无线电装置的机械调谐的制作方法

专利名称：无线电装置的机械调谐的制作方法
无线电装置的机械调谐技术领域本申请涉及无线电装置(radio)的机械调谐。
技术背景无线电装置以许多不同的形式普及，它包括便携式无线电装置、 汽车中的移动式无线电装置、在蜂窝电话中的无线电装置、以及在家 庭中使用的无线电装置，诸如收音机闹钟、立体声接收机等等。现在 的许多无线电装置使用数字调谐来操作，其中用户可以数字地选择期 望的频道，例如使用控制按钮来选择频道的给定数字表示形式。然而， 许多无线电装置仍提供机械模拟控制，例如调谐轮(wheel)，其中 用户将轮旋转到表示给定频道的所选择的位置。在这样的机械调谐无 线电装置中，通常调谐轮与调谐电容器耦合，该调谐电容器是提供具 有高准确度和范围的可变电容的相对昂贵的电子部件，并且该调谐电 容器再控制无线电装置的调谐电路。虽然容易使用，但这样的实施会 提高系统的成本并且增大设计的尺寸，因为它在电路板本身上以及从 该板延伸的其高度上都占用了相当大量的不动产(real estate)。 此外，还需要用来与调谐电路结合使用的调谐电路的附加部件(例如 电容、电感、滤波器等等)，并且这些部件要求用于微调的工厂校正 (factory alignment)、提高材料的费用和制造时间并因此增加制 造成本。发明内容在一个方面中，本发明包括具有可以调谐到用户指示的无线电频 道的无线电接收机的装置。更具体地，该接收机可以具有模拟前端和 混频器，该模拟前端带有放大器以接收射频(RF)信号，该混频器将 信号下变频(downconvert )到基带信号。然后，解调器可以接收基 带信号并且从基带信号获得音频信号。更进一步，控制器可以被耦合 以接收对应于可变阻抗位准(impedance level)的控制信号，并响 应于所述控制信号来控制耦合到混频器的本机振荡器。可变阻抗可以由用户控制以调谐到该频道。以这种方式，该装置可以避免需要昂贵 的外部变容二极管和相关联的工厂校正过程。在特定的实施方式中， 单芯片集成电路无线电接收机可以被耦合到外部可变阻抗。作为一个 这样的示例，可变阻抗可以是耦合到机械调谐机构的可变电阻，以响 应于该机构的用户选择来提供可变电压。
另一个方面针对用于从无线电接收机输出无线电频道的方法。在
这个方面中，该方法可以包括接收关于用户控制的可变阻抗的信息 以调谐到该频道；基于所述信息来确定用于调谐本机振荡器(L0)的 调谐值；发射调谐值到L0并基于所述调谐值输出L0信号；以及使用 LO信号接收并下变频RF信号以输出无线电频道。在一个实施方式中， 可以使用无线电接收机的微控制器(例如上面所讨论的单芯片接收 机)来执行该方法。


图1是根据本发明的一个实施例的无线电接收机的框图。 图2是根据本发明的另一个实施例的无线电接收机的框图。 图3是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。 图4是根据本发明的实施例的系统的框图。
具体实施例方式
在各种实施例中，机械调谐的无线电装置可以在不需要外部变容 二极管或工厂校正的情况下实施，从而对于给定设计减小了材料费 用、制造成本和所消耗的尺寸。在各种实施方式中，可以提供耦合到 调谐机构的可变阻抗，该调谐机构例如由用户控制的调谐轮。该可变 阻抗可以基于用户控制而被设置到给定位准。关于可变阻抗的位准的 信息可以被提供给无线电装置的控制器，该控制器再基于该信,包、控制 无线电装置的频率。
实施方式可以结合AM无线电装置(包括长波、中波和短波频率)、 FM无线电装置或组合的AM/FM无线电装置来使用。如将在下面进一步 讨论的，可以4吏用不同的可变阻抗，例如，诸如电位计之类的可变电 阻或可变电容。这种芯片外的可变阻抗可以比诸如在传统机械调谐无 线电装置中使用的外部变容二极管要小得多、便宜得多，因为减小的范围和准确度就足够了。此外，该最小的电容不需要在工厂校准或像 外部的变容二极管那样要求附加部件。可以使用控制调谐的不同方
式，这取决于所使用的阻抗的类型以及操作模式，即FM或AM模式。 现在参考图1,示出了根据本发明一个实施例的无线电接收机的 框图。如图1所示，可以是全集成互补型金属氧化物半导体(CMOS) 集成电路(即单管芯IC)的接收机10包括电路，以接收输入的射 频(RF)信号；将它们下变频到基带频率；执行解调并由此提供音频 信号。如所示出的，可以从緒或FM天线接收的输入信号被提供到包 括低噪声放大器(LNA) 203和20b的模拟前端，每个低噪声放大器又 可以分别由自动增益控制(AGC)电路25a和25b控制。放大的输入信 号被提供给执行混频操作的相应混频器30a和30b，以将RF信号下变 频到较低的频率，例如中频(IF),例如用于FM的10. 7兆赫兹(MHz ) IF和用于AM的455千赫兹(kHz) IF、低中频(低IF)、零IF或基 带频率。
如图1所示，RF信号与从L0 40输出的本机振荡器(LO)信号混 频。可以使用自动频率控制电路45或PLL来控制LO 40的频率，该 自动频率控制电路45或PLL可以接收例如可由芯片外晶体振荡器产 生的输入时钟信号。更进一步，LO 40的微调可以受到微控制单元(MCU ) 90的控制，微控制单元(MCU) 90的细节将在下面进一步讨论。
仍参考图1，下混频(downmixed)信号被提供给模数转换器(ADC) 50,该模数转换器(ADC) 50再提供数字化的信号到数字信号处理器 (DSP) 60，该数字信号处理器(DSP) 60可以执行各种信号处理和解
调操作以获得输入信号中的消息内容。接着，可以将数字化的消息信 息提供给数模转换器(DAC) 70，该数模转换器(DAC) 70提供对应于
消息内容的输出音频信号。
如图l进一步示出的那样，可变电阻(即电位计R)可以耦合到 IC 10。如所看到的那样，该电位计被耦合到参考电压和地电位之间。 电位计可以由结合了 IC 10的无线电装置的调谐机构控制。例如，收 音机闹钟、移动无线电装置、大型手提收音机(boom box)等等可以 具有手动调谐轮，从而使得能够进行机械调谐，而不是通过使用数字 控制的调谐机构来调谐。因此，基于手动控制，将可变的电压提供到 ADC 80，该ADC 80将该电压转换成数字表示，例如再提供到MCU 90的数字控制信号。如将进一步讨论的，MCU90可以基于该控制信号来 控制L0 40的微调，从而能够将无线电装置调谐到期望的频道。取决 于操作模式，MCU 90可以进一步控制前端调谐机构，如将在后面描述 的那样。
注意，在图1的实施例中，预选择调谐机构可以被耦合到LNA20a 的输入。即对于AM模式，预调谐电容CpT可以被控制以使得能够调谐 到期望的频率。如图l所示，MCU 90可以提供控制信号以控制该可变 电容。在一个这样的实施例中，该可变电容可以由数字控制的电容器 阵列构成，其中来自MCU 90的控制信号可以是数字字，每个位控制 诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)之类的开关晶体管以 接通或断开所选择的电容量。为了进一步帮助预调谐，预选择调谐电 感(其可能是芯片外的调谐电感)可以耦合到预选择电容。
如图l进一步示出的那样，MCU 90可以进一步耦合到发射机电路 95。在一些实施方式中，IC 10可以是组合的发射机和接收机。然而， 在其它实施方式中，IC IO可以主要是具有小的、供电最低的发射机 电路95的接收机，该接收机可以被提供以使得能够在MCU 90的控制 下发射ping信号。即，为了达到微调的目的，MCU 90可以指示发射 机电路95开启并以给定频率发射ping信号。该发射可以处于非常低 的功率水平，因为它仅需要由相关联的天线接收。当ping信号被接 收时，该ping信号可以被作为任何其它无线电信号进行处理。然而， 信号的频率可以由MCU 90确定。因此，MCU 90可以确定来自发射^/L 电路95的所发射ping信号和输入ping信号之间的偏移(offset)。 例如，这样的偏移可以指示由于略微不同于预定值的输入时钟信号， 或者由于工艺电压或温度(PVT)变化或由于其它这样的原因而导致 的调谐变化。尽管描述为使用发射机电路来达到确定任何频率偏移的 目的，但实施例在这一方面不受限，并且在其它实施方式中，也可以 以其它方式执行频率偏移的检测。虽然以图l的实施例中的该特定实 施方式示出，本发明的范围在这一方面不受限。
在其它实施方式中，可以使用可变电容，而不是可变电阻。现在 参考图2，示出了本发明另一个实施例的框图，其中可变阻抗机构是 可变电容。与外部变容二极管相反，该可变电容可以具有最小的范围 和准确度，并且不需要工厂校正。如图2所示，提供了可以被类似地适配为图1的IC 10的IC 10，。芯片外的可变电容c可以耦合到调谐
机构，例如调谐轮(为了易于图2的说明未示出)。根据用户对调谐 轮的控制，可以提供不同的电容。应该指出在图2的实施例中，不需 要ADC，因为可变电容本身可以直接耦合到MCU 90。因此，MCU90可 以被配置成感测作为控制信号的可变电容的值。根据电容值，该控制 信号然后可以被用来确定用于调谐的期望频率。
现在参考图3，示出了根据本发明的一个实施例的方法的流程图。 如图3所示，方法100可以由例如MCU或其它控制器来实施，以使得 能够由用户经由诸如调谐轮或其它这样的装置之类的机械调谐机构 来选择期望的无线电频道。
如图3所示，方法100可以从接收控制信号开始(框IIO)。更 具体地，MCU可以接收基于可变阻抗的控制信号，该可变阻抗处于取 决于用户对期望频率的选择的给定的位准。如上所述，可变阻抗可以 是耦合到调谐轮的电位计或可控电容。控制信号可以以数字形式提 供，例如在电位计的情况下的ADC的输出，不过控制信号可以是由MCU 测量的电容值，其中可变阻抗是芯片外的电容。
此外，MCU可以进一步确定才乘作才莫式是AM还是FM以及阻抗的类 型(菱形120)。如果确定是FM模式并且可控阻抗是电位计，则MCU 可以基于控制信号来确定L0的振荡频率(框130)。在这种情况下， 对应于可变电阻的电压确定期望的频率。在一个实施例中，L0可以祐: i殳置成在除期望频率之外的IF。例如，对于88-1 08MHz的FM范围并 且(基于ADC输出)电位计处于50%,期望的频率是98.0MHz。如果 IF祐j殳置为在200kHz，则L0可以祐 没置为97. 9MHz或98. 2MHz，这 取决于高端或低端注入(low-side injection)。所确定的调谐值可 以被传送到L0 (或与其关联的控制电路，例如AFC电路)，以使得能 够以期望的频率控制L0,从而使得无线电接收机调谐到所选择的频率 (框180)。
如果代替地在菱形120处，确定选择FM模式，但是存在可变电 容，则MCU可以进一步接收关于ping信号的信息(框140)。更具体 地，如上所讨论的那样，可以在单芯片IC中产生的或经由外部机构 产生的ping信号可以被IC接收并且被处理以将频率信息提供回MCU。 以这种方式，MCU可以确定外部可变电容的值以及与最大值相比较百
9分比是多少。例如，MCU可以存储关于外部可变电容范围和所接收的 外部电容的ping值的信息。基于所存储的信息和所确定的电容水平， MCU确定转动(turn)的百分比并且使用该信息设置L0。例如，当外 部电容处于其最大值时，期望的电台(station)在108MHz,并且当 处于其最小值时，期望的电台在88MHz。可以如上面框130那样使用 为L0确定的调谐值来执行到期望的频道的调谐，然而，这里的调谐 值是基于来自Ping信号的信息(框145)，并且该调谐值被发送到 L0 (框180)。
如果代替地在菱形120处，确定为AM模式(并且存在外部可变 电容)，则控制进行到框150。对于AM接收，无线电接收机可以具有 前端可变(即预选择)电容，例如图l和图2所示。为了能够接收到 期望的频道，MCU由此可以基于所接收的ping信号确定该预选择电容 的值(框150和155)。
具体地，ping信号被用来确定外部电感器(inductor )和任何杂 散电容的值，以便控制预选择滤波器。此外，基于ping信号，也可 以确定用于L0的调谐值，如上面关于FM模式所描述的那样(框155)。 然后，MCU传送用于预选择电容的控制信号(框170)，以及到L0的 调谐值(框180)。
如果代替地用于AM模式的外部阻抗是电位计，则MCU可以基于 控制信号确定用于L0的调谐值(框165),如上面关于FM模式所讨 论的那样。MCU也可以基于(在框160接收到的)ping信号确定预选 择电容控制信号(框168)。然后，如上面在框170和180中那样， 预选择电容控制信号和调谐值可以被分别提供到预选择电容和L0。尽 管用图3的实施例中的该特定实施方式示出，但本发明的范围在这一 方面不受限。
参考图4,根据本发明的一些实施例，AM/FM接收机10 (例如在 图1的实施例中示出的实施方式)可以是多媒体设备400的一部分。 例如，该设备400可以是收音机闹钟、诸如专用MP3播放器、蜂窝电 话或具有音频能力的PDA之类的便携式设备或其它这样的设备。
除了它的其它功能之外，设备400可以在存储装置430上存储数 字内容，作为几个示例，该存储装置430可以是闪存或硬盘驱动器。 设备400通常包括应用子系统460，例如该应用子系统460可以从无线设备400的键区462接收输入并且在显示器470上显示信息。此外， 应用子系统460通常可以控制来自存储装置430的内容的检索和存储 以及例如与AM/FM接收机10的音频通信。如所示的，AM/FM接收机 10可以直接连接到用于输出音频数据的扬声器440和450。如在图4 中所描绘的那样，AM/FM接收机10可以通过匹配网络432耦合到FM 接收4几天线482，并且可以通过匹配网络434耦合到AM接收才几天线 484,其可以是可调谐的或可编程的，例如经由提供控制信息以控制 匹配网络434的预选4奪电容和/或电感的应用子系统460.
如在图4中进一步示出的，应用子系统460可以进一步耦合到可 变阻抗455，例如由用户如经由调谐4仑415而才几械控制的电位计或可 变电容。通过电压或者电容将关于可变阻抗的信息提供到应用子系统 460,该应用子系统460可以再控制^妻收才几10的L0和/或匹配网络434 二者以使得能够调谐到期望的频道。
根据本发明的一些实施例，设备400可以具有通过通信网络(例 如蜂窝网络)进行通信的能力。对于这些实施例，设备400可以包括 耦合到应用子系统460的基带子系统475,以达到编码和解码用于该 无线网络的基带信号的目的。基带子系统475可以耦合到收发机476， 该收发机476连接到对应的发射和接收天线477和478。在一些实施 方式中，收发机476可以在应用子系统460的控制下被编程为发射 ping信号，如上所讨论的那样。然而，本发明的范围在这一方面不受 限，至少一些实施方式可以被结合在计算机可读存储介质中，例如存 在于应用子系统460中的或可由应用子系统460访问的非易失性存储 装置中的指令，以使得该子系统能够基于可变阻抗415的度量来控制 频率选择。
尽管已对于有限数量的实施例描述了本发明，但是本领域技术人 员将会认识到本发明的许多修改和变化。打算由所附权利要求书涵盖 落入本发明的实质精神和范围内的所有这些修改和变化。
权利要求
1、一种集成电路(IC)，包括无线电接收机，包括模拟前端和混频器，该模拟前端具有放大器以接收射频(RF)信号，该混频器将RF信号下变频到基带信号；解调器，接收基带信号并且从该基带信号获得音频信号；以及控制器，接收对应于耦合到该IC的可变阻抗的位准的控制信号，其中所述可变阻抗由用户手动地调节以调谐到无线电频道，该控制器响应于所述控制信号来控制耦合到所述混频器的本机振荡器。
2、 根据权利要求1所述的集成电路，还包括模数转换器(ADC)， 该模数转换器耦合到所述可变阻抗并根据所述可变阻抗产生控制信
3、 根据权利要求2所迷的集成电路，其中所迷可变阻抗使得能 够在没有工厂校正的外部变容二极管的情况下进行调谐。
4、 根据权利要求2所述的集成电路，其中所述控制信号包括数 字信号并且控制器包括该IC的微控制单元(MCU)。
5、 根据权利要求4所述的集成电路，其中所述MCU响应于由所 述无线电接收机接收的ping信号来进一步控制耦合到所述放大器的 前端可变电容，该前端可变电容和与其耦合的外部电感预选择无线电 频道。
6、 根据权利要求1所述的集成电路，其中所述可变阻抗包括耦 合到包括该IC的无线电装置的调谐机构的电位计，所述调谐机构由 用户手动地调节。
7、 根据权利要求6所述的集成电路，其中控制器指示发射电路 发射将由所述无线电接收机接收的ping信号，所述控制器基于所接 收的ping信号来确定用于外部电感和外部电容的控制值。
8、 根据权利要求7所述的集成电路，其中所述控制器基于所接 收的ping信号来控制对应于耦合到所述放大器的外部电容的预选择 电容。
9、 一种系统，包括机械调谐机构，用于使得用户能够选择无线电频道； 可变电阻，耦合到机械调谐机构，以响应于用户的选择来提供可 变电压；以及无线电接收机，耦合到可变电阻并且具有包括将射频(RF)信 号下变频到基带信号的混频器的模拟部分；接收基带信号并解调所述 基带信号的数字部分；以及接收该可变电压的指示并且响应于此来控 制下变频的频率的微控制器。
10、 根据权利要求9所述的系统，其中可变电阻使用户能够在该 系统中没有工厂校正的外部变容二极管的情况下进行选择。
11、 根据权利要求9所述的系统，还包括耦合到所述模拟部分的 输入的预选择电容，其中所述预选择电蓉由微控制器控制。
12、 根据权利要求11所述的系统，其中所述微控制器响应于由 所述无线电接收机接收并处理的ping信号来控制预选择电容，其中 微控制器引起ping信号的发射。
13、 根据权利要求9所述的系统，还包括耦合到可变电阻的模数 转换器(ADC)以将可变电压的数字化表示提供给所述微控制器。
14、 一种方法，包括接收关于由用户控制的可变阻抗的信,包-以调谐到无线电频道； 基于所述信息确定用于本机振荡器(L0)的调谐的调谐值； 将该调谐值发射到L0并至少部分基于所述调谐值来输出L0信 号；以及利用LO信号来接收并下变频射频(RF)信号以输出无线电频道。
15、 根据权利要求14所述的方法，还包括接收输入的ping信号 并且基于输入的ping信号来确定可变阻抗的值。
16、 根据权利要求15所述的方法，还包括基于输入的ping信号 来确定耦合到AM天线的预选择电容的预选择值。
17、 根据权利要求16所述的方法，还包括如果操作模式是AM， 则基于预选择值来控制预选择电容。
18、 根据权利要求17所述的方法，还包括将数字控制信号发射 到预选择电容，以及基于所述数字控制信号来将所选择量的电容耦合 到AM天线。
19、 根据权利要求14所述的方法，还包括在微控制器中响应于 可变阻抗来接收数字控制信号，以及将来自所述微控制器的调谐值发 射到L0。
20、根据权利要求19所述的方法，还包括在所述微控制器的控制下接收所产生的输入ping信号，以及响应于所述输入ping信号来控制前端预选择电容。
全文摘要
本发明涉及无线电装置的机械调谐。在一个实施方式中，该接收机可以具有模拟前端和混频器，该模拟前端带有放大器以接收射频(RF)信号，该混频器将信号下变频到基带信号。然后，解调器可以接收基带信号并且从基带信号获得音频信号。更进一步，控制器可以被耦合以接收对应于可变阻抗位准的控制信号，并响应于所述控制信号来控制耦合到混频器的本机振荡器。可变阻抗可以由用户控制以调谐到该频道。
文档编号H04B1/16GK101662298SQ200910171369
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月31日 优先权日2008年8月29日
发明者D·M·汤普森, P·J·范科伦兰, S·塔代安, W·R·吉勒姆 申请人:硅实验室公司