FI83143C - Foerfarande och anordning foer daempning av radiofrekventa stoerningar foerorsakade av klockfrekvenses harmoniska komponenter i digitaliska anordningar. - Google Patents

Description

1 83143

Menetelmä ja järjestely digitaalisten laitteiden kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamien radiotaajuisten häiriöiden vaimentamiseksi 5 Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely digitaalisten laitteiden, kuten mikroprosessorien, kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamien radiotaajuisten häiriöiden vaimentamiseksi.

Radiolaitteissa käytetään nykyisin laajasti mikro-10 prosessoreja ja muita digitaalisia laitteita erilaisten toimintojen suorittamiseen. Esimerkiksi radiopuhelimissa mikroprosessoreja käytetään etenkin signaloinnin ja taa-juusasetusten ohjaamiseen. Mikroprosessorien toiminta perustuu mikrosuorittimeen, jonka toimintanopeuden määrää 15 yleensä kideoskillaattori. Prosessorin kaikki toiminnat tapahtuvat tämän oskillaattorin määräämällä tahdilla, jolloin laitteen signaalijohdoissa kulkee säännöllisin välein suuria virtapiikkejä. Nämä virtapiikit aiheuttavat häiriö-spektrin, jonka jotkut voimakkaat taajuuskomponentit saat-20 tavat osua radiolaitteen vastaanottotaajuuksille ja häiritä radiotieltä tulevaa signaalia. Tämä voidaan yleensä havaita vastaanottimen herkkyyden huonontumisena tai pahimmassa tapauksessa ilmaistussa signaalissa esiintyvinä vihellyksinä.

25 Näitä digitaalisten laitteiden kellotaajuuden har moonisten aiheuttamia häiriöitä on pyritty vaimentamaan useilla menetelmillä. Eräs tapa on ollut pienentää kellotaajuutta ja tällä tavoin hidastaa piirissä kulkevien virtojen muutosnopeuksia. Tästä on kuitenkin seurauksena se 30 haitta, että mikroprosessorin suoritusnopeus laskee kellotaajuuden pienentyessä, jolloin mikroprosessori ei ehdi suorittaa kaikkia tarvittavia toimenpiteitä. Lisäksi signaali virtojen muutosnopeuden pienentäminen standardimik-roprosessoreja käytettäessä vaatii lisäkomponentteja ja 35 lisää etenkin CMOS-tekniikkaa käyttävien prosessori- ja 2 83143 muistipiirien virrankulutusta. Nämä molemmat seikat ovat erittäin tärkeitä kannettavissa käsipuhelimissa, joissa pyritään keveyteen, pieneen kokoon ja pieneen virrankulu-tukseen.

5 Toinen perinteinen tapa suojautua mikroprosessorin aiheuttamilta häiriöiltä on ollut sijoittaa häiriöitä säteilevät osat sähköisesti tiiviiseen koteloon ja suodattaa kotelon ulkopuolelle tulevat signaalit. Sähköisesti tiiviin koteloinnin toteuttaminen pienessä tilassa on kuiten-10 kin vaikeata ja kallista.

Esillä olevan keksinnön päämääränä onkin aikaansaada uusi menetelmä, joka vähentää nykyaikaisissa radiolaitteissa tarvittavien mikroprosessorien tai vastaavien kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamia häiriöitä radiolait-15 teen omassa vastaanottimessa.

Tämä päämäärä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että kellotaajuuden harmonisten spektriä käsitellään kellosignaalia moduloimalla.

20 Esillä olevan keksinnön perusajatuksena on, että kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamia häiriöitä vaimennetaan levittämällä harvassa olevien voimakkaiden, piste-taajuisten häiriöpiikkien teho häiriöspektriä muokkaamalla laajemmalle taajuusalueelle alkuperäisen häiriöpiikin ym-25 pärillä siten, että häiriöenergia jakautuu tasaisemmin usean radiokanavan alueelle ja yksittäiseen radiokanavaan kohdistuva häiriöteho pienenee.

Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittävä parannus radiopuhelimien mikroprossorien aiheuttamien ra-30 diotaajuisten häiriöiden vaimentamisessa erityisesti yhdistettynä aikaisemmin käytettyyn sähköisesti tiiviiseen kotelointiin. Koteloinnille asetetut vaatimukset eivät nyt kuitenkaan ole yhtä tiukat kuin aikaisemmin.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 6 35 mukainen järjestely kellotaajuuden harmoonisten aiheutta- 3 83143 mien häiriöiden vaimentamiseksi.

Keksintöä selitetään seuraavassa yksityiskohtaisemmin suoritusesimerkkien avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa 5 kuvio 1 esittää kideoskillaattoria, jossa on toteu tettu keksinnön mukainen modulointi, kuvio 2 esittää lohkokaavion keksinnön mukaisesta järjestelystä, jossa siniaaltogeneraattorin perään on kytketty vaiheensiirtoelin, 10 kuvio 3 esittää lohkokaavion keksinnön mukaisesta järjestelystä, jossa suorakaideaalto-oskillaattorin perään on kytketty vaiheensiirtoelin, kuvio 4 havainnollistaa pseudosatunnaista moduloin-tisignaalia yhden kellojakson ajalta, ja 15 kuvio 5 havainnollista keksinnön mukaisella mene telmällä ja järjestelyllä saavutettavaa häiriöenergian leviämistä taajuustasossa.

Nykyisin yhden radiokanavan kaistanleveys on soluk-koradiopuhelinjärjestelmissä järjestelmästä riippuen 12,5-20 30 kHz ja vastaanottimen suodattimien kaistanleveys on naapurikanavan suodatustarpeen takia jonkin verran kapeampi. Kuviossa 5 on viitenumerolla 50 kuvattu yhtä radiopu-helinkanavaa taajuustasossa. Radiopuhelimen mikroprosessorin signaalijohdatuksessa kulkevista kellotaajuisista 25 virta- ja/tai jännitepiikeistä aiheutuu voimakkaita yksittäisille taajuuksille osuvia häiriökomponentteja. Nämä häiriökomponentit ovat kellotaajuuden harmonisia (n x kellotaajuus). Kuviossa 5 on havainnollistettu viitenumerolla 51 radiokanavan taajuuskaistan 50 sisälle osuvaa voimakas-30 ta häiriöpiikkiä.

Keksinnön mukaisesti tällaisen pistemäisen häiriö-taajuuden 51 energia voidaan levittää laajalle taajuusalueelle muokkaamalla kellotaajuutta kellosignaalia moduloimalla.

35 Kuviossa 1 on esitetty kideoskillaattoripiiri, jota 4 83143 voidaan keksinnön mukaisesti moduloida. Kideoskillaattori-piiri käsittää jonkin tavanomaisen integroidun oskillaat-toripiirin IC1, johon on kytketty kondensaattorin Cl kiteen Xl ja kapasitanssidiodin C2 muodostama värähtelypii-5 ri. Oskillaattorin värähtelytaajuus riippuu tunnetulla tavalla kiteen Xl ominaisuuksista sekä kondensaattorin Cl ja kapasitanssidiodin C2 kapasitanssiarvoista. Tässä esimerkkitapauksessa kapasitanssidiodin C2 kapasitanssia säädetään kiteen Xl ja kapasitanssidiodin C2 väliin vastuksen 10 Rl kautta johdetulla modulointijännitteellä Umod· Modu-lointisignaali ja modulointitapa voidaan valita tarpeen mukaan.

Yksinkertaisin tapa on käyttää kellotaajuuden taajuusmodulointia (vaihemodulointia) siten, että kellotaa-15 juuden harmoonisten spektri leviää yhtä radiokanavaa laajemmalle alueelle. Sinänsä jo hyvin pienikin spektrin levittäminen vaimentaa vihellystyyppisen häiriön, mutta vasta laaja spektrin levittäminen lisää vastaanottimen herkkyyttä. Taajuusmoduloidun signaalin spektri tunnetusti 20 riippuu moduloivasta signaalista ja modulaation aiheuttamasta taajuuspoikkeamasta (vaihepoikkeamasta).

Kun modulointisignaalina Umoj käytetään sinimuotoista signaalia, moduloidussa signaalissa f„T on modulaa-tiotaajuuden fmo(j välen pistemäisiä taajuuskomponentteja, 25 joiden suhteellinen suuruus moduloimattomaan kantoaaltoon nähden riippuu modulaatioindeksistä (vaihepoikkeamasta). Kuviossa 5 on havainnollistettu moduloidun kellotaajuuden häiriöspektriä verhokäyrällä 52. Häiriöiden kannalta edullinen spektri syntyy käyttämällä suhteellisen pientä modu-30 loivaa taajuutta ja suurta taajuuspoikkeamaa. Modulointi-signaalin taajuus on edullisesti esim. noin 1-5 kHz, ja deviaatio häiriötaajuuksilla esim. 10 - 30 kHz.

Modulointisignaalina Umo<j voidaan käyttää muutakin kuin sinimuotoista signaalia. Tärkein niistä on pseudosa-35 tunnaissana tai -signaali, jolloin modulointisignaalina li 5 83143 on satunnainen aaltomuoto. Sen edut ovat etenkin digitaalitekniikkaa käytettäessä sinisignaalia helpompi generointi ja häiriöiden kannalta edullisempi spektrin muoto. Sinimuotoisella modulointisignaalilla levitetty häiriö-5 spektri korostuu taajuuspoikkeamaa vastaavan taajuuden läheisyydessä, mutta pseudosatunnaissignaalia käytettäessä tätä ei esiinny. Pseudosatunnaissanan pituuden ja bitin keston sekä modulaatiosignaalin sopivalla valinnalla häi-riöspektri on esim. MSK (FFSK) -signaalin kaltainen radio-10 laitteen vastaanottotaajuuksilla. Kuviossa 4 on havainnollistettu erästä pseudosatunnaista modulointisignaalia yhden kellojakson ajalta.

Kuviossa 2 on esitetty vaihtoehtoinen järjestely mikroprosessorin kellosignaalin moduloimiseksi. Järjestely 15 käsittää sinimuotoisen kellosignaaligeneraattorin 21, joka synnyttää mikroprosessorin kellosignaalin. Kellogeneraat-torin 21 ulostuloon on kytketty säädettävä vaiheensiirto-elin 22, jonka ulostuloon on puolestaan kytketty piiri 23, joka muokkaa sinimuotoisen signaalin suorakaidekellopuls-20 seiksi. Lopputuloksena on mikroprosessorille syötettävä kellotaajuus f^· Vaiheensiirtoelimen 22 aiheuttaman vai-heensiirron määrää säädetään (moduloidaan) vaiheensiirto-elimen 22 säätösisääntuloon syötetyllä modulointisignaalilla Umo(j· Tämä modulointisignaali Umocj voi olla saman-25 lainen kuin kuvion 1 tapauksessa. Lopputuloksena saadaan keksinnön mukaisesti moduloitu kellosignaali f__.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 digitaalinen toteutus, jossa on suorakaideaaltogeneraattori 31, jonka ulostuloon on kytketty säädettävä vaiheensiirtoelin 32. Vai-30 heensiirtoelimen 32 aiheuttamaa vaiheensiirtoa säädetään sen säätösisääntulon syötetyllä modulointisignaalilla Umod‘ T^ss^ tapauksessa kellogeneraattori 31 voi synnyttää suurtaajuisen signaalin, jonka taajuus on suurempi kuin lopullinen kellotaajuus. Vaiheensiirtoelin 32 toimii täl-35 löin esim. murtolukujakajana, jonka jakajatekijä muuttuu 6 83143 modulointisignaalin UmQ(j mukaisesti.

Keksinnön mukaisen moduloinnin vaikutusta kellosignaaliin voidaan aikatasossa kuvata siten, että kellosignaalin pulssien merkitseviä reunoja (nouseva tai laskeva 5 reuna, joka ohjaa logiikkaa), siirretään aikatasossa jatkuvasti tai portaittain ennalta määrätyn vaihteluvälin sisällä. Voidaan myös moduloida kellopulssien molempia reunoja. Tapauksessa, jossa prosessorin kellotaajuutta käytetään myös muuhun aikakriittiseen tarkoitukseen, kuten 10 radiopuhelimen taajuussyntetisaattorin referenssinä tai modeemin kantoaallon muodostamiseen, on kuitenkin edullista, että moduloidaan vain kellopulssien merkitseviä reunoja, jolloin toisia reunoja voidaan käyttää edellä mainittuihin tarkoituksiin, joissa tarvitaan erittäin stabiilia 15 kellotaajuutta.

Oheiset kuviot on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen menetelmä ja järjestely voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

ti

Claims (11)

1. Menetelmä digitaalisten laitteiden, kuten mikroprosessorin, kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamien 5 radiotaajuisten häiriöiden vaimentamiseksi, tunnettu siitä, että kellotaajuuden harmonisten spektriä käsitellään kellosignaalia moduloimalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moduloidaan suoraan kello- 10 oskillaattoria.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moduloidaan kello-oskillaattorin synnyttämää kellosignaalia.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetel- 15 mä, tunnettu siitä, että moduloiva signaali on jatkuva signaali, kuten sinisignaali, tai pseudosatunnai-sen aaltomuodon omaava signaali.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moduloimalla siir- 20 retään kellosignaalin kellopulssin etu- tai takareunan tai molempien ajallista paikkaa.

6. Järjestely digitaalisten laitteiden, kuten mikroprosessorin, kellotaajuuden harmoonisten aiheuttamien häiriöiden vaimentamiseksi, tunnettu siitä, että 25 järjestely käsittää välineet (C2, 22, 32) kellosignaalin moduloimiseksi.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että se käsittää kellosignaalin synnyttämiseksi kideoskillaattorin, jossa kide (Xl) on 30 kytketty sarja- tai rinnakkaisresonanssipiiriin, jossa ainakin yhden kapasitiivisen komponentin muodostaa kapasi-tanssidiodi (C2), jonka kapasitanssia säädetään moduloin-tisignaalilla (Uroo(j)·

7 83143

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen järjestely, 35 tunnettu siitä, että se käsittää kellosignaaliläh- 8 83143 teen (21, 21) kanssa sarjaankytketyn valheenslirtoelimen (22, 32), jonka aiheuttamaa vaiheensiirtoa moduloidaan modulointisignaalilla (Um0(j).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestely, 5 tunnettu siitä, että kellosignaalilähde (31) syöttää suorakaideaaltomuodoisen signaali, ja että vaiheen-siirtoelimen muodostaa digitaalinen jakajapiiri, edullisesti murtolukujakaja, jonka jakajatermi muuttuu moduloin-tisignaalista riippuvaisesti.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestely, tunnettu siitä, että modulointisig-naali on jatkuva signaali, kuten sinisignaali, tai pseudosatunnaisen aaltomuodon omaava signaali.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 6-10 mukaisen 15 Järjestelyn käyttö radiolaitteissa, erityisesti radiopuhelimissa. 9 83143