專利名稱：一種通信系統(tǒng),通信裝置和頻率綜合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在權利要求1前序中所概述的一種頻率綜合器。
本發(fā)明還涉及一種通信系統(tǒng)和通信設備。
J.Crols等在“一種具有高性能低-IF布局的單片900MHz CMOS接收機前端”(IEEE Journal of Solid State Circuits，Vol.30，No.12 1995年12月，pp1483-1492)中描述了實現(xiàn)一種全集成高性能的接收機，包括一個向下變頻的RF(射頻)頻率綜合器。且不說在一個包括這樣一種頻率綜合器的通信設備或系統(tǒng)中的若干功能電路的集成度要求，其主要問題之一是該種綜合器的過高的功率損耗，而Crols等未加說明。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種低功耗的頻率綜合器，卻不影響其要求的集成度。
為此，按本發(fā)明的頻率綜合器具有在權利要求1中概述的特征。
在此要指出的是從JP-A-63-84320了解在一頻率綜合器中包括連接到單個本地振蕩器混頻器裝置的頻率倍增器，該混頻裝置連接到一個頻率可變的鎖相環(huán)的參考晶振鎖相環(huán)控制并行裝置和一第三鎖相環(huán)。這種已知的微波頻段頻率綜合器并未公開RF混頻裝置而僅公開一個頻率可變鎖相環(huán)，而另外的并行鎖相環(huán)被認為提供一個固定的頻率，而因此不提供同時的頻率選擇。
按本發(fā)明的頻率綜合器的優(yōu)點在于，由于參考頻率相對地高，在該參考頻率上頻段和同時現(xiàn)用信道選擇在實際實現(xiàn)該頻率綜合器方面提供了降低反比于工作頻率的功耗的可能性。另外這種綜合器原理具有放松VCO噪聲要求的固有的可能性，那就是存在例如壓控振蕩器(VCOs)應用在本地頻段和信道裝置中的振蕩器頻譜中的邊帶噪聲。對噪聲要求的降低將進一步降低所說已降低了的功耗，這是由于信號對噪聲的比越高，遵守此比值的功耗越大。
由于在例如尋呼機，可攜電話其它種種中該頻率綜合器可攜的或移動的應用，已增加包含在通信設備中電池的壽命。
按本發(fā)明的頻率綜合器的進一步的優(yōu)點在于，只要在本地振蕩裝置中使用I和Q路徑對，可以容易地將可應用的準確的寬帶90°移相器集成為一比二分配器。該分配器可以是能用在該本機振蕩器混頻器裝置中的鎖相環(huán)分配器的完整部分。這就免除了在該本機振蕩器混頻器裝置中需要用準確的外部移相器。特別在多頻段應用中，該本機振蕩器混頻器裝置可能要求調(diào)諧元件。
在按本發(fā)明的鎖相環(huán)的頻率綜合器的實施例中，實際上使用單獨的鎖相環(huán)。就綜合的無線電原理而論，這給出了一種新的結(jié)構(gòu)，即在高頻范圍，第一鎖相環(huán)提供第一本地振蕩信號，第一鎖相環(huán)還可以是寬帶的，以清除上述VCO的邊帶噪聲，該邊帶噪聲現(xiàn)在可以源于相對有噪聲的、從而低功率的、完全集成的第一鎖相環(huán)。同時在該本地振蕩器裝置中同該第一本地振蕩器信號混頻的-第二本地振蕩器信號提供頻道選擇。
按本發(fā)明的每一頻率綜合器的實施例，使用一個頻率分配裝置，連接在本地振蕩器混頻裝置和兩個單獨的鎖相環(huán)之間。有利的結(jié)果是該頻率分配裝置的各自的分頻比(實際中為2)將降低每個VCO的邊帶噪聲。特別是對全集成LC振蕩器，由于所應用線圈的Q系數(shù)增加，高的振頻率導致VCO的相對低的功耗。該相對高的VCO頻率要求允許集成在較小片面積上的自身小巧的電感。
在一優(yōu)選實施例中，該頻率分配裝置通常容易實施成具有可編程頻率分配比的集成分配器。當應用于(遠程)通信設備和系統(tǒng)中時，例如無線電傳輸系統(tǒng)，音頻和/或視頻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，遙測系統(tǒng)，局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，無繩或蜂窩尋呼或電話系統(tǒng)，用于移動通信的車輛收發(fā)信機，或一移動網(wǎng)的無線電基站中的收發(fā)信機，按本發(fā)明的頻率綜合器在實際應用以及其頻段和選擇值方面提供了大的靈活性。
現(xiàn)在在參考附圖的同時進一步說明按本發(fā)明的頻率綜合器及其在各種類型的通信設備和系統(tǒng)中的應用，同時伴隨著其附加的優(yōu)點，其中相同的元件用相同參考號數(shù)表示。
圖1表示按本發(fā)明的頻率綜合器的一個合理的實施例的詳細的電路，這里應用于接收機；圖2表示應用于圖1頻率綜合器的一本地振蕩器混頻器裝置中的混頻器的合理的雙重正交電路；以及圖3示意地表示具有通信設備的一個(遠程)通信系統(tǒng)，該通信設備備有按本發(fā)明的一個頻率綜合器。
圖1表示用在部分表示的接收機2中的頻率綜合器1。接收機2包括連接到頻率器和增益裝置4的天線3，連接到所說裝置4的RF混頻器裝置5和連接到RF混頻器裝置5的本地振蕩器裝置6。既可用模擬方式也可用數(shù)字方式實施的該接收機2的其余部分本質(zhì)上是已知的，因而在此不加描述。天線3接收的RF信號(fRF)經(jīng)濾波，放大，以及同來自振蕩器裝置6的本地振蕩器信號混頻產(chǎn)生合理的IF信號，之后在該接收機2的其余部分中進一步加以處理。接收機2既可實施成一個低-IF接收機，一個零-IF接收機，又可實施成一個IF接收機，例如一個已知的超外差接收機。如圖1中所示，RF混頻器裝置5的結(jié)構(gòu)可以包括一個混頻器或兩個并行的正交混頻器結(jié)構(gòu)，而一種四個并行的正交混頻器結(jié)構(gòu)雖合理但似乎不多見。當然例如在發(fā)射機或收發(fā)信機中用下變頻以及上變頻對頻率綜合器1的應用而言都是合理的。
本地振蕩器裝置6包括按第一本地振蕩器裝置7方式的頻帶選擇裝置以及按第二本地振蕩器裝置8方式的信道選擇裝置。本地振蕩器裝置6還包括連接到頻帶和信道選擇裝置7和8的本地振蕩器混頻器裝置9。賴于RF混頻器裝置5的實施，本地振蕩器混頻器裝置9在其輸出端10提供一個單一的或正交(I和Q)本地振蕩器信號，輸出端10連接到RF混頻器裝置5。這種輸出端10提供同時表示一頻帶頻率以及一信道頻率選擇振蕩器信號的本地振蕩器信號，在說明書后面將說明其工作情況。
頻帶和信道選擇裝置實施成鎖相環(huán)7和8。第一鎖相環(huán)(PLL)7包括第一壓控振蕩器(VCO)11，用于提供頻率為fVCO1的信號，第一頻率分配器12，頻率分配比為P1，連接到VCO11，用于提供頻率為fLO1的信號。信號fLO1通過PLL7中的第二頻率分配器13饋送到在圖1中實施成簡單第一混頻器14的相位檢測器，該混頻器14具有一輸出端15，用于將一控制信號通過環(huán)路濾波器16提供到VCO11的頻率控制輸入端17。分配器13具有頻率分配比P2。類似地，第二鎖相環(huán)(PLL)8包括第二壓控振蕩器(VCO)18，用于提供頻率為fVCO2的信號，一第三頻率分配器19具有頻率分配比M1并連接到VCO18用于提供頻率為fLO2的信號。信號fLO2通過PLL8中的第四頻率分配器20饋送到在圖1中所示的實施成簡單第二混頻器21的另一相位檢測器，該混頻器21具有一輸出端22，用于將一控制信號通過環(huán)路濾波器23提供到VCO18的頻率控制輸入端24。分配器20具有頻率分配比M2。相位檢測器在實施成混頻器14和21的情況下分別具有另一輸入端25和26。在一實施例中，頻率綜合器1包括一穩(wěn)定參考振蕩器，例如晶體振蕩器27，提供穩(wěn)定頻率fref，并通常具有AFC提供頻率偏移補償。該振蕩器27連接到輸入端25，并通過頻率分配比為R的第五頻率分配器28連接到輸入端26。
最好上述分配器12，13，19，20和28的任一個或每一個都具有可編程的頻率分配比(可以是整數(shù)或分數(shù))，該比值提供頻率選擇的靈活性。在實踐中，第三頻率分配器19的頻率分配比是可編程的，使得對于其中使用頻率綜合器1的接收機或發(fā)射機的所有頻段對fVCO2能選擇復蓋所說頻帶的最佳頻率范圍，而同時VCO18的振蕩頻率范圍保持相同。
如圖1中所示的頻率綜合器1的實施例還備有分別連接在單獨的PLL7和8之間的另外的頻率分配裝置29和30。這些分配裝置29和30實施成簡單的集成移相器-容易對盡可能正交的本地振蕩器混頻器裝置9提供可用作振蕩器輸入信號的正交輸出信號，而并不要求施加熟知的準確的90°移相器對本地振蕩器混頻裝置9提供必須正交的振蕩器信號。裝置29和30主要被考慮成容易實施的且最好是寬帶的移相器。這樣的移相器可包括有源或無源RC/LC網(wǎng)絡以提供上述正交的輸出信號。
圖2公開一種四個混頻器a，b，c和d的合理的雙重正交電路，其輸入端分別連接到源自所說裝置29和30的各自的I和Q信號，其輸出端連接到各自的加法器e和f，每個加法器具有各自的輸出端，用于將I和Q信號提供到本地振蕩器混頻器裝置10的輸出端。在RF混頻器裝置5表示一個混頻器結(jié)構(gòu)的情況下，能省去加法器e和f之一個，并且可刪除連接的混頻器對。賴于在輸出信號的加法器e，f中的相加的符號，輸出端10上的輸出信號提供了對上或下頻率邊帶分量(fLO1/2)+/-fLO1/2的抑制。
以下表1指出了對所示實施例的工作頻率的合理選擇，例如對于從130MHz-930MHz的RF頻率范圍中的尋呼操作是特別有利的。
表1通過改變頻率分配比P1和P2同時保持P1*P2恒定，對于選擇和復蓋的不同頻段能產(chǎn)生不同的LO1頻率。PLL7是寬帶的，由環(huán)路濾波器16所確定，而VCO的邊帶噪聲由環(huán)路本身加以凈化。使用相對高的67MHz的fref為的是放松環(huán)路濾波器16的寄生抑制要求。由于高的參考頻率，第二PLL8用于信道選擇。選擇較低頻率的VCO18使得在相對低的功率上實現(xiàn)低噪聲的VCO18，或同分配器19和20組合使用相對有噪聲的高頻的VCO18。分配器19用其頻率分配比來降低VCO18的邊帶噪聲，從而降低頻率綜合器1中的功耗，因為一般地說一個VCO的功耗隨載波對噪聲的比增加。因此提供一個容易集成的低功率的方案。按照愿望，通過M1增加為6-10可有利地選擇約2GHz的VCO18的輸出振蕩器頻率fVCO2。
圖3表示一個遠程通信系統(tǒng)31，包括若干備有1個或多個頻率綜合器1的收發(fā)信機32。該遠程通信系統(tǒng)31可以是一個無線電傳輸系統(tǒng)，音頻和/或視頻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，遙測系統(tǒng)，地面/衛(wèi)星系統(tǒng)或一個局域網(wǎng)。這種收發(fā)信機1也可應用在無繩的或蜂窩電話系統(tǒng)中，以及手機、移動通信的車輛收發(fā)信機、一移動網(wǎng)的無線電基站的可攜設備或收發(fā)信機中。
鑒于以上說明，對本專業(yè)人員明顯的是在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以作出各種修改，該精神和范圍由以下所附權利要求所確定，另外本發(fā)明并非局限于所提供的例子。
權利要求
1.一頻率綜合器包括RF混頻器裝置，以及連接到該RF混頻器裝置的本地振蕩器裝置，其特征在于本地振蕩器裝置包括連接到RF混頻器裝置的本地振蕩器混頻器裝置，以及連接到該本地振蕩器混頻器裝置的頻帶和信道選擇裝置。
2.如權利要求1的頻率綜合器，其中頻帶和信道選擇裝置包括鎖相環(huán)裝置。
3.如權利要求2的頻率綜合器，其中鎖相環(huán)裝置包括兩個單獨的鎖相環(huán)。
4.如權利要求1，2或3的頻率綜合器，其中該頻率綜合器包括連接到頻帶和信道選擇裝置的一穩(wěn)定參考振蕩器。
5.如權利要求4的頻率綜合器，其中該頻率綜合器包括連接在本地振蕩器混頻器裝置和兩個單獨的鎖相環(huán)之間的頻率分配裝置。
6.如權利要求2、3、4或5的頻率綜合器，其中鎖相環(huán)裝置包括另一頻率分配裝置。
7.如權利要求5或6的頻率綜合器，其中另一合理的頻率分配裝置備有其頻率分配比可編程的分配器。
8.如權利要求1的頻率綜合器，其中RF混頻器裝置和/或本地振蕩器混頻器裝置包括單個的、正交或雙重正交的混頻器裝置。
9.一通信設備包括一個或多個發(fā)射機，一個接收機或收發(fā)信機，每個通信設備包括如權利要求1-8之任一權利要求的一頻率綜合器，該頻率綜合器包括RF混頻器裝置，以及連接到該RF混頻器裝置的本地振蕩器裝置，其特征在于本地振蕩器裝置包括連接到RF混頻器裝置的本地振蕩器混頻器裝置，以及連接到該本地振蕩器混頻器裝置的頻帶和信道選擇裝置。
10.如權利要求9的通信設備，其中，RF混頻器裝置實施成零-IF，低-IF，雙重轉(zhuǎn)換零-IF，雙重轉(zhuǎn)換低-IF，或標準的超外差混頻器裝置。
11.一通信系統(tǒng)，包括至少一個由權利要求9或10要求的通信設備，其中通信系統(tǒng)是一個無線電傳輸系統(tǒng)，音頻和/或視頻系統(tǒng)，一個控制系統(tǒng)，一個遙測系統(tǒng)，一個地面/衛(wèi)星系統(tǒng)，一個局域網(wǎng)，一個無繩或蜂窩尋呼或電話系統(tǒng)，一個用于移動通信的車輛收發(fā)信機，或一個移動網(wǎng)的無線電基站中的收發(fā)信機。
全文摘要
所示頻率綜合器包括RF混頻器裝置,以及連接到該RF混頻器裝置的本地振蕩器裝置。本地振蕩器裝置包括連接到RF混頻器裝置的本地振蕩器混頻裝置,以及連接到該本地振蕩器混頻器裝置的頻帶和信道選擇裝置。這個原理允許該頻率綜合器按這樣一種方式集成,其中功耗能夠做得很低。同時,遵循要求的信號對噪聲以及寄生對噪聲的比。優(yōu)點涉及在集成低功率通信設備中的應用。
文檔編號H04B1/26GK1246989SQ98802290
公開日2000年3月8日 申請日期1998年11月30日 優(yōu)先權日1997年12月5日
發(fā)明者A·范貝佐伊詹 申請人:皇家菲利浦電子有限公司