NO175129B - Kvadraturmottaker - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en kvadraturmottaker som beskrevet .i ingressen til patentkrav 1. En mottaker av dette slag er f.eks. vist i tysk patent nr. 26 45 950.

Når et mottatt signal på kjent måte splittes i komponenter som er i fase og i kvadraturkomponenter, kan komponentene bli forvrengt på grunn av at karakteristikkene til blandekretsen ikke er ideelle.

I "Philips Journal of Research", vol 41, nr. 3, 1986, sidene 219 - 231, er det beskrevet fremgangsmåter hvor det blir kompensert for 1 ikespenningsforskyvningen som opptrer ved utgangen av blandekretsene i nul1-mel 1omfrekvens-mottakere. En av fremgangsmåtene består i å addere en like stor, men motsatt rettet 1 ikespenningskomponent til blandekretsens utgang. Dette er imidlertid vanskelig da 1 ikespenningsforskyvningen varierer konstant. I en annen fremgangsmåte blir utgangene fra blandekretsene vekselstrømkoblet til det etterfølgende trinn. I det tilfellet vil imidlertid bærebølgen, som er nødvendig for ikke- koherent detektering av et amplitudemodulert signal gå tapt. I et frekvensmodulert signal vil signalkomponenter i nærheten av oversettelsesfrekvensen bli undertrykket.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

en kvadraturmottaker som har en krets som kompenserer for forvrengninger av kvadratursignalet forårsaket av ikke-ideelle egenskaper, særlig i blandekretsene.

Dette oppnås ved å utforme mottakeren i overensstemmelse

med trekkene angitt i de nedenfor fremsatte patentkrav. Ytterligere fordeler med foreliggende oppfinnelse angis i beskrivelsen nedenfor og i underkravene.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av et utførelseseksempel, og til de ledsagende tegninger, hvor:

Fig. 1 viser en første kvadraturmottaker,

Fig. 2 viser en del av en andre kvadraturmottaker, og

Fig. 3 viser en del av en kvadraturmottaker som gjør bruk av Weavers "tredje metode".

Kvadraturmottakeren i fig. 1 omfatter tre effektdelere LT, LT', LT" som alle er koblet i en trelignende struktur og splitter et mottatt signal E i fire parti al signaler.

Effektdeleren LT' etterfølges av en første blandekrets Ml og

en tredje blandekrets M3, mens effektdeleren LT" etterfølges av en andre blandekrets M2 og en fjerde blandekrets M4. Den første blandekrets Ml etterfølges av et første 1 avpassfi 1 ter TP1, hvis utgang er koblet til en første forsterker VI. På lignende måte er hver enkelt av den andre, den tredje og den fjerde blandekrets M2, M3, henholdsvis M4, etterfulgt av et 1avpassfi 1 ter TP2, TP3, henholdsvis TP4 og en tilsvarende forsterker V2, V3, V4. Utgangene fra den første forsterker VI

og den tredje forsterker V3 er koblet til første henholdsvis andre inngang til en første krets P<1>, som frembringer et signal IP som er i fase ved sin utgang. Utgangene til den andre forsterker V2 og den fjerde forsterker V4 er henholdsvis koblet til første og andre inngang til en andre krets P", hvis utgang frembringer et kvadratursignal QU. De første og de andre kretser P<1>, P" er identiske hva konstruksjonen angår.

Hver av kretsene P', P" inneholder en addisjonskrets A',

to subtraksjonskretser Sl, S2, en omkobl ingsbryter U", samt en integrator I<1>. Addisjonskretsen A<1> adderer de to signalene som blir ført til kretsen og den første subtraksjonskrets Sl subtraherer signalet som føres til den andre inngang fra signalet ved den første inngang. Omkobl ingsbryteren U"

tilfører vekselsvis utgangssignalet fra addisjonskretsen A<1> og utgangssignalet fra den første subtraksjonskrets Sl til integratoren I<1>, hvis utgang subtraheres fra signalet ved den første inngang til kretsen P<1>, P" av subtraksjonskretsen S2. Utgangen fra den andre subtraksjonskrets S2 er utgangen fra kretsen P<1>, P".

Kvadraturmottakeren omfatter dessuten en osci11atorkrets

0, som genererer fire osci11atorsignaler 01, 02, 03, 04. Det første osci 11atorsignalet 01 føres til den første blander Ml. Det andre osci11atorsignalet 02 er i fasekvadratur med det første, og føres til den andre blandekrets M2.

Det tredje osci11atorsignalet 03 har vekselsvis samme

eller motsatt fase av første osci11atorsignal og føres til den tredje blandekrets M3. Det fjerde osci11atorsignal 04 har alternativt samme eller motsatt fase som det andre oscillator-signal og føres til den fjerde blandekrets M4.

Osci11atorkretsen 0 inneholder en oscillator OS, som etterfølges av en krets HA som deler signalet fra oscillatoren OS i to signaler som er faseforskjøvet 180° i forhold til hverandre. Det første osci11atorsignalet 01 kan tas direkte fra en utgang til kretsen HA og det andre osci11atorsignalet 02 fås ved å sende det første osci11atorsignalet 01 gjennom en 90° faseforskyvningskrets N. Osci11atorkretsen 0 omfatter dessuten en omkobl ingsbryter U, som avgir det tredje oscil-latorsignal 03, ved vekselvis å koble de to utganger fra kretsen HA til sin utgang. Det fjerde osci11atorsignal 04 fremstilles ved å sende det tredje osci11atorsignal 03 gjennom en ekstra faseforskyvningskrets N som gir en faseforskyvning på 90O.

Kvadraturmottakeren omfatter dessuten en klokkegenerator TG som styrer omkobl ingsbryteren U i osci11atorkretsen 0 og omkobl ingsbryterene U" i kretsene P', P", på en slik måte at de arbeider synkront. Omkoblingen finner fortrinnsvis sted ved en frekvens på noen få kHz.

Kompensasjonen ved hjelp av kretsene P', P", av likespen-ningsforspenningen som fremkommer ved utgangene til blandekretsene Ml til M4 og kompensasjonen av den ekstra like-spenning som forårsakes av forsterkerene VI til V4 som etterfølger blandekretsene Ml - M4, muliggjøres ved at 1 ikespenningsforspenningen er uavhengig av fasen til osci11atorsignalene 01 - 04, mens det omformede, mottatte signal er avhengig av denne fasen. Dette resulterer i en fortegnomkastning av den del av blanderproduktet som skriver seg fra det mottatte signal, dersom fasen til oscillator-signalene 03, 04 omkobles mellom 0° og 180°.

Dersom den del av 1 ikespenningen som foreligger i det forsterkede produkt fra den første eller andre blandekrets Ml (eller M2) betegnes med G', mens den del av 1 ikespenningen i det forsterkede produkt som skriver seg fra den tredje (eller fjerde) blandekrets M3 (eller M4), betegnes G", og dersom bryterene U, U" befinner seg i de.posisjoner som er vist i fig. 1, vil utgangen fra den første subtraksjonskrets Sl fremvise størrelsen G' - G", som føres til integratoren I'. Etter omkobling vil utgangen fra addisjonskretsen A frembringe størrelsen G'+ G", som føres til integratoren I'. Når gjennomsnittet måles over én omkobl ingssyklus, vil utgangen fra integratoren I<1> således bli nøyaktig lik størrelsen G<1>, som subtraheres, ved hjelp av den andre subtraksjonskretsen S2, fra signalet som skriver seg fra den første (eller andre) blandekrets Ml (eller M2), som derved befris for sin likespen-ni ngsforskyvni ng G<1>.

Fig. 2 viser en del av en andre kvadraturmottaker som avviker fra den som er vist i fig. 1 ved at den inneholder digitale kretser D<1>, D"(den siste ikke vist på figuren) med styringskretser istedenfor kretsene P<1>, P" og en klokke-styringskrets TS istedenfor klokkegeneratoren TG. Den gjenværende del av den andre kvadraturmottaker omfatter den andre digitale krets D", som er identisk i konstruksjon med den første digitale krets D', men den er ikke vist på figuren for å unngå at figuren blir overlesset.

Ved hver av sine innganger har den digitale krets D' en subtraksjonskrets S<1>, S" som etterfølges av en samplings- og holdekrets AH', AH". Omkobl ingsbryteren U" tilfører alternativt utgangene fra de to samplings- og holdekretser AH', AH" til en ANALOG/DIGITAL omformer AD etterfulgt av en aritmetisk enhet RR, hvis utganger blir koblet til to DIGITAL/ANALOG omformere DA. Hver D/A-omformer DA etterfølges av et 1 avpassfi 1 ter TP', TP", hvis utgang føres til den inverterende inngang til den ti 1 forordnede subtraksjonskrets S', S". Fra utgangen til subtraksjonskrets S<1>, som etterfølger den første inngang fra den digitale krets D', kan utgangssignalet til kretsen D' føres ut.

Som det fremgår av den foregående beskrivelse og som det er vist i fig. 2, inneholder den digitale krets D' to tilbake-koblingss1 øyfer for styringsformå1. De styrte variablene er 1 ikespenningsforskyvningene G<1> og G" som beregnes av den aritmetiske enhet RR og holdes på verdi 0 av to styringskretser som inngår i den aritmetiske enhet RR. Utgangene fra styringskretsene blir koblet til D/A omformerene DA. Styrings-variablene som er nødvendige for styringsprosessen, genereres i den aritmetiske enheten RR. Styringskretsene er P+I styringskretser, og på grunn av den langsomme variasjonen av de styrte variablene med tiden, er D-styring ikke nødvendig.

K1okkestyringskrets TS styrer ikke bare omkobl ingsbryteren U i osci11atorkretsen og omkobl ingsbryteren U" i de digitale kretsene D', D", men også prøvetaknings- og holdekretsene AH', AH" samt den aritmetiske enhet RR. Et tidsdiagram er også vist i fig. 2.

Prøvetaknings- og holdekretsene AH<1>, AH" foretar en sampling av inngangsspenningene ved tidspunktene tj, t2, ••• og lagrer sampl ingsverdiene inntil neste sampl ingstidspunkt. Ved en kontinuerlig reversering av svitsjen U<1>', blir disse sampl ingsverdiene ført til den aritmetiske enhet RR etter at de har gjennomgått en analog-ti1-di gi tal omforming. Tidsdia-grammet viser tilfellet ved hvilket to sampl ingsverdi er blir innlest til den aritmetiske enheten RR hvor også gjennom-snittsverdien for disse blir beregnet, og hvor dette skjer etter hver omkobling.

De digitale kretsene D', D" vil, til forskjell fra kretsene P', P" i den første utførelsen i fig. 1 hvor ingen styringskrets var inkludert, også kompensere for 1 inearitetsfei 1 i kretsene og avvik fra en forsterkning lik 1, ved hjelp av styringskretsene. Dersom 1 ikespenningsforskyvningene G<1>, G" for begge blandekretser blir kompensert, vil transienttidene til ti 1bakestyringssløyfen være kortere enn dersom det bare var én styringssløyfe med tilbakekobling for å kompensere for 1 ikespenningsforskyvningen G'. I andre utførelser av kretsene P', P" med en slik tilbakekoblings-sløyfe for styringsformål, blir integratoren I' etterfulgt av en styringskrets, og i dette tilfelle vil utgangen fra den andre subtraksjonskrets S2 bli tilført addisjonskretsen A' og den første subtraksjonskrets Sl istedenfor signalet som føres til den første inngang av kretsen.

Fig. 3 viser en del av en tredje kvadraturmottager som bruker Weavers "tredje metode" og avviker fra den som er vist i fig. 1 med kretsene W, W"(den siste ikke vist på figuren). På samme måte som i fig. 2 omfatter altså kretsen også W", som er identisk i konstruksjon med kretsen W, men ikke er vist av hensyn til at tegningen skal fremstå klar. Den tredje

kvadraturmottaker omfatter en ekstra osci11atorkrets som er

identisk i konstruksjon med osci11atorkrets 0. Denne ekstra osci 11atorkrets, som bare delvis er vist, genererer de fire hjelpesignalene Hl - H4. Klokkegeneratoren TG styrer omkobl i ngsvel gerene U, IT i osci11atorkretsene på en slik måte at disse bryterne arbeider samtidig, men i motsatt fase.

Kretsen W har en subtraksjonskrets S ved sin første inngang og en ytterligere blandekrets M" ved sin andre inngang. Subtraksjonskretsen S etterfølges av en annen blander M<1>, hvis utgang er utgangssignalet fra kretsen W. Utgangene fra blandekretsene NT og M", føres til en addisjonskrets A etterfulgt av en forsterker V som igjen etterfølges av et ekstra blandetrinn M.

Dette ekstra blandetrinn M og den andre blander M', tilføres det første hjelpesignal Hl, mens den andre blandekrets M" tilføres det tredje hjelpesignal H3, som vekselvis har samme eller motsatt fase av det første. Den ekstra blandekrets M etterfølges av en inteqrator I med sin utgang koblet til en styringskrets R. Utgangen fra den sistnevnte føres til den inverterende inngang til subtraksjonskrets S.

Ovenstående detaljerte beskrivelse av noen utførelses-eksempler av foreliggende oppfinnelse skal bare betraktes som eksempler og må ikke oppfattes som begrensninger av beskyt-telsens omfang.

Claims (8)

1. Kvadraturmottaker som omfatter en oscillator og minst én første blandekrets (Ml) og en andre blandekrets (M2) som henholdsvis blander ett mottatt signal med et første oscil-latorsignal (01) og med et andre osci11atorsignal (02) som avviker 90° i fase fra hverandre, karakterisert ved at mottakeren med det formål å kompensere for 1 ikespenningsforskyvning i blandekretsene (M1,M2), dessuten omfatter en tredje blandekrets (M3) og en fjerde blandekrets (M4) som blander det mottatte signal med henholdsvis ett tredje osci11atorsignal (03) og ett fjerde osci11atorsignal (04), idet det tredje osci11atorsignalet vekselvis er i fase med og i motfase med det første osci11atorsignalet mens det fjerde osci11atorsignalet (04) vekselvis er i fase med og i motfase med det andre osci11atorsignalet, at mottageren omfatter en første krets (P',D', W) som har to innganger, av hvilke den første er koblet til den første blandekrets mens den andre er koblet til den tredje blandekrets og kombineres til å frembringe et blandet mottatt signal som er i fase ved sin utgang, og at mottakeren inneholder en andre krets (P", D", W") som har to innganger, av hvilke den første er koblet til den andre blandekrets mens den andre inngang er koblet til den fjerde blandekrets, og kombineres til å frembringe et blandet mottatt kvadratursignal ved sin utgang.

2. Mottaker ifølge krav 1, karakterisert ved at den første kretsen (P<1>, D<1>, W<1>) og den andre kretsen (P", D", W") er identiske hva konstruksjonen angår, og at et 1avpassfi 1 ter (TP1 - TP4) er koblet mellom hver av blandekretsene (Ml - M4) og de ti 1 forordnede kretsene (P<1>, D<1>, W', P", D", W").

3. Mottaker ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at blandekretsene (Ml - M4) er innrettet til å omforme det mottatte inngangssignalet slik at det får null mel 1 om-frek vens.

4. Mottaker ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at hver krets (P<1>, P") for kombineringen av inngangssignalene inneholder en addisjonskrets (A')?to subtraksjonskretser (Sl, S2), en omkobl ingsbryter (U"), samt en integrator (I<1>), at addisjonskretsen (A<1>) tilføyer signalene som føres til de første og andre innganger, at den første subtraksjonskrets (Sl) subtraherer signalet som føres til den andre inngang fra signalet som føres til den første inngang, at enten utgangen fra addisjonskretsen (A<1>) eller utgangen fra den første subtraksjonskretsen (Sl) tilføres via omkobl ingsbryteren (U") til integratoren (I<1>), med omkoblings-bryteren (U") som arbeider synkront med faseomformingene til det faseveksl ende osci11atorsignål et, og at utgangssignalet fra integratoren (I<1>) subtraheres av den andre subtraksjonskrets (S2) fra signalet som tilføres den første inngang for å oppnå utgangssignalet fra kretsen (P<1>, P").

5. Mottaker ifølge krav 4, karakterisert ved at hver krets P<1>, P" inneholder en styringskrets (R) etter integratoren (I<1>) og at addisjonskretsen (A<1>) og den første subtraksjonskretsen (Sl) tilføres utgangssignalet fra den andre subtraksjonskretsen (S2) istedet for signalet som tilføres den første inngang.

6. Mottaker ifølge krav 1, 2, eller 3, karakterisert ved at i mottakerene med null mel 1om-frek vens, har kretsen (D<1>, D"), for å kompensere for 1 ikespenningsav-viket i signalet som tilføres fra blandekretsene, en subtraksjonskrets (S<1>, S") ved hver av sine to innganger, hvilke subtraksjonskretser er etterfulgt av en aritmetisk enhet (RR) for å beregne kompensasjonssignaler som tilføres de inverterende innganger til subtraksjonskretsene (S<1>, S"), og at utgangssignalet fra kretsen (D', D") fås fra utgangen til subtraksjonskretsen etter den første inngang.

7. Mottaker ifølge krav 6, karakterisert ved at den aritmetiske enhet (RR) forutgås av i det minste en A/D omformer (AD) og etterfølges av to D/A-omformere (DA).

8. Mottaker ifølge krav 2, karakterisert ved at det mottatte signal omformes av oscillator-signalene (01 - 04) til en lav mel 1om-frekvens som avviker fra null, at hver krets (W, W") har en ytterligere blandekrets (M") ved sin andre inngang, og en subtraksjonskrets (S) etterfulgt av en annen blandekrets (W) ved sin første inngang, og at disse omformer sine inngangssignaler til en høy mel 1om-frekvens ved hjelp av to hjel pesignal er (H3, Hl), idet hjel pesignalet (H3) for den ytterligere blandekrets (M") vekselvis er i-fase-med og i-fase-mot det andre hjelpesignal (Hl), og at fasene til hjel pesignal ene i de to kretsene (W<1>, W") forskyves 90° i forhold til hverandre, og at den andre blandekretsen (M<1>) og den ytterligere blandekretsen (M") etterfølges av en addisjonskrets (A) med sin utgang koblet til en ekstra blandekrets (M) etterfulgt av en integrator (I), hvis utgang føres gjennom en styringskrets (R) til den inverterende inngang på subtraksjonskrets (S), atden ekstra blandekrets (M) omformer signalet fra addisjonskrets (A) til den lave mellom- frekvens ved hjelp av det andre hjelpesignal (Hl), og at utgangssi gnal et fra kretsen (W, W") fås fra utgangen til det andre blandetrinn (N<T>).