專利名稱：包含一個壓控振蕩器的發(fā)射機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一個發(fā)射機和/或一個收發(fā)機的一個發(fā)射部分，以下為便于描述，將該部分稱為一個發(fā)射機。該發(fā)射機可被用于按GSM(移動通信全球系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)工作的一個蜂窩電話中，為便于描述，參照GSM標(biāo)準(zhǔn)描述本發(fā)明。
GSM標(biāo)準(zhǔn)要求來自一個移動電臺發(fā)射機的非常低電平的寄生發(fā)射。在附

圖1中，總結(jié)說明了寄生發(fā)射，該圖是頻率(以MHz計)與噪聲密度(以dBc/Hz)的關(guān)系曲線。
該圖表明，對于33dBm的載波功率電平，1Hz帶寬內(nèi)有害噪聲的允許電平。當(dāng)GSM接收機帶寬在935MHz和960Mz間的范圍內(nèi)，噪聲必須小于-162dBc，帶寬范圍在925MHz和935MHz之間時，噪聲必須小于-150dBc。來自一個典型的基于向上混頻的發(fā)射機中的寬帶VCOs和混頻器的噪聲，在這樣大的偏離頻率時將超過這些限制，所以必須在射頻提供額外的濾波以抑制接收頻帶內(nèi)的噪聲。不過，即使在載波側(cè)，噪聲被過濾到一個足夠低的電平，但隨后進行大幅壓縮的功率放大器消除了殘留噪聲的AM部分并在邊帶內(nèi)大量恢復(fù)了有害噪聲。這樣，就要求另一級昂貴的RF濾波器以滿足該要求。
本發(fā)明的一個目的是在達到寄生發(fā)射所要求的技術(shù)指標(biāo)的同時，簡化發(fā)射機中的濾波要求。
按本發(fā)明，提供了一個發(fā)射機，它包含一個壓控振蕩器(VCO)以生成一個輸出RF(射頻)信號，并包含一個裝置，用于向VCO提供一個調(diào)制數(shù)據(jù)信號，一個相位誤差信號和一個頻率要求信號。
在本發(fā)明的一個實例中，一個復(fù)相位比較器將實際調(diào)制數(shù)據(jù)信號與一個參考信號比較，且將比較結(jié)果用于向VCO提供相位誤差信號。
盡管到復(fù)相位比較器的輸入信號可以是零中頻(IF)，但它最好是一個低中頻(IF)，對于一個GSM發(fā)射機，可以是大約200KHz。使用一個高于零IF的低IF的優(yōu)點是，可將交流(ac)連接用于從VCO到復(fù)相位比較器的反饋通路中，從而減輕混頻器中生成的二次交調(diào)產(chǎn)物的不利影響。除了允許復(fù)相位比較環(huán)中的交流連接，非零IF還減少了生成輸出RF信號的VCO對本地振蕩器牽引的危險，該本地振蕩器生成一個對應(yīng)于本地振蕩器加或減IF的頻率。
如果希望，在相位比較器中比較的復(fù)信號能以數(shù)字形式出現(xiàn)。當(dāng)實施發(fā)射機時，所有的濾波器都可被集成，從而使發(fā)射機電路能被制作為集成電路。
以下，參照附圖，舉例說明本發(fā)明，其中圖1說明了對于一個按GSM標(biāo)準(zhǔn)工作的移動臺發(fā)射機，寄生發(fā)射的電平技術(shù)要求。
圖2是一個方塊示意圖，說明了按本發(fā)明制作的一個發(fā)射機實施例的結(jié)構(gòu)。
圖3是一個方塊示意圖，說明了按本發(fā)明制作的第二個發(fā)射機實施例的結(jié)構(gòu)。
在附圖中，同樣的參考數(shù)字表示相應(yīng)的部件。
因為在本說明書的前序部分已描述了圖1，這里就不再重復(fù)。
圖2所示發(fā)射機包含一個數(shù)據(jù)基帶數(shù)據(jù)的輸入端。為便于描述，假設(shè)數(shù)據(jù)是按GSM比特率270.833KB/S傳送的。利用一個合適的數(shù)字調(diào)相器(例如一個高斯最小相移鍵控(GMSK)調(diào)制器12)，將該數(shù)據(jù)比特用于調(diào)制一個零IF載波。調(diào)制器12在輸出端14，16分別生成正交相關(guān)復(fù)信號I和Q。更具體地，調(diào)制器12是一個數(shù)字單元，用于以等于比特率的合適倍數(shù)的采樣率，以15位分辨率生成復(fù)合數(shù)字I和Q輸出。本例中，I和Q輸出是270.833KS/S(每分鐘千個采樣)。各輸出端14，16的數(shù)字輸出在一個數(shù)字上變頻器和濾波功能塊18中進行一個近乎完好的復(fù)頻率轉(zhuǎn)換而成為一個200KHz的預(yù)定低IF。功能塊18提供所有的可能濾波以消除頻帶外噪聲和寄生信號。利用一個數(shù)字分頻級26，由一個13MHz參考振蕩器24導(dǎo)出輸入端20，22上的200KHz復(fù)I和Q轉(zhuǎn)換信號。功能塊18輸出端28，30上的正交相關(guān)輸出信號通常有一個200KHz的IF，采樣率為812.499KS/S，是采樣率的三倍。這些輸出信號被送給一個復(fù)鎖相環(huán)31，其中，使用部分從發(fā)射機輸出端導(dǎo)出的信號，對它們進行一個復(fù)相位比較。
復(fù)鎖相環(huán)包括一個數(shù)字相位比較器32，其中，輸出端28，30的信號進行一個復(fù)相位比較。比較器32包含第一和第二乘法器34，36，其第一輸入端35，37分別與功能塊18的輸出端28，30相連，其第二輸入端38，39，如以下所述，用于輸入從發(fā)射機主振蕩器46的輸出端導(dǎo)出的200KHz的正交相關(guān)信號，該主振蕩器是一個高性能，高電平的壓控振蕩器(VCO)。200KHz頻移的主振蕩器46的輸出噪聲密度足以滿足GSM技術(shù)要求，而不要求使用額外的濾波器。
來自乘法器34，36的差信號在一個求和級40中被組合，該級起到一個減法器的作用，以生成一個代表VCO46的瞬時相移與調(diào)制所要求相移及頻率要求之差的“誤差”信號。在一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器42中，求和級40的一個數(shù)字輸出被轉(zhuǎn)換為一個模擬信號，該模擬信號在被送給發(fā)射機VCO46之前，在一個低通濾波器44中被濾波。一個功率放大器48被連接到發(fā)射機46的一個輸出端，而功率放大器的輸出被送到一個天線52，再由天線發(fā)送該信號。
發(fā)射機VCO46的輸出被送給混頻器54，56的第一輸入端，一個本地振蕩器信號以正交形式被送給這些混頻器的第二輸入端。
從壓控本地振蕩器62得到本地振蕩器信號，振蕩器62被連接到一個第二鎖相環(huán)57上，鎖相環(huán)由一個頻率合成器58和連接在合成器58與本地振蕩器62之間的一個低通濾波器60組成。一個控制總線59被連接到頻率合成器58上。本地振蕩器信號的頻率在880到915±0.2MHz的發(fā)射機頻帶內(nèi)。本地振蕩器信號被直接加到混頻器54的第二輸入端并經(jīng)一個90度相移器64連接到混頻器56的第二輸入端?；祛l后的信號被送給各低通濾波器66，68，選出混頻結(jié)果中的不同部分。這些信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換器70、72中被數(shù)字化。200KHz的數(shù)字信號被送給一個簡單數(shù)字復(fù)帶通濾波器74，它產(chǎn)生正確頻率的I、Q信號。Q信號被送給乘法器34的第二輸入端38，在那里，它被塊18的I輸出相乘，且I信號被送給乘法器36的第二輸入端39，在那里，它被塊18的Q輸出相乘。
由于低IF及調(diào)制的有效帶寬，必須將IF信號生成為一個復(fù)數(shù)對并為發(fā)射環(huán)路執(zhí)行一個復(fù)相位比較。在GSM的情況下，調(diào)制的多數(shù)能量包含在±80KHz(即160KHz)的帶寬內(nèi)，但仍有相當(dāng)一部分能量出現(xiàn)在超過200KHz的頻率偏移內(nèi)。若使用一個簡單、實時的混頻過程，將發(fā)射機輸出向下混頻為200KHz或更低的IF，則擴展到超過200KHz的調(diào)制能量將是一個負頻率，將無法從正頻率部分中區(qū)分出來。所導(dǎo)致的頻譜卷疊將引起調(diào)制的嚴重失真。通過將發(fā)射機VCO46的輸出向下混頻為200KHz的復(fù)信號，可以克服該問題。
因為更多的調(diào)制能量占據(jù)負頻區(qū)間，所以對復(fù)鎖相環(huán)31中復(fù)混頻和相位比較的需求，即，對包含發(fā)射機VCO46和混頻器54，56的環(huán)的需求，隨遞減IF而增加。在零IF，例如，這是絕對必須的，盡管一個零IF方案將毫無疑問地導(dǎo)致最低可能功耗，但一個嚴重問題是發(fā)射機VCO輸出和用于混頻的本地振蕩器VCO62之間的潛在頻率牽引效應(yīng)。使用一個零IF，VCO都將有相同的頻率，這被認為是最小化牽引效應(yīng)的最壞可能方案。使用100KHz的IF作為GSM的信道間隔比較好，不過使用200KHz也一樣，并能減少發(fā)射合成器中所需步數(shù)。任何較高的IF都將導(dǎo)致過度功耗，盡管這將避免對復(fù)合濾波和信號處理的需要。
同樣道理，相位比較器必須對調(diào)制IF和發(fā)射VCO的向下變頻輸出執(zhí)行的一個復(fù)相乘。若將經(jīng)數(shù)字向上變頻的調(diào)制IF信號以Vm表示，將發(fā)射機的向下變頻輸出以Vt表示，則相位比較器的作用是Ve＝Vm/Vt(1)這里Ve是控制VCO的誤差輸出信號。對其進行指數(shù)擴展，為Ve＝Vme-jωmt·Vte(jωmt-)＝Vee-jφ(2)這里ωm是瞬時IF，φ是環(huán)中的相位誤差，Vm，Vt和Ve是三個信號的幅值。取(2)式中的虛部作為相位比較器的輸出，可得到Ve＝Vesin(-φ) (3)由一對模擬混頻器54、56將發(fā)射機VCO46輸出向下混頻為200KHz，混頻器的本地振蕩器輸入是以相位正交形式從本地振蕩器VCO62導(dǎo)出的。I和Q輸出由一對低選擇性模擬芯片濾波器66，68濾波，并在一對低分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器70、72中轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。它們的輸出在被送到數(shù)字相位比較器32之前，使用一個簡單的數(shù)字復(fù)濾波器74進行濾波。復(fù)鎖相環(huán)31的其余部分包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器42和低通濾波器44，為發(fā)射機VCO46生成模擬控制信號。
圖2所示實施例中假設(shè)不存在不完善，即在功能塊18輸出端28、30上及來自帶通濾波器74的I和Q信號之間，有正確的幅度平衡及精確的90度相移。若在實際中，確實存在不完善，則在發(fā)射機輸出端將出現(xiàn)一個偏移頻率400KHz(200KHz的IF的兩倍)的不希望鏡象頻率。為確保該鏡象頻率落在環(huán)的帶寬之外，希望有大約800KHz或更大的IF。
圖2所示發(fā)射機結(jié)構(gòu)大體是數(shù)字的，有利于更精確的設(shè)計過程(即正好第一次)，在尋址GSM之外的其它數(shù)字發(fā)射機標(biāo)準(zhǔn)方面更靈活，并增加了在CMOS技術(shù)中，以低制造成本實現(xiàn)的可能性。
圖3所示發(fā)射機實施例包含一個模擬發(fā)射機。輸入端76、78的調(diào)制零IF數(shù)據(jù)IREF和QREF分別被送給一個復(fù)鎖相環(huán)31。環(huán)31包含一個模擬相位比較器80，它包含第一和第二乘法器82、84，其第一輸入端83、85分別與參考I/Q信號IREF和QREF相連，第二輸入端86、87分別用于正交相關(guān)零IF信號QACT和IACT，這些信號將在以下描述，它們是從發(fā)射機振蕩器46的輸出端導(dǎo)出的。該振蕩器是一個高質(zhì)低耗的壓控振蕩器(VCO)。
來自乘法器82、84的乘積的差信號，在相加級40中被組合，相加級40起到一個減法器的作用，生成一個“誤差”信號IACTQREF-IREFQACT，該信號包含調(diào)制數(shù)據(jù)信號。誤差信號在被送給發(fā)射機VCO46之前，在一個積分環(huán)濾波器88中被濾波。一個功率放大器48被連接到發(fā)射機VCO46的輸出端，功率放大器的輸出被連接到一個天線52由它播發(fā)該信號。
發(fā)射機VCO的輸出被送給正交相關(guān)混頻器54、56的第一輸入端。一個本地振蕩器信號被以正交形式送給這些混頻器的第二輸入端。
從壓控本地振蕩器62得到本地振蕩器信號，本地振蕩器62被連接到一個二次鎖相環(huán)上，該環(huán)由一個頻率合成器58和連接在合成器58與VCO62之間的一個低通濾波器60組成。一個控制總線59被連接到頻率合成器58上。本地振蕩器信號的頻率在880到915MHz的發(fā)射機頻帶內(nèi)，并被選為生成發(fā)射機VCO46的所需輸出頻率。本地振蕩器信號被直接送給混頻器54的第三輸入端，并通過一個90度移相器64送給混頻器56的第二輸入端?；祛l結(jié)果被送給各低通濾波器66、68，它們挑選額定為零IF的差部分IACT和QACT。這些差部分分別被送給乘法器84的第二輸入端87，在那里與塊18的Q輸出相乘，被送給乘法器82的第二輸入86，在那里，與塊18的I輸出相乘。
現(xiàn)在，將以前對一個低IF所做的按指數(shù)展開應(yīng)用到零IF上。在工作中，VCO46頻率fVCO在混頻器54，56中用頻率fREF向下混頻，其結(jié)果是I/Q表達式形式的fVCO和fREF之間的相位差。
b＝IACT+jQACT＝cosφACT+jsinφACT(1)該值是要與參考I/Q值IREF，QREF相比較的相位a＝IREF+jQREF＝cosφREF+jsinφREF(2)可以利用兩個信號的復(fù)數(shù)除，計算實際和參考正交相關(guān)信號間的相位差。由于，我們只考慮用恒定幅值進行相位和頻率調(diào)制，所以兩個信號的幅值應(yīng)該是恒定的，因此，兩個I/Q信號的幅值和結(jié)果被設(shè)為1|a|=|b|=|a||b|=1----(3)]]>ab=ej(φREF-φACT)=cos(φREF-φACT)+jsin(φREF-φACT)----(4)]]>公式(4)可被重寫為ab=cosφREF·cosφACT+sinφREF·sinφACT+j(sinφREF·cosφACT-cosφREF·sinφACT)----(5)]]>在I和Q部分的表達式中，利用公式(1)和(2)的關(guān)系式，可將公式(5)重寫為ab=IREF·IACT+QREF·QACT+j(QREF·IACT-IREF·QACT)----(6)]]>比較公式(4)和(6)的系數(shù)，結(jié)果包含兩個公式cos(φREF-φACT)＝IREF·IACT+QREF·QACT(7)sin(φREF-φACT)＝QREF·IACT-IREF·QACT(8)這些公式顯示了實際和參考I/Q信號間I和Q部分的相位差。差值的I部分，對于小的相位差來說總是接近于1，所以不包含有用信息。Q部分帶有所需信息。
對于小角度的φREF-φACT，公式sin(φREF-φACT)≈φREF-φACT(9)是正確的。
于是，由I/Q值給出相位差的公式是φREF-φACT＝QREF·IACT-IREF·QACT(10)
這意味著，QREF部分應(yīng)該在一個模擬四象限乘法器中與IACT部分相乘。也必須對IREF部分作同樣工作。對于小相角，兩個結(jié)果的差都與參考I/Q信號及實際I/Q信號的相位差成比例。于是，該電路起到一個使用I/Q信號的模擬相位鑒別器的作用。由于這些信號是相位連續(xù)的，環(huán)濾波器88可以有一個相對寬的帶寬，這使得該模擬鎖相環(huán)快速反應(yīng)。
如果相位比較器80的輸出被積分并被用作VCO調(diào)諧電壓，則VCO頻率將被調(diào)諧到一個用參考I/Q信號調(diào)制的所需頻率的值。于是，該技術(shù)可被用于從一個要求頻率和基帶I/Q信號生成一個調(diào)制信號。其主要優(yōu)點在于，由于VCO信號是直接由一個低通濾波電壓調(diào)制的，所以寬帶噪聲可以非常低。因此，寬帶噪聲電壓不比VCO的寬帶噪聲高。
有時，由于以上原因，在發(fā)射中心頻率上的所需頻率fREF的生成是一個問題，因此，可使用以下解決方法1.對VCO輸出信號fVCO的向下變頻使用諧波混頻。這意味著，參考頻率不是所發(fā)射信號的中心頻率，參考頻率的諧波是發(fā)射機的中心頻率。
2.對幾分之一的發(fā)射中心頻率使用VCO，然后，將其在一個指定電路中倍乘并用作參考頻率。
3.將兩個頻率混頻以生成fREF·4.使用一個低IF相位比較。
通過閱讀上文所述，對本技術(shù)專業(yè)人士來說，很清楚，可以做其它修改。這些修改可以包含發(fā)射機及其中部件的設(shè)計、制造和使用中已知的其它特性，且這些特性可被用于代替或補充此處已描述的特性。
本發(fā)明可用于數(shù)字電信設(shè)備中的無線發(fā)射機或收發(fā)器中的發(fā)射部分，例如一個按GSM標(biāo)準(zhǔn)工作的蜂窩電話。
權(quán)利要求
1.一個發(fā)射機，包含一個生成一個輸出射頻信號的發(fā)射機壓控振蕩器(VCO)，及用于向VCO提供一個調(diào)制數(shù)據(jù)信號，一個相位誤差信號及一個頻率指令信號的裝置。
2.一個如權(quán)利要求1的發(fā)射機，其特征在于，一個復(fù)相位比較器，用于將一個實際調(diào)制數(shù)據(jù)信號與一參考信號相比較，以提供相位誤差信號。
3.一個如權(quán)利要求1的發(fā)射機，其特征在于，所述裝置適于提供一個代表調(diào)制數(shù)據(jù)信號，相位誤差信號和頻率指令信號的模擬信號。
4.一個如權(quán)利要求1的發(fā)射機，其特征在于，正交相關(guān)頻率向下變頻裝置被連接到發(fā)射機VCO上，提供有用來提供正交相關(guān)形式的參考信號的裝置，且其特征在于，提供有復(fù)相位比較裝置，用于將參考信號的同相部分與向下變頻發(fā)射機VCO信號的正交相位部分相比較，并將參考信號的一個正交相位部分與向下變頻發(fā)射機VCO信號的一個同相部分相比較。
5.如權(quán)利要求4的一個發(fā)射機，其特征在于，調(diào)制裝置用于生成零IF的正交調(diào)制信號。
6.如權(quán)利要求5的一個發(fā)射機，其特征在于，使用復(fù)正交參考信號，將正交相關(guān)調(diào)制信號向上變頻為一個低IF，以生成復(fù)合數(shù)字相關(guān)調(diào)制IF信號的裝置，及其特征在于，正交相關(guān)頻率向下變頻裝置包括用于以一個低IF生成數(shù)字形式的向下變頻發(fā)射機VCO信號的同相和正交相位部分的裝置，且復(fù)相位比較裝置包含比較裝置，用于將頻率向下變頻發(fā)射機VCO信號的數(shù)字形式與復(fù)數(shù)字化正交相關(guān)調(diào)制IF信號比較并得出差值。
7.一個如權(quán)利要求5所述的發(fā)射機，其特征在于，使用具有一個本地振蕩器VCO的二次頻率合成器導(dǎo)出相位誤差信號，VCO從參考振蕩器所用的同一參考晶體中導(dǎo)出一個參考頻率。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射機，其特征在于，參考信號是零中間頻率。
9.如權(quán)利要求4的發(fā)射機，其特征在于，復(fù)相位比較裝置包含一個模擬鎖相環(huán)。
10.如權(quán)利要求9的一個發(fā)射機，其特征在于，諧波混頻裝置用于將VCO信號向下變頻。
全文摘要
一個發(fā)射機,其中,一個復(fù)低IF數(shù)字信號,與發(fā)射機VCO(46)生成的一個數(shù)字化頻率向下變頻形式的模擬信號一起,以正交形式送給一個復(fù)相位比較器(32)。低IF數(shù)字信號起到一個參考作用,將發(fā)射機VCO(46)的數(shù)字化頻率向下變頻形式與其進行比較。復(fù)相比較器(32)的輸出被轉(zhuǎn)換為一個模擬信號,該信號被作為一個控制信號送給發(fā)射機VCO。在文中也介紹了一個使用零IF的發(fā)射機的一個模擬實施例。
文檔編號H03C3/09GK1246992SQ98802414
公開日2000年3月8日 申請日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月9日
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