專利名稱：零差接收機(jī)的平衡壓擴(kuò)增量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及零差接收機(jī)的增量變換，而且更特別地涉及平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
本發(fā)明針對數(shù)字化模擬語音或無線電信號的新技術(shù)，這種新技術(shù)不是基于噪聲成形而是基于壓擴(kuò)(在一點(diǎn)壓縮信號量并在另一點(diǎn)通過擴(kuò)展來恢復(fù))、例如壓擴(kuò)增量調(diào)制。最熟知的壓擴(kuò)增量調(diào)制原理稱為連續(xù)可變斜率增量(Comtinuously Variable-Slope Delta)即CVSD調(diào)制，并已用于這樣的應(yīng)用中—低比特率增量調(diào)制是最后的編碼格式，需要以這種編碼格式傳輸或存儲語音。
美國專利No.5,241,702揭示了一種零差接收機(jī)，其中來自零中頻下變頻器的直流偏置通過使用增量調(diào)制變換中所固有的差分來去除。固有的差分然后可以通過在數(shù)字域數(shù)值地重建變換結(jié)果來去除。此外，實(shí)現(xiàn)寬動態(tài)范圍的可能性通過使用具有可變階梯大小的壓擴(kuò)增量調(diào)制變換來揭示。
可變階梯大小可以通過改變電流源或電荷泵釋放的電流大小來實(shí)現(xiàn)，該電流源或電荷泵被增量調(diào)制器用于增加或降低電容器上的電壓來跟隨該電流源。在這里結(jié)合作為參考的美國專利申請08/120,426進(jìn)一步揭示了被增量調(diào)制變換的信號可以有利地用于與這個主積分電容器串聯(lián)，該電容器的另一端連接到電荷泵以及比較器輸入。
這個裝置的優(yōu)點(diǎn)在于比較器輸入和電荷泵輸出都工作在幾乎恒定的電壓上，這就簡化了它們的設(shè)計(jì)并改善了其性能。
但是，當(dāng)試圖使電荷泵的電流大小在寬范圍上變化時可能會出現(xiàn)實(shí)際的限制。最高電流電平受到所使用的泵浦三極管大小的限制，而最低門限受到大三極管的漏電流的限制。此外，上拉和下拉電荷泵設(shè)備的電流電平之間的不匹配會引起信號轉(zhuǎn)換中的誤差，表現(xiàn)為重建信號上升或下降的斜率。減輕斜率問題的一個方法在美國專利申請No.08/401,127中描述，該申請題為“Slope，Drift and Offset Compensation In zero-IFReceivers”，于1995年3月9日提交，估計(jì)了斜率并在重建過程中增加了一個校正項(xiàng)以便補(bǔ)償它。校正項(xiàng)可能需要響應(yīng)電荷泵電流大小的編程而動態(tài)改變。在另一種方法中，數(shù)字階梯大小值可以存儲而且對應(yīng)于電荷泵上拉和下拉電流電平而分別適配，以便保證數(shù)字重建信號精確地對應(yīng)于主積分電容器所進(jìn)行的電荷的模擬積分。但是，在這種方法中，可能必須對應(yīng)于不同的電荷泵電流電平而具有多個適配值，這是一個復(fù)雜因素。這些現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)可以通過使用根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的平衡增量調(diào)制變換來減輕。
揭示的內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是通過揭示一種包括兩個雙極性電荷泵的平衡增量調(diào)制器克服上述缺點(diǎn)，這兩個電荷泵在相反方向上使能以便在不同方向上對兩個類似的電容器充電或放電。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)一個電容器上的電壓被拉高時另一個電容器上的電壓被拉低，反之亦然。電容器上的電壓差由一個比較器來檢測，以確定需要哪個方向的充電/放電，以此保持兩個電容器上的電壓盡可能地接近。由于啟動電荷泵而引起的電壓差的改變總是帶來一側(cè)的上拉電流以及另一側(cè)的下拉電流，本發(fā)明對上拉和下拉裝置之間的不匹配不敏感。
這種不敏感通過使用分立的共模傳感器而進(jìn)一步地增強(qiáng)了，該傳感器檢測兩個電容器的平均電壓，并控制每個電荷泵上的漏電流調(diào)整源使得共模電壓被保持接近中點(diǎn)。這樣，電荷泵可以編程到的最低可用電流大小不受漏電流限制，而是受至少少一個數(shù)量級的漏電流差值限制。這樣，可以提供具有改進(jìn)動態(tài)范圍的增量調(diào)制變換。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，揭示了一種平均增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。第一積分器裝置產(chǎn)生第一輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時上升，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時下降。第二主積分裝置產(chǎn)生第二輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時下降，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時上升。差分裝置響應(yīng)第一和第二輸出信號之間的差值并產(chǎn)生第一和第二控制信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，揭示了一種改進(jìn)的零差無線接收機(jī)，正交下變頻裝置使用天線接收無線電信號并以相應(yīng)反轉(zhuǎn)的I和Q分量產(chǎn)生信號的同相和正交分量。第一平衡增量調(diào)制器變換裝置具有I分量和反轉(zhuǎn)I分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第一上/下命令序列。第二平衡增量調(diào)制器變換裝置具有Q分量和反轉(zhuǎn)Q分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第二上/下命令序列。壓擴(kuò)裝置響應(yīng)第一和第二上及下命令序列以產(chǎn)生控制第一和第二增量調(diào)制器的階梯大小值。第一重建器裝置響應(yīng)第一上/下序列，從I累加器中增加或減去階梯大小。第二重建器裝置響應(yīng)第二上/下序列，從Q累加器中增加或減去階梯大小。
附圖的簡要描述本發(fā)明現(xiàn)在參考發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例做更詳細(xì)的描述，通過舉例的方式給出，并在所附的圖中進(jìn)行說明，其中

圖1說明現(xiàn)有技術(shù)的增量調(diào)制輸入電路；圖2說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的帶共模調(diào)整的平衡壓擴(kuò)增量調(diào)制器；圖3說明一個有源麥克風(fēng)與所發(fā)明的平衡轉(zhuǎn)換器的連接；圖4說明在圖3中提供電源噪聲抑制的另一種電路；以及圖5說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的零差接收機(jī)。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1說明現(xiàn)有技術(shù)的增量調(diào)制器輸入電路裝置，如美國專利申請No.08/120,426中所揭示的，在這里結(jié)合作為參考。具有瞬時電壓輸出Vs信號電壓源11連接到主積分器12的一端，該積分器具有與電壓源11相反的電壓量Vc。電壓Vs減去Vc的差值出現(xiàn)在電容器12的另一端并連接到比較器13的一個輸入和電荷泵電路15的輸出。另一個比較器輸入連接到一個固定參考電壓，它可以很方便地是電源電平和Vcc/2電壓之間的中值。如果比較器13檢測到電壓Vs減去Vc的差大于參考Vcc/2，比較器輸出高電平或二進(jìn)制“1”。但是如果比較器13檢測到差值電壓小于參考Vcc/2，比較器輸出低電平或二進(jìn)制“0”。這個輸出值以規(guī)則間隔抽樣進(jìn)入以規(guī)則時鐘脈沖觸發(fā)的D觸發(fā)器14。如果觸發(fā)器14的抽樣輸出是高，那么電荷泵15通過放出下拉電流減去Vs減Vc的電壓差。但是，如果觸發(fā)器14的抽樣輸出是低，那么電荷泵15通過放出上拉電流減去電壓差。這樣，Vs減去Vc的電壓差被保持為盡可能地接近參考電壓Vcc/2，此時比較器13輸入和電荷泵15輸出最優(yōu)選地工作。
當(dāng)輸入電壓Vs不變時，希望觸發(fā)器14的輸出在序列101010101中的高和低電平或1和0之間變化，這稱為空閑模式?？臻e模式使電荷泵交替地將電容器12上的電荷Vc升高和降低，以便Vs減去Vc的電壓差在參考電壓Vcc/2附近徘徊。但是，這只在上拉和下拉電流精確相等時才會出現(xiàn)，如果下拉期間拉出電容器的電荷精確地等于上拉期間加上的電荷就會更精確。但是，精確的相等在實(shí)際中是不能得到的。因此，空閑模式101010101伴隨Vs減去Vc的電壓差在一個方向上緩慢的漂移，使得遲早會需要附加一個1或0來糾正該漂移。因此可能出現(xiàn)101010110101011010或1010100101010010101001這樣的空閑模式。當(dāng)這些序列加到上/下計(jì)數(shù)器或數(shù)字積分器以通過美國專利No.5,241,702中描述的數(shù)字重建來重建信號電壓時，通過加上或減去一個小的階梯值該重建值將不會在恒定電壓附近振蕩，但是每次遇到兩個連續(xù)比特時會前進(jìn)兩個階梯，這樣引起該值向一個方向漂移，這是不希望出現(xiàn)的。
本發(fā)明通過圖2所示的改進(jìn)的平衡電路來減輕這個問題。兩個類似于圖1揭示的電路分別通過主積分器電容21和22以及電荷泵23和24來構(gòu)成。電荷泵23和24通過驅(qū)動電路31在相反方向驅(qū)動，使電荷泵23上拉而電荷泵24下拉，反之亦然。上拉和下拉電流的不等需要同等地加到兩側(cè)，因?yàn)閮蓚€電路幾乎可以完全一樣地構(gòu)造在同一集成電路襯底上。因此，在10101010空閑模式期間電容21上的電壓漂移趨勢將匹配為電容22上相等的電壓漂移趨勢，這樣差分對29檢測的差值將不會覺察到漂移。來自差分對29的放大并校正了漂移的電壓加到標(biāo)準(zhǔn)比較器電路的輸入，例如圖1的模塊3中所示的那個比較器，其輸出被例如觸發(fā)器4的觸發(fā)器提供時鐘，以便確定電荷泵23和24是否將反轉(zhuǎn)它們的電流方向。
盡管兩個電容器21和22具有相等的漂移方向趨勢，但是不能允許它們的電壓不確定地向同一方向漂移。因此，除了使用差分放大器29檢測差值電壓，也檢測共模電壓并提供給共模反饋電路30，根據(jù)所需的漂移方向調(diào)整電流源25和27或26和28以便在合理范圍內(nèi)維持共模電壓。此外，輸入信號源20不必具有平衡輸出。單端信號源可以連接到平衡增量調(diào)制器的一側(cè)，其另一側(cè)連接到地或參考電位。
但是，當(dāng)用于與平衡信號源連接以實(shí)現(xiàn)共模噪聲抵消時所發(fā)明的平衡變化器提供了最佳性能，該噪聲可能出現(xiàn)在集成電路芯片內(nèi)部或從外部連接上拾取。圖3表示可以如何使用現(xiàn)有的2端有源麥克風(fēng)傳感器產(chǎn)生變換器的平衡信號源。壓電器件31典型地連接到具有漏極負(fù)載電阻35的結(jié)型FET晶體管放大器33。通過在設(shè)備的地線A加上相等的電阻34，在A和B端得到平衡反相輸出信號，它們可以通過主積分器電容C11、C12連接到圖2中所發(fā)明的平衡增量調(diào)制電路。
圖4中說明的另一種裝置可用于實(shí)現(xiàn)Vcc線上改進(jìn)的電源噪聲抵消，通過選擇電阻器R1、R2和R3使點(diǎn)A和B上出現(xiàn)的電源噪聲相等并同相來實(shí)現(xiàn)。然后這個共模信號被平衡變換器電路抑制。R1、R2和R3的實(shí)際值可以由本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員通過使用模擬電路模擬程序并設(shè)置R3的第一近似值等于1/Gm-Gm是FET的跨導(dǎo)—來確定，將R2設(shè)置為等于R1-1/Gm從而提供平衡信號輸出。
對本領(lǐng)域一般技術(shù)人員很顯然的是本發(fā)明可以合并以產(chǎn)生改進(jìn)的壓擴(kuò)增量調(diào)制器以及這樣的裝置對于零差接收機(jī)中I和Q數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可以很好地與美國專利No.5,241,702中揭示的技術(shù)以及美國專利申請No.07/967,027中描述的多模信號處理技術(shù)結(jié)合，它們在這里結(jié)合作為參考以提供圖5中所示的模擬或數(shù)字調(diào)制無線信號的接收機(jī)。
圖5表示接收信號的天線41以及排除強(qiáng)帶外信號并防止這樣的信號使低噪聲放大器42飽和的濾波器42。來自低噪聲放大器43的放大信號驅(qū)動兩個連接到正交本振46的正交混頻器44和45，正交本振受頻率合成器的控制，中心頻率在所需的信號頻率上。振蕩器信號到天線41的不需要的耦合代表了對所需信號的相干干擾而且是正交混頻器44和45的輸出表現(xiàn)出DC偏移的主要原因，它可比所需信號大幾個數(shù)量級。這些偏移在模數(shù)轉(zhuǎn)換處理過程中通過應(yīng)用美國專利No.5,241,702所揭示的技術(shù)用差分去掉，后面跟隨模塊50、51或52中的數(shù)字域重建。所發(fā)明的平衡增量調(diào)制是一種在AD轉(zhuǎn)換過程中完成差分的改進(jìn)方法，而且由都可以根據(jù)圖2設(shè)計(jì)的模塊47和48執(zhí)行。美國專利No.5,241,702揭示了公用階梯大小壓擴(kuò)電路49，同時控制I轉(zhuǎn)換器47和Q轉(zhuǎn)換器48的階梯大小。然后在各個增量PCM轉(zhuǎn)換器50和51中應(yīng)用所確定的階梯大小，轉(zhuǎn)換器用在這里結(jié)合作為參考的美國專利申請No.08/120,426中所揭示的原理重建I、Q信號的二進(jìn)制表示。數(shù)字化的二進(jìn)制I、Q信號可以進(jìn)行處理以便按照美國專利申請No.07/967,027中揭示的技術(shù)根據(jù)AMPS格式提取模擬頻率調(diào)制或根據(jù)美國數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)IS54提取數(shù)字調(diào)制。此外，多模信號處理可以根據(jù)GSM數(shù)字蜂窩標(biāo)準(zhǔn)提取信號。這只需要為平衡低通濾波器53和54提供合適的帶寬并恰當(dāng)?shù)剡x擇抽樣率。轉(zhuǎn)換器50和51輸出處的I和Q的恰當(dāng)抽樣率是例如對于AMPS為80KHz，IS54為194.4KHz，而GSM為270.833KHz。
本發(fā)明包括獨(dú)立控制其它類似的共模調(diào)整電流源25和27或26和28的另一個選項(xiàng)，以便分別補(bǔ)償電荷泵13和14上拉/下拉電流失配造成的差值以及它們的漏電流造成的差值，它們限制了最低可用的電流大小。例如，這可以在驅(qū)動電路31不啟動任何電荷泵的期間執(zhí)行，已知此時漏電流占主導(dǎo)地位。所說明的來自比較器的可選反饋線路可以被共模調(diào)整電路30用于不等地調(diào)整電流源26和28或25和27，使得由于漏電流失配造成的共模和差模漂移可以被補(bǔ)償。但是，即使沒有這種細(xì)調(diào)，本發(fā)明也對上述電路漂移和動態(tài)范圍限制提供了至少一個數(shù)量級的降低。
當(dāng)本發(fā)明的特定實(shí)施例被描述和說明時，應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員可以對其進(jìn)行修改。本申請考慮落入下面所揭示和權(quán)利要求的發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的任何以及所有的修改。
權(quán)利要求
1.一種平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括第一主積分器裝置，產(chǎn)生第一輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號上升，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號下降；第二主積分器裝置，產(chǎn)生第二輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號下降，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號上升；以及響應(yīng)所述第一和第二輸出信號之間差值并產(chǎn)生所述第一或第二控制信號的差分裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，還包括共?？刂蒲b置，在所需范圍內(nèi)維持所述第一和第二輸出信號的均值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一和第二主積分器每個都包括一個連接于所述控制信號所控制的電流源的電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述的至少一個電容的沒有連接到所述電流源的另一端連接到一個輸入，以便信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述電容器沒有連接到所述電流源的端連接到具有反轉(zhuǎn)和非反轉(zhuǎn)輸出的平衡信號源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述第一和第二主積分器輸出信號中的一個或兩個也根據(jù)輸入信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述共?？刂蒲b置包括輔助電流源，分別連接到所述第一和第二主積分器并在電流大小和方向上受控以便穩(wěn)定共模漂移。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述輔助電流源也受控以防止由于漏電流不相等而造成的所述第一和第二輸出電壓之間差值的偏移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，當(dāng)所述第一或第二控制信號沒有加到所述積分器上時，調(diào)整所述差值漂移控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，所述差值漂移控制獨(dú)立工作在所述第一或第二控制信號上。
11.一種平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括第一主積分器裝置，產(chǎn)生第一輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號上升，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號下降；第二主積分器裝置，產(chǎn)生第二輸出信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號下降，當(dāng)?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時該信號上升；以及在所需范圍內(nèi)維持所述第一和第二輸出信號均值的共?？刂蒲b置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的平衡增量調(diào)制器電路，還包括，響應(yīng)所述第一和第二輸出信號之間差值而產(chǎn)生所述第一或第二控制信號的差分裝置。
13.一種改進(jìn)的零差無線電接收機(jī)裝置，包括正交下變頻裝置，使得用天線接收無線電信號并產(chǎn)生所述信號的同相I和正交Q分量以及相位反轉(zhuǎn)的I、Q分量；第一平衡增量調(diào)制器轉(zhuǎn)換裝置，具有I分量和反轉(zhuǎn)I分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第一上/下命令序列；第二平衡增量調(diào)制器轉(zhuǎn)換裝置，具有Q分量和反轉(zhuǎn)Q分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第二上/下命令序列；壓擴(kuò)裝置，響應(yīng)所述第一和第二上/下命令序列而產(chǎn)生控制所述第一和第二增量調(diào)制器的階梯大小值；第一重建裝置，響應(yīng)所述第一上/下命令序列，從I/Q累加器中增加或減少所述的階梯大小；以及第二重建裝置，響應(yīng)所述第二上/下命令序列，從Q累加器中增加或減少所述的階梯大小。
14.一種改進(jìn)的零差無線電接收機(jī)裝置，包括正交下變頻裝置，使用天線接收無線電信號并產(chǎn)生所述信號的同相和正交分量；第一平衡增量調(diào)制器轉(zhuǎn)換裝置，具有所述I分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第一上/下命令序列；第二平衡增量調(diào)制器轉(zhuǎn)換裝置，具有所述Q分量的輸入，以規(guī)則時鐘速率產(chǎn)生第二上/下命令序列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的一種改進(jìn)的零差接收機(jī)，其特征在于，所述平衡增量調(diào)制器使用可變階梯大小。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的一種改進(jìn)的零差接收機(jī)，其特征在于，所述平衡增量調(diào)制器包括共模控制裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的一種改進(jìn)的零差接收機(jī)，其特征在于，所述平衡增量調(diào)制器包括共模控制裝置。
全文摘要
揭示了一種平衡增量調(diào)制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。第一主積分器產(chǎn)生第一輸出信號,當(dāng)產(chǎn)生第一控制信號時該信號上升,當(dāng)產(chǎn)生第二控制信號時該信號下降。第二主積分器產(chǎn)生第二輸出信號,當(dāng)產(chǎn)生第一控制信號時該信號下降,當(dāng)產(chǎn)生第二控制信號時該信號上升。然后基于第一和第二輸出信號之間的差值產(chǎn)生第一和第二控制信號。
文檔編號H04L27/22GK1183864SQ96193773
公開日1998年6月3日 申請日期1996年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月9日
發(fā)明者P·W·登特 申請人:艾利森公司