JP2004531132A5 - - Google Patents
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Description
この特許出願は、2001年5月1日に出願された米国特許出願60/287861に基づく優先権の主張を伴う。
本発明は通信システムに関し、周波数調整や、後段の増幅器またはステージ変換において使用する下位の周波数への周波数逓降変換を実行するためのスイッチドキャパシターネットワークの使用を開示する。
無線周波数(RF)信号の広帯域を取得して、RF信号の周波帯を、中間周波数(IF)の周波帯へ逓降変換し、その後、所要信号を表すIF周波数へ合わせることにより、IF信号の周波帯から所要信号を選択するために、広帯域無線周波数(RF)フロントエンドを用いることが知られている。
さらに、IF信号の所要周波帯以外の信号を除去するIF帯域フィルターを構成するために、スイッチドキャパシターネットワークを使用することも示されている。
通信情報、すなわち調整信号を回復させるために、IF信号のような信号により、ベースバンドに直接テロダイン効果を生じさせることが知られている。
しかしながら、ベースバンドに信号に直接ヘテロダイン効果を生じさせると、フェーズ(I及びQ)情報の損失をもたらす惧れがある。したがって、所定の場合には、オリジナル信号より下位の周波数であるが、ベースバンドにまでは至らない周波帯に変換されることが望ましい。
88〜108MHzを使用する従来の民間FM放送周波帯のような信号の全周波帯の信号を取得するためには、20MHzのIF帯域幅が必要であり、IF中心周波数は10MHz以上としなければならない。例えば、25MHzのIF周波数がそのとき使用される場合、中間周波増幅器は、15MHzから35MHzのバンドパスを有していなければならない。しかしながら、そのようなIF周波数及び帯域幅で動作するアナログIFネットワークは、通常高価であり、残音が生じやすく、且つ、または損失が大きい。
さらに、自動利得制御(AGC)回路は、IF帯域幅と同様な帯域幅を有していなければならず、それにより、さらにAGC回路類に関してのコスト、ノイズ及び損失の問題が生じる。さらに、RF周波帯からIF周波帯までの広帯域の変換プロセスは、イメージや、所要信号周波数付近の周波数を有し、信号強度が所要信号と比較可能か、或いはそれよりも大きい信号である近隣の信号に帰着する。たとえ強い信号が不適当な信号であっても、強いイメージまたは近隣の信号を、AGC回路に強い信号を検出させ、利得をそれに応じて減じさせることにより可能である。これらのプロセスは、受信機の雑音指数を上げる効果があり、所要信号を上昇させて、或いは時には逓降させて、雑音レベルに近づける。
スイッチドキャパシターネットワークは、集積回路(IC)の上に、或いはその一部として統合することができ、それにより、スペースを省略することができる。さらに、スイッチドキャパシターネットワークは、典型的なIFフィルターよりも、一般的なコストを低減させ、同等な除去特性を提供する。さらに、スイッチドキャパシターネットワークは多くの場合、他の形式のIFフィルターほど損失がなく、それにより、中間周波増幅器の数を減じることができる。したがって、先行技術はスイッチドキャパシターネットワークのいくつかの使用や利点を開示している。
しかしながら、スイッチドキャパシターネットワークは信号の周波数調整及び周波数逓降変換の両方を実行するために使用することについては開示せず、また示唆もない。
さらに、先行技術は、偽名、近隣のチャンネル或いは偽造の変換製品の信号強度に反応しないAGC制御をどのように生成することができるか開示せず、また示唆もない。
本発明は、所要信号の周波数調整及び所要信号の変換に提供されるスイッチドキャパシターネットワークであり、低域通過トポロジーにおけるバンドパスフィルター機能を実行する間のベースバンド付近の所要信号について、IF信号のような、下位のIF周波数にヘテロダイン効果を生じさせる。
本発明は、所要信号を選択するためにスイッチドキャパシターネットワークのサンプリング周波数を選択することにより、より下位、或いはベースバンド付近の周波数へ、選択された入力信号を逓降変換するための入力信号をアンダーサンプリングすることにより、また、所要の帯域幅を提供するためにスイッチドキャパシターネットワークの特性を選択し、所要信号を選択するためにスイッチドキャパシターネットワークのサンプリング周波数を選択することにより、これらの機能を達成する。もし使用されれば、より下位のIF周波数により、さらに中間周波増幅器とAD変換器の帯域幅要件を低減させることができる。
本発明は、さらに偽名、近隣のチャンネル或いは偽造の転換製品の信号強度に反応しないAGCコントロールを提供する。この改良は、同相と直角位相信号を導き出すためにIF信号の位相情報を維持し、1つ或いはこれらの信号の双方のからAGC制御信号を導き出すことにより達成される。
本発明は、このように通信手段における、低コストスイッチドキャパシターネットワーク及び低コストAGC増幅回路の使用を提供する。
本発明は、所要信号を処理する方法を提供し、所要信号の中心周波数より少ないサンプリング周波数であって、その高調波が前記所要信号の中心周波数に関連するサンプリング周波数を有するサンプリング信号を提供し、サンプリング周波数でクロックされるスイッチドキャパシターネットワークを介して、前記所要信号をフィルターして、逓降変換所要信号を出力し、逓降変換所要信号から、第1の位相信号を第2の位相信号を再生する。
本発明の1つの実施例において、必要に応じて、任意の信号振幅は調節される。
本発明の他の実施例において、サンプリング周波数の高調波が、所要信号の中心周波数から予め定められたオフセット内にある。
本発明の他の実施例では、逓降変換所要信号は補間され、補間された所要信号を出力し、逓降変換所要信号は、混合信号と混合されて、第1の位相信号を出力し、また、補間された所要信号は、混合信号と混合されて、第2の位相信号を出力する。
本発明の他の実施例では、第1の位相で、サンプリング周波数でクロックされる第1のスイッチドキャパシターネットワークに所要信号を入力して、第1の逓降変換所要信号を出力するとともに、第1の位相と90度異なる第2の位相で、サンプリング周波数でクロックされる第2のスイッチドキャパシターネットワークに所要信号を入力して、第2の逓降変換所要信号を出力することにより、スイッチドキャパシターネットワークを介して所要信号をフィルターする。この場合、第1の位相信号および第2の位相信号は、第2の逓降変換所要信号を補間して、補間された所要信号を出力し、第1の所要信号を混合信号と混合して、第1の位相信号を出力し、補間された所要信号を混合信号と混合して、第2の位相信号を出力することにより再生される。
所要信号が、第1の位相所要信号と第2の所要位相信号を有している場合、第1の位相所要信号を第1のスイッチドキャパシターネットワークに入力して第1の位相逓降変換信号を出力するとともに、第2の位相所要信号を第2のスイッチドキャパシターネットワークに入力して第2の位相逓降変換信号を出力することにより、所要信号は、スイッチドキャパシターネットワークを介してフィルターされる。この場合、第1の位相逓降変換信号を混合信号と混合することにより、第1の位相信号を出力し、第2の位相逓降変換信号を混合信号と混合することにより、第2の位相信号を出力することによって、第1の位相信号および第2の位相信号は、再生される。
本発明では、さらに、逓降変換所要信号を第1の位相信号として出力し、逓降変換所要信号を補間して、補間された所要信号を出力し、補間された所要信号を第2の位相信号として出力することにより、第1の位相信号と第2の位相信号が再生されても良い。
本発明においては、第1の位相信号を10分の1にすることにより第1の位相出力信号を出力しても良く、第2の位相信号を10分の1にすることにより第2の位相出力信号を出力しても良い。
本発明は、さらに、中心周波数を有する所要の入力信号を受け取るために受信機を供給する。サンプリング周波数で所望入力信号をサンプリングするためのスイッチドキャパシターネットワークを有し、逓降変換所要信号を出力する。ここで、サンプリング周波数は、前記所望入力信号の中心周波数より小さく、サンプリング周波数の高調波は、所望入力信号の中心周波数に関連する。受信機はまた、スイッチドキャパシターネットワークに機能的に接続され、逓降変換所要信号に応答して第1の位相信号および第2の位相信号を出力する位相回復回路を有する。
受信機において、少なくともいくつかの不要信号を削除するために、スイッチドキャパシターネットワークより前にフィルター回路を設けてもよい。
受信機において、逓降変換所要信号の振幅をコントロールするために、スイッチドキャパシターネットワークと位相回復回路の間に配置された増幅回路をさらに有する。
受信機において、信号の回復回路は、逓降変換所要信号を、デジタル逓降変換所要信号に変換するためにAD変換器を含むことがある。
受信機において、位相回復回路に機能的に接続され、第1の位相信号および第2の位相信号に反応して、第1の位相出力信号および第2位相出力信号を出力するデシメータを設けてもよい。
受信機において、所要入力信号の振幅をコントロールするために、スイッチドキャパシターネットワークより前に増幅回路がさらに設けられてもよい。
図面と請求項とによって、本発明の他の目的、機能及び利点は、好ましい実施例の次の記述を読むことによって明白になる。
図1は、スイッチドキャパシターフィルター(「SCネットワーク」)のようなスイッチドキャパシターネットワークの、第1のナイキスト帯域幅内で、サンプリングレートまたは周波数(FS)を有する出力スペクトルを示す。この出力スペクトルは、遮断周波数(FC)の0(DC)の周波数範囲における、単一の下位パス関数であるように見える。しかしながら、1つが正・負の周波数を考慮する場合、このスペクトルは、−FCから+FCの周波数範囲とともに、バンドパス関数のように、より多くに見える。
SCネットワークは、入力電圧及び出力電圧が、離散的な論理的0値或いは論理的1値に制限されていないという点でアナログ素子であるが、SCネットワークの操作の電圧範囲内の任意の電圧としてよい。しかしながら、サンプリング周波数FSによって決定されるように、SCネットワークも、離散的な時間及び離散的な時間の出力変換で入力がサンプリングされることにおいて、デジタル手段或いは非線形のアナログ素子として解してもよい。したがって、理論のサンプリングに従って、SCネットワークのフィルター特性は、サンプリング周波数FSの倍数でスペクトルを繰り返す。図2は、同等なSCネットワークの帯域フィルター特性を図示する。
サンプリングに対するナイキスト基準である普遍的なものを使用すると、サンプリング周波数は、サンプリングされる最も高い周波数より少なくとも2倍高くなければならない。もし信号が15〜35MHzの範囲におけるIF信号ならば、サンプリング周波数は少なくとも70MHzにならなければならない。しかしながら、ナイキスト基準は、実際には、サンプリング周波数がサンプリングされる信号において最も高い帯域幅より少なくとも2倍高いことを要求するのみである。信号が典型的な民間FMラジオにおけるIF信号である場合、ガード周波帯を含むチャンネルの帯域幅は200kHzである。したがって、サンプリング信号は400kHz以上であれば足りる。
サンプリング理論によると、入力信号がサンプリングされたときに、結果出力は、入力信号とサンプリング信号を混合したものに類似するので、結果出力は、オリジナルの入力信号、サンプリング信号およびオリジナル信号とサンプリング信号の周波数の和と差を含む。サンプリング信号は、基本サンプリング周波数FSで成分を有している。しかしながら、標本化定理に従って、及びサンプリング・プロセス及びサンプリング信号が非線形であるという事実により、サンプリング信号は、さらに2*FS、3*FSなどのようなサンプリング周波数の高調波(ハーモニクス)で、その成分を有している。したがって、結果出力は、さらにオリジナルの入力信号及びサンプリング信号の高調波2*FS、3*FSなどの和と差の周波数を有している。
これらの特性は、本発明において有利に使用される。すなわち、サンプリング周波数はIF周波数の2倍とならない。正しくは、IF信号は下方にサンプリングされ、IF信号に含まれていた情報を保存するのに適切な割合でサンプリングされる。さらに、高調波の1つが逓減及び近接ベースバンド信号を提供するように、サンプリング周波数は選択される。
図3は、SCネットワークのためのバンドパス関数の中心周波数に対するサンプリング周波数の影響を示す。FSの変換は、バンドパス関数の中心周波数を変換することに留意する。例えば、1の仮想FSを使用することは、1(FS)、2(2*FS)、3(3*FS)などにおける中心周波数をもたらす。しかしながら、2の仮想FSに変更することは、2(FS)、4(2*FS)、6(3*FS)などで中心周波数をもたらす。したがって、SCネットワークはFSを変換することにより調整することができる。換言すれば、FSを適切に選択することによって、IF信号の周波帯における特定のIF信号を選択することができる。
SCネットワークは、利益のために使用することができる他の機能を有している。SCネットワークの帯域幅は固定され、FSの関数ではない。この関数は、SCネットワークのQがFSの関数により導出される。したがって、FSが変換される場合、Qはそれに応じて変化し、帯域幅は一定のままである。したがって、所要のチャンネルがすべて同一の帯域幅を有しているシステムに対して、FS及び所要のチャンネルが変換される場合、別々に帯域幅を調整する必要はない。
しかしながら、多目的のシステムは、種々の帯域幅のチャンネルに対応する必要がある。
SCネットワークの他の機能は必要に応じて、帯域幅を変換するものである。SCネットワークはネットワークの一部として固定コンデンサーを含んでいる。一つはバラクターと協動する、或いはその代わりとして、1または複数の固定コンデンサーを通常示されるSCネットワークにおいて使用することができる。例えば、一つは、SCネットワーク内のキャパシターコンデンサーをバラクターに置換することができる。一つは、さらに並列、或いは直列のバラクターをSCネットワーク内のキャパシターコンデンサーに接続することができる。バラクターは、帯域幅またはSCネットワークのQが変更または調節されることを許可する。一つは、バラクターを使用する代わりに、或いはバラクターの使用に加えて、キャパシターコンデンサーの入出力を切り替えることができる。したがって、中心周波数及びSCネットワークのQの両方は、利益のためにコントロールすることができる。
換言すれば、FSは、所要信号に逓降変換するために選択することができ、また、Qは詳細な信号に所要の帯域幅を供給するために選択することができる。
図4は、図1−3に示すような広帯域幅401及び狭帯域幅402を示すSCネットワークの可変帯域幅の説明図である。
好ましい実施例において、コストとスペースを低減し、且つパフォーマンスを改善するために、バラクターは、集積回路チップまたはダイ上のSCネットワークの一部分として生成される。しかしながら、コスト、スペース及び(または)パフォーマンスの必要性に応じて、表面実装、技術、或いは他の個々の構成を使用することができる。
図5A及び5Bは、本発明の好ましい実施例のスペクトルの説明図である。図5Aの例において、信号520の所要の入力周波帯はFAの中心周波数を有した所要信号505と、他の信号510A及び510Bを含み、他の信号510A及び510Bは、同一の周波帯520にあるが、所要信号ではない。さらに、高調波、相互変調及び不正製品、その他のもの、偽造信号525A及び525Bが周波帯信号などから示される。従来のローパスフィルター(図6における605)はローパス特性515を有している。このフィルターはネットワークの他のもののためにアンチエイリアシングフィルターとして使用される。したがって、偽造信号525A及び525Bはローパス周波帯515の外部に排出され、低減されるか、または除去される。バンドパスフィルターをローパスフィルターの代わりに使用することもできる。
周波帯520は、サンプリング周波数FSを有するSCネットワーク(図6における610)によってサンプリングされる。FSがFA未満であることに留意する。しかしながら、サンプリング信号は、非線形の信号であることから、FSの高調波(すなわち2*FS、3*FSなど)が存在する。
示された例において、2*FSの高調波は、所要信号505に合成され、中心周波数FA’を有する近接ベースバンド信号505’に、信号505を逓降する。所要でない周波帯信号510A及び510Bは、信号510A’及び510B’として逓減されて現れる。負の周波数領域へ逓減された信号510A’は、0周波数軸のまわりを覆う。
しかしながら、SCネットワークがバンドパス特性401を有している。所要でない入力周波帯信号510A’及び510B’は、この周波帯の外部である。したがって、SCネットワークは、信号510A’及び510B’を減じるか除去する。したがって、逓減された所要信号505’のみが帰する。逓降変換プロセスがオリジナルの所要のIF信号505の中にあるフェーズ情報を維持することが注目されるべきである。さらに所要信号がベースバンドの近くで逓降変換されたことに留意すべきであり、SCネットワークに後続する回路類は周波数と帯域幅の必要条件を縮小することができ、それにより、動力、熱消費、サイズ及びコストを節約する。
上記の例から、バンド520が、88MHzから108MHzまでの民間FMバンドであると仮定する。従来のナイキスト基準にしたがって、サンプリング周波数は少なくとも216MHz(108MHzの2倍)でなければならない。しかしながら、本発明は、サンプリング周波数を決定する2つの異なる基準を使用する。まず、サンプリング周波数は、所要帯域の帯域幅の2倍より大きくなければならない。所要の典型的な帯域の帯域幅は20MHzであり、帯域幅はその2倍の40MHzである。したがって、サンプリング周波数は40MHz以上でなければならない。次に、N倍のサンプリング周波数は、ほぼ所要信号の中心周波数でなければならない。所要信号505の中心周波数FIFが98.1MHzであると仮定する。したがって、N倍のサンプリング周波数は、98.1MHz以上でなければならない。これらの2つの基準を適用するので、サンプリング周波数は40MHz以上でなければならず、また、サンプリング周波数はほぼ98.1/N MHzとしなければならない。N=2のときにこれらの条件を満たすためには、サンプリング周波数FSはおよそ49.05MHzとすべきである。これが従来のナイキスト基準を使用するには、サンプリング周波数(216MHz)の4分の1未満に特定されることに注意する。したがって、本発明のSCネットワークは本質的に低減されたサンプリング周波数で作動することが可能である。
示された例において、FSがその後49.05MHzである場合、2*FSは98.1MHzである。
所要信号505を、完全にベースバンドへ逓降変換する。これはいくつかのアプリケーションには許容されるかもしれない。しかしながら、多くのアプリケーションが、フェーズ情報を補償しなければならない。所要信号を直接ベースバンドに変換する場合、サンプリング信号中の位相ジッタ、受信信号中のマルチパスからの位相歪、1/fノイズ及び他の問題が生じる。
しかしながら、サンプリング周波数FSが例えば、49MHzに逓降された場合、2*FSは、98MHzとなり、FA’は、100kHzとなる。このように近接ベースバンドに所要信号を逓降変換した。
上記のアプリケーションでは、両側の25kHzのガードバンドとともに、実際に逓降変換された信号が、25kHzから175kHzの範囲に現れるので、これは許容される。しかしながら、いくつかのアプリケーションはそのようなガードバンドを持たないか、ごく小さなガードバンドを有するのみの場合もあるため、後続の回路類については、DCに接近するために操作する必要がある。これは、誤差や、1/fノイズなどについて一般に不適当である。したがって、そのようなアプリケーションでは、サンプリング周波数をさらに縮小してもよく、その結果、所要信号自体は、実質的にゼロ周波数上にあることとなる。例えば、所要信号505は、25kHzのガードバンドを備えた150kHzの帯域幅ではなく、200kHzの実際の帯域幅を有し、その後、サンプリング周波数FSをさらに、例えば、48.9MHzまで縮小することが可能であり、2*FSを97.8MHzとし、逓降変換信号の中心周波数FA’が300kHzになり、また所要信号は100kHzから300kHzまで及ぶ。
したがって、本発明によれば、適切にFSを選択し所要信号の周波数逓降変換に供給するべきFSの高調波の使用によって、SCネットワークはより下位のFSを使用し、所要のIF信号をアンダーサンプリングし、さらに、中間周波増幅器、利得制御中間周波数増幅器、ディジタイザのようなSCネットワークに後続するどんな構成部分のSCネットワークの、電力、帯域幅及び熱放散要求事項、およびコストを減じる。さらに、位相情報は、真の下位の雑音電源、真の下位の位相ジッタ発振器、低1/f雑音手段などに対して必要と無関係で容易に維持される。
SCネットワークによって提供される帯域幅401が所要信号505’のために必要になったそれよりもはるかに大きい場合、所要の周波帯における強い信号510A’は通過帯域401の中にあるエネルギーの合計に作用する十分なエネルギーを有していることがある。したがって、信号510A’によって通過帯域401の中にある総信号強度に単に反応したAGC検出器の応答に悪影響を及ぼすことがある。したがって、強い信号510A’は所要信号505’を逓減させるか、或いは雑音レベルまでそれを押し下げる。
非常に強い他の信号510Aを用いない、いくつかのアプリケーションにおいて、これは問題とならない。しかしながら、他のアプリケーションにおいて、非常に強い信号の510A’が用いられることがある。
したがって、好ましい実施例において、AGC制御信号は、通過帯域401の中にある総信号強度によって決定されない。むしろ、好ましい実施例において、所要信号505A’は、I及びQ信号を回復するために位相検出される。その後、I信号或いはQ信号の振幅の振幅、或いは両方はAGC制御値を決定するために使用される。したがって、本発明では、いくつかの長所を提供するためにSCネットワークを使用する。ベースバンド付近の周波数の所要信号を逓降変換し、不要信号を除去するように信号をフィルタリングし、位相情報を保存する。本発明はさらに、不要信号510にではなく所要信号505に反応するAGC制御信号を提供できるという長所を有する。
図6は本発明の実施例のブロック図である。入力信号ストリーム(IN)は、上述したように、信号を削除する従来のエイリアス除去バンドパス或いはローパスフィルター605に、信号の所要の各周波帯の外部で、或いはその上方で、供給される。フィルター605からのこのフィルターされた出力は、本発明のSCネットワーク610に供給される。上述したように、ネットワーク610が信号の所要の周波帯における所要信号の周波数調整及び周波数逓降変換の両方を実行するように、このSCネットワーク610のサンプリングレートは調整可能である。さらに、上に言及されるように、このSCネットワーク610の帯域幅は、固定の帯域幅が受け入れ可能なアプリケーションに対して固定され、調整可能な帯域幅を必要とするアプリケーションに対して調整可能であることが望ましい。
ネットワーク610からの逓降変換された信号は、中間周波増幅器のようなオート・ゲイン・コントロール(AGC)にコントロールされる増幅器615の入力に供給される。この時点での信号は、バンドパス401における信号505’であり、信号505’がFA’の中心周波数を有していることに留意する。したがって、増幅器615は廉価な下位の帯域幅増幅器を用いることができる。さらに、バンドパス401が希望より大きい場合には、さらに、信号のローパス或いはバンドパスのフィルターを増幅器615を備えることがある。したがって、ネットワーク610のバンドパス要求事項は原価を削減するために緩められることがあり、増幅器615は所要するより狭い帯域幅を提供するために使用されてもよい。
この時点では、逓降変換された信号がまだアナログ信号であることに留意する。好ましい実施例において、この逓降変換されたアナログ信号はその後の処理のために、デジタル信号に変換される。ディジタイザ620はこの転換を実行する。ディジタイザ620は、アナログ信号のデジタル表現を提供するための任意の所要の手段或いは方法とすることができる。ディジタイザ620の一例としては、AD変換器(ADC)である。所要の入力電圧範囲及び所要の入力信号帯域幅に適応する限り、使用されるADCの形式は制限されない。したがって、例えば、ADCは、逐次近似法ADC、フラッシュADC、シグマデルタADC或いはR−2R梯子形回路網ADCに制限されない。しかしながら、最高の性能に対して、逓降変換されたアナログ信号の振幅がディジタイザ620のアナログ入力振幅範囲と一致することが望ましい。したがって、増幅器615は、ディジタイザ620のアナログ入力振幅範囲と一致するためにネットワーク610からの出力信号を増幅する(或いは必要に応じて逓減する)。この時点での信号がバンドパス401における信号505’であり、信号505’が、FA’の中心周波数を有していることに留意する。逓降変換された信号、すなわち増幅器615によって提供される帯域幅401或いはより狭い帯域幅内の信号に含まれる周波数のために、充分に早い割合でディジタイザ620がサンプリングができる必要があることに留意する。ディジタイザ620は、入力信号ストリームINのために必要になった、より高い割合のサンプリングができる必要はない。したがって本発明は、ディジタイザ620のサンプリング速度要求を低減させ、電力消費、熱放散及びディジタイザ620のコストを低減させる。
その後、デジタル化された信号は、2つの経路へ分割される。同相(I)信号は、第1の複合のデジタル混合器630Aの1つの入力に供給される。I信号も補間フィルター625に供給され、第2の複合のデジタル混合器630Bの1つの入力に直角位相(Q)信号を供給する。発振器635は、複合混合器630A及び630Bの他の入力に、I及びQ信号同期検波のためのFA’の周波数を有している複合混合器信号(e jwt )を供給する。
他の実施例において、破線626によって表示されるように、補間フィルター625は除去され、ディジタイザ620の出力は、複合の混合器630A及び630Bの両方の入力に直接供給され、発振器635は2つの出力、複合の混合器630Aに供給される第1の出力及び、90度ずつ位相変換され、複合混合器630Bに供給される第2の出力を有する。
一方の実施例において、複合混合器630A及び630Bは、中心周波数FA’において、信号505Aの復調を実行しながら、ベースバンド(I及びQ)信号の中へ、I及びQ信号を変換する。
ベースバンド(I及びQ)信号は、オリジナル信号及びより高い周波数変換生成を削除するために、フィルター640A及び640Bによってそれぞれローパス(或いはバンドパス)フィルターされる。これらのフィルターは望ましくはFIRフィルター或いは他の高いQのデジタルフィルターである。
この点では、I及びQ信号は、変調信号のような所要の情報を維持するために必要なものより高いサンプリングレートとする。そのI及びQ信号は、このサンプリングレートで使用され、或いは、サンプリングノイズを減じるために、フィルター640A及び640Bの出力はデシメータ645A及び645Bに供給され、別々に、それらの最も高い周波数と相応したサンプリングレートを有する10分の1にされたベースバンドIOUT及びQOUT信号を提供する。
その後、IOUTとQOUTの出力は、他のもの、すなわち、ボイス、データ、ファックス或いは他の所要の通信信号のさらに処理及び転換のための回路類(図示せず)に供給される。したがって、入力信号は、サンプリングされ、シフトダウンされ、挿入され、またベースバンド及び第1位相出力信号(IチャンネルまたはQチャンネルのいずれか)、第1位相出力信号と好ましくは90度だけ相違する第2位相出力信号(別チャンネル)まで復号変換される。
したがって、本発明の受信機は、逓降変換された所要信号を提供するために、サンプリング周波数(FS)で所要の入力信号(IN)をサンプリングするためのスイッチドキャパシターネットワーク(610)、スイッチドキャパシターネットワークに機能的に接続され、第1位相信号及び第2位相信号を提供するために逓降変換された所要信号に対応する位相回復回路(625,626,630A、630B、635)を含んでいる。サンプリング周波数は、所要の入力信号の中心周波数未満であり、サンプリング周波数の高調波は所要の入力信号の中心周波数に関連付けされている。フィルタリング(640A、640B)及びデシメータ(645A、645B)が追加されることもあり、或いは位相回復回路の一部であってもよい。
AGC増幅器(615)及びADC(620)がさらに存在することがある。さらに、AGC制御回路(650,655)及び調整回路類(660)がさらに存在することがある。
複合混合器630A及び630Bの出力も、AGC検出器650、その後段の積分器(或いはローパスフィルター)655に供給される。積分器655の出力は、望ましくは増幅器615のコントロールのためのアナログAGC信号である。しかしながら、デジタル制御信号が増幅器615によって読み込まれる場合、その出力はデジタル型としてもよい。他の方法で、所要のように、検出器650及び積分器655によって実行された処理はアナログまたはデジタル、或いはそれの組み合わせであってもよい。検出器650は、複合混合器630AからのIOUT信号出力に対し、或いは複合混合器630BからのQOUT信号出力に対し、さらにこれら両方の信号の組み合わせに対して応答することがある。ピーク信号検出、平均信号検出或いは他の所要の検知機構が使用されてもよい。
同調調整回路660は、チャンネルまたは動作モードの外部選択に基づいたSCネットワーク610の帯域幅の周波数調整及び選択を提供する。例えば、本発明が民間FM受信機において使用される場合、同調調整信号は、ユーザーによって選択されたチャンネルまたは周波数に基づき生成され、ネットワーク610の帯域幅が固定のとき、帯域幅制御信号は必要にならない。同調調整信号は直接のデジタル周波数シンセサイザー、数的制御発振器(NCO)、位相ロックループ(PLL)、デジタル位相ロックループ(DPLL)、遅延ロックループ(DLL)、或いは他の所要の手段或いはアルゴリズムで生成することができる。
しかしながら、他のアプリケーションにおいて、帯域幅は、可変であり、同調調整回路660によってコントロールされる。例えば、本発明がセル式電話において使用される場合、同調調整信号は、携帯電話中継局またはコントローラーによって選択されたチャンネルまたは周波数に基づき生成される。その後、帯域幅制御信号は、AMPS、NAMPS、FDMA、TDMA、CDMA、PCSなどのように、選択されたチャンネルまたは周波数、及びさらに選択された動作モードに基づく。
図7は本発明の他の実施例のブロック図である。この場合、所要のIF信号は、ベースバンドにではなくより下位のIF周波数に複合逓降変換される。この実施例は、個々のIとQのチャンネルがアンチエリアジングフィルター605の直後に設立される点で図6の実施例と相違する。したがって、2つ別々のSCネットワーク610A(Iチャンネル)及び610B(Qチャンネル)、2つ別々の増幅器615A及び615B、及び2つ別々のディジタイザ620A及び620Bがある。さらに、フィルター610A、610Bのうちの一つと、同調調整回路660と1の間に加えられた90度位相シフタ708がある。この位相シフタ708は、I及びQチャンネルに対して種々の信号を生成する発振器635を不要とする。したがって、発振器635からの単一の出力信号は、複合混合器630A及び630Bの両方の入力として使用することができる。フィルター610A(610B)のいずれが位相変換された信号を受信するかは設計的な選択事項である。さらに、ネットワーク610或いは他のいずれが、位相変換された信号を受け取るかどうかに関し、或いは、両方のフィルター610が、位相差約90度の位相変換された信号を別々に受け取るかどうかに関しても設計的な選択事項である。図5A及び5Bは、この実施例のためのスペクトラムを示す。したがって、入力信号は、サンプリングされ、シフトダウンされ、補間され、およびベースバンドまで混合変換ダウンされ、また第1位相出力信号(IチャンネルまたはQチャンネルのいずれか)および、第1位相出力信号と好ましくは90度だけ相違する第2位相出力信号(別チャンネル)が提供される。
したがって、この実施例において、受信機は2重のスイッチドキャパシターネットワーク(610A、610B)を含めて、2重のAGC(615A、615B)及び2重のADC(620A、620B)を含めることがある。
図8は本発明の他の実施例のブロック図である。この場合、複合所要IF信号は、ベースバンドにではなくより下位のIF周波数に逓降変換される。この実施例は、別々のIとQのチャンネルが、アンチエリアジングフィルター605の前に設置される点において、図6の実施例と相違する。したがって、2つの個別のアンチエリアジングフィルター605A(Iチャンネル)及び605B(Qチャンネル)、2つの個別のSCネットワーク610A及び610B、2つの個別の増幅器615A及び615B、及び2つの個別のディジタイザ620A及び620Bが設けられている。図6の補間フィルター625が省かれたことに留意されたい。2つのSCネットワーク610が同一の位相信号で駆動されることに留意されたい。さらに図5A及び5Bにおいて、この実施例のためのスペクトラムを示す。したがって、入力信号は、サンプリングされ、シフトダウンされ、およびベースバンドまで混合変換ダウンされ、また第1位相出力信号(IチャンネルまたはQチャンネルのいずれか)および、第1位相出力信号と好ましくは90度だけ相違する第2位相出力信号(別チャンネル)が提供される。
したがって、この実施例において、受信機には、2重のフィルター(605A、605B)、2重のスイッチドキャパシターネットワーク(610A、610B)が含められ、2重のAGC(615A、615B)及び2重のADC(620A、620B)を含められることがある。
図9は本発明の他の実施例のブロック図である。この実施例において、所要のIF信号は、ベースバンドに直接逓降変換される。この実施例では、発振器635及び複合混合器640A及び640Bが省かれた点で図6の実施例と相違する。前述したように、サンプル・クロックのための下位位相ジッタが臨界に至るので、ベースバンドの直接の周波数逓降変換は一般に不適当である。
したがって、この実施例において、位相回復回路は、補間フィルター625を含んでいる。図9の実施例の変形において、単一チャネル入力(単一のSCネットワーク610、単一のAGC増幅器615及び単一のADC 620)の一部は、図7のデュアルチャネル構成(2重のSCネットワーク610A及び610B、2重のAGC 増幅器615A及び615B、2重のADC620A及び620B、及び位相シフタ708)と置換される。
図9の実施例の他の変形において、単一チャネル入力(単一のフィルター605、単一のSCネットワーク610、単一のAGC増幅器615及び単一のADC 620)は、図8のデュアルチャネル入力(2重のフィルター605A及び605B、2重のSCネットワーク610A及び610B、2重のAGC増幅器615A及び615B、及び2重のADC620A及び620B)と置換される。
図6〜9により前述した他の好ましい実施例においてAGC増幅器615は、SCネットワーク(s)610として示されている。しかしながら、これは設計的選択であり、必要条件ではない。1つの変形において、AGC増幅器615はSCネットワーク(s)610に先行させてもよい。他の変形において、2台のAGC増幅器615が使用されてもよく、SCネットワーク(s)610に後続させてもよく、SCネットワーク(s)610に先行させてもよい。
したがって、本発明の受信機は、逓降変換された所要信号を提供するために、サンプリング周波数(FS)で所要の入力信号(IN)をサンプリングするためのスイッチドキャパシターネットワーク(610)と、スイッチドキャパシターネットワークに機能的に接続され、第1位相信号及び第2位相信号の提供に対して逓降変換された所要信号に反応する位相回復回路(625,626,630A、630B、635)を含んでいる。サンプリング周波数は所要の入力信号の中心周波数未満であり、サンプリング周波数の高調波は所要の入力信号の中心周波数に関連付けられている。フィルタリング(640A、640B)及びデシメータ(645A、645B)が追加されることもあり、或いは位相回復回路の一部であってもよい。AGC増幅器(615)及びADC(620)がさらに存在することがある。さらに、AGC制御回路(650,655)及び調整回路類(660)がさらに存在することがある。
したがって、本発明は、所要信号の周波数調整及び周波数逓降変換の両方に供給するべきSCネットワークの使用を提供し、個別部品に分離された周波数調整及びIFフィルター回路に要する電力、スペース及びコストを節約する。
本発明は、さらに、より下位の周波数中間周波増幅器の使用を可能にすることにより、電力、熱消費要件及び金銭の低減を図る。
本発明は、さらに、より下位の周波数ディジタイザの使用を可能にすることにより、電力、熱消費要件及び金銭の低減を図る。
本発明は、典型的な民間FMラジオやセルラシステムのように、特別な環境に制限されない。さらに、本発明は、AMとFMのラジオ及び通信システム一般を含み、例えば、衛星デジタル・オーディオ・ラジオ・サービス(SDARS)にも有用である。SDARSとしては、シリウス(TM)衛星ラジオ、XM(TM)ラジオ、ユーレカ(TM)147 DAB(デジタル型のオーディオ放送)及びIbiquity(TM)のデジタル型のオーディオ放送(iDAB)が含まれる。
本発明は特殊的に記述されたが、それの変形は、詳細な記述及び図面から明白に解されるものも含まれる。したがって、本発明の範囲は、請求項によってのみ、以下のように制限される。
Claims (14)
- 中心周波数を有する所要信号を処理する方法であって、
フィルターされた信号ストリームを生成するために、入力信号ストリームをフィルターするステップと、
サンプリング周波数が、前記所要信号に関連付けられた所望周波帯の帯域幅の2倍より大きくなるように、前記中心周波数に関連させて、スイッチドキャパシターネットワークのサンプリング周波数を調節するステップと、
帯域幅が関連付けられた前記所望周波帯外の不要信号を除去するように、前記スイッチドキャパシターネットワークの帯域幅を調節するステップと、
逓降所要信号を生成するために前記スイッチドキャパシティーネットワークを使用し、前記フィルターされた信号ストリームを周波数調整し、逓降変換するステップと、
デジタル信号へ逓降所要信号をデジタル化するステップと、
前記所要信号を取得する位相回復回路により、前記デジタル信号を処理するステップと
を有することを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記スイッチドキャパシターネットワークのサンプリング周波数の調節では、前記中心周波数の倍音に、前記サンプリング周波数を適合させることが含まれることを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記スイッチドキャパシターネットワークの帯域幅の調節には、関係づけられた前記所望周波帯の2倍未満の帯域幅に調節することが含まれることを特徴とする信号処理方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記フィルターされた信号ストリームの周波数調整及び逓降変換には、同相逓降所要信号および直角位相逓降所要信号の生成が含まれることを特徴とする信号処理方法。 - 中心周波数を有する所要信号を処理するシステムであって、
入力信号ストリームを受信し、フィルターされた信号ストリームを生成するために前記入力信号ストリームをフィルターするアンチエリアジングフィルターと、
前記フィルターされた信号ストリームを受信するとともに、周波数調整および逓降所要信号を生成するために、前記フィルターされた信号ストリームを逓降変換するコントロール回路によって制御されたスイッチドキャパシターネットワークと、
前記逓降所要信号をデジタル信号に変換するためのディジタイザと、
前記デジタル信号を受信し、所要信号を出力する位相回復回路と、
を有し、
前記スイッチドキャパシターネットワークの前記サンプリング周波数は、調整可能であり、且つサンプリング周波数が、所要信号とサンプリング周波数に関連する所望周波帯の帯域幅の2倍であり、中心周波数に関連させられるより大きくなるように選択され、
前記スイッチドキャパシターネットワークの帯域幅は、調整可能であり、関連のある所望周波帯外の不要信号を除去するために選択される
ことを特徴とする信号処理システム。 - 前記サンプリング周波数は、前記中心周波数の倍音であることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
- 前記帯域幅は、2倍未満の所要の関連付けられた周波帯であることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
- 前記スイッチドキャパシターネットワークのサンプリング周波数は、バラクターにより調節されることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
- 前記スイッチドキャパシターネットワークは、複数個のコンデンサーを有し、
前記サンプリング周波数は、前記スイッチドキャパシターネットワークにおいて使用される前記コンデンサーを切り替えることによって、調節されることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。 - 前記スイッチドキャパシターネットワークの帯域幅は、バラクターを使用することにより調節されることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
- 前記スイッチドキャパシターネットワークは、複数個のコンデンサーを有し、
前記帯域幅は、前記スイッチドキャパシターネットワークにおいて使用されるコンデンサーを切り替えることにより調整される
ことを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。 - ディジタイザに逓降所要信号入力を適合させるための自動利得制御増幅器をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
- 前記コントロール回路は、制御信号を生成し、
前記スイッチドキャパシターネットワークは、一組のスイッチドキャパシターネットワークを含み、
第1のスイッチドキャパシターネットワークは、フィルターされた信号ストリームを受信し、同相逓降所要信号を生成し、
第2のスイッチドキャパシターネットワークは、フィルターされた信号ストリームを受信し、直角位相逓降所要信号を生成し、
前記コントロール回路は、前記制御信号を受信するために、第1の制御信号および第2の制御信号を生成する位相シフタをさらに備え、
前記第1のスイッチドキャパシターネットワークをコントロールする前記第1の制御信号と、前記第2のスイッチドキャパシターネットワークをコントロールする前記第2の制御信号との間には、90°位相差があることを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。 - 前記アンチエリアジングフィルターは、一組のフィルタを含み、
前記一組のフィルタのうち、第1のフィルタは、入力信号ストリームから共通モード信号を受信するとともに、同相フィルターされた信号ストリームを生成し、
前記一組のフィルタのうち、第2のフィルタは、入力信号ストリームから直角位相信号を受信し、直角位相フィルターされた信号ストリームを生成し、
前記スイッチドキャパシターネットワークは、一組のスイッチドキャパシターネットワークを含み、
前記第1のスイッチドキャパシターネットワークは、同相のフィルタされた信号ストリームを受信し、同相逓降所要信号を生成し、
前記第2のスイッチドキャパシターネットワークは、直角位相のフィルターされた信号ストリームを受信し、直角位相逓降所要信号を生成し、
前記ディジタイザは、一組のディジタイザを含み、
前記一組のディジタイザのうち、第1のディジタイザは、同相逓降所要信号を受信し、同相デジタル信号を生成し、
前記一組のディジタイザのうち、第2のディジタイザは、直角位相逓降所要信号を受信し、直角位相デジタル信号を生成する
ことを特徴とする請求項5に記載の信号処理システム。
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