專利名稱：正交變頻器、調(diào)諧器和調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正交變頻器。本發(fā)明還涉及包括這種變頻器的調(diào)諧器和調(diào)制器。例如，這種調(diào)諧器可以用于通過例如陸地或衛(wèi)星廣播或電纜分配接收模擬或數(shù)字的電視、音頻、數(shù)據(jù)或電話廣播。這種調(diào)制器可以用于例如編碼信號(hào)以便以射頻發(fā)射或發(fā)布。
背景技術(shù)：
附圖中的圖1說明了已知類型的正交變頻器。該變頻器包括兩條信號(hào)路徑，包含同相(I)混頻器1和正交(Q)混頻器2。混頻器通過正交分離器4從本地振蕩器3接收打算相對(duì)于彼此相位正交的整流信號(hào)并將每一信號(hào)路徑中的信號(hào)與各自的整流信號(hào)進(jìn)行混頻，以便生成同相和正交輸出信號(hào)Io和Qo。正交輸出信號(hào)的“質(zhì)量”至少部分地由信號(hào)路徑之間的幅值不平衡和正交整流信號(hào)之間的正交相位不平衡確定。
通過良好的設(shè)計(jì)與布置技術(shù)，增益不平衡可以減小到0.1dB量級(jí)。但是，正交相位不平衡更難減小到提供可接受正交變頻性能的水平。例如，在本地振蕩器3的頻率需要變化一個(gè)倍頻程或更多的布置中，很難穿過運(yùn)行的頻帶將相位不平衡減小到小于3°。
一種用于減小正交相位誤差的已知技術(shù)是向雙平衡混頻器或雙雙平衡混頻器提供正交整流信號(hào)。這種混頻器從整流信號(hào)中產(chǎn)生與距離90°的相位誤差成比例的誤差信號(hào)，而且這種誤差信號(hào)可以用于控制包括正交分離器4的反饋環(huán)路，從而減小相位不平衡。但是，這種布置相對(duì)復(fù)雜且不方便。
在圖1中，整流信號(hào)之間的距離90°的相位誤差由加到同相或0°整流信號(hào)的Φ°的相位誤差或位移表示，而正交或90°信號(hào)不被污染。整流信號(hào)在附圖中的圖2的圖中說明為向量，而且當(dāng)施加到混頻器1和2時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換后的輸出信號(hào)Io和Qo中相同的相位不平衡或誤差。相位誤差Φ°必須減小到足夠低的值，以便提供正交變頻器可以接受的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了包括第一和第二混頻器及本地振蕩器的正交變頻器，本地振蕩器布置成提供標(biāo)稱相位正交的第一和第二整流信號(hào)并包括用于將第一整流信號(hào)的相位改變180°以便提供第三整流信號(hào)的布置，第一混頻器包括分別用于混頻第一輸入信號(hào)與第一整流信號(hào)、第一輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)的第一和第二混頻級(jí)及用于形成第一和第二混頻級(jí)輸出信號(hào)的線性組合的第一線性組合器，第二混頻器包括分別用于混頻第二輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)、第二輸入信號(hào)與第三整流信號(hào)的第三和第四混頻級(jí)及用于形成第三和第四混頻級(jí)輸出信號(hào)的線性組合的第二線性組合器。
第一至第四混頻級(jí)可以是相同的結(jié)構(gòu)。
第一至第四混頻級(jí)中的每一個(gè)都可以包括吉爾伯特單元。
第一和第二組合器中的每一個(gè)都可以包括加法器。
本地振蕩器可以是可變頻率本地振蕩器。
第一和第二信號(hào)可以是相同的。
變頻布置可以布置成反轉(zhuǎn)第一整流信號(hào)的相位，以便提供第三整流信號(hào)。第一整流信號(hào)可以是差分信號(hào)，而第一和第四混頻級(jí)可以具有反相位連接的差分輸入，以便接收第一整流信號(hào)來形成變頻布置。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的變頻器的調(diào)諧器。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的變頻器的調(diào)制器。
因此，有可能提供具有改進(jìn)的相位不平衡性能而不需要使用控制環(huán)路的變頻器。這種變頻器對(duì)于制造是方便的，而且可以用在需要進(jìn)行上變頻或下變頻的正交變頻的任何應(yīng)用中。


作為例子，本發(fā)明將參考附圖進(jìn)一步描述，其中圖1是已知類型的正交變頻器的方框電路圖；圖2是說明圖1變頻器運(yùn)行的相位或向量圖；圖3是構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式并包括構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式的正交變頻器的直接轉(zhuǎn)換或零中頻調(diào)諧器的方框電路圖；圖4在圖3所示變頻器的環(huán)境下重復(fù)圖2的圖；圖5和6是說明圖3所示變頻器運(yùn)行的向量圖；圖7是說明圖3所示變頻器一部分的電路圖；圖8是構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式并包括構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式的變頻器的單邊頻帶(SSB)調(diào)制器的方框電路圖；圖9是說明圖8所說明的調(diào)制器修改形式的方框圖；及圖10是說明構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式并包括構(gòu)成本發(fā)明一種實(shí)施方式的變頻器的另一類型調(diào)制器的方框電路圖。
貫穿所有附圖，相同的標(biāo)號(hào)都指相同的部分。
具體實(shí)施例方式
圖3說明了零中頻(ZIF)類型的調(diào)諧器，其中寬帶射頻輸入信號(hào)中任何期望的信道都可以被選擇并轉(zhuǎn)換成正交基帶同相(I)和正交(Q)輸出信號(hào)。該調(diào)諧器具有例如用于連接到陸地天線、衛(wèi)星天線系統(tǒng)或電纜分配系統(tǒng)的輸入1。輸入1連接到跟蹤射頻通頻帶濾波器2，濾波器2的通頻帶跟蹤所選信道的頻率而且其帶寬足夠以最小的衰減使所選信道與幾個(gè)相鄰信道一起通過。可選地，濾波器2可以固定，例如提供頻帶限制功能，或者可以省略。濾波器2的輸出提供給自動(dòng)增益控制(AGC)級(jí)3，級(jí)3提供增益的放大與控制，從而向變頻器提供恒定的信號(hào)電平。
變頻器包括包含混頻級(jí)4和5與加法器6的I混頻器及包含混頻級(jí)7和8與加法器9的Q混頻器。變頻器還包括本地振蕩器10、正交分離器11和用于將進(jìn)入信號(hào)的相位位移π弧度或180°的移相器12。
混頻級(jí)4、5、7和8具有連接到一起并連接到級(jí)3的輸出的信號(hào)輸入?；祛l級(jí)4和5的輸出由加法器6向量相加，加法器6的輸出包括I混頻器的輸出。類似地，混頻級(jí)7和8的輸出由加法器9相加，加法器9的輸出提供Q混頻器的Q輸出。混頻級(jí)5和8具有連接成從具有90°相對(duì)相位的正交分離器11接收整流信號(hào)的整流輸入?；祛l級(jí)4具有連接到正交分離器11以便接收具有標(biāo)稱0°相對(duì)相位但包括Φ°相位不平衡的整流信號(hào)的整流輸入。這種信號(hào)還提供給移相器12，例如通過反轉(zhuǎn)輸入波形，移相器12提供180°的準(zhǔn)確相移。因此，移相器12的輸出信號(hào)具有180°+Φ°的相對(duì)相位，而且這作為整流信號(hào)提供給混頻級(jí)7的整流輸入。
來自加法器6的I混頻器的輸出提供給I濾波器13，I濾波器13具有足以使處于基帶的期望的I成分通過并衰減相鄰信道的通頻帶。濾波器13的輸出提供給另一AGC級(jí)14，AGC級(jí)14的輸出連接到調(diào)諧器的I輸出17。類似地，來自加法器9的Q混頻器的輸出提供給Q濾波器15，Q濾波器基本與濾波器13相同。濾波后的輸出提供給其輸出連接到調(diào)諧器的Q輸出18的另一AGC級(jí)16。
圖4說明了標(biāo)稱正交相位本地振蕩器信號(hào)ILO和QLO的實(shí)際相位。在本地振蕩器信號(hào)之間有Φ°的正交不平衡，這被說明為(不損失任何通用性)疊加到同相整流信號(hào)上。在圖1所示類型的傳統(tǒng)正交變頻器中，本地振蕩器正交信號(hào)的相對(duì)相位基本確定了I和Q混頻器輸出信號(hào)的相對(duì)相位，而且結(jié)果產(chǎn)生的正交不平衡導(dǎo)致正交輸出信號(hào)之間的污染或串?dāng)_。
圖5是說明I混頻器運(yùn)行的向量圖?；祛l級(jí)4接收整流信號(hào)ILO并將該輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有相同相對(duì)相位的頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)。這種信號(hào)在圖5中的IA說明。類似地，混頻級(jí)5將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有在圖5中的IB說明的相位的頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)。加法器6形成信號(hào)IA和IB的向量和，以便形成輸出信號(hào)IO，向量IO在向量IA和IB之間分開角度2θI。與橫軸的角度θI由下式給出θ1=90-Φ2]]>圖6以相同格式說明了Q混頻器的運(yùn)行?；祛l級(jí)8將進(jìn)入的信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換成具有90°相對(duì)相位的輸出信號(hào)QB?；祛l級(jí)7產(chǎn)生具有180°+Φ相對(duì)相位的頻率轉(zhuǎn)換輸出信號(hào)QA，而加法器9形成向量和來提供具有橫軸下θQ相位角的Q混頻器輸出信號(hào)QO，其相位角由下式給出θQ=90+Φ2]]>輸出信號(hào)IO和QO之間的相對(duì)相位由下式給出θ1+θQ=90-Φ2+90+Φ2]]>=902-Φ2+902+Φ2]]> 這樣的結(jié)果是相位誤差Φ被變頻器中的混頻處理有效地取消了。因此，正交相位誤差從理論上講被除去了，因此該正交輸出信號(hào)理論上講是理想的相位正交。但實(shí)際上，沒有實(shí)現(xiàn)理想的取消，但由變頻器提供的正交相位不平衡的減小代表了正交平衡的基本改進(jìn)而且不需要任何復(fù)雜的控制環(huán)路。
圖7說明了混頻級(jí)4和7及移相器12的電路結(jié)構(gòu)和互連的例子?；祛l級(jí)是包括跨導(dǎo)級(jí)4a和7a及電流切換單元4b和7b的吉爾伯特單元類型。如在20的插入物(inset)中所示的，每個(gè)跨導(dǎo)級(jí)都包括一長(zhǎng)尾對(duì)的晶體管21和22，其具有發(fā)射極退化電阻23和24及恒定的電流源25。插入物26說明了包括晶體管27至30的每個(gè)切換單元。晶體管27和28的發(fā)射極連接到晶體管21的集電極，而晶體管29和30的發(fā)射極連接到晶體管22的集電極。晶體管27和29的集電極連接到一起以便形成第一差分輸出線路，而晶體管28和30的集電極連接到一起以便形成第二差分輸出線路。晶體管27和30的基極連接到一起以便形成第一差分整流輸入線路，而晶體管28和29的基極連接到一起以便形成第二差分整流輸入線路。
切換單元4b的差分整流輸入連接成接收具有0°標(biāo)稱相位但有(0+Φ)°實(shí)際相位的本地振蕩器整流信號(hào)LO1。切換單元7b的整流信號(hào)輸入以反轉(zhuǎn)多個(gè)或“反相位”連接到相同的整流信號(hào)，使得切換單元7b接收反轉(zhuǎn)的整流信號(hào)，該信號(hào)等同于相位位移180°的不反轉(zhuǎn)信號(hào)。因此，這種互連提供了相對(duì)簡(jiǎn)單的移相器12。
圖8說明了圖3所示變頻器4至12的另一應(yīng)用。這種布置可以用作單邊頻帶(SSB)調(diào)制器或作為圖像取消混頻器來提供經(jīng)典或近零中頻。I和Q混頻器分別向移相器31和32提供它們的輸出信號(hào)，移相器31和32分別提供-45°和+45°的相移。移相器31和32的輸出提供給加法器33，加法器33形成相移I和Q信號(hào)的向量和。
在SSB調(diào)制器的情況下，一個(gè)邊頻帶被有效抑制，而另一個(gè)被“構(gòu)建”并提供給調(diào)制器的輸出34。在圖像取消混頻器的情況下，圖像信道被有效抑制，而所選的期望信道被構(gòu)建并提供給輸出34。移相器31和32也可以執(zhí)行濾波功能來衰減相鄰信道。
在圖像取消混頻器的情況下，I和Q混頻器輸出處于中頻帶，因此需要移相器31和32在相對(duì)小的頻率范圍執(zhí)行準(zhǔn)確的相移。但是，在SSB解調(diào)器的情況下，混頻器輸出信號(hào)的頻率可能相當(dāng)大地變化，因此將需要寬帶移相器。但是，為了提供邊頻帶抑制，在包括I和Q混頻器的信號(hào)路徑之間有90°的相對(duì)相位是足夠的。因此，如圖9所說明的，移相器31和32可以分別位于I和Q混頻器前面。因?yàn)椴还芩璧妮敵鲱l率是多少，這種調(diào)制器的輸入信號(hào)都在相同的頻帶中，因此這種布置允許使用窄帶移相器。
圖10說明了利用與圖3相同的正交變頻器4至12的調(diào)制器的更通用形式。在這種情況下，I和Q混頻器分別從數(shù)據(jù)編碼器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)40接收所生成的調(diào)制信號(hào)。這種布置可以用于生成很多類型的調(diào)制，例如包括一般用在模擬電視傳輸中的殘余邊頻帶(VSB)和一般用在電纜分配系統(tǒng)中的正交幅值調(diào)制(QAM)。
權(quán)利要求
1.一種正交變頻器，包括第一和第二混頻器及本地振蕩器，本地振蕩器布置成提供標(biāo)稱相位正交的第一和第二整流信號(hào)并包括用于將第一整流信號(hào)的相位改變180°以便提供第三整流信號(hào)的布置，第一混頻器包括分別用于混頻第一輸入信號(hào)與第一整流信號(hào)、第一輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)的第一和第二混頻級(jí)及用于形成第一和第二混頻級(jí)輸出信號(hào)的線性組合的第一線性組合器，第二混頻器包括分別用于混頻第二輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)、第二輸入信號(hào)與第三整流信號(hào)的第三和第四混頻級(jí)及用于形成第三和第四混頻級(jí)輸出信號(hào)的線性組合的第二線性組合器。
2.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中第一至第四混頻級(jí)是相同的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中第一至第四混頻級(jí)中的每一個(gè)都包括吉爾伯特單元。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中第一和第二組合器中的每一個(gè)都包括加法器。
5.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中本地振蕩器是可變頻率本地振蕩器。
6.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中第一和第二信號(hào)是相同的。
7.如權(quán)利要求1所述的變頻器，其中相位改變布置被布置成反轉(zhuǎn)第一整流信號(hào)的相位，以便提供第三整流信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的變頻器，其中第一整流信號(hào)是差分信號(hào)，而第一和第四混頻級(jí)具有反相位連接的差分輸入，以便接收第一整流信號(hào)來形成相位改變布置。
9.一種調(diào)諧器，包括如權(quán)利要求1所述的變頻器。
10.一種調(diào)制器，包括如權(quán)利要求1所述的變頻器。
全文摘要
一種正交變頻器，包括第一和第二混頻器(4－6，7－9)及本地振蕩器(10－12)。本地振蕩器(10－12)提供標(biāo)稱相位正交的第一和第二整流信號(hào)并包括用于將第一整流信號(hào)的相位改變180°以便提供第三整流信號(hào)的布置(12)。第一混頻器(4－6)包括用于混頻輸入信號(hào)與第一整流信號(hào)、輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)的第一和第二混頻級(jí)(4，5)及用于將混頻級(jí)輸出信號(hào)相加的加法器(6)。第二混頻器包括用于混頻相同或不同的輸入信號(hào)與第二整流信號(hào)、相同或不同的輸入信號(hào)與第三整流信號(hào)的第三和第四混頻級(jí)(7，8)及用于將第三和第四混頻級(jí)輸出信號(hào)相加的加法器(9)。
文檔編號(hào)H03M3/02GK1917500SQ20061011552
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者伊薩克·阿里, 尼古拉斯·保羅·考雷 申請(qǐng)人:英特爾公司