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CN1252185A - 带有有源滤波器的接收机if系统 - Google Patents

带有有源滤波器的接收机if系统 Download PDF

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CN1252185A
CN1252185A CN98804160A CN98804160A CN1252185A CN 1252185 A CN1252185 A CN 1252185A CN 98804160 A CN98804160 A CN 98804160A CN 98804160 A CN98804160 A CN 98804160A CN 1252185 A CN1252185 A CN 1252185A
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CN
China
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receiver
frequency
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CN98804160A
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R·W·拉姆佩
J·T·吉勒特
R·A·多尔曼
A·蒙塔尔沃
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Abstract

公开了一种使用有限动态范围的IF滤波器的高动态范围接收机IF系统。一个可变增益放大器放大第一IF信号。随后将放大的第一IF信号提供到一个图象压缩混频器中,用于压缩放大的第一IF图象分量,以给无线接收机系统提供足够的图象压缩,其中该图象压缩混频器输出一个经图象压缩的第二IF信号。然后,一个有源带通滤波器从该第二IF信号中滤除不希望的分量。随后,该滤波后的信号在限幅放大器中被尽可能的限幅,该限幅放大器输出一个限幅的IF信号。然后,一个对数检测器提供一个接收信号强度指示符。

Description

带有有源滤波器的接收机IF系统
本发明涉及一个带有有源带通滤波器的无线接收机集成中频电路。
在如图1所示的一个传统的超外差式接收机中，一个接收到的信号被RF放大器12放大之前先通过一个带通滤波器10。带通滤波器10滤掉那些可能使RF放大器12饱和的带外的信号。也就是说，带通滤波器10确保只有那些想要的信号分量被放大。在信号放大之后，由放大器12产生的输出信号通过一个第二带通滤波器14。带通滤波器14滤掉任何在带通滤波器10中没有被完全抑制的带外的信号。另外，带通滤波器14降低可能会使混频器出现不想要的响应的其它频率处的噪声和干扰。第二滤波器14的输出信号被混频器16接收。通过把从本机振荡器18来的信号与滤波器输出信号混合，混频器16将接收到的频率转变为一个适合于传统的接收机进一步处理(诸如解调器20所表示的解调)的中频。
有时可能要求另外的滤波并且可能使用一个双下变频超外差式接收机。如图2所示，双下变频超外差式接收机30通过天线31接收信号。接收到的信号随后在RF滤波器32中滤波，并在一个低噪声放大器/混频器34中放大，且与来自如图1所示的上述的接收机中的第一本机振荡器36的信号混合。
混合后的信号随后在第一中频(IF)滤波器38中滤波。在蜂窝式无线应用中，第一IF滤波器一般是晶体滤波器。第一滤波器38输出的信号随后在IF滤波器/混频器42中放大。放大的信号则与来自第二本机振荡器44的信号混合。随后混合后的信号在一般是陶瓷滤波器的第二滤波器中滤波，然后输出到放大器48中。过去，无线电设计者试图通过用有源滤波器电路代替无源晶体或陶瓷IF带通滤波器的方法来降低接收机的成本。
除去IF滤波器的一个方法是在第一或第二下变频级使用正交混频器，然后将该信号向下混合到其基带的同相(I)或正交(Q)分量处，这些分量随后被低通滤波。对于接收机设计的这个方法被称为零差法(Homodyne)或零-IF(Zero-IF)。依据原理，一个IQ无线接收机可按照图3来构成，图中来自天线51的无线信号56被直接提供到两个平衡的，正交的混频器52a，52b，信号在其中分别被由本机振荡器53所产生的信号的载频的正弦和余弦波相乘。以此方式产生I-信道或同相信号，和Q-信道或正交信号。乘法装置产生的输出既包括2F附近的和频分量又包括零频附近的差频分量。低通滤波器54a，54b滤除前者而接受后者。该零频分量随后则可被低频放大级55a，55b而不是高频放大器放大到任何适宜的电平。
实际上，在单操作中，零-IF接收机通过把接收的信号直接转变为基带的方式来消除到中频的过渡变频(Interim Conversion)。低通滤波器的优势是它比由它们所取代的带通滤波器易于构成。然而实际上，零-IF方式被各种实际问题所困扰，其中之一便是与完善的数学放大器相比较，平衡混频器不够完善。这种不足最令人头痛的方面是产生的直流偏移或不变电压可能比预期的信号高出很多个数量级。接收混频器输出的低频放大器在预期信号被充分放大之前很久就已被大直流偏移强制饱和。
理论上，另一种除去陶瓷IF滤波器的方法是用有源带通滤波器电路来代替它们。有源滤波器电路可与其它IF电路如放大器，混频器，电压控制振荡器(VCO)，和检测器组合，从而组成一个IF系统。有源带通IF电路的主要困难是以前未能实现足够的动态范围。有源滤波器的动态范围由于在电路中的压缩被限定在一个高信号电平，而由于噪声而被限定在一个低信号电平。有源滤波器的理论上的最大动态范围与下述公式定义的品质因数(Qf)有关最大动态范围≤CT(VRMS)2/(2πkTφQf)         (等式1)其中CT   ＝    总滤波器电容
VRMS ＝    最大RMS输入信号电压
Kt    ＝    Boltzman常数x温度
φ         ＝    一个由电路装置和布局确定的常数
Qf   ＝    滤波器品质因数＝(中心频率)/(3dB带宽)
详细研究公式1会发现由于无线电源电压是固定的，对于给出的工作温度和装置技术，2πkT和φ为常数，总电容CT由在集成电路上可得到的模具面积决定，则VRMS是预定的考虑到这些因素则只有Qf因数是个变量，调节它可用来提高滤波器的动态范围。
在一个给定的应用中，信号带宽是预定的，这表示滤波器的中心频率必须被减小以降低品质因数Qf从而提高滤波器的动态范围。然而，有一个问题是，当中频被降低时因其更靠近图象的频率，则在前述接收机级某些点上的滤波器将不能够除去(Rejection)这个图象。
本发明的一个目的是通过提供一个无线接收机和一个带有有源带通滤波器的集成IF电路来克服上述的缺陷，其中通过降低工作中频而把滤波器的品质因数Qf降到一个可实现的水平。降低中频则减少由第一IF滤波器提供的图象抑制(Rejection)。这个缺陷通过在滤波器前使用图象压缩混频器来克服。
尽管减小品质因数Qf可提高动态范围，但有源滤波器不能达到高性能无线通信所需求的动态范围。可通过动态调节在有源滤波器前的放大器的增益来进一步提高该动态范围。也就是，如果信号变得太大，则增益减小。
大部分的2-路无线系统需要移动台把接收到的信号强度返回到基站。这是通过一个其输出电压与其输入电压的对数成比例的电路来实现的。该电压通常被称为接收信号强度指示(RSSI)。通常，RSSI＝K*log(A*Vin)，其中K是一个常数，A是在RSSI电路之前的总增益。因为增益被改变以适应有限的有源滤波器的动态范围，因而RSSI不可靠。
本发明包括一个装置，可重建RSSI使其不受变化的增益的影响。它的优点是选择一个是信号的信道带宽的偶数倍的中频。
通过结合附图如下描述，本发明的这些和其它特征及优点对于在本领域的普通技术人员来说是显而易见的，在这些图中：
图1示出了传统的超外差式接收机；
图2示出了一个双下变频超外差接收机；
图3示出了一个使用零-IF技术的接收机的简要框图；
图4示出了依据本发明的一个实施例的带有有源滤波器的IF集成电路；
图5示出了依据本发明的另一个实施例的一个带有有源滤波器的IF集成电路；
图6示出了依据本发明的另一个实施例的一个带有有源滤波器的IF集成电路；
图7示出了依据本发明的另一个实施例的一个带有有源滤波器的IF集成电路；并且
图8示出了依据本发明的另一个实施例的一个带有有源滤波器双频带IF集成电路；
图4所示为实施本发明的一个系统的示意框图。可以理解当本发明的特殊应用之一是应用于蜂窝式移动无线电话接收机时，则本发明可以用于任何信号接收装置。
图4所示的IF集成电路60接收来自图2所示的第一IF滤波器38的一个输入信号。IF集成电路60的输入信号在一个可变增益放大器(VGA)64中放大并随后提供给图象压缩混频器66。另一方面，可变增益放大器66可以连接图5所示的图象压缩混频器的输出。在本发明中，中频被降低以减小带通滤波器的品质因数Qf从而提高滤波器的动态范围。图象信号被图象压缩混频器66压缩，这样第一中频滤波器62和图象压缩混频器的组合为无线系统提供足够的图象抑制(Rejection)。图象压缩混频器66输出一个信号给IF放大器68，该IF放大器68放大该信号。可变增益放大器由一个自动增益控制环70所控制，该电路在有源滤波器72的信号输入处由诸如包络检测或对数检测电路检测信号电平并且依此调节可变放大器的增益。而且，可变增益放大器64也可使用微控制器进行数字控制。当检测到的信号电平高时，接收机的动态范围可通过降低可变增益放大器的增益来提高。放大的信号随后被提供到有源带通滤波器72，它从第二IF信号中滤除不希望的分量。
在IF集成电路的有源滤波器后可接通常在FM无线接收机中有的限幅放大器74和对数检测器76。在被发送到任何一个都可被集成到本IF系统的解调器检测器或分辨器之前，限幅放大器74严格(Hard)限制第二IF信号。对数检测器76输出一个接收信号强度指示(RSSI)。对数检测器包括一个来自AGC电路的输入，这样，增益的对数被从RSSI中减掉。即，RSSI＝K(log(A*Vin)-log(A))＝K*log(Vin)其中K为一个常数。而且，如图6所示，有源滤波器后可接一个下变频级80，这样IF电路可以在同相或相差为九十度输出一个基带信号。另外，如图7所示，有源滤波器后可接一个上变频级82，这样IF电路在一个更适合解调器检测器或分辨器电路的特殊类型的频率上输出另外一个中频。
依据本发明的一个实施例，最好将第二中频置于信号的信道带宽的偶数倍上(e.g.，2x，4x…)。例如，在美国的蜂窝式无线系统，信道带宽是30kHz。第二中频随后则被选为等于120kHz的4x30kHz。这样选择的原因是有源滤波器的最佳实施例是一个平衡的或差分电路，该电路提供了对信号的偶次失真分量的良好抑制。因而，只有位于30kHz和60kHz的相邻信道的偶次谐波的较低电平能够落在120kHz的希望的信道。
该最佳实施例的另一个方面是在一个低于第一中频的频率处设置第二本机振荡器，称之为低端注入，它表示第二中频将在高端频带并且图象压缩混频器66将抑制较低端的图象。这是使这个IF系统工作的一个重要的选择，因为图象压缩混频器不能自己提供一个图象频率的充分抑制，并且还需要一些来自第一中频晶体滤波器的附加抑制。通过他们的设计和构成，晶体滤波器在通过频带的低端具有非常好的抑制，而在高端抑制效果较差。因而，这个晶体滤波器、图象压缩混频器和低的第二中频的组合需要低端本机振荡器注入以获得充分的图象抑制(REJECTION)。
依据本发明的另一个实施例，公开了结合本发明IF系统的接收机中支持双带宽操作的可能性。如图4-8所示，IF系统包括一个集成电压控制振荡器(VCO)。如果VCO78被一个可编程合成器锁相，则第二中频可被编程。另外，如图8所示，第二有源带通滤波器84可被加到IF系统中，因此，对于一个信号带宽，可以使用其中的一个滤波器，而对于另外一个可能以另一个第二中频为中心的信号带宽，则另一个滤波器转换到信号路径上来。这个双带宽操作的一个应用是在一个无线电接收机中既使用800MHz蜂窝式又使用1900MHzPCS式频带，其中在蜂窝式频带中的信道带宽是30kHz而在1900MHZ频带的信道带宽可能会很宽以支持一个GSM型系统操作或码分多址。例如，在120kHz对蜂窝式频带设置中频使有源滤波器的品质因数为4。如果无线电接收机也将支持具有一个200kHz信道带宽的GSM，该中频可能被重新设置为800kHz并且GSM滤波器的品质因数仍为4。
为了便于理解根据特定实施例对本发明进行了描述。然而，上述实施例是示意性的而不是限制性的。显然，本领域的普通技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对上述的特定实施例进行变更。因而，本发明并不局限于上述的例子，其范围由下述权利要求书限定。

Claims (17)

1.一种使用有限动态范围的IF滤波器的高动态范围接收机IF系统，包括：
一个可变增益放大器，用于放大第一IF信号；
一个图象压缩混频器，用于压缩放大的第一IF信号的图象分量以为无线接收机系统提供足够的图象压缩，所述图象压缩混频器输出一个经图象压缩的第二中频信号；
有源带通滤波器装置，用于从该第二IF信号中滤除不希望的分量；
限幅放大器装置，用于对以滤波的信号尽可能地限幅并输出一个限幅的IF信号；以及
一个对数检测器装置，用于提供一个接收信号的强度指示符。
2.根据权利要求1的接收机IF系统，其中可变增益放大器由一个自动增益控制环控制。
3.根据权利要求1的接收机IF系统，其中可变增益放大器由一个微控制器数字控制。
4.根据权利要求1的接收机IF系统，其中对数检测器装置包括一个装置以消除增益变化的影响，这样，接收的信号的强度指示符不被可变增益放大器的增益变化而破坏。
5.根据权利要求1的接收机IF系统，还包括：
一个下变频级，用于将第二IF信号变换为基带同相信号和正交的信号。
6.根据权利要求1的接收机IF系统，还包括：
一个上变频级，用于将该第二IF信号变换到另一个频率。
7.根据权利要求1的接收机IF系统，还包括：
一个电压控制振荡器，用于所述图象压缩混频器提供一个可调节的频率信号，该混频器将可调节的频率信号与第一IF信号混频以改变第一IF信号的频率。
8.根据权利要求1的接收机IF系统，它还包括：
一个第二有源带通滤波器装置，以第二中频为中心；以及
切换装置，用于有选择的将所述第一和第二有源带通滤波器装置连接到所述放大器和所述对数检测器装置。
9.一种使用有限动态范围的IF滤波器的高动态范围接收机IF系统，包括：
一个图象压缩混频器，用于压缩第一IF信号的图象分量以为无线接收机系统提供足够的图象压缩，所述图象压缩混频器输出一个经图象压缩的第二中频信号；
一个可变增益放大器，用于放大所述第二IF信号；
第一有源带通滤波器装置，用于从该第二IF信号中滤除不希望的分量；
限幅放大器装置，用于对该第二IF信号尽可能地限幅并输出一个限幅的IF信号；以及
一个对数检测器装置，用于由所述以滤波的信号提供一个接收信号的强度指示符。
10.根据权利要求9的接收机IF系统，其中可变增益放大器由一个自动增益控制环控制。
11.根据权利要求9的接收机IF系统，其中可变增益放大器由一个微控制器数字控制。
12.根据权利要求9的接收机IF系统，其中对数检测器装置包括一个装置以消除增益变化的影响，这样，接收的信号的强度指示符不被可变增益放大器的增益变化而破坏。
13.根据权利要求9的接收机IF系统，还包括：
一个下变频级，用于将第二IF信号变换为基带同相信号和正交的信号。
14.根据权利要求9的接收机IF系统，还包括：
一个上变频级，用于将该第二IF信号变换到另一个频率。
15.根据权利要求9的接收机IF系统，还包括：
一个电压控制振荡器，用于所述图象压缩混频器提供一个可调节的频率信号，该混频器将可调节的频率信号与第一IF信号混频以改变第一IF信号的频率。
16.根据权利要求9的接收机IF系统，其中所述第一有源带通滤波器装置，以第一中频为中心。
17.根据权利要求16的接收机IF系统，它还包括：
一个第二有源带通滤波器装置，以第二中频为中心；以及
切换装置，用于有选择的将所述第一和第二有源带通滤波器装置连接到所述可变增益放大器和所述对数检测器装置。
CN98804160A 1997-02-25 1998-02-11 带有有源滤波器的接收机if系统 Pending CN1252185A (zh)

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