RU2414042C2 - Method and device for filter-free frequency conversion - Google Patents
Method and device for filter-free frequency conversion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414042C2 RU2414042C2 RU2008130289/09A RU2008130289A RU2414042C2 RU 2414042 C2 RU2414042 C2 RU 2414042C2 RU 2008130289/09 A RU2008130289/09 A RU 2008130289/09A RU 2008130289 A RU2008130289 A RU 2008130289A RU 2414042 C2 RU2414042 C2 RU 2414042C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input signal
- cosine
- local oscillator
- sine
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
- Superheterodyne Receivers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники.The invention relates to the field of radio engineering.
Все аналоговые тракты обработки радиосигналов, как правило, требуют преобразования частоты.All analog signal processing paths typically require frequency conversion.
Классическая блок-схема преобразователя частоты приведена на фиг.1 и описана в (1).The classic block diagram of a frequency converter is shown in figure 1 and described in (1).
Фиг.1 - классическая блок-схема преобразователя частотыFigure 1 is a classic block diagram of a frequency converter
Перечень обозначений на фиг.1:The list of symbols in figure 1:
СМ - смеситель;SM - mixer;
ГЕТ - гетеродин;Get - heterodyne;
ФПЧ - фильтр промежуточной частоты.FPF - intermediate frequency filter.
Смеситель СМ должен выполнять операцию перемножения входного сигнала частоты fc с сигналом гетеродина частоты fг. Известно, что произведение двух гармонических сигналов равно полусумме сигналов с разностной (fc- fг) - преобразование вниз и суммарной частотами (fc+fг) - преобразование вверх.The mixer SM must perform the operation of multiplying the input signal of frequency f c with the signal of the local oscillator frequency f g It is known that the product of two harmonic signals is equal to the half-sum of signals with difference (f c - f g ) - down conversion and the total frequency (f c + f g ) - up conversion.
Известно также, что чем ближе операция, выполняемая смесителем к произведению двух гармонических сигналов, тем меньше побочных продуктов преобразования на выходе смесителя. В настоящее время широко используется так называемый балансный смеситель, схема которого приведена на фиг.2 (2).It is also known that the closer the operation performed by the mixer to the product of two harmonic signals, the fewer conversion by-products at the mixer output. Currently, the so-called balanced mixer is widely used, the circuit of which is shown in figure 2 (2).
Фиг.2 - типовая схема балансового смесителя.Figure 2 is a typical diagram of a balance mixer.
Приращения токов на Вых.1 и Вых.2 балансного смесителя пропорциональны произведению сигналов, подаваемых на Вх.1 и Вх.2, но имеют противоположные знаки. Будем называть Вых.1 - прямым, а Вых.2 - инверсным. Еще более строго операцию перемножения входных сигналов выполняет двойной балансный смеситель, в котором схемно компенсировано проникновение перемножаемых сигналов на выходы.The current increments at Output 1 and Output 2 of the balanced mixer are proportional to the product of the signals supplied to Input 1 and Input 2, but have opposite signs. We call Vykh.1 - direct, and Vykh.2 - inverse. Even more strictly, the operation of multiplying the input signals is performed by a double balanced mixer, in which the penetration of the multiplied signals to the outputs is schematically compensated.
Необходимость применения ФПЧ является основным недостатком схемы преобразователя частот (фиг.1). Обычно ФПЧ выполняют многозвенными (LC контуры, объемные резонаторы, отрезки длинных линий, фильтры на ПАВ и т.д.) Это ограничивает возможности микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры. В настоящее время известны транзисторные схемы фильтров (так называемые гираторы), что позволяет встраивать их в кристалл микросхемы. Однако стабильность их параметров (как фильтров) невысока, особенно сильно зависит частота от температуры кристалла. Устройства подстройки параметров гиратора достаточно сложны и в общем случае могут потребовать применения дополнительных навесных элементов.The need for the application of the PLL is the main disadvantage of the frequency converter circuit (Fig. 1). Typically, PLLs are multi-link (LC circuits, volume resonators, long line segments, SAW filters, etc.). This limits the possibilities for microminiaturization of electronic equipment. Currently known transistor filter circuits (the so-called gyrators), which allows you to embed them in the chip chip. However, the stability of their parameters (as filters) is low, the frequency especially depends on the temperature of the crystal. The devices for adjusting the parameters of the gyrator are quite complex and in the general case may require the use of additional hinged elements.
Основной задачей предлагаемого способа и устройства бесфильтрового преобразования частоты является устранение указанных недостатков прототипа.The main objective of the proposed method and device filterless frequency conversion is to eliminate these disadvantages of the prototype.
Данная задача решается тем, что в способ бесфильтрового преобразования частоты, включающий операцию перемножения входного сигнала с сигналом гетеродина и выделение нужного продукта преобразования в сигнал промежуточной частоты с разностью частот входного сигнала и гетеродина, или с их суммой, дополнительно вводят несколько операций, а именно, предварительно расщепляют на квадратурные проекции и входной сигнал и сигнал гетеродина - косинусную (опережающую) и синусную (запаздывающую), каждую составляющую входного сигнала перемножают с каждой составляющей гетеродина и в соответствии с формулами тригонометрии для косинуса и синуса суммы и разности двух углов, формируют косинусную и синусную квадратурные проекции сигнала промежуточной частоты.This problem is solved in that in the method of filterless frequency conversion, including the operation of multiplying the input signal with the local oscillator signal and isolating the desired conversion product into an intermediate frequency signal with the frequency difference of the input signal and the local oscillator, or with their sum, several operations are additionally introduced, namely, pre-split into quadrature projections and the input signal and the local oscillator signal - cosine (leading) and sine (lagging), each component of the input signal is multiplied with azhdoy component and LO according to trigonometry formulas for the cosine and sine of the sum and difference of two angles formed cosine and sine quadrature projections of the intermediate frequency signal.
Данная задача решается также тем, что в устройство, реализующее способ и включающее смеситель и гетеродин, дополнительно введены фазорасщепители входного действительного сигнала и сигнала гетеродина на квадратурные составляющие, косинусную и синусную, в качестве смесителя используют четыре одинаковых перемножителя - балансных смесителя, нагружаемые на первый и второй нагрузочные резисторы (первый RH1 и второй RH2), причем первый выход (косинусный) фазорасщепителя входного сигнала соединяют с первыми входами первого и второго перемножителей - балансных смесителей, второй выход (синусный) этого фазорасщепителя соединяют с первыми входами третьего и четвертого перемножителей - балансных смесителей, первый выход фазорасщепителя гетеродина (косинусный) соединяют со вторыми входами первого и третьего перемножителей - балансных смесителей, второй выход этого фазорасщепителя - со вторыми входами второго и четвертого перемножителей - балансных смесителей; для преобразования частоты вниз первый нагрузочный резистор (RН1) соединяют с первыми выходами первого и четвертого перемножителей - балансных смесителей, второй нагрузочный резистор (RН2) с первым выходом третьего перемножителя-балансного смесителя и вторым выходом второго перемножителя-балансного смесителя, для преобразования частоты вверх первый нагрузочный резистор (RН1) соединяют с первым выходом первого перемножителя-балансного смесителя, второй нагрузочный резистор (RН2) с первым выходом третьего и первым выходом второго перемножителей - балансных смесителей.This problem is also solved by the fact that in the device that implements the method and includes a mixer and a local oscillator, phase splitters of the input real signal and the local oscillator signal into quadrature components, cosine and sine, are added as a mixer, four identical multipliers are used - balanced mixers, loaded on the first and second resistors (R H1 first and second R H2), wherein the first output (cosine) fazorasschepitelya input connected to the first inputs of the first and second multiply spruce - balanced mixers, the second output (sinus) of this phase splitter is connected to the first inputs of the third and fourth multipliers - balanced mixers, the first output of the heterodyne phase splitter (cosine) is connected to the second inputs of the first and third multipliers - balanced mixers, the second output of this phase splitter is with the second the inputs of the second and fourth multipliers - balanced mixers; to convert the frequency down, the first load resistor (R Н1 ) is connected to the first outputs of the first and fourth multipliers - balanced mixers, the second load resistor (R Н2 ) with the first output of the third multiplier-balanced mixer and the second output of the second multiplier-balanced mixer, for frequency conversion up the first load resistor (R H1) connected to the first output of the first multiplier-balanced mixer, a second load resistor (R N2) to a first output of the third and the first output of the second re nozhiteley - balanced mixers.
Это достигается путем некоторого усложнения транзисторной части преобразователя с использованием квадратурных составляющих как входного сигнала (и выходного), так и гетеродина. Усложнение, связанное с использованием квадратур как входных сигналов, так и выходного сигнала преобразователя, не является недостатком, поскольку однократное расщепление входных сигналов на квадратурные проекции расширяет функциональные возможности дальнейшей обработки радиосигналов. При невысоких частотах входного сигнала (до сотен МГц) расщепление входного действительного сигнала на квадратуры реализуется с помощью известного RC моста, где разность фаз на его выходах поддерживается (≈90°) в достаточно широкой полосе частот входного модулированного сигнала (до 20%). При более высоких частотах (Гигагерцы) для тех же целей используют также широко известный волноводный микрополосковый кольцевой фазорасщепляющий мост, выполненный на фольгированном диэлектрике. Дополнительно такой мост выполняет функцию фильтра преселектора входного сигнала.This is achieved by somewhat complicating the transistor part of the converter using the quadrature components of both the input signal (and output) and the local oscillator. The complication associated with the use of quadratures of both the input signals and the output signal of the converter is not a drawback, since a single splitting of the input signals into quadrature projections expands the functionality of further processing of radio signals. At low input signal frequencies (up to hundreds of MHz), the input real signal is split into quadratures using the well-known RC bridge, where the phase difference at its outputs is maintained (≈90 °) in a fairly wide frequency band of the input modulated signal (up to 20%). At higher frequencies (GHz), the well-known waveguide microstrip ring phase splitting bridge made on a foil dielectric is also used for the same purposes. Additionally, such a bridge performs the function of an input signal preselector filter.
Для расщепления на квадратуры немодулированного сигнала гетеродина, можно использовать известные RLC фазосдвигающие, цепочка (на ±90°) или сформировать квадратуры при цифровом синтезе частоты гетеродина.To split the unmodulated local oscillator signal into quadratures, you can use the well-known phase-shifting RLC, a chain (± 90 °) or form quadratures during digital synthesis of the local oscillator frequency.
В любом случае фазорасщепители действительного сигнала на квадратурные составляющие имеют один вход и два выхода. Для определенности будем называть их выходы: опережающий (косинусный) Вых.1, запаздывающий (синусный) Вых.2.In any case, the phase splitters of the actual signal into quadrature components have one input and two outputs. For definiteness, we will call their outputs: leading (cosine) Out 1, delayed (sinus) Out 2.
Суть предлагаемого способа заключается в том, что с помощью четырех одинаковых балансных смесителей (двойных балансных) параллельно формируют 4 произведения квадратур входного и гетеродинного сигналов:The essence of the proposed method is that using four identical balanced mixers (double balanced) in parallel form 4 products of the quadratures of the input and heterodyne signals:
(cosвх·cosгет); (sinвх·sinгет); (sinвх·sinгет); (cosвх·sinгет).(cos in · cos get ); (sin bx sin get ); (sin bx sin get ); (cos in · sin get ).
Здесь условно обозначены опережающие квадратурные составляющие входного сигнала и гетеродина через cosвх и cosгет, запаздывающие - через sinвх и sinгет соответственно.Here, the leading quadrature components of the input signal and the local oscillator are arbitrarily designated through cos in and cos get , lagging through sin in and sin get, respectively.
Далее в строгом соответствии с формулами тригонометрии формируют алгебраические суммы этих произведений:Further, in strict accordance with the trigonometry formulas, the algebraic sums of these products are formed:
Здесь, также для сокращения записи обозначено:Here, also to shorten the notation is indicated:
cosΔ - опережающая (косинусная) составляющая сигнала промежуточной частоты, равной fc-fг;cos Δ is the leading (cosine) component of the intermediate frequency signal equal to f c -f g ;
cos - опережающая (косинусная) составляющая сигнала промежуточной частоты, равной fc+fг;cos - leading (cosine) component of the intermediate frequency signal equal to f c + f g ;
sinΔ - запаздывающая (синусная) составляющая сигнала промежуточной частоты, равной fc-fг;sin Δ - delayed (sine) component of the intermediate frequency signal equal to f c -f g ;
sin - запаздывающая (синусная) составляющая сигнала промежуточной частоты, равной fc+fг.sin - delayed (sine) component of the intermediate frequency signal equal to f c + f g .
Устройство, реализующее данный способ, состоит из гетеродина, двух фазорасщепителей (входного и гетеродинного сигналов), четырех перемножителей-балансных (двойных балансных) смесителей и двух нагрузочных резисторов. Блок-схема его приведена на фиг.3.A device that implements this method consists of a local oscillator, two phase splitters (input and heterodyne signals), four balanced-multiplier (double balanced) mixers, and two load resistors. Its block diagram is shown in FIG. 3.
Фиг.3 - блок - схема устройства.Figure 3 - block diagram of the device.
Способ и устройство бесфильтрового преобразования частоты содержит следующие блоки:The method and apparatus of a filterless frequency conversion contains the following blocks:
1-4 - перемножители - балансные (двойные балансные) смесители;1-4 - multipliers - balanced (double balanced) mixers;
5 - фазорасщепитель входного сигнала;5 - phase splitter of the input signal;
6 - фазорасщепитель сигнала гетеродина;6 - phase splitter of the local oscillator signal;
7 - гетеродин;7 - local oscillator;
8, 9 (RH1, RH2) - нагрузочные резисторы.8, 9 (R H1 , R H2 ) - load resistors.
Устройство работает следующим образом. Показанное на фиг.3 соединение квадратур входного сигнала (выходом 1 и 2 блока 5) и гетеродина (выходы 1 и 2 блока 6) обеспечивают в одинаковых перемножителях - балансных смесителях формирование следующих произведений, как показано в таблице.The device operates as follows. The connection of the quadratures of the input signal (output 1 and 2 of block 5) and the local oscillator (outputs 1 and 2 of block 6) shown in Fig. 3 provide the formation of the following works in the same multipliers - balanced mixers, as shown in the table.
Для выбранного варианта преобразования частоты (вверх или вниз) необходимые алгебраические суммы произведений в соответствии с формулами (1) и таблицей формируются на общих нагрузочных резисторах 1 и 2 (RН1 и RН2). На RН1 образуется опережающая квадратурная проекция (косинусная) сигнала промежуточной частоты, а на RН2 - запаздывающая (синусная).For the selected frequency conversion option (up or down), the necessary algebraic sums of products in accordance with formulas (1) and the table are formed on common load resistors 1 and 2 (R Н1 and R Н2 ). An advanced quadrature projection (cosine) of the intermediate frequency signal is formed on R Н1 , and a delayed (sinus) projection on R Н2 .
Нагрузочные резисторы, показанные на фиг.3, обеспечивают формирование сигнала промежуточной частоты на RН1, равного cos2тг(fc-fг)t, на RH2, равного sin2тг(fc-fг)t. Нагрузочные резисторы RН1, подключенные к Вых. 1 перемножителя - балансного смесителя 1 и Вых.2 перемножителя - балансного смесителя 4, a RH2 к Вых. 1 перемножителя - балансного смесителя 3 и Вых. 1 перемножителя - балансного смесителя 2, формируют сигнал суммарной промежуточной частоты(fc+fг). Свободные входы перемножителей - балансных смесителей подключены к шине питания Un.The load resistors shown in figure 3, provide the formation of an intermediate frequency signal on R H1 equal to cos2 tg (f c -f g ) t, on R H2 equal to sin2 tg (f c -f g ) t. Load resistors R H1 connected to the outputs. 1 multiplier - balanced mixer 1 and Out. 2 multipliers - balanced mixer 4, a R H2 to Out. 1 multiplier - balanced mixer 3 and Out. 1 multiplier - balanced mixer 2, form a signal of the total intermediate frequency (f c + f g ). Free inputs of the multipliers - balanced mixers are connected to the power bus U n .
Данные способ и устройство бесфильтрового преобразования частоты можно реализовать в приемных устройствах и совмещенных приемниках спутниковой навигации с использованием прямого преобразования, а также упростит частотное разделение сигналов ГЛОНАСС.These method and apparatus for filterless frequency conversion can be implemented in receivers and combined receivers of satellite navigation using direct conversion, and also simplify the frequency separation of GLONASS signals.
Источники информацииInformation sources
1. Проектирование радиоприемных устройств. /Под редакцией А.П.Сиверса. Москва, «Советское радио», 1976 г.1. Design of radio receivers. / Edited by A.P. Sivers. Moscow, Soviet Radio, 1976
2. Радиоприемные устройства. 3-е изд., авторы: Фомин Н.Н., Буга Н.Н. Издательство Горячая линия - Телеком, 2007 г.2. Radio receivers. 3rd ed., Authors: Fomin N.N., Buga N.N. Publishing Hotline - Telecom, 2007
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008130289/09A RU2414042C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method and device for filter-free frequency conversion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008130289/09A RU2414042C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method and device for filter-free frequency conversion |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008130289A RU2008130289A (en) | 2010-01-27 |
RU2414042C2 true RU2414042C2 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=42121703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008130289/09A RU2414042C2 (en) | 2008-07-24 | 2008-07-24 | Method and device for filter-free frequency conversion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414042C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562443C1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Method and device of direct frequency conversion for glonass satellite navigation receivers |
-
2008
- 2008-07-24 RU RU2008130289/09A patent/RU2414042C2/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562443C1 (en) * | 2014-10-09 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Method and device of direct frequency conversion for glonass satellite navigation receivers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008130289A (en) | 2010-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0185416A2 (en) | Radio receiver/transmitter filters | |
US7312669B2 (en) | Oscillation circuit | |
US9712313B2 (en) | Systems for multi-peak-filter-based analog self-interference cancellation | |
JPH01212108A (en) | Ssb signal generator | |
CN102798746A (en) | Test and measurement instrument including asynchronous time-interleaved digitizer using harmonic mixing | |
EP2779435A1 (en) | Circuit architecture for I/Q mismatch mitigation in direct conversion | |
US20150222344A1 (en) | Modulation Circuit for a Radio Device and A Method Thereof | |
US7495484B1 (en) | Programmable frequency multiplier | |
US4321549A (en) | Switching quadrature detector | |
RU2414042C2 (en) | Method and device for filter-free frequency conversion | |
US20100001781A1 (en) | Reconfigurable Heterodyne Mixer and Configuration Methods | |
US8369820B2 (en) | Frequency multiplier device | |
Hornak et al. | An image-rejecting mixer and vector filter with 55-dB image rejection over process, temperature, and transistor mismatch | |
GB2513549A (en) | Transmitter and receiver circuits | |
JP3974786B2 (en) | Signal generation circuit | |
US4801900A (en) | Image reject apparatus for signal synthesis applications | |
JPWO2019021425A1 (en) | High frequency mixer | |
JPH0478203A (en) | Mixer | |
KR20120028808A (en) | Apparatus for mixing frequency | |
US3505607A (en) | Arrangement for selecting in a correct phase relationship a characteristic component from a frequency spectrum | |
JPH10242880A (en) | Mixer circuit | |
JPWO2009044451A1 (en) | Image rejection mixer and wireless device | |
SU826517A2 (en) | Phase shifting device | |
JPS62168407A (en) | Phase shifter for phase modulating signal | |
JP2837915B2 (en) | AFC device |