專利名稱：具有干擾降低的集成的多模帶通希格馬－德耳塔接收機(jī)子系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及無線接收機(jī)，特別是涉及集成的數(shù)字無線接收機(jī)子系統(tǒng)。
背景本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道具有兩個混頻器的雙重變換的無線接收機(jī)利用通用的外差式過程來轉(zhuǎn)換輸入的射頻(RF)信號。通常利用諸如揚(yáng)聲器的某種變換器將RF信號檢測、轉(zhuǎn)換和放大成聽得到的格式。從

圖1的現(xiàn)有技術(shù)可以看出，已知的集成無線接收機(jī)后端或第二中頻級10包括中頻信號輸入11，中頻信號輸入11由前置放大器13放大并提供給混頻器15，在混頻器15中中頻信號輸入11與一個來自受時鐘合成器19控制的本機(jī)振蕩器合成器17的信號混頻。合成的第二中頻信號接著由帶通希格馬-德耳塔(∑-Δ)轉(zhuǎn)換器21處理，這里第二中頻信號被噪聲整形并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。然后利用離散時間濾波23過濾轉(zhuǎn)換器信號的不希望的帶外成分。此后，利用變頻器25和來自時鐘合成器19的本地振蕩器處理第二中頻信號并將其混頻到基帶。利用另一個離散時間濾波器29濾波此合成信號的不希望的成分，離散時間濾波器29的輸出提供給并串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器33和輸出35。為了限制到∑-Δ轉(zhuǎn)換器21的輸入信號，利用自動增益控制(AGC)電路保持∑-Δ轉(zhuǎn)換器在＂夾子＂之外和減少信號失真。
因此，從圖1可以輕易地看出，目前的無線接收機(jī)極大地增加了其復(fù)雜性，這些無線接收機(jī)不僅被高度集成還將模擬信號轉(zhuǎn)換成它們可以操作和/或數(shù)字處理的以用作聽得到的信息或數(shù)據(jù)的數(shù)字格式。
關(guān)于這種高度集成的數(shù)字無線接收機(jī)的典型問題在于在一個集成封裝件中除了數(shù)字模式的希格馬-德耳塔轉(zhuǎn)換器之外還提供后端，即第二中頻(IF)部件。諸如模擬或集總濾波器(諸如感應(yīng)線圈電容器(LC)濾波器或陶瓷諧振器)的具體障礙在于使這些集成電路難以使用和實(shí)現(xiàn)。因此，需要提供一種高度集成的數(shù)字/模擬RF接收機(jī)后端，其并入可與其它接收機(jī)系統(tǒng)兼容使用和提供優(yōu)良性能特性的集成濾波器和智能增益控制。
附圖的簡短描述圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)使用的后端無線接收機(jī)操作圖的方框圖，該后端無線接收機(jī)使用單個模式的希格馬-德耳塔轉(zhuǎn)換器。
圖2是表示超級外差式接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方式的方框圖，該超級外差式接收機(jī)使用多模希格馬-德耳塔接收機(jī)子系統(tǒng)200。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明具有干擾降低的多模希格馬-德耳塔接收機(jī)子系統(tǒng)的方框圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在參見圖2，數(shù)字雙重變換射頻(RF)接收機(jī)50通常的方框圖包括通常也稱作接收機(jī)前端的接收機(jī)第一中頻級100和通常也稱作接收機(jī)后端的接收機(jī)第二中頻級200。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，接收機(jī)前端100包括通過天線101或其它輸入設(shè)備接收的RF信號，通過根據(jù)電子器件的模式轉(zhuǎn)換功率放大器和接收機(jī)之間天線101的天線轉(zhuǎn)換開關(guān)103提供該輸入設(shè)備。帶通濾波器105用于濾波特定通帶之外的不希望的RF信號。該濾波后剩余的信號經(jīng)前置放大器107放大并送入另一個帶通濾波器109以增加選擇性。因此，只有窄帶的RF信號用于第一混頻器111。
第一混頻器111使來自帶通濾波器109的RF信號與穩(wěn)定的本地振蕩器信號113混頻，其輸出用于接收機(jī)后端200。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，來自第一混頻器111的第一中頻(IF)信號產(chǎn)生頻率為輸入信號頻率和與差的信號。因?yàn)橹饕男盘柺遣钚盘?，和信號隨后在后面的接收機(jī)級被過濾掉。為了使來自接收機(jī)前端100的RF信號耦合到接收機(jī)后端200，可利用多極點(diǎn)濾波器115以便以非常低的信號損失為前端100提供中等程度的選擇性。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，多極點(diǎn)濾波器115可以是晶體濾波器、表面聲波(SAW)濾波器等等。由于帶通希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的寬泛的動態(tài)范圍，可以允許寬頻帶的晶體或SAW濾波器。這具有降低大小和成本的優(yōu)點(diǎn)。
圖3中，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，具有干擾降低的多模帶通希格馬-德耳塔(∑-Δ)接收機(jī)子系統(tǒng)200包括提供給第一IF放大器203的第一IF信號輸入201，可用自動增益控制(AGC)輸入控制第一IF放大器203的增益。到第一IF放大器的IF信號輸入典型在10MHz和400MHz之間。由于可以使用寬范圍的第二IF頻率，這可以幫助減少與板上振蕩器或合成器的任何潛在的干擾，因?yàn)榭梢钥刂频健?Δ轉(zhuǎn)換器215的輸入信號。然后用從可編程第二本地振蕩器(LO)合成器207、壓控振蕩器(VCO)和環(huán)路濾波器209來的輸入與該放大的第一IF信號混頻。
希望第二混頻器的輸出產(chǎn)生到下面討論的∑-Δ轉(zhuǎn)換器215的較低頻率的輸入。利用第二IF放大器213放大第二IF信號，也利用下文討論的AGC信號控制第二IF放大器213的增益。第二IF放大器213還提供反混疊濾波器(AAF)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，當(dāng)根據(jù)奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)取樣信號波形時出現(xiàn)寄生或混疊信號。混疊信號可以被生成或＂折回＂頻帶內(nèi)，爾后干擾或降低后續(xù)接收機(jī)放大級和處理的性能。為了去掉這些混疊信號，最經(jīng)常使用連續(xù)的時間濾波技術(shù)。
第二IF放大器213的輸出然后提供給多模帶通∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)215。利用∑-Δ轉(zhuǎn)換器215和電壓基準(zhǔn)219從其輸入的模擬信令生成數(shù)字信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出∑-Δ轉(zhuǎn)換器提供許多優(yōu)點(diǎn)。由于該轉(zhuǎn)換器內(nèi)提供的反饋，在帶寬內(nèi)具有寬泛的動態(tài)范圍。通過集成的開關(guān)電容濾波器網(wǎng)和∑-Δ轉(zhuǎn)換器的前反饋/后反饋參數(shù)確定IF頻帶。此頻帶中心通常在第二IF輸入頻率。因此，通過后續(xù)的數(shù)字濾波器將由模數(shù)轉(zhuǎn)換器刪除帶外生成的任何寄生噪聲。另外，∑-Δ轉(zhuǎn)換器215可操作在各種IF輸入頻率，通過改變時鐘發(fā)生器217的頻率可以很容易地進(jìn)行編程。最后，該∑-Δ轉(zhuǎn)換器215提供多個帶寬選擇并在選擇較低的帶寬模式時提供減少的功耗。特別是，寬帶信號需要更高的取樣率而更高的取樣率需要更高的電耗。多模結(jié)構(gòu)允許節(jié)省由于窄帶和寬帶模式交替轉(zhuǎn)換所必需的電耗。
時鐘發(fā)生器217受可編程時鐘發(fā)生器合成器211和VCO和環(huán)路濾波器212的控制，并用于∑-Δ轉(zhuǎn)換器215和數(shù)字混頻/抽取網(wǎng)221的同步操作?？梢院苋菀椎馗淖兓蛞来尾竭M(jìn)時鐘發(fā)生器217，以使∑-Δ轉(zhuǎn)換器215容納各種輸入的第二IF頻率。
然后來自∑-Δ轉(zhuǎn)換器215的數(shù)字信號以串行比特流的形式用于數(shù)字混頻/抽取網(wǎng)221。數(shù)字混頻器將∑-Δ轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為兩個數(shù)字信號，一種同相信號和正交相信號。抽取網(wǎng)221用于抽取即減少輸入數(shù)字信號(I和Q)的時鐘頻率和數(shù)據(jù)速率，用于后續(xù)的數(shù)字信號處理。結(jié)果，降低數(shù)字信號的取樣速率?，F(xiàn)在必須符合奈奎斯特標(biāo)準(zhǔn)，以避免和/或刪除混疊信號的存在。因此，有必要在可以出現(xiàn)進(jìn)一步處理之前抽取和濾波刪除任何混疊信號，混疊信號是由于此過程產(chǎn)生的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，數(shù)字濾波希望去掉任何帶外信號或噪聲。此可編程能力提供細(xì)心布置寄生響應(yīng)而不降低接收機(jī)性能的裝置。
在抽取網(wǎng)221的輸出，同相(I)和正交(Q)位流都用于格式化網(wǎng)223。格式化網(wǎng)223具有經(jīng)串行外圍接口(在下文中討論)編程配置的輸出，以便除了傳統(tǒng)的單端電壓模式輸出之外還能輸出差分電流模式或差分電壓模式。格式化網(wǎng)用于組織或格式來自串行I和Q位流的數(shù)據(jù)，由連接到數(shù)字輸出233的數(shù)字信號處理機(jī)(DSP)(未示出)解釋串行I和Q位流。為了幫助數(shù)據(jù)同步，格式化功能塊223并入工作同步功能。典型地，從同相信息產(chǎn)生16位字，從正交信息產(chǎn)生16位字，產(chǎn)生16位字用于自動增益控制(AGC)信息。同步串行接口用于插入同步信息以確定每個字的開始和結(jié)束部分，以便DSP的后續(xù)使用。
還提供串行的外圍接口(SPI)端口225和相關(guān)的控制邏輯227以可編程的控制多?！?Δ轉(zhuǎn)換器215中數(shù)字信號的限幅電平。這控制可接受極限內(nèi)的輸入電壓值以保持預(yù)定動態(tài)范圍內(nèi)的輸入。DSP通過SPI端口225為受AGC控制的每個部件提供AGC電平的額外控制。此利用控制邏輯227操作，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通過SPI端口225輸入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)?？刂七壿?27利用可編程AGC電路229操作，可編程AGC電路229的數(shù)字輸出信號通過使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器231轉(zhuǎn)換為模擬信號。然后AGC輸出信號用于控制第二IF放大器213、第二混頻器205、第一IF放大器203和多?！?ΔADC215。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯，多模帶通希格馬-德耳塔(∑-Δ)接收機(jī)子系統(tǒng)200的干擾降低部分包括內(nèi)部受控的(mdB)連續(xù)可調(diào)的增益元素和第一IF放大器/混頻器提供的步進(jìn)(ndB每步)增益元素。接收機(jī)子系統(tǒng)經(jīng)SPI端口可編程，因此限制輸入信號到∑-Δ的AGC門限保持在夾點(diǎn)下的＂x＂dB。通過改變轉(zhuǎn)換器的時鐘頻率可編程第二IF頻率。而且，可編程的抽取比被用于允許最終選擇數(shù)字信號處理機(jī)(DSP)中的串行數(shù)據(jù)速率。子系統(tǒng)能在寬帶(大約150kHz帶寬)和窄帶(小于3kHz帶寬)模式中可編程基帶(即關(guān)于直流(DC))帶寬。從窄帶到寬帶操作的開關(guān)提供明顯超出現(xiàn)有技術(shù)其它接收機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于該子系統(tǒng)200能夠多模操作。
因此，本發(fā)明提供一種集成的希格馬-德耳塔射頻接收機(jī)子系統(tǒng)，其包括提供單個和多位輸出的多模希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字混頻器用于利用可編程抽取網(wǎng)創(chuàng)建同相和正交相數(shù)字基帶信號，該可編程抽取網(wǎng)用于減少同相和正交相位流的頻率。最后，可編程格式化網(wǎng)用于組織來自抽取網(wǎng)的同相和正交成分被用于后續(xù)的信號處理。
雖然已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但很明顯本發(fā)明不會受此限制。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說可能出現(xiàn)多種修改、改變、變化、代替和等同物，而沒有偏離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種集成的希格馬-德耳塔射頻(RF)接收機(jī)子系統(tǒng)包括一多模希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于提供單個和多位輸出；一數(shù)字混頻器，用于生成同相(I)和正交相(Q)數(shù)字基帶信號；一可編程抽取網(wǎng)，用于降低同相和正交位流的頻率；和一可編程格式化網(wǎng)，用于組織來自抽取網(wǎng)的同相和正交成分用于后續(xù)的信號處理。
2.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，其中多模希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括集成開關(guān)電容濾波器。
3.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，其中利用自動增益控制(AGC)信號控制多模希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，其中該AGC信號受內(nèi)部控制和通過數(shù)字信號處理。
5.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，進(jìn)一步包括；至少一個混頻器；一混頻放大器，用于放大受至少一個混頻器控制的輸出信號；和其中利用自動增益控制(AGC)信號控制該混頻放大器。
6.如權(quán)利要求I所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，其中該AGC信號在內(nèi)部提供和通過數(shù)字信號處理。
7.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔射頻RF接收機(jī)子系統(tǒng)，進(jìn)一步包括；一可編程時鐘發(fā)生器，用于控制多模希格馬-德耳塔模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入通帶頻率。
8.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔射頻RF接收機(jī)子系統(tǒng)，進(jìn)一步包括；至少一個接口，用于提供來自數(shù)字信號處理機(jī)的編程信息，該數(shù)字信號處理機(jī)用于提供自動增益控制(AGC)信號。
9.如權(quán)利要求1所述的集成的希格馬-德耳塔射頻(RF)接收機(jī)子系統(tǒng)，其中抽取網(wǎng)包括至少一個用于去掉混疊信號的數(shù)字濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的集成的希格馬-德耳塔RF接收機(jī)子系統(tǒng)，其中至少一個數(shù)字濾波器可編程。
全文摘要
一種集成的希格馬－德耳塔射頻(RF)接收機(jī)子系統(tǒng)(200)和方法利用多模希格馬－德耳塔模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(215)以提供單個和多位輸出。可編程抽取網(wǎng)(221)和可編程格式化網(wǎng)(223)還用于組織來自抽取網(wǎng)(221)的同相和正交成分用于后續(xù)的信號處理,可編程抽取網(wǎng)(221)用于降低同相和正交相位流的頻率。本發(fā)明提供一種高度集成的數(shù)字/模擬RF接收機(jī)后端,其并入可與其它接收機(jī)系統(tǒng)兼容使用和提供優(yōu)良性能特性的集成濾波器和智能增益控制。
文檔編號H04B1/28GK1359578SQ99812334
公開日2002年7月17日 申請日期1999年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月19日
發(fā)明者威廉·J·馬丁, 威廉·J·特尼, 保羅·H·蓋勒斯, 愛德華·T·克拉克, 喬舒亞·E·多爾維奇, 特里·K·曼斯菲爾德 申請人:摩托羅拉公司