器的信号LO通过耦合电容器21施加到晶体管26与27的连接起来的发射极连接端。反相信号-LO通过耦合电容器121施加到晶体管对28与29的连接起来的发射极连接端。从图中未显示的信号AGQC导出的控制电压U_S连接到电阻器30与电容器31之间。通过控制电压U_S，可以调整由晶体管对26、27以及28、29形成的差分放大器的工作点。晶体管26与28的集电极连接端相互连接。类似地，晶体管对27与29的集电极连接端相互连接。通过输出电容器23与123，可以在晶体管的连接起来的集电极连接端抽出中频信号IF与相关反相信号-IF。由电感19与电容器18形成的并联电路耦合在晶体管对26、28以及27、29的连接起来的集电极连接端之间。由电感与电容器形成的电路形成中频滤波器17。在图4中，电感19由两个串联的电感元件构成，在其中心连接点送入差分放大器的电源电压。通过中心连接点送入电源电压避免直流对电感产生任何影响。

图5显示作为集电极电流的函数的、晶体管的互调抗扰性IM3的图示。该特性族清楚地显示当集电极/发射极电压恒定时互调抗扰水平为集电极电流的函数。

作为例子，图6显示对于晶体管不同工作点的、混频器的输入与输出信号的简化示意图。图6a显示具有相同信号电平的两个输入信号RF_use与RF_adj。有用信号RF_use频率为205MHz。邻近信号RF_adj频率为214MHz。假设混频器振荡器工作在200MHz频率上。在混频器中一方面产生中频信号IF_use与IF_adj，另一方面产生不希望的互调分量IF_int。有用中频信号IF_use频率为5MHz(205MHz-200MHz)，邻近中频信号IF_adj频率为14MHz(214MHz-200MHz)，由互调产生的干扰中频信号IF_int频率为4MHz(200MHz-(2×205MHz-214MHz))。图6b显示有用、邻近以及干扰中频信号的例子。图6b的图示基于以下假设：混频晶体管被设置为高混频增益。这三个中频输出信号在相对较高的电平上，其中干扰中频信号IF_int在稍低于有用中频信号IF_use的电平上。作为有用信号与干扰信号之间分离的互调分离(例如)假设为X dBc，其中dBc表示加权度量。图6c显示当混频晶体管的混频增益较低时来自混频器的输出信号。有用中频信号IF_use在比图6b低的电平上。干扰中频信号IF_int未被减少到与有用中频信号相同的程度。与图6b的例子相比，大大增加了互调分离，其为YdBc。在这种情况的，Y dBc大于X dBc。

Claims (9)

1.一种包含具有至少一个混频晶体管(12)的可控混频器(3)的射频电路，其中向该至少一个混频晶体管(12)提供振荡器信号(LO)与输入信号(RF_IN)，其中输入信号(RF_IN)包含有用信号(RF_use)与其他信号(RF_adj)，并且其中作为混频器(3)的输出产生输出信号(IF)，其中提供控制器，该控制器向混频晶体管(12)施加作为解调后输出信号(IF)的信号质量的函数的控制信号(U_S)，其中所述至少一个混频晶体管(12)的工作点可以通过控制信号(U_S)设置，在这种情况下，作为所述至少一个混频晶体管(12)的工作点的函数，可以改变互调抗扰性和/或输出信号(IF)中的噪声，特征在于：该混频晶体管的混频增益由所述至少一个混频晶体管(12)的工作点确定。

2.如权利要求1所述的可控混频器，特征在于：提供连接在所述混频器(3)下游的解调器(8)、以及评估电路(7)，用来评定解调后输出信号(IF)的信号质量。

3.如权利要求2所述的可控混频器，特征在于：评估电路(7)评定数字编码信号的错误率。

4.如权利要求1所述的可控混频器，特征在于：提供存储器(5)，用来记录起始值，根据该起始值可以评定及优化所述信号质量。

5.如权利要求4所述的可控混频器，特征在于：所述起始值包含关于所希望的最低信号质量、码元速率、代码速率、和/或调制方法的信息，并且可以选择用于接收优化的优化例程作为所述起始值的函数。

6.一种接收机中控制具有解调器和至少一个混频晶体管(12)的混频器(3)的方法，其中向该至少一个混频晶体管(12)提供振荡器信号(LO)与输入信号(RF_IN)，其中输入信号(RF_IN)包含有用信号(RF_use)与其他信号(RF_adj)，并且其中作为混频器(3)的输出产生输出信号(IF)，所述方法包含以下步骤：

评定解调后输出信号(IF)的信号质量；

设置所述至少一个混频晶体管(12)的工作点，作为解调后输出信号(IF)质量的函数，其中通过所述至少一个混频晶体管(12)的工作点，设置互调抗扰性和/或所述至少一个混频晶体管(12)的噪声，

其中该方法的特征在于：

通过设置所述至少一个混频晶体管(12)的工作点，设置该混频晶体管的混频增益。

7.如权利要求6所述的方法，特征在于：评估数字编码信号的错误率，以评定所述信号质量。

8.如权利要求6所述的方法，特征在于：选择开始时存储的起始值，以评定所述信号质量、以及设置所述混频晶体管(12)的工作点。

9.如权利要求8所述的方法，特征在于：对于不同的调制方法、代码速率、和/或码元速率，选择不同的起始值和/或优化例程。

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