专利名称：具有干扰降低的集成的多模带通希格马－德耳塔接收机子系统及其方法
技术领域：
本发明通常涉及无线接收机，特别是涉及集成的数字无线接收机子系统。
背景本领域技术人员都知道具有两个混频器的双重变换的无线接收机利用通用的外差式过程来转换输入的射频(RF)信号。通常利用诸如扬声器的某种变换器将RF信号检测、转换和放大成听得到的格式。从
图1的现有技术可以看出，已知的集成无线接收机后端或第二中频级10包括中频信号输入11，中频信号输入11由前置放大器13放大并提供给混频器15，在混频器15中中频信号输入11与一个来自受时钟合成器19控制的本机振荡器合成器17的信号混频。合成的第二中频信号接着由带通希格马-德耳塔(∑-Δ)转换器21处理，这里第二中频信号被噪声整形并被转换成数字格式。然后利用离散时间滤波23过滤转换器信号的不希望的带外成分。此后，利用变频器25和来自时钟合成器19的本地振荡器处理第二中频信号并将其混频到基带。利用另一个离散时间滤波器29滤波此合成信号的不希望的成分，离散时间滤波器29的输出提供给并串数据转换器33和输出35。为了限制到∑-Δ转换器21的输入信号，利用自动增益控制(AGC)电路保持∑-Δ转换器在＂夹子＂之外和减少信号失真。
因此，从图1可以轻易地看出，目前的无线接收机极大地增加了其复杂性，这些无线接收机不仅被高度集成还将模拟信号转换成它们可以操作和/或数字处理的以用作听得到的信息或数据的数字格式。
关于这种高度集成的数字无线接收机的典型问题在于在一个集成封装件中除了数字模式的希格马-德耳塔转换器之外还提供后端，即第二中频(IF)部件。诸如模拟或集总滤波器(诸如感应线圈电容器(LC)滤波器或陶瓷谐振器)的具体障碍在于使这些集成电路难以使用和实现。因此，需要提供一种高度集成的数字/模拟RF接收机后端，其并入可与其它接收机系统兼容使用和提供优良性能特性的集成滤波器和智能增益控制。
附图的简短描述图1是表示现有技术使用的后端无线接收机操作图的方框图，该后端无线接收机使用单个模式的希格马-德耳塔转换器。
图2是表示超级外差式接收机实现方式的方框图，该超级外差式接收机使用多模希格马-德耳塔接收机子系统200。
图3是表示根据本发明具有干扰降低的多模希格马-德耳塔接收机子系统的方框图。
优选实施例的详细描述现在参见图2，数字双重变换射频(RF)接收机50通常的方框图包括通常也称作接收机前端的接收机第一中频级100和通常也称作接收机后端的接收机第二中频级200。
正如本领域技术人员所熟知的，接收机前端100包括通过天线101或其它输入设备接收的RF信号，通过根据电子器件的模式转换功率放大器和接收机之间天线101的天线转换开关103提供该输入设备。带通滤波器105用于滤波特定通带之外的不希望的RF信号。该滤波后剩余的信号经前置放大器107放大并送入另一个带通滤波器109以增加选择性。因此，只有窄带的RF信号用于第一混频器111。
第一混频器111使来自带通滤波器109的RF信号与稳定的本地振荡器信号113混频，其输出用于接收机后端200。正如本领域技术人员所熟知的，来自第一混频器111的第一中频(IF)信号产生频率为输入信号频率和与差的信号。因为主要的信号是差信号，和信号随后在后面的接收机级被过滤掉。为了使来自接收机前端100的RF信号耦合到接收机后端200，可利用多极点滤波器115以便以非常低的信号损失为前端100提供中等程度的选择性。正如本领域技术人员所熟知的，多极点滤波器115可以是晶体滤波器、表面声波(SAW)滤波器等等。由于带通希格马-德耳塔模数转换器(ADC)的宽泛的动态范围，可以允许宽频带的晶体或SAW滤波器。这具有降低大小和成本的优点。
图3中，根据本发明的优选实施例，具有干扰降低的多模带通希格马-德耳塔(∑-Δ)接收机子系统200包括提供给第一IF放大器203的第一IF信号输入201，可用自动增益控制(AGC)输入控制第一IF放大器203的增益。到第一IF放大器的IF信号输入典型在10MHz和400MHz之间。由于可以使用宽范围的第二IF频率，这可以帮助减少与板上振荡器或合成器的任何潜在的干扰，因为可以控制到∑-Δ转换器215的输入信号。然后用从可编程第二本地振荡器(LO)合成器207、压控振荡器(VCO)和环路滤波器209来的输入与该放大的第一IF信号混频。
希望第二混频器的输出产生到下面讨论的∑-Δ转换器215的较低频率的输入。利用第二IF放大器213放大第二IF信号，也利用下文讨论的AGC信号控制第二IF放大器213的增益。第二IF放大器213还提供反混叠滤波器(AAF)。正如本领域技术人员所熟知的，当根据奈奎斯特标准取样信号波形时出现寄生或混叠信号。混叠信号可以被生成或＂折回＂频带内，尔后干扰或降低后续接收机放大级和处理的性能。为了去掉这些混叠信号，最经常使用连续的时间滤波技术。
第二IF放大器213的输出然后提供给多模带通∑-Δ模数转换器(ADC)215。利用∑-Δ转换器215和电压基准219从其输入的模拟信令生成数字信号。本领域技术人员可以看出∑-Δ转换器提供许多优点。由于该转换器内提供的反馈，在带宽内具有宽泛的动态范围。通过集成的开关电容滤波器网和∑-Δ转换器的前反馈/后反馈参数确定IF频带。此频带中心通常在第二IF输入频率。因此，通过后续的数字滤波器将由模数转换器删除带外生成的任何寄生噪声。另外，∑-Δ转换器215可操作在各种IF输入频率，通过改变时钟发生器217的频率可以很容易地进行编程。最后，该∑-Δ转换器215提供多个带宽选择并在选择较低的带宽模式时提供减少的功耗。特别是，宽带信号需要更高的取样率而更高的取样率需要更高的电耗。多模结构允许节省由于窄带和宽带模式交替转换所必需的电耗。
时钟发生器217受可编程时钟发生器合成器211和VCO和环路滤波器212的控制，并用于∑-Δ转换器215和数字混频/抽取网221的同步操作。可以很容易地改变或依次步进时钟发生器217，以使∑-Δ转换器215容纳各种输入的第二IF频率。
然后来自∑-Δ转换器215的数字信号以串行比特流的形式用于数字混频/抽取网221。数字混频器将∑-Δ转换器输出的数字数据流转换为两个数字信号，一种同相信号和正交相信号。抽取网221用于抽取即减少输入数字信号(I和Q)的时钟频率和数据速率，用于后续的数字信号处理。结果，降低数字信号的取样速率。现在必须符合奈奎斯特标准，以避免和/或删除混叠信号的存在。因此，有必要在可以出现进一步处理之前抽取和滤波删除任何混叠信号，混叠信号是由于此过程产生的。本领域技术人员可以看出，数字滤波希望去掉任何带外信号或噪声。此可编程能力提供细心布置寄生响应而不降低接收机性能的装置。
在抽取网221的输出，同相(I)和正交(Q)位流都用于格式化网223。格式化网223具有经串行外围接口(在下文中讨论)编程配置的输出，以便除了传统的单端电压模式输出之外还能输出差分电流模式或差分电压模式。格式化网用于组织或格式来自串行I和Q位流的数据，由连接到数字输出233的数字信号处理机(DSP)(未示出)解释串行I和Q位流。为了帮助数据同步，格式化功能块223并入工作同步功能。典型地，从同相信息产生16位字，从正交信息产生16位字，产生16位字用于自动增益控制(AGC)信息。同步串行接口用于插入同步信息以确定每个字的开始和结束部分，以便DSP的后续使用。
还提供串行的外围接口(SPI)端口225和相关的控制逻辑227以可编程的控制多模∑-Δ转换器215中数字信号的限幅电平。这控制可接受极限内的输入电压值以保持预定动态范围内的输入。DSP通过SPI端口225为受AGC控制的每个部件提供AGC电平的额外控制。此利用控制逻辑227操作，结构数据通过SPI端口225输入结构数据。控制逻辑227利用可编程AGC电路229操作，可编程AGC电路229的数字输出信号通过使用数模转换器231转换为模拟信号。然后AGC输出信号用于控制第二IF放大器213、第二混频器205、第一IF放大器203和多模∑-ΔADC215。
对本领域技术人员来说很明显，多模带通希格马-德耳塔(∑-Δ)接收机子系统200的干扰降低部分包括内部受控的(mdB)连续可调的增益元素和第一IF放大器/混频器提供的步进(ndB每步)增益元素。接收机子系统经SPI端口可编程，因此限制输入信号到∑-Δ的AGC门限保持在夹点下的＂x＂dB。通过改变转换器的时钟频率可编程第二IF频率。而且，可编程的抽取比被用于允许最终选择数字信号处理机(DSP)中的串行数据速率。子系统能在宽带(大约150kHz带宽)和窄带(小于3kHz带宽)模式中可编程基带(即关于直流(DC))带宽。从窄带到宽带操作的开关提供明显超出现有技术其它接收机系统的优点在于该子系统200能够多模操作。
因此，本发明提供一种集成的希格马-德耳塔射频接收机子系统，其包括提供单个和多位输出的多模希格马-德耳塔模数转换器。数字混频器用于利用可编程抽取网创建同相和正交相数字基带信号，该可编程抽取网用于减少同相和正交相位流的频率。最后，可编程格式化网用于组织来自抽取网的同相和正交成分被用于后续的信号处理。
虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但很明显本发明不会受此限制。对本领域技术人员来说可能出现多种修改、改变、变化、代替和等同物，而没有偏离所附权利要求定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种集成的希格马-德耳塔射频(RF)接收机子系统包括一多模希格马-德耳塔模数转换器，用于提供单个和多位输出；一数字混频器，用于生成同相(I)和正交相(Q)数字基带信号；一可编程抽取网，用于降低同相和正交位流的频率；和一可编程格式化网，用于组织来自抽取网的同相和正交成分用于后续的信号处理。
2.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，其中多模希格马-德耳塔模数转换器包括集成开关电容滤波器。
3.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，其中利用自动增益控制(AGC)信号控制多模希格马-德耳塔模数转换器。
4.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，其中该AGC信号受内部控制和通过数字信号处理。
5.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，进一步包括；至少一个混频器；一混频放大器，用于放大受至少一个混频器控制的输出信号；和其中利用自动增益控制(AGC)信号控制该混频放大器。
6.如权利要求I所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，其中该AGC信号在内部提供和通过数字信号处理。
7.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔射频RF接收机子系统，进一步包括；一可编程时钟发生器，用于控制多模希格马-德耳塔模数转换器的输入通带频率。
8.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔射频RF接收机子系统，进一步包括；至少一个接口，用于提供来自数字信号处理机的编程信息，该数字信号处理机用于提供自动增益控制(AGC)信号。
9.如权利要求1所述的集成的希格马-德耳塔射频(RF)接收机子系统，其中抽取网包括至少一个用于去掉混叠信号的数字滤波器。
10.如权利要求9所述的集成的希格马-德耳塔RF接收机子系统，其中至少一个数字滤波器可编程。
全文摘要
一种集成的希格马－德耳塔射频(RF)接收机子系统(200)和方法利用多模希格马－德耳塔模拟数字转换器(215)以提供单个和多位输出。可编程抽取网(221)和可编程格式化网(223)还用于组织来自抽取网(221)的同相和正交成分用于后续的信号处理,可编程抽取网(221)用于降低同相和正交相位流的频率。本发明提供一种高度集成的数字/模拟RF接收机后端,其并入可与其它接收机系统兼容使用和提供优良性能特性的集成滤波器和智能增益控制。
文档编号H04B1/28GK1359578SQ99812334
公开日2002年7月17日 申请日期1999年10月14日 优先权日1998年10月19日
发明者威廉·J·马丁, 威廉·J·特尼, 保罗·H·盖勒斯, 爱德华·T·克拉克, 乔舒亚·E·多尔维奇, 特里·K·曼斯菲尔德 申请人:摩托罗拉公司