CN88101130A - 自动中频正切锁定控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的无线电接收机，为收到具有不同频率的载波信号时，它可保持稳定的预定中频。中频信号(14)经信号解调单元(16)处理，该单元包括正切处理单元(22)，用以产生控制信号，控制信号随已解调的中频信号和来自基准振荡器(17)的基准信号的正切函数而变化，该控制信号用于控制基准信号(26)的频率和相位，中频级(12)利用这种控制来把中频信号调整到中频级特性的中心位置上。

Description

本发明通常涉及无线电接收机，特别是涉及中频（IF）处理和正切锁定原理。

在以往的技术中，锁相环作为检测所希望的被发送射频（RF）信号的手段已是众所周知的了。这种锁相环是通过将本地产生的信号的估值与接收信号本身进行比较的方法来检测信号的。这两个信号之间的相位差经低通滤波（即积分），并用以修正该本地信号的估值，以使其平均频率和相位接近所接收的信号。

通常，在大多数无线电接收机中，这种锁相环都用于锁定中频信号。已知在已有技术中已经认识到的，该中频信号包含原始接收的载波信号;只是在通过中频级时频率发生了变化。然而，至少曾有某种文献建议过，可以利用本地产生的估值和输入到中频的载波信号的函数关系来实现相位的锁定，它使锁相环锁定到输入信号本身。

在60年代初就已经提出了正切函数锁相环的概念，这种锁相环是将中频级的输出信号与本地产生的信号估值在对偶比相器中进行比较，从而获得中频信号和本地产生的信号之间相位差的正弦和余弦函数。然后将这两种输出适当组合以获得一个正切函数（正弦除以余弦），所得到的合成信号可以作为锁相环的校正信号。由于正切函数比正弦或余弦函数的幅度变化更显著，所以为使用正切函数时，至少在某些工作条件下可以增加锁相环相位比较器的工作范围和线性。采用正切锁定原理锁定中频信号的无线电接收机的一种用实例是莫托洛拉（Motorola）MC13020调幅立体译码器集成电路。

但至今尚没有基于无线电接收机中频级建立一个令人满意的正切函数锁相环的成功先例。给定了稳定性、速度、范围和可能提供的局部改进措施，显然存在建立这种令人满意的正切函数锁相环的要求。

这里所介绍的装置可满足各种各样的要求，该装置包括中频级的频率转换单元（FTU）和基准信号单元（RSU）。频率转换单元对于所接收的如下两种信号产生响应：（1）输入信号，该信号包含了受信息信号调制的载波信号;（2）来自基准信号单元的基准信号。这时频率转换单元会产生一输出信号，该信号的频率和相位与经基准信号转换的载波信号的频率和相位相关，且该FTU信号包含接收机的中频信号。该中频信号按常规方式解调其所产生的一部分解调信号用以高供至基准信号单元的控制信号，该控制信号本身（至少部分）地随解调信号（至少一部分）的正切函数而变化。

结果，接收机能够按正切函数关系锁定于原始的输入载波信号，并同时提供一个稳定的与原始输入信号的频率无关的中频频率。因此，中频信号能准确地位于中心位置以匹配中频级特性从而大大地改善相应的特性。

图1为本发明的方框图。

图2为本发明的详细框图。

参见图1，此装置用数字10来标示。它与无线电接收机一起工作，该接收机在输入端（11）接收输入信号。（在此假定输入信号是调幅立体声信号，其形式可表为（1+L+R）cos（wct+φ）。（其中φ的形式为arc    tan（L-R）/（1+L+R），L为立体声信号左侧信息，R为右侧信息，Wct为载波信号）。

FTU单元（12）接收输入信号，并与来自基准信号单元RSU（13）的基准信号（26）作变频处理以获得形式为（1+L+R）cos（wit+φ）的中频信号（14）。信号解调单元SDU（16）利用电基准振荡器（17）提供的解调基准信号（24）对此中频信号（14）进行解调，以获得已解调信息信号（在这种情况下分别为L+R（18）和L-R（19））。这些已解调信号按已有技术经矩阵（21）进行处理以获得所希望的L和R输出信号。

此外，从已解调的信号（这里为与L-R有关的信号），中分出一部分由正切处理单元TPU（22）处理，其输出信号可用来形成对基准信号单元（12）的控制信号（23），当中频信号（14）的包络与解调基准信号（24）相乘时。此控制信号将部分地随该相位正切函数的平均值而变化。结果，输入信号和基准信号（26）的相位差大体上将等于来自基准振荡器（17）的解调基准信号（24）的频率和相位，由此提供与输入信号频率无关的稳定的中频频率，而同时获得正切锁定的效益。

图2将给出装置（10）的更详细的介绍。

标准同轴调谐可变电容器系统（31）用来接收输入信号并把它传送到中频级（32）的输入（11）。频率转换单元（12）包括混频器/自动增益控制（AGC）（33），中频滤波器（34）和中频增益的自动增益控制电路（36）。两个自动增益控制单元（33和36）都由自动增益控制驱动器（37）控制，该驱动器本身又受制于来自信号解调单元SDU（16）的已解调信号L+R，于是这两个自动增益控制单元（33和36）的增益将与信号L+R呈函数关系。

中频级（32）还包括基准信号单元RSU（13），它可以是本地压控振荡器（VCLO）。该压控振荡器向混频器（33）提供基准信号（26），混频器借助于基准信号（26）将输入信号变换为一个频率和相位都与输入信号有关的中频信号。

中频信号（14）输出到信号解调单元（16），该单元包括限幅器（38）和用以解调中频信号（14）并获得第一已解除信号L+R（18）的包络检波器/滤波器。这些都属于已有技术，中频信号（14）还送到转换处理单元TPU（22），该单元包括一个模拟除法器（41），该除法器用cosφ去除中频信号（1+L+R）cos（wit+φ）（其中wit为中频载波信号）。形成的信号（41）送到Q检波器/滤波器（42），该Q检波器/滤波器（42）由门控式解调器组成。它将产生与基准信号成90°和270°的两个反相信号分量，并获得与输入信号矢量有关的输出信号。在给定时刻，输入信号与该基准信号在相位上相差90°。在此装置中，Q检波器/滤波器使用来自90°相移发生器（43）的信号作为这样的基准信号（这一点下面还将详细介绍）以提供形式如下的信号：

(（1+L+R）Sin（arc tan（L-R）/（1＋L＋R））)/(cos（φ）)

还可表示为：

(（1+L+R）Sin（arc tan（L-R）/（1+L+R））)/(cos（arc tan（L-R）/（1+L+R））)

显然，上式构成一正切函数（正弦除以余弦）且（当φ很小时就化为L-R，即第2已解调信号（19）。L-R分量的一部分信号（44）供给环路驱动器（46），后者就是一个滤波器，它对输入信号进行积分并产生与L-R成比例的电流作为控制信号（23），控制基准信号单元（13）的相位和频率。

基准振荡器（17）提供具有预定稳定频率（在比例中为3.6MHz的解调基准信号（24）。并送到90°相移发生器（43），相移发生器将此信号分频到所希望的频率（在比例中为450KHz）并提供这个频率的两路输出。第1路输出是没有任何相移（0°）的450KHz信号，第2路输出是有预定相移（90°）的450KHz信号。前面介绍的Q检波器/滤波器（42）使用第二路信号去生成L-R信号。

工作时，混频器（33）、模拟除法器（41）、及检波器（42）、环路驱动器（46）和基准信号单元（13）之间互连的环路特性使环路正切锁定于由此产生的来自环路驱动器（46）的L-R项的长时间平均值（它应当为零）。于是效果上，中频信号频率锁定于基准振荡器（17）的解调基准信号（24）的频率上，这样，输入信号和基准信号（26）之间的平均相位差大体上等于解调基准信号（24）的频率和相位。适当地选择中频级（32）的元器件，可以保持稳定的中频频率和相位，如450KHz，0°。本地压控振荡器将调整其频率和相位以通过中频级（32）来锁定到基准振荡器（17）上。

图中也示出了其它的部件，其中包括I检波器（47）和导频检波器（48）。这些部件的功能是显而易见的，关于它们的信息可参见美国专利4377728和4489431号。

这种方案的好处颇多。在单频道调制情况下使用普通标准锁相环来解调立体声信号时，由于存在与载波不对称的相位偏移，就会产生立体声信号的分离损失和失真而采用本方案时，就不会发生这些问题。而且，由于锁定于输入信号，而不是中频信号，整个系统就都锁定于中频的中心位置从而使性能获得改进。

Claims (7)

1、无线电接收机具有：

输入部分，用来接收由信息信号按幅度调制第1载波所得的输入信号；

中频(IF)部分，供接收所述的输入信号并将输入信号转换成中频信号，该中频信号由频率不同于所述第一载波频率的第2载波信号组成，且其中幅度由信息信号所调制；

解调部分，供接收所述的中频信号并且解调该中频信号以提供已解调信号，后者至少包含部分所述的信息信号；

其中的改进是：

所述的中频部分还包括：

基准信号部分，供接收控制信号并提供基准信号，该基准信号的频率和相位至少部分由控制信号确定；

频率转换部分，供接收所述的基准信号和输入信号，其输出信号的频率和相位与所述的第1载波信号有关，该输出信号包含所述的中频信号；

所述的解调部分还包括正切处理单元，后者从所述已解调信号中产生出控制信号，送到所述的基准信号部分，该控制信号随(至少部分)所述的已解调信号的正切函数而变化。

2、作为权利要求1中所述的解调部分的改进，该部分还包括基准振荡器部分，它提供解调部分所用的解调基准信号，以便用来解调所述的中频信号，其中所述的正切处理部分提供所述的控制信号，该信号为所述的已解调信号和所述的调制基准信号的正切函数。

3、权利要求1中所述正切处理部分的改进提供所述的控制信号以造成所述第1载波信号和所述基准信号之间的平均相位差，它大体上等于所述解调基准信号的平均频率和相位。

4、权利要求1中所述基准信号部分的改进包括本地压控振荡器。

5、保持无线电接收机中中频频率的一种方法，该方法包括如下步骤：

A）接收输入信号，该信号由信息信号进行了幅度调制的第1载波信号组成;

B）提供基准信号，该信号的频率和相位至少部分地由控制信号确定;

C）所述的输入信号的频率和相位转换是所述的基准信号的函数，并且提供相应的中频信号，所述的中频信号由第2载波信号组成，该信号的频率不同于信息信号幅度调制的所述第1载波信号的频率;

D）解调所述的中频信号以提供至少部分所述信息信号;

E）提供所述检制信号以按所述信息信号的正切函数来控制所述基准信号的频率和相位，使得所述的第2载波信号有一个大体上不变的频率和平均相位。

6、在不同频率的输入信号的情况下，保持无线电接收机中的中频频率大体上位于某个预定值的一种方法，该方法包括如下步骤：

A）在混频器器中接收：

输入信号和基准信号，输入信号的形式为：

（1+L+R）cos（wct+φ）

其中L和R是信息信号;

wct是第1载波信号;

φ的信号形式为：

arctan（L-R）/（1+L+R）;

B）在所述的混频器中，根据所述的输入信号和基准信号提供一中频输出信号，其中所述的中频信号B由输入信号经相位和频率转换而来，其频率与相位转换的量与所述基准信号有关，所述的中频信号的形式为：

（1+L+R）cos（wit+φ）;

其中wit是第二载波信号;

C）将所述的中频信号除以cosφ，得到形式如下的输出信号：

（1+L+R）cos（wit+φ）/cosφ

D）在Q检波器中处理所述的输出信号，得到形式上大体为L-R的信号，并利用所述的L-R信号提供控制信号;

E）利用所述的控制信号控制所述的基准信号的频率和相位，以使在具有不同频率的输入信号的情况下，所述的中频信号频率大体保持在预定值上。

7、权利要求6的方法还要包括步骤D1，即：对形式为L-R的所述信号进行积分以提供所述的控制信号。

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