TW444438B - Transmitter - Google Patents

Description

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五、發明說明（1 技術*領域 本發明關於一種發射德，# 一，上 雪每“… 係具有特別是但非專有在細胞 二：應】’該細胞電話根據或基於諸項標準，例如全 :::通訊系統陶)來操作。爲便於叙述起見，本發明 將參考GSM 900標準來敘述。 該發射機可以是一收發機的發射部分且在本發明中， 「發射機」用來涵i — 早獨的發射機和收發機的發射部 分0 先前技術 附圖的圖個別顯示GSM9〇〇的發射機雜訊和調變規 格和調變用的特別樣板。圖i指出在1赫芝（Hz)頻寬内相 對於+33 dBm的載波功率位準的不想要雜訊的允許位準。 在GSM位於935 MHz和960 MHz的接收頻帶（Rx Ban句的區 域内’雜訊必頻保持在·162 dBc以下且在925 MHz和935 MHz之間，其必須在_丨5〇 dBc以下。這樣的低雜訊位準並 不容易獲得，特別是在完全積體化的發射機内。 圖2例舉一顯示調變頻譜的特別樣板，並限制於靠近由 零頻率所指出的載波的相位雜訊^在4〇〇 kHz和1800 kHz 之間以及在-400 kHz和-1800 kHz之間，吾人想要在該樣板 和相位雜訊之位準（floor)之間具有例如1〇 dB的餘 (margin)。爲了能夠符合此一需求，在發射機vc〇的輸出 處的調變之相位軌跡中的誤差必須實質少於5。〇ns和148 位元的隨機數據之20。峯値。 -4 本紙張尺度適用中國囤家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 1 1 ] ! i 1 I I I r 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 244443 8 A7 五、發明說明（ 發明簡述 本發明的目的係提供一種發射機架構，能夠獲得預定發 射機雜訊和調變規格且能夠積體化。 根據本發明，其提供一種發射機，包含一相位調變器和 一具有相當大功率之電壓控制振盪器（Vc〇)的鎖相迴路， 其中該相位調變器包含—參考頻率源以及一藉由在至少2 個導自該參考頻率源之相位成份之間隨機内插而導出相位 調變信號的裝置。 本發明提供一種發射機，包含一相位調變器和一具有.相 當大功率電壓控制振盪器（Vc〇)的鎖相迴路，以及一具有 輸入耦合至該相位調變器的輸出之相位靈敏檢測器。該相 位調變器包含一參考頻率源。一導出由該頻率源所產生的 參考頻率的至少二個相位成份之裝置，以及—由調變器所 控制之相位選擇裝置’用以藉由在該等至少2個相位成份 之間隨機内插而導出一相位調變信號。 本發明的實施例使用一固定頻率穩定參考振盪器，其輸 出为成四個等振幅正交相位成份。一單極四路抽頭選擇器 選擇該等四個正交相位成份的任—個，用以送至該鎖相迴 路（PLL) c'爲了精確獲得所需的即時相位，該抽頭選擇器 係製成隨機且快速跳躍於該等四個正交相位成份之間，這 基本上就是内插的程序。藉著快速跳躍，任何雜訊會被移 開於想要的頻率之頻帶之外且被迴路遽波所移除^其切換 是在一複數2位元位元流調變器的控制下執行，使得抽頭 選擇器的平均位置對應於所需相位的數値且在量化雜訊中 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --I ! I 訂--------终 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

4 4 4 4 3 8 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（3) 的能量轉換至PLL的頻寬外之高頻。 此種架構產生接近载波的非常低位準雜訊且其對於積體 電路處理變數而言可略去。它是一種簡單、彈性且易於實 施的對中頻載波調變之方法。 圖式簡述 本發明現在參考附圖藉由例子來敘述，其中： 圖1係一顯示GSM 900之發射機雜訊和調變規格之圖 形。 圖2顯示調變之樣板β 圖3係一根據本發明製成之發射機的實施例之方塊示意 圖。 圖4係一例舉利用1和（3 σ/△調變器相位調變四個相位值 之圖形口 圖5係一複數Λ/σ調變器的方塊示意圖，該調變器適於 例舉圖3中所示發射機所使用的數位化實施複數△/ σ調變 器5 2的概念& 在圖式中，相同的參考標號用來指示相對應的特徵。 發明實施例 圖3所示之發射機1〇包含一相位調變器12 ’其提供一已 施加適當相位調變和任何想要的頻偏之中頻（IF)載波，該 調變係中頻載波施加至一基本上.為鎖相迴路（pLL)之發射 迴路1 4 = 先參考該發射迴路14，其包含一高功率發射機vc〇 16，可產生一輸出信號於88〇至915 Μϊίζ的發射頻 -Q - 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公楚） I-----I------------訂------— I!線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 4443 8 a? _____ B7 五、發明說明（） 帶。該VCO 16的輸出耦合至一功率放大器18，其接著耦 合至一包含天線2 0的信號傳遞器。 該VCO 16的寬頻調諧涉及將輸出信號頻率混波降頻至 一相位比較頻率。該VCO 16的輸出镇合至混波器22的一 輸入’其第二輸入耦合至一外部調諧Vc〇 .24 '在發射機 的收發機的一部分的情沉下，該VC〇 24可以用來產生接 收機（未顯示）的本地振盪器頻率。混波的乘積施加至通過 差異頻率的低通濾波器2 6。該差異頻率選擇性地藉由除 法器28搞合至相位比較器30的輸入32。來自該相位調變 器1 2的該調變後中頻載波搞合至相位比較器3 〇的另一輸 入3 4。該相位比較器3 0作為一相位敏感偵測器，且代表 輸入32、34上的彳&號間之相位差之信號，藉由低通滤波器 36供應至積分器38、40。該積分器38、40提供一輸出電 壓’可用以依需要拉昇VCO 16频率。 操作時’鎖相迴路（PLL)的任務係再製來自相位調變器12 的輸入調變中頻載波上之相位調變，並將其儘可能確實地 傳送至VCO 16。在執行時，其也必須作為一可調諧窄頻 帶濾波’可移除在該調變頻帶之外的中頻載波上的任何不 想要雜訊。在GSM的情況下，GSM的調變頻寬延伸於200 kHz的頻道間隔以外至到達4〇〇 kHz的大小。因此遊路頻 寬必須不可太低於此特徵以避免使調變失真，但是必須不 可太高，如果其要有效地衰減相位雜訊。為了符合GSM 的規格，迴路必須繼續地提供在2〇 MHz數量級的大頻率 偏移時的任何相位雜訊的明顯衰減。再者，迴路VCO本身 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格<210x 297公釐） (請先閱讀背面之生意事項再填寫本頁) 裝--------訂------------線 444438 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 五、發明說明（5) 必須在該20 MHz頻率偏移時嚴格產生低位準相位雜訊（亦 即-162 dBc/Hz) ’且為此必須具有相當高輸出功率。 P L L的設計主要係決定最佳的迴路動態（亦即迴路頻 寬），使得發射機輸出通過5。的均方根相位軌跡誤差和具 有良好工作邊界的頻譜樣板。發射迴路14採用二個積分 器，一個在VCO 16内部，一個在vc〇 16外部，該vc〇 16 形成頻率實質上在迴路頻寬以内的二階迴路。在該外部迴 路積分器週圍的前饋路徑藉著使迴路轉移函數在18〇kHz 的開路遊路截止頻率以下的頻率恢復至一階而確保迴路穩 定。迴路中的额外低通濾波器3 6係為時間連續類比濾波 器，可提供寬頻相位雜訊所需的大型濾波。它是2度，因 此可在大約4〇0 kHz的封閉迴路頻寬以上給予迴路三階特 性。 選擇地，如果有除法器28 ,則發射機輸出混波降頻至 相位比較頻率的倍數。這樣可提供由迴路增加頻率增益所 帶來的增加偏移調諧能力的好處。然而，該増加的^率増 益亦要求在相位調變器】2的輸出處有較低的相位量化雜 訊位準，這可以或不可很容易達成因為除法器比率^^是増 加的，所以在所能達到的偏移調諧能力和出現在VC〇 16 輸出的相位雜訊位準之間就必須權衡。為了維持調變的正 確相位軌跡，在相位調變器丨2中之GMSK調變器方塊5 0 所產生的即時相位偏差必也被除以N。 回到相位調變器丨2，其操作的基本原理係將在此例中 具有频率fref= 52 MHz的穩定參考振盪器42的弦式輸出， -8- 本纸張尺㈣用+ _家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-------訂-------— -炊 Α7 Β7 4444 3 ί 五、發明說明（6) 利用類比相位分離器4 4以導出四個相關輸出相位，例如 0。，90。，-90。及 180°(如所示）或45。，135。，-135。及 •45 °。該等四個相關輸出相位供應至抽頭選擇器4 6的個別 抽頭，選擇器4 6係受控以提供調變的中頻載波而供應至 相位比較器30的輸入34。 .爲了確保該中頻載波以正確相位調變，該相位藉由在抽 頭選擇器4 4可得的四個相位之間内插而導出，該等四個 相位可在抽頭之間随機且非常快速地切換而得到。該隨機 過程必須確保平均輸出相位等於所需的數値，JL雜訊頻譜 在低頻包含儘可能少的能量。 用以操作抽頭選擇器4 6以在四個相位之間内插的信號 係導自輸入資料信號，該輸入資料信號係施加至 GMSK (高斯最小移鍵）調變器方塊5 0的輸入4 8。在該 GMSK方塊5 0的最後級中，I和Q信號成份的複數對係藉 取得即時相位偏差的餘弦和正弦而構成《該等Ϊ和〇信號 成份#送至具有頻率fcl〇ck = fref的時脈之複數σ/Δ調變器 5 2。該複數σ / Α調變器5 2使I和Q成份亂數化，造成數俊 + 1或-1的脈波流，其具有正確的平均値和所需的頻譜外 形。這兩個脈波流用來作爲決定抽頭選擇器4 6的即時位 置的2位元位址。結果是現在出現於抽頭選擇器的輸出之 中頻載波之調變連同量化雜訊很容易由P L L的濾波動作所 移除。 相位比較通常發生於中頻，該中頻在沒有任何頻率偏移 情況下等於參考頻率。然而，頻率偏移可施加於相位調變 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、裝--------訂---------換 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 444438 A7 B7 五、發明說明（ 斋12而不需要改變與PLL有關的調諧vc〇 24的設定。施 加頻率偏移可以例如減少調諧Vc〇中所需的頻率階級的數 目。藉著增加斜率等於所需頻率偏移的相位斜坡，調諧偏 移可以數字方式施加至GMSK調變器方塊的輸入5 4上。調 ，偏移亦可施加至σ/△調變器5 2的輸入5 6 ^該偏移可以 疋正的或負的’且其效果簡單透過σ/Δ調變器52傳遞，造 成抽頭選擇器56在正方向或負方向平均旋轉。因此，該 中頻距離參考頻率有相對應的偏移而使調變的相位轨跡完 全不受影響。傳輸迴路丨4只在輸出vc〇 16的頻率產生相 等偏移（假設在迺路中沒有除法器28)，且在新中頻處執 行相位比較。 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 施加—相等頻率偏移至OMSK調變器50和複數σ/Α調變 器5 2的優點是量化雜訊的頻譜具有和調度完全相同的頻 率偏移。因此，信號對雜訊比沒有増加，因爲施加該調諧 偏移且調譜偏移的限制變成主要由σ / △調變器内的數値處 理的精確度（例元字元長度和定點算術）和主要VC〇 16的 調諳能力所決定。而相較於調諸偏移較不重要仍要注意所 選擇的參考頻率，特別是針對負頻率偏移。在PLL·的影像 滤波發生困難之前，52 MHz參考頻率可能容忍多達-5〇 MHz的偏移。然而對於正向頻率偏移而言，理論上參考頻 率沒有形成限制。 圖4例舉相位内插過程且顯示在複數σ/Δ調變器5 2的輸 出之I和Q値的星狀圖及抽頭選擇器46的輸出處之相對應 相位星狀圖a這些相位彳直座落於例如直徑〇 . 7的圓形上， -10- 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

4 4443 R A7 B7 五、發明說明（8〉 該圓形對應於I和Q值在複數σ/△調變器52的輸入處按比 例縮放的因數。然後是I和q成份的平均值1#和決定内 插後相位值之平均。而複數向量的大小在此系統中並不重 要’值得注意的是與向量的大小有關的資訊仍然存在於複 數σ / Δ碉變器5 2的輸出。因此，如果併入大小成份的非均 等封包賙變架構必須使用的話’它可以放在調變器之前的 縮放方塊內，而JL_在調變器的輸出之適當濾波之後仍可解 調回來。 在相位調變器12中使用的複數σ/△調變器的形式是單純 的數位元件。然而，為了說明的目的，很有幫助的是將該 σ / Δ調變器想成例如圖5所示的相同均等物，圖5例舉一稍 許詳細的複數交互耦合，連續時間低通σ / Α調變器5 2。正 交相關信號I和Q個別施加至輸入端6〇、61 -每個輸入端 60、6 1耦合至一四階σ / △調變器62、μ β每個調變器62、 64包含一由四個串聯的互導器-電容器、積分器66、68、 70、72和67、69、71、73所组成的迴路濾波器。每個調變 器的所有四個積分器由回轉器（gyrator) 74、76、78、80所 互相耦合°每個階級可設定來在中頻頻帶中的個別頻率處 振盪’該頻率可根據比率gm/C而決定。然而，通常將它們 設定在相同頻率。當該頻率是零時，該等互相耦合回轉器 變成冗餘的。C值由雜訊規格所設定且傳導g m係設定成給 A該C值的想要中心頻率。互相搞合這些階級具有在每個 電容器處導入一個負的電納，其值由所需的頻率偏移和回 轉器的特徵導納所決定。該等四個階級66、68、7〇、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44^43 8 A7 B7 五、發明說明（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 72和67、69、71、73的每個之輸出在個別的加法級82、83 中合併β這些階級的輸出施加至個別的1位元量化元件 84、86，其中類比信號經由過取樣而個別提供頻率。&的 1位元信號於輸出88、89。藉由選擇一高的過取樣率，亦 即取得平均的樣本數g愈高，量化雜訊展開的頻率範圍愈 大，且PLL移除此雜訊的任務愈容易。 量化元件84、86的輸出如果有需要則由增減器9〇、92將 大小縮放而回授，且在加法級94、96中與個別輸入端60、 61的信號相合併，該回授迴路確保在感興趣的頻帶中， 由量化元件84、86所產生的量化雜訊之平均値是儘可能地 在實施發射機10時，GMSK調變器方塊5 0和複數σ / A調 變器5 2都是數位元件，因此不會有任何的實際缺點。它 們可以在通用數位信號處理器（DSP)上執行的軟體與來用 的硬體共同處理器的组合來實施。因此它們是高度多方面 性的且能夠應付除了與GSM相關的GMSK之外的其他調變 架構。參考振盪器42、相位分離器44及抽頭選擇器46是 非常簡單的類比元件，且是PLL的構成部分。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雖然本發明參考導出四個相位成份的相位分離器44而 敘述，肴可能有少至兩個相位成份用來使用，如果相位内 插的範圍可被限制或是尤其是相位旋轉的方向可以由其他 裝置來決定JL有超過四個相位成份要導出。 在本説明書及申請專利範圍中，元件前的單字「a」或 Γ an J並不排除多個這樣的元件的存在。再者，單字 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 44 43 8 A7 __ B7 _ - 1 ~- *------—五、發明說明（1Q)「包含（comprising)」並不排除所列的元件或步驟以外者 之存在。 由本發明的揭露讀來，熟習本項技術之人士可知其他的 修改。這樣的修改可以涉及在其可積體化發射機和元件部 分的設計、製造和使用中已經瞭解的其他特徵，除了這些 已敘述的特徵，這些特徵可用來使用之。 產業可利用性 特別用於可攜式装置例如細胞式行動電話之射頻發射 機。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝.—丨·丨1 I丨訂* I !

Claims (1)

1. 8 0988 A^CD 444438 六、申請專利範圍 1. 一種發射機，包含一相位調變器及一具有相當大功率之 黾壓控制振盧器（VCO)的鎖相迴路，其中該相位調變器 包含一參考頻率源及一藉由在至少2個由該參考頻率源 導出的相位成份之間隨機内插而導出相位調變信號的裝 置。 2. —種發射機，包含一相位調變器及一具有相當大功率之 電壓控制振盪器（VCO)的鎖相迴路，以及一具有輸入搞 合至該相位調變器的輸出之相位靈敏檢測器，該相位調 變器包含一參考頻率源。一用以導出由該頻率源製造的 參考頻率的至少二個相位成份，以及由一調變器控制之 相位選擇裝置，用以藉由在該等至少二個相位成份之間 内插而導出一相位調變信號。 3. 如申請專利範圍第2項之發射機，其特徵在於該相位成 份導出裝置導出四個正交相位成份= 4. 如申請專利範園第3項之發射機，其特徵在於該調變裝 置包含一調變器，用以建構正交相關信號成份的複數 對’以及包含一複數σ/Δ調變器，用以將該等正交相關 信號成份的複數對亂數化並產生二個脈波流，該等脈波 包含在使平均輸出相位等於所需値的速度施加至該相位 選擇裝置的2位无位址。 5. 如申請專利範圍第4項之發射機，其特徵在於該調變器 是一 GMSK調變器。 6. 如申請專利範園第4或5項之發射機，其特徵在於有多 個裝置耦合至該調變器及至該複數σ/Δ調變器，用以偏 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） --------I ------ 裝· ------訂-------I 1^. (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 44 4 3 8 AS B8 C8 D8 申請專利範圍 移雜訊的頻譜及用以施加一調諧偏移（offset^ 7. :申凊專利範園第i到6項之任一項之發射機，其特徵 在於該鎖相迴路包含—相位靈敏檢測器，用以將導自該 的-相位比較頻率與來自該相位調變器的相位調變 信號作比較。 8. 如申請專利庫S圍第7項之發射機，其特徵在於一時問連 績類比低通滤波器，用以遽除寬頻相位雜訊，係轉合至 該相位靈敏檢測器，i該低通滤波器的輸出施加至一具 有輸出耦合至該VCO的積分器》 9·如申請專利範圍第7或8項之發射冑，其特徵在於該相 位比較頻率藉由除以該VCO頻率而導出。 10. —種積體電路，包含如申請專利範園第丨或2項之發射 機的可積體化元件以及用以連接至那些不可積體化的元 件之裳置。 J---Γ-----裝-I----訂---_ 冰 t請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 |張 紙 本 準 榇 家 一國 ί國 中 用 適 -15- 21 OX 297公釐）