CN1917500A - 正交变频器、调谐器和调制器 - Google Patents

Abstract

一种正交变频器，包括第一和第二混频器(4－6，7－9)及本地振荡器(10－12)。本地振荡器(10－12)提供标称相位正交的第一和第二整流信号并包括用于将第一整流信号的相位改变180°以便提供第三整流信号的布置(12)。第一混频器(4－6)包括用于混频输入信号与第一整流信号、输入信号与第二整流信号的第一和第二混频级(4，5)及用于将混频级输出信号相加的加法器(6)。第二混频器包括用于混频相同或不同的输入信号与第二整流信号、相同或不同的输入信号与第三整流信号的第三和第四混频级(7，8)及用于将第三和第四混频级输出信号相加的加法器(9)。

Description

正交变频器、调谐器和调制器

技术领域

本发明涉及正交变频器。本发明还涉及包括这种变频器的调谐器和调制器。例如，这种调谐器可以用于通过例如陆地或卫星广播或电缆分配接收模拟或数字的电视、音频、数据或电话广播。这种调制器可以用于例如编码信号以便以射频发射或发布。

背景技术

附图中的图1说明了已知类型的正交变频器。该变频器包括两条信号路径，包含同相(I)混频器1和正交(Q)混频器2。混频器通过正交分离器4从本地振荡器3接收打算相对于彼此相位正交的整流信号并将每一信号路径中的信号与各自的整流信号进行混频，以便生成同相和正交输出信号Io和Qo。正交输出信号的“质量”至少部分地由信号路径之间的幅值不平衡和正交整流信号之间的正交相位不平衡确定。

通过良好的设计与布置技术，增益不平衡可以减小到0.1dB量级。但是，正交相位不平衡更难减小到提供可接受正交变频性能的水平。例如，在本地振荡器3的频率需要变化一个倍频程或更多的布置中，很难穿过运行的频带将相位不平衡减小到小于3°。

一种用于减小正交相位误差的已知技术是向双平衡混频器或双双平衡混频器提供正交整流信号。这种混频器从整流信号中产生与距离90°的相位误差成比例的误差信号，而且这种误差信号可以用于控制包括正交分离器4的反馈环路，从而减小相位不平衡。但是，这种布置相对复杂且不方便。

在图1中，整流信号之间的距离90°的相位误差由加到同相或0°整流信号的Φ°的相位误差或位移表示，而正交或90°信号不被污染。整流信号在附图中的图2的图中说明为向量，而且当施加到混频器1和2时，导致转换后的输出信号Io和Qo中相同的相位不平衡或误差。相位误差Φ°必须减小到足够低的值，以便提供正交变频器可以接受的运行。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了包括第一和第二混频器及本地振荡器的正交变频器，本地振荡器布置成提供标称相位正交的第一和第二整流信号并包括用于将第一整流信号的相位改变180°以便提供第三整流信号的布置，第一混频器包括分别用于混频第一输入信号与第一整流信号、第一输入信号与第二整流信号的第一和第二混频级及用于形成第一和第二混频级输出信号的线性组合的第一线性组合器，第二混频器包括分别用于混频第二输入信号与第二整流信号、第二输入信号与第三整流信号的第三和第四混频级及用于形成第三和第四混频级输出信号的线性组合的第二线性组合器。

第一至第四混频级可以是相同的结构。

第一至第四混频级中的每一个都可以包括吉尔伯特单元。

第一和第二组合器中的每一个都可以包括加法器。

本地振荡器可以是可变频率本地振荡器。

第一和第二信号可以是相同的。

变频布置可以布置成反转第一整流信号的相位，以便提供第三整流信号。第一整流信号可以是差分信号，而第一和第四混频级可以具有反相位连接的差分输入，以便接收第一整流信号来形成变频布置。

根据本发明的第二方面，提供了包括根据本发明第一方面的变频器的调谐器。

根据本发明的第三方面，提供了包括根据本发明第一方面的变频器的调制器。

因此，有可能提供具有改进的相位不平衡性能而不需要使用控制环路的变频器。这种变频器对于制造是方便的，而且可以用在需要进行上变频或下变频的正交变频的任何应用中。

附图说明

作为例子，本发明将参考附图进一步描述，其中：

图1是已知类型的正交变频器的方框电路图；

图2是说明图1变频器运行的相位或向量图；

图3是构成本发明一种实施方式并包括构成本发明一种实施方式的正交变频器的直接转换或零中频调谐器的方框电路图；

图4在图3所示变频器的环境下重复图2的图；

图5和6是说明图3所示变频器运行的向量图；

图7是说明图3所示变频器一部分的电路图；

图8是构成本发明一种实施方式并包括构成本发明一种实施方式的变频器的单边频带(SSB)调制器的方框电路图；

图9是说明图8所说明的调制器修改形式的方框图；及

图10是说明构成本发明一种实施方式并包括构成本发明一种实施方式的变频器的另一类型调制器的方框电路图。

贯穿所有附图，相同的标号都指相同的部分。

具体实施方式

图3说明了零中频(ZIF)类型的调谐器，其中宽带射频输入信号中任何期望的信道都可以被选择并转换成正交基带同相(I)和正交(Q)输出信号。该调谐器具有例如用于连接到陆地天线、卫星天线系统或电缆分配系统的输入1。输入1连接到跟踪射频通频带滤波器2，滤波器2的通频带跟踪所选信道的频率而且其带宽足够以最小的衰减使所选信道与几个相邻信道一起通过。可选地，滤波器2可以固定，例如提供频带限制功能，或者可以省略。滤波器2的输出提供给自动增益控制(AGC)级3，级3提供增益的放大与控制，从而向变频器提供恒定的信号电平。

变频器包括包含混频级4和5与加法器6的I混频器及包含混频级7和8与加法器9的Q混频器。变频器还包括本地振荡器10、正交分离器11和用于将进入信号的相位位移π弧度或180°的移相器12。

混频级4、5、7和8具有连接到一起并连接到级3的输出的信号输入。混频级4和5的输出由加法器6向量相加，加法器6的输出包括I混频器的输出。类似地，混频级7和8的输出由加法器9相加，加法器9的输出提供Q混频器的Q输出。混频级5和8具有连接成从具有90°相对相位的正交分离器11接收整流信号的整流输入。混频级4具有连接到正交分离器11以便接收具有标称0°相对相位但包括Φ°相位不平衡的整流信号的整流输入。这种信号还提供给移相器12，例如通过反转输入波形，移相器12提供180°的准确相移。因此，移相器12的输出信号具有180°+Φ°的相对相位，而且这作为整流信号提供给混频级7的整流输入。

来自加法器6的I混频器的输出提供给I滤波器13，I滤波器13具有足以使处于基带的期望的I成分通过并衰减相邻信道的通频带。滤波器13的输出提供给另一AGC级14，AGC级14的输出连接到调谐器的I输出17。类似地，来自加法器9的Q混频器的输出提供给Q滤波器15，Q滤波器基本与滤波器13相同。滤波后的输出提供给其输出连接到调谐器的Q输出18的另一AGC级16。

图4说明了标称正交相位本地振荡器信号I_LO和Q_LO的实际相位。在本地振荡器信号之间有Φ°的正交不平衡，这被说明为(不损失任何通用性)叠加到同相整流信号上。在图1所示类型的传统正交变频器中，本地振荡器正交信号的相对相位基本确定了I和Q混频器输出信号的相对相位，而且结果产生的正交不平衡导致正交输出信号之间的污染或串扰。

图5是说明I混频器运行的向量图。混频级4接收整流信号I_LO并将该输入信号转换成具有相同相对相位的频率转换信号。这种信号在图5中的I_A说明。类似地，混频级5将输入信号转换成具有在图5中的I_B说明的相位的频率转换信号。加法器6形成信号I_A和I_B的向量和，以便形成输出信号I_O，向量I_O在向量I_A和I_B之间分开角度2θ_I。与横轴的角度θ_I由下式给出：

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{90-\mathrm{\Φ}}{2}$

图6以相同格式说明了Q混频器的运行。混频级8将进入的信号频率转换成具有90°相对相位的输出信号Q_B。混频级7产生具有180°+Φ相对相位的频率转换输出信号Q_A，而加法器9形成向量和来提供具有横轴下θ_Q相位角的Q混频器输出信号Q_O，其相位角由下式给出：

${\mathrm{\θ}}_Q=\frac{90+\mathrm{\Φ}}{2}$

输出信号I_O和Q_O之间的相对相位由下式给出：

${\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_Q=\frac{90-\mathrm{\Φ}}{2}+\frac{90+\mathrm{\Φ}}{2}$

$=\frac{90}{2}-\frac{\mathrm{\Φ}}{2}+\frac{90}{2}+\frac{\mathrm{\Φ}}{2}$

这样的结果是相位误差Φ被变频器中的混频处理有效地取消了。因此，正交相位误差从理论上讲被除去了，因此该正交输出信号理论上讲是理想的相位正交。但实际上，没有实现理想的取消，但由变频器提供的正交相位不平衡的减小代表了正交平衡的基本改进而且不需要任何复杂的控制环路。

图7说明了混频级4和7及移相器12的电路结构和互连的例子。混频级是包括跨导级4a和7a及电流切换单元4b和7b的吉尔伯特单元类型。如在20的插入物(inset)中所示的，每个跨导级都包括一长尾对的晶体管21和22，其具有发射极退化电阻23和24及恒定的电流源25。插入物26说明了包括晶体管27至30的每个切换单元。晶体管27和28的发射极连接到晶体管21的集电极，而晶体管29和30的发射极连接到晶体管22的集电极。晶体管27和29的集电极连接到一起以便形成第一差分输出线路，而晶体管28和30的集电极连接到一起以便形成第二差分输出线路。晶体管27和30的基极连接到一起以便形成第一差分整流输入线路，而晶体管28和29的基极连接到一起以便形成第二差分整流输入线路。

切换单元4b的差分整流输入连接成接收具有0°标称相位但有(0+Φ)°实际相位的本地振荡器整流信号LO1。切换单元7b的整流信号输入以反转多个或“反相位”连接到相同的整流信号，使得切换单元7b接收反转的整流信号，该信号等同于相位位移180°的不反转信号。因此，这种互连提供了相对简单的移相器12。

图8说明了图3所示变频器4至12的另一应用。这种布置可以用作单边频带(SSB)调制器或作为图像取消混频器来提供经典或近零中频。I和Q混频器分别向移相器31和32提供它们的输出信号，移相器31和32分别提供-45°和+45°的相移。移相器31和32的输出提供给加法器33，加法器33形成相移I和Q信号的向量和。

在SSB调制器的情况下，一个边频带被有效抑制，而另一个被“构建”并提供给调制器的输出34。在图像取消混频器的情况下，图像信道被有效抑制，而所选的期望信道被构建并提供给输出34。移相器31和32也可以执行滤波功能来衰减相邻信道。

在图像取消混频器的情况下，I和Q混频器输出处于中频带，因此需要移相器31和32在相对小的频率范围执行准确的相移。但是，在SSB解调器的情况下，混频器输出信号的频率可能相当大地变化，因此将需要宽带移相器。但是，为了提供边频带抑制，在包括I和Q混频器的信号路径之间有90°的相对相位是足够的。因此，如图9所说明的，移相器31和32可以分别位于I和Q混频器前面。因为不管所需的输出频率是多少，这种调制器的输入信号都在相同的频带中，因此这种布置允许使用窄带移相器。

图10说明了利用与图3相同的正交变频器4至12的调制器的更通用形式。在这种情况下，I和Q混频器分别从数据编码器和数字信号处理器(DSP)40接收所生成的调制信号。这种布置可以用于生成很多类型的调制，例如包括一般用在模拟电视传输中的残余边频带(VSB)和一般用在电缆分配系统中的正交幅值调制(QAM)。

Claims (10)

1、一种正交变频器，包括第一和第二混频器及本地振荡器，本地振荡器布置成提供标称相位正交的第一和第二整流信号并包括用于将第一整流信号的相位改变180°以便提供第三整流信号的布置，第一混频器包括分别用于混频第一输入信号与第一整流信号、第一输入信号与第二整流信号的第一和第二混频级及用于形成第一和第二混频级输出信号的线性组合的第一线性组合器，第二混频器包括分别用于混频第二输入信号与第二整流信号、第二输入信号与第三整流信号的第三和第四混频级及用于形成第三和第四混频级输出信号的线性组合的第二线性组合器。

2、如权利要求1所述的变频器，其中第一至第四混频级是相同的结构。

3、如权利要求1所述的变频器，其中第一至第四混频级中的每一个都包括吉尔伯特单元。

4、如权利要求1所述的变频器，其中第一和第二组合器中的每一个都包括加法器。

5、如权利要求1所述的变频器，其中本地振荡器是可变频率本地振荡器。

6、如权利要求1所述的变频器，其中第一和第二信号是相同的。

7、如权利要求1所述的变频器，其中相位改变布置被布置成反转第一整流信号的相位，以便提供第三整流信号。

8、如权利要求7所述的变频器，其中第一整流信号是差分信号，而第一和第四混频级具有反相位连接的差分输入，以便接收第一整流信号来形成相位改变布置。

9、一种调谐器，包括如权利要求1所述的变频器。

10、一种调制器，包括如权利要求1所述的变频器。

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