FI108584B - Menetelmä välitaajuussignaalin muodostamiseksi sekoittimessa ja sekoitin - Google Patents

Description

i ! ] H f·) Jk 4

Menetelmä välitaajuussignaalin muodostamiseksi sekoittimessa ja sekoitin

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ainakin kahden eri-5 vaiheisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi sekoittimessa, johon johdetaan ensimmäinen signaali ja toinen signaali, muodostetaan ensimmäinen välitaajuussignaali siirtämällä mainitun ensimmäisen signaalin vaihetta ja sekoittamalla vaihesiirretty ensimmäinen signaali ja mainittu toinen signaali, ja muodostetaan toinen välitaajuussignaali se-10 koittamalla mainittu ensimmäinen signaali ja mainittu toinen signaali. Keksintö kohdistuu lisäksi sekoittimeen, joka käsittää ainakin välineet ensimmäisen signaalin johtamiseksi sekoittimeen, välineet toisen signaalin johtamiseksi sekoittimeen, välineet ensimmäisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä signaalista, jonka 15 vaihetta on siirretty, ja mainitusta toisesta signaalista, ja välineet toisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi mainituista ensimmäisestä ja toisesta signaalista. Keksintö kohdistuu vielä vastaanottimeen, joka käsittää välineet ensimmäisen signaalin vastaanottamiseksi, jota on lähe-tysvaiheessa moduloitu, välineet toisen signaalin muodostamiseksi, 20 sekoittimen, välineet mainitun ensimmäisen signaalin johtamiseksi sekoittimeen, välineet mainitun toisen signaalin johtamiseksi sekoittimeen, välineet ensimmäisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi . mainitusta ensimmäisestä signaalista, jonka vaihetta on siirretty, ja mainitusta toisesta signaalista, ja välineet toisen välitaajuussignaalin .*.25 muodostamiseksi mainituista ensimmäisestä ja toisesta signaalista.

::: Tunnetaan radiosignaalien vastaanottoon tarkoitettuja vastaanottimia, joissa vastaanotettu suurtaajuinen radiosignaali muunnetaan yhdelle tai useammalle välitaajuudelle, ennen kuin signaalista ilmaistaan siinä lä-30 hetetty informaatio. Kukin välitaajuus on tyypillisesti pienempi kuin vastaanotettu radiotaajuinen signaali. Välitaajuudelle muuntaminen suoritetaan tavallisesti sekoittimessa (mixer), jossa radiotaajuiseen sig-naaliin sekoitetaan vastaanottimessa edullisesti paikallisoskillaattorilla muodostettu sekoitustaajuus, eli ns. paikallisoskillaattorisignaali. Tällöin . 35 sekoittimen lähdössä on sekoitustuloksena kaksi signaalia, joista ensimmäisen taajuus on vastaanotettavan radiosignaalin taajuuden ja :**: paikallisoskillaattoritaajuuden erotus ja toisen signaalin taajuus on vastaavasti vastaanotettavan radiosignaalin taajuuden ja paikallis- 2 ϊO 8 5 84 oskillaattoritaajuuden summa. Näistä signaaleista voidaan erottaa haluttu välitaajuussignaali, tyypillisesti mainittu erotussignaali, johtamalla sekoittimen lähtösignaali kaistanpäästösuodattimeen. Tämän kaistan-päästösuodattimen päästökaista on asetettu siten, että haluttu taa-5 juusalue läpäisee kaistanpäästösuodattimen olennaisesti vaimentumat-tomana. Sen sijaan muut taajuudet, mm. mainittu summasignaali, eivät merkittävässä määrin pääse tämän kaistanpäästösuodattimen läpi. Tällainen ratkaisu toimii tyydyttävästi silloin, kun käytetty välitaajuus on suhteellisen suuri ilmaistavan signaalin taajuusalueeseen verrattuna. 10 Audiosovelluksissa, kuten yleisradiovastaanottimissa, ilmaistavan signaalin taajuusalue on luokkaa 20 Hz—20 kHz. Langattomissa viestimissä tämä taajuusalue voi olla jonkin verran pienempikin, esim. 300 Hz—4 kHz äänen laadun ollessa silti riittävän hyvä puheen välitykseen.

15

Yleisradiovastaanottimissa välitaajuus on tyypillisesti asetettu n. 10,7MHz:iin FM-sovelluksissa ja n. 455kHz:iin AM-sovelluksissa. Viime aikoina pyrkimyksenä on erityisesti kannettavissa laitteissa, kuten langattomissa viestimissä, kuitenkin ollut tavoitteena laitteiden koon ja 20 tehonkulutuksen pienentäminen. Tämä on pyritty toteuttamaan siten, että laitteiden integraatioastetta on lisätty, jolloin mm. suurtaajuus- ja välitaajuuspiirejä on sijoitettu integroidulle piirille. Tämä asettaa kuiten-. kin rajoituksia mm. välitaajuusasteiden toteutuksessa. Integrointiastetta voidaan nostaa radiovastaanottimessa, mikäli vastaanotin toteutetaan ’.-.25 ns. suoramuunnostekniikalla (direct conversion), jolloin välitaajuusas-teitä ei tarvita, tai siten, että käytettävä välitaajuus on mahdollisimman alhainen häiriö- yms. tekijöistä johtuen (low-IF).

···* Suoramuunnosvastaanottimen toteutus on suhteellisen yksinkertainen, 30 mutta ongelmana on DC-offsetin hallinta ilmaistussa signaalissa. Pie-nen välitaajuuden käyttö taas vaikeuttaa ns. peilitaajuisten signaalien vaimentamista. Tällaiset peilitaajuiset signaalit muodostuvat voimak-.···. kaista, kuunneltavaa taajuutta lähellä olevista muista radiosignaaleista.

Nämä radiosignaalit pääsevät suhteellisen vaimentumattomina vas-. ’ 35 taanottimen sekoittimeen, jolloin ne muodostavat paikallisoskillaattori-signaaliin sekoittuessaan sekoitustuloksena signaaleita, joiden taajuus-:*·: alue on ainakin osittain halutun radiosignaalin vastaanotossa muodos tuvien välitaajuisten signaalien taajuusalueella tai lähellä sitä. Suhteel- 3 108584 lisen korkeaa välitaajuutta käytettäessä voidaan peilitaajuisten signaalien vaimentamiseen käyttää peilitaajuussuodatinta, kuten sopivalle taajuudelle viritettyä kaistanestosuodatinta. Sen sijaan pieniä välitaa-juuksia käytettäessä ei peilitaajuisia signaaleita voida käytännössä 5 erottaa halutusta signaalista kaistanpäästösuodattimessa, koska sen Q-arvon pitäisi olla epärealistisen korkea toimiakseen riittävän tehokkaasti. Kun kaistanpäästösuodattimen kaista (BW) on leveämpi kuin välitaajuus, niin peilitaajuutta ei voida eroittaa suodattamalla. Esimerkiksi jos kaistanpäästösuodattimen kaista on n. 78Mhz ja välitaajuus on 10 n. 3Mhz, niin käytännössä peilitaajuus ei ole erotettavissa suodattamalla.

On kehitetty ratkaisuja, joilla peilitaajuusvaimennusta on pyritty tehostamaan vastaanotinsovelluksissa, joissa käytetään suhteellisen pientä 15 välitaajuutta, esim. luokkaa muutamia kymmeniä kilohertsejä. Eräinä tällaisina ratkaisuina mainittakoon tässä yhteydessä ns. Weaver- ja Hartley-topologiat. Niissä peilitaajudet pyritään vaimentamaan sekoitti-men yhteydessä, jolloin erillistä peilitaajuussuodatinta ei tarvita. Oheisessa kuvassa 1 on esitetty eräs tunnetun tekniikan mukainen Hartley-20 sekoitin. Se käsittää mm. kaksi sekoitinlohkoa, jolloin ensimmäisessä sekoitinlohkossa 2 vastaanotettu radiotaajuinen signaali RF sekoitetaan paikallisoskillaattorisignaaliin LO, jolle on ennen sekoitusta suoritettu . 90° vaihesiirto ensimmäisessä vaiheensiirtolohkossa 4 ja vahvistus ensimmäisessä puskurointiasteessa 6. Toisessa sekoitinlohkossa 3 ',-.25 vastaanotettu radiotaajuinen signaali sekoitetaan ilman vaihesiirtoa ::: paikallisoskillaattorisignaaliin LO, jota kuitenkin on vahvistettu toisessa puskurointiasteessa 7. Toisen sekoitinlohkon sekoitustulokselle suori-tetaan toisessa vaiheensiirtolohkossa 5 vielä 90°:een vaihesiirto. Sekoittimen lähdössä on kaksi välitaajuus-signaalia, jotka summataan 30 sekoittimien jälkeisessä summaimessa 8. Matemaattisesti on osoitetta-':'4 vissa, että vaiheensiirto kohdistuu haluttuun taajuuteen eri tavalla kuin peilitaajuuteen, jolloin summauksen yhteydessä haluttu taajuus on ide-.···. aalitapauksessa samanvaiheinen ja siten se säilyy, kun taas peili- ”, taajuus on vastakkaisvaiheinen ja siten se kumoutuu Hartley- sekoitti- \ ’ 35 messa. Välitaajuiselle signaalille suoritetaan vielä ilmaisu lähetetyn :. *. · informaation selvittämiseksi.

s 4 108584

Kuvassa 2 on esitetty eräs tunnetun tekniikan mukainen Hilbert-sekoi-tin. Erona tässä Hilbert-sekoittimessa edellä kuvattuun Hartley-sekoit-timeen verrattuna on lähinnä se, että paikallisoskillaattorisignaalille ei suoriteta vaiheensiirtoa ennen toiseen sekoittimeen johtamista. Sen 5 sijaan vastaanotetulle radiotaajuiselle signaalille suoritetaan vaiheen-siirto ensimmäisessä vaiheensiirtolohkossa 4 ennen signaalin johtamista sekoittimen toiseen sekoitinlohkoon. Sekoittimen lähdössä on kaksi välitaajuus-signaalia, jotka summataan sekoittimien jälkeisessä summaimessa 8. Myös tässä sekoitinratkaisussa hyödynnetään sitä, 10 että vaiheensiirto kohdistuu haluttuun taajuuteen eri tavalla kuin peili-taajuuteen, joten summauksen yhteydessä haluttu taajuus on ideaalitapauksessa samanvaiheinen ja siten se säilyy, kun taas peilitaajuus on vastakkaisvaiheinen ja siten se kumoutuu Hilbert- sekoittimessa. Väli-taajuiselle signaalille suoritetaan vielä ilmaisu lähetetyn informaation 15 selvittämiseksi.

|

Edellä esitetyissä sekoitinratkaisuissa ongelmana on kuitenkin mm. se, että sekoittimien riittävän luotettavan toiminnan aikaansaamiseksi on sekoittimissa käytettävien komponenttien oltava tarkasti mitoitettuja ja 20 keskenään sovitettuja. Tällöin komponenttien valmistustoleranssien on oltava erittäin pienet, mikä aiheuttaa merkittäviä vaikeuksia käytännön toteutuksissa ja nostaa vastaanottimien hintaa.

* · *

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada me-25 netelmä radiosignaalin muuttamiseksi välitaajuudelle sekoittimessa * I t !!! sekä sekoitin ja vastaanotin. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että vaiheensiirto suoritetaan vastaanotetulle radiotaajuiselle signaalille vasta sekoittimessa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että ensimmäisen signaalin vaihesiirto 30 suoritetaan mainitussa sekoittimessa. Nyt esillä olevan keksinnön mu-katselle sekoittimelle on tunnusomaista se, että sekoitin käsittää lisäksi \'t: ainakin välineet vaihesiirron suorittamiseksi mainitulle ensimmäiselle signaalille. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on vielä tunnusomaista se, että sekoitin käsittää lisäksi ainakin välineet . ’ 35 vaihesiirron suorittamiseksi mainitulle ensimmäiselle signaalille.

·:·: Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin menetelmiin, sekoittimiin ja vastaanottimiin verrat- 5 !O » 5 84 tuna. Koska vastaanotetun radiotaajuisen signaalin vaiheensiirto tehdään vasta sekoittimessa, voidaan sekoittimen siinä tulolinjassa, johon radiotaajuinen signaali johdetaan, tavallisesti suurtaajuusvahvistimessa vahvistettuna, nostaa impedanssitasoa merkittävässä määrin suurem-5 maksi verrattuna tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin, joissa vaiheensiirto on toteutettu ennen sekoitinta. Suurtaajuusvahvistinta voidaan tällöin jonkin verran yksinkertaistaa ja toisaalta paikallisoskillaatto-risignaalin syöttämisessä sekoittimelle ei tarvita kahta erillistä pusku-rointiastetta, vaan yksi puskurointiaste riittää, koska paikallisoskillaatto-10 risignaali syötetään samanvaiheisena molemmille sekoittimille. Keksinnön mukaista sekoitinta käytettäessä voidaan myös vastaanottimen tehonkulutusta saada pienennettyä tunnetun tekniikan mukaisiin vastaanottimiin verrattuna. Keksinnön mukaista sekoitinta käytettäessä voidaan ainakin yksi vaiheensiirtolohko toteuttaa sekoittimen yhtey-15 dessä, jolloin sekoittimen kokoa voidaan pienentää erityisesti integroiduissa piirisovelluksissa. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa voidaan vastaanottimen integrointiastetta nostaa ja näin pienentää vastaanottimen kokoa, jolloin vastaanotinta voidaan edullisesti käyttää erilaisissa kannettavissa tiedonsiirtosovelluksissa.

20

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin kuviin, joissa t»· . kuva 1 esittää periaatteellisena lohkokaaviona tunnetun tekniikan ’,-.25 mukaista Hartley-sekoitinta, kuva 2 esittää periaatteellisena lohkokaaviona tunnetun tekniikan '···' mukaista Hilbert-sekoitinta, * · · 7 • 1« 30 kuva 3 esittää kytkentäkaaviona keksinnön erään edullisen suori- ’:' ‘: tusmuodon mukaista sekoitinta, I i » ti· kuva 4 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edulli-" \ sen suoritusmuodon mukaista vastaanotinta, ja '. 1 35 :.;V kuva 5 esittää pelkistettynä lohkokaaviona langatonta viestintä, :··:' jossa käytetään keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista sekoitinta.

6 ! O 8 5 84

Kuvassa 4 on esitetty eräs radiotaajuisten signaalien vastaanottoon tarkoitettu vastaanotin 9. Vastaanotin käsittää edullisesti antennin 10, suurtaajuussuodattimen 11, suurtaajuusvahvistimen 12, sekoittimen 1, 5 välitaajuussuodattimen 13, välitaajuusvahvistimen 14, ilmaisimen 15 sekä paikallisoskillaattorin 16. Vastaanotin 9 voi olla esimerkiksi langattoman viestimen 17 (kuva 5) vastaanotin, yleisradiovastaanotin, te-levisiovastaanotin, tai modeemin vastaanotin. Antennin kautta vastaanotetut radiotaajuiset signaalit johdetaan suurtaajuussuodattimeen 11, 10 jossa suodatetaan halutun vastaanottotaajuuskaistan ulkopuoliset taajuudet pois. Tällöin vastaanottotaajuuskaistalla vastaanotettu radiotaajuinen signaali johdetaan suurtaajuusvahvistimeen 12 vahvistettavaksi. Näiden halutulla vastaanottotaajuuskaistalla vastaanotetun radiotaajuisen signaalin kantoaaltotaajuutta tässä selostuksessa merkitään fc. 15 Vastaanotetun signaalin voimakkuuden perusteella suoritetaan tarvittaessa suurtaajuusvahvistimen 12 vahvistuksen säätö. Suurtaajuusvah-vistimesta 12 radiotaajuinen signaali johdetaan sekoittimeen 1, jossa suoritetaan vastaanotetun radiotaajuisen signaalin muuntaminen joko jollekin välitaajuudelle, kuten kuvan 4 esimerkkivastaanottimessa, tai 20 suoramuunnosvastaanottimessa (ei esitetty) suoraan kantataajuudelle. Sekoittimeen 1 johdetaan myös paikallisoskillaattorin 15 muodostama paikallisoskillaattorisignaali LO, jonka taajuutta tässä merkitään fL0. . Sekoittimessa syntyvistä sekoitustuloksista erotetaan haluttu välitaa- juinen signaali muista sekoitustuloksista välitaajuussuodattimessa 13. ‘,..25 Välitaajuinen signaali vahvistetaan välitaajuusvahvistimessa 14 ja ilmaistaan ilmaisimessa 15. Kuvassa 4 on kyseessä ns. kaksivaihei-sena moduloidun signaalin, kuten koherentin signaalin vastaanottoon soveltuva vastaanotin 9, jolloin välitaajuus- ja ilmaisuvaiheissa käsitel-lään kahta erivaiheista signaalia I (In-phase), Q (Quadrature). Tyypilli-30 sesti näiden signaalien välillä on n. 90° vaihe-ero.

* ·

Kantoaaltotaajuus on esimerkiksi GSM-1800-järjestelmässä luokkaa 1800 MHz riippuen kulloinkin vastaanotettavasta kanavataajuudesta. Paikallisoskillaattoritaajuus asetetaan tällöin välitaajuuden etäisyydelle ’ 35 tästä kanavataajuudesta, joten välitaajuus on olennaisesti sama kulla-kin kanavataajuudella, mikä on sinänsä tunnettua. Välitaajuus voi nyt ·:·: keksinnön mukaista sekoitinta käytettäessä olla merkittävässä määrin i 7 108584 pienempi kuin tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa mm. siitä syystä, että peilitaajuusvaimennus saadaan paremmaksi.

Vastaanotettavaa radiotaajuista signaalia on lähetysvaiheessa modu-5 loitu esimerkiksi vaihemodulaatiolla tai taajuusmodulaatiolla, mutta on selvää, että myös muita modulointimenetelmiä voidaan käyttää tämän keksinnön yhteydessä.

Selostetaan seuraavassa keksinnön erään edullisen suoritusmuodon 10 mukaisen menetelmän toimintaa kuvassa 3 esitetyssä keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa sekoittimessa 1. Sekoitin 1 on toimintaperiaatteeltaan ns. kaksoisbalansoitu Hilbert-sekoitin. Sekoitin 1 käsittää ainakin ensimmäisen sekoitinlohkon 2 ja toisen sekoitinloh-kon 3 paikallisoskillaattorisignaalin LO ja vastaanotetun radiotaajuisen 15 signaalin RF sekoittamiseksi ja kaksivaiheisen (l/Q) välitaajuussignaalin IF muodostamiseksi, sekä tehonsyöttölohkon 18 sekoittimen 1 toimin-| nassa tarvittavien jännitteiden ja virtojen syöttämiseksi sekoittimelle 1.

Sekoitin 1 käsittää vielä ensimmäisen differentiaalitulon RFin vastaanotetun radiotaajuisen signaalin RF johtamiseksi sekoittimeen 1, ja 20 toisen differentiaalitulon LOin paikallisoskillaattorisignaalin LO johtamiseksi sekoittimeen 1.

Ensimmäinen sekoitinlohko 2 käsittää transistorit T1, T2, T3, T4, T5, T6, virtalähteet CS1, CS2, biasointivastukset R1, R2, R3, R4, ja en-25 simmäisen impedanssin Z1, kuten kondensaattorin. Transistorit T1, T2 ovat sopivimmin NPN-tyyppisiä bipolaaritransistoreita, joissa kussakin on ainakin yksi ohjauselin, kuten kanta, ensimmäinen lähtöelin, kuten ;* ; emitted, ja toinen lähtöelin, kuten kollektori. Jatkossa tässä selityksessä käytetään myös muista transistoreista esimerkkinä pääasiassa NPN-30 bipolaaritransistoreita, jolloin ensimmäisestä ohjauselimestä käytetään :"i nimitystä kanta, ensimmäisestä lähtöelimestä nimitystä emitteri, ja toisesta lähtöelimestä nimitystä kollektori. On kuitenkin selvää, että ,.L, mainitut ohjauselin, ja ensimmäinen lähtöelin ja toinen lähtöelin voivat olla myös muun tyyppisiä kuin tässä mainitut, mikäli transistoreina ' 35 käytetään muita kuin bipolaaritransistoreita, esimerkiksi FET-transisto-reita.

1 Π 8 5 δ 4 8

Transistoreiden T1, T2 emitterit E1, E2 on kytketty toisiinsa ensimmäisellä impedanssilla Z1. Ensimmäisessä impedanssissa Z1 aikaansaadaan ideaalitilanteessa 90° vaihesiirto, mutta käytännön sovelluksissa erityisesti ensimmäisen impedanssin Z1 epäideaalisuudet aikaansaavat 5 sen, että vaihesiirto ei välttämättä ole tarkalleen mainittu 90°. Käytännössä tällä ei kuitenkaan ole suurta vaikutusta sekoittimen 1 toimintaan. Ensimmäinen impedanssi on tällöin reaktiivinen impedanssi, sopi-vimmin pääasiassa kapasitiivinen impedanssi, kuten kondensaattori, mutta joissakin sovelluksissa myös pääasiassa induktiivista impedans-10 siä, kuten kelaa tai kuristinta voidaan käyttää. Transistoreiden T1, T2 emitterit on vielä kytketty virtalähteiden CS1, CS2 kautta yhteiseen maapotentiaaliin GND. Transistorin T1 ja transistorin T2 kannat muodostavat sekoittimen ensimmäisen differentiaalitulon RFin edullisesti siten, että transistorin T1 kanta toimii ensimmäisen differentiaalitu-15 lon positiivisena napana RFin+, ja transistorin T2 kanta toimii vastaavasti ensimmäisen differentiaalitulon negatiivisena napana RFin-. Ensimmäinen differentiaalitulo RFin on DC-kytketty vastukseen R1 ja vastukseen R2. Nämä vastukset R1, R2 on kytketty edullisesti ensimmäiseen vertailujännitteeseen Vrefl biasointijännitteen muodostami-20 seksi transistoreiden T1, T2 kannoille, mikä on sinänsä tunnettua.

Transistoreiden T3, T4 emitterit on DC-kytketty (direct current) toisiinsa, t .·. jolloin transistorit T3, T4 muodostavat ensimmäisen differentiaaliparin P1. Lisäksi nämä emitterit on DC-kytketty transistorin T1 kollektoriin C1.

» · · ‘,.,25 Vastaavasti transistorit T5, T6 muodostavat toisen differentiaaliparin P2. Tämän toisen differentiaaliparin P2 DC-kytketyt emitterit on DC-kytketty transistorin T2 kollektoriin. Transistoreiden T3 ja T4 kannat on DC-kytketty toisiinsa muodostaen toisen differentiaalitulon positiivisen navan LOin+. Transistoreiden T5 ja T6 kannat on vastaavasti DC-30 kytketty toisiinsa muodostaen tällöin toisen differentiaalitulon negatii-·:··: visen navan LOin-. Toinen differentiaalitulo LOin on DC-kytketty bia- ·’][: sointivastukseen R3 ja biasointivastukseen R4, jotka on kytketty edulli- sesti toiseen vertailujännitteeseen Vref2 biasointijännitteen muodosta-’· '! miseksi transistoreiden T3, T4, T5, T6 kannoille.

35 : Ensimmäinen P1 ja toinen differentiaalipari P2 on kollektoreiden osalta ·:··: DC-kytketty ristikkäin siten, että ensimmäisen differentiaaliparin P1 transistorin T3 kollektori on DC-kytketty toisen differentiaaliparin P2 9 1 n 8 5 8 4 transistorin T5 kollektoriin, jolloin nämä kollektorit muodostavat ensimmäisen sekoitinlohkon 2 differentiaalisen ulostulon OUTI positiivisen j lähtönavan OUT1+. Vastaavasti ensimmäisen differentiaaliparin P1 transistorin T4 kollektori on DC-kytketty toisen differentiaaliparin P2 5 transistorin T6 kollektoriin, jolloin nämä kollektorit muodostavat ensimmäisen sekoitinlohkon 2 differentiaalisen ulostulon OUTI negatiivisen lähtönavan OUT1-. Differentiaalisen ulostulon OUTI positiivinen lähtönäpä OUT1+ on vielä kytketty tehonsyöttölohkon 18 resistanssiin R5, ja differentiaalisen ulostulon OUTI negatiivinen lähtönäpä OUTI- on 10 kytketty tehonsyöttölohkon 18 resistanssiin R6.

Toinen sekoitinlohko 3 on kytkennältään suurelta osin samankaltainen kuin ensimmäinen sekoitinlohko 2. Tämä toinen sekoitinlohko 3 käsittää transistorit T7, T8, T9, T10, T11, T12, virtalähteet CS3, CS4, biasointi-15 vastukset R7, R8, R9, R10, ja toisen impedanssin Z2, kuten vastuksen. Myös transistorit T7, T8, T9, T10, T11, T12 ovat sopivimmin NPN-tyyp-pisiä bipolaaritransistoreita.

Transistoreiden T7, T8 emitterit E7, E8 on kytketty toisiinsa toisella im-20 pedanssilla Z2, joka on sopivimmin pääasiassa resistiivinen impedanssi. Ideaalitilanteessa signaalin vaihe ei muutu toisessa impedanssissa Z2, mutta käytännön sovelluksissa erityisesti johdinkapasitanssit .·. ja toisen impedanssin Z2 epäideaalisuudet aikaansaavat sen, että vai- ,···. hesiirtoa voi jonkin verran muodostua. Käytännössä tällä ei kuitenkaan

t I I

* . 25 ole suurta vaikutusta sekoittimen 1 toimintaan. Transistoreiden T7, T8 emitterit on vielä kytketty virtalähteiden kautta yhteiseen maapoten-tiaaliin GND. Transistorin T7 ja transistorin T8 kannat on DC-kytketty ’···* sekoittimen ensimmäiseen differentiaalituloon RFin edullisesti siten, I I » että transistorin T7 kanta on yhdistetty ensimmäisen differentiaalitulon 30 positiiviseen napaan RFin+, ja transistorin T8 kanta on yhdistetty ensimmäisen differentiaalitulon negatiiviseen napaan RFin-. Vastukset R1, R2 toimivat biasointivastuksina biasointijännitteen muodostami-seksi myös transistoreiden T7, T8 kannoille.

’,’35 Transistoreiden T9, T10 emitterit on DC-kytketty (direct current) toisiinsa, jolloin transistorit T9, T10 muodostavat kolmannen differenti-·:·: aaliparin P3. Lisäksi nämä emitterit on DC-kytketty transistorin T7 kollektoriin. Vastaavasti transistorit T11, T12 muodostavat neljännen 10 1 0 8 5 8 4 differentiaaliparin P4. Tämän neljännen differentiaaliparin P4 DC-kytketyt emitterit on DC-kytketty transistorin T8 kollektoriin. Transisto-reiden T9 ja T10 kannat on DC-kytketty sopivimmin toisen differentiaa-litulon positiiviseen napaan LOin-i- ja transistoreiden T11 ja T12 kannat 5 on vastaavasti DC-kytketty toisiinsa ja toisen differentiaalitulon negatiiviseen napaan LOin-, Biasointivastuksilla R3 ja R4 muodostetaan bia-sointijännite myös transistoreiden T9, T10, T11, T12 kannoille.

Kolmas P3 ja neljäs differentiaalipari P4 on kollektoreiden osalta DC-10 kytketty ristikkäin siten, että kolmannen differentiaaliparin P3 transistorin T9 kollektori on DC-kytketty neljännen differentiaaliparin P4 transistorin T11 kollektoriin, jolloin nämä kollektorit muodostavat toisen sekoi-tinlohkon 3 differentiaalisen ulostulon OUT2 positiivisen lähtönavan OUT2+. Vastaavasti kolmannen differentiaaliparin P3 transistorin T10 15 kollektori on DC-kytketty neljännen differentiaaliparin P4 transistorin T12 kollektoriin, jolloin nämä kollektorit muodostavat toisen sekoitin-lohkon 3 differentiaalisen ulostulon OUT2 negatiivisen lähtönavan OUT2-. Differentiaalisen ulostulon OUT2 positiivinen lähtönäpä OUT2+ on vielä kytketty tehonsyöttölohkon 18 resistanssiin R7, ja differentiaa-20 lisen ulostulon OUT2 negatiivinen lähtönäpä OUT2- on kytketty tehonsyöttölohkon 18 resistanssiin R8.

Selostetaan seuraavaksi kuvan 3 mukaisen keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen sekoittimen 1 toimintaa. Välitaajuudelle 25 muunnettava radiotaajuinen signaali RF, jota on tarvittaessa vahvistettu suurtaajuusvahvistimessa 12, johdetaan esimerkiksi sekoittimen 1 en-• :·' simmäiseen differentiaalituloon RFin ja paikallisoskillaattorisignaali LO

: johdetaan tällöin toiseen differentiaalituloon LOin. Ensimmäisessä se- .i/ koitinlohkossa 2 radiotaajuinen signaali johdetaan transistoreiden T1, ; ‘: 30 T2 kannalle, jolloin signaalia vahvistetaan transistoreissa T1, T2. Tämä : aikaansaa kannalle johdettavaan signaalijännitteeseen ubei, ube2 verrannollisen kollektorivirran ic1, ic2. Tämä kollektorivirta kulkeutuu transistoreiden emitterille, joissa kulkeva virta ie1) ie2 on tällöin kanta-virran ja kollektorivirran summa. Ensimmäinen impedanssi Z1 saa » t ... 35 kuitenkin aikaan sen, että transistoreiden kollektorivirran ic1, ic2 ja kanta- jännitteen ube1, ube2 vaihe-eroon muutoksen, joka on n. 90°.

11 108 584

Paikallisoskillaattorisignaali LO johdetaan toiseen differentiaalituloon LOin. Transistori T1 toimii radiotaajuiseen signaaliin verrannollisena virtalähteenä ensimmäiselle differentiaaliparille P1. Vastaavasti transistori T2 toimii radiotaajuiseen signaaliin verrannollisena virtalähteenä 5 toiselle differentiaaliparille P2. Tällöin kumpikin differentiaalipari P1, P2 muodostaa kollektoreille virranvoimakkuuden, johon vaikuttaa sekä radiotaajuinen signaali että paikallisoskillaattorisignaali. Kollektoreille kytketyissä kuormitusvastuksissa R5, R6 kollektorivirta muutetaan jännitteeksi. Ensimmäisen sekoitinlohkon 2 differentiaalisessa ulostu-10 lossa OUTI on havaittavissa tällöin sekoitustuloksena muodostuneet radiotaajuisen signaalin ja paikallisoskillaattorisignaalin summa fRF+fLo ja erotus fRF-fi_o- Lisäksi sekoitustuloksena voi muodostua harmoonisia taajuuksia, kuten fRF+2fLo, fRF+3fLo. ···, 2fRF+fLo, 3fRF+fLo, jne. Ensimmäisen sekoituslohkon 2 differentiaalisesta ulostulosta saatava signaali 15 johdetaan välitaajuussuodattimeen 13, jossa signaalista vaimennetaan (suodatetaan) ei-toivottuja signaaleita ja haluttu välitaajuinen signaali (tyypillisesti mainittu radiotaajuisen signaalin ja paikallisoskillaattorisig-naalin erotus) johdetaan ilmaisimelle 15 (kuva 4), jossa ilmaistaan lähetetyn informaation Q-komponentti.

20

Toisessa sekoitinlohkossa 3 radiotaajuinen signaali johdetaan transis-toreiden T7, T8 kannalle, jolloin signaalia vahvistetaan transistoreissa T7, T8. Tämä aikaansaa kannalle johdettavaan signaalijännitteeseen Ube7, ube8 verrannollisen kollektorivirran ic7, ic8. Tämä kollektorivirta 25 kulkeutuu transistoreiden T7, T8 emitterille, joissa kulkeva virta ie7, ie8 on tällöin kantavirran ja kollektorivirran summa. Erona tässä ensim- • mäiseen sekoitinlohkon toimintaan on lähinnä se, että toinen impedanssi Z2 ei merkittävässä määrin muuta transistoreiden kollektori- • : virran ic7, ic8 ja kantajännitteen ube7, ubes vaihe-eroa.

30 *: Transistori T7 toimii radiotaajuiseen signaaliin verrannollisena virtaläh teenä kolmannelle differentiaaliparille P3. Vastaavasti transistori T8 toimii radiotaajuiseen signaaliin verrannollisena virtalähteenä neljän-. nelle differentiaaliparille P4. Tällöin kumpikin differentiaalipari P3, P4 ... 35 muodostaa kollektoreille virranvoimakkuuden, johon vaikuttaa sekä radiotaajuinen signaali että paikallisoskillaattorisignaali. Kollektoreille kytketyissä kuormitusvastuksissa R7, R8 kollektorivirta muutetaan jännitteeksi. Toisen sekoitinlohkon 3 differentiaalisessa ulostulossa » » * 12 s π 8 5 84 0UT2 on havaittavissa tällöin sekoitustuloksena muodostuneet radiotaajuisen signaalin ja paikallisoskillaattorisignaalin summa ja erotus. Tässä tapauksessa kuitenkin signaaleilla on n. 90° vaihe-ero ensimmäisen differentiaalisen ulostulon signaaleihin verrattuna. Toisen sekoi-I 5 tuslohkon 3 differentiaalisesta ulostulosta OUT2 saatava signaali johdetaan välitaajuussuodattimeen 13, jossa signaalista vaimennetaan (suodatetaan) ei-toivottuja signaaleita (tarvitaankohan tässä vielä 90° vaihesiirtoa?) ja haluttu välitaajuinen signaali johdetaan ilmaisimelle 15, jossa ilmaistaan lähetetyn informaation l-komponentti.

10

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa, joissa vaihesiirto on toteutettu radiosignaalin siirtotiellä ennen sekoitinta, aiheuttaa se signaali-tiellä kuormituksen, joka määräytyy vaihesiirron toteuttamisessa käytettävistä impedansseista ja niiden keskinäisistä kytkennöistä. Keksinnön 15 mukaista ratkaisua käytettäessä voidaan tämä kuormitus saada merkittävässä määrin pienemmäksi, koska vaihesiirtokomponentit on sijoitettu transistorien T1, T2 emitterihaaraan. Tällöin impedanssit eivät vaikuta differentiaalisen sisääntulon RFin impedanssiin suoraan, vaan transistorien T1, T2 vahvistuksella kerrottuna. Tyypillisesti vahvistuskerroin on 20 luokkaa muutamista kymmenistä muutamaan sataan, eli kuormitusvaikutus voi pienentyä jopa alle sadasosaan tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna, joissa sekoittimen eteen sijoitettu vaiheensiirto vaimentaa yleensä signaalia ja siten lisää vastaanottimen kohi-naa/kohinalukua. Kuormitusvaikutuksen pienentyminen vähentää 25 suurtaajuusvahvistimen 12 lähdön kuormitusta ja vastaanottimen tehonkulutusta. Lisäksi sekoitin 1 voidaan integroida pienempään • tilaan, koska sekoittimen toteutuksessa tarvitaan vähemmän kompo- ; : nentteja ja tehonkulutus on pienempi.

I I · 30 Sekoittimessa 1 toiminnallisesti toisiaan vastaavat transistorit, kuten transistorit T1, T2, T7 ja T8, ja vastaavasti differentiaaliparien P1—P4 ·. transistorit T3—T6, T9—T12 ovat sähköisiltä ominaisuuksiltaan olen naisesti samanlaisia. Toteutettaessa keksinnön mukainen sekoitin 1 ...... integroidulle piirille (ei esitetty), voidaan nämä ominaisuudet saada riit- t * ... 35 tävällä tarkkuudella samanlaisiksi muodostamalla transistorit geometri- *;·’ sesti olennaisesti samanlaisiksi ja sijoittamalla ne samalle substraatille.

Myös kuormitusvastusten R5—R8 resistanssiarvojen tulisi olla mahdol-•: · ·: lisimman samanlaiset.

» I ( 13 108584

Kuvassa 5 on esitetty vielä eräs langaton viestin 17, jossa on käytetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista sekoitinta 1. Langaton viestin 17 käsittää mm. antennin 10, vastaanottimen 9, lähetti-5 men 19, näppäimistön 20, näytön 21, kuulokkeen 22 ja mikrofonin 23, ja yhden tai useamman suorittimen 24. Langattoman viestimen 17 toiminta on sinänsä tunnettua alan asiantuntijalle, joten alan asiantuntija pystyy edellä esitetyn keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen sekoittimen 1 toimintakuvauksen perusteella soveltamaan 10 keksintöä langattoman viestimen 17 yhteydessä.

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

15 • I t » , , I I ·

Claims (19)

1. Menetelmä ainakin kahden erivaiheisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi sekoittimessa (1), johon johdetaan ensimmäinen sig- 5 naali (RF) ja toinen signaali (LO), muodostetaan ensimmäinen välitaa-juussignaali siirtämällä mainitun ensimmäisen signaalin (RF) vaihetta ja sekoittamalla vaihesiirretty ensimmäinen signaali ja mainittu toinen signaali (LO), ja muodostetaan toinen välitaajuussignaali sekoittamalla mainittu ensimmäinen signaali (RF) ja mainittu toinen signaali (LO), 10 tunnettu siitä, että ensimmäisen signaalin vaihesiirto suoritetaan mainitussa sekoittimessa (1).

1 0 8 5 8 4 14

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vastaanotetaan radiotaajuista signaalia, jota lähetysvaiheessa moduloidaan ainakin 15 kahdella erivaiheisella modulaatiosignaalilla, ja muodostetaan paikallis-oskillaattorisignaali, tunnettu siitä, että ensimmäisenä signaalina (RF) käytetään mainittua vastaanotettua radiotaajuista signaalia, ja että toisena signaalina (LO) käytetään mainittua paikallisoskillaattorisignaalia, jolloin mainittu ensimmäinen välitaajuussignaali käsittää ensimmäisen 20 modulaatiosignaalin, ja mainittu toinen välitaajuussignaali käsittää toisen modulaatiosignaalin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vastaanotetaan radiotaajuista signaalia, jota lähetysvaiheessa moduloidaan ainakin yh- 25 della modulaatiosignaalilla, ja muodostetaan paikallisoskillaattorisig-naali, tunnettu siitä, että ensimmäisenä signaalina käytetään mainittua • vastaanotettavaa radiotaajuista signaalia, ja että toisena signaa- : : : Iina (LO) käytetään mainittua paikallisoskillaattorisignaalia, jolloin mai- . nittu välitaajuussignaali käsittää kaksi vastaanotettavasta signaalista 30 muodostettavaa modulaatiosignaalia, joiden välillä on vaihe-ero.

···. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, jossa valitaan vastaanottotaajuus radiotaajuisen signaalin vastaanottamiseksi, vastaanotetaan radiotaajuista signaalia valitulla vastaanottotaajuudella, ... 35 muunnetaan vastaanotettu radiotaajuinen signaali ainakin yhdelle väli- taajuudelle, vastaanotetaan mainitun vastaanotettavan radiotaajuisen signaalin peilitaajuudella olevaa signaalia, joka pelitaajuus on vastaan-·:··: otettavan radiotaajuisen signaalin taajuuden ja välitaajuuden funktio, ja 1 0 8 5 8 4 15 muodostetaan paikallisoskillaattorisignaali, tunnettu siitä, että ensimmäisenä signaalina (RF) käytetään mainittua vastaanotettavaa radiotaajuista signaalia, että toisena signaalina (LO) käytetään mainittua paikallisoskillaattorisignaalia, ja että mainitut ainakin kaksi välitaa-5 juussignaalia summataan peilitaajuussignaalin vaimentamiseksi, jolloin summaustuloksena muodostetaan lähetettyä radiotaajuista signaalia olennaisesti vastaava modulaatiosignaali.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että mainitun vastaanotettavan radiotaajuisen signaalin moduloinnissa lähetysvaiheessa käytetään vaihemodulaatiota.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun vastaanotettavan radiotaajuisen signaalin moduloin- 15 nissa lähetysvaiheessa käytetään taajuusmodulaatiota.

7. Sekoitin (1), joka käsittää ainakin välineet (RFin) ensimmäisen signaalin (RF) johtamiseksi sekoittimeen (1), välineet (LOin) toisen signaalin (LO) johtamiseksi sekoittimeen (1), välineet (T1—T6, R5, R6) 20 ensimmäisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä signaalista (RF), jonka vaihetta on siirretty, ja mainitusta toisesta signaalista (LO), ja välineet (T7—T12, R7, R8) toisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi mainituista ensimmäisestä ja toisesta signaalista (LO), tunnettu siitä, että sekoitin (1) käsittää lisäksi ainakin 25 välineet (Z1) vaihesiirron suorittamiseksi mainitulle ensimmäiselle signaalille.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen sekoitin (1), tunnettu siitä, että - välineet (RFin) ensimmäisen signaalin (RF) johtamiseksi sekoit-30 timeen käsittävät ensimmäiset kaksi transistoria (T1, T2), joiden kan-• ·. noille ensimmäinen signaali (RF) on järjestetty johdettavaksi, -välineet (LOin) toisen signaalin (LO) johtamiseksi sekoittimeen käsittävät toiset kaksi transistoria (T7, T8), joiden kannoille toinen signaali (LO) on järjestetty johdettavaksi, 35. välineet (Z1) vaihesiirron suorittamiseksi mainitulle ensimmäiselle signaalille (RF) käsittävät reaktiivisen impedanssin, joka on kytketty mainittujen ensimmäisten kahden transistorin (T1, T2) emittereihin (E1,E2),

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sekoitin (1), tunnettu siitä, että mainittu reaktiivinen impedanssi on kapasitiivinen impedanssi, kuten kondensaattori.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sekoitin (1), tunnettu siitä, että 15 mainittu reaktiivinen impedanssi on induktiivinen impedanssi, kuten kela.

11. Patenttivaatimuksen 7, 8, 9 tai 10 mukainen sekoitin (1), tunnettu siitä, että mainittua ensimmäistä signaalia (RF) on moduloitu ainakin 20 kahdella erivaiheisella modulaatiolla.

12. Patenttivaatimuksen 7, 8, 9 tai 10 mukainen sekoitin (1), tunnettu siitä, että mainittua ensimmäistä signaalia (RF) on moduloitu taajuus-modulaatiolla. 25

13. Vastaanotin (9), joka käsittää välineet (10) ensimmäisen signaa- • ·: Iin (RF) vastaanottamiseksi, jota on lähetysvaiheessa moduloitu, väli- ‘ : neet (16) toisen signaalin (LO) muodostamiseksi, sekoittimen (1), väli- . neet (RFin) mainitun ensimmäisen signaalin (RF) johtamiseksi sekoit- 30 timeen (1), välineet (LOin) mainitun toisen signaalin (LO) johtamiseksi sekoittimeen (1), välineet (T1—T6, R5, R6) ensimmäisen välitaajuus-signaalin muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä signaalista (RF), jonka vaihetta on siirretty, ja mainitusta toisesta signaalista (LO), ja ____: välineet (T7—T12, R7, R8) toisen välitaajuussignaalin muodostami- ... 35 seksi mainituista ensimmäisestä (RF) ja toisesta signaalista (LO), tun nettu siitä, että sekoitin (1) käsittää lisäksi ainakin välineet (Z1) vaihe-siirron suorittamiseksi mainitulle ensimmäiselle signaalille. 17 '''0 8 5 84

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen vastaanotin (9), tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi ainakin paikallisoskillaattorin (15) mainitun toisen signaalin (LO) muodostamiseksi.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen vastaanotin (9), tunnettu siitä, että välineet (Z1) vaihesiirron suorittamiseksi käsittävät kapasitiivisen impedanssin, kuten kondensaattorin.

16. Patenttivaatimuksen 13, 14 tai 15 mukainen vastaanotin (9), tun-10 nettu siitä, että välineet (Z1) vaihesiirron suorittamiseksi käsittävät induktiivisen impedanssin, kuten kelan.

16. OB 5 84 - välineet (T1—T6, R5, R6) ensimmäisen välitaajuussignaalin muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä signaalista (RF) käsittävät mainitut ensimmäiset kaksi transistoria (T1,12), neljä ristiinkytkettyä transistoria (T3—T6), sekä kaksi vastusta (R5, R6), ja 5 - välineet (T7—T12, R7, R8) toisen välitaajuussignaalin muodostami seksi mainituista ensimmäisestä (RF) ja toisesta signaalista (LO) käsittävät mainitut toiset kaksi transistoria (T7, T8), neljä ristiinkytkettyä transistoria (T9—T12), sekä kaksi vastusta (R7, R8).

17. Jonkin patenttivaatimuksen 13—16 mukainen vastaanotin (9), tunnettu siitä, että mainittua ensimmäistä signaalia (RF) on moduloitu 15 ainakin kahdella erivaiheisella modulaatiolla.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 13—16 mukainen vastaanotin (9), tunnettu siitä, että mainittua ensimmäistä signaalia (RF) on moduloitu taajuusmodulaatiolla. 20

19. Jonkin patenttivaatimuksen 13—18 mukainen vastaanotin (9), tunnettu siitä, että se on langattoman viestimen (17) vastaanotin. , · » ; » * t | I 4 * t I » 4 ! 0 8 5 8 4 18