專利名稱：穩(wěn)頻的發(fā)射/接收電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的穩(wěn)頻的發(fā)射和/或接收電路裝置，它尤其被設(shè)置用在有線和/或無線連接的通信終端設(shè)備內(nèi)。另外本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求5所述的集成電路。
這種發(fā)射和/或接收電路裝置是已知的，譬如在L.E.Larson,IEEE個(gè)人通信，第11～19頁，1998年6月的論文“用于低功率無線通信的無線電頻率集成電路”中就曾講述過。
在傳輸信息時(shí)，給傳輸所提供的帶寬是一種核心量，因?yàn)樵陬A(yù)給定最小的傳輸質(zhì)量的情況下，所述的帶寬限制了每時(shí)間單位可傳輸信息的最大數(shù)目?？捎脦挼某叽缤ǔ１欢ǖ妹銖?qiáng)剛好足夠。就帶寬問題而言，除了軟件技術(shù)的和基于預(yù)定的合適數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的解決方案之外，經(jīng)常還要在硬件方考慮盡可能好地利用可用的帶寬。
在移動(dòng)無線電范圍內(nèi)，譬如可用的總帶寬被劃分為多個(gè)具有預(yù)定信道帶寬的通信信道，其中在撥入到移動(dòng)無線電網(wǎng)時(shí)給用戶分配一個(gè)確定的通信信道。通信終端設(shè)備的高頻部分借助頻率轉(zhuǎn)換級被調(diào)整到該分配的信道頻率，而且，通常在中頻范圍、低頻范圍或基帶范圍內(nèi)利用相應(yīng)的模擬或數(shù)字的帶通或低通濾波器來濾掉不必要的信號成分，以便為接收信號或需發(fā)射的信號實(shí)現(xiàn)為避免信道串?dāng)_所需的帶寬限制。
為了盡可能好地利用信道帶寬，所述的頻率轉(zhuǎn)換級必須能夠以較高的準(zhǔn)確性和時(shí)間穩(wěn)定性被調(diào)整到所需的信道頻率。為此，驅(qū)動(dòng)所述頻率轉(zhuǎn)換級的振蕩電路必須具有較高的頻率穩(wěn)定性。
為了使振蕩電路實(shí)現(xiàn)較高的頻率穩(wěn)定性，從文章開頭所述的論文可以得知，需要把整個(gè)振蕩電路或只把參考振蕩器設(shè)計(jì)成外部的混合電路組件。該解決辦法的缺點(diǎn)在于使用混合電路組件時(shí)所造成的成本較高。
在所述論文講述的一個(gè)替換方案中，規(guī)定了整個(gè)集成地實(shí)現(xiàn)所述的振蕩電路。但是事實(shí)表明，對許多應(yīng)用來說，這種整個(gè)地集成振蕩電路只有較小的頻率穩(wěn)定性。
因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，創(chuàng)造一種被設(shè)置用在通信終端設(shè)備中的電路裝置，它可以成本合適地進(jìn)行制造，而且同時(shí)還可以產(chǎn)生對實(shí)踐來說具有足夠高頻率穩(wěn)定性的振蕩器頻率。
本發(fā)明所基于的該任務(wù)通過權(quán)利要求1和5的特征部分來解決。
總之，通過把連同容性諧振元件在內(nèi)的振蕩電路完全集成到集成電路之中，本發(fā)明的電路裝置可以實(shí)現(xiàn)較高的集成度，由此其制造成本可以保持得很低。通過相對于所述的集成電路在外部布置(“調(diào)出”)所述的容性諧振元件，還可以確保較高的頻率穩(wěn)定性。
優(yōu)選地，所述的容性諧振元件涉及一種振蕩石英。
如果所述的集成電路還包括有諸如數(shù)字濾波器、信道估測器或數(shù)據(jù)檢測器等元件，那么從成本的觀點(diǎn)來看，本發(fā)明的電路裝置可以有利地實(shí)現(xiàn)非常高的集成度。
下面參考附圖并借助實(shí)施例來闡述本發(fā)明。圖中

圖1用方框圖示出了本發(fā)明的電路裝置圖，圖2示出了圖1所示振蕩電路的電路圖，以及圖3示出了圖2所示參考振蕩器的電路圖。
如圖1所示，被設(shè)置用于譬如移動(dòng)電話等通信終端設(shè)備的集成電路(IC)1包括數(shù)據(jù)處理電路2、A/D轉(zhuǎn)換器6、D/A轉(zhuǎn)換器7以及振蕩電路(VCO壓控振蕩器)8。
在圖1中，所述的數(shù)據(jù)處理電路2的范圍是用劃線邊框示出的。該數(shù)據(jù)處理電路2包括一個(gè)其內(nèi)包含有數(shù)字濾波器(未示出)的數(shù)字式信號變換電路3、信道估測器4和數(shù)字式I/Q調(diào)制器5。數(shù)據(jù)處理電路2可以以未示出的方式帶有其它的數(shù)字式電路元件和控制元件，譬如存儲元件、微處理器、微控制器等等，而且也可以帶有下文將繼續(xù)闡述的數(shù)字電路，譬如數(shù)據(jù)檢測器D等等。
由VCO 8生成的振蕩器頻率fOZ可以通過VCO 8的控制輸入9進(jìn)行改變，并且以系統(tǒng)時(shí)鐘的形式被提供給IC1，尤其還在VCO 8的振蕩器輸出10處以采樣頻率的形式被提供給A/D轉(zhuǎn)換器6和D/A轉(zhuǎn)換器7。
工作在低頻或基帶范圍的IC1與通信終端設(shè)備的高頻部分11保持連接。
在接收側(cè)，所述的高頻部分11可以帶有第一下混頻器13和第二下混頻器14，它們接收由接收天線12提供的接收信號。所述的下混頻器13、14利用由90°移相器15產(chǎn)生的相互移相90°的混頻信號進(jìn)行工作。因此，兩個(gè)下混頻器13、14的模擬輸出接收信號24、25同樣具有90°的相移(所謂的同相(I)及正交支路(Q))。所述的模擬輸出接收信號24、25被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器6的相應(yīng)I或Q輸入端，該轉(zhuǎn)換器相互獨(dú)立地對所述的輸出接收信號進(jìn)行數(shù)字化。
在高頻部分11的發(fā)射側(cè)，由D/A轉(zhuǎn)換器7輸出的、同樣被移相90°的模擬I及Q輸出信號26、27在該高頻部分的加法級19內(nèi)相互疊加，而且，在所述加法級19內(nèi)形成的輸出發(fā)射信號28以輸入信號的形式被輸入到上混頻器18中。通過與混頻信號20進(jìn)行混合，上混頻器18把所述的輸出發(fā)射信號28轉(zhuǎn)換成一個(gè)發(fā)射信號，該發(fā)射信號被導(dǎo)往發(fā)射天線21(其在實(shí)際實(shí)施時(shí)與接收天線12是同一個(gè))并由其輻射出去。
此外，所述的高頻部分11還具有一種n∶m倍頻器22，其輸入側(cè)輸入有振蕩器頻率fOZ，而且該倍頻器22還生成用于上混頻器18的混頻信號20和用于90°移相器15的、下混頻所基于的混頻信號23。后面所提到的信號20、23是頻率為f=(n/m)*fOZ的正弦振蕩，其中對于所述的兩個(gè)信號20、23，m和n通常是不同的整數(shù)。
所述的高頻部分11可以實(shí)現(xiàn)為多種與此處所示的情況不相同的方式，而且譬如還可以包括中間頻率級和合適的用于限制帶寬的帶通濾波器。
下面來詳細(xì)說明所述電路裝置的工作方法，其中數(shù)字資料涉及數(shù)字無線電中所應(yīng)用的GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)接收由基站在為此而預(yù)備的通信信道(范圍為935至960MHz，信道帶寬為200kHz)上發(fā)出的用戶無線電信號時(shí)，所述的兩個(gè)下混頻器13、14由倍頻器22通過選擇n和m的合適值來如此地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得產(chǎn)生的模擬輸出接收信號24、25(I和Q支路)位于低頻或基帶范圍之內(nèi)。由此，所述的信號可以輕易地由A/D轉(zhuǎn)換器6進(jìn)行采樣和數(shù)字化。為采樣所采取的振蕩器頻率譬如可以為fOZ=13MHz。
由A/D轉(zhuǎn)換器6產(chǎn)生的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號29(I支路)和30(Q支路)被輸入到信號變換電路3。
必要時(shí)，信號變換電路3對所獲得的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號29、30進(jìn)行數(shù)字式頻率偏移，并接下來進(jìn)行數(shù)字濾波。該數(shù)字濾波實(shí)現(xiàn)了接收側(cè)傳輸通道的所需帶寬限制(＜200kHz)。這譬如可以通過信號變換電路3中所包含的數(shù)字低通濾波器(對于基帶范圍的數(shù)據(jù)信號29、30)或數(shù)字帶通濾波器(對于低頻范圍的數(shù)據(jù)信號29、30)來實(shí)現(xiàn)。
所述的信號變換電路3之后接有一個(gè)信道估測器4。其任務(wù)在于，借助由基站有規(guī)則地輻射和由信道估測器4已知的預(yù)定數(shù)據(jù)序列(所謂的訓(xùn)練序列)來連續(xù)地(譬如共0.5ms)測定移動(dòng)無線電信道的當(dāng)前傳輸功能。所述的傳輸功能表明了移動(dòng)無線電信道的瞬時(shí)傳輸特性。連續(xù)地重新測定傳輸功能是必要的，因?yàn)樵诮蛔兊沫h(huán)境干擾(譬如建筑物的屏蔽和反射)下，移動(dòng)無線電信道的空氣接口中的波傳播是不斷變化的。
測定(估測)的傳輸功能以及濾波后的數(shù)字式接收數(shù)據(jù)通過信道估測器4的輸出端31而被輸入到各個(gè)未示出的數(shù)據(jù)檢測器D中。該數(shù)據(jù)檢測器借助所包含的傳輸功能對原來發(fā)送的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號進(jìn)行識別。通常，接下來還有進(jìn)一步的數(shù)字處理步驟(解交織，信道解碼，源解碼)，該步驟可以完全重構(gòu)所發(fā)送的信息。
數(shù)據(jù)處理電路2的設(shè)計(jì)在很大程度上取決于所述通信終端設(shè)備的具體應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在有線或玻璃纖維連接的通信終端設(shè)備的情況下，可以譬如取消信道估測器4。
通信終端設(shè)備的發(fā)射側(cè)的工作方式在很大程度上類似于上述接收側(cè)的工作方式通過輸入端32向數(shù)字I/Q調(diào)制器5輸入一個(gè)事先譬如被源編碼、信道編碼及交織過的數(shù)字式輸入信號E。數(shù)字I/Q調(diào)制器5按照預(yù)定的調(diào)制方法、譬如GMSK(高斯最小偏移鍵控)對該數(shù)字式輸入信號E進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中同時(shí)還引入帶寬限制。I/Q調(diào)制器5在輸出側(cè)向D/A轉(zhuǎn)換器7提供轉(zhuǎn)換(調(diào)制)過的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號33、34。然后以已講述的方式在上混頻器18內(nèi)對相應(yīng)的模擬I和Q輸出信號26、27進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。
由頻率偏移或頻率噪聲所引起的振蕩器頻率fOZ的時(shí)間變化將會(huì)導(dǎo)致(接收側(cè)的)數(shù)字式I和Q數(shù)據(jù)信號29、30以及(發(fā)射側(cè)的)無線電波的頻率位置產(chǎn)生相應(yīng)變化。這是因?yàn)椋禄祛l器13、14和上混頻器18內(nèi)所輸入的混頻信號20、23是從振蕩器頻率fOZ導(dǎo)出的，由此也包含了其頻率不穩(wěn)定性。這種在接收側(cè)和發(fā)射側(cè)所出現(xiàn)的頻率位置變化是不理想的，因?yàn)樗鼈儗?dǎo)致所述信號同(接收側(cè))信號變換電路3中濾波的錯(cuò)誤匹配，或者同(發(fā)射側(cè))所分配的信道頻率的錯(cuò)誤匹配。在兩種情況下都會(huì)出現(xiàn)有效的帶寬損失，并可能帶來較大的信道串?dāng)_。
振蕩器頻率fOZ的頻率偏移可以通過VCO 8的控制輸入9來實(shí)現(xiàn)調(diào)整。在移動(dòng)無線電應(yīng)用的情況下，在VCO 8無論如何都需要的頻率再調(diào)整的過程中，實(shí)現(xiàn)該頻率偏移調(diào)整是為了考慮在發(fā)射和接收的無線電波之間的多普勒頻率偏移。為此，由基站在規(guī)則的時(shí)間間隔(譬如共47ms)內(nèi)以正弦波的形式發(fā)送一個(gè)頻率標(biāo)準(zhǔn)(FCB頻率校正脈沖串)。在高頻級11內(nèi)，以未示出的方法利用一種頻率間隔(間隔寬度譬如為20kHz)對該FCB進(jìn)行搜尋。通過調(diào)諧到具有最大FCB接收信號強(qiáng)度的幀頻，可以用該間隔寬度的準(zhǔn)確度來測出所述的頻率標(biāo)準(zhǔn)。然后，以合適的方式利用從高頻部分11輸出的、并被輸入到VCO 8的控制輸入9的控制電壓信號來對振蕩器頻率fOZ進(jìn)行再調(diào)整。
VCO 8的頻率噪聲取決于電路組件，并主要是在參考振蕩器內(nèi)產(chǎn)生的，所述參考振蕩器可理解為VCO 8的諧振器。
在對VCO 8的無噪聲有最大要求的情況下，必須為VCO 8或其參考振蕩器裝設(shè)(較昂貴的)混合電路組件。但根據(jù)本發(fā)明，除了容性諧振元件800之外，整個(gè)VCO 8都被集成地構(gòu)造在IC1之中。由此可以在低頻率噪聲和適宜的構(gòu)造方法之間實(shí)現(xiàn)折衷，這在實(shí)際中對許多應(yīng)用都是有利的。
圖2以一種優(yōu)選的方式示出了VCO 8的電路圖，其中該VCO 8在此實(shí)施為PLL調(diào)整電路的形式。
該VCO 8具有上文所述的參考振蕩器80、調(diào)節(jié)器81、跟蹤振蕩器82、相位檢測器83和比較電路84。比較電路84輸入有相位檢測器83的輸出電壓信號和控制輸入9上的控制電壓信號。比較電路84譬如通過相減從該兩個(gè)電壓信號中求出一個(gè)輸入到調(diào)節(jié)器81的調(diào)節(jié)偏差信號。調(diào)節(jié)器81根據(jù)該調(diào)節(jié)偏差信號來控制跟蹤振蕩器82，于是后者便生成具有振蕩器頻率fOZ的電壓信號UOZ。所述的PLL調(diào)整電路通過相位檢測器83閉合起來，且該相位檢測器83測出由參考振蕩器80接收的頻率為fR的電壓信號UR和振蕩器頻率fOZ的電壓信號UOZ之間的相移，并如同上文一樣以輸出電壓信號的形式將該相移反饋到比較電路84中。
圖3示出了參考振蕩器80的電路圖。該參考振蕩器80在其電路技術(shù)構(gòu)造方面是已知的，并在技術(shù)上被稱為“哈特萊振蕩器”。它具有一個(gè)電感L和一個(gè)同該電感L并聯(lián)的電容C。正反饋地連接在晶體管T的基極和集電極之間的振蕩石英被用作容性諧振元件800?？刂齐娙軨s與所述的振蕩石英相串聯(lián)，而且在晶體管T的集電極上接有電阻R。根據(jù)表示IC1的點(diǎn)劃線所標(biāo)出的范圍，電感L、晶體管T、控制電容Cs和電阻R被集成地構(gòu)造在IC1內(nèi)，而振蕩石英800在實(shí)施時(shí)不作為IC1的集成元件。
參考符號清單1 集成電路2 數(shù)據(jù)處理電路3 信號變換電路4 信道估測器5 I/Q調(diào)制器6 A/D轉(zhuǎn)換器7 D/A轉(zhuǎn)換器8 VCO9 控制輸入10 振蕩器輸出11 高頻部分12 接收天線13 第一下混頻器14 第二下混頻器15 90°移相器16 混頻信號17 混頻信號18 上混頻器19 加法級20 混頻信號21 發(fā)射天線22 n∶m倍頻器23 混頻信號
24 模擬輸出接收信號25 模擬輸出接收信號26 I輸出信號27 Q輸出信號28 輸出發(fā)射信號29 數(shù)字式數(shù)據(jù)信號30 數(shù)字式數(shù)據(jù)信號31 信道估測器的輸出32 I/Q調(diào)制器的輸入33 數(shù)字式數(shù)據(jù)信號34 數(shù)字式數(shù)據(jù)信號80 參考振蕩器81 調(diào)節(jié)器82 跟蹤振蕩器83 相位檢測器84 比較電路800 容性諧振元件D 數(shù)據(jù)檢測器E 輸入信號L 電感C 電容T 晶體管R 電阻Cs 控制電容fOZ振蕩器頻率fR參考振蕩器的頻率UOZ振蕩器的電壓信號UR參考振蕩器的電壓信號
權(quán)利要求
1．發(fā)射和/或接收電路裝置，具有-至少一個(gè)A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)，-為所述A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)提供采樣時(shí)鐘的、具有可控的振蕩器頻率fOZ的振蕩電路(8)，該振蕩電路包括頻率fR恒定的參考振蕩器(80)和用于有目的地改變所述振蕩頻率fOZ的控制輸入(9)，-數(shù)字式數(shù)據(jù)處理電路(2；3,4,5)，它接收和進(jìn)一步處理由所述A/D轉(zhuǎn)換器(6)輸出的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號(29,30)，以及/或者為所述的D/A轉(zhuǎn)換器(7)提供數(shù)字式數(shù)據(jù)信號(33,34)，以及-高頻和/或中頻部分(11)，它具有至少一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換級(13,14；18)，該頻率轉(zhuǎn)換級利用一個(gè)從所述可控的振蕩器頻率fOZ中導(dǎo)出的混頻進(jìn)行工作，并為所述的A/D轉(zhuǎn)換器(6)提供模擬的輸出接收信號(24,25)，以及/或者從所述的D/A轉(zhuǎn)換器(7)獲得模擬的輸出發(fā)射信號(26,27,28)，其特征在于除所述的參考振蕩器(80)的容性諧振元件(800)之外，所述的至少一個(gè)A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)、數(shù)據(jù)處理電路(2；3,4,5)和振蕩電路(8)都被構(gòu)造成單片的集成電路(IC；1)。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)射和/或接收電路裝置，其特征在于所述的集成電路(1,IC)包括數(shù)字濾波器(3)和數(shù)字調(diào)制器(5)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)射和/或接收電路裝置，其特征在于所述的集成電路(1,IC)包括信道估測器(4)。
4．如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)射和/或接收電路裝置，其特征在于所述的集成電路(1,IC)包括數(shù)據(jù)檢測器(D)。
5．通信終端設(shè)備的集成電路，具有-至少一個(gè)A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)，-為所述A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)提供采樣時(shí)鐘的、具有可控的振蕩器頻率fOZ的振蕩電路(8)，該振蕩電路包括頻率fR恒定的參考振蕩器(80)和用于有目的地改變所述振蕩頻率fOZ的控制輸入(9)，以及-數(shù)字式數(shù)據(jù)處理電路(2；3,4,5)，它接收和進(jìn)一步處理由所述A/D轉(zhuǎn)換器(6)輸出的數(shù)字式數(shù)據(jù)信號(29,30)，以及/或者為所述的D/A轉(zhuǎn)換器(7)提供數(shù)字式數(shù)據(jù)信號(33,34)，其中，所述的集成電路被電連接在所述通信終端設(shè)備的具有至少一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換級(13,14；18)的高頻和/或中頻部分(11)上，且所述的通信終端設(shè)備為所述的A/D轉(zhuǎn)換器(6)提供模擬的輸出接收信號(24,25)，以及/或者從所述的D/A轉(zhuǎn)換器(7)獲得模擬的輸出發(fā)射信號(26,27,28)，而且其頻率轉(zhuǎn)換級(13,14；18)利用一個(gè)從所述可控的振蕩器頻率fOZ中導(dǎo)出的混頻進(jìn)行工作，其特征在于所述參考振蕩器(80)的容性諧振元件(800)被構(gòu)造在所述的集成電路(IC；1)之外。
全文摘要
一種發(fā)射和/或接收電路裝置,它具有帶有A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)的IC(1)、為所述A/D及/或D/A轉(zhuǎn)換器(6,7)提供采樣時(shí)鐘且具有參考振蕩器的VCO(8)、以及數(shù)字式數(shù)據(jù)處理電路(2)。所述IC(1)與高頻部分(1)相連,且該高頻部分的頻率轉(zhuǎn)換級(13,14;18)利用一個(gè)從所述可控的振蕩器頻率foz中導(dǎo)出的混頻進(jìn)行工作。所述參考振蕩器的容性諧振元件(800)被構(gòu)造在所述的IC(1)之外。
文檔編號H04B1/04GK1324512SQ99812473
公開日2001年11月28日 申請日期1999年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月22日
發(fā)明者M·德特施, P·榮, J·普萊欽格, P·施米德特 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司