专利名称：频移键控接收机的自动频率控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于接收FSK调制的信号并将其解调为基带信号的一个FSK(频移键控)接收机，特别涉及用于FSK接收机中的自动频率控制技术。
通常，有两种类型的FSK接收机超外差类型和直接变换类型。它们都装有频率转换器和频率一电压(f/v)转换器。频率转换器混合接收的FSK信号到本地振荡器的本地振荡信号。因此，所接收的FSK信号被转换为中频的第二FSK信号。此后，第二FSK信号的频率被转换为依据第二FSK信号频率变化而改变的电压。通常，f/v转换器具有诸如输出电压随FSK信号频率的增加而增并随其减小而减小的转换特性(见图5)。因此，该f/v转换器能用来解调FSK信号以产生基带信号。
在这样一个FSK接收机中，本地振荡器的频率漂移可能是恶化接收状态条件的一个因素。频率漂移可以由本地振荡器的准确度和/或温度的改变而引起。因此，采用一种自动频率控制(AFC)技术使本地振荡频率拉到合适的频率。
下面将利用具有f/v转换功能的常规超外差和直接一转换接收机描述常规AFC电路。
在超外差FSK接收机中，f/v转换器的输出电压输入到在那儿取平均的一个积分器。该平均值被输入到将它与基准电压进行比较的电压比较器。然后，当积分器65的输出电压高于基准电压作为比较结果时，电压比较器提升本地振荡器的本地振荡频率以便积分器的输出电压变成与基准电压相等。另一方面，当积分器的输出电压低于基准电压时，电压比较器降低本地振荡器的本地振荡频率以便积分器的输出电压变得等于基准电压。在这种情况下，基准电压是对应于由频率转换器获得的第二FSK信号的中心频率的一个电压。以这种方式，常规AFC电路利用积分器和电压比较器来执行自动频率控制。
这种常规AFC电路也可以用于直接转换FSK接收机，它的一个例子已在日本专利申请公开号08-107428中公开。这个直接转换FSK接收机装备有一个第一本地振荡器和一个第二本地振荡器。该第一本地振荡器用于直接地转换该射频FSK信号为基带I和Q信号。该第二本机振荡器用于上变换该基带I和Q信号为中频信号。这样一个系统由WEAVER等人提出(1956.6.25的IRE会刊1703页)。
第二本机振荡器的输出信号被输入到第一f/v转换器并且中频信号被输入到第二f/v转换器。第一f/v转换器的第一输出电压和第二f/v转换器的第二输出电压由电压比较器进行比较。电压比较器的输出被平均然后该平均电压用来控制第一本机振荡器的频率。
另一个常规电路在日本实用新型申请公开号61-15816中公开。这个常规电路装备有相位和频率比较器，它分别通过两个低通滤波器然后两个高通滤波器输出两个信号到两个检测器。该频率能够通过改变至少一个高通滤波器的时间常数来改变。
通过积分(平均)一个f/v转换的输出信号来执行自动频率控制的上述现有技术具有下述缺陷。
为适当地操作积分器或平均电路，如
图1A所示接收数据必须均匀地交替1和0。当接收具有不均匀交替的信号诸如图1B所示“101011110…”时，积分器或平均电路输出如图1B中的虚线DL所示的差错控制电压，产生不准确本机振荡频率。因此，当接收图1A所示的均匀的1和0交替信号时，有必要操作自动频率控制电路。
此外，积分或平均电路要求积分或平均时间长于数据速率。尤其是，由于最近的数据传输速率的增加，同步信号趋向于变短。因此，利用积分器或平均电路的常规自动频率控制电路具有难以准确地设置用于一次AFC操作的本机振荡频率的问题。
本发明的一个目的是提供一种AFC电路和方法，它可以利用缩短的集中时间操作并准确地设置用于中心频率的本机振荡频率而不管接收信号是否是不均匀交替的1和0。
根据本发明，AFC电路控制设置在FSK信号接收机中的本机振荡器的振荡频率。该AFC电路包括一个转换器，用于转换FSK信号频率为根据FSK信号频率改变的接收信号电压；一个窗口发生器，用于产生包括对应于FSK信号的中心频率的基准电压的一个电压窗口；和一个控制器，用于根据来自电压窗口的接收信号电压的偏移来控制本机振荡器的振荡频率，以便接收信号电压落入该电压窗口。
窗口发生器可以产生上限电压和下限电压，这些电压定义具有在其中心的基准电压的电压窗口。上限电压对应于相对FSK信号的中心频率的正向频率漂移，而下限电压对应于反相频率漂移。
该窗口发生器可以产生一个第一上限电压，高于该第一上限电压的一个第二上限电压，一个第一下限电压和低于该第一下限电压的一个第二下限电压。第一上限电压和第一下限电压定义具有在其中心的基准电压的电压窗口。该第一和第二上限电压对应于对FSK信号中心频率的正向频率漂移，而第一和第二下限电压对应于负向漂移。
图1A是表示当接收具有均匀交替1和0的理想FSK信号时，接收信号和由常规AFC电路产生的控制电压之间的关系图；图1B是表示当接收具有不均匀交替1和0的FSK信号时，接收信号和由常规AFC电路产生的控制电压之间的关系图；图2是表示采用根据本发明第一实施例的自动频率控制电路的超外差FSK接收机电路的方框图；图3A是表示输入到根据第一实施例的超外差FSK接收机的频率转换器的射频FSK信号的频谱图；图3B是表示从根据第一实施例的超外差FSK接收机的频率变换器输出的中频FSK信号的频谱图；图4是表示根据第一实施例的超外差FSK接收机的f/v转换器的频率一电压特性图；图5是表示在根据第一实施例的超外差FSK接收机的本机振荡器中本机振荡频率对于输入控制电压的特性图；图6是表示根据第一实施例的自动频率控制电路的窗口宽度设定电路和控制电压发生器的电路图；图7是表示根据第一实施例的自动频率控制电路的控制电压发生器的VRCV-I特性图；图8是表示根据第一实施例的自动频率控制电路的操作图；图9是表示根据本发明第二实施例的自动频率控制电路的窗口宽度设定电路和控制电压发生器的电路图10是表示根据第二实施例的自动频率控制电路的控制电压发生器的VRCV-I特性图；图11是表示图6的窗口宽度设定电路和控制电压发生器的一个例子的详细电路图；图12是表示根据本发明第三实施例的自动频率控制电路的窗口宽度设定电路和控制电压发生器的电路图；图13是表示根据第三实施例的自动频率控制电路的控制电压发生器的VRCV-I特性图；图14是表示根据本发明第四实施例的自动频率控制电路的窗口宽度设定电路和控制电压发生器的电路图；图15是表示根据第四实施例的自动频率控制电路的控制电压发生器的VRCV-I特性图；图16是表示采用根据本发明第一实施例的自动频率控制电路的直接转换FSK接收机电路的方框图；图17A是表示输入到图16的直接转换FSK接收机的混频器的射频FSK信号的频谱图；图17B是表示从图16的直接转换FSK接收机的混频器中输出的基带I和Q信号的频谱图；图17C是表示从图16的直接转换FSK接收机的混频器中输出的中频FSK信号的频谱图；图18A是表示根据本发明的自动频率控制电路的图解操作流程的流程图；而图18B是表示常规自动频率控制电路的图解操作流程的流程图。
下面通过参考附图描述根据本发明的自动频率控制电路的实施例。自动频率控制电路对于利用图4所示的f/v转换特性解调FSK信号的接收系统是有效的。
参见图2，由天线101接收从发送机(未示出)发送的射频FSK信号并由高频放大器102放大，然后经由带通滤波器103输入到混频器104。混频器104混合从带通滤波器103输出的射频FSK信号S1与从本机振荡器105输出的本机振荡信号LO以便将它从射频转换为中频(f-fLO)。
虽然在上述频率转换的情况中也输出图像频率(f+fLO)，但图像频率分量(f+fLO)由低通滤波器106滤去。于是，只有中频(f-fLO)的第二FSK信号S2通过带通滤波器106以便输入给限幅放大器107，通过该限幅放大器第二FSK信号S2被限幅。该限幅放大器107的限幅输出信号输入到f/v转换器108。f/v转换器108转换限幅放大器107的输出信号率为对应于那个频率的接收的信号电压VRCV。以这种方式，第二FSK信号S2被解调为电压依据限幅放大器107的频率而变化的基带信号。
接收的信号电压VRCV也传送给控制电压发生器109，控制电压发生器109利用从窗口宽度设定电压110接收的上限电压VH和下限电压VL输出频率控制电压VCTRL给本机振荡器105。
窗口宽度设定电路110从对应于第二FSK信号S2的中心频率的电压的基准电压VREF中产生上限电压VH和下限电压VL。
如图3A和3B所示，射频FSK信号S1具有f的中心载频并具有分别对应“1”和“0”的两个频率分量。类似地，第二FSK信号S2具有(f-fLO)的中心中频频率并具有分别对应“1”和“0”的两个频率分量。如后所述，中心频率(f-fLO)被调整到第二FSK信号S2的适当中心频率。
参照图4,f/v转换器108具有频率-电压转换特性，使得在对应于(f-fLO)的中心频率的VREF的中心电压上输出电压VRCV随着第二FSK信号S2的频率增加而增加并随其减小而减小。因此，f/v转换器108能够用于解调第二FSK信号S2以便产生基带信号VRCV。电压对于频率的变化速率被定义为解调灵敏度(KD)。
根据接收信号电压VRCV，通过将它与从窗口宽度设定电路110接收的上限电压VH和下限电压VL二者进行比较，控制电压发生器109输出频率控制电压VCTRL到本机振荡器105，这将在下面描述。
参照图5，本机振荡器105根据频率控制电压VCTRL改变其振荡频率。振荡频率fLO，对于控制电压VCTRL的改变速率被定义为调制灵敏度(1/KD1)。
下面将详细叙述控制电压发生器109和窗口宽度设定电路110。
第一个实施例参照图6，窗口宽度设定电路110由恒流源13，电阻14，电阻15和恒流源16组成，它们在电源线12和GND(地)线之间串联连接以便产生由上限电压VH和下限电压VL定义的窗口。
基准电压VREF加到电阻14和15之间的连接点。窗口的上限电压VH在电阻14和恒流源13之间的连接点产生而窗口的下限电压VL在电阻15和恒流源16之间的连接点产生。
电阻14和恒流源13之间的连接点被连接到VI放大器18的反相输入端，VI放大器18是控制电压发生器109的输入电压并输出电流的一个放大器。此外，电阻15和恒流源16之间的连接点被连接到VI放大器19的非反相输入端。
控制电压发生器109由VI放大器18和19以及电容20构成。VI放大器18的非反相输入端和VI放大器19的反相输入端共同连接到f/v转换器108的输出端，以便f/v转换器108的输出电压VRCV加到它们。
VI放大器18和19的输出端通过电容20接地线以便于控制电压VCTRL从电容20和VI放大器18和19的输出端之间的连接点输入到本机振荡器105。
如图7所示，通过VI放大器18和19的输出端的连接点流动的输出电流I根据f/v转换器108的输出电压VRCV改变。在f/v转换器108的输出电压VRCV保持在上限电压VH和下限电压VL之间的情况下，表示输出电流I为O。当输出电压VRCV超出上限电压VH时，输出电流I开始在正方向流动。当输出电压VRCV低于下限电压VL之下时，输出电流I开始在负方向流动。
然后，将参照图8描述图2所示的FSK接收机的操作和图6所示的第一实施例。
射频FSK信号由天线101接收，由高频放大器102放大，并通过带通滤波器103输入给混频器104。混频器104将带通滤波器103的输出信号S1与本机振荡器105的本机振荡信号LO混合。频率转换的FSK信号通过带通滤波器106传送以便产生具有中频(f-fLO)的第二FSK信号S2。
在带通滤波器106的输出信号(f-fLO)输入到限幅的限幅放大器107之后，限幅放大器107的输出信号输入到f/v转换器108。
f/v转换器108的输出电压VRCV输入到控制电压发生器109。由窗口宽度设定电路110设定的图8显示的窗口宽度，即上限电压VH和下限电压VL被加到控制电压发生器109。
在图6的窗口的情况下，基准电压VREF加到电阻14和15的之间的连接点，恒定电流通过恒流源13和16流过电阻14和15。因此，上限电压VH总是在恒流源13和电阻14之间的连接点产生而下限电压VL总是在恒流源16和电阻15之间的连接点产生。
窗口在上限电压VH和下限电压VL之间形成因此而设定，并且上限电压VH和下限电压VL施加到控制电压发生器109。f/v转换器108的输出电压VRCV也加到控制电压发生器109。
当f/v转换器108的输出电VRCV出现在由图8的标号201所示的窗口之内时，它与图3B所示的第二FSK信号S2的中心频率相匹配。因此，在这种状态下，由于电容20的电荷不移动或者控制电压发生器109的输出电压不改变，则控制电压发生器109不操作。因此，本机振荡器105的本机振荡频率不改变。
由窗口宽度设定电路110设定的窗口的上限电压VH和下限电压VL是对应于基准电压VREF的中心电压处的正/负频率漂移的电压如图8所示。例如，当假定频率偏移±4.8KHZ时，对应于频率偏移+4.8KHZ的电压变为等于VH，而对应于频率偏移-4.8KHZ的电压变为等于VL。
f/v转换器108的输出电压VRCV加到控制电压发生器109的VI放大器18的非反相输入端和VI放大器19的反相输入端。然后，当输出电压VRCV高于由图8中标号202所示的上限电压VH时，意味着带通滤波器106的输出信号(f-fLO)大于第二FSK信号S2的中心频率。因此，输出电流I从VI放大器18的输出端流到电容20，如图7所示。因此，电容20由VI放大器18的输出电流I充电以便升高控制电压VCTRL并由此增加本机振荡器105的本机振荡频率fLO。
以这种方式，在带通滤波器106(f-fLO)处具有中频的输出信号被调整到图3B所示的第二FSK信号S2的适当的中心频率。结果，f/v转换器108的输出电压VRCV低到上限电压VH或更低并造成由图8的标号201所示的适当状态。
与上述相反，在f/v转换器108的输出电压VRCV低于图8的标号203所示窗口的下限电压VL的情况下，意味着带通滤波器106的输出信号(f-fLO)低于第二FSK信号S2的中心频率。在这种情况下，VI放大器19对电容20的电荷放电以便降低电位并降低本机振荡器105的本机振荡频率fLo，如图7所示。
因此，f/v转换器108的输出电压VRCV上升至下限电压VL或更高并产生由图8标号201所示的状态。因此，f/v转换器108的输出电压VRCV引导到上限电压VH和下限电压VL之间的窗口。由此，带通滤波器106的输出信号(f-fLO)与第二FSK信号的中心频率相匹配，如图3B所示的。
如上所述，即使f/v转换器108的输出电压VRCV超过窗口宽度的上限电压VH或下限电压VL，本机振荡器105的本机振荡频率fLO也受控制电压发生器109的控制以便用窗口覆盖f/v转换器108的电压VRCV幅度变化范围。
此后，将用图8标号202所示的情况作为示例描述本机振荡器105的本机振荡频率fLO的收敛中时间。
如前所述，在使用平均或积分(见图18B)的常规自动频率控制中，要求对接收数据的数据速率的足够长的时间来平均f/v转换器108的输出电压。相反，在第一实施例的情况下，进行自动频率控制而不平均f/v转换器108的输出电压(见图18A)。因此，与现有技术的情况相比收敛时间较短。
特别是，f/v转换器108的输出电压VRCV输入到控制电压发生器109并随后与窗口的上限电压VH和下限电压VL进行比较。如图8所示，f/v转换器108的输出电压VRCV等于或高于上限电压VH并由此控制本机振荡器105的本机振荡频率fLO，使输出电压VRCV落入该窗口。因此，与图18B所示的处理过程相比，图18A所示的处理过程被缩短而且本机振荡器的收敛时间也被缩短。
下面进一步描述本机振荡器105的本机振荡频率fLO的收敛时间。如上所述，本机振荡频率105的本机振荡频率fLO受控制电压发生器109的电容20端子之间的电压控制，并且能以如下所示表示控制电压发生器109的输出电压。
当假定电容20中的电荷量为Q，电容20的容量为C，并且电容20两端的电压为V时，则得到以下表达式(1)和(2)Q=CV ……(1)dQ/dt=C·dV/dt……(2)因此，为执行一个符号的频率牵引，有必要设定电容20和控制电压发生器109的输出电流以满足以下表达式(3)至(5)，假定当f/v转换器108的输出电压VRCV的区域(图8标号202的阴影部分)超出上限电压VH时为S，输出电压VRCV的频率为ff/v,f/v转换器108的解调灵敏度为KD(=电压变量/频率变量)，和本机振荡器105对于电容20两端的电压的调制灵敏度为1/KD1，它以控制电压109的电压变量除本机振荡器105的频率变量得到。
区域S≤1/(2f/v)·dv/dt·KD/KD1……(3)≤1/(2f/v)·1/C·dQ/dt·KD/KD1……(4)在这种情况下，为简单起见假定输出电流I为常数，得到以下表达式(5)区域S≤1/(2f/v)·1/C·I·KD/KD1 ……(5)区域S由应牵引1个符号的最大频率漂移确定。
类似地，通过计算图8中标号203的情况，得到以上表达式(5)。因此，通过确定电容20和控制电压发生器109的输出电流I以便满足表达式(5)，有可能牵引本机振荡器105的本机振荡频率fLO一个符号。
下面将描述控制电压发生器109的电路的一个例子。
参照图11，放大器18由差分晶体管对Q1和Q2及电流镜象电路组成。晶体管Q1的基极输入来自f/v转换器108的电压VRCV，和晶体管Q2的基极输入来自窗口宽度设定电路110的上限电压VH。放大器19由差分晶体管对Q3和Q4和电流镜象电路组成。晶体管Q3的基极输入来自f/v转换器108的电压VRCV，而晶体管Q4的基极输入来自窗口宽度设定电路110的下限电压VL。
晶体管Q1的集电极连接到晶体管Q5的基极，晶体管Q4的集电极连到晶体管Q6的基极。晶体管Q5和Q6的发射极连到电源线23。晶体管Q5的集电极连到晶体管Q7的集电极并且还连到电容20。晶体管Q6的集电极连至与晶体管Q7形成电流镜象电路的晶体管Q8。
在电流I1流过晶体管Q5而电流I2流过晶体管Q7的情况下，电流I1和I2每个根据电压VRCV是否落入上限电压VH和下限电压VL限定的窗口来改变。由于输出电流I由I1-I2确定，则输出电流I根据电压VRCV是否落入图7所示的窗口来改变。
第二个实施例然后，参照附图描述本发明的第二实施例。图9是表示第二实施例结构的电路图。
参照图9，窗口宽度设定电路110的结构与图6的结构相同。虽然省略了窗口宽度设定电路110的描述，但控制电压发生器109的结构不同于图6的结构。即，在图9中的控制电压发生器的情况下，新加入了恒流源24和25并且比较器21和22用来替换VI放大器18和19。
比较器21的反相输入端连到窗口宽度设定电路的恒流源13和电阻14之间的连接点上。比较器22的非反相输入端连接到宽度设定电路110的电阻15和恒流源之间的连接点上。图2所示的f/v转换器108的输出电压VRCV加到比较器21的非反相输入端和比较器22的反相输入端。
比较器21的输出端连接到恒流源24并且比较器22的输出端连接到恒流源25。恒流源24和25在电源线23和地线之间串联连接。
恒流源24和25之间的连接点通过电容20连接到地并还连接到本机振荡器105。其它结构与图6中相同。
根据以上结构，窗口宽度设定电路110输出上限电压VH和下限电压VL，它们分别对应于相应于图3B所示的第二FSK信号的中心频率的电压的正/负向漂移，类似于图6的情况产生。
从f/v转换器108提供的电压VRCV施加到比较器21的非反相输入端和比较器22的反相输入端。当电压VRCV高于上限电压VH时，比较器21的输出变为高电平(此后称为“H”)以便接通恒流源24。此外，随着比较器22的输出，比较器22的输出变为“L”以便断掉恒流源25。因此，输出电流I从恒流源24流向电容20，电容20被充电以便上升到控制电压发生器109的输出电压VCTRL和本机振荡器105的本机振荡频率fLO。因此，带通滤波器106的输出信号频率(f-fLO)被调整到第二FSK信号S2的适当中心频率。
此外，与上述相反，当f/v转换器108的输出电压VRCV低于下限电压VL或更低时，比较器22变为“H”并因此恒流源25导通，并且比较器21的输出变为低变平(这里称为“L”)以便断开恒流源24。因此，电容20的电荷流向恒流25以便降低电容20两端的电压并依次降低控制电压发生器109的输出电压VCTRL。由此，降低本机振荡器105的本机振荡率fLO并调整带通滤波器106的输出信号频率(f-fLO)到第二FSK信号S2的适当中心频率。
图9所示的第二实施例的操作与图6的第一实施例的操作基本相同。
但是，如图10所示，用于牵引f/v转换器108的输出电压VRCV到窗口的输入-输出特性显然与图7的特性不同。因此，第二实施例的特征在于当f/v转换器108的输出电压从窗口偏移时，利用预定的恒定电流改变电容器20的电荷以便改变控制电压发生器109的输出电压VCTRL。
第三个实施例参照图12，第三个实施例不同于图9的第二个实施例之处在于四个基准电压从窗口宽度设定电路110中输出。即，窗口宽度设定电路110由包括恒流源13，电阻26到29和恒流源16的一个串联电路构成，它们在电源线12和地线之间串联连接。基准电压VREF施加到电阻27和28之间的连接点。
在窗口宽度设定电路110中，第一上限电压VH1在电阻26和27之间的连接点产生。第二上限电压在图13所示的恒流源13和电阻26之间的连接点产生。第一下限电压VL1在电阻28和29之间的连接点上产生。而第一下限电压VL2(VL2＜VL1)在电阻29和恒流源16之间的连接点上产生。
在控制电压发生器109中，提供4个比较器30到33和4个恒流源34到37。相应的比较器30-33输入上述四个基准电压VH2,VH1,VL1和VL2。特别是，比较器30的反相输入端连到恒流源13和电阻26之间的连接点。比较器31的反相输入端连到电阻26和27之间的连接点。比较器32的非反相输入端连到电阻28和29之间的连接点。并且，比较器33的非反相输入端连到电阻29和恒流源16之间的连接点。
f/v转换器108的输出电压VRCV共同施加到比较器30和31的非反相输入端和比较器32和33的反相输入端。
恒流源34和35在电源线38和地线之间串联连接。恒流源36与恒流源34并联连接并且恒流源37与恒流源35并联连接。
恒流源36利用比较器30的输出来接通/关闭而恒流源34利用比较器31的输出接通/关闭。恒流源35利用比较器32的输出来接通/关闭。此外，恒流源37利用比较器33的输出来接通/关闭。
恒流源34和35之间的连接点及恒流源36和37之间的连接点经过电容20接地，并且控制电压VCTRL加到本机振荡器105。因此，控制电压发生器109由比较器30到33，恒流源34到37和电容20构成。
下面描述第三个实施例的操作。f/v转换器108的输出电压VRCV加到比较器30和31的非反相输入端和比较器32和33的反相输入端。
当输出电压VRCV高于第一上限电压VH1时，比较器31的输出变为“H”以便接通恒流源34，其它比较器30,32和33的输出变为“L”，并且恒流源35到37关闭。因此，输出电流I从恒流源34馈送给电容20，输出电流I对电容20充电以升高控制电压发生器109的电压VCTRL和本机振荡器105的本机振荡频率fLO，并调整带通滤波器106的输出信号(f-fLO)到第二FSK信号S2的合适的中心频率。
当f/v转换器108的输出电压高VRCV于上限电压VH2时，比较器30和31的输出变为“H”而比较器32和33的输出变为“L”。利用比较器30和31的输出接通恒流源36和34并关闭恒流源36和37。当恒流源36和34接通时，高于合成电流的充电电流就从恒流源36和34馈送给电容20。因此，电容20的电压即控制电压发生器109的输出电压VCTRL迅速上升并且本机振荡器105的本机振荡频率fLO也进一步上升以便调整带通滤波器106的输出信号频率(f-fLO)到第二FSK信号S2的适当中心频率。
当f/v转换器108的输出电压VRCV低于第一下限电压VL1或第二下限电压VL2时，比较器32或33变为“H”以便接通恒流源35或37并对电容20的电荷放电。结果，控制电压发生器109的输出电压VCTRL降低到低于本机振荡器105的本机振荡频率fLO。因此，带通滤波器106的输出信号频率(f-fLO)被调整到第二FSK信号S2的适当中心频率。
图12实施例的基本操作与图9所示的第二实施例的操作完全相同。但是，输出电压VRCV和输出电流I之间的关系不同于图10所述的关系。
利用第三个实施例的结构，有可能实现本机振荡器105的任何本机振荡频率的牵引特性。由于利用四个基准电压，即第一与第二上限电压VH1及VH2和第一与第二下限电压VL1及VL2产生具有多个步长的窗口。
第四个实施例如图14所示，第四个实施例类似于图6所示的第一实施例。然而，第四实施例不同于第一实施例之处在于差分输出VI放大器39和40用于控制电压发生器109并且电容20以两种充电方式充电。由于窗品宽度设定电路110的结构与图6的结构相同，因此相同部分以相同标号表示并省略的说明。
在控制电压发生器109中，差分输出VI放大器39和40的一个输出端彼此相连并且放大器39和40的另一个输出端也彼此相连。电容41在一个输出端和其它输出端的连接点之间连接。基准电压42被加到电容41的一个电极，而电容41的另一个电极连到本机振荡器105。
下面描述第四个实施例的操作。f/v转换器108的输出电压VRCV施加到VI放大器39的非反相输入端和VI放大器40的反相输入端。当输出电压VRCV高于窗口的上限电压VH时，差分输出VI放大器39接通。这导致电容41被VI放大器39的输出电流B充电，如图14所示的，并且电荷由VI放大器39的输出电流A从电容41的另一端放电。
因此，控制电压发生器109的输出电压VCTRL变得高于基准电压42。因此，类似于图6的第一实施例，本机振荡器105的本机振荡频率fLO上升并且带通滤波器106的输出信号频率(f-fLO)被调整到第二FSK信号S2的适当中心频率。
相反，当f/v转换器108的输出电压VRCV低于窗口的下限电压VL时，VI放大器40接通，电容41由VI放大器40的输出电流B放电，电容41的另一端由VI放大器40的输出电流A充电，并且控制电压发生器109的输出电压VCTRL变为低于基准电压42。因此，本机振荡器105的本机振荡频率fLO降低，并且带通滤波器106的输出信号(f-fLO)被调整到第二FSK信号S2的适当中心频率。
第四实施例的基本操作与图6第一实施例操作相同。但是，第四实施例不同于第一实施例之处在于输出电流I对输出电压VRCV的曲线与I=0线对称，如图15所示。
因此，由于电容41被电流A和B二者充电，则与第一实施例的情况相比电容41的电荷迅速地消除。因此，有可能高速校正本机振荡器105的本机振荡频率fLO。
此外，有可能利用图9第二实施例描述的恒流源代替差分输出放大器39和40。
上述图6,9,12和14的实施例被应用到单超外差系统。但是，这些也可应用到双超外差系统。
直接转换接收机本发明能应用到直接转换FSK接收机，下面将以使用WEAVER系统的直接转换FSK接收机为例进行详细描述。
参照图16,WEAVER接收机输出第二FSK信号S2，由f/v转换器108转换成电压VRCV，并且这个输出电压VRCV被加到控制电压发生器109。f/v转换器108，控制电压发生器109和窗口宽度设定电路110与图2的相同。
在WEAVER接收机中，具有以Cos(ω±Δω)t(Δω/2π的频率漂移)表示的载频的FSK信号由天线42接收，高频放大器43放大，然后分离为两个信号并分别输入给混频器44和45。
具有由第一本机振荡器46产生的Sinωt的频率fLO1的本机振荡信号通过延迟90°的π/2相移器47输入给混频器44，但fLO1的本机振荡信号直接输入给混频器45。
混频器44将射频FSK信号S1与延迟90°的本机振荡信号混频以便产生以Cos(ω±Δω)t·Cosωt表示的基带I分量信号SI。通过低通滤波器48的基带信号SI由放大器50放大然后以K[CosΔωt+1/3·Cos(3Δω)t+1/5·Cos(5Δω)t±…]表示的放大信号输出到上变换器的混频器52。混频器52将它与由第二本机振荡器54产生的以Sinω2t表示的频率fLO2的第二本机振荡信号混频以便将它从基带频率变换成中频并输出上变换信号给加法器56。
另一方面，混频器45将射频FSK信号S1与第一本机振荡器46产生的第一本机振荡信号混频以便产生以Cos(ω±Δω)t·Sinωt表示基带Q分量信号SO。通过低通滤波器49的基带信号SQ由放大器51放大然后以K[±Sin(Δω)t±1/3Sin(3Δω)t±1/5·Sin(5Δω)t±…]表示的该放大信号输出到上变频器的混频器53。混频器53将它与π/2相移器55产生的90°延迟的第二本机振荡信号Cosω2t混频以将它从基带频率变换到中频并输出上变频信号给加法器56。
加法器56产生以K[Sin(ω2±Δω)t±1/3·Sin3(ω2±Δω)t+1/5Sin5(ω2±Δω)t+…]表示的第二FSK信号S2并且该第二FSK信号S2输入到f/v转换器108。
如前所述，f/v转换器108产生随第二FSK信号S2的频率改变的电压VR CV。该电压VRCV与上限电压VH和下限电压VL比较以便利用控制电压发生器109产生频率控制电压VCTRL。在WEAVER接收机中，频率控制电压VCTRL加到第一本机振荡器46，并且调整第一本地频率fLO1以便变化的电压VRCV落入由上限电压VH和下限电压VL定义的窗口，如前所述。
参照图17A-17C，射频FSK信号S1具有在f处的一个中心载频并具有分别对应于“1”和“0”的两个频率分量。FSK信号S1由混频器44和45解调以变换为具有基带频率的I和Q基带信号SI和SQ。另外，I和Q基带信号SI和SQ用混频器52和53调制第二本机振荡信号并转换为第二FSK信号S2。第二FSK信号S2具有fLO2处的中心中频频率并且具有分别对应于“1”和“0”的两个频率分量。
如上所述，根据本发明的自动频率控制电路由f/v转换器108转换第二FSK信号S2为电压VRCR。控制本机振荡频率以便f/v转换器的输出电压VRCV集中在窗口宽度，在该窗口中在对应于第二FSK信号中心频率的基准电压基础上设定对应于正/负向频率漂移的上限和下限电压。因此，不必利用积分器或电压平均装置来输出f/v转换器的输出电压，并因此有可能高速收敛本机振荡器的本机振荡频率。另外，即使接收信号VRev不均匀地1和0交替，也可能执行精确的AGC操作。
权利要求
1．用于控制设置在FSK(频移键控)信号接收机中的本机振荡器的振荡频率的一种自动频率控制电路，包含一个转换器，用于转换FSK信号的频率为根据FSK信号的频率改变的接收信号电压；其特征在于一个窗口发生器，用于产生包括对应于FSK信号的中心频率的基准电压的一个电压窗口；和一个控制器，用于根据接收信号电压从电压窗口的偏移来控制本机振荡器的振荡频率以便接收的信号电压落入该电压窗口。
2．根据权利要求1的自动频率控制电路，其中窗口发生器产生一个上限电压和一个下限电压，这些电压定义具有在其中心的基准电压的电压窗口，其中上限电压对应于对FSK信号中心频率的正向频率漂移，而下限电压对应于对FSK信号中频率的负向频率漂移。
3．根据权利要求2的自动频率控制电路，其中窗口发生器包含在第一恒流源，一个第一电阻，一个第二电阻，和一个第二恒流源的电源线和地线之间连接的一个串联电路，其中基准电压加到第一和第二电阻器的连接点，上限电压在第一恒流源和第一电阻的连接点产生，而下限电压在第二电阻和第二恒流源的连接点产生。
4．根据权利要求2或3的自动频率控制电路，其中控制器包含一个第一转换器，当接收信号电压高于上限电压时，转换接收信号电压和上限电压之间的差为充电电流；一个第二转换器，当接收信号电压低于下限电压时，转换接收信号电压和下限电压之间的差为放电电流；和一个电容器，连接到第一和第二转换器以便以充电电流充电和以放电电流放电，以产生输出到本机振荡器的频率控制电压。
5．根据权利要求2或3的自动频率控制电路，其中控制器包含一个第一恒流源，当接收信号电压高于上限电压时产生充电电流；一个第二恒流源，当接收信号电压低于下限电压时产生放电电流；和一个电容器，连接到第一和第二恒流源的连接点，以便由充电电流充电和由放电电流放电，以产生输出到本机振荡器的频率控制电压。
6．根据权利要求2或3的自动频率控制电路，其中控制器包含一个第一放大器，当接收信号电压高于上限电压时，根据接收信号电压和上限电压之间的差产生充电电流的差分对；一个第二放大器，当接收信号电压低于下限电压时，根据接收信号电压和下限电压之间的差产生放电电流的差分对；和一个电容器，连接到第一和第二放大器，以便由充电电流的差分对进行充电和由放电电流的差分对放电以产生输出到本机振荡器的频率控制电压。
7．根据权利要求1的自动频率控制电路，其中窗口发生器产生一个第一上限电压，高于该第一上限电压的一个第二上限电压，一个第一下降电压和低于该第一下限电压的一个第二下限电压，该第一上限电压和该第一下限电压定义具有在其中心处的基准电压的电压窗口，其中该第一第二上限电压对应于FSK信号中心频率的正向频率漂移，而第一和第二下限电压对应于FSK信号中心频率的负向漂移。
8．根据权利要求7的自动频率控制电路，其中窗口发生器包含在一个第一恒流源，一个第一电阻，一个第二电阻，一个第三电阻，一个第四电阻和一个第二恒流源的电源线和地线之间连接的一个串联电路，其中基准电压加到第二和第三电阻的连接点，第一上限电压在第一和第二电阻的连接点处产生，第二上限电压在第一恒流源和该第一电阻的连接点上产生，该第一下限电压在第三和第四电阻的连接点上产生，以及该第二下了限电压在第二电阻器和第二恒流源的连接点上产生。
9．根据权利要求7或8的自动频率控制电路，其中控制器包含一个第一恒流源，当接收信号电压高于第二上限电压时，用于产生第一充电电流；一个第二恒流源，当接收信号电压高于第一上限电压时，用于产生第二充电电流；一个第三恒流源，当接收信号电压低于第一下限电压时，用于产生第一放电电流；一个第四恒流源，当接收信号电压低于第二下限电压时，用于产生第二放电电流；和一个电容器，连接到第一和第四恒流源的第一连接点及第二和第三恒流源的第二连接点，以便由第一和第二充电电流充电并由第一和第二放电电流放电以产生输出到本机振荡器的频率控制电压。
10．根据权利要求1,2,7，和8的任何一个权利要求的自动频率控制电路，其中FSK信号接收机是超外差接收机。
11．根据权利要求10的自动频率控制电路，其中超外差接收机包含一个频率转换器，用于通过将射频FSK信号与本机振荡器产生的本机振荡信号混频来转换射频FSK信号为FSK信号。
12．根据权利要求1,2,7和8的任何一个权利要求的自动频率控制电路，其中FSK信号接收机是直接转换接收机。
13．根据权利要求12的自动频率控制电路，其中该直接转换接收机包含一个正交检测器，用于利用混合射频FSK信号与本机振荡器产生的本机振荡信号和从该本机振荡信号中产生的π/2相移本机振荡信号来检测来自射频FSK信号的正交基带信号；和一个上变换器，用于转换该正交基带信号为FSK信号。
14．根据权利要求1,2,7和8的任何一个权利要求的自动频率控制电路，其中控制器连续地改变本机振荡器的振荡频率。
15．根据权利要求1,2,7和8的任何一个权利要求的自动频率控制电路，其中控制器离散地改变本机振荡器的振荡频率。
16．用于控制在FSK(频移键控)信号接收机中提供的本机振荡器的振荡频率的自动频率控制方法，包含步骤(a)转换FSK信号的频率为根据FSK信号频率改变的接收信号电压；其特征在于包括步骤(b)产生包含对应于FSK信号的中心频率的基准电压的一个电压窗口；和(c)根据接收信号从电压窗口的偏移来控制本机振荡器的振荡信号以使接收信号电压落入电压窗口。
17．根据权利要求16的自动频率控制方法，其中在步骤(b)，产生上限电压和下降电压，它们定义具有在其中心处的基准电压的电压窗口，其中上限电压对应于FSK信号中心频率的正向频率漂移而下限电压对应于其负向频率漂移。
18．根据权利要求17的自动频率控制方法，其中在步骤(b)包含步骤通过在第一恒流源、第一电阻、第二电阻和第二恒流源的电源线与地线之间连接的一个串联电路流通电流；施加基准电压给第一和第二电阻的连接点；在第一恒流源和第一电阻的连接点上产生上限电压；和在第二电阻和第二恒流源的连接点上产生下限电压。
19．根据权利要求17或18的自动频率控制方法，其中步骤(c)包括步骤当接收信号电压高于上了限电压时，转换接收信号电压和上限电压之间的差为充电电流；当接收信号电压低于下限电压时，转换接收信号电压和下限电压之间的差为放电电流；和通过用充电电流给电容器充电和用放电电流给电容器放电产生频率控制电压以便输出给本机振荡器。
20．根据权利要求17或18的自动频率控制方法，其中步骤(c)包含步骤当接收信号电压高于上限电压时产生充电电流；当接收信号电压低于下限电压时产生放电电流；和通过用充电电流给电容器充电和用放电电流给电容器放电产生频率控制电压以便输出给本机振荡器。
21．根据权利要求17或18的自动频率控制方法，其中步骤(c)包括步骤当接收信号电压高于上限电压时，根据接收信号电压和上限电压之间的差产生充电电流差分对；当接收信号电压低于下限电压时，根据接收信号电压和下限电压之间的差产生放电电流差分对；和通过用充电电流差分对给电容器充电和用放电电流差分对给电容器放电产生频率控制电压以便输出到本机振荡器。
22．根据权利要求16的自动频率控制方法，其中在步骤(b)，产生第一上限电压，高于该第一上限电压的第二上限电压，第一下限电压和低于该第一下限电压的第二下限电压，该第一上限电压和第一下限电压定义具有在其中心处的基准电压的电压窗口，其中第一和第二上限电压对应于FSK信号中心频率的正向频率漂移，而第一和第二下限电压对应于其负向频率漂移。
23．根据权利要求22的自动频率控制方法，其中步骤(b)包括步骤通过在第一恒流源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第二恒流源的电源线和地线之间连接的一个串联电路流通电流；施加基准电压给第二和第三电阻的连接点；在第一和第二电阻的连接点上产生第一上限电压；在第一恒流源和第一电阻的连接点上产生第二上上限电压；在第三和第四电阻的连接点上产生第一下限电压；和在第二电阻和第二恒流源的连接点上产生第二下了限电压。
24．根据权利要求22或23的自动频率控制方法，其中步骤(c)包括步骤当接收信号电压高于第二上限电压时产生第一充电电流；当接收信号电压高于第一上限电压时产生第二充电电流；当接收信号电压低于第一下限电压时产生第一放电电流；当接收信号电压低于第二下限电压时产生第二放电电流；和通过用第一和第二充电电流给电容器充电和用第一和第二放电电流给电容器放电产生频率控制电压以便输出到本机振荡器。
全文摘要
公开了用于控制本机振荡器的振荡频率的一个AFC电路。f/v转换器转换FSK信号频率为根据FSK信号频率改变的接收信号电压。窗口发生器产生包括对应于FSK信号中心频率的基准电压的一个电压窗口。本机振荡器的振荡器频率根据接收信号电压从电压窗口的偏移进行控制使得接收信号电压落入该电压窗口。
文档编号H04L27/144GK1230836SQ9812699
公开日1999年10月6日 申请日期1998年12月12日 优先权日1997年12月12日
发明者佐佐木辉夫 申请人:日本电气株式会社