TW200922184A - Digital FM radio transmitter - Google Patents

Description

200922184 九、發明說明： L發明所屬之技術領域3 發明領域 本發明係關於數位調頻（FM)領域，且尤其是關於一數 5 位調頻無線電發射機。 I：先前技術3 發明背景 在OEM藍芽免手持汽車配備應用中，一種藍芽無線電 收發機/聲音處理器通常預先被配線至汽車音響裝置擴音 10 機。但是，在修配用零部件市場應用中，汽車電子系統必 需被修改或一種另外的擴音機必需被安置於汽車中。這兩 種方法皆是麻煩的，因為它們一般必須由一合格的汽車電 氣技師進行。為避免這問題，一些藍芽免手持汽車配備製 造商使用一種短範圍的調頻發射機以自該藍芽免手持汽車 15 配備將聲音以及音樂廣播至汽車音響裝置。這辦法使用許 多現成的調頻發射機之一者。 此等發射機是依據其中載波頻率藉由改變一LC震盪 器（L-電感器、C-電容器）之電容而被改變的類比技術。該LC 震盪器之電容藉由改變具有一調整電位器之一變容二極體 20 的偏壓而被改變。因為LC為基礎的震盪器之頻率對於溫度 以及使用年限是非常敏感的，而且因為在汽車中之溫度可 能有高至50°C的變化（在陽光下之汽車相對於有開冷氣的 汽車），這些調頻發射機的載波頻率可能有高至10%的漂 流。因此，調頻發射機需要非常頻繁的再調整，使得它們 200922184 於’飞車中之應用不是非常有用的。這些辦法同時也需要類 此7員域之聲音/音樂信號或一數位-對-類比（D/A)轉換器以 將數位地破儲存、被處理以及被發送的系統中之聲音/音樂 说自數位轉換為類比領域中的-聲音/音樂信號。 5【餐"明内容】 發明概要 依據本發明，調頻發射機自數位樣本(聲音/音樂/資料) 至天線的所有過程在數位領域中被製作。載波頻率可在非 常精細級距(小於1Hz)被選擇，並且其溫度穩定性可依據被 1 〇使用以驅動調頻無線電收發機數位震盪器之晶體震盈器的 皿度穩疋性而在自〇 〇〇〇1% (1ρρη^〇 〇〇2%⑼ppm)的範 圍中。射頻發射功率同時也可數位地被調整。本發明因此 提ί、在到達天線之前，自聲音/音樂數位樣本至被動式帶通 濾波器的一種完整數位調頻發射機。 15 依據本發明之第一論點而提供一種數位調頻發射機， 其包括：一數位控制震盪器，其用以產生一調變射頻載波； 一處理器，其用以接收數位輸入樣本並且從該處產生供輸 入至該數位控制震盪器的一調變信號；一帶通濾波器，其 用以將一預定頻帶之外的該調變載波之頻率成分加以過濾 20並且將該被過濾之調變射頻載波供應至一天線。該處理器 知·疋數位k號處理器，雖然一般用途處理器亦可被採用。 本發明可被使用於免手持汽車配備應用令以及其他應 用中，例如，MP3播放器、桌上話機，其中使用者可能希 望廣播聲音/音樂，其可在一營業場地或汽車内部藉由任何 200922184 調頻無線電接收器被接收。 選擇地，如果需要的話，來自DCO之輸出可經由一類 比鎖相迴路(APLL)被傳送以乘以DCO輸出時脈之頻率，並 且將來自載波之具有頻率ΙΟΟΚΗζ或更多的激勵予以減弱。 5 本發明之另一論點是提供一種產生調頻射頻信號的方 法，其包括下列步驟：藉由一數位控制震盪器而產生一載 波；在一數位信號處理器接收輸入樣本；在該數位信號處 理器中產生一調變信號；將該調變信號供應至該數位控制 震盪器以調變該載波；並且自該數位控制震盪器之輸出過 10 濾一射頻信號以供應至一天線。 圖式簡單說明 接著將參考附圖藉由範例而更詳細地說明本發明，於 圖形中： 第1圖是依據較佳實施例之數位調頻發射機電路的頂 15 級方塊圖； 第2圖是依據較佳實施例之更詳細的數位調頻發射機 電路方塊圖；以及 第3A-3F圖是各種相位雜訊衰減機構方塊圖，其可被使 用以降低因DCO所產生的相位雜訊。 20 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 依據本發明原理，調頻調變藉由與聲音/音樂數位樣本 之振幅成比例改變一數位控制震盪器（DCO)中心頻率而進 行。該DCO中心頻率之更新率是等於聲音/音樂信號之取樣 200922184 頻率，一般，該取樣頻率是8ΚΗζ、16ΚΗζ、44.1ΚΗζ或 48ΚΗζ，但是該發射機可以被使用於任何其他的取樣頻 率。該載波頻率可隨時被改變，僅藉由精細的解析度改變 該DCC之中心頻率。該DCO解析度取決於該DCO内部之位 5 元數。等效於被使用以驅動DCO之晶體震盪器精確度的高 精確性可被達成。 該DCO之輸出頻率接著被饋送至一帶通濾波器，其將 方波調頻信號轉換為正弦波形調頻信號並且接著在被饋送 至天線之前被饋送至一被動衰減器（以降低發射機功率）。該 10 DCO輸出頻率可以是較低於所需的調頻無線電頻率，只要 DCO輸出頻率之奇數諧波的其中一者是在該調頻無線電頻 帶之内即可。這是可能的，因為該DCO輸出時脈是一方波 時脈；因此其具有主要的奇數諧波（第3、第5、第7等等）。 這些諧波最大電壓隨著η而減少，其中η是諧波數目。因此， 15 這特點可被使用以藉由選擇哪一諧波將是在調頻無線電頻 帶中而簡單地調整射頻信號功率。例如，如果DCO輸出時 脈之第五諧波是在調頻無線電頻帶中，則發送功率可藉由 改變該DCO輸出頻率而被增加，因而該輸出時脈之第三諧 波落在調頻無線電頻帶中。類似地，該功率可藉由減低該 20 DCO之輸出頻率而被減少，因而第七諧波落在該調頻無線 電頻帶之内。 第1圖展示一數位調頻發射機實施例，其包括一數位信 號處理器（DSP) 10,其產生該調變信號；一數位控制震盪器 (DCO) 12，其調變載波；一選擇相位雜訊衰減器14，其使 200922184 因DCO 12所產生的本質相位雜訊衰減；一被動及衰減器單 • 元16，包括一帶通濾波器，其過濾所需的頻帶之外的成分 (對於調頻無線電’這是自88MHz至108MHz);以及一被動 •衰減器，其使饋送至調頻天線18的射頻信號衰減。 5 在第2圖中，該DSP 10包括一調變信號產生器}，其以 軟體方式被執行。這接收聲音/音樂數位樣本並且將它們加 . 以傳送經由一預增强濾波器20。這提升調變信號的較高頻 率成分以便將調頻信號之信號雜訊比保持在常數。調頻具 有在較高頻率的信號雜訊比的本質性減少。 1〇 在該預增强濾波11之後，信號在頻率偏移乘法器24中 藉由乘以係數NDFM而被加權。該輸出被添加至加法器26中 之DCO 12的中心頻率值&並且接著被饋送至沉〇 12中之 加法器27的-輸入上。該加權係數取決於調頻信號之最大 頻帛偏移（對於廣播調縣線冑傳送為15KHz)卩及該 15 12之輸㈣率。所有料絲作將以聲音/音祕信號之取 樣率被完成（8ΚΗΖ、ι6ΚΗζ ' 44 1KH448KHz)。 " 該加權係數必需滿足下面的方程式： fc/DFM ~ tv/c / (max^ampi . ]\[DFM) 其中/C是載波頻率，~是最大頻率偏移，max—㈣户/ 2〇是調變信號之最大振幅（對於⑹立元樣本，這是〇x7F—FF)， I是指定利用DC0所產生之載波頻率的數目以及U是 代表最大頻率偏移之數值。 因此， ndfm 二(dfm · Nfc” (fc •職一ampl) 9 200922184 如果DCO輸出之最大頻率是較低於所需的調頻無線電 頻率’則期層和^^必須依所需的調頻載波頻率以及DCO輪 出頻率之比值而依比例下降。 如先前所述，該最大〇(^〇輸出頻率不必要得在調頻無 5 線電頻帶(88至108MHz)中’只要是DCO輸出信號(該DCO 輸出是方波信號）的奇數（或偶數)諧波之一落於該調頻無線 電頻帶内部即可。藉由選擇哪一諧波將被置於該調頻發射 機之調頻無線電中，該輸出功率可被調整，因為諧波振幅 將依比率η而下降，其中η是諧波數目。 0 利用DCO所產生之頻率可自下面的公式被計算： fDC〇=fcuc(NDCO/2DCO-ACC-WIDTH) 其中 N〇co = Nfc + NDFMx(n) χ〇ϋ是輪入聲音/音樂軚位信號。_DCO_ACC_WWTH是 15 DC0之積累器13的位元寬度以及/c^是DCO 12之主頻率， 如於第1圖之展示。 該DCO之溢量輸出具有等於//)C0之平均頻率，但是它之 瞬時頻率是不等於/〇c«9’因為該DCO溢量輸出轉移不是與理 想的/dco轉移對齊，而是與DCO之主時脈^/對齊。DCO溢 ΐ輸出之瞬時相位誤差在零和/c/x時脈的週期寬度之間變 化。其之數值在DCO溢量情況之時由DCO餘量值以數字化 地給予。 第3A-3F圖展示許多不同的電路，其可被使用以降低該 10 200922184 DCO的本質相位誤差。最簡單的一個（第3八圖），其包括DC〇 12、帶通瀘、波器16、以及天線18，正好增加該dc〇之，以尺。 第二種辦法是在DCO 12以及帶通濾波器16之間使用 一APLL 21(類比鎖相迴路）以過濾apll迴路帶寬之外的相 5 位雜訊。 第二種辦法’被展示在第3C圖中，在DCO 12以及帶通 /慮波器16之間使用—抽頭延遲線22，其由dC〇餘量所控 制’如在國際專利：PCT/CA95/00432案中之說明，其内容 將配合作為此處參考。這允許被降低最大相位誤差下降至 10在s玄抽頭延遲線中之—個單一延遲胞元的延遲。 如果該抽頭延遲線22之後是一 APLL 21，如於第3D圖 之展示，則抖動可進一步地被降低。 第四種辦法，被展示在第3E圖中，其在DCO 12和帶通 慮波器16之間使用數位sigma_deita抖動整形器25,如在英國 15專利：0608202.8案中之說明，其内容將配合作為此處參考。 第五種辦法被展示在第3F圖中，其在DCO 12和APLL 21之間使用數位sigma-delta抖動整形器25(如於美國專利序 號第5905388案中之說明，其内容將配合作為此處參考）。 該抖動整形器25之輸出被使用以控制APLL回授迴路之相 2〇 除係數。 C：睏式簡單説明3 第1圖是依據較佳實施例之數位調頻發射機電路的頂 級方塊圖； 第2圖是依據較佳實施例之更詳細的數位調頻發射機 200922184 電路方塊圖；以及 第3A-3F圖是各種相位雜訊衰減機構方塊圖，其可被使 用以降低因DCO所產生的相位雜訊。 20·.·預增强濾波器 21…APLL(類比鎖相迴路) 22…抽頭延遲線 24…頻率偏移乘法器 25…抖動整形器 26、27…加法器 【主要元件符號說明 1···調變信號產生器 10…數位信號處理器(DSP) 12…數位控制震盪器(DCO) 13···積累器 14…DCO相位雜訊衰減器 16…帶通濾波器及衰減器 18…天線 12

Claims (1)

1. 200922184 十、申請專利範圍： 1. 一種數位調頻發射機，其包括： -數位控職龍，其心產生—_射頻載波； -處理器’其用以接收數位輸人樣本並且從該處產 5 生供輸入至該數位控制震盪器的一調變信號； -帶通濾、波H，其用以將—預定頻帶之外的該調變 載波之頻率成分加以過據並且將該被過據之調變射頻 載波供應至一天線。 2·如申請專利範圍第i項之數位調頻發射機，其中該處理 10 器是一數位信號處理器。 3·如申請專利範圍第丨或2項之數位調頻發射機，其進一步 地包括用以將被供應至該天線的該射頻載波加以衰減 之一衰減器。 士申明專利範圍第1至3項中之任—項的數位調頻發射 15 機’其巾該數位㈣處理器包括肋提升該調變信號較 高頻率的成分之一預增强濾波器。 5.如申4專利範圍第丨至4項中之任—項的數位調頻發射 機/、進步地包括用以利用一加權係數而將該調變信 號予以加權之一頻率偏移乘法器。 20 6.如申請專利範圍第5項之數位調頻發射機，其進一步地 匕括用以將該調變信號增加至該數位控制震盪器之一 中心頻率的一加法器。 .如申凊專利範圍第5或6項之數位調頻發射機，其中該加 權係數滿足下面的方程式： 13 200922184 fc/DFM = Nfc/ (max ampl · NDfm) 其中/c是載波頻率，乃fa/是最大頻率偏移，max_am/?/ 是該調變信號之最大振幅。 8. 如申請專利範圍第1至8項中之任一項的數位調頻發射 5 機，其進一步地包括在該數位控制震盪器下游的一相位 雜訊衰減器。 9. 如申請專利範圍第8項之數位調頻發射機，其中該相位 雜訊衰減器包括一類比鎖相迴路以將在其一迴路帶寬 之外的相位雜訊加以過濾。 10 10.如申請專利範圍第8項之數位調頻發射機，其中該相位 雜訊衰減器包括藉由該數位控制震盪器所控制之一抽 頭延遲線。 11.如申請專利範圍第10項之數位調頻發射機，其中該抽頭 延遲線之後有一類比鎖相迴路。 15 12.如申請專利範圍第10項之數位調頻發射機，其中該相位 雜訊衰減器包括一數位sigma-delta抖動整形器。 13.如申請專利範圍第11項之數位調頻發射機，其中該抖動 整形器之輸出控制一類比鎖相迴路之回授迴路的相除 係數。 20 14. 一種產生一調頻射頻信號之方法，其包括下列步驟： 藉由一數位控制震盪器而產生一載波； 在一數位信號處理器接收輸入樣本； 在該數位信號處理器中產生一調變信號； 將該調變信號供應至該數位控制震盪器以調變該 14 200922184 載波；並且 自該數位控制震盪器之輸㈣濾—㈣信號以供 應至一天線。 κ如申請專·面第14項之方法，其中誠位控制震盈考 5之輸㈣有在湖㈣之外的—基本鮮，並且該射頻 信號藉由將在該調頻頻帶之内的該輪出之一譜波加以 過濾而得到。 16·如申請專利範圍第14項之方法，其中該射頻信號之增益 藉由選擇DCO輸出方波信號的哪-言皆波位於該調頻無 1 線電頻帶中而被控制。 17·如申請專職圍第14項之方法，其中該等數位樣本是在 將它們增加至該數位控制震盪器的中心頻率之前被加 權以產生該調變載波。 18.如申請專利第14項之方法，其中該等樣本在調變該 載波之前被預增強以提升軟财的較高頻率成分。 15