专利名称：频率转换方法及接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种频率转换方法，其中一个具有一个第一频率的第一信号通过与一个被分频了的振荡器信号混频而被转换到一个第二频率上，并且其中该被分频了的振荡器信号的频率与未被分频的振荡器信号的频率具有有理分数关系(gebrochen rationalen Verhltnis)。
此外本发明涉及一个接收机，它至少具有一个混频器、一个振荡器和一个可换接的分频器，该分频器用于通过不同的自然数n、m分频振荡器的频率，其中混频器把具有第一频率的第一信号与被分频的振荡器信号混合并由此转换到一个第二频率，并且还具有一个控制器，该控制器把在第一工作状态下的、将可切换的分频器周期地在按照预先给定的时间标度线从用数n分频切换到用数m分频。
背景技术：
从第一频率向第二频率的转换例如在射频设备中是普遍的。为此既将第一频率的信号又将相位调节回路的输出信号输送给一个混频器，该混频器将第二频率(中间频率)的信号作为结果输出。
在专门的应用中希望能够设定1.5的分频器因子(Teilerfaktor)。用1.5来除相当于用因子2/3来乘，这意味着，由每3个输入时钟脉冲产生2个输出时钟脉冲。
本来公知，有理分数频率比的频率转换通过按照分数N原理(Fractional-N-Prinzip)的分频实现。这一原理例如在具有有理分数分频器比的相位调节回路中被应用，用以把一个振荡器频率转换到一个参考频率上。传统的分数N分频器以这种方式产生一个有理分数频率比，即该分频器从一个周期的脉冲序列中周期地除去脉冲。因此传统的分数N分频器最终抑制输出脉冲，以表达该有理分数频率比。由此在相位调节回路的输出信号的时间曲线中产生不对称，该不对称伴随着输出信号中的一个直流分量(DC-分量)出现。换句话说，输出信号的时间平均值于是不相应于其极值间的一半间距。但是具有直流分量的信号不适宜用于混频器的控制。因此在现有技术中必须通过滤波去除直流分量，这使得为混频器准备信号花费高。
发明内容
在这种背景下本发明的任务在于给出一种用于提供被分频了的信号的方法，该被分频了的信号与未被分频的信号为有理分数频率关系，并且不用需要花费高的后处理而能适用于混频器。
此外本发明的任务在于给出一个提供和应用此种信号的接收机。
该任务在开始部分所述类型的方法中通过下述方式解决，即如此分频振荡器信号，使得被分频了的振荡器信号的平均值相当于振荡器信号的极值间的间距的一半。此外该任务在开始部分所述类型的接收机中通过下述方式解决，即如此预先确定不同的自然数和时间标度线，使得被分频了的振荡器信号的平均值相当于振荡器信号的极值间的间距的一半。
此外该任务在开始部分所述类型的接收机中通过下述方式解决，如此预先确定不同的自然数和时间标度线，使得被分频了的振荡器信号的一个时间平均值相当于被分频了的振荡器信号的极值间的间距的一半。
通过这些特征，本发明的任务被完全解决。特别是产生具有所要求的特征的、振荡器的一个被分频了的信号，而无需去除直流分量的后处理。
优选按照一个时间段周期地通过不同的自然数n、m分频振荡器信号的频率。
通过这种方案不需要从有规则的脉冲序列中去除任何脉冲。被分频了的信号与未被分频的信号有理的分数的频率的比例其实是通过交替地用不同的自然数来分频而产生，这在被分频了的信号中产生不同长度的脉冲。
此外优选地，自然数m相当于自然数n的两倍，并且使用具有50％占空比的一个固定时间段作为时间段。还优选n等于1。
这一占空比的组合在m＝2n的所有的n、m对中提供具有希望的特性的相位调节回路的一个输出信号。在n＝1和m＝2时产生相位调节回路的输出信号的特别短的周期持续时间，这加速在分频因子切换后的起振。
另一个优选的方案表现在一个FM无线电信号作为第一信号和一个中频信号作为第二信号。
通过这些特征来表现一个优选的应用领域的特征。在这一环境下本发明开辟一种可能，即以1.5的分频因子和向另外的分频因子(例如2和/或3)的可能的切换使用一个具有简化结构的通用的接收机覆盖多个区域的和特定应用的不同的接收频率范围。
考察接收机的构型，优选的是，振荡器提供在170MHz和236MHz之间的一个频率。
这一频率在通常使用的汽车无线电中大约相当于双倍的振荡器频率。通过使用这样一个相比而言高的频率可以开辟多种分频的可能，这种分频允许简单地适应特定区域的和/或应用专用的不同的需要。在汽车无线电中，通常同时驱动多个接收机。一个接收机例如用于听接收机，而另一个接收机连续地检验所收听的发送机的另外可选的频率的接收质量，以便容易适时的切换。FM频带大约是20MHz宽，而作为中间频率通常选择10.7MHz的频率，因为对于该频率市场上有价格适宜的陶瓷滤波器可用。经常应用一个比待接收的第一频率或者接收频率高大约一个中频的频率振荡的振荡器。当接收频率位于FM带宽的下端时，被分配的接收机的振荡器在该接收频带内振荡。由于接收机最终的去耦合，将由此会影响另一个偶然在该频率上工作的接收机。
此外优选地，振荡器频率大于FM无线电信号的频率。
通过一个这种也被称为“高边注入(high side injection)”的情况，可能的第一频率的范围被放大，这些第一频率能够以少的分频因子被转换到一个中频上。
还优选地，在第二工作状态中，持续通过2分频振荡器频率。
通过一个这样的分频因子，可以把在欧洲和在美国使用的、在88和108MHz之间的FM频带(第一频率)与相位调节回路的一个高出一个大约10.7MHz中频的输出频率(98MHz和118MHz)混频，以便把该第一频率转换到一个第二频率或者10.7MHz的中频上。
另一个优选的方案的特征是振荡器频率低于第一频率。
也通过一个也被称为“低边注入(low side injection)”的情况，可能的第一频率的范围被放大，这些第一频率能够以少的分频因子被转换到一个中频上。
此外优选地，在第三工作状态中，持续地通过3分频振荡器频率。
通过一个这样的分频因子可以把在日本使用的在大约78MHz和98MHz之间的FM频带(第一频率)与相位调节回路的一个低了一个大约10.7MHz中频的输出频率(68MHz和88MHz)混频，以便把该第一频率转换到第二频率或者10.7MHz的中频上。
此外，低边注入与1.5的分频因子和直到236MHz的振荡器频率结合还允许将一个大约168MHz的第一频率转换到10.7MHz的中频上，并由此允许在第一频率的这一范围的接收。这一点特别对于在美国的应用有意义，因为在那里气象信息特别是暴风警报在具有窄的带宽的气象频带上大约168MHz处发射。
总之，给一种方法和一个通用接收机提供所述特征，它通过对分频因子简单的切换允许既在美国的重要的气象频带内的接收、又在美国和欧洲的普通的FM频带内的接收、和在日本在标准的FM频带内的接收。在此该方法以及该接收机允许免去在被分频了的信号中去除直流分量的后处理，其他的优点从说明和附图中显见。
应该理解，上述和后面的还待解释的特征不仅可以以分别给出的组合、而且也以其他的组合或者在单独地应用，而不离开本发明的范围。
优选地，该振荡器频率小于该FM无线电信号的一个频率(低边注入)。
在另一个构型中，该振荡器频率大于该第一频率(高边注入)。
本发明的实施例在附图中表示，并且在后面的说明中详细阐述。
图1表示本发明方法的一个实施例；图2表示被分频了的和未分频的信号的时序图；图3表示本发明的接收器的一个实施例；及图4表示本发明方法的、与按照图3的实施例有关的一个方案。
具体实施例方式
图1表示步骤10、12和14的一个序列，其中在步骤10中提供一个振荡器信号，该振荡器信号在步骤12被分频，并在步骤14中与一个第一信号(接收信号)在混频器中叠加。
在第一步骤10中连续地提供一个振荡器信号f_O。一个这样的振荡器信号例如可以通过一个具有压控振荡器的相位调节回路来提供。该振荡器信号例如可以是具有对称的、50％的占空比的矩形波信号，并由此由矩形波脉冲18的一个周期序列16组成，如图2a所示。
在另一步骤12中进行振荡器的输出信号的分频。该分频例如可以通过从该周期序列16中产生一个新的矩形波信号来进行，在该新的矩形波中信号电平的交变通过振荡器信号的每第n个边缘(上升或下降的)来触发。
对于n＝2，以这种方式产生振荡器频率的平分。对于n＝3，以这种方式产生振荡器频率的三分。相应的结果是对于n＝2，在图2b中作为周期序列20表示；对于n＝3，在图2c中作为周期序列22表示。值n＝2和n＝3表示在振荡器频率和每一单个被分频的频率之间的整数比的例子。与振荡器信号的周期持续时间相比，对于n＝2分频产生的脉冲序列周期地具有双倍的周期持续时间，对于n＝3分频产生的脉冲序列周期地具有三倍的周期持续时间。此外，它们的时间平均值24相当于它们的、通过最低和最高电平来定义的极值26、28的一半间距。
为产生有理分数的比例，迄今人们使用一个所谓的Modulo-分频器从周期的脉冲序列去除单个的脉冲。这在图2d中例如表示一个1.5的比例。如在图2d中所示，在一个这样的模式30中，时间平均值25不再位于两个信号电平26、28的一半间距处，而是位于下电平26之上三分之一的间距处，由此从两个电平26、28的平均值24中去除六分之一。该六分之一构成直流分量，其随后在混频器中与另一信号叠加时成为干扰。
根据本发明，该有理分数比例已经在步骤12通过被分频了的技术和方式进行调节，使得干扰的直流分量不出现。这在图2e中示出，为此该信号首先在一个第一时间段32中用一个自然数因子n来分频，所述分频类似于上面对于值2和3说明的例子进行。
接着在第二时间段34用同样是自然数的因子m进行分频。在图2e的例子中是n＝2和m＝1。在此用因子n的分频每次进行这样长，直到该被分频的信号包括一个为用因子2分频所属的完整周期32。于是该周期32构成整个被分频了的信号的一个第一子周期32。接着用因子1这样长地进行分频，使得产生的分频后的信号包括一个所属的完整周期34。该周期34构成整个被分频了的信号的一个第二子周期34。于是两个子周期32、34的和产生整个被分频了的信号的一个完整周期36。数字38表示一个时间标度线，在该时间标度线上从以数n的分频向以数m的分频切换或者相反切换。
以这种方式产生的被分频了的信号40对于未被分频的振荡器信号的每三个脉冲18占据两个脉冲42、44，因此如由图2d的信号30，相应于一个1.5的有理分数分频器比例(用2/3乘)。然而与图2d的信号30相反，信号40的时间平均值24明显占据它的在这里也构成信号40的极值26、28的信号电平的一半间距。因此信号40不具有任何干扰的直流分量，而可以在后继步骤14中无需使用像滤波那样的另外的处理步骤用于把具有第一频率的接收信号转换到第二频率(中间频率)上。
因此步骤序列10、12和14表示用于频率转换的一种方法的一个实施例，使用该种方法把具有第一频率的一个第一信号通过与一个被分频了的振荡器信号40混频而转换到一个第二频率，并且其中被分频了的振荡器信号40的频率与未被分频的振荡器信号16具有有理分数的关系(比例)，并且其中这样来分频振荡器信号16，使得被分频了的振荡器信号40的平均值相当于被分频了的振荡器信号40的极值26、28的间距的一半。
尽管说明了对于数n＝2和m＝1的方法，但是应该理解本方法不限于这些具体值，而是对于任意的自然数它都是可以应用的，在这些数的情况下一个完整周期总是不产生直流分量。当较大的数是较小数的两倍并且同时分别遵循50％的占空比时，则这些比例关系例如一直存在。在此占空比理解为具有高信号电平28的时间与所观察的信号段的总持续时间的比。当总以一个确定的因子这样长时间进行分频直到出现被分频了的信号40的子周期32的整数多倍并且对于相同数目的子周期的用另一个因子进行分割的时候，总是自动地得到50％的占空比。在图2d的例子中整数等于1。
本发明优选用于将FM(FM＝调频)无线电信号转换到接收机中使用的一个中频上。图3表示一个这样的FM接收机的一个实施例。
接收机的基本任务在于，从一个频谱中选择一个片段并解调其中包含的信号电压。在此将所谓的直接放大式接收机与超外差式接收机区分开来。在直接放大式接收机中在所接收的信号的频率处进行解调。接收频率通过一个或者多个带通滤波器选择。为了足以把相邻信道分开，需要多个滤波器电路，这使得为接收不同频率的开销大大上升。
超外差式接收机通过把不同的接收频率转换到一个中频而避免了这一缺点。通过一个混频器可把不同频谱通过分频的振荡器频率的变化转换到例如10.7MHz的统一的中频上。解调在中频级上进行。
图3表示具有天线48、具有一个第一频率的FM信号50的接收机46。所接收的信号必要时通过具有低噪声分量的放大器52放大，并输出到混频器54。此外还给该混频器54输入一个被分频了的振荡器信号20、22、40或者一个未被分频的信号16，如在图2中分别被定性表示的信号。
为此首先在一个本地振荡器56中产生一个未被分频的振荡器频率，它通过一个后接的可编程分频器58来分频。本地振荡器56例如具有一个压控振荡器(voltage controlled oscillator VCO)，它输出频率为f_O的信号。该振荡频率f_O取决于一个用于控制该振荡器的直流电压。为调节出稳定的频率f_O例如在一个未明确表示的相位调节回路的范围内通过一个可编程分频器来提取具有频率f_O的输出信号，并在一个鉴相器/鉴频器中与一个参考信号比较。该参考信号例如通过一个振荡石英来提供。相位的差异产生后调节脉冲(Nachregelimpulse)，其在通过回路滤波器的滤波后改变对于振荡器的控制电压。分频后的输出信号的频率偏离参考频率由此产生一种调节作用，这种调节作用让分频后的输出信号在参考频率上起振。如果这些信号同相，则它们的频率也一致。于是相位调节回路锁定在参考频率f_O。然后本地振荡器56向分频器58提供例如相应于图2a原理表示的、具有频率f_O的信号16。
这样安排后面的分频器58，使得它实现至少一个有理分数分频比例。在图3的例子中，分频器58具有一个控制器60，该控制器60通过开关62分别选择三个可能的分频器64、66或68之中的一个。分频器64具有值n，分频器66具有值m，分频器68具有值k。类似地开关62具有三个可能的开关位置a、b和c，其中开关位置a分配给分频器64，开关位置b分配给分频器66，开关位置c分配给分频器68。下面从k＝3、m＝2、n＝1出发。但是应该理解，k、m和n也可以取其他的自然数值。此外还应该理解，分频器64、66、68和开关62不仅能以电路技术结构实现，而也可以优选作为控制程序的程序模块实现。
通过天线48接收的、具有第一频率的FM信号50在通过放大器52放大后通过在混频器54中执行的、与一个通过分频器58提供的振荡频率的叠加而被转换到中频上。该被转换到中频的信号由一个后面的选择信道滤波器70滤波，并在解调器72中解调后提供给接收机输出74用于后继的处理。
为产生相应于图2e的示意图中的分频信号40，例如可以执行图4表示的程序。为此首先在步骤76把开关62接入位置b，并初始化在该方案中作为计数器实现的分频器66。然后该开关提供一个恒定的电平28，直到它例如在步骤78已记录下未被分频的两个下降边缘80、82。参见图2a。为此，在步骤78检验，下降边缘的数目p是否大于或等于2。当是这种情况时，则在步骤84中把计数器66的输出切换到电平26上，并通过步骤86重新等待振荡器信号16中p＝2的下降缘88、90(参见图2a)。其后在步骤92中控制器58把开关62接入相应于通过n＝1来分频的位置a。计数器64在步骤94到98两次计数到1，并在其间在步骤96中切换其输出电平。通过重复步骤序列76到98，产生在图2e中示出的信号、被分频了的振荡器信号40。代替只计数下降边缘，也可以只计数上升边缘，或者所有都计数。
本地振荡器58的频率对于通用FM接收机46例如被调整到在170MHz到236MHz之间的区间上。然后通过用因子1.5分频，对于236MHz的上频带边界产生被分频信号的一个大约158MHz的频率。该信号在一个低边注入情况下适于与一个大约168MHz的第一频率叠加，在所述低边注入情况下对于混频器54应用的被分频的振荡器频率比接收频率(第一频率)低大约中间频率的值(大约10.7MHz)。这是一个在美国气象频带中使用的频率。相应地接收机可以在第一工作状态下用于从该FM频带中接收信号。
在第二工作状态下控制器60把开关62持续接入以值2实现分频器66的位置b。作为结果，将给混频器54输送一个从170/2MHz＝大约85MHz到236/2MHz＝大约118MHz的频率，这在一个高边注入情况中把从大约75MHz到大约108MHz的频率作为被选择的第一频率转换为中频。这一频率关系大约相应于欧洲使用的FM频带。
在第三工作状态下，控制器60把开关62持续接入以值3实现一个分频器的位置c。作为结果，将给混频器54输送一个从170/3MHz＝大约53MHz到236/3MHz＝大约79MHz的频率，由此在一个低边注入情况中把从大约63MHz到大约80MHz的频率作为选择的第一频率转换为中间频率。这一频率关系大约相应于日本使用的FM频带。
权利要求
1.频率转换方法，其中一个具有一个第一频率的第一信号通过与一个被分频了的振荡器信号(40)混频(14)被转换到一个第二频率上，并且其中该被分频了的振荡器信号(40)的频率与一个未被分频的振荡器信号(16)的频率具有有理分数关系，其特征在于，如此分频该振荡器信号(16)，使得该被分频了的振荡器信号(40)的时间的平均值(24)相应于该被分频了的振荡器信号(40)的极值(26，28)的间距的一半。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，该振荡器信号(16)的频率周期地按照一个时间标度线(38)通过不同的自然数n、m来分频。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述自然数m相应于所述自然数n的两倍，并且使用具有50％占空比的一个固定的时间标度线(38)作为时间标度线(38)。
4.根据权利要求2的方法，其特征在于，n等于1。
5.根据权利要求1到3中至少一项的方法，其特征在于，一个FM无线电信号(50)作为第一信号，一个中间频率信号作为第二信号。
6.接收机(46)，它至少具有一个混频器(54)、振荡器(56)和一个可切换的分频器(58)，该分频器用于通过不同的自然数n、m分频该振荡器(56)的一个频率(16)，其中该混频器(54)把一个具有一个第一频率的第一信号(50)与该振荡器(56)的一个被分频了的信号(40)混频并由此转换到一个第二频率上，还具有一个控制器(60)，它把处于一个第一工作状态下的、可切换的分频器(58)周期地按照一个预先给定的时间标度线(38)从通过数n的分频切换到通过数m分频，其特征在于，这样来预先规定这些不同的自然数和该时间标度线(38)，即使得该被分频了的振荡器信号(40)的时间平均值(24)相应于该被分频了的振荡器信号(40)的极值(26，28)的间距的一半。
7.根据权利要求6的接收机(46)，其特征在于，该自然数m相应于自然数n的两倍，并且该时间段(38)是具有50％占空比的一个固定的时间标度线。
8.根据权利要求7的接收机(46)，其特征在于，n等于1。
9.根据权利要求6到8中至少一项的接收机(46)，其特征在于，一个FM无线电信号(50)作为第一信号，一个中频信号作为第二信号。
10.根据权利要求9的接收机(46)，其特征在于，该振荡器(56)提供在170MHz和236MHz之间的一个频率。
11.根据权利要求9的接收机(46)，其特征在于，该振荡器频率小于该FM无线电信号(50)的一个频率(低边注入)。
12.根据权利要求9的接收机(46)，其特征在于，在一个第二工作状态下持续通过2来分频该振荡器频率。
13.根据权利要求9的接收机(46)，其特征在于，该振荡器频率大于该第一频率(高边注入)。
14.根据权利要求10和/或11的接收机(46)，其特征在于，在一个第三工作状态下持续通过3来分频该振荡器频率。
15.根据权利要求14的接收机(46)，其特征在于，该振荡器频率小于该第一频率(低边注入)。
全文摘要
本发明涉及一种频率转换的方法，使用该种方法把一个具有第一频率的第一信号(50)通过与一个被分频了的振荡器信号(40)混频(14)转换到一个第二频率上，其中被分频了的振荡器信号(40)的频率与一个未被分频的振荡器信号(16)的频率为有理分数比。该方法的特征在于，这样来分频振荡器信号(16)，使得被分频了的振荡器信号(40)的时间中值(24)相应于被分频了的振荡器信号(40)的极值(26，28)的间距的一半。此外介绍了使用该方法的接收机(46)。
文档编号H03B19/00GK1722610SQ20051009131
公开日2006年1月18日 申请日期2005年1月31日 优先权日2004年1月30日
发明者雷蒙德·雷贝尔 申请人:Atmel德国有限公司