专利名称：低速率模式的高灵敏度fsk调制信号接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及低速率模式高灵敏度的用于FSK调制信号的接收器。
背景技术：
通常，发射器或接收器使用FSK (移频键控)调制来进行短距离发送或接收数据或 命令。如果RF载波频率高，例如，大于300MHz，则为中间频率(特别地，大于或等于100kHz) 选择大带宽。调制信号的调制频移可根据该带宽而进行改变。在这种情况下，可以使用由 不很精确且因此不昂贵的本地振荡器提供的参考频率。然而，必须考虑热噪声功率，其与所 选择的带宽成比例。因此，宽带发射或接收系统通常不具有优良的灵敏度。法国专利2 711 293公开了一种射频信号接收器，其带宽可以改变。该超外差型 接收器能够解调宽带频率调制信号和窄带信号。带宽可以被动态改变，以获得畸变衰减与 噪声衰减之间的最佳折衷。在第一频率转换之后，滤波器利用第一带宽(宽带)对中间信 号进行滤波。接下来，使用用于窄带的滤波器的第二带宽和第三带宽对中间信号执行另一 滤波操作。最后，鉴别器执行解调。然而，在接收器中没有根据输入的数据信号的调制数据速率来进行具体的接收器 配置。因此，动态带宽变化对输入的信号提供畸变衰减与噪声衰减之间的良好折衷。该专 利文件的接收器的结构同样相对复杂，这意味着其电功率消耗不能充分降低为使其安装在 小尺寸的便携物体中。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种FSK调制信号接收器，其可以以高灵敏度操 作且可以容易地根据调制信号中的调制数据或命令速率而被配置，同时还克服现有技术状 态的上述缺陷。因此，本发明涉及一种FSK调制信号接收器，其包括在独立权利要求1中提到的特 征。在从属权利要求2至7中限定该接收器的具体实施例。根据本发明的FSK调制信号接收器的一个优点在于，其可以被配置为既接收中速 率或高速率模式的调制数据或命令，也接收低速率模式的调制数据或命令。优选，由于所述 接收器的高灵敏度有助于命令和数据解调操作，所述接收器被配置在低速率模式下。为了 实现这一点，操作滤波器单元，以使其在用于第一中速率或高速率解调级的多相滤波器中 过滤中间信号，或者使其在用于第二低速率解调级的多相滤波器中的两个非耦合低通滤波 器中过滤基带中的中间信号。有利地，在低速率模式下，通过混频器将由天线采集的信号直接转换为中间基带 信号。这简化了在低速率模式下的数据或命令解调，因为简单的D触发器可以跟随以频移 频率为中心的窄带带通滤波器而执行解调。
在基于由附图示例的至少一个非限制性实施例的以下描述中，该FSK调制信号接 收器的目的、优点和特征将看起来更清楚，在附图中图1以简化的方式示出了根据本发明的FSK调制信号接收器的一个实施例。
具体实施例方式在以下描述中，仅仅以简化的方式描述对于本技术领域的技术人员公知的频率调 制(FSK)信号接收器的所有那些部件。可以有利地在例如车辆远程控制系统中或计数系统 中使用使所述FSK调制信号接收器图1中所示的FSK调制信号接收器1可以被配置为在大于或等于lOOkbits/s的 中速率或高速率数据或命令接收模式下操作，或者有利地在高灵敏度的低速率数据或命令 接收模式下操作。在低于10kbits/s(例如约lkbits/s)的低调制命令或数据速率的优选 配置中，输入信号的功率通常集中在相对于信号载波频率fo的(正或负)调制频移Af 水 平。通常，在输入信号频率调制中，“1”调制状态被定义为对载波频率&增加调制频移Af， 这给出ff A f，而“0”调制状态被定义为从载波频率&减去调制频移Af，这给出ffAf。 当然，即使优选在fo+ A f和A f下的数据调制，也同样可以设想将“0”调制状态定义为 载波频率fo。FSK调制信号接收器1包括天线2，其用于接收短距离RF信号，并且其载波频率大 于或等于300MHz。在低噪声放大器LNA 3放大由天线2采集的FSK调制RF信号。该低噪 声放大器LNA 3还可以包括未示出的带通滤波器。通过由本地振荡器6提供的同相信号& 而在第一混频器4中对放大的滤波RF信号进行频率转换，以提供中间同相信号Im。还通过 由本地振荡器6提供的正交(in-quadrature)信号SQ而在第二混频器5中对这些RF信号 进行频率转换，以提供中间正交信号Qm。第一混频器4和第二混频器5形成接收器的混频 器单元的部分。FSK调制信号接收器1包括集成电路，多数接收器部件被集成在其中。例如，以 0. 18um CMOS技术制造该集成电路。在混频器4和5之后，FSK调制信号接收器还包括多相滤波器单元12，其可以被配 置为用于以低速率模式过滤中间信号的低通滤波器14和15的形式或者用于以中速率或高 速率模式过滤中间信号的多相滤波器或带通滤波器13的形式。在滤波器单元12之后，接 收器1包括以中速率或高速率模式接收过滤的中间信号的第一中速率或高速率解调级以 及以低速率模式接收过滤的中间信号的第二低速率解调级。在第二解调级中，接收器1包括两个窄带带通滤波器24和25。为了以低速率模 式对过滤的中间信号IF和Qf进行过滤，这些带通滤波器以调制频率为中心，具体地在+ A f 和-A f频移附近。在带通滤波器24和25之后，存在用于解调数据或命令的D触发器26、 低通滤波器27以及用于提供数据或命令的数据提取器28。在第一解调级中，在中速率 或高速率模式的选择期间，接收器1还包括在中间过滤信号；和Qf中所包含的数据或命令 的解调器20，其后是低通滤波器21以及用于提供数据或命令的数据提取器22。如果选择中速率或高速率模式，则中间的频率转换信号、和^仍处于例如约1MHz 的频率下，其具有调制频移+ Af，该调制频移相对于1MHz的转换后的载波频率为约250kHz
5或更小。然而，在低速率接收模式下，如果输入信号的功率集中在每一个调制频移Af水 平，中间信号、和^被直接转换为0Hz的基带。当然，由于有许多能量来自在整个频率带 宽内的有用信号和噪声，在中速率或高速率下通常不能设想将频率直接转换成基带以接收 FSK调制信号。如果在0Hz下进行直接基带转换，则会观测到数据损失。接收器的本地振荡器6主要包括相位和频率锁定环，其包括电压控制振荡器VC0 11。该电压控制振荡器VC0可以为差分型振荡器，以提供两个高频，即，同相信号&和正交 信号SQ。这些同相信号和正交信号在相位和频率锁定环中被供给到多模分频器8。在相位 和频率检测器9中比较来自分频器8的分频与源自石英谐振器7的参考频率Fref。在以已 知方式控制电压控制振荡器VC0之前，在低通滤波器10中过滤来自相位和频率检测器9的 输出信号。如果本地振荡器6包括精确的石英谐振器7，可以使FSK调制信号接收器在通常小 于lOkbits/s的低速率模式(lkbits/s)下具有高灵敏度。对于该速率，输入信号中的所有 功率都集中在相对于载波频率fo的频移水平，即，fo+ △ f和fcr A f。对于该操作模式，需要 精确的石英谐振器。因此，如上所述，可以对输入RF信号进行频率转换以在基带中直接获 得中间同相和正交信号、和^。然而，对于中速率或高速率FSK调制信号接收器，如果具有 噪声的输入信号的功率在接收器的整个带宽内大致相似，则石英谐振器7不需精确。带宽 越宽，热噪声越大，这经常意味着必须在带宽与热噪声之间找到良好折衷，以从输入FSK调 制信号解调数据而不引起太多问题。通过提供给本地振荡器6的控制信号Cm来将接收器1配置为用于频率转换的中 速率或高速率模式或者低速率模式。该控制信号Cm使电压控制振荡器VC0 11提供在中速 率或高速率模式与低速率模式之间具有不同频率的同相信号&和正交信号SQ。该控制信 号Cm可以作用于多模分频器8，或者甚至作用于石英谐振器7的参考频率Fref。例如，在 低速率模式下，同相信号和正交信号SQ的精确频率与由天线2采集的RF信号的载波频 率fo相同。这使得输入的RF信号被第一混频器4和第二混频器5直接转换成基带。然而， 在中速率或高速率模式下，同相信号&和正交信号SQ的频率比由天线2采集的RF信号的 载波频率fQ小例如1MHz。这意味着可以在约1MHz的频率下获得中间信号、和^，接着必 须在解调器20中对其进行解调。一旦结束了对所述接收器的集成电路的制造步骤，还可以设想将接收器配置或设 定为使其可以在中速率或高速率模式下或者在低速率模式下操作。由此，利用相同的集成 电路，可以在中速率或高速率模式下或者在低速率模式下使用FSK调制信号接收器，这取 决于已设定的配置。如上所述，FSK调制信号接收器1还包括具有用于过滤两个中间信号、和Qm的多 相滤波器12的滤波单元。该多相滤波单元12主要包括多相滤波器13，其由两个耦合的低 通滤波器14和15形成，其中第一低通滤波器14接收中间的同相信号Im，而第二低通滤波 器15接收中间的正交信号Qm。当这两个低通滤波器14和15经由开关元件18而耦合时， 多相滤波器13可以在中间信号载波频率附近执行带通滤波，其中当选择中速率或高速率 模式时通过控制信号Cf 将开关元件18控制为闭合。根据所选择的调制频移(Af)，该带通 滤波的截止频率可被限定在例如与例如约1MHz的中心频率相距约450kHz处。该多相滤波 器可被视为用于产生过滤的中间同相If和正交信号Qf的频移低通滤波器。
应注意，两个低通滤波器14和15的经由开关元件18的耦合可被替代地定义为 “回旋器”。然而，优选经由常规开关元件实现这两个低通滤波器之间的所述耦合。在中速率或高速率模式下，经由通过控制信号Cf控制的两个开关16和17而将过 滤的中间信号；和％提供给第一中速率或高速率解调级的解调器20。具有公知结构的该 解调器20以中速率或高速率模式解调过滤的中间信号If*QF。在解调器20之后是用于 从由解调器20提供的数据或控制信号去除所有杂散频率的低通滤波器21。可以根据调制 信号速率来调整该低通滤波器的截止频率。最后，将公知的数据提取器连接到低通滤波器 的输出，以提供数据或控制信号Dot。优选，在低速率模式下，多相滤波器13被转换为经由通过控制信号Cf控制的处于 打开状态的开关元件18而解耦合的常规低通滤波器14和15。由此通过第一低通滤波器 14对处于基带的中间同相信号Im进行滤波，从而向第二低速率解调级的第一带通滤波器 24提供过滤的中间同相信号IF。该第一带通滤波器24具有以每一个频移Af或-Af为中 心的窄带。-Af频移仅仅为反相A f频移，这有助于经由简单的D触发器26而进行解调， 如下所述。通过第二低通滤波器15对基带中的中间正交信号Qm进行滤波，从而向第二带 通滤波器25提供过滤的正交中间信号Qf。该第二带通滤波器同样具有以每一个频移Af 或-A f为中心的窄带。分别经由以低速率模式通过控制信号Cf控制的开关16和17而将 过滤的中间信号IF和Qf分别提供给第一带通滤波器24和第二带通滤波器25。由第一带通滤波器24提供的中间同相数据信号ID被连接到D触发器26的D输 入，而由第二带通滤波器25提供的中间正交数据信号Qd被连接到所述触发器26的时钟输 入CLK。以这种方式，可以仅仅通过使用该D触发器26而容易地解调来自中间基带信号的 数据或命令。当然，可以设想向所述触发器的D输入提供中间正交数据信号且向时钟输入 CLK提供中间同相数据信号。最后，在进入数据提取器28之前，还通过具有根据调制信号速 率而调整的低截止频率的低通滤波器27来过滤在所述触发器26的Q输出处的信号，以提 供数据或控制信号Dot。从以上描述很明显，与现有技术的接收器相比，该FSK调制信号接收器的主要改 进在于，当其被配置为以低速率模式接收数据或控制信号时，其可容易地提供高灵敏度和 易化的解调。由于数据信号的功率主要集中在调制频移水平，可以使用窄带通滤波器来过 滤处于基带的中间信号，这便于数据解调。通过以上给出的说明，在不脱离由权利要求书限定的本发明的范围的情况下，本 领域技术人员可以设计对该FSK调制信号接收器的各种变体。沿着相同的线路，该接收器 还可被配置为允许以中速率或高速率模式或以低速率模式通过相同的天线进行调制数据 信号发送。
权利要求
一种用于FSK调制信号的接收器(1)，所述低功率接收器包括-天线(2)，其用于接收调制数据或控制信号，-至少一个低噪声放大器(3)，其用于放大和过滤由所述天线采集的信号，-本地振荡器(6)，其具有石英谐振器，并且在相位和频率锁定环中包括用于提供高频信号(SI，SQ)的电压控制振荡器(11)，-至少一个混频器单元(4，5)，其用于混合输入的过滤且放大过的信号与由所述电压控制振荡器提供的高频信号，以产生中间信号(Im，Qm)，所述中间信号的频率等于所述高频信号频率与所述输入的信号的载波频率之差，以及-滤波单元(12)，其用于为至少一个数据或控制解调级过滤所述中间信号，其特征在于，所述接收器可以被配置为以中速率或高速率接收调制数据或控制信号或者以低速率接收调制数据或控制信号，并且特征在于，所述滤波单元以中速率或高速率模式向第一解调级提供在多相滤波器(13)中过滤的中间信号(IF，QF)，或者以低速率模式向第二解调级提供在被转换为至少一个低通滤波器(14，15)的多相滤波器中过滤的中间基带信号。
2.根据权利要求1的接收器(1)，其特征在于，所述本地振荡器(6)的所述电压控制 振荡器(11)向所述混频器单元的第一混频器(4)提供高频同相信号(S》以使所述信号与 过滤且放大过的输入信号混合而获得中间同相信号(IJ，并且向所述混频器单元的第二混 频器(5)提供高频正交信号(SQ)以使所述信号与过滤且放大过的输入信号混合而获得中 间正交信号(QJ，其特征在于，在中速率或高速率模式下，所述滤波单元的所述多相滤波器 (13)包括两个耦合的低通滤波器(14，15)以向所述第一解调级提供过滤的中间同相和正 交信号(IF，QF)，并且特征在于，在低速率模式下，所述滤波单元的所述多相滤波器(13)的 两个低通滤波器解耦合，以便第一低通滤波器(14)向所述第二解调级提供过滤的中间基 带同相信号(IF)，并且第二低通滤波器(15)向所述第二解调级提供过滤的中间基带正交信 号(Qf)。
3.根据权利要求1的接收器(1)，其特征在于，在中速率或高速率模式下，具有石英谐 振器的所述本地振荡器(6)的所述电压控制振荡器(11)被配置为提供处于比所述过滤且 放大过的输入信号的载波频率低或高的第一频率的高频同相和正交信号(SpSj，以便所述 中间同相和正交信号(IF，QF)处于与所述高频信号的频率与所述载波频率之差对应的中间 频率，并且特征在于，在低速率模式下，所述电压控制振荡器(11)被配置为提供处于与所 述过滤且放大过的输入信号的载波频率相同的第二频率的高频同相和正交信号(SpSj，以 提供中间基带同相和正交信号。
4.根据权利要求2和3中的任何一项的接收器(1)，其特征在于，在低速率模式下，所 述第二解调级包括用于过滤所述过滤的中间基带同相信号(IF)的第一带通滤波器(24)和 用于过滤所述过滤的中间基带正交信号(Qf)的第二带通滤波器(25)，其中每一个带通滤波 器以在频率转换成所述中间信号的基带之后的所述数据或控制调制频率为中心。
5.根据权利要求4的接收器(1)，其特征在于，每一个带通滤波器(24，25)都具有以每 一个正和负调制频移为中心的窄带。
6.根据权利要求4的接收器(1)，其特征在于，所述第二低速率解调级还包括D触发器 (26)，其中向所述触发器的D输入提供通过所述两个带通滤波器(24，25)过滤的所述中间基带信号中的一个，而向所述触发器的时钟输入(CLK)提供另一个中间基带信号。
7.根据权利要求6的接收器(1)，其特征在于，所述第二低速率解调级还包括用于过滤 由所述D触发器(26)提供的所述数据或控制信号的另一个低通滤波器(27)以及连接在所 述另一个低通滤波器的输出处的数据提取器(28)。
全文摘要
本发明涉及低速率模式的高灵敏度FSK调制信号接收器。一种用于FSK调制信号的接收器(1)包括天线(2)，其用于接收调制数据或控制信号；低噪声放大器(3)，其用于放大和过滤由天线采集的信号；本地振荡器(6)，其具有石英谐振器(7)，用于提供高频同相信号(SI)和高频正交信号(SQ)；第一和第二混频器(4，5)，其用于混合高频同相和正交信号与过滤且放大过的输入信号，以产生中间信号(Im，Qm)；以及用于过滤中间信号的滤波器单元(12)。接收器可以被配置为以低速率接收调制数据或控制信号。滤波单元以中速率或高速率模式向第一解调级提供在多相滤波器(13)中过滤的中间信号(IF，QF)，或者以低速率模式向第二解调级提供在被转换为两个低通滤波器(14，15)的多相滤波器中过滤的中间基带信号。
文档编号H04L27/14GK101860505SQ20101015647
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月7日 优先权日2009年4月7日
发明者A·卡萨格兰德, C·维拉斯克斯, E·泽韦格尔 申请人:斯沃奇集团研究和开发有限公司