CN101084661A - 具有截波稳定的接收机及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种接收机(202)，具有下变频接收机(304)，用于将信号(201)从第一工作频率变换到低于该第一工作频率的第二工作频率；以及具有截波稳定的接收机滤波器(308)，用于滤波第二工作频率上信号(306)的多余部分，并在该第二工作频率上产生最终滤波信号(203)。

Description

具有截波稳定的接收机及其方法
技术领域
本发明通常涉及接收机，特别涉及接收机中的截波稳定及其方法。
背景技术
无线通信通常包括以载波频率(例如2G赫兹)从一个通信装置向另一个通信装置发送其中承载有语音和/或数据消息的信号。接收装置依次将该信号解调为基带信号(接近0赫兹)，从而处理并向接收装置的接收者呈现该语音和/或数据消息。
现有技术中有多种解调技术。其中有超外差和直接转换接收机。对于每种技术，信号的载波频率被变换为基带或近似于基带信号。在解调过程中，使用滤波和放大技术。然而，这些技术向信号引入了多余的噪声，这些噪声又引发可破坏信号承载的消息的失真。
以下本发明的实施例解决了前述现有技术的缺点。
发明内容
根据本发明的实施例提供了一种具有截波稳定的接收机及方法。
在本发明的第一实施例中，接收机具有下变频接收机，用于将信号从第一工作频率变换到低于该第一工作频率的第二工作频率；具有截波稳定的接收机滤波器，用于滤除第二工作频率上信号的多余部分，并在该第二工作频率上产生最终的滤波信号。
在本发明的第二实施例中，选择性的呼叫接收机具有接收机，用于从第一工作频率上的信号产生第二工作频率上的最终滤波信号，该第二工作频率低于该第一工作频率；以及处理器，用于处理该最终滤波信号。该接收机具有下变频接收机，用于将信号从第一工作频率变换为第二工作频率；以及具有截波稳定的接收机滤波器，用于滤除第二工作频率上信号的多余部分，并在该第二工作频率上产生最终的滤波信号。
在本发明的第三实施例中，提供了一种用于变换第一工作频率上的信号的方法。该方法包括步骤：将信号从第一工作频率下变频到低于该第一工作频率的第二工作频率；使用截波稳定低通滤除第二工作频率上操作的信号的多余部分；以及在第二工作频率上产生最终滤波信号。
附图说明
图1是根据本发明实施例选择性呼叫接收机(SCR)的结构图。
图2是根据本发明实施例的图1的SCR的接收机结构图。
图3是根据本发明实施例的图2的接收机的下变频接收机结构图。
图4是根据本发明实施例的图2的接收机的接收机滤波器结构图。
图5是根据本发明实施例的图4的接收机滤波器的运算放大器(OP AMP)结构图。
图6是根据本发明的图5实施例的频谱响应。
图7是根据本发明的图5的OP AMP替换实施例的结构图。
图8是根据本发明的图2的接收机滤波器另一实施例的结构图。
图9是根据本发明的图8的接收机滤波器补充实施例的结构图。
图10分别是根据本发明的图8和图9实施例的频谱响应。
图11是流程图，其描述了根据本发明实施例，变换第一工作频率上信号的方法。
具体实施方式
虽然本说明书通过定义本发明实施例的特征为结论，这些特征被认为是新的，但是应当认为，通过考虑以下结合附图的说明，将更好地理解本发明的实施例，其中相同的参考数字与前同义。
图1是根据本发明实施例的选择性呼叫接收机(SCR)200的结构图。该SCR200可使用传统的无线或有线装置来进行图1虚线所示的通信。在前者的情况中，传统的天线耦合到接收机202。在后者的情况中，传统的有线，例如同轴电缆耦合到接收机202用于接收信号。在两者任意一种情况中，前述实施例与传统的通信系统互连，该通信系统向SCR200提供消息。通过添加传统的发射机，SCR200还可被配置为接收并发送消息，特别类似于蜂窝电话、双向无线电台、有线接入点、具有通信能力的桌上型或膝上型电脑以及其它类似的通信装置。
SCR200包括接收机202及处理器204。处理器204包括处理系统208、显示器206、输入/输出端口210、音频系统214以及电源212。处理器204的部件206-212执行传统的技术。处理系统208包括用于处理信号203的装置(例如微处理器和/或数字信号处理器-DSP)。显示器206提供了用于显示消息的装置(例如液晶显示器)。输入/输出端口210提供了用于导入和导出数据的装置(例如键盘和/或通用串行总线端口-USB)。音频系统214提供了用于向SCR200的用户呈现音频信号的装置。最后，电源212提供了装置以为包括接收机202的SCR200的所有元件供电。
在替换实施例中，处理器204包括前述元件的子集，例如处理系统206和电源210。此外，SCR200可根据期望的应用是移动或固定的，这不超出所请求发明的范围和精神。
信号201和203包括一个或多个由传统的通信系统所发送的消息，该传统的通信系统遵守传统的通信协议，例如CDMA(码分多址)、TDMA(时分多址)、GSM(全球移动通信系统)、IEEE 802.11b或者其它类似的通信协议。
图2是根据本发明实施例的SCR200的接收机202的结构图。该接收机202包括下变频接收机304和具有截波稳定的接收机滤波器308。该下变频接收机204将信号201从第一工作频率变换为低于该第一工作频率的第二工作频率。接收机滤波器308滤除第二工作频率上信号306的多余部分，并在第二工作频率上产生最终滤波信号203。
该第一工作频率典型地在100M赫兹到几个G赫兹中的载波频率上。该第二工作频率可比第一工作频率低的多，例如可在低中间频率(例如处于或者低于期望信号的带宽)到未调制信号的近似零赫兹(通常称为基带频率)的范围内。对于本领域普通技术人员显而易见的是，该第一和第二工作频率可操作于上述频率范围之外，但仍然在这里所述的权利要求的范围和精神之内。
图3例示了根据本发明实施例的下变频接收机304的结构图。该下变频接收机304利用了传统的元件，例如低噪声放大器402和与其耦合的混合器402。该混合器404耦合到处于或接近于第一工作频率的本地振荡器(LO)。作为低噪声放大器402的处理结果，混合器404和低噪声放大器402的组合产生第二工作频率上的信号306，该信号306具有比信号201更大的振幅。下变频接收机304的传统部件402-404是本领域公知的。优选地，但不限于，本发明的下变频接收机304的布局是例如低IF或零IF接收机的直接变换接收机。
图4例示了根据本发明实施例的接收机滤波器308的结构图。该结构图描述了n极点LPF滤波器结构，其包括至少一级运算放大器(OPAMP)502，该运算放大器包含耦合到相应低通滤波器(LPF)网络的截波稳定。
该OP AMP502优选地具有耦合到第二工作频率上的信号306的差分输入504，该信号306也是差分的。该差分信号306由利用传统装置的下变频接收机304产生。差分信号提供了附加的益处，即噪声免除及偶数频率失真谐波的消除。本领域普通技术人员应当了解，非差分信号也可用作可选的设计，而不会改变在此所述的权利要求的范围和精神。
以上提到的LPF网络包括传统的滤波器网络507，其耦合到相应的输入电阻508。这些部件在差分信号306和504每一个上分别被镜像。从而，存在两个输入电阻508和两个传统的滤波器网络507，其组合根据所利用的滤波器网络507形成单极点或n极点LPF结构。
例如，为了产生单极点LPF结构，每个滤波器网络507包括电阻和电容，其被连接为并联电路。该并联电路的每个节点分别依次被连接到OP AMP502的输入终端504和输出终端310。对于高阶极点LPF结构，滤波器网络507包括更复杂的传统电阻和电容网络，其分别耦合到OP AMP 502的输入和输出终端504和306。在替换实施例中，可通过在前述LPF结构中重复希望的多个单极点或者多极点级和整体的n极点LPF结构来产生n极点LPF结构。通过图4中的3个连续点来表示该多级LPF结构。
在多级或单级n极点LPF结构中的任一种中，每个OP AMP 502的增益是输入电阻和滤波器网络507的电阻之比，而3dB滤波带宽由滤波器网络507的时间常数代表。此外，OP AMP 502从第二工作频率上的信号306产生第二工作频率上的OP AMP信号310，该OP AMP信号310被相应的LPF网络(上述)滤波而产生最终滤波信号203。
对于运算放大器应用截波稳定技术是本领域公知的。对于有关该技术实现的进一步的信息，读者可参看以下材料，其包含在此作为参考：P.Allen and D.Holdberg，CMOS Analog Circuit Design.Orlando，Florida：Harcourt Brace Jovanovich，1987；及C.Enz，G.Temes，“CircuitTechniques for Reducing the Effects of Op-Amp Imperfections：Autozeroing，Corrrelated Double Sampling，and Chopper stabilization”，Proceedings of the IEEE，vol-84，November 1996。
图5描述了根据本发明的OP AMP 502的第一实施例的结构图。在该实施例中，OP AMP 502包括参考振荡器518、上变频混合器506、具有至少一级的放大器512(如连续点所示)以及下变频混合器516。为了与以上论述一致，该OP AMP 502的所有元件506、512、516、518都利用差分信号。
图6提供了根据图4和5实施例的接收机滤波器308的频谱表示。通过A到E字母编号及相应的节点信号504、510、514、310和203顺序地例示了该OP AMP 502的每一个节点上的频谱响应。
在该OP AMP 502的输入上(频谱图像A)，差分信号504包括理想信号602，其承载与发送给SCR200的消息有关的信息。与该理想信号602相邻的是干扰信号604。可例如通过接近SCR200所在的小区站点的蜂窝站点来产生这些信号。理想信号602和干扰信号604的频谱形状是说明性的，并且可采用与应用相当的其它形式。
利用传统的混合器技术，耦合到参考振荡器518的上变频混合器506将第二工作频率上的信号504变换为大于该第二工作频率的第三工作频率。当第二工作频率处于或接近于基带时，第三工作频率可例如为20MHz。本领域普通技术人员显而易见的是，可对于第三工作频率选择较宽的频率范围。
上变频过程在频谱上将差分信号504移动到如图6的频谱图像B中所示的参考频率(fref)。在该频率上，理想信号602和干扰信号604产生以fref为中心的频谱镜像图像。利用传统的放大器技术，放大器512从第三工作频率上的信号510产生第三工作频率上的放大信号514，如频谱图像C所例示的。通过该例示很明显，理想和干扰信号602和604具有比原始信号510更高的振幅。
以任何技术设计的放大器具有某种非理想的特性，即具有将损害606引入到每个放大器级512(如符号“S”所示)的放大信号514的效果。放大器512的这些损害606可包括公知的部分，例如DC偏移、闪烁噪声、二阶失真。DC偏移发生在图像C中所示的零赫兹处。闪烁噪声也是图像C中所示的衰减的三角频谱形状。二阶失真通过半三角形中的小箭头表示。后面的失真直接涉及干扰604间频率中的差异。
由于上变频过程，多余的频谱噪声606在频谱上被从第三工作频率上的理想信号602分离，从而避免了它们之间的失真。没有利用本发明的上变频混合器506的传统OP AMP将理想信号602混合入频谱噪声606，从而歪曲甚至破坏包含其中的消息。
下变频混合器516，其也耦合到参考振荡器518，将放大信号514从第三工作频率变换为第二工作频率上的OP AMP信号310。该频率变换如图6的频谱图像D所示。频谱图像D表示了图像C的频谱噪声606如何在频率上被向上移动到fref，频谱镜像图像完成三角频谱形状，而理想和干扰信号602和604在频率上被向下移动到第二工作频率，在该例示中，该第二工作频率处于或接近于零赫兹。
频谱图像D例示了耦合到至少一级OP AMP 502的LPF网络的影响。该LPF网络通过仅允许LPF滤波器窗口608内的频谱信号，滤除了OP AMP信号310的多余部分，从而消除了干扰和频谱噪声信号604和606。结果，接收机滤波器308的输出是最终的滤波信号203，其包括没有失真的理想信号602，或者在使用低阶极点LPF网络的情况下，具有最小的失真。
回过头来参考图5，可通过周期性的时钟信号来表示参考振荡器518，该周期性的时钟信号例如正弦波、方波或者其它周期性时钟信号。尽管方波时钟信号是用于本发明的适当的实施例，但这种信号可具有不期望的特性，即在该时钟信号基频的奇数倍产生频谱能量。
为了去除这些不期望的特性，参考振荡器518可选地是伪随机时钟信号。这种时钟信号有助于消除或扩展信号能量，从而可避免不真实的响应。这可通过使用抖动和/或噪声整形技术、伪随机噪声发生技术来随机化时钟，或者通过其它装置来产生具有期望频谱响应的时钟信号来实现。
参考图7，例示了图4所示的OP AMP 502的可选实施例。该实施例为图5的实施例加入了具有至少一级(如图7的连续点所示)的第二放大器521，该放大器处理从第一放大器512(也具有如图5中的至少一级)和下变频混合器516的组合产生的第二频率上的第一放大信号519。该第一放大信号519具有与图6中所述的相同的频谱响应。但是，在该实施例中，该第一放大信号519被第二放大器521进一步放大，从而产生OP AMP信号310。尽管如图6所示，在该OP AMP信号310内的理想信号602具有注入其中的寄生频谱噪声606，但在该级上的理想信号602具有足够高的信噪比，其噪声部分在失真理想信号602上具有可以忽略的影响。
尽管对于图5和7的实施例，参考振荡器518被表示为了OP AMP502的集成部分，但每一个本领域普通技术人员应当理解，该参考振荡器518也可以设置在OP AMP 502的外部作为向其的输入，用于向包含在所述实施例中的混合器提供源，这不会改变上述功能。
图8也描述了根据本发明的图2的接收机滤波器308的另一实施例。在该实施例中，接收机滤波器308包括参考振荡器518、上变频混合器506、具有至少一级的带通滤波器530(如图8的连续点所示)以及下变频混合器516。该上变频混合器506执行与以上对于图5和7所描述的操作相同的操作；即，将信号306从第二工作频率变换到第三工作频率，该第三工作频率比第二工作频率更大。
利用传统的带通技术，带通滤波放大器530围绕第三工作频率滤除信号510的多余部分，并在第三工作频率上产生放大滤波信号514。该下变频混合器516又将放大滤波信号514从第三工作频率变换到第二工作频率上的最终滤波信号203。
图9例示了根据本发明的图8的接收机滤波器的补充实施例。该实施例为图8的实施例540添加了具有至少一级的LPF542(如图9的连续点所示)。利用传统的LPF技术，该LPF542提供了n阶LPF以消除该带通滤波放大器530所不能去除的频谱噪声，并产生最终滤波。
图10是根据本发明的图8和9的实施例的频谱响应。频谱图像A和B与图6中所述的相同。频谱图像C例示了至少一个带通滤波放大器530对信号510的影响。从该带通滤波放大器530的最后级，第三工作频率(fref)上的信号510及其分量被如频谱图像C中所示放大。同时，带通滤波放大器530根据带通滤波窗口610消除了信号510的多余部分，从而消除了频谱图像D1中所示的全部或部分干扰及频谱噪声信号604和606。产生的信号是最终滤波信号203。
当没有使用高阶带通滤波器时，由于带通滤波器窗口610较慢的溢出边缘，一部分干扰604可如图像D1所示而保留。在这种情况下，图9的实施例提供了附加的益处，即利用n阶LPF542消除部分或全部这种噪声。该LPF512产生LPF窗口612来消除图8的实施例540遗留的残余噪声，从而产生如频谱图像D2所示的最终滤波信号203。
图11表示流程图，其描述了根据本发明另一实施例，用于变换第一工作频率上的信号的方法700。该方法700在步骤702开始，其中第一工作频率上的信号201被下变频为低于该第一工作频率的第二工作频率。在步骤704，应用具有截波稳定的低通滤波来消除操作在第二工作频率上的信号306的多余部分，从而在步骤706产生第二工作频率上的最终滤波信号203。可以软件、硬件及其组合来实现该实施例。
通过以上的多个实施例显而易见，有多种方式来修改和/或添加到这些实施例，而不会改变权利要求的范围。还应该认识到，权利要求期望覆盖执行方法700所述功能的结构及其结构等效。该权利要求足够概要地包括等价结构。
例如，尽管数字电路和模拟电路可能不是等价结构，因为数字电路执行离散采样技术，而模拟电路执行连续采样技术，但数字和模拟电路可设计为产生相同结构的等价结构是本领域公知的。类似地，数字处理中使用的算法可通过模拟设计仿真。因此，上述说明的所有等价修改期望被包括在以下权利要求所请求的范围之内。

Claims (10)

1.一种接收机，包括：
下变频接收机，用于将信号从第一工作频率变换到低于该第一工作频率的第二工作频率；以及
具有截波稳定的接收机滤波器，用于滤除所述第二工作频率上信号的多余部分，并产生在该第二工作频率上的最终滤波信号。
2.如权利要求1所述的接收机，其中所述下变频接收机包括直接变换接收机。
3.如权利要求1所述的接收机，其中所述接收机滤波器包括至少一级运算放大器(OP AMP)，该运算放大器具有耦合到相应低通滤波器(LPF)网络的截波稳定，并且其中所述OP AMP从所述第二工作频率上的信号产生所述第二工作频率上的OP AMP信号，该OP AMP信号被所述相应LPF网络滤波以产生最终滤波信号。
4.如权利要求3所述的接收机，其中所述至少一个OP AMP包括：
参考振荡器；
耦合到该参考振荡器的上变频混合器，用于将所述信号从所述第二工作频率变换到大于该第二工作频率的第三工作频率；
具有至少一级的放大器，用于从所述第三工作频率上的信号产生该第三工作频率上的放大信号；以及
耦合到所述参考振荡器的下变频混合器，用于将所述放大信号从所述第三工作频率变换到所述第二工作频率上的所述OP AMP信号。
5.如权利要求4所述的接收机，其中所述参考振荡器在时钟信号组的一个之中，该时钟信号组包括周期性的时钟以及具有期望频谱特性的伪随机时钟。
6.如权利要求3所述的接收机，其中所述至少一个OP AMP包括：
参考振荡器；
耦合到所述参考振荡器的上变频混合器，用于将所述信号从所述第二工作频率变换到大于该第二工作频率的第三工作频率；
具有至少一级的第一放大器，用于从所述第三工作频率上的信号产生所述第三工作频率上的第一放大信号；
耦合到所述参考振荡器的下变频混合器，用于将所述第一放大信号从所述第三工作频率变换到所述第二工作频率；以及
具有至少一级的第二放大器，用于将所述第二工作频率上的所述第一放大信号变换为所述第二工作频率上的所述OP AMP信号。
7.如权利要求6所述的接收机，其中所述参考振荡器在时钟信号组的一个之中，该时钟信号组包括周期性的时钟以及具有期望频谱特性的伪随机时钟。
8.如权利要求1所述的接收机，其中所述接收机滤波器包括：
参考振荡器；
耦合到所述参考振荡器的上变频混合器，用于将所述信号从所述第二工作频率变换到大于该第二工作频率的第三工作频率；
具有至少一级的带通滤波放大器，用于围绕所述第三工作频率滤除所述信号的多余部分，并在所述第三工作频率上产生放大滤波信号；以及
耦合到所述参考振荡器的下变频混合器，用于将所述放大滤波信号从所述第三工作频率变换到所述第二工作频率上的最终滤波信号。
9.如权利要求8所述的接收机，其中所述参考振荡器在时钟信号组的一个之中，该时钟信号组包括周期性的时钟以及具有期望频谱特性的伪随机时钟。
10.如权利要求1所述的接收机，其中所述接收机滤波器包括：
参考振荡器；
耦合到所述参考振荡器的上变频混合器，用于将所述信号从所述第二工作频率变换到大于该第二工作频率的第三工作频率；
具有至少一级的带通滤波放大器，用于围绕所述第三工作频率滤除所述信号的多余部分，并在所述第三工作频率上产生放大滤波信号；
耦合到所述参考振荡器的下变频混合器，用于将所述放大滤波信号从所述第三工作频率变换到所述第二工作频率；以及
具有至少一级的LPF，用于滤除所述第二工作频率上的放大滤波信号的多余部分，并产生所述最终滤波信号。
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