专利名称：干扰源的抑制的制作方法
技术领域：
本发明涉及对于信号接收器中干扰源的抑制。
背景技术：
图1是典型无线电接收器的示意图。接收器包括接收无线电信号的天线1。天线 的输出经由可选滤波器2传递至对接收信号进行放大的低噪音放大器(LNA) 3。放大器的输 出经由第二可选滤波器4传递至混合器5。混合器5将接收的信号与来自本机振荡器(L0)6 的信号进行混合，以将目标信号下变频至期望的频带。可能有多个下变频阶。下变频处理 的输出被模数(A/D)转换器7数字化，并传送至执行信号基带处理的基带处理器8。在很多 接收器中有两个并联的混合器(用于I及Q)。接收器工作时，接收条件可能是在目标信号的带宽之外存在强干扰源。例如，UffB 接收器可能受到来自附近GSM发射机的干扰。已知从接收器到第一混合阶的部分是前端。 无线电前端能够产生输出是非常有利的，即使在目标信号的频带之外存在较强的干扰源， 也可以从该输出中辨别出目标信号。从理论上讲，在输入信号被下变频后，带外的干扰源可 被滤除。如果目标信号很弱，则通常会通过放大器3对其进行强放大，以提高信号的抗噪音 (其可能在混合阶中被引入)能力，从而信号就适当地被A/D转换器检测。但是，干扰源可 能比目标信号强的多，向干扰源和期望信号这两者都施加强放大可能导致放大器或混合器 处于饱和状态。因此，当存在干扰源时，接收器对期望信号的灵敏度受限于前端部件在高电 平放大时的抗饱和能力。在目前典型的接收器中，混合器在LNA之前变为饱和，换言之，混合器以低于导致 LNA达到饱和的电平的电平放大而达到饱和。因此，混合器是一个压缩点，它限制了前端的 最大允许增益，其中原因之一在于LNA所提供的放大固有地导致在混合器输入端处比LNA 输入端处存在更大信号振幅。可以通过两种方式来增加可用放大1.通过对输入信号进行滤波，以在LNA之前衰弱带外干扰源，即在图1中滤波器2 的位置处；以及2.通过对输入信号进行滤波，以在LNA之后衰弱带外干扰源，即在图1中滤波器4 的位置处。选项1的缺点在于在滤波器2的位置处输入信号还未被放大，因此，如果滤波器 在其通带中有任何减弱，则可能显著地损害期望信号的接收。另外，该选项并不总是可行 的例如，正如UWB接收器和Wimax干扰源的情况一样，用于宽带协议的接收器可能需要处 理期望频带内的干扰源。选项2的缺点在于滤波器4处的滤波器通常是使用芯片外部件 实现的，如果接收器的剩余部分是芯片上实现的话，成本便会增加，使用芯片上附加的I/O 引脚并要求驱动缓存器与芯片外滤波器交互。这些滤波器可以实现为表面声波(SAW)滤波 器。因此，通常避免使用选项2，除非要求接收器(诸如3G或GPS接收器)具有很高的灵敏 度。关于这些问题更进一步的信息可参见“A Blocker Filtering Technique for SAff-LessWirelessReceivers", IEEE Journal of Solid State Circuits, 2007 年 12 月。因此，作为通用目的，在高成本灵敏性应用(例如，蓝牙接收器)中需要最小化对 滤波器的需求，尤其是芯片外滤波器；在高性能驱动应用(例如，3G，UWB或GPS接收器)中， 或者放宽接收路径中任意滤波器的规格，或者改进接收器对干扰源的容限。再者，在UWB的 情况下，期望抑制带内阻塞(干扰源)，而传统的SAW滤波器无法做到这一点，原因在于它们 的响应是固定的，因此阻塞的频率事先未知。因此，需要用于从信号中滤除干扰源的改进机制。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了用于对接收信号进行滤波以减弱其中干扰源的滤 波器，该干扰源在干扰频率上具有分量，滤波器包括提供通带和阻带的中间滤波器；第一 变频器，被配置为通过频移从接收信号得到的输入信号来形成第一中间信号，从而位于干 扰频率上的输入信号的分量被移到中间滤波器通带中的频率，并向中间滤波器输入第一中 间信号，从而使中间滤波器对第一中间信号进行滤波以形成第二中间信号；第二变频器，被 配置为通过频移第二中间信号来形成抵消信号，从而位于中间滤波器通带上的第二中间信 号的分量被移到干扰频率上；以及删除单元，被配置为从接收信号中删除抵消信号，减弱其 中的干扰源。通带在频率上可能低于干扰频率。通带的上限可能小于50MHz。中间滤波器可以 是低通滤波器。滤波器可以包括用于生成混合信号的本机振荡器。第一变频器可以包括混合器， 该混合器被配置将混合信号与输入信号相混合，形成第一中间信号。第二变频器可以包括 混合器，该混合器被配置为将混合信号与第二中间信号相混合，形成抵消信号。振荡器可以 是环形振荡器。它可能不同于晶体振荡器。抵消单元被配置为将接收信号与抵消信号线性组合。干扰源频率可以位于射频上。滤波器可以包括信号强度检测器，该检测器被配置为检测中间滤波器输出端处信 号的强度，如果检测到的强度低于预定阈值，则使滤波器不工作。根据本发明的第二方面，提供了一种信号接收器，包括放大器，用于对输入信号 进行放大以形成接收信号；滤波器，如上所述被配置为对接收信号进行滤波，以减弱其中的 干扰源；以及下变频器，用于对经滤波的接收信号进行下变频。下变频器可以是混合器。信号接收器，可以包括检测器，用于检测接收信号中的干扰源，以及响应于检测到 干扰源来触发滤波器。根据本发明的第三方面，提供了一种对接收信号进行陷波滤波的方法，用以减弱 其中的干扰源，该干扰源在干扰频率上具有分量，该方法包括通过将输入信号中位于干扰 频率上的分量移至中间滤波器通带的频率上的方式频移来自接收信号的输入信号以合成 抵消信号，通过中间滤波器对已频移的信号滤波，形成第二中间信号，通过频移第二中间信 号形成抵消信号，从而位于中间滤波器通带上的第二中间信号的分量被移至干扰频率上； 以及取消来自接收信号的抵消信号，以减弱其中的干扰。
现在参考附图，将以示例的方式来描述本发明。附图中图1是典型无线电接收器示例图；图2是具有有效陷波滤波器的无线电接收器的图示；以及图3示出了图2的接收器中信号的频率分量。
具体实施例方式在下面将要描述的系统中，滤波电路用于帮助抑制来自接收信号的干扰源。当与 接收信号合成时，滤波器合成具有所接收信号的陷波滤波效应的信号。当调谐合成信号，使 其包括对应于干扰源的分量时，滤波器的陷波包含干扰源的频率，并可具有减弱干扰源的 效果。因此，干扰源可在射频上得到抑制。与抑制带外干扰源的传统滤波器(传统滤波器 抑制目标信号区域之外的所有频率)相比，可选择较窄的陷波，只抑制干扰源区域的频率。图2的接收器包括用于接收无线电信号的天线11。天线的输出传送到对接收信 号进行放大的放大器13。放大器的输出经由滤波器块14传送到混合器15。混合器15将 接收信号与来自本机振荡器16的信号相混合，以将目标信号下变频至期望的频带。可以有 多个下变频阶，图2只示出了一个。下变频处理的输出被模拟/数字(A/D)转换器17数字 化，并传送至执行信号基带处理的基带处理器18。例如，基带处理器可以解调信号，进而形 成代表通信数据的输出，其中，该通信数据由目标接收信号承载。滤波器块14旨在消除来自接收信号的干扰源。滤波器块包括第一个混合阶20，低 通滤波器21和第二混合阶22。要输入到混合器15的B处信号也输入到第一混合阶20，其 在第一混合阶处与第二本机振荡器23的输出相混合。第一混合阶的输出经滤波器21低通 滤波，进而滤波器21的输出再次与第二本机振荡器23的输出相混合。通过减法单元19 (例 如，差分放大器)，从A处信号(即，放大器13的输出)中减去第二本机振荡器23的输出， 形成要输入到混合器15的信号。在使用中，当在一特定频率处检测到干扰源，将第二本机振荡器23设置为以大约 该频率(fL02)运行。这使得第一混合阶20将B处位于 ·ω2的信号分量频移至第一混合阶 20的输出端(C)处的零赫兹。这些分量及在频谱上靠近其的分量通过低通滤波器21进行 传送，但来自B处信号的其他分量被滤波器21阻滞。随后，滤波器的输出(D处)再次与来 自第二 LO 23的信号相混合。将通过滤波器21传送的分量移回它们原来的频率。因此，第 二混合阶输出的E处信号仅具有位于fM2范围内的分量，这些分量与B处相同频率处的信 号分量基本相同。因此，当从A处信号中减去E处信号时，从A处信号中消除这些分量。其 降低了传送到混合器15的信号上的干扰源的影响，降低了混合器由于原接收信号中存在 干扰源而达到饱和的可能。滤波电路产生的、E处的信号形成于接收到的射频信号。在图2的实施例中，该信 号仅通过对接收的射频信号进行滤波及频率转换来形成。这意味着可通过相对简单的电路 形成信号。可以在滤波器中进行附加处理。例如，当信号通过滤波器中的回路时，滤波器可 在一个点处放大该信号。在简易的实现方式中，低通滤波器实际上是具有id增益=Ι/f的 积分器。因而滤波器环路的增益值(G1top)在直流时非常高，随着频率的升高以Ι/f衰减。
图3示出了 B点到E点处的信号的频率空间分量。B处的信号包括在fw处的期望 信号30，以及在处的干扰源31。fL02大致设置为f1;这样在C点的信号中，源自干扰源的 分量32被移至滤波器21的通带33内。源自期望信号的分量34在通带33外。滤波器21 的输出D仅包括落入通带33内的C处信号的那些分量。最后，E处信号包括那些频移回它 们各自初始频率的、与信号B相同的分量。从A处信号中减去E处信号将使得随后从B处 信号中消除干扰源31。具体地，在第一混合阶之后期望信号产生(fw+f^2)和( ·ψ_ ·ω2)处的分量，干扰源 产生祐+‘2)和(AU处的分量。(fw+fW和祐+‘2)是高频。选择 。2以使得(A-fW 在低通滤波器21的频带33内。优选地，选择 ·ω2以使得(fw-fM2)在低通滤波器21的频带 33之外，使得期望信号仍能被传送到混合器15，但其并不总是必须的，原因在于干扰源可 能是短暂的，并且期望信号可能是在其他频率处具有其他期望分量的展布频谱信号的一部 分。将通过滤波器21的、祐-‘2)处的分量与LO 16的输出相混合，产生在&和忧_2‘2) 处的分量。忧_2‘2)是高频。Π是原干扰源的频率。从接收信号中消除干扰源的程度取决于滤波器环路的增益。如果滤波器环路的增 益为G1()。p，A处干扰源的等级为iA，B处干扰源的等级为iB，那么iB = iA-Gl00P*iA,因此，iB = Α/α^。。ρ)。因此，干扰源减弱了(HGltx^iGltrap很大时，其近似等于G1(K)P。滤波电路的设计中，本机振荡器23和低通滤波器21具有相对宽松的容限， 从而允许容易地实现它们并占据相对较小的电路面积。低通滤波器环路可作为具有 如下设置的增益的单个积分器，设置该增益使得在几个MHz时，闭合环路的增益(即， GdOmiXer+GintegratOr+Gupfflixer)等于或近似等于零dB。因此，将积分器的增益设置为随陷波的宽 度而变化例如，+6dB增益是陷波带宽的两倍。低通滤波器的带宽限定了减去E处信号的 输出而得到的RF处的陷波的宽度，并且其增益限定了陷波的深度。需要注意的是，由于其 位于低频，低通滤波器将要被减去的分量从接收信号中分离，没有稳定性问题并且在处于 LO 23的工作范围内任意频率附近的频率处可以合成陷波。适当的通带宽度(例如)可小于50MHz或小于10MHz，可选地，大于3MHz。当低通滤波器具有显著带宽的通带33时，fVQ2不必与&严格相同。即使fM2仅仅 是粗略地等于fI;由于通带具有有限的宽度，频移的干扰源仍然可以落入低通滤波器21的 通带内。类似地，本机振荡器23并不需要锁定在某个精确的频率，原因在于即使随着fM2的 频率漂移，低通滤波器的通带也能够容纳经频移的干扰源的频率漂移。类似地，对于振荡器 的相位噪音也没有严格的限制。如果提供给第一混合阶和第二混合阶的LO信号在相位上 相匹配(这可以通过设计从LO 23到那些混合器的电路路径来实现)，则倘若LO在相位上 漂移是没有问题的。可替换地，可以相移混合器之间的信号以补偿施加至混合器上的LO信 号的相位差。便利地，振荡器23是电压控制振荡器(VCO)。它可以实现为环形振荡器、任意 其他合适的简单振荡器或通过更加复杂设计的振荡器。只要下陷波变频器和上陷波变频器 的LO信号在相位上相匹配，则可以通过好的布局匹配很容易地实现稳定性问题。滤波电路14可一直运行。更优选地，只有当接收信号满足一个或多个预先设定 的、显示干扰源存在的标准时，滤波电路才运行。优选地，这些标准依赖于LNA 13输出的信 号，例如，可以包括LNA 13输出端处信号的振幅超出了预定阈值。在LNA输出端处检测干 扰源具有以下优势与稍后在接收路径进行检测相比，在此处可以更好的建立其压缩水平。在接收链的任何适宜点处可以通过感应电路检测出以模拟或数字形式、处于射频、中频或 基带处的干扰源。在一个优选实施方式中，依赖于A处(S卩，放大器13的输出端处)信号， 通过感应电路对，检测出干扰源。电路M可以包括频率计数器，当检测到干扰源时(例如， 通过LNA的输出的振幅超过阈值)，该频率计数器运行。频率计数器给出干扰源的平均频 率。使用该信息来锁住陷波电路的辅助VCO 23。在另一个优选实施方式中，依赖于经下变 频的接收信号的数字采样值，通过在基带18中的感应电路来检测干扰源。可使用专用部件 或通过数字信号处理器来实现感应电路。当感应电路未检测出干扰源时，滤波电路可以是 不运行的，以节约电能。在这种实现方式下，当不存在干扰源时，滤波器块不使用电能。当 在特定频率处检测出干扰源时，感应电路使得滤波电路工作，并将本机振荡器23设置为以 大约为已检测出的干扰源的频率工作。有利地，响应于检测出干扰源才触发滤波器，接收器能够使滤波器不运行以降低 功耗(例如，通过切断振荡器23)，从而接收器可以在另一个频率上重新配置滤波器，以阻 止另一干扰源。接收器可以在预定时间之后自动使滤波器不运行。如果干扰源仍然存在， 则其将会被重新检测，并且滤波器会重新运行。更优选地，接收器可以检测出干扰源何时消 失，进而可以响应于该情况使滤波器回路不运行。实现其的一种方式是通过响应于LNA输 出的检测电路。更优选地，信号强度检测器25对滤波器21的输出端处的信号D做出响应， 并检测该信号的功率或幅度。如果检测到的信号强度超出了预定阈值，则认为干扰源存在 于滤波器调谐的频带中。否则认为干扰源不再存在于滤波器调谐的频带中，因此，如果检测 信号的强度低于预定阈值，则检测器使得滤波器回路不运行。检测器25可对滤波器回路中 的其他信号做出响应，但优选地，其检测D处信号，原因在于由于该信号位于基带上因此可 以简单地实现检测器25。为了处理位于不同频率处的多个干扰源，接收器可以具有彼此并联的滤波电路14 的多个实现方式。响应于感应电路，可以将滤波器的各实现方式的本机振荡器设定为适当 值，使各个干扰源无效(皿11，为零)。应当注意，与其他一些提高抗干扰性的方式相比，在本文所描述的系统中，与LNA 13相匹配的输入并没有受到影响。本系统完全降低了在主接收混合器15输入端处信号中 的非期望干扰源的振幅。这样，接收链路中的压缩瓶颈就可以得到缓解，而且在干扰源存在 时，可以在混合器15达到饱和之前，通过LNA 13实现更大程度的放大。图2中，以单混合器示出了混合阶15、20、22。在每种情况下，每一个混频阶可以 通过一对混合器来实现，一个适用于1(同相)信号，另一个适用于Q(正交)信号。在混合 阶15的情况中，可以通过以下方式来实现(a)B处的信号分离，进而输入至阶15中的各I 及Q混合器；(b)本机振荡器16的输出分离，其中之一在到达各自的混合器之前通过90° 移相器；以及(c)通过分开的I和Q路径的混合器的输出到达A/D转换器对。在混合阶20 和22的情况下，可以通过以下方式来实现(a)B处的信号分离，进而输入至阶20中的各I 及Q混合器；(b)本机振荡器23的输出分离，其中之一在到达混合阶20中的一个混合器以 及混合阶22中一个混合器之前通过90°移相器；(c)阶20中I混合器的输出通过低通滤 波器21的第一实现方式，然后到达阶22中I混合器，同时阶20中Q混合器的输出通过低 通滤波器21的第二实现方式，然后到达22阶中Q混合器；以及(d)阶22中I和Q混合器 的输出组合以形成E处信号。
包含滤波器回路、具有或不具有天线的接收器可以全部在单个集成电路上实现。 该接收器可以是用于诸如UWB的宽带协议的接收器。因此，申请人单独地公开了本文所描述的每个单独特征以及两个或两个以上这种 特征的任意组合，在某种程度上，根据本领域技术人员的公知常识，这些特征或特征的组合 能够基于作为整体的本说明书而被实施，而不管这些特征或者特征的组合是否解决本文所 公开的任何技术问题，而且不对权利要求的保护范围构成限制。申请人指明本发明的多个 方面可以包括任何这种特征或特征的组合。鉴于前述的描述，对于本领域普通技术人员显 而易见的是，在本发明的范围内可以进行各种修改。
权利要求
1.一种用于对接收信号进而滤波以减弱所述接收信号中的干扰源的滤波器，所述干扰 源在干扰频率处具有分量，所述滤波器包括中间滤波器，提供通带和阻带；第一变频器，被配置为通过频移自所述接收信号得到的输入信号使得在所述干扰频 率处的所述输入信号的分量移至所述中间滤波器的所述通带中的频率，来形成第一中间信 号，以及将所述第一中间信号输入至所述中间滤波器，从而使所述第一中间信号被所述中 间滤波器滤波以形成第二中间信号；第二变频器，被配置为通过频移所述第二中间信号使得所述中间滤波器的所述通带中 的所述第二中间信号的分量移至所述干扰频率，来形成抵消信号；以及删除单元，被配置为从所述接收信号中删除所述抵消信号，以减弱所述接收信号中的 所述干扰源。
2.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述通带在频率上低于所述干扰频率。
3.根据权利要求1或2所述的滤波器，其中，所述通带的上限小于50MHz。
4.根据前述任一项权利要求所述的滤波器，其中，所述中间滤波器是低通滤波器。
5.根据前述任一项权利要求所述的滤波器，其中，所述滤波器包括用于生成混合信号的本机振荡器，所述第一变频器包括被配置为将所述混合信号与所 述输入信号进行混合以形成所述第一中间信号的混合器，以及所述第二变频器包括被配置 为将所述混合信号与所述第二中间信号进行混合以形成所述抵消信号的混合器。
6.根据权利要求5所述的滤波器，其中，所述振荡器是环形振荡器。
7.根据前述任一项权利要求所述的滤波器，其中所述删除单元被配置为将所述接收信 号与所述抵消信号线性组合。
8.根据前述任一项权利要求所述的滤波器，其中，所述干扰频率位于射频处。
9.根据前述任一项权利要求所述的滤波器，包括信号强度检测器，被配置为检测所 述中间滤波器的输出端处信号的强度以及被配置为如果检测到的所述强度低于预定阈值， 则使得所述滤波器不运行。
10.一种信号接收器，包括放大器，用于放大输入信号以形成接收信号；根据权利要求1至8中任一项所述的滤波器，被配置为对所述接收信号进行滤波，以减 弱所述接收信号中的干扰源；以及下变频器，用于对经滤波的所述接收信号进行下变频。
11.根据权利要求10所述的信号接收器，其中，所述下变频器是混合器。
12.根据权利要求10或11所述的信号接收器，包括检测器，用于检测所述接收信号中的干扰源，并且如果检测到干扰源则使得所述滤波器工作。
13.一种对接收信号进行陷波滤波以减弱所述接收信号中的干扰源的方法，所述干扰 源在干扰频率处具有分量，所述方法包括通过以下方式来合成抵消信号通过频移自所述接收信号得到的输入信号使得在所述 干扰频率处的所述输入信号的分量移至中间滤波器的通带中的频率，通过所述中间滤波器 对经频移的所述信号进行滤波以形成第二中间信号以及通过频移所述第二中间信号使得所述中间滤波器的所述通带中的所述第二中间信号的分量移至所述干扰频率来形成所述 抵消信 号；以及从所述接收信号中删除所述抵消信号，以减弱所述接收信号中的所述干扰源。
全文摘要
一种用于接收信号进行滤波以减弱其中干扰源的滤波器，该干扰源在干扰频率处具有分量，滤波器包括中间滤波器，提供通带和阻带；第一变频器，被配置为通过频移自接收信号得到的输入信号使得在干扰频率处的输入信号的分量移至中间滤波器的通带中的频率，来形成第一中间信号，以及将第一中间信号输入至中间滤波器，从而使第一中间信号被中间滤波器滤波以形成第二中间信号；第二变频器，被配置为通过频移第二中间信号使得中间滤波器的通带中的第二中间信号的分量移至干扰频率，来形成抵消信号；以及删除单元，被配置为从接收信号中删除抵消信号，以减弱接收信号中的干扰源。
文档编号H04B1/10GK102067460SQ200980119237
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月7日 优先权日2008年5月29日
发明者尼古拉斯·索尔宁 申请人:剑桥硅无线电有限公司