專利名稱：低功率射頻接收機(jī)用的射頻信號頻率變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低功率射頻接收機(jī)，具體屬于全球定位系統(tǒng)(GPS)型接收機(jī)用的射頻信號頻率變換裝置。該裝置產(chǎn)生中間信號，作為所接收的射頻信號的一個(gè)函準(zhǔn)備在低功率射頻接收機(jī)的一個(gè)相關(guān)級中處理。
本發(fā)明還涉及作為頻率變換裝置一部份的射頻/中頻集成電路。
頻率變換裝置首先包括第一帶通濾波器，用以對接收機(jī)的天線所拾取的射頻信號進(jìn)行濾波，所述第一濾波器是第一頻率變換過程中消除象頻用的無源選擇性濾波器。該裝置還包括為產(chǎn)生第一和第二高頻信號而產(chǎn)生振蕩信號用的裝置，第一信號的頻率比第二信號的頻率高。第一高頻信號在第一混頻器中與濾波后的射頻信號混頻。第一混頻器產(chǎn)生的信號具有等于射頻信號的載波頻率減去第一信號的頻率相減結(jié)果的頻率。該裝置還包括第二帶通濾波器，用以對來自第一混頻器的信號進(jìn)行濾波；和第二混頻器，用以使第二濾波器濾波后的信號與第二高頻信號混頻。第二混頻器產(chǎn)生的信號是具有來自第一混頻器的信號的頻率減去第二信號的頻率相減結(jié)果的頻率的信號。最后，該裝置包括對第二混頻器所提供的中頻信號進(jìn)行整形用的裝置。
在GPS(全球定位系統(tǒng))接收機(jī)的情況下，相關(guān)級有著從裝置接收的中間信號提取全球定位系統(tǒng)消息或數(shù)據(jù)的任務(wù)。該消息發(fā)送到接收機(jī)的微處理機(jī)裝置，用以計(jì)算位置和時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，為了進(jìn)行位置計(jì)算，接收機(jī)必須拾取至少四個(gè)看得見的衛(wèi)星的射頻信號。
頻率變換裝置也可以用于全球定位系統(tǒng)接收機(jī)之外的任何一種射頻信號接收器。它可以，例如，用于GLONASS或GALILEO型衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中用的接收機(jī)。它也可以用于，例如，CDMA型(碼分多址訪問)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的接收機(jī)。
射頻接收機(jī)，特別是GPS型接收機(jī)，現(xiàn)正被廣泛應(yīng)用。這允許這樣的接收機(jī)用戶能夠掌握要去的目標(biāo)方向和找他的目前的位置。結(jié)果，變得有必要使射頻接收機(jī)能夠納入一個(gè)人能容易地?cái)y帶的日用品中。
全球定位系統(tǒng)接收機(jī)可以，例如，裝入手表或移動(dòng)電話中。然而，為了要裝入這些細(xì)小的物件中，接收機(jī)必須滿足某些條件。在一方面，低功率的接收機(jī)的耗電量必須大大減少，因?yàn)槲锛沙叽缧〉碾姵鼗蛐铍姵毓╇姟Ａ硪环矫?，接收機(jī)的元件數(shù)目也要大大減少。
通常，射頻接收機(jī)的頻率變換裝置被設(shè)計(jì)得對所接收的射頻信號完成三次頻率變換。

圖1中簡要地示出按照先有技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例。
參見圖1，頻率變換裝置連接到射頻接收機(jī)，具體地說，全球定位系統(tǒng)型接收機(jī)的天線2，以便從看得見的衛(wèi)星拾取射頻信號。對于民用，全球定位系統(tǒng)射頻信號的載波頻率具有1.57542GHz的數(shù)值。
被天線拾取的射頻信號首先用第一濾波和放大元件101濾波和放大。被元件101濾波的射頻信號然后在第一混頻器102中與由壓控振蕩器109提供的第一高頻信號混頻?；祛l器102產(chǎn)生一個(gè)其頻率等于濾波后的射頻信號的載波頻率減去第一高頻信號的頻率的結(jié)果的信號。
對于第一混頻器102的該第一頻率變換操作，元件101的帶通濾波器必須是SAW型選擇性無源濾波器。所述元件101的濾波器必須是充分選擇性的，以便在第一混頻器的輸入端除去射頻信號的象頻。
第一高頻信號的頻率等于，例如，1.3961GHz，第一混頻器產(chǎn)生的信號頻率具有大約179.3MHz的數(shù)值。于是，第一選擇性濾波器必須能夠從所接收的射頻信號中除去1.2168GHz(1.3961GHz-0.1793GHz)數(shù)值的象頻。
第一混頻器102所產(chǎn)生的信號被第二濾波和放大元件103濾波和放大。被元件103濾波后的信號在第二混頻器104中與連接到振蕩器109的第一分頻器110所提供的第二高頻信號混頻。第二混頻器104產(chǎn)生一個(gè)其頻率等于第一混頻器所產(chǎn)生的信號頻率減去第二高頻信號的頻率的結(jié)果的信號。
對于第二混頻器104所進(jìn)行的第二頻率變換操作，元件103的帶通濾波器也必須是SAW型選擇性無源濾波器。
第一高頻信號利用第一分頻器110，例如，進(jìn)行8分頻，以產(chǎn)生頻率約為174.5MHz數(shù)值的第二高頻信號。因此，第二混頻器所產(chǎn)生的信號頻率具有大約4.8MHz的數(shù)值。于是，第二選擇性濾波器必須能夠除去第一混頻器102所產(chǎn)生的信號的數(shù)值約為169.7MHz(174.5MHz-4.8MHz)的象頻。
然后，第二混頻器104所產(chǎn)生的信號被一個(gè)包括帶通濾波器的第三濾波和放大元件105濾波和放大。被第三元件105濾波的信號在第三混頻器106中與連接到一個(gè)基準(zhǔn)振蕩器114的分頻器115所提供的時(shí)鐘信號CLK混頻。
基準(zhǔn)振蕩器所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號的頻率具有，例如，17.452MHz的數(shù)值。這一個(gè)基準(zhǔn)頻率被分頻器115四分頻，以便產(chǎn)生4,363MHz頻率的時(shí)鐘信號。于是，對于該第三變換操作，第三混頻器所產(chǎn)生的信號頻率接近400kHz。
第三混頻器106產(chǎn)生的信號還必須被包括低通濾波器的第四濾波和放大元件107濾波和放大，并被一個(gè)采樣和保持轉(zhuǎn)換器108采樣和量化。該轉(zhuǎn)換器108用時(shí)鐘信號CLK作時(shí)鐘。
為了產(chǎn)生第一和第二高頻信號，該裝置有一個(gè)鎖相環(huán)頻率合成器100。該頻率合成器包括壓控振蕩器109，兩個(gè)分頻器110和111。一個(gè)頻率和相位檢測器112，用以把從振蕩器109產(chǎn)生，被分頻器110和111分頻的信號頻率與基準(zhǔn)振蕩器114所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號的頻率比較。離開檢測器112的控制信號被低通濾波器113濾波，以便在電壓振蕩器109上產(chǎn)生控制電壓，作為與提供給所述檢測器112的信號進(jìn)行比較的一個(gè)函數(shù)。
圖1裝置的一個(gè)主要的缺點(diǎn)是，要達(dá)到三次頻率變換，它包括太多的電子元件。元件的大部份還要在高頻下工作。因而，該裝置的電流消耗太大。因此無法想像把包括該裝置的射頻接收機(jī)裝入小尺寸的物件中，因?yàn)樵撐锛ǔ叽缧〉碾姵亟M或蓄電池。這電池組或蓄電池在射頻接收機(jī)的操作期間放電太快。
另一個(gè)缺點(diǎn)在于，至少要用兩個(gè)SAW型選擇性帶通濾波器，這是昂貴而龐大的元件。每個(gè)封裝好的濾波器尺寸在5毫米×5毫米×1.3毫米的數(shù)量級，在諸如手表或蜂窩式電話這樣尺寸小的物件中，要占相當(dāng)大的裝配空間。還應(yīng)指出，SAW型選擇性濾波器使濾波后的信號產(chǎn)生增益損失，這意味著要進(jìn)行隨后的操作，所述信號就必須放大。
為了在這樣的裝置中減少頻率變換用的元件數(shù)目，已經(jīng)有人提出只進(jìn)行兩次頻率變換而不是平常的三次頻率變換。歐洲專利No.EP0523938B1。它公開了一個(gè)在這方面可以引用的無線電接收器。所述接收機(jī)包括一個(gè)頻率變換裝置，對天線收到的射頻信號進(jìn)行兩次頻率變換。
本專利圖1中所示的頻率變換裝置包括一個(gè)主要由壓控振蕩器28形成的鎖相環(huán)頻率合成器30，它向第一混頻器14提供第一高頻信號。第一混頻器還接收被包括選擇性帶通濾波器的放大和濾波元件12濾波和放大后的射頻信號。第一混頻器產(chǎn)生的變換后的信號，頻率約為200MHz。
包括選擇性帶通濾波器的第二放大和濾波元件16對第一混頻器14產(chǎn)生的信號進(jìn)行濾波和放大，以便向第二混頻器18提供濾波后的信號。這第二混頻器18還接收第二高頻信號，其頻率比第一高頻信號低整數(shù)倍。第二混頻器所產(chǎn)生的信號頻率約等于26MHz。然后，這些信號在提供給處理器22之前，由第三元件20進(jìn)行濾波和放大。
該歐洲專利提出的裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是，例如，必須使用兩個(gè)選擇性無源濾波器，它可以是SAW型的。即使兩個(gè)混頻器和頻率合成器的一部份都集成在同一個(gè)集成電路中，該兩選擇性濾波器也無法集成在所述集成電路中。結(jié)果，要采用外部的濾波器，仍舊要造成相當(dāng)大的空間損失，而且用這些昂貴的元件來制造一個(gè)裝置，成本仍舊高。
另一個(gè)缺點(diǎn)在于這樣一個(gè)事實(shí)，即電流消耗仍舊高，因?yàn)榇蟛糠菰诟哳l下工作，而選擇性濾波器消耗數(shù)量巨大的電流。把一個(gè)這樣接收機(jī)裝配在尺寸小的物件中并非易事。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于制造一種頻率變換裝置，它盡可能進(jìn)行二次頻率變換，降低能量消費(fèi)，并減少電子元件的數(shù)目并縮小其尺寸，以便克服先有技術(shù)裝置的缺點(diǎn)。于是，包括所述裝置的射頻接收機(jī)可以容易地裝入諸如手表或蜂窩式電話等尺寸小的物件中。
除其它目標(biāo)外，這一目標(biāo)用上述變換裝置達(dá)到，其特征在于，第二濾波器不是絕對選擇性的。
在該裝置的一個(gè)推薦的實(shí)施例中，第二濾波器是一個(gè)有源帶通濾波器，第一混頻器產(chǎn)生的信號在其中濾波和放大。
在該裝置的另外一個(gè)推薦的實(shí)施例中，第二濾波器與第一和第二混頻器、信號整形裝置和振蕩信號產(chǎn)生裝置的某些部份一起集成在一個(gè)射頻/中頻集成電路中。
該頻率變換裝置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于這樣一個(gè)事實(shí)，一個(gè)單一的射頻/中頻集成電路包括了兩個(gè)混頻器、第二選擇性的并非絕對的帶通濾波器、第二混頻器所提供的信號用的以產(chǎn)生中間信號的整形裝置，以及大部分振蕩信號的產(chǎn)生裝置。這些信號的產(chǎn)生裝置包括，具體地說，至少一個(gè)連接到向其提供基準(zhǔn)信號的振蕩器的頻率合成器。只有合成器的一個(gè)低通濾波器和振蕩器的石英晶體對射頻/中頻集成電路而言是外部元件。
于是，該頻率變換裝置的電子元件的數(shù)目和尺寸被減到最小。在射頻/中頻集成電路之外只剩下第一SAW型無源選擇性濾波器、一個(gè)接收機(jī)的天線拾取的射頻信號用的放大器、這里描述的低通濾波器和石英晶體。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，第二帶通濾波器可以集成，因?yàn)樗槐厥沁x擇性的。于是，該第二濾波器被稱為不是絕對選擇性的濾波器。第二濾波器是一個(gè)向被接收的信號提供放大的有源濾波器，它避免使用放大器來提高射頻信號的檢測靈敏度。應(yīng)該指出，第二濾波器不必和第一帶通濾波器具有一樣的選擇性，因?yàn)榈谝换祛l器所產(chǎn)生的信號頻率比射頻信號的載波頻率小50到100倍。這一頻率，例如，約為26MHz。因此，干擾象頻被包含在信號中通帶中，因而不必用這樣一個(gè)選擇性濾波器來消除。
電流消耗大大減少，因?yàn)橹挥貌皇墙^對選擇性的低功耗第二濾波器進(jìn)行兩次頻率變換。另外，絕大部分元件在低頻下工作，和先有技術(shù)的頻率變換裝置不同。
除其它目標(biāo)外，該目標(biāo)用頻率變換裝置用的射頻/中頻集成電路達(dá)到，其特征在于，它包括第一混頻器、第二帶通濾波器、第二混頻器、整形裝置和絕大多數(shù)振蕩信號的產(chǎn)生裝置。
為了減少該裝置電子元件的耗電量和尺寸，射頻/中頻集成電路可用0.25μm或更小的CMOS(互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體)工藝制造。然而，還可以設(shè)想用biCMOS或雙極工藝制造，或者甚至用大于0.25μm的CMOS工藝制造。
在以下對至少一個(gè)參照附圖舉例說明的實(shí)施例的描述中，射頻接收機(jī)用的射頻信號頻率變換裝置的目標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)更清楚地出現(xiàn)，附圖中-圖1如上所述表示按照先有技術(shù)的射頻信號頻率變換裝置；-圖2簡略地表示形成一個(gè)射頻信號接收器的各種不同的部份；-圖3按照本發(fā)明的一個(gè)射頻信號頻率變換裝置；-圖4a和4b表示第二外部無源濾波器濾波信號的增益和被濾波后信號頻率函數(shù)關(guān)系的曲線圖；而-圖5是表示按照本發(fā)明的第二集成濾波器的增益與濾波后信號頻率的函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
在以下的描述中，只簡單地涉及對本專業(yè)的技術(shù)人員是眾所周知的低功率射頻接收機(jī)的頻率變換裝置的那些元件。而且，只引用低功率的全球定位系統(tǒng)型接收機(jī)將用的裝置，盡管該裝置當(dāng)然也可以用于任何的其他類型的射頻接收機(jī)。
參見圖2，概要示出射頻信號接收器1。該接收機(jī)1包括天線2，用以拾取從各個(gè)看得見的衛(wèi)星發(fā)出的射頻信號，以便搜索和跟蹤。在全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的情況，要使接收機(jī)能夠提取計(jì)算位置或速度用的全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，必須跟蹤至少四個(gè)看得見的衛(wèi)星。
射頻接收機(jī)包括頻率變換裝置3，在圖2中稱作射頻/中頻裝置，直接地連接到天線2，以接收射頻信號。頻率變換裝置3有個(gè)任務(wù)，就是在RF/IF(射頻/中頻)電路4′和4″中通過兩次頻率變換降低所接收的射頻信號的載波頻率。電路4′和4″中的頻率變換是通過振蕩信號控制裝置5的結(jié)果而達(dá)到的。這些裝置5，具體地說，包括基準(zhǔn)振蕩器和頻率合成器。對于形成本發(fā)明要點(diǎn)的所述裝置的元件，在這里將參見圖3作更詳細(xì)的解釋。
裝置3提供的中間復(fù)數(shù)中頻信號在相關(guān)級6中被采樣和量化，相關(guān)級由幾個(gè)相關(guān)信道6′形成。在相關(guān)級中工作的信道6′將會(huì)根據(jù)相關(guān)步驟提取全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)。每個(gè)信道6′將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)要跟蹤的衛(wèi)星的特定偽隨機(jī)碼的復(fù)制品，以便與中間復(fù)數(shù)中頻信號相關(guān)。而且，每個(gè)信道還產(chǎn)生要與中間復(fù)數(shù)中頻信號相關(guān)的載波頻率的一個(gè)復(fù)制品。因此，每個(gè)信道一旦鎖定在被跟蹤的衛(wèi)星上，它就能經(jīng)由數(shù)據(jù)總線7向微處理機(jī)裝置8傳送全球定位系統(tǒng)消息。這些微處理機(jī)裝置8從至少四個(gè)工作的信道接收全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便能夠計(jì)算位置、速度和與時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)。
應(yīng)該指出，中間中頻信號最好以復(fù)數(shù)形式，由頻率約為400kHz的同相信號分量I和正交相位(quarter-phase)信號分量Q形成。中間的復(fù)數(shù)中頻信號在圖2中用一個(gè)定義2比特的斜杠相交的線的表示。同相信號和正交相位信號也可以各被2比特定義。
低功率的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)可以裝配在諸如手表等便攜物件中，以便根據(jù)需要，為手表攜帶者提供位置、速度和當(dāng)?shù)貢r(shí)間數(shù)據(jù)。既然手表有個(gè)尺寸小的蓄電池或電池組，在全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間功率消耗必須盡可能低。
當(dāng)然，全球定位系統(tǒng)接收機(jī)可以裝配在諸如手提式電話等尺寸小的其他低電耗的便攜物件中，它們也配備有能量蓄電池或電池組。
參見圖3，現(xiàn)將描述形成發(fā)明要點(diǎn)的頻率變換裝置3的一個(gè)推薦的實(shí)施例，為了接收射頻信號，連接到天線2。對于民用，全球定位系統(tǒng)射頻信號的載波頻率具有1.57542GHz的數(shù)值。
裝置3首先包括第一低噪聲類型的放大器或LNA11、后跟一個(gè)選擇性帶通表面聲波(SAW)濾波器12。濾波器12的輸出連接到射頻/中頻集成電路，以圖對濾波后的射頻實(shí)現(xiàn)兩次頻率變換，以產(chǎn)生采樣和量化的中間信號IF(I)和IF(Q)。
正如可以看到的，射頻/中頻集成電路的外部元件數(shù)目被減到最少，以便留出足夠空間來裝配入手表或蜂窩式電話。而且，集成電路10，例如，可以用0.25μm的CMOS工藝，用諸如硅等半導(dǎo)體材料制造。這允許把許多的電子元件集成在一起，并保證減少電力消耗。
于是，頻率變換裝置3的射頻/中頻集成電路10接收濾波并放大后的射頻信號。在射頻/中頻電路輸入端的前置放大器13使集成電路的靈敏度提高到能夠處理射頻信號。在第一頻率變換操作中，從前置放大器13出來的射頻信號在第一混頻器14中與第一高頻信號混頻。第一高頻信號是以振蕩器單元26和28所提供的基準(zhǔn)信號為基礎(chǔ)，由形成頻率合成器一部份的控壓振蕩器VCO20提供的。在這一個(gè)實(shí)施例中，混頻器14是只由一個(gè)單一的混頻器14形成。
混頻器14這樣產(chǎn)生的信號，其頻率等于濾波后的射頻信號的載波頻率減去第一高頻信號的頻率。用一個(gè)非限制性的數(shù)字示例來說，射頻信號的載波頻率具有1.57542GHz的數(shù)值，而要混頻的第一高頻信號具有1.5508GHz的數(shù)值。于是，第一混頻器14產(chǎn)生的信號頻率為24.6MHz，約比射頻信號載波頻率小64倍。然而，完全可以設(shè)想具有一個(gè)處于比射頻信號頻率小50到100倍范圍內(nèi)的頻率信號。
對于第一混頻器14的該第一頻率變換操作，第一帶通濾波器12必須是一個(gè)選擇性的無源濾波器，具體地說，屬于SAW型。該濾波器12必須有足夠的選擇性來除去第一混頻器14輸入端射頻信號的象頻。
第一高頻信號的頻率等于，例如，1.5508GHz，第一混頻器所產(chǎn)生的信號頻率具有大約24.6MHz的數(shù)值。于是，第一選擇濾波器必須能夠除去所接收的射頻信號的具有1,5262GHz(1,5508GHz-0.0246GHz)的數(shù)值的象頻。
第一混頻器14所產(chǎn)生的信號在第二有源帶通濾波器15中被濾波和放大。這個(gè)第二帶通濾波器不必象第一濾波器11那樣要求是選擇性的，因?yàn)樵撔盘柕母蓴_象頻包含在全球定位系統(tǒng)信號的通帶(24.6MHz±1MHZ)中，于是，這一濾波器15最好可以集成于射頻/中頻集成電路中。這一濾波器的唯一限制是，它必須能夠消除如此接近49MHz的24.6MHz的諧波頻率。
第二有源帶通濾波器可以是被稱為IFA-gmC的眾所周知的濾波器。該濾波器有個(gè)好處它放大第一混頻器產(chǎn)生的在24.6MHz的頻率周圍的信號，這是無源選擇濾波器做不到的。舉例來說，可以參見圖4和圖5，其中示出增益作為每種類型的濾波器的信號頻率的函數(shù)的曲線。
圖4a和4b表示在圖1舉例引用的179MHz的頻率附近SAW型選擇性濾波器中濾波信號的增益曲線。在這種情況下，在一個(gè)要在4.8MHz頻率下產(chǎn)生信號的混頻器的輸入端，濾波器必須消除169.7MHz的象頻。應(yīng)該指出，在179MHz左右，在濾波后的信號上至少有4個(gè)分貝的損失，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
恐怕已經(jīng)有可能示出按照發(fā)明的裝置的第一帶通濾波器的增益曲線。因此，這第一選擇性濾波器必須配置得能夠消除1,5262MHz的象頻。從增益曲線的形狀就可以看清這樣一種選擇性濾波器的復(fù)雜性。該濾波器是如此之昂貴和龐大，這就是為什么頻率變換裝置只能包括一個(gè)的原因。
圖5示出被集成在射頻/中頻集成電路中的第二有源帶通濾波器濾波的信號在24.6MHz的頻率周圍的增益曲線。正如在圖5中可以看到的，在24.6MHz的頻率周圍衰減斜坡不陡，濾波器不是選擇性的。因而，該濾波器必須能夠消除具有49MHz的諧波頻率的信號。
再次參見圖3，第二濾波器15后面是第二頻率變換用的第二混頻器16。該混頻器16由兩個(gè)混頻器16a和16b形成。在混頻器16a中，第二高頻同相信號I與被第二濾波器15濾波的信號混頻。在混頻器16b中，第二高頻正交相位信號Q與被第二濾波器15濾波的信號混頻。
第二高頻在同相和正交相位信號是由頻率合成器的一個(gè)分頻器寄存器元件23提供的。該寄存器23接收來自連接到壓控振蕩器20的第一分頻器21的信號。以非限制性數(shù)字示例說明，第一分頻器21進(jìn)行32分頻，而分頻器寄存器23進(jìn)行2分頻。若第一高頻信號的頻率具有1,5508GHz的數(shù)值，則第二高頻同相和正交相位信號的頻率便為24.2MHz。
混頻器16所產(chǎn)生的信號16a和16b是一個(gè)其頻率等于第一混頻器所產(chǎn)生的信號頻率減去第二高頻信號的頻率的結(jié)果的信號。每個(gè)混頻器16a和16b產(chǎn)生的信號具有接近400kHz的頻率。
信號整形裝置設(shè)置在混頻器16a和16b的輸出端。這些裝置在每個(gè)混頻器之后包括一個(gè)低通濾波器(1.5MHz)17a和17b，一個(gè)受控增益放大器18a和18b和最后是一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器19a和19b。這樣，采樣和量化的中間復(fù)數(shù)信號IF(I)和IF(Q)便由頻率變換裝置3產(chǎn)生。
每個(gè)放大器18a和18b都可以被控制，以便通過集成在射頻/中頻電路中的電平檢波器或接收中間復(fù)數(shù)信號的相關(guān)級的相關(guān)器，調(diào)整信號的放大。
每個(gè)轉(zhuǎn)換器19a和19b用由振蕩器提供的時(shí)鐘信號CLK作時(shí)鐘。這樣，基準(zhǔn)振蕩器包括帶有石英晶體29的振蕩器28通過振蕩器分頻器26提供基準(zhǔn)信號。由振蕩器提供的信號頻率被固定在，例如，16.154MHz。振蕩器分頻器26在對信號進(jìn)行，例如，二分頻，提供頻率為8.08MHz的基準(zhǔn)信號。為了獲得4.04MHz的時(shí)鐘信號，在分頻器27中對基準(zhǔn)信號進(jìn)行二分頻。這些時(shí)鐘信號CLK還提供給連接到頻率變換裝置的相關(guān)級和微處理機(jī)裝置。然而，該微處理機(jī)裝置也可以用基準(zhǔn)振蕩器單元的基準(zhǔn)信號作時(shí)鐘。
頻率變換裝置包括一個(gè)上面已部份描述的鎖相環(huán)頻率合成器，用以產(chǎn)生第一和第二高頻信號。這個(gè)合成器包括壓控振蕩器20，兩個(gè)分頻器21和22，一個(gè)頻率和相位檢測器24和一個(gè)低通濾波器25。相位和頻率檢波器把來自振蕩器20被分頻器21和22分頻的信號的頻率和基準(zhǔn)振蕩器單元所產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號頻率加以比較。離開檢測器24的控制信號被射頻/中頻集成電路之外的低通濾波器25濾波，以便在振蕩器20產(chǎn)生一個(gè)控制電壓，作為與提供到該檢測器24的信號進(jìn)行比較的函數(shù)。
具有上面描述配置的裝置的功率消耗低于30mW，接近20mW。把第二濾波器集成在射頻/中頻集成電路中和兩次頻率變換保證了包括該裝置的射頻接收機(jī)可以容易地安裝在一個(gè)帶有小尺寸電池組或蓄電池的便攜式物件中。
從剛才給出的描述中，在不脫離權(quán)利要求書所定義的發(fā)明范圍的情況下，可以構(gòu)思出對低功率接收機(jī)(特別是GPS型)的頻率變換裝置的多種變體。
權(quán)利要求
1.一種射頻信號頻率變換裝置(3)，用以產(chǎn)生準(zhǔn)備在低功率射頻接收機(jī)(1)的相關(guān)級(6)中處理的中間信號(IF)，所述裝置包括-第一帶通濾波器(12)，用以對接收機(jī)的天線(2)所拾取的射頻信號進(jìn)行濾波，所述第一濾波器為無源選擇性濾波器，用以在第一頻率變換期間濾除象頻，-振蕩信號產(chǎn)生裝置(20至29)，用以產(chǎn)生第一和第二高頻信號，所述第一信號的頻率高于第二信號的頻率，-第一混頻器單元(14)，用以使濾波后的射頻信號與第一高頻信號混頻，以便產(chǎn)生一個(gè)其頻率與射頻信號的載波頻率減去第一信號的頻率的結(jié)果相等的信號，-第二帶通濾波器(15)，用以對來自第一混頻器單元的信號進(jìn)行濾波，-第二混頻器單元(16)，使第二濾波器濾波的信號與第二高頻信號混頻，以便產(chǎn)生一個(gè)其頻率與來自第一混頻器單元的信號的頻率減去第二信號的頻率的結(jié)果相等的信號，和-整形裝置(17，18，19)，用于由第二混頻器單元提供的信號，以產(chǎn)生中間信號，所述裝置的特征在于，第二濾波器是一個(gè)并非絕對選擇性的濾波器。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述第二濾波器被集成在射頻/中頻集成電路(10)中，后者帶有第一和第二的混頻器單元、信號整形裝置、和振蕩信號產(chǎn)生裝置的某部份。
3.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述第二濾波器是對第一混頻器單元所產(chǎn)生的信號進(jìn)行濾波和放大的有源濾波器。
4.按照權(quán)利要求1的低功率的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)用的裝置，其特征在于，所述第一混頻器單元所產(chǎn)生的信號頻率在比射頻信號的載波頻率小50到100倍的范圍內(nèi)，最好小64倍。
5.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述第一高頻信號的頻率比所述第二高頻信號的頻率高n倍，n為一整數(shù)，在50到100倍的范圍選擇，最好是64倍。
6.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述振蕩信號產(chǎn)生裝置包括一個(gè)基準(zhǔn)振蕩器單元和一個(gè)連接到基準(zhǔn)振蕩器單元(26到29)的頻率合成器(20到25)，所述合成器以所述基準(zhǔn)振蕩器單元所提供的信號為基礎(chǔ)提供第一和第二高頻信號。
7.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述振蕩信號產(chǎn)生裝置包括一個(gè)基準(zhǔn)振蕩器單元和一個(gè)連接到基準(zhǔn)振蕩器單元(26到29)的頻率合成器(20到25)，所述合成器以所述基準(zhǔn)振蕩器單元所提供的基準(zhǔn)信號為基礎(chǔ)提供第一高頻信號，而所述基準(zhǔn)振蕩器單元提供第二高頻信號。
8.按照權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于，頻率合成器所有的元件，包括鎖相環(huán)，均集成在一個(gè)射頻/中頻集成電路中，只有壓控振蕩器濾波器用的控制信號低通濾波器除外，所述振蕩器用來產(chǎn)生第一高頻信號。
9.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述第二高頻信號由第二同相信號和第二正交相位信號形成，而所述第二混頻器單元包括第一混頻器(16a)，用以使來自第一混頻器單元的信號和第二同相信號混頻；和第二混頻器(16b)，用以使來自第一混頻器單元的信號與第二正交相位信號混頻；所述整形裝置接收來自所述第一和第二混頻器(16a，16b)的信號，以便提供由同相信號和正交相位信號形成的中間的復(fù)數(shù)信號。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，其特征在于，所述整形裝置在第二混頻器單元的每個(gè)混頻器之后包括低通濾波器(17a和17b)，后跟受控增益放大器(18a，18b)和以振蕩器單元所提供時(shí)鐘信號CLK作時(shí)鐘的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(19a，19b)，一個(gè)轉(zhuǎn)換器提供對中間信號進(jìn)行采樣和量化的同相信號，而另一個(gè)轉(zhuǎn)換器提供對中間信號進(jìn)行采樣和量化的正交相位信號。
11.按照權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于，所述振蕩器單元提供一個(gè)其頻率由石英晶體(29)決定的基準(zhǔn)信號，所述頻率最好在10和20MHz之間，而且所述振蕩器單元的所有元件均集成在射頻/中頻集成電路(29)，石英晶體除外。
12.按照權(quán)利要求1的裝置用的射頻/中頻集成電路，其特征在于，它包括第一混頻器單元、第二帶通濾波器、第二混頻器單元、整形裝置和振蕩信號產(chǎn)生裝置的絕大部分。
13.按照權(quán)利要求12的射頻/中頻集成電路，其特征在于，它用半導(dǎo)體材料，例如硅，以0.25μm或更細(xì)的CMOS工藝制成。
全文摘要
射頻信號頻率變換裝置(3)產(chǎn)生低功率射頻接收機(jī)的相關(guān)級用的中間復(fù)信號(IF)。為了做到這一點(diǎn)，該裝置包括第一選擇性帶通濾波器(12)，用以對天線(2)所拾取的射頻信號進(jìn)行濾波。頻率合成器(20至25)產(chǎn)生第一和第二高頻信號，其中第一高頻信號的頻率高于第二高頻信號的頻率。該合成器接收來自振蕩器(26至29)的基準(zhǔn)信號。第一混頻器單元(14)使射頻信號與第一信號混頻，以便產(chǎn)生經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換的信號。第二帶通濾波器(15)對來自第一混頻器單元的信號進(jìn)行濾波，并向第二混頻器單元(16)提供信號，以便與第二高頻信號混頻。最后，由第二混頻器單元提供的信號用的整形裝置(17，18，19)產(chǎn)生中間信號。第二濾波器是一個(gè)并非絕對選擇性的有源濾波器，集成在射頻/中頻集成電路(10)中，所述集成電路帶有第一和第二混頻器單元、信號整形裝置以及合成器與振蕩器單元的某些部分。
文檔編號H04B1/26GK1606826SQ02819805
公開日2005年4月13日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者E·策爾韋格, Y·厄施, K·伊姆費(fèi)爾德, P·-A·法林 申請人:阿蘇拉布股份有限公司