DE60027028T2

DE60027028T2 - Fsk demodulator unter verwendung eines frequenzumsetzers mit drei parallel geschalteten mischern

Info

Publication number: DE60027028T2
Application number: DE60027028T
Authority: DE
Inventors: J. Gregory Champlin HAUBRICH
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: EP1224730B1; WO2001028085A1; DE60027028D1; US6671332B1; EP1224730A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein die Demodulation von phasen-/frequenzmodulierten Daten und insbesondere Empfänger mit einer Zwischenfrequenz von Null.
Empfänger mit einer Zwischenfrequenz von Null (Null-IF-Empfänger), die auch als "Direktwandelempfänger" bezeichnet werden, verwenden typischerweise einen lokalen Oszillator, der bei der Trägerfrequenz des empfangenen RF-Signals arbeitet, welcher mit einem Paar von in Quadratur geschalteten Mischern gekoppelt ist, um das empfangene RF-Signal zu zwei Quadratursignalen (I und Q) herunterzumischen, welche zu einem digitalen Datenstrom decodiert oder demoduliert werden können. Solche Empfänger werden häufig als digitale Personenrufempfänger oder -transceiver eingesetzt, bei denen ein FSK-(Frequenzumtastungs)-Modulationsschema verwendet wird, und sie können auch als Transceiver bei drahtlosen Telefonen eingesetzt werden. Seit jüngerer Zeit können solche Transceiver auch als Telemetrietransceiver in implantierbaren medizinischen Vorrichtungen, wie Schrittmacher, Defibrillatoren und dergleichen, eingesetzt werden, wie im am 30. April 1999 von Villaseca u.a. eingereichten US-Patent US-A-6 169 925 "Telemetry System for Implantable Medical Devices" beschrieben ist.
Typischerweise führen Null-IF-Empfänger den Mischern entweder phasenverschobene Versionen des empfangenen Signals zu, wobei die Signale an den Mischern mit dem Lokaloszillatorsignal gemischt werden, um I- und Q-Ausgabesignale bereitzustellen, die um 90 Grad phasenverschoben sind, oder um das empfangene Signal bereitzustellen, das mit beiden Mischern in Phase ist, an denen die empfangenen Signale mit phasenverschobenen Versionen des Lokaloszillatorsignals gemischt werden, um entsprechende I- und Q-Ausgabesignale bereitzustellen. Beispiele dieser beiden grundlegenden Schaltungsgeometrien sind in US-A-5 584 068 und US-A-4 993 048 erläutert. Wenngleich sich Empfänger dieser Typen als über einen weiten Anwendungsbereich sehr nützlich erwiesen haben, bleibt die AM-(Amplitudenmodulations)-Unterdrückung eine erhebliche Schwäche. Insbesondere kann bei solchen Empfängern, bei denen abgeglichene Mischer eingesetzt werden, ein Ungleichgewicht der Mischerdioden oder ein Gleichspannungsversatz zwischen den Mischern zu einer AM-Detektion führen.
In US-A-5 179 730 ist ein Direktwandelempfänger beschrieben, der drei getrennte Basisbandkanäle aufweist, welche mit drei gleichen, jedoch im Wesentlichen außer Phase befindlichen Injektionssignalen gemischt werden. Die Signale werden dann zu einer Signalverarbeitungseinheit oder einem analogen Demodulator gesendet, wodurch die Basisbandkomponenten auf Verstärkungs- und Fehlanpassungsfehler korrigiert werden.
Die vorliegende Erfindung soll einen Null-IF-Empfänger mit verbesserten AM-Unterdrückungsfähigkeiten bereitstellen. Die Erfindung erreicht dieses Ergebnis dadurch, dass sie gemäß einem Aspekt eine Schaltung zum Bereitstellen von phasenverschobenen I- und Q-Ausgabesignalen aus einem empfangenen FSK-modulierten Signal bereitstellt, mit:
Mitteln zum Empfangen eines FSK-modulierten Signals,
einem ersten, zweiten und dritten Mischer, die gekoppelt sind, um das FSK-modulierte Signal in Phase von den Empfangsmitteln zu empfangen,
einem lokalen Oszillator, der ein Oszillatorsignal erzeugt,
Phasenverschiebungsmitteln, die mit dem Oszillator gekoppelt sind, um eine erste, zweite und dritte Version des Oszillatorsignals bereitzustellen, wobei die zweite Version des Oszillatorsignals von der ersten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist, die dritte Version des Oszillatorsignals von der zweiten Version des Oszillatorsignals ebenfalls phasenverschoben ist, die erste, zweite und dritte Version des Oszillatorsignals jeweils einem von dem ersten, zweiten und dritten Mischer bereitgestellt wird, um ein erstes, zweites und drittes Mischerausgabesignal zu erzeugen, welche ebenfalls phasenverschoben sind,
einer ersten Summierschaltung, die gekoppelt ist, um das erste und zweite Mischerausgabesignal zu empfangen, und die ein I Ausgabesignal bereitstellt, das mit der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mischerausgabesignal korrespondiert, und
einer zweiten Summierschaltung, die gekoppelt ist, um das zweite und dritte Mischerausgabesignal zu empfangen, und die ein Q-Ausgabesignal bereitstellt, das mit der Differenz zwischen dem zweiten und dritten Mischerausgabesignal korrespondiert.
Die drei Mischer befinden sich vorzugsweise alle auf demselben integrierten Schaltungschip.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist vorgesehen: ein Verfahren zum Bereitstellen von phasenverschobenen I- und Q-Ausgabesignalen aus einem empfangenen FSK-modulierten Signal, mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines Oszillatorsignals,
Bereitstellen einer ersten, zweiten und dritten Version des Oszillatorsignals, wobei die zweite Version des Oszillatorsignals von der ersten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist, die dritte Version des Oszillatorsignals ebenfalls von der zweiten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist,
Empfangen eines FSK-modulierten Signals,
Mischen der ersten, zweiten und dritten Version des Oszillatorsignals mit dem empfangenen FSK-modulierten Signal, um ein erstes, zweites und drittes Mischerausgabesignal zu erzeugen, welche relativ zueinander phasenverschoben sind,
Summieren des ersten und zweiten Mischerausgabesignals und Bereitstellen eines I-Ausgabesignals, das mit der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mischerausgabesignal korrespondiert, und
Summieren des zweiten und dritten Mischerausgabesignals und Bereitstellen eines Q-Ausgabesignals, das mit der Differenz zwischen dem zweiten und dritten Mischerausgabesignal korrespondiert.
Das empfangene Signal wird in Phase in alle drei Mischer eingegeben, wobei das empfangene Signal mit Lokaloszillatorsignalen heruntergemischt wird, die um 0°, –90° und 180° phasenverschoben sind, um drei phasenverschobene Mischerausgabesignale bei der Basisbandfrequenz bereitzustellen. Die Mischerausgabesignale werden zwei Summierschaltungen zugeführt, welche Differenzen zwischen den Signalen bilden, um um 90° zueinander verschobene I- und Q-Basisbandfrequenzsignale zu erzeugen. Weil die empfangenen Signale den Mischern in Phase zugeführt werden, sollte die AM-Detektion der jeweiligen Mischer unter der Annahme, dass sich die Mischer auf demselben Chip befinden und demgemäß nahezu identisch sind, entsprechend nahezu identisch sein. Wenn die Differenzen zwischen den Signalen in den Summierschaltungen gebildet werden, sollten die gemeinsamen AM-Signale daher einander nahezu aufheben, wodurch die AM-Unterdrückung verbessert wird und die Linearität der Mischerschaltung verbessert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine als Beispiel dienende Empfängerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 ist ein schematisches Funktionsdiagramm eines Empfängers gemäß der vorliegenden Erfindung. Alle Bestand teile mit Ausnahme der Antenne. werden vorzugsweise als Teil eines einzigen integrierten Schaltungschips hergestellt. Die Antenne 10 wird so abgestimmt, dass sie Signale empfängt, die auf einer Trägerfrequenz zentriert sind, welche beispielsweise im Fall eines Personenruf-Transceivers in der Nähe von 900 MHz liegen kann oder, wie in der vorstehend erwähnten Anmeldung von Villaseca erörtert wurde, im Fall eines Transceivers, der in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung verwendet wird, in der Nähe von 400 MHz liegen kann. Das RF-Signal kann durch eine Frequenzabweichung von beispielsweise plus oder minus 4 kHz (die Basisbandfrequenz) oberhalb oder unterhalb der Trägerfrequenz moduliert werden. Das empfangene FSK-Signal kann durch ein Bandpassfilter 12 geführt werden, durch einen Verstärker 14 verstärkt werden und in Phase Mischern 16, 18 und 20 zugeführt werden. Die Mischer 16, 18 und 20 sind abgeglichene Mischer, die sich vorzugsweise alle auf demselben integrierten Schaltungschip befinden und demgemäß nahezu identisch sind.
Ein lokaler Oszillator 38, der die Form eines PLL-Frequenzsynthesizers annehmen kann, liefert ein Oszillatorsignal bei der Trägerfrequenz. Das Oszillatorsignal wird direkt an den Mischer 20 angelegt, jedoch, bevor es dem Mischer 18 zugeführt wird, durch einen Phasenschieber 36 um –90° phasenverschoben und durch einen Phasenschieber 34 um 180° phasenverschoben, bevor es dem Mischer 16 zugeführt wird. Alternativ kann eine differenzielle Ausgabe des lokalen Oszillators 38 eingesetzt werden, um das um 180° verschobene Oszillatorsignal bereitzustellen. Die Mischer 20, 18 und 16 liefern demgemäß Mischerausgabesignale bei der Basisbandfrequenz, die um 0°, –90° und 180° zueinander verschoben sind. Weil die Mischer nahezu identisch sind, sind die AM-Signalkomponenten der Mischerausgabesignale entsprechend nahezu identisch.
Die Differenz zwischen dem um –90° und dem um 0° phasenverschobenen Mischerausgabesignal wird von einer Summierschaltung 24 gebildet, um ein um –45° phasenverschobenes Signal bereitzustellen, das nach der Bandpass/Tiefpass-Filterung durch Filter 28 als das Q-Ausgabesignal dient, welches einem Demodulator 30 zugeführt wird. Die AM-Komponenten der Mischerausgabesignale sollten einander fast vollständig aufheben, wodurch eine bessere AM-Unterdrückung bereitgestellt wird. Ähnlich wird die Differenz zwischen dem um 180° und dem um –90° phasenverschobenen Mischerausgabesignal von einer Summierschaltung 22 gebildet, um ein um +45° phasenverschobenes Signal bereitzustellen, das nach der Bandpassfilterung durch Filter 26 als das I-Ausgabesignal dient, das dem Demodulator 30 zugeführt wird. Die AM-Komponenten der Mischerausgabesignale sollten einander ebenso fast vollständig aufheben, wodurch eine verbesserte AM-Unterdrückung bereitgestellt wird. Der Demodulator 30 kann beliebigen der Demodulatoren entsprechen, die typischerweise bei Null-IF-Empfängern eingesetzt werden, und stellt eine digitale Datenausgabe 32 bereit, die den Daten entspricht, welche zum Modulieren des Trägersignals des empfangenen FSK-Signals verwendet werden.
Wenngleich die Erfindung als in einem Null-IF-RF-Empfänger verwirklicht beschrieben wird und angenommen wird, dass eine solche Ausführungsform der Erfindung besonders wünschenswert ist, ist zu verstehen, dass die Mischerschaltung gemäß der Erfindung auch als in anderen Anwendungen, einschließlich eines festverdrahteten Telemetriesystems und Transceiver, bei denen verschiedene von RF-Signalen verschiedene Übertragungsmedien eingesetzt werden, und bei beliebigen Schaltungen, bei denen ein Heruntermischschema zum Ableiten von I- und Q-Signalen von FSK-modulierten Eingabesignalen verwendet wird, nützlich angesehen wird.

Claims

Schaltung zum Bereitstellen von phasenverschobenen I und Q Ausgabesignalen aus einem empfangenen FSK-modulierten Signal, mit: Mitteln (10) zum Empfangen eines FSK-modulierten Signals; einem ersten (16), zweiten (18) und dritten (20) Mischer, die gekoppelt sind, um das FSK-modulierte Signal in Phase von den Empfangsmitteln zu empfangen; einem lokalen Oszillator (38), der ein Oszillatorsignal erzeugt; Phasenverschiebungsmitteln (34), die mit dem Oszillator gekoppelt sind, um eine erste, zweite und dritte Version des Oszillatorsignals bereitzustellen, wobei die zweite Version des Oszillatorsignals von der ersten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist, die dritte Version des Oszillatorsignals von der zweiten Version des Oszillatorsignals ebenfalls phasenverschoben ist, die erste, zweite und dritte Version des Oszillatorsignals jeweils einem von dem ersten, zweiten und dritten Mischer bereitgestellt wird, um ein erstes, zweites und drittes Mischerausgabesignal zu erzeugen, welche ebenfalls phasenverschoben sind; einer ersten Summierschaltung (22), die gekoppelt ist, um das erste und zweite Mischerausgabesignal zu empfangen, und die ein I Ausgabesignal bereitstellt, das mit der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mischerausgabesignal korrespondiert; und einer zweiten Summierschaltung (24), die gekoppelt ist, um das zweite und dritte Mischerausgabesignal zu empfangen, und die ein Q Ausgabesignal bereitstellt, das mit der Dif ferenz zwischen dem zweiten und dritten Mischerausgabesignal korrespondiert.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Phasenverschiebungsmittel (34) Mittel zum Verschieben der zweiten Version des Oszillatorsignals um 90 Grad relativ zu der ersten Version des Oszillatorsignals und Mittel zum Verschieben der dritten Version des Oszillatorsignals um 90 Grad relativ zu der zweiten Version des Oszillatorsignals aufweisen.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der erste, zweite und dritte Mischer (16, 18, 20) auf demselben integrierten Schaltungschip hergestellt sind.
Verfahren zum Bereitstellen von phasenverschobenen I und Q Ausgabesignalen aus einem empfangenen FSK-modulierten Signal, mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Oszillatorsignals; Bereitstellen einer ersten, zweiten und dritten Version des Oszillatorsignals, wobei die zweite Version des Oszillatorsignals von der ersten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist, die dritte Version des Oszillatorsignals ebenfalls von der zweiten Version des Oszillatorsignals phasenverschoben ist; Empfangen eines FSK-modulierten Signals; Mischen der ersten, zweiten und dritten Version des Oszillatorsignals mit dem empfangenen FSK-modulierten Signal, um ein erstes, zweites und drittes Mischerausgabesignal zu erzeugen, welche relativ zueinander phasenverschoben sind; Summieren des ersten und zweiten Mischerausgabesignals und Bereitstellen eines I Ausgabesignals, das mit der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Mischerausgabesignal korrespondiert; und Summieren des zweiten und dritten Mischerausgabesignals und Bereitstellen eines Q Ausgabesignals, das mit der Differenz zwischen dem zweiten und dritten Mischerausgabesignal korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Bereitstellen der ersten, zweiten und dritten Version des Oszillatorsignals das Phasenverschieben der zweiten Version des Oszillatorsignals um 90 Grad relativ zu der ersten Version des Oszillatorsignals umfasst und Mittel zum Schieben der dritten Version des Oszillatorsignals um 90 Grad relativ zu der zweiten Version des Oszillatorsignals aufweist.