FI88568C - Foerfarande foer generering av en mellanfrekvensreferens i ett system med tvao syntetisatorer - Google Patents

Description

1 88568

Menetelmä välitaajuusreferenssin muodostamiseksi kahden syn-tesoijan järjestelmässä - Förfarande för generering av en mellanfrekvensreferens i ett system med tvä syntetisatorer 5

Keksintö koskee menetelmää välitaajuusreferenssin muodostamiseksi patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaisessa järjestelmässä. Keksintö koskee myös menetelmän käyttöä 10 radiopuhelimen virittämiseen sen valmistusvaiheissa.

Keksinnön taustalla olevaa ongelmaa tarkastellaan ensin kuvion 1 avulla, jossa esitetään tekniikan tason mukaisen radiopuhelimen karkeasti yksinkertaistettu lohkokaavio. 15 Radiopuhelimen vastaanotinosa 10, kuviossa ylempi osa, käsittää vastaanotetun signaalin fRX suodatus- ja vahvis-tuspiirit 11, ensimmäisen sekoittimen 12, välitaajuisen signaalin flFl vahvistus- ja suodatuspiirit 13, toisen sekoittimen 14 sekä toisen välitaajuuden fIF2 suodatus- ja 20 vahvistuspiirit 15, josta vastaanotettu signaali johdetaan . .· edelleen muihin vastaanottopiireihin (ei esitetty) sekä laskurin, prosessorin ja analogia/digitaali-muuntimen käsittävään ohjausosaan 30. Ohjausosan rakennetta ei tässä ole tarkemmin eritelty, koska se oletetaan alan ammatti-25 laisen tuntemaksi, eikä se sinällään ole keksinnön ongelman asettelulle oleellinen. Lähetinosa 20, kuviossa alempi osa, käsittää ohjausosan 30 prosessorin ohjaaman taajuussyn-tesoijan, joka muodostuu vaihelukitusta silmukasta PLL (phase locked loop) 21 ja jänniteohjatusta oskillaattorista 30 22. Syntesoijan muodostama signaali johdetaan vahvistus- ja suodatuspiireihin 23, josta lähetyssignaali johdetaan edelleen antenniin (vastakkaiseen suuntaan kuin vastaan-ottosignaali fRX). Lähetysosan muita piirejä ei ole tässä yhteydessä esitetty.

35

Ohjausosan 30 analogia/digitaali-muuntimella ohjataan myös — ensimmäistä sekoitinta 12 syöttävää taajuussyntesoijaa, 2 88568 joka käsittää jänniteohjatun/lämpötilakorjatun kideoskil-laattorin 32, vaihelukitun silmukan 33 ja jänniteohjatun oskillaattorin 34.

5 Analogia/digitaali-muuntimella ohjataan myös toisen sekoit-timen 14 toista paikallisoskillaattoria 31, jonka lähtösig-naalina on välitaajuuksien erotustaajuus flFl - fIF2.

Ongelma, jota seuraavassa tarkastellaan, koskee ensi 10 sijassa toisen sekoittajan 14 virityssignaalin eli refe-renssisignaalin muodostamista. Tekniikan tasolla tunnetaan mm. seuraavat kolme menetelmää: 1) käytetään lämpötilakorjattua kideoskillaattoria ja 15 siihen liittyvää syntesoijaa. Tällainen ratkaisu johtaa lisäkomponentteihin, jotka edustavat lisäkustannuksia ja jotka muodostavat lisää virtaa kuluttavan lohkon. Tämä ei ole suotavaa, koska erityisesti kannettavissa radiopuhelimissa pyritään päinvastoin virrankulutuksen pienentämi-20 seen.

2) käytetään kideoskillaattoria, jonka käyttäytyminen lämpötilan suhteen tunnetaan, ja prosessorin muistiin talletettujen korjausarvojen avulla ohjataan oskillaatto- 25 rille digitaali/analogia-muuntimen kautta kompensoiva signaali. Tässä menetelmässä syntyy lämpötilan mittauksesta virhettä eri mittauspiirejä käytettäessä toisaalta virityksessä ja toisaalta käytön aikana. Kiteiden käyttäytyminen on erilaista, jolloin ne on erikseen mitattava ja 30 lisäksi myös äärilämpötiloissa. Erityisen ongelman muodostaa komponenttien vanheneminen, jota ei tällä menetelmällä kompensoida.

3) käytetään valmista lämpötilakompensoitua kideoskillaat-35 toria. Tämän ratkaisun haittana on kallis oskillaattori, ja siinäkin on vanheneminen ongelmana, kuten edellisessäkin ratkaisussa.

I: 3 88568

Nyt on yllättäen havaittu, että edellä mainitut ongelmat voidaan voittaa keksinnön mukaisella menetelmällä, jossa käytetään hyväksi järjestelmään sisältyvien taajuussyn-tesoijien taajuuden säätöä patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-5 kiosan mukaisesti.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää hyväksi kuvion 1 mukaisessa tunnetussa piirijärjestelyssä pelkästään prosessorin vähäisellä lisäohjelmoinnilla, kun sovelletaan palo tenttivaatimuksen 2 tunnusmerkkiosan mukaista harhatoiston avulla muodostuvaa referenssitaajuutta. Tällä tavalla hyödynnetään sinänsä tunnettua harhatoistoilmiötä, jota tavallisesti pidetään haitallisena. Keksinnön etuna voidaan erityisesti pitää sitä, ettei se vaadi kytkennällisiä muutoksia 15 jo olemassa oleviin laitteisiin. Vaihtoehtoisesti voidaan referenssisignaali patenttivaatimuksen 3 mukaisesti muodostaa erillisessä piirissä.

Keksinnön muita suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä 20 patenttivaatimuksissa. Erityisen edulliseksi muodostuu keksinnön mukaisen menetelmän soveltaminen radiopuhelinten tuotannon vanhennustestauksessa. Keksintöä voidaan soveltaa mm. NMT-puhelimien tuotannossa ja käytössä.

25 Keksintöä selitetään seuraavassa erään suoritusesimerkin i avulla oheiseen piirustuksen viitaten, jossa: kuvio 1 on tekniikan tason mukaisen radiopuhelimen karkeasti yksinkertaistettu lohkokaavio, johon paksuin nuolin on mer-30 kitty keksinnölle oleelliset injektiotaajuudet ja niiden harhatoiston kautta muodostunut referenssitaajuus; kuvio 2 on kaaviollinen esitys referenssitaajuuden muodostamisesta yläpuolisella injektiolla; ja . 35 kuvio 3 on kaaviollinen esitys referenssitaajuuden muodosta-/ misesta alapuolisella injektiolla.

4 88568

Keksinnön mukaisessa menetelmässä paikallisoskillaattori 31 viritetään oikealle taajuudelle vastaanottimen 10 ja taajuussyntesoijan 32,33,34 injektiotaajuuden fRXi ja lähettimen 20 taajuussyntesoijan 32,21,22 injektiotaajuu-5 den fTXi erotuksen fDs tai sen harmonisen avulla. Ohjausosaan talletetun ohjelman avulla voidaan sinänsä tunnetulla tavalla säätää taajuussyntesoijien taajuudet fRXi ja fTXi pienissä portaissa. Keksinnön mukaisesti säätö tehdään siten, että erotustaajuus (kuviossa 1) on 10 fDs = fTXi - fRXi, ja että erotustaajuus tai sen harmoninen on vastaanottimen välitaajuudella ja muodostaa referens-sitaajuuden. Tämä sekoitustulos syntyy järjestelmän epälineaarisissa piireissä harhatoiston avulla.

15 Kuvion 2 esittämässä tapauksessa ensimmäisen sekoituspor-taan 12 (kuviossa 1) injektiotaajuus fRXi muodostetaan yläpuolisella injektiolla, kuvio 2a. Tässä tapauksessa välitaajuus flFl on 45 MHz. Referenssitaajuus syntyy suoraan injektiotaajuuksien erotuksesta fDs, kuten kuvios-20 sa 2b esitetään. Kuvion 2 tapauksessa injektiotaajuudet on tahallisesti säädetty hieman lähetystaajuusalueen TX ja vastaavasti vastaanottotaajuusalueen LOI ulkopuolelle.

Kuvion 3 esittämässä tapauksessa käytetään alapuolista 25 injektiota, kuvio 3a. Välitaajuus on nyt 86,5125 MHz ja referenssitaajuus saadaan erotustaajuuden fDs (28,8375 MHz) kolmantena harmonisena (3 x 28,8375 MHz = 86,5125 MHz), kuten kuviossa 3b esitetään. Kuvion 3 tapauksessa injektiotaajuudet ovat vastaanotto- ja lähe-30 tystaajuusalueiden LOI ja vastaavasti TX sisäpuolella.

Syntesoijien suuritasoisten signaalien sekoitustuloksena saadaan riittävän voimakas harhatoisto, eikä esillä olevassa tapauksessa tarvita erillistä sekoituskytkentää. 35 (Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa referenssitaajuus muodostetaan tarkemmin esittämättä olevassa piiri järjestelyssä. ) Kokeissa on mitattu syntesoijien taajuuksien erotuksen i 5 88568 kolmannen harmonisen välitaajuudella oleva RSSI-taso (Received Signal Strength Indicator), joka vastaa antenniin syötettyä vastaanotetun signaalin tasoa -80 dBm. Tällainen taso on riittävä, kun tavallisessa kuvion 1 esittämässä 5 piirissä herkkyys välitaajuudella on luokkaa -115 dBm.

Keksinnön mukaista menetelmää käyttäen voidaan toteuttaa radiopuhelin, jonka ohjausosa ohjelmoidaan niin, että se voi virittää itse itsensä paikallisoskillaattoreiden osal-10 ta tuotannon vanhennusjakson eli lämpösyklin aikana.

Viritysmenetelmä jaetaan vaiheisiin, joissa: a) toinen paikallisoskillaattori viritetään edellä kuvatulla tavalla muodostetun referenssitaajuuden avulla, 15 b) toisen paikallisoskillaattorin viritysarvot talletetaan prosessorin muistiin, c) vastaanottimeen johdetaan tarkka ulkoinen mittausrefe-renssitaajuus, d) viritetään ensimmäisen paikallisoskillaattorin taajuus, 20 e) vaiheet a) - d) toistetaan järjestelmän toimintalämpö- tila-alueen useammalla lämpötilalla, ja f) kulloisenkin viritystuloksen lämpötila ja sitä vastaava korjauskerroin talletetaan prosessorin muistiin.

25 Esitetty viritysmenetelmä voidaan toteuttaa kuvion 1 mukaisessa radiopuhelinjärjestelmässä ilman kytkennälli-siä muutoksia järjestämällä pelkästään vähäisiä lisäohjelmia ohjausosan 30 prosessorin muistiin. Puhelimiin syötetään antennin kautta tarkka ulkoinen mittausreferenssitaa-30 juus fRX, ja vuoroin AFCrtä ja toista paikallisoskillaat-toria 31 säätämällä saadaan molempien taajuudet oikeiksi. Kun kussakin ennalta valitussa mittauslämpötilassa iteroidut digitaali/analogia-muuntimen lukemat talletetaan muistiin ja mittauspisteiden välit linearisoidaan, saavu-35 tetaan helposti vaadittu taajuustarkkuus.

Referenssisignaalin tarkkuutta kuvaava taajuuserotuksen 6 88568 virhe voidaan laskea kaavasta: d(fDs) = d(fTXi) x [1 - (fRXi/fTXi)] 5 jossa ilmaisu d(f) tarkoittaa taajuuden virhettä.

Jos ensimmäisen paikallisoskillaattorin 32 taajuuden poikkeama ensimmäisellä iteraatiokierroksella on spesifikaatioiden määrittelemässä maksimiarvossa 2,5 kHz, saadaan toisella 10 paikallisoskillaattorilla 31 tarkkuus 160 Hz, joka vastaa 1,8 ppm:ää. Vastaavasti toisella iteraatiokierroksella saadaan tarkkuudeksi 30 Hz, eli 0,4 ppm.

Edellä esitetty viritys voidaan tuotannossa automatisoida ja 15 yhdistää esimerkiksi vanhennustestaukseen. Mitattavat laitteet, esim. 200 konetta kerralla, asetetaan lämpöhuoneeseen, jonka lämpötilaa säädetään ennalta määrätyn ohjelman mukaisesti koneiden käyttölämpötilan puitteissa. Koneet on van-hennuksen aikana koko ajan kytketty mittalaitteisiin. Kek-20 sinnön mukaisen oskillaattoreiden virityksen voidaan olettaa vievän noin puoli tuntia lisää mittausaikaa, jolla ei sinänsä ole merkitystä, koska vanhennus jakso eli lämpösykli kokonaisuudessaan käsittää useita tunteja. Lämpösykli voidaan toteuttaa sinänsä tunnetulla tavalla esimerkiksi niin, että 25 ensin suoritetaan viritykset kylmässä tilassa. Mittaustulokset talletetaan koneiden eli radiopuhelimien muistiin.

Käytön aikana laitteen prosessorin muistista haetaan anturin mittaamaa lämpötilaa vastaava korjauskerroin tai talletettu-30 jen lämpötilapisteiden välissä lineaarisella approksimoinnilla saatu korjauskerroin, jota korjauskerrointa käytetään kulloisenkin paikallisoskillaattorin lämpötilakorjaukseen käyttötilanteen mukaisesti. Keksinnön mukaisella menetelmällä eliminoidaan lämpötilan mittauksessa tekniikan tasossa 35 tapahtuvat virheet, koska kone itse mittaa lämpötilan sekä virityksen että käytön aikaisessa kompensointitilanteessa.

7 88568 Käytön aikana voidaan myös suorittaa keksinnön mukaista menetelmää soveltaen vanhenemisen kompensointi tukiaseman taajuutta referenssinä käyttäen, koska tukiaseman taajuus-tarkkuus on +/- 250 Hz.

5

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan monia etuja, joita jo edellä on mainittu. Lisäksi toinen paikallisos-killaattori 32 voidaan valmistaa halvemmista suuritole-ranssisista komponenteista. Laitteessa saavutetaan tilan-10 säästöä, koska erillistä lämpötilakorjattua kideoskillaat-toria ei tarvita.

Keksinnön menetelmässä lämpötilan mittauksen virheet eliminoidaan kompensointien osalta. Tekniikan tasossa on 15 lämpötila-antureiden kalibrointi tuottanut paljon hankaluutta ja osoittautunut kompensointimenetelmien heikkoudeksi, jolloin kalibroinnissa saatetaan aiheuttaa virhe, joka on yli 5 %. Tällaisesta aiheutuva taajuusvirhe on merkittävä. Kuten edellä mainittiin, tällaista epätark-20 kuutta ei keksinnön menetelmässä ole.

25 30 : . 35

Claims (7)

1. 8 38568
2. 1. Menetelmä välitaajuusreferenssin muodostamiseksi järjestelmässä, joka oleellisesti käsittää vastaanotetun signaalin (fRX) ensimmäisen sekoittimen (12) ja sitä syöttävän 5 taajuussyntesoijan (32, 33, 34), ensimmäisestä sekoittimesta (12) tulevan välitaajuisen signaalin (flFl), toisen sekoittimen (14) paikallisoskillaattoreineen (31) sekä lähetyspuo-len (20) taajuussyntesoijan (32, 21, 22), tunnettu siitä, että taajuussyntesoijien (32, 33, 34; 32, 21, 22) tuottamat 10 injektiotaajuudet (fRXi; fTXi) säädetään sellaisiksi, että injektiotaajuuksien (fRXi; fTXi) välinen erotustaajuus (fDs) tai sen harmoninen muodostaa referenssitaajuuden, jota vastaava signaali vastaanotetaan välitaajuisissa elimissä (13) ja johdetaan toiseen sekoittimeen (14), ja jonka avulla toi-15 sen paikallisoskillaattorin (31) taajuus viritetään.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että referenssitaajuinen signaali vastaanotetaan väli-taajuisten elimien epälineaarisuuden muodostaman harhatois- 20 ton kautta.
4. 3. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että referenssitaajuinen signaali muodostetaan piirissä, jonka tulosignaaleina ovat taajuussyntesoijien tuottamat 25 injektiotaaj uudet (fRXi; fTXi) , jolloin piirissä muodostettu referenssitaajuus johdetaan välitaajuuspiiriin. 1 . Menetelmä vastaanottimien paikallisoskillaattorien (31, 32) virittämiseksi järjestelmässä, joka käsittää vastaanote-30 tun signaalin (fRX) ensimmäisen sekoittimen (12) ja sitä syöttävän taajuussyntesoijan (32, 33, 34), ensimmäisestä sekoittimesta (12) tulevan välitaajuisen signaalin (flFl) toisen sekoittimen (14) paikallisoskillaattoreineen (31) sekä lähetyspuolen (20) taajuussyntesoijan (32, 21, 22), 35 sekä ohjausosassa (30) olevan prosessorin muisteineen, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa 9 88568 a) toinen paikallisoskillaattori (31) viritetään jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisesti muodostetun refe-renssitaajuuden avulla, b) toisen paikallisoskillaattorin (31) viritysarvot tallete-5 taan prosessorin muistiin, c) vastaanottimeen (10) johdetaan tarkka ulkoinen mittausre-ferenssitaajuus (fRX), d) viritetään ensimmäisen paikallisoskillaattorin (12) taajuus . 10
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen viritysmenetelmä, jolloin mainittuun prosessoriin on liitetty järjestelmän toi-mintalämpötilaa mittaavan anturin lähtösignaali, tunnettu siitä, että menetelmä lisäksi käsittää vaiheet, joissa 15 e) vaiheet a) - d) toistetaan järjestelmän toimintalämpöti-la-alueen useammalla lämpötilalla, f) kulloisenkin viritystuloksen lämpötila ja sitä vastaava korjauskerroin talletetaan prosessorin muistiin, - jolloin laitteen käytön aikana prosessorin muistista hae-20 taan anturin mittaamaa lämpötilaa vastaava korjauskerroin tai talletettujen lämpötilapisteiden välissä lineaarisella approksimoinnilla saatu korjauskerroin, jota korjauskerroin-ta käytetään kulloisenkin paikallisoskillaattorin (31, 32) lämpötilakorjaukseen. 25
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän käyttö radiopuhelimen tuotannon testauksen aikana, jol- *: loin radiopuhelimen paikallisoskillaattorien (31, 32) viri tys tehdään mainitun prosessorin muistiin ennalta talletetun 30 ohjelman avulla.
7. 7. Patenttivaatimuksen 4 mukaisen menetelmän käyttö ra- . . diopuhelimessa, tunnettu siitä, että radiopuhelimen käytön aikana vaiheessa c) vastaanotettu signaali on tukiaseman 35 lähettämä signaali, jonka avulla prosessoriin talletetun : : : ohjelman avulla suoritetaan paikallisoskillaattorien (31, 32. ylläpitoviritys komponenttien vanhenemisen kompensoimiseksi. ίο B 8 568