專利名稱：直接系列廣譜通信系統(tǒng)中的自動增益控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直接系列廣譜通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種供自動控制所收到信號的增益的自動增益控制裝置及有關(guān)方法。
直接系列廣譜通信系統(tǒng)按分組單元發(fā)送信號，且為了最大限度地減小調(diào)制解調(diào)器中在基帶下引起的干擾，需要在收到分組期間保持最佳的收信電平。具體地說，市內(nèi)通信采用LAN(局域網(wǎng))時(shí)，通信系統(tǒng)可能收到強(qiáng)度超過最高容許收信電平的輸入信號。因此，通信系統(tǒng)需要有一個(gè)適當(dāng)控制高功率輸入的收信增益控制電路。這類自動增益控制電路在1993年8月3日頒發(fā)的題為“無線電話收信機(jī)中的自動控制電路”的美國專利5,233,634充分公開過。
參看

圖1，圖中示出了美國專利5,233,634中公開的自動增益控制電路。
在直接系列廣譜通信系統(tǒng)的收信機(jī)中，所收到信號的大部分總的增益控制是在基帶頻率部分(即在I和Q分支中)進(jìn)行的，即信號的放大是逐步地控制，只有總增益控制的次要部分是在RF(射頻)級進(jìn)行的。
如圖1中所示，高放大級由放大器(9a，10a，11a，12a；9b，10b，11b，12b)組成，其中所要求的放大器由數(shù)碼控制(A，B)的多路復(fù)用器13a和13b激發(fā)，低放大級由電阻衰減器14a和14b組成，其中所要求電平的信號由數(shù)碼控制(C，D，E)的多路復(fù)用器15a和15b選取。此外，RF放大器2有兩個(gè)放大等級，所要求的放大則用數(shù)碼控制(F)選取。用不同的數(shù)碼控制組合(A，B，C，D，E，F(xiàn))就可以覆蓋收信機(jī)所要求的整個(gè)增益控制范圍。
然而，現(xiàn)有技術(shù)的裝置需要有一個(gè)控制器和多個(gè)串行耦合的放大器，控制器用以計(jì)算整個(gè)信號數(shù)碼控制所需要的非常復(fù)雜的數(shù)字公式，各放大器用以控制增益的增益各不相同。此外，一般的自動增益控制器具有多個(gè)多路復(fù)用器和阻值固定的電阻器。由于現(xiàn)有技術(shù)的裝置使用大量元件，因而造價(jià)會提高，這是我們所不希望的，而且還使裝置的小型化難以實(shí)現(xiàn)。此外，由于各放大器和電阻器的增益和阻值分別是固定的，因而要精密控制增益有困難。
因此，本發(fā)明的目的是提供直接系列廣譜通信系統(tǒng)中的一種用以精密控制所收到信號的增益的增益控制裝置和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種小巧的自動增控制裝置。
本發(fā)明的又另一個(gè)目的是提供一種用以避免系統(tǒng)性能因收到的信號功率高時(shí)引起的系統(tǒng)飽和而變壞的自動增益裝置和方法。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的，即提供一種用以除去本機(jī)振蕩器的二次和三次諧波從而消除系統(tǒng)噪音的自動增益控制裝置和方法。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供的直接系列廣譜通信系統(tǒng)收信機(jī)的一種自動增益控制裝置有一個(gè)收信信號增益控制器，用以使RF放大器在所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)在分組收信期間作為衰減器工作，從而使所收到信號的電平衰減到正常電平，且用以在所收到信號的電平等于或低于正常工作電平時(shí)調(diào)節(jié)中頻變頻器本機(jī)振蕩信號的輸出電平，從而使中頻級產(chǎn)生的中頻信號的輸出電平與基帶級的輸入電平相當(dāng)。
此外，所述自動增益控制裝置有一個(gè)低通濾波器供濾除本機(jī)振蕩器的二次和三次諧波從而消除系統(tǒng)噪音用。
此外，還可以用多個(gè)濾波器來精密控制所收到信號的增益，從而提供系統(tǒng)所需要的精確信號電平。此外，本發(fā)明的自動增益控制裝置采用多個(gè)低通濾波器以便輕易控制所收到信號的衰減過程。
從下面參照附圖所作的詳細(xì)說明可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)自動增益控制裝置的示意圖；圖2是直接系列廣譜通信系統(tǒng)的收發(fā)信機(jī)連同本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動增益控制裝置的示意圖；圖3是本發(fā)明的第一收信功率控制器100連同有關(guān)的外圍電路的詳細(xì)電路圖；圖4是本發(fā)明的第二收信功率控制器200連同有關(guān)的外圍電路的詳細(xì)電路圖；圖5示出了本機(jī)振蕩器30的輸出電平與低通濾波器44的截止頻率的關(guān)系特性曲線；圖6示出了二極管混頻器32的輸出電平與本機(jī)振蕩器30的輸出電平的關(guān)系特性曲線；圖7示出了低通濾波器44的截止頻率與RSSI電平的關(guān)系特性曲線。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。附圖中，相同的編號表示相同的元件。此外，應(yīng)該清楚理解的是，許多諸如詳細(xì)的電路元件之類的具體細(xì)節(jié)僅僅是為了更好地理解本發(fā)明而舉例說明的，沒有這些具體細(xì)節(jié)也同樣可以實(shí)施本發(fā)明。此外，對現(xiàn)有技術(shù)的那些無助于說明本發(fā)明基本原理的部分，這里不詳細(xì)說明。
參看圖2。本發(fā)明的收發(fā)信機(jī)包括天線20、帶通濾波器(BPF)22、RF開關(guān)24、發(fā)信機(jī)46和收信機(jī)48。RF開關(guān)24是個(gè)單極雙擲開關(guān)，其作用是將系統(tǒng)轉(zhuǎn)接到發(fā)信機(jī)46或轉(zhuǎn)接到收信機(jī)48。
收信機(jī)48包括本發(fā)明的自動增益控制器。具體地說，收信機(jī)48包括低噪聲放大器(LNA)26、帶通濾波器36、解調(diào)器38和收信信號增益控制器40。收信信號控制器40由收信功率控制器42和低通濾波器(LPF)44組成。收信功率控制器42由與低噪聲放大器26相聯(lián)系的第一收信功率控制器100(如圖3中所示)和與低通濾波器44相聯(lián)系的第二收信功率控制器200(如圖4中所示)組成。低通濾波器44介于本機(jī)振蕩器30與混頻器32之間，由第二收信功率控制器200控制。
通過天線20接收下來的RF信號經(jīng)帶通濾波器22和RF開關(guān)24加到低噪聲放大器26上。通常，低噪聲放大器26的增益G是在下述條件下確定的。就是說，RF信號的強(qiáng)度與低噪聲放大器26既定的增益相加得出的和值不應(yīng)超過1分貝輸出抑制點(diǎn)P1分貝。此外，低噪聲放大器26的輸出強(qiáng)度不應(yīng)超過混頻器32的1分貝輸入。此外，為了提高系統(tǒng)在存在各種信號的環(huán)境下的性能，輸入信號應(yīng)取得使其不超過應(yīng)于第三輸入交叉點(diǎn)IIP3的P1分貝。低噪聲放大器26的信號工作范圍＝IP1分貝-MDS(最小鑒別信號)；且其雜散自由工作范圍＝2/3(IIP3-MDS)因此，低噪聲放大器26的增益G應(yīng)安上文確定。
另一方面，收信功率控制器42由第一收信功率控制器100和第二收信功率控制器200組成。第一收信功率控制器100在收到高電平(或高功率)RF信號時(shí)在分組收信期間控制RF放大器(即低噪聲放大器26)從而使RF信號的電平衰減。這里，高電平RF信號是指超過P1分貝的RF信號，通常是在象LAN之類的短距離通信中產(chǎn)生的。
參看圖3，圖中示出了第一收信功率控制器100，收到的RF信號的強(qiáng)度，即所收到信號強(qiáng)度指示器(RSSI)電平即在第一收信功率控制器100中加到比較器54的一個(gè)輸入端上。比較器54的另一個(gè)輸入端耦合到基準(zhǔn)電壓Vref1上，其準(zhǔn)電壓Vref1是通過將電源電壓Vcc分配到電阻器50和52上確定的。這樣，若所收到RF信號的RSSI電平高于基準(zhǔn)電壓Vref1，比較器54的輸出節(jié)點(diǎn)A就會產(chǎn)生邏輯“高”電平。但若所收到RF信號的RSSI電平低于基準(zhǔn)電壓Vref1，比較器54的輸出端A就會產(chǎn)生邏輯“低”電平。比較器54的輸出端A接D觸發(fā)器56的輸入端D，D觸發(fā)器56的時(shí)鐘端CLK耦合到(在基帶基工作的)調(diào)制器38檢測出載波時(shí)產(chǎn)生的載波檢測信號CRS上。載波檢測信號CRS還加到“與”門58的輸入端上。D觸發(fā)器56根據(jù)收信起動信號RX-EN在其輸出端Q產(chǎn)生邏輯“低”電平。D觸發(fā)器56根據(jù)(邏輯“高”電平的)載波檢測信號CRS通過輸出端Q將輸入端D的邏輯電平傳送給“與”門58的另一個(gè)輸入端。
“與”門58在載波檢測信號CRS和“與”門58的輸出端都處于邏輯“高”態(tài)時(shí)給場效應(yīng)晶體管(FET)60產(chǎn)生邏輯“高”電平。EFT60是個(gè)P溝道晶體管，在“與”門58的輸出端處于邏輯“高”電平時(shí)不導(dǎo)通。若EFT60不導(dǎo)通，則經(jīng)FET60供給低噪聲放大器26的電源電壓Vcc被切斷。這時(shí)，低噪聲放大器26起衰減器的作用，防止系統(tǒng)因功率輸入高而飽和。相反，低噪聲放大器26在正常情況下在RSS溻平與輸入的高功率不相稱或載波檢測信號CRS處于邏輯“低”電平時(shí)放大所收到的RF輸入信號。
應(yīng)該指出的是，D觸發(fā)器36是用來防止比較器54的輸出端因收到分組信號時(shí)在分組信號長度那么長的短時(shí)間(通常為幾個(gè)毫秒)內(nèi)產(chǎn)生的脈動信號引起的波動。此外，“與”門58將載波檢測信號CRS與D觸發(fā)器56的輸出“與”起來。從而防止因可能通過接收RSSI電平的通路流入的噪聲而引起的誤操作。
此外，F(xiàn)ET60與低噪聲放大器26之間加了一個(gè)電感線圈62，這樣排他地提供給低噪聲放大器26的只是電源電壓Vcc的直流分量。此外，如圖中所示，RF開關(guān)24與低噪聲放大器26之間連接有耦合電容器64，低噪聲放大器26與帶通濾波器28之間連接有耦合電容器66。
參看圖2。若收到的RF輸入信號為高功率信號，則高功率RF信號會在低噪聲放大器26處調(diào)節(jié)成正常電平。但若收到的RF輸入信號處于正常電平或低于正常信號電平，則收到的RF信號在低噪聲放大器26正常放大之后經(jīng)帶通濾波器28加到混頻器32上?；祛l器32將收到的信號轉(zhuǎn)換成中頻信號?；祛l器32通常由二極管混頻器構(gòu)成，其變頻增益可根據(jù)本機(jī)振蕩器30產(chǎn)生的本機(jī)振蕩信號的輸出電平加以調(diào)節(jié)。這樣，收到的信號就會與帶通濾波器34的輸入電平相當(dāng)。
現(xiàn)在參看圖2和圖4至圖7詳細(xì)說明本發(fā)明的自動增益控制裝置。從普通二極管的電壓/電流特性曲線可知，流過二極管的電流可用(1)式表示I=Is(eαN-1),α=1nKT-----(1)]]>其中Is＝飽和電流，n＝根據(jù)二極管結(jié)構(gòu)得出的理想常數(shù)，K＝波耳茲曼常數(shù)，T＝絕對溫度(°K)。
因此，普通的二極管混頻器其特性如圖6所示可按輸入電壓(或輸入功率)加以調(diào)節(jié)，其中輸出電平從最大輸出電壓(功率)點(diǎn)開始下降。圖6示出了二極管混頻器32的輸出電平與振蕩器30的輸出電平的關(guān)系特性曲線。
按照本發(fā)明，本機(jī)振蕩器30的輸出系控制得使其促使混頻器32的輸出與帶通濾波器34的最佳輸入電平相當(dāng)。本機(jī)振蕩器30的輸出由收信功率控制器42中的第二收信功率控制器200以及低通濾波器44控制。
參看圖4，圖中示出了本發(fā)明的第二收信功率控制器200和與外圍電路相聯(lián)系的低通濾波器44。如圖中所示，差動放大器74的一個(gè)輸入端耦合到RSSI電平，另一個(gè)輸入端耦合到細(xì)調(diào)基準(zhǔn)電壓Vref2，基準(zhǔn)電壓Vref2由電源電壓Vcc分配到電阻器70和72上確定。收到的信號低于最小鑒別信號MDS時(shí)，細(xì)調(diào)基準(zhǔn)電壓Vref2的基準(zhǔn)電平與RSSI電平相當(dāng)。
差動放大器74從RSSI電平減去細(xì)調(diào)基準(zhǔn)電壓Vref2(即RSSI-Vref2)，從而在輸出節(jié)點(diǎn)B產(chǎn)生輸出電壓值。這樣，若RSSI電平高于細(xì)調(diào)基準(zhǔn)電壓Vref2，差動放大器74就會產(chǎn)生‘RSSI-Vref2’的輸出電壓值。但若RSSI電平低于細(xì)調(diào)基準(zhǔn)電壓Vref2，則差動放大器74產(chǎn)生“0”的輸出電壓。
差動放大器74的輸出電壓加到低通濾波器44的變?nèi)荻O管92和96，以改變低通濾波器44的截止頻率。低通濾波器44由低通濾波器210A和低通濾波器210B構(gòu)成。低通濾波器210A由電感線圈80和變?nèi)荻O管82并聯(lián)連接組成，低通濾波器210B由電感線圈84和變?nèi)荻O管86并聯(lián)連接組成。低通濾波器44的截止頻率可用下面的(2)式表示截止頻率＝
其中L和C分別表示低通濾波器44中電感線圈的電感值和變?nèi)荻O管的電容值。
差動放大器74的輸出電壓值使低通濾波器44的電容C發(fā)生變化。從(2)式中可知，差動放大器74的輸出電壓值增加得越大(即變?nèi)荻O管的電容增加得越大)，低通濾波器44的截止頻率下降得越少。相反，差動放大器74的輸出電壓值減小得越少，截止頻率提高得越大。若差動放大器74的輸出電壓值為“0”，則截止頻率的值為無窮大。但若差動放大器74的RSSI-Vref2輸出電壓值超過預(yù)定值，則低通濾波器44的截止頻率取最小臨界截止值f1c。若差動放大器74的輸出電壓值為“0”，則截止頻率取最大臨界截止值。圖7示出了低通濾波器44的截止頻率與RSSI電平的關(guān)系特性曲線。
參看圖7。低通濾波器44的截止頻率隨著RSSI電平的提高而下降。若低通濾波器44的截止頻率下降，本機(jī)振蕩器30的輸出電平就下降，如圖5本機(jī)振蕩器50的輸出電平與低通濾波器44的截止頻率的關(guān)系特性曲線所示。此外，若RSSI電平下降，低通濾波器44的截止頻率下降，從而使本極振蕩器30的輸出電平提高，如圖5中所示。
這樣，由于加到二極管混頻器32的本機(jī)振蕩信號的輸出電平與所收到信號的功率成反比，因而二極管混頻器32將通過帶通濾波器28接收下來的RF輸入信號與本機(jī)振蕩信號混合，從而使二極管混頻器32的輸出電平與帶通濾波器34的輸入電平相當(dāng)。
參看圖4。低通濾波器44用以除去本機(jī)振蕩器30產(chǎn)生的本機(jī)振蕩信號的二次和三次諧波，從而消除系統(tǒng)的噪音。此外，由于低通濾波器44的衰減特性是線性的，因而可以細(xì)調(diào)電平。此外，由于低通濾波器44的衰減每當(dāng)增加一個(gè)LC濾波器就增加到3個(gè)分貝(dB)，因此只要確定LC濾波級的級數(shù)就可以任意調(diào)節(jié)所要求的增益。舉例說，圖7的曲線(a)示出了采用兩個(gè)LC濾波級時(shí)的特性曲線，圖7的曲線(b)示出了采和三個(gè)LC濾波級時(shí)的特性曲線。
雖然上面已就本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行說明，但本技術(shù)領(lǐng)域的行家們都知道對本發(fā)明在此教導(dǎo)的基本原理是可以進(jìn)行種種更改和/或修改的，而這些更改和/或修收仍然屬于本發(fā)明在所附權(quán)利要求書中所述的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.直接系列廣譜通信系統(tǒng)中收信機(jī)的一種自動增益控制裝置，其特征在于它有一個(gè)收信信號增益控制器，用以使RF放大器在所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)在分組收信期間起衰減器的作用，從而使收到的信號的電平衰減到正常電平，并用以在所收到信號的電平等于或低于正常工作電平時(shí)改變中頻率頻器的本機(jī)振蕩信號的輸出電平，從而使中頻級產(chǎn)生的中頻信號的輸出電平與基帶級的輸入電平相當(dāng)。
2.如權(quán)利要求1所述的自動增益控制裝置，其特征在于，所述收信信號控制器包括第一收信功率控制器，用以在所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)在分組收信期間切斷電源電壓對RF放大器的供電，從而使RF放大器起衰減器的作用；第二收信功率控制器，用以在所收到信號的電平等于或低于正常工作電平時(shí)將所收到信號與細(xì)調(diào)的基準(zhǔn)電壓相比較，從而根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生輸出電壓；和一個(gè)低通濾波器，用以根據(jù)第二收信功率控制器的輸出電壓改變截止頻率，從而根據(jù)截止頻率的變化控制本機(jī)振蕩信號的輸出電平。
3.如權(quán)利要求2所述的收信機(jī)自動增益控制裝置，其特征在于，所述低通濾波器有起碼一個(gè)LC濾波級其電容隨第二收信功率控制器的輸出電平變化。
4.如權(quán)利要求2所述的收信機(jī)自動增益控制裝置，其特征在于，所述低通濾波器由一個(gè)電感線圈和一個(gè)變?nèi)荻O管組成。
5.如權(quán)利要求2所述的收信機(jī)自動增益控制裝置，其特征在于，所述第一收信功率控制器包括一個(gè)比較器，用以在所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)將表示收到的信號的強(qiáng)度的電平與與其相應(yīng)的第一基準(zhǔn)電壓相比較；一個(gè)鎖存器，用以在分組收信期間鎖存所述比較器的輸出；和一個(gè)電壓源控制器，用以根據(jù)所述鎖存器的輸出切斷提供給RF放大器的電源電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的收信機(jī)自動增益控制裝置，其特征在于，所述電源控制器有一個(gè)場效應(yīng)晶體管，供表示收到的信號強(qiáng)度的電平高于所述第一基準(zhǔn)電壓時(shí)切斷電源電壓用。
7.如2至4任一權(quán)利要求所述的收信機(jī)自動增益控制裝置，其特征在于，所述第二收信功率控制器有一個(gè)差動放大器，供放大電壓差和將其輸出提供給低通濾波器之用，所述電壓差為等于或低于正常工作電平表示收到的信號強(qiáng)度與對應(yīng)于最小鑒別信號表示收到的信號強(qiáng)度的電平的第二基準(zhǔn)電壓之間的電壓差。
8.直接系列廣譜通信系統(tǒng)中收信機(jī)的一種自動增益控制方法，其特征在于，它包括下列步驟所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)在分組收信期間令RF放大器起衰減器的作用，從而將所收到信號的電平衰減到正常電平；和所收到信號的電平等于或低于正常工作電平時(shí)改變中頻變頻器本機(jī)振蕩信號的輸出電平，從而使中頻級產(chǎn)生的中頻信號的輸出電平與基帶級的輸入電平相當(dāng)。
9.如權(quán)利要求8所述的自動增益控制方法，其特征在于，所述本機(jī)振蕩頻率的輸出電平可隨所收到信號的工作電平成反比地變化。
全文摘要
一種直接系列廣譜通信系統(tǒng),有一個(gè)小型的自動增益控制裝置,供精密控制所收到信號的增益之用。自動增益控制裝置有一個(gè)收信信號增益控制器,供促使RF放大器在所收到信號的電平高于正常工作電平時(shí)在分組收信期間起衰減器的作用,從而使所收到信號的電平衰減到正常工作電平時(shí)改變中頻變頻器本機(jī)振蕩信號的輸出電平,從而使中頻級產(chǎn)生的中頻信號的輸出電平與基帶級的輸入電平相當(dāng)。
文檔編號H03G3/20GK1179042SQ97119699
公開日1998年4月15日 申請日期1997年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月5日
發(fā)明者金城守 申請人:三星電子株式會社