专利名称：用于有源滤波限幅中频系统的低到高中频转换的制作方法
背景本发明总的涉及无线通信系统，更具体地，涉及多变换接收机，其中末中频(IF)级工作在比前一IF级高的频率上。
美国和世界其它地方的蜂窝电话行业在商业运营方面已经有显著发展。在主要大城市地区的增长已经远远超过预计量并很快超过系统容量。如果该趋势继续，该行业的增长作用将马上波及甚至最小的市场。需要新颖的方案来满足增长的容量需要并保持优质服务和避免涨价。因此，接收机的设计受到很大的重视。
在常规接收机中，使用带通滤波器减少噪声和干扰。有时，可能需要另外的滤波和使用双下变频超外差接收机。如
图1所示，双下变频超外差接收机30在天线31上接收信号。所接收信号然后在RF滤波器32中滤波，并在低噪声放大器/混频器34中放大和利用来自本振36的信号混频以产生第一IF。
第一IF信号然后在第一IF滤器38中滤波。在蜂窝无线应用中，例如，第一IF滤波器38一般是无源晶体滤波器。在超外差接收机中，提供了第二IF级40用于第二下变频。这样，由第一IF滤波器38所输出的信号然后在IF滤波器/混频器42中放大。该放大后的信号然后被用于与来自第二本振44的信号混频以将该信号混频为第二IF。然后第二IF信号在第二滤波器46中滤波，一般是无源陶瓷滤波器，和输出到放大器48。该信号然后由检波器50处理以使用本领域技术人员公知的技术检测在接收信号中的信息码元。
多变频超外差接收机的设计传统地遵循两个原则(1)变频将有利地产生较低的中频，例如100MHz信号可以变换为10.7MHz的第一IF和然后变为455KHz的第二IF；和(2)第二IF的中心频率尽可能高，与滤波器性能极限和相邻信道抑制要求相当，以便使在第一IF滤波器上抑制第二变换产生和由于与构成这些滤波器所使用材料(例如，晶体或陶瓷)有关的制造限制的混频产物需要最小。
目前的发展已经使这些原则的第二条作废，特别是由现代有源IF滤波器取代无源IF滤波器。在常规接收机结构中所使用的无源滤波器被认为有问题，因为例如它们昂贵和需要大量安装空间。有源滤波提供了对该问题的有吸引力的另一个方式。例如，有源滤波器电路可以与其它IF电路集成到一起，例如，混频器，压控振荡器(VCO)和检波器，以产生更紧凑的接收机结构。如同下面所描述的主要通过优化有源滤波器的性能并减少成本，当在第二下变频级中使用有源滤波器时有利地使第二IF滤波器中心频率最小。
在这一点上，注意有源滤波器的动态范围与品质因子(Q)有关。当Q增加时，动态范围减少(见Gert Groenewold所著高动态范围连续时间可集成带通滤波器，IEEE1991年8月刊38卷)。另外，当Q增加时，在第一滤波器结构中的元件分布也增加，而导致寄生电容问题。由于寄生电容增加，所使用的总电容必须增加以使滤波器产生的阻抗成比例而引起需要更大电流。在高中心频率，寄生电容改变了滤波器极点的位置和将滤波器偏差降低到不可使用的水平。因此，第二IF的中心频率必须低，以便产生对于在硅片上集成可使用的滤波器。
同时，需要较高的第二IF用于基带元件例如检波器50的处理。对于解决在希望使用较低第二IF用于有源滤波器设计和需要较高第二IF用于基带处理的关系，有可使用的另外方式。其中一个方式是重新设计基带电路以便它们在较低IF上起作用。可是，重新设计工作在较低IF上的基带电路将费时和昂贵。另一个方式是设计较高的IF有源滤波器。可是，设计用于较高IF的有源滤波器产生了较高电流和增加了硅片面积。
因此，需要一种装置克服上述限制并以低成本方法解决对于较低和较高第二IF两者的需要。
概述本发明的目的是通过提供一种简单、低成本、上变频器和变频后有源滤波器克服上述不足，该滤波器能够使具有多变频接收机的现存基带装置继续使用。
按照本发明的示范性实施例，该目的是通过利用分频的本振信号混频一个低IF而获得适合于由基带元件例如检波器处理的较高IF。混频后信号然后由低动态范围有源滤波器滤波。滤波器动态范围是在滤波器的噪声限度与滤波器能够处理而不产生寄生频率成分的最大输入信号之间的范围。低动态范围有源滤波器具有这两个值之间相对小的差，例如40dB。另一方面，高动态范围滤波器具有更大的差，例如70到80dB。低动态范围滤波器根据提供信道选择性的主有源滤波器特性调谐。在信号被低动态范围滤波器滤波后，它再次限幅去掉不需要成分和提供清晰的信号。
振荡器信号工作在一个基准频率上，该基准频率可以按照基带元件的频率要求调节。另一个方式，例如一个可编程计数器的分频器可以用于将基准频率分频以适应基带元件。来自高动态范围滤波器信号输出和基准信号的数字混频可以使用一个或非门执行。
因此，本发明提供一个低IF后置接收机，该接收机与许多不同检波器兼容。示范性实施使用低成本和低电流元件以实现使信号适合于基带处理所需要的频率变换。
附图简介根据下列文字说明并结合附图阅读，本发明的这些目的、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的，在图中图1说明常规双下变频超外差接收机；图2说明常规的频率混频器；图3说明按照本发明示范性实施例的接收机支路；和图4(a)和(b)分别说明图3中电路的示范性频域输入与输出。
详细说明为促进对本发明的全面理解，将首先针对图2描述常规信号处理方面。图2是超外差接收机第二IF级例如图1中的级40所用常规系统的示意性方框图。输入频率信号50在混频器54中与本振信号52混频。从双变频接收机的第一IF滤波器例如图1中的滤波器38接收该输入信号50。混频后信号通过高动态范围(例如，大于70dB)有源滤波器56用于频道选择。该高动态范围有源滤波器56也滤掉干扰和宽带噪声。该信号然后输出到后IF处理装置，例如检波器(未示出)。
如上所述，希望一个相对低的第二IF(例如，50-200kHz)使高动态范围滤波器容易集成。可是，后IF元件例如检波器一般工作在较高IF上，例如400-800kHz。在此为说明的目的，假设低IF为120kHz而较高IF为480kHz。因此，按照本发明，低IF信号被变频为所需要的较高IF信号，以有助于由后IF元件处理。
图3说明了按照本发明示范性实施例的一个接收机支路，其中与图2相同的参考数字用于标识图3中的相似元件。应认识到尽管本发明的一个特定应用是蜂窝无线接收机，本发明可以用于任何信号接收设备。
参照图3，在第二IF上的限幅信号60被使用一个数字混频器65利用分频信号64数字混频。分频信号工作在后IF元件与限幅信号60频率之差的频率上。换句话说，限幅信号60与分频信号64频率的和是后IF元件所需要的频率。
因为高动态滤波器已经消除了任何不需要信号和限幅器已经去除了所有幅度成分，限幅器之后的信号动态范围非常低。这样，第一限幅器后的所有成分具有最小的动态范围要求。
为获得分频信号64，可以使用各种方法。例如，基准信号频率61可以被调节以获得所需要的分频信号64，在此情况下分频器62调节基准频率的值是常数。另一个方式，分频器62可以是可编程的以允许调节分频电路值以获得用于分频信号的所需要频率。例如在上述情况下第二IF是120kHz，所需要的较高IF是480kHz，分频信号工作在360kHz。
混频后信号通过低动态范围有源滤波器66和第二限幅器68。该滤波器66滤去由混频器65产生的不需要混频产物。利用不需要信号的足够衰减，由第二限幅器68完全捕获所需要信号。在低动态范围滤波器中出现的噪声低于由第二限幅器产生的噪声。对低动态范围滤波器66的输入将是恒定幅度方波。滤波器66可以提供输入信号的线性滤波功能。
限幅器68去掉正弦输入波的峰值产生一个方波。限幅器68进一步消除该信号的幅度噪声并提供用于后IF元件的清楚信号70，该后IF元件工作在较高IF上。在某些后IF元件中限幅器是内置的，在此情况下可以去掉第二限幅器70。
在图4(a)和(b)中分别说明按照本发明用于示范性应用中的示范性输入60和输出70。图4(a)说明作为对数字混频器65输入的IF信号60。为上述说明性例子，IF信号60具有所示的以120kHz为中心的频谱形状。分频信号64工作在360kHz，并且也输入到混频器上。
图4(b)说明了数字混频器65的输出。如图4(b)中所见，混频器65的输出包括所需要信号70和在混频器65中由信号60与64相乘所产生的不需要产物72。因此，低动态范围滤波器66具有图4(b)所示的滤波器特性，以便通过成分70而滤掉不需要成分72。
为有助于理解，通过特定实施例已经描述了本发明。可是，上述实施例是说明性的而非限制性的。本领域技术人员清楚，可以偏离上述特定实施例而不脱离本发明的中心精神和范围。因此，不认为本发明受上述例子的限制，而应当认为与下列权利要求书完全对应。
权利要求
1．一种接收机包括一个输入中频(IF)信号；一个第一混频器用于将输入IF信号与本振信号混频以产生一个第一混频后信号；一个第一有源滤波器用于滤波第一混频后信号；一个限幅器用于限幅滤波后信号并输出一个第一限幅器信号；和一个频率变换装置用于变换第一限幅器信号以产生高于输入IF信号的频率用于下游元件的处理。
2．权利要求1的接收机，其中第一混频后信号工作在120kHz。
3．权利要求1的接收机，其中变频后信号工作在480kHz。
4．权利要求1的接收机，其中所述下游元件包括一个解调器。
5．权利要求1的接收机，其中所述频率变换装置进一步包括一个第二混频器用于将所述第一限幅器信号上变频为在所述频率上的所述变频后信号，和一个第二有源滤波器用于滤波所述变频后信号。
6．权利要求1的接收机，进一步包括一个节点用于接收射频(RF)信号；一个第三混频器用于将所述RF信号下变频为IF；和一个第三滤波器用于滤波所述下变频后信号以产生所述输入IF信号。
7．一种接收机包括一个中频(IF)输入信号，工作在第一频率上；一个本振信号，来自接收机的一个合成器，并工作在第二频率上；一个频率混频器用于将输入信号与本振信号混频以产生工作在第三频率上的第一混频后信号；一个高动态范围有源滤波器用于滤除第一混频后信号的干扰和宽带噪声；一个限幅器用于对来自所述滤波器的滤波后信号限幅并输出第一限幅器信号；一个数字混频器用于将所述第一限幅器信号与来自接收机合成器工作在第四频率上的分频信号混频，以产生在第五频率上工作的第二混频后信号；一个低动态范围有源滤波器用于滤除第二混频后信号的不需要部分并产生第二滤波后信号；和一个第二限幅器用于消除第二滤波后信号的幅度噪声并输出工作在高于输入信号频率的第二限幅器信号，用于由后IF元件处理。
8．权利要求7的接收机，其中第三频率社第一频率与第二频率的和。
9．权利要求7的接收机，其中第一混频后信号工作在120kHz上。
10．权利要求7的接收机，其中第五频率是第三频率与第四频率的和。
11．权利要求7的接收机，其中变频后信号工作在480kHz上。
12．权利要求7的接收机，其中第二数字混频器是一个或非门(XOR)。
13．权利要求7的接收机，其中分频信号工作在360kHz。
14．权利要求7的接收机，其中第二混频后信号是一个恒定幅度方波。
15．一种准备所接收信号用于解调的方法，包括步骤将一个中频(IF)输入信号与一个本振信号混频以产生第一混频后IF信号；使第一混频后IF信号通过第一有源滤波器，以滤除干扰和宽带噪声并产生第一滤波后IF信号；通过第一限幅器对滤波后第一IF信号限幅并产生第一限幅器IF信号；和将所述第一限幅器IF信号变频为高于IF输入信号频率的频率。
16．按照权利要求15的方法，其中第一混频后信号工作在120kHz。
17．按照权利要求15的方法，其中变频后信号工作在480kHz。
18．按照权利要求15的方法，其中变频步骤进一步包括步骤通过数字混频器将所述第一限幅器信号与来自本振的分频信号混频以产生第二混频后信号；使用低动态范围滤波器滤除第二混频后信号的不需要部分以产生第二滤波后信号；和使用第二限幅器从第二滤波后信号中消除幅度噪声以产生用于由后IF元件处理的输出信号。
19．按照权利要求18的方法，其中第二数字混频器是一个或非门(XOR)。
20．按照权利要求18的方法，其中分频信号工作在360kHz上。
21．按照权利要求18的方法，其中第二混频后信号是一个恒定幅度方波。
22．按照权利要求18的方法，其中低动态范围是40dB。
23．一种接收机包括一个节点用于接收射频(RF)信号；用于将所述RF信号下变频为第一中频(IF)信号的装置；用于将所述IF信号下变频为第二IF信号的装置；用于将所述第二IF信号上变频为第三IF信号的装置，和用于将所述第三IF信号解调/检波的装置。
24．权利要求1的接收机，其中用于将RF信号变频为IF信号的所述下变频装置包括一个频率混频器。
25．权利要求1的接收机，其中将第一IF信号变频为第二IF信号的所述下变频装置包括一个频率混频器。
全文摘要
公开一种利用有源滤波器用于频率转换的改善的接收机结构,其中末IF级工作在比前面IF级更高的频率上,有助于由工作在较高IF信号上的基带系统处理来自工作在较低IF上接收机的信号,并使具有多变频接收机的现有后IF装置能够继续使用。低IF信号输出与分频的本振信号混频以产生适合于由例如检波器的后IF元件处理的较高IF。混频后信号然后由低动态范围有源滤波器滤波并限幅(22)。
文档编号H04B1/28GK1285976SQ98813098
公开日2001年2月28日 申请日期1998年10月13日 优先权日1997年11月14日
发明者A·R·霍尔登, A·蒙塔尔沃 申请人:艾利森公司