DE19837229A1

DE19837229A1 - Hochfrequenz-Null-Zwischenfrequenz-Gleichstromabwärtswandler

Info

Publication number: DE19837229A1
Application number: DE19837229A
Authority: DE
Inventors: Tajinder Manku; Leonard Maceachern
Original assignee: Mitel Corp
Current assignee: Microsemi Semiconductor ULC
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: CA2243757A1; GB2328813A; SE9802907L; JP2978484B2; DE19837229C2; US6148184A; FI981816L; JPH11136038A; GB9718094D0; FR2767989A1; FI981816A0; GB2328813B; SE9802907D0; FI981816A7

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Hochfre quenzkommunikation und insbesondere einen für Verluste am lo kalen Oszillator (LO-RF-Verluste) und Fehlanpassungen emp findlichen Null-Zwischenfrequenz-Wandler.

Bei einem Hochfrequenzempfänger (RF-Empfänger), wie z. B. ei nem Radioempfänger, muß die einkommende Hochfrequenz abwärts auf eine Zwischenfrequenz durch Mischen mit einer Frequenz eines lokalen Oszillators gewandelt werden.

Bei herkömmlichen Null-Zwischenfrequenz-Direktabwärtswandlern entstehen gewöhnlich Probleme aufgrund von RF-LO- LO-RF- und LO-Antennen-Leckverbindungen, der Gleichstromversätze (DC-Ver sätze) die aufgrund einer Fehlabstimmung der bei der Gleichstrom-RF-Wandlung verwendeten Einrichtungen, und der variablen Gleichstromversätze, die aufgrund des Gleich stromsabwärtswandlervorganges selbst auftreten.

Beim Stand der Technik wurde diesen Problemen durch Anordnen eines Metallschildes auf dem Gleichstromwandlerempfänger ent gegengewirkt, um ihn gegenüber der Antenne zu isolieren. Dies vermindert den Betrag des Verlustes vom lokalen Oszillator zur Antenne.

Die Probleme mit den RF-LO- und LO-RF-Leckverbindungen wurden durch Entwickeln einer Mischerschaltung gelöst, die den RF-Ab schnitt vom LO-Abschnitt isoliert.

Die Gleichstromversätze wurden durch Verwendung aufeinander abgestimmter Einrichtungen vermindert. Dies wurde durch An ordnen von Einrichtungen ziemlich nahe an einer integrierten Schaltung (IC) erreicht.

Es sind auch ziemlich komplizierte adaptive Gleichstromkompo nenten- (DC)-entfernungstechniken verwendet worden, und an stelle einer Null-Zwischenfrequenz ist eine geringe Zwischen frequenz verwendet worden.

Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein System für die Direktwandlung eines Hochfrequenzsignals (RF-Signals) mit einem mittels eines Datensignals modulierten Träger verwendet. Das System umfaßt eine Eingabeeinrichtung zum Empfangen des Hochfrequenzsignals, einen Oszillator zum Erzeugen eines lokalen Oszillator-Signals, eine Einrichtung zum Liefern eines Phasenmodulationssignals, einen Phasenmodu lator zum Empfangen des Signals des lokalen Oszillators und des Phasenmodulationssignals und um daraus ein erstes und zweites Umschaltsignal mit einer Phasendifferenz von 90° zu erzeugen, einen ersten Mischer zum Empfangen des Hochfre quenzsignals und des ersten und zweiten Umschaltsignals, um daraus ein erstes Basisbandsignal zu erzeugen, einen zweiten Mischer zum Empfangen des Hochfrequenzsignals und des ersten und zweiten Umschaltsignals, um daraus ein zweites Basisband signal zu erzeugen, einen Subtrahierer zum Empfangen und Sub rahieren des ersten und zweiten Basisbandsignals, um ein drittes Signal zu erzeugen, und einen dritten Mischer zum Empfangen des dritten Signals und des Phasenmodulations signals, um daraus das Datensignal zu erzeugen.

Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum direkten Wandeln eines einen durch ein Da tensignal modulierten Träger enthaltendes Hochfrequenzsignal vorgesehen, umfassend:

a) Zuführen des Hochfrequenzsignals an einen ersten und zwei ten Mischer,
b) Erzeugen eines Signals eines lokalen Oszillators (LO-Signals), das einem Phasenmodulator zugeführt wird,
c) Zuführen eines Phasenmodulationssignals an den Phasenmodu lator,
d) Erzeugen eines ersten und zweiten Umschaltsignals im Pha senmodulator, die eine Phasendifferenz von 90° besitzen,
e) Zuführen des ersten und zweiten Umschaltsignals an den er sten und zweiten Mischer und Erzeugen eines Hochfrequenzsi gnales und des ersten und zweiten Basisbandes des Hochfre quenzsignales,
f) Subtrahieren des ersten und zweiten Basisbandes, um ein drittes Signal zu erzeugen,
g) Zuführen des ersten und zweiten Basisbandes und des Pha senmodulationssignals an den dritten Mischer, und
h) Erzeugen des Datensignals im dritten Mischer.

Die Erfindung wird nun beispielhaft genauer anhand der beige fügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Gleichstrom-Null- Zwischenfrequenz-Abwärtswandlersystems ist,

Fig. 2 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Phasenmo dulationssignals zeigt, und

Fig. 3a bis 3d Frequenzbereichsdarstellungen von unterschied lichen Punkten des Systems sind.

Die Erfindung erhöht wirkungsvoll die Isolation zwischen den RF-LO-, LO-RF- und LO-Antennen-Leckverbindungen, wobei mit LO ein lokaler Oszillator eines Direktwandlers eines Hochfre quenzempfängers bezeichnet wird.

Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hochfrequenzsignal RF in ein gleichphasiges I- (Signal 1) und ein außerphasiges Q- (Signal 2) Basisbandsignal gewandelt. Das I- (Signal 1) und das Q- (Signal 2) Basisbandsignal wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit jeweils in ein Q- (Si gnal 1) und ein I- (Signal 2) Basisbandsignal gewandelt. Das Umschalten von I auf Q und dann von Q auf I usw. wird mit der Zeit fortgesetzt, wenn das Hochfrequenzsignal in die Signale 1 und 2 gewandelt worden ist. Das Umschalten von I auf Q und dann von Q auf I usw. wird als Umschaltsignal bzw. bistabiles Signal bezeichnet. Die Signale 1 und 2 werden dann voneinan der subtrahiert und das resultierende Signal wird als Signal 3 bezeichnet. Das Signal 3 wird dann mit dem Umschaltsignal multipliziert. Die Ausgabe der Multiplikation über einen Fil ter geleitet, um die Effekte aufgrund der LO-RF-/RF-LO-Leck verbindungen und der Fehlabstimmung der Einrichtungen zu beseitigen.

Die Hochfrequenz-Gleichstrom-Abwärtswandlungstopologie ist unempfindlich gegenüber einer LO-RF-, RF-LO-Leckverbindung und einer Fehlabstimmung der Einrichtungen.

Bei dem System nach Fig. 1 wird das eingehende Hochfrequenz signal 10 in zwei Zweige aufgeteilt. Der eine Zweig führt zu einem Mischer M1 und der zweite zu einem Mischer M2.

Jeder Mischer M1 und M2 weist zwei Eingänge auf einen zum Empfangen des phasenmodulierten Signals 13, 14 des lokalen Oszillators und des anderen zum Empfangen des Hochfrequenzsi gnals 11, 12.

Das phasenmodulierte Signal 13 des oberen Zweiges unterschei det sich von dem des unteren Zweiges durch eine Phasenver schiebung von 90°. Der lokale-Oszillator- Phasenmodulationsblock 15 schaltet die vom lokalen Oszillator kommenden Eingangssignale 13, 14 für jeden Mischer abwech selnd zwischen der voreilenden oder der nacheilenden Phase des Signals des lokalen Oszillators 17 gemäß dem (Phasenmodu lations-)Signals 16 um. Dieses Phasenmodulationssignal ist idealerweise gleich +V oder -V, wobei V irgendeine willkürli che Zahl ist.

Die beiden Ausgangssignale der beiden Mischer M1 und M2 wer den jeweils von Verstärkern G1 und G2 (die beiden Verstärker müssen nicht identisch sein) verstärkt. Das Ausgangssignal dieser beiden Zweige wird dann mittels eines Subtrahierers A1 subtrahiert. Das Ausgangssignal des Subtrahierers A1 wird dann einem dritten Mischer M3 zugeführt. Der dritte Mischer M3 empfängt auch das Phasenmodulationssignal 16 an einem Ein gang. Der Ausgang des dritten Mischers wird dann durch einen Filter 18 geleitet.

Ein Beispiel das Pulsmodulationssignals ist in Fig. 2 ge zeigt. Das Pulsmodulationssignal kann entweder periodisch, aperiodisch, zufällig oder pseudozufällig sein. Das Signal des lokalen Oszillators ist ein periodisches Signal, wie z. B. eine Rechteckwelle oder eine Sinuswelle (sign-Welle). Das Hochfrequenzsignal enthält eine durch entweder digitale und/oder modulare Information, z. B. Video- oder Audio- Information, modulierte Trägerwelle.

Die Grundfunktion des Aufbaus wird nachfolgend anhand der in den Fig. 3a bis 3d gezeigten Frequenzbereichsdarstellungen erläutert. Das "Eingabesignal" des Aufbaus, das irgendein Hochfrequenzsignal sein kann, kann die in Fig. 3a gezeigte Form aufweisen. Bei diesem Beispiel ist das interessierende Signal nur ein Bruchteil des gesamten Eingangssignals und ist im Zentrum des gesamten Signals angeordnet. Nach der Subtra hierungsstufe sieht das Spektrum wie das in Fig. 3b gezeigte Spektrum aus. Das gesamte Signal wurde über das Frequenzspek trum verteilt. Es wird bspw. angenommen, daß das Umschaltsi gnal eine Rechteckwelle mit einem Schaltzyklus von 50% ist. Die parasitischen Gleichstromkomponenten sind nahe der Fre quenz Null (= Gleichstrom) angeordnet. Nachdem der dritte Mi scher das Spektrum mit der Rechteckwelle faltet (convolving), entfaltet (deconvolving) sich das gesamte Spektrum folglich zu einem Basisband, wie es in Fig. 3c gezeigt ist. Der Tief paßfilter entfernt dann das unerwünschte Signal, d. h. den Gleichstromversatz und den Teil des gesamten Signals, das nicht benötigt wird. Dies ist in Fig. 3d gezeigt.

Die vorliegende Erfindung erzielt gegenüber bestehenden Di rektwandlungstopologien folgende Vorteile. Der Aufbau ist un empfindlich gegenüber einer RF-LO- und einer LO-RF-Leck verbindung bzw. -Übersprechen. Es sind keine hochqualita tiven Filter erforderlich. Der Aufbau kann vollständig in ei ne integrierte Schaltung integriert werden. Gleichstromkompo nenten werden durch den Betrieb des Aufbaus vollständig ge löscht.

Es wird davon ausgegangen, daß die Erfindung gemäß der vor liegenden Anmeldung als Hochfrequenzempfänger für Mobilfunk anwendungen (zellular aufgebaute Anwendungen) verwendet wer den kann. Es wird auch davon ausgegangen, daß sie als Hoch frequenzempfänger für drahtlose persönliche Kommunikationssy steme und für ein Satellitennavigationssystem (GPS) verwendet werden kann. Es können auch Anwendungen als Hochfrequenzemp fänger für irgendeine frequenzumschaltende bzw. frequenz springende Anwendung und für irgendeine Satellitenanwendung, gleichgültig, ob sie am Boden oder am Satelliten selbst stattfindet, gefunden werden. Es wird auch davon ausgegangen, daß die Erfindung sowohl in einem abtastenden Spektrumanaly sator als auch in Kombinationen oder Integrationen der vorge nannten Anwendungen verwendet werden kann. Zusammenfassend wird festgehalten, daß die Erfindung für jede neue Anwendung verwendet werden kann, die eine Abwärtskonvertierung irgend eines Hochfrequenzsignals auf ein Basisband erfordert.

Wie es oben erläutert worden ist, wird das modulierte Signal des lokalen Oszillators durch Verwenden eines nicht modulierten Signals des lokalen Oszillators und Umschalten seiner Phase von 90° auf 0° seiner Phase gemäß einem soge nannten Pulsmodulationssignals erzeugt. Das Hochfrequenzsi gnal wird zunächst mit dem modulierten Signal des lokalen Os zillators gemischt und ungewünschte Faltungs(Aliasing)- komponenten werden durch weiteres Mischen mit dem Phasenmodu lationssignal entfernt. Hierdurch werden die vorher disku tierten Leckeffekte beseitigt. Mischen erfordert nicht unbe dingt eine analoge Multiplikation.

Im allgemeinen kann der dritte Mischer durch eine Komponente oder Komponenten ersetzt werden, die das Ausgangssignal des Subtrahierers mit dem Phasenmodulationssignal falten bzw. verknüpfen. Z.B. kann diese Komponente durch digitale Elemen te ersetzt werden. Die Mischer- und Verstärkerelemente im oberen oder unteren Zweig der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, können in beliebiger Reihenfolge, d. h., die Verstärkerstufe kann als erstes und die Mischerstufe als zweites Element an geordnet sein. Ferner können die Verstärkerelemente des obe ren oder unteren Zweiges in den jeweiligen vorgeordneten Mi scher integriert sein.

Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung be schrieben und erläutert worden ist, ist es für einen Fachmann augenscheinlich, daß unterschiedliche Alternativen aufgefunden werden können. Es versteht sich von selbst, daß diese Abwand lungen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. System zum direkten Wandeln eines einen mit einem Daten signal modulierten Hochfrequenzsignals, wobei das System um faßt:
eine Eingangseinrichtung (10) zum Empfang des Hochfre quenzsignals,
eine Einrichtung (16) zum Vorsehen eines Phasenmodulati onssignals (PM),
einen Phasenmodulator zum Empfangen eines Signals eines lokalen Oszillators (17) und des phasenmodulierten Signals, um daraus ein erstes und ein zweites Umschaltsignal (13, 14) mit einer Phasendifferenz von 90° zu erzeugen,
einen ersten Mischer (M1) zum Empfangen des Hochfre quenzsignals (11) und des ersten Umschaltsignals (13) und um daraus ein erstes Basisbandsignal zu erzeugen,
einen zweiten Mischer (M2) zum Empfangen des Hochfre quenzsignals und des zweiten Umschaltsignals und um daraus ein zweites Basisbandsignal zu erzeugen,
einen Subtrahierer (A1) zum Empfangen und Subtrahieren der ersten und zweiten Basisbandsignale, um ein drittes Si gnal zu erzeugen, und
einen dritten Mischer (M3) zum Empfangen des dritten Signals und des Modulationssignals (PM) und um daraus das Datensignal zu erzeugen.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nach dem dritten Mischer (M3) an geordneten Tiefpaßfilter (18) zum Entfernen unerwünschter Si gnale.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensignal digitale Informa tionen enthält.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Datensignal analoge Informa tionen enthält.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lokale Oszillator (17) ein Signal erzeugt, das die gleiche Frequenz wie der Träger be sitzt.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal periodisch ist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal periodisch ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal aperiodisch ist.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal zufällig ausgebildet ist.

10. System nach einem der Anspruche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modulationssignal pseudozu fällig ausgebildet ist.

11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, einen Verstärker (G1, G2) zwischen ei nem jeden der ersten und zweiten Mischer (M1, M2) und dem Subtrahierer (A1).

12. Verfahren zum direkten Wandeln eines einen mit einem Da tensignal modulierten Trägers enthaltende Hochfrequenzsi gnals, umfassend:

a) Zuführen des Hochfrequenzsignals an erste und zweite Mi scher (M1, M2),
b) Erzeugen eines Signals eines lokalen Oszillators (17) und Zuführen dieses Signals an einen Phasenmodulator (15),
c) Zuführen eines Phasenmodulationssignals an den Phasenmo dulator (15),
d) Erzeugen eines ersten und zweiten Umschaltsignals (13, 14), die eine Phasendifferenz von 90° aufweisen, im Phasenmo dulator (15),
e) Zuführen des ersten und zweiten Umschaltsignals an den ersten und zweiten Mischer (M1, M2) und Erzeugen aus dem Hochfrequenzsignal und den Umschaltsignalen (13, 14) ein er stes und zweites Basisband,
f) Subtrahieren der ersten und zweiten Basisbänder zur Er zeugung eines dritten Signals,
g) Zuführen des dritten Signals und des Phasenmodulations signals an den dritten Mischer, und
h) Erzeugen des Datensignals im dritten Mischer.