专利名称：对老化和温度进行自动补偿的基准振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路，更具体地说，本发明涉及用于调节基准振荡器的电子电路。
相关技术的说明由于可用电磁波频谱是有限资源，所以政府部门控制其开发和使用。例如，在美国，联邦通信委员会(FCC)将可用的电磁波频谱划分为频率范围，或频带。可以对每个频带分配一个特定功能，或者可以保留下来供将来使用。由于仅对少量频带分配特定功能，例如便携式通信，所以有效利用频带非常重要。
因此，对无线通信分配的频带应该容纳许多无线用户。为了使每个频带容纳许多用户，无线通信设备通常使用基准振荡器以准确找到其特定基站使用的载频。在特定使用中，无线设备是被配置成与一个或者多个基站进行通信的移动手机。
为了找到载波频率，用于在无线通信设备中工作的基准振荡器通常产生高精度的基准频率。因为低成本振荡器始终易于产生显著初始误差、大的单独偏差以及降低的性能，所以不使用它们产生这种精确的频率基准。因此，为了获得所需精度和重复性，已知的无线通信设备使用更昂贵的高精度基准振荡器和相关精度的电路。
无线通信设备或移动手机中的精确电路通常包括压控温度补偿晶体振荡器(VC-TCXO)。VC-TCXO提供了基准频率，该频率被手机用来找到或锁定载波频率。根据手机的当前温度，VC-TCXO调节其调谐以保持恒定的基准频率输出。然而，这种VC-TCXO较昂贵，因此显著增加了手机的成本。此外，尽管VC-TCXO昂贵，但是其基准频率输出最终仍随工作时间而发生漂移。此外，通常，因为制造公差，而导致VC-TCXO的初始精度不确定，这样使得手机的设计复杂化。
此外，用于VC-TCXO的传统温度补偿电路在极限温度下会降低精度。尽管这样降低了精度，但是用户仍期望手机能提供优于或者与陆上线路电话极为相似的可靠通信。为了满足这种期望，手机必须始终如一地在可接受的时间期间内建立通信，而且要在接收机的宽温度范围内实现。例如，期望手机在亚北极条件下工作，而且还期望在夏天在汽车仪表盘的破坏性热烤下工作。结果，期望手机VC-TCXO在-30℃至+85℃的温度范围内通常应该保持优于约百万分之(ppm)+/-2的频率精度。
如前面一般说明的那样，VC-TCXO随时间而不稳定。VC-TCXO模块每年漂移约1ppm，但通常却被期望工作许多年。用于调节VC-TCXO模块的典型AFC(自动频率控制)环可以相对其所需频率处理不大于+/-4ppm的偏移。因此，只在几年内，这种VC-TCXO模块将漂移到它们不能支持获取或捕获基站载波的程度。
用于解决VC-TCXO老化的系统已被开发出来。例如，美国专利第6,064,270号公开了一种具有VC-TCXO的手机，如果未捕获到基站的信标载波，则通过调节VC-TCXO的基准频率+/-4ppm(或者某个其他适当量)，就可以对该载波进行随机搜索。如果获取了该载波，则记忆该偏移以供将来使用。尽管在与昂贵的VC-TCXO相连时，该系统可以提供可接受的老化补偿，但是实际上，利用具有较显著漂移和相应大偏移的廉价振荡器不能实现它。具有这种大偏移而且盲目搜索载波频率的系统会产生令用户无法容忍的延迟。此外，搜索仅处理老化过程产生的总偏移，而不处理温度效应，所以必须继续使用昂贵的VC-TCXO。
因此，在本技术领域中需要一种可以提供对温度效应和老化效应鲁棒的基准频率，又不使用昂贵VC-TCXO的改进型接收机。
发明内容
需要利用低成本振荡器精确地产生基准频率信号。因此，本发明的一个目的是，使低成本振荡器准确产生基准信号，而不管初始公差、温度效应和老化效应。本发明的另一个目的是，使这种振荡器通过进行相应的再校准，以自适应调节温度效应和老化效应。
为了克服现有技术中的缺陷并达到本发明的目的，计算设备采用了一种自适应算法。该自适应算法调节所存储的频率校正信息以补偿基准振荡器。在补偿过程中，基准振荡器根据存储的频率校正信息调节其主基准信号。因为该算法自适应地处理初始频率误差、老化效应以及温度效应，所以可以采用低成本VCXO作为基准振荡器。
根据本发明的一个方面，频率校正信息包括横跨一温度范围的多个预定频率校正因数。计算设备可以接收当前温度信息，该当前温度信息使计算设备能够根据频率校正因数获得当前频率校正因数。根据当前频率校正因数，基准振荡器调节或调整其基准信号的频率。如果基准信号频率偏离所需的频率，则计算设备可以根据频率偏移调节一个或者多个存储的频率校正因数。按照这种方式，就可以根据需要来调节存储的校正因数以提供良好的频率精度。
质量因数可以与频率校正因数关联。在本实施例中，当计算当前频率校正因数时，还根据多个质量因数来确定当前质量因数。在更新温度校正因数之前，接收信号的质量因数与当前质量因数受到比较。这样，旧的、但是更高质量的温度补偿因数就不会被更新的、但是更低质量的温度补偿因数所替代。
本发明的优点在于，它可以使通信设备使用低成本振荡器作为基准振荡器，从而避免了VC-TCXO的成本。因为本发明对频率校正因数提供自适应调节，所以低成本振荡器还可以对振荡器老化提供系统补偿。
以下将参考
本发明的其他方面和特征。
附图的简要说明图1示出了根据本发明一个实施例所述的具有自适应VC-TCXO校正环的接收机。
图2示出了VCXO的温度校正曲线。
图3示出根据本发明一个实施例被校准的图2所示曲线的一部分。
图4是根据本发明一个实施例所述的用于提供基准信号的方法的流程图。
图5是根据本发明一个实施例所述的用于校准通信设备的方法的流程图。
在不同附图中使用相同的参考标号代表了类似或相同的项目。
优选实施例的详细说明现在参考图1，其中示出了采用低成本基准振荡器24的接收机10。尽管成本低，但是该基准振荡器24产生用于无线通信的足够精度的精确基准频率信号26。由于接收机10不需要昂贵的VC-TCXO，所以接收机10适合用于诸如移动手机的无线通信设备中。
在图示的例子中，接收机10是一种能够自适应处理低精度振荡器24的初始频率误差、温度效应以及老化偏移的超外差式接收机10。更具体地说，接收机10引入了逻辑模块43进行记忆、预测以及修改频率校正信息。可以将频率校正信息以模拟或数字的形式存储到存储器44内。在数字形式中，可以采样频率校正信息以产生多个温度校正因数。例如，这些校正因数可以响应温度波动、初始误差条件以及老化效应。因此，低成本振荡器24提供了可充分重复的精确频率信号以供在本机振荡器模块中15使用。
在讨论逻辑模块43之前，先概括说明接收机10。接收机10包括用于接收诸如基站载波信号的发射信号的天线12。天线信号13在混频器14中利用本机振荡器(LO)信号11受到降频变频以形成中频(IF)信号34。这里将进一步说明本机振荡器模块15产生LO信号11的过程。
IF增益与选择模块16对混频器14产生的IF信号34进行放大和滤波。鉴频器18对经放大、滤波的IF信号进行频率解调以产生解调信号19。自动频率控制(AFC)环滤波器20对解调信号19进行低通滤波以形成AFC信号21。AFC信号21被耦合到基准振荡器24以调节基准信号26的频率。基准信号耦合到作为本机振荡器模块15的一部分的锁相环(PLL)28。然后，环路滤波器30将PLL输出耦合到产生LO信号11的压控振荡器(VCO)32。
本技术领域的普通技术人员将会预见到，图1所示的接收机10是用于无线手机的理想化版本。在实际的手机接收机中，多频变换可能需要附加的混频级。此外，AFC环路滤波器20可以包括I和Q信道(未示出)。在受到AFC环路滤波器20的滤波之前，这样产生的I和Q信号可被数字化和处理，现在将说明接收机逻辑模块43。
逻辑模块43包括用于采用自适应算法48的计算引擎46，该自适应算法48能够自我学习和处理基准振荡器的初始误差条件及温度效应和老化效应，以使接收机10捕获信号，而无需使用精确TC-VCXO。计算引擎46根据算法48提供当前校正因数40。本领域的普通技术人员应该明白，与图1中的其余单元不同，算法48不是一种结构，而是利用符号示出它以表示它与接收机10的关系。例如，校正因数40可以对初始公差误差、老化效应以及当前温度进行补偿。可以利用包括微处理器(未示出)或状态机(未示出)在内的可编程以产生因数40的任何适当的逻辑设备来实现该计算引擎46。逻辑模块43还优先包括存储器设备44。可以预见，作为一种选择，存储器设备44可以与计算设备46集成在一起。
当前温度校正因数40在加法器23内被与AFC信号21合并在一起，以产生基准振荡器校正信号22。该基准振荡器校正信号22耦合到LO振荡器模块15以调节LO信号11。按照这种方式，接收机10即可以对其主基准信号26进行“粗”控制，又可以对它进行“细”，并最终对LO信号进行“粗”控制和“细”控制。逻辑模块43利用当前温度校正因数40提供粗控制。进行粗控制是需要的，以便AFC环提供的细控制可以捕获发射信号，通常要求粗控制在所需频率的约+/-4ppm范围内。这样，逻辑模块43提供的粗控制可以有效地使低成本VCXO提供由更昂贵的精确TC-VCXO通常提供的性能水平。然而，与采用传统TC-VCXO的接收机不同，接收机10能够连续再校准受温度变化和老化支配的低成本VCXO。
无论使用什么样的VCXO作为基准振荡器24，自适应算法48均使用特定的预定频率偏移曲线。在其工作温度范围内，这种曲线能够提供调节基准振荡器24所需的频率补偿。因此，还可以将频率偏移曲线表示为温度补偿曲线。
参考图2，其中示出了用于低成本振荡器的图解曲线50。可以利用几种技术获得曲线50以处理低成本VCXO的部件与部件的偏差。在一个实施例中，在期望的接收机温度范围内单独测试给定的VCXO，以对VCXO的特定行为精确校准曲线50。然而，这种单独测试会提高制造成本并降低利用低成本VCXO代替精确TC-VCXO所产生的节省。因此，在另一个实施例中，不在期望的整个工作范围内测试给定的VCXO，而是仅在单个环境温度下初始地校准每个VCXO。在进行校准之前，可以根据制造商的数据确定期望的曲线，通常表示为许多单独VCXO的平均。正如其名字所暗示的那样，期望曲线仅是期望的，它可能与给定的各VCXO有显著的偏差。例如，利用给定VCXO制造商预测的期望曲线可以观察到10ppm偏差。对于给定的VCXO，制造商通常可以发布表示期望频率偏移曲线的数据表。作为一种选择，可以在期望的接收机温度范围(通常为-30℃至+120℃)内，通过对给定批量中的几个VCXO的测试结果取平均，从而获得这种曲线。
可以预见到，如果期望低成本VCXO具有大的部件与部件公差，则各VCXO的实际温度补偿曲线将具有非常大的相互不同，即使在同一个制造商的批量中。因此，最好为给定的VCXO单独校准曲线50，因为公差大。如果接收机通常处于环境温度下，而且该温度是制造工厂内的正常温度，则可以在环境温度下进行单独校准。显然，也可以选择另一种温度进行校准。
在进行校准之前，可以通过将曲线的采样52存储到非易失性存储器44内，以将表示曲线50的数据置入存储器内。各个采样52对应于离散温度及其相关频率偏移/温度补偿值。因此，采样52代表了初始温度校正因数。
偏移曲线50的温度校正因数52可以按照规则的温度间隔获取，如图所示。另外，也可以在斜率发生变化的区域内对曲线50进行更多次采样，而在相对较小斜率变化的区域内对曲线50进行较少次数的采样。热敏电阻(未示出)或另一种适当的温度传感器提供接收机温度49。逻辑模块43可以将温度校正因数52的子集与接收机的温度49关联起来，以提供当前校正因数信号40。在操作中，如果接收机的温度与相应温度校正因数52之一的温度匹配，则“关联”将仅包括将匹配的因数52的频率偏移用作当前校正因数信号40。在这种情况下，用于关联的采样的子集仅具有一个元素。
然而，更通常的情况是，接收机的温度不与用于温度校正因数52的任何一个温度对应。在这种情况下，将接收机的温度关联的一种简单方式是假定可以构成接收机的温度的相邻采样之间为线性斜率。例如，假定接收机的温度为90℃，并且两个最接近的温度校正因数给出在100℃为+10ppm、在80℃为+5ppm的值。假定这两个温度校正因数之间的线性斜率给出的当前校正因数为对应于接收机温度90℃的7.5ppm。在这种情况下，用于关联的采样子集具有两个元素。另外，也可以利用3个或者更多采样来预测接收机温度下的曲线50的二次或更高次斜率。
在给定这个期望的曲线50的情况下，可以在环境温度下利用强大的发射信号校准各VCXO，以确保接收机能够利用其AFC环捕获发射信号。如上所述，在典型的工作信噪比情况下，传统AFC环只能处理频率偏移中的接近+/-4ppm。然而，如果信噪比异常高，这些传统AFC环可以调节更大的偏移，例如+/-10ppm。这种情况出现在移动用户接近发射基站时，或者在这种情况下，即，在实验室装备或制造装备内接收信标频率时。因此，如果在控制装备内容易建立足够高的信噪比，即使在环境温度下被校准的VCXO偏离其期望曲线10ppm，AFC环仍能够捕获信号。
为了开始进行校准，逻辑模块43将接收机的温度49与温度校正因数52的子集以刚才描述的方式关联，以产生当前温度校正因数40。基准振荡器24相应调节，并且在需要时，AFC环路滤波器20产生AFC信号21以捕获发射信号。例如，如果基准信号的频率太高，则AFC信号21调节基准振荡器24以降低基准信号26的频率。相反，如果基准信号的频率太低，则AFC信号21调节基准振荡器24以提高基准信号26的频率。在这两种情况下，基准信号26与由基站载波频率确定的所需频率的基准信号存在频率偏移。对应于该频率偏移的结果AFC信号21可以用于再校准期望曲线，以产生调整曲线。换句话说，AFC信号21与特定ppm的频率偏移相关。
无论是正还是负，该频率偏移均可被应用于校准期望曲线内的温度校正因数子集。例如，如果在环境温度下在校准期间用于捕获制造信号的AFC信号21与+10ppm的频率偏移相关，则可通过对子集内的每个采样增加10ppm，从而校准用于关联的采样子集。另外，根据其对初始关联的贡献，可以线性地校准该子集，如图3所示。在此，接收机的温度为63℃，因此假定线性相关，则需要60℃的温度校正因数具有80％的贡献，而75℃的温度校正因数具有20％的贡献。如果结果AFC信号21对应于+10ppm的偏移，则60℃的温度校正因数将升高8ppm，而75℃的温度校正因数将升高2ppm，以校准该子集。
此外，如果该初始校准导致足够高的偏移，例如参考图3说明的8ppm，则可以相应地偏移所有剩余温度校正因数，例如偏移1ppm。如上所述，AFC信号21的值与频率偏移关联。计算引擎46接收AFC信号21，并且可利用查找表将该信号与相应的频率偏移关联起来。
另外，可以利用计算引擎46调节当前温度校正因数40，直到将AFC信号21降低到最小、或者变为0为止。此时，当前温度校正因数40处理并消除频率偏移。假定利用环境温度进行该初始校准，则曲线50可以具有环境温度下的温度校正因数52，以消除将一个以上的温度校正因数52关联以获得当前温度校正因数40的任何要求(所使用的因数子集仅具有一个元素)。
为了将被准确校准的因数52与未准确校准的因数52区别开，可以对每个因数52分配一个具有从1到100的任意尺度的质量因数55。正如其名字所暗示的那样，该质量因数55与利用如信噪比确定的、用于校准接收机的接收信号的质量有关。另外，质量因数可以与接收信号所确定的自动增益控制信号、载波-噪声比或与接收信号的质量有关的另一个适当的因数有关。对于图2所示的曲线，30℃的温度校正因数与质量因数95相关，45℃的温度校正因数与质量因数90相关，60℃的温度校正因数与质量因数95相关。
在进行初始校准之前，可以使所有温度校正因数52与例如数值为50的低质量因数相关。在初始校准之后，为参考图3所述内容受到校准的温度校正因数52的子集分配例如数值为100的高质量因数，因为实验室装备内的发射信号可以确保接收机内具有非常高的信噪比。请注意，在图3所示情况下，可以与其对当前温度校正因数40的贡献成比例地更新与该子集内的温度校正因数52相关的质量因数。另外，如果该子集仅包括一个对应于校准温度的元素，则仅该因数将获得高质量因数。
因为通常在环境温度下进行初始校准，所以如果在开户使用过程中移动接收机以例如从室内移动到室外，则接收机的温度倾向于从环境温度逐渐发生变化。由于接收机变热或变凉，所以接收机的温度将与未得到初始校准的温度校正因数52相关。因此，接收机利用发射信号作为基准频率以“自我学习”或自适应调节这些因数52。
正如在初始校准中那样，接收机的温度与温度校正因数52的子集关联，以产生当前温度校正因数40。然后，接收机AFC环捕获发射信号。如果AFC信号21表示存在频率偏移，则该子集以刚才参考图3描述的方式得到校准。这样，在无线接收机中，基准振荡器就锁定基站的发射频率。然而，请注意，因为在初始校准条件之外对实际发射信号进行这种校准，所以存在的危险是，接收机可能错误校准到噪声发射信号。因此，计算引擎46可以响应一有效信号指示51。在移动手机中，计算引擎46可以将导频信号的标识符或某个其他适当业务指示作为有效信号指示51。
在确保接收信号有效之后，计算引擎随后可以计算接收信号的质量因数。例如，逻辑模块43可以具有使接收信号的当前载波-噪声比与尺度为1到100的质量因数关联的查找表。接收的质量因数被与用于获得当前温度校正因数40的温度校正因数52的子集所给出的质量因数进行比较。如果接收的质量因数较大，则正如对初始校准描述的那样，对该子集进行校准。然而，因为接收的质量因数不必像在初始校准中那样等于100，所以可以与接收的质量因数成比例地减小待根据频率偏移更新的子集的量。例如，如果频率偏移与该子集的10ppm更新关联，并且接收的质量因数为90，则只有90％的10ppm可以应用于该子集。按照这种方式，随着接收机逐渐适应接收机温度中的偏移，所存储的温度校正因数52逐渐变得更准确。显然，也可以采用其他方法以成比例地应用频率偏移。
随着基准振荡器24老化，其期望曲线50也会发生变化。为了对此老化效应进行补偿，可以随时间系统地降低与温度校正因数52相关的质量因数。例如，如果质量因数对应于1至100的尺度，则可以每3个月使质量因数减小5。这样，随着时间的推移可以更迅速地再校准温度校正因数52，以处理老化效应。为了处理老化效应而降低质量因数的速率取决于给定接收机内的各基准振荡器24的特性。
请注意，一旦被校准之后，甚至低成本VCXO也表现小的滞后，以致利用同样的当前温度校正因数40在同样的温度下重复使用接收机导致利用所需的小附加偏移从AFC基准信号21中捕获信号。因此，为了处理老化而调节质量因数的过程可以非常缓慢。
因为无需事先进行校准，接收机就可以承受极端温度，所以尽管利用逻辑模块43通过当前温度校正因数40提供了“粗”控制，仍存在AFC环提供的“细”控制不能捕获发射信号的可能性。在这种情况下，可以对逻辑模块43进行配置，以通过递增或递减当前温度校正因数40来搜索发射信号。所需的增量取决于传统AFC环提供的细控制量。例如，如果该AFC环可以调节主基准信号26中的+/-4ppm的频率误差，则增量或减量应该不大于4ppm。逻辑模块43不是进行盲目搜索，而是存储温度校正因数52的正校准或负校准的累积记录。如果接收机的温度与利用以ppm为单位的正增量进行了几次再校准的特定温度校正因数关联，则可以合理地假定当前温度校正因数40的所需增量应该为正，而不为负。
此外，逻辑模块43可以利用历史记录估计增量的尺度。例如，如果最近的再校准均显著(例如，大于5ppm)，则可以将当前温度校正因数的通常增量从例如4ppm增加到5ppm。为了进行诊断，逻辑模块43可以存储与校准历史有关的其他参数。这些参数包括每次校准的时间以及更新每个温度校正因数52的次数。
现在参考图4，其中示出了校准所存储的频率校正信息的方法100。该方法100优选地应用在通信设备上，例如移动无线手机上。显然，也可以在多种通信设备上采用方法100。
方法100首先将频率偏移或温度补偿曲线存储到通信设备的存储器内，如方框102所示。如上所述，频率偏移曲线可以是离散的温度补偿因数形式，或者是模拟形式。另外，也可以利用多项式函数和存储在存储器内的多项式系数来拟合该曲线。作为选择，可以如前所述地使质量因数与校正信息相关。如方框112所示，还可以将质量因数存储到通信设备内。
在方框103内提供有当前温度信号。显然，可以利用几种众所周知的设备中的任何一种，例如热敏电阻，来检测当前温度，而且温度信号可以取几种形式中的任何一种形式，例如电压信号或电流信号。
在方框104中，响应当前温度，从存储的频率校正信息中检索对应于当前温度的当前校正信号。如果将频率校正信息作为多个温度校正因数存储，则当前温度被与以上描述的因数的子集相关。
在方框106中，校正信号调节基准振荡器。理想地，在方框106进行的调节将振荡器精确地调节到所需的频率。然而，更通常的情况是，在方框108中可以检测到调节基准振荡器过程中产生的频率误差。例如，可以在AFC中环检测和测量到这种误差。
在方框110中，利用确定的频率误差来为当前温度产生更新的频率校正信息。在一种实现方式中，方法100还根据对基准振荡器所做的调节而确定所接收的信号的质量，如方框114所示。例如，该接收的质量因数可以与接收信号的强度或信噪比有关。显然，其他因数也可以用于确定接收的质量因数。
在方框116中，可以将为更新校正信息确定的接收质量因数与和所存储的、用于获得当前校正信号的频率校正信息相关的质量因数进行比较。在方框120中，根据该比较，可以判定是否存储更新的校正信息。例如，如果用于获得当前校正信号的、存储的频率校正信息具有的相关质量因数为70，而接收信号的相关质量因数仅为60，则更新的频率校正信息不替换尽管是旧的，但是更好的、存储的频率校正信息。相反，在接收的质量因数好于与用于获得当前校正信号的、所存储的校正信息相关的质量因数时，则在方框120中，存储更新的频率校正信息。此外，接收的质量因数也与更新的校正信息相关并被存储，如方框122所示。
还可以预计到，其他因数也可以用于确定何时存储更新的校正信息。可以利用这些因数降低高质量频率校正信息被错误地，或者被低质量频率校正信息替换的危险。例如，在方框118中显示，可以通过一个确认信号来确定更新的校正信息是否被存储。该确认信号指出了是否收到有效信号。
例如，在确实收到并识别出一预定信号时，可以产生确认信号。在一个特定例子中，在确认导频信号时，产生确认信号。显然，可以根据其他因数产生确认信号。
为了处理老化效应，方框124示出可以随时间缓慢地降低存储的质量因数。这样，在某个时间周期之后，甚至可以对具有最高质量因数的频率校正信息进行调节。
现在参考图5，其中示出了初始校准被配置用于实现图4所示方法100的通信设备的方法130。在方框132中，确定基准振荡器的初始频率校正信息。如上所述，可以根据制造商提供的信息进行此确定过程。在方框134中，该初始频率校正信息被存储到存储器中。因为低成本基准振荡器产生大的单独公差，所以该初始频率校正信息仅是近似值，而且不必与给定的单独基准振荡器的行为对应。因此，应该根据所测试的基准振荡器的单独行为来校准该初始频率校正信息。为此，在方框136中产生强的校准信号，并根据该初始频率校正信息调节基准振荡器。在此使用的“强”校准信号代表了即使该基准振荡器具有例如+/-10ppm的大频率偏移仍足以使传统AFC环捕获该校准信号的强大信号。为了消除频率偏移，在方框140中产生了更新的或校准的频率校正信息。最后，在方框142中，更新的频率校正信息被存储。在方框144中，可以使质量因数与该存储的信息相关。
为了更好地理解接收机10的贡献，以下将简要说明传统接收机的运行过程。但是应该明白，传统接收机的运行过程是众所周知的。在现有技术的传统接收机中，AFC信号通常直接耦合到昂贵的高性能基准(或晶体)振荡器，以提供LO信号。高成本基准振荡器响应AFC信号而调节主基准信号的频率。
主基准信号通常耦合到作为本机振荡器模块一部分的锁相环(PLL)。然后，环路滤波器通常将PLL耦合到产生LO信号的压控振荡器(VCO)。LO信号与从天线接收的信号混频，以产生IF信号。该IF信号被解调，并通过AFC低通滤波器然后反馈到基准振荡器。由此形成了传统的AFC“环”。
传统AFC低通滤波器被设计成使所提供的AFC控制动作快而且可以校正主基准信号中的+/-4ppm的频率误差。如果高性能基准振荡器精确产生所需频率的主基准信号，则AFC环将从不需调节基准振荡器。然而，甚至精确的基准振荡器也有产生小误差的趋势并且要求利用AFC环进行调节。如在背景技术部分所述的那样，传统AFC环可以校正基准振荡器产生的约+/-4ppm的偏差，而且还可以以典型工作信噪比获得载波信号。
然而，采用精确TC-VCXO的基准振荡器的传统控制不能自适应调节甚至昂贵、高性能基准振荡器也承受的温度效应和老化效应。接收机10的优点在于，它可以使低成本基准振荡器通过“锁定”到精确的发射信号(如基站载波频率)，从而精确、可靠地提供稳定的基准频率。另外，接收机10随时间进行自适应调节以改善基准振荡器的性能。可以预计到，本发明不需要使用所制造的低成本VCXO模块。例如，可以使用组合在一起形成低成本VCXO解决方案的分立晶体和振荡器级。此外，传统高成本VC-TCXO仍可以用于本发明，而且它也受益于自适应老化与温度补偿特性。
本文中描述的接收机适于所有无线协议，例如，TDMA和CDMA。此外，尽管对超外差式接收机进行了描述，但是本发明可以广泛应用于为了捕获发射信号必须调节基准振荡器的其他类型接收机。例如，本发明可以应用于直接变换接收机。
因此，尽管参考特定实施例对本发明进行了描述，但是该描述仅是本发明应用的例子，它不应该具有限制意义。所以，在此公开的各实施例的特征的各种修改和组合均属于所附权利要求所述的本发明范围。
权利要求
1.一种提供基准频率信号的方法，包括为基准振荡器存储频率校正信息；利用所述频率校正信息产生频率校正信号；利用所述频率校正信号调节基准振荡器，所述基准振荡器输出基准频率信号；确定所述基准频率信号中的频率误差；以及产生与所述频率误差有关的更新的频率校正信息。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使质量因数与所述频率校正信息相关；根据基准信号使接收的质量因数与接收信号相关；对所述质量因数与接收的质量因数进行比较；以及根据比较结果，存储更新的频率校正信息。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括确定根据基准信号接收的信号是否为有效信号，其中存储更新的频率校正信息的动作响应于所述确定过程。
4.一种用于接收机的校正电路，包括混频器，其被配置以接收发射信号和本机振荡器信号，所述混合器被配置输出IF信号；处理电路，其被配置以接收IF信号并输出解调信号；低通滤波器，其被配置以接收解调信号并输出经过滤波的信号；非易失性存储器，其被配置以存储频率校正信息；求和电路，其被配置以接收经过滤波的信号和校正因数信号，所述求和电路被配置以输出校正信号；基准振荡器，其被配置以接收校正信号，所述基准振荡器被配置以产生基准信号，所述基准信号用于产生本机振荡器信号；计算设备，其被配置以接收温度信号和经过滤波的信号，所述计算设备执行以下步骤响应温度信号从非易失性存储器中检索频率校正信息；利用检索到的频率校正信息产生校正因数信号；响应经过滤波的信号产生更新的频率校正信息；以及将代表更新的频率校正信息的数据存储到非易失性存储器内。
5.根据权利要求4所述的校正电路，其特征在于，所述计算设备被配置以接收确认信号，并且响应接收的确认信号而产生更新的频率校正信息。
6.根据权利要求4所述的校正电路，其特征在于，所述非易失性存储器存储与所述频率校正信息相关的质量因数，并且所述计算设备附加地执行以下步骤产生与解调信号相关的接收质量因数；将所述接收质量因数与质量因数进行比较；以及根据比较结果存储代表更新的频率校正信息的数据。
7.一种提供基准频率信号的方法，包括为基准振荡器存储离散的频率校正因数；接收当前温度数据；通过使所述当前温度数据与所述离散的频率校正因数关联，确定与所述当前温度数据相关的校正因数；利用所述校正因数调节基准振荡器，所述基准振荡器输出基准频率信号；确定所述基准频率信号中的频率误差；利用所述频率误差产生更新的频率校正信息；利用所述更新的频率校正信息，确定更新的离散频率校正因数；以及存储所述更新的离散频率校正因数。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括使质量因数与至少一个所述频率校正因数相关；根据基准信号确定与所接收的信号相关的接收质量因数；对质量因数与接收质量因数进行比较；以及根据比较结果存储更新的离散频率校正因数。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括接收代表有效信号存在的确认信号；以及根据所述确认信号存储更新的离散频率校正因数。
10.一种用于校准通信设备中的振荡器的方法，包括为振荡器确定初始频率校正信息；在通信设备内存储所述初始频率校正信息；使所述初始频率校正信息与当前温度关联，以产生当前校正信号；根据所述当前校正信号，调节通信设备内的基准振荡器，以产生基准信号；向通信设备发送强信号，根据所述强发射信号确定基准信号中的频率误差；计算用于补偿所述频率误差的校准频率校正信息；以及在通信设备内存储所述校准频率校正信息。
11.根据权利要求10所述的校准方法，进一步包括使质量因数与所述校准频率校正信息相关以及在通信设备内存储相关的质量因数。
12.一种用于保持通信设备中的振荡器的频率精度的方法，包括在通信设备内提供频率校正信息；产生代表当前温度下的频率误差的校正信号，所述校正信号用于调节振荡器；产生用于补偿所述频率误差的更新的频率校正信息；以及在无线设备内存储所述更新的频率校正信息。
13.根据权利要求12所述的保持方法，进一步包括使质量因数与频率校正信息相关；为更新的频率校正信息确定更新的质量因数；对质量因数与更新的质量因数进行比较；以及根据比较结果存储更新的频率校正信息和更新的质量因数。
14.一种用于补偿接收机的基准振荡器的方法，包括存储多个预定的温度补偿因数，每个所述温度补偿因数分别与质量因数相关；使接收机的温度与多个温度校正因数中的温度校正因数子集关联，以产生当前校正因数；根据所述当前校正因数补偿基准振荡器，所述基准振荡器由此产生基准信号；利用根据所述基准信号调节的接收机接收发射信号，以产生具有频率偏移的接收信号；以及如果接收信号的质量因数超过与所述子集相关的质量因数，则根据频率偏移调节所述子集内的温度补偿因数。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括存储经过调节的温度补偿因数；
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括与经过的时间成比例地降低与多个温度补偿因数相关的质量因数。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括确定发射信号是否为有效信号，其中只有在接收信号是有效信号的情况下才发生调节所述子集内的温度补偿因数的操作。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述确定操作确定发射信号是否为基站的导频信号。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括根据自动频率控制信号调节基准振荡器以减小频率偏移。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，根据基准信号接收发射信号的操作是通过将其频率与基准信号成比例的信号与发射信号混频以产生具有频率偏移的接收信号而发生的。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，自动频率控制信号是通过低通滤波接收信号而产生的。
22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述接收信号的质量因数是根据载波-噪声比来确定的。
23.一种接收机，包括基准振荡器；自动频率控制系统，其耦合到基准振荡器，其中所述自动频率控制系统根据接收信号的频率偏移来控制基准振荡器的频率；计算引擎，其耦合到存储器，所述存储器存储有横跨一温度范围的多个预定的温度校正因数，其中每个温度补偿因数与质量因数相关；以及温度传感器，其耦合到计算引擎，用于检测接收机的温度；其中所述计算引擎被配置，以将接收机的温度与温度补偿因数的子集关联，从而产生用于调节基准振荡器的频率的当前温度补偿因数，所述计算引擎被进一步配置，以便如果接收信号的质量因数超过与所述子集相关的质量因数，则根据频率偏移调节所述子集。
24.根据权利要求23所述的接收机，进一步包括混频器，用于将其频率与基准信号成比例的信号与发射信号混频以产生接收信号。
25.一种接收机，包括基准振荡器；自动频率控制装置，其耦合到基准振荡器，用于产生接收信号的频率偏移；逻辑装置，其耦合到基准振荡器，用于根据接收机的温度补偿基准振荡器的频率，所述逻辑装置被配置，以便根据接收信号的频率偏移随时间调节温度补偿量。
26.根据权利要求25所述的接收机，其特征在于，所述逻辑装置包括存储器，其用于存储横跨一温度范围的多个预定的温度校正因数，所述逻辑装置被配置，以根据接收信号的频率偏移自适应地调节多个温度校正因数中的温度校正因数的值。
全文摘要
接收机采用自适应算法以根据温度补偿曲线调节低成本晶体振荡器，以便即使存在温度效应、初始公差以及老化效应，仍产生精确的主基准频率。自动频率控制系统还调节晶体振荡器。如果接收信号的质量因数超过与温度补偿曲线相关的质量因数，则自适应算法根据自动频率控制所做的调节，调节晶体振荡器的温度补偿曲线。
文档编号H03L1/00GK1535501SQ02809984
公开日2004年10月6日 申请日期2002年5月14日 优先权日2001年5月16日
发明者蒂莫西·福里斯特, 蒂莫西 福里斯特 申请人:基奥赛拉无线公司