特別用於無線電數據處理系統的調頻接收機的製作方法

2023-05-31 07:50:11 2

專利名稱：特別用於無線電數據處理系統的調頻接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及可以接收發射機發送的高頻信號的調頻接收機(以下稱「FM」接收機)領域，特別用於無線電數據系統(RDS)應用。
參考本說明書中的

圖1，法國專利No．2705176公開了一種傳統的FM接收機1，它包括天線2、高頻級(RF)3、混頻器4、本地振蕩器5、中頻(IF)濾波器6、放大器／限幅器7、FM解調級8和自動頻率控制(AFC)級9。
天線2接收具有包含在FM傳輸頻帶(即在88和108MHz之間)中的頻率的信號，並向RF級3提供相應的電信號。
RF級3調諧到預定發射機的載波頻率fC，以便響應來自天線的電信號而提供放大的信號，該信號具有包含在以頻率fC為中心的頻帶中的頻率。
混頻器4接收來自RF級3的信號以及來自本地振蕩器5的信號，將這些信號複合，並向中頻濾波器6提供調製在中頻fIF的信號，後者通常選擇在約等於70kHz。
IF濾波器6被安排來接收調製在頻率fIF的信號，並且隨之而提供以中頻fIF為中心的頻帶中的信號。
放大器／限幅器7接收來自中頻濾波器6的信號，限制其幅值以便消除任何調幅(AM)成分，並且隨之而提供這种放大／限幅後的信號。
FM解調級8解調來自放大器／限幅器7的信號，並且向音頻放大器(圖1中未示出)提供解調的信號。
AFC級9允許隨解調器8連續輸出信號的變化而對本地振蕩器5的信號的頻率fLO進行細調，以便保持中頻fIF恆定。
諸如圖1示出的FM無線電接收機的一個問題在於當調製頻率(即消息信號的頻率)大於中頻fIF的一半時，由於混疊會出現相當大的失真。
混疊失真問題特別出現在使用頻分復用的傳輸系統中，在歐洲，在FM廣播的情況下、特別對於RDS應用，情況就是這樣。的確，這樣的失真結果可能使對RDS數據的解碼變得不可能。
本說明書的圖2示出在RDS應用期間FM接收機1中給出的信號的頻譜分布。在立體聲中，音頻數據被調製在38kHz的副載波，而以通過相移(PSK調製)調製在57kHz的副載波上的低幅值信號的形式提供對應於RDS數據的其它數據。再參考圖1，為了允許對RDS數據解碼，FM解調級8的輸出帶寬必須至少為60kHz。的確，假設使用的中頻fIF大約為70kHz，則音頻數據和RDS數據可能通過混疊而混合。
對頻率混疊問題的第一種傳統的解決方案是使用較高頻率fIF。美國專利No．4885802公開了一種實行這種解決方案的FM接收機。
這樣的FM接收機的一個不足是它需要使用附加裝置來濾除RF信號的鏡頻響應，這還增加了電功耗。
這樣的FM接收機的另一個不足是可使用的最大中頻受鏡頻抑制並受FM廣播頻帶中信道或發射機間隔的影響。因此不能簡單地通過增加FM接收機的中頻fIF來改善解調的信號的音頻帶寬。
對頻率混疊問題的第二種傳統的解決方案是向解調級提供具有比中頻fIF更高頻率的信號。
參考本說明書的圖3，美國專利No．5483695公開了實行這樣的解決方案的FM接收機。下面將指出，在圖3中，與圖1中相同的對象用相同的參考符號指明。FM接收機20還包含可以產生n個中頻fIF信號的信號發生電路24和乘法器電路28，後者可以將所述n個信號相乘以便提供調製在n倍於中頻fIF的頻率的信號。
FM接收機20的一個不足是它需要產生相位正交且頻率等於中頻fIF的信號，這顯著地增加了電功耗。
本發明的目的是提供用於RDS應用場合的克服了混疊問題的無線電接收機，特別是能夠提取出存在於所述接收機接收的無線電頻率信號中的RDS數據的FM無線電接收機。
本發明的另一個目的是提供響應半導體工業中關於低電功耗的通常準則的FM無線電接收機。
本發明的又一個目的是提供響應半導體工業中關於合理性和表面佔用的通常準則的集成電路形式的FM無線電接收機。
這些目的，還有其它一些目的，是通過能夠接收來自發射機的高頻信號的FM接收機來實現的，所述接收機包括-天線，用以接收所述高頻信號並提供表示所述接收的信號的第一電信號，-高頻級，用以提供相對於所述第一信號被放大並具有包含在以所述發射機的載頻(fC)為中心的頻帶內的頻率的第二電信號，-振蕩器，用以響應控制信號而提供第三電信號，-混頻器單元，用以以具有中頻(fIF)頻率的第四電信號的形式提供所述第二和第三信號的乘積，和-FM解調級，用以解調所述第四信號並以第五電信號的形式提供所述結果，所述接收機具有以下特徵它還包括鎖定環路，後者被安排來根據存在於所述第五信號中的導頻(fp)而控制所述中頻(fIF)，所述鎖定環路包括自動頻率控制級，用以響應所述第五信號而向所述振蕩器提供所述控制信號，以便保持所述第四信號的所述中頻(fIF)恆定。
這樣的接收機的鎖定環路配置的一個優點是中頻fIF服從於預定的值，使得混疊現象不妨礙對存在於接收機接收的無線電頻率信號中的RDS數據的解碼。
這樣配置的另一個優點是接收機可以以低的中頻工作，而不必使用高的頻率值或倍頻。這導致低的電功耗，例如允許這一類型的FM接收機用於RDS應用場合。
除其它的外，本發明的這些目的、特徵和優點在閱讀了參考附圖對僅作為例子給出的本發明的最佳實施例的詳細說明後將顯得更加清楚，附圖中圖1，已例舉過，示出第一傳統的FM接收機；圖2，已例舉過，示出在RDS應用期間存在於圖1的FM接收機中的信號的頻譜分布；圖3，已例舉過，示出第二傳統的FM接收機；圖4示出按照本發明的FM接收機的最佳實施例；圖5詳細地示出圖4的FM接收機的電路；圖6詳細地示出圖4的FM接收機的另一個電路；圖7A到7C示出RDS應用期間存在於圖4的FM接收機中的信號的頻譜分布，它們分別對應於三個不同的預定值；圖8示出圖6電路的一種改進。
參考圖4，將描述按照本發明的FM接收機的最佳實施例。下面將指出，在圖4中，參考符號29表示這樣的一種接收機，並且與圖1中相同的對象已經用相同的參考符號表示。
FM接收機29包括天線2、本地振蕩器5、混頻器單元30、解調級8和自動頻率控制(AFC)級36。下面將指出，這種類型的接收機能夠做在需要提供RDS數據的裝置中，例如在諸如手錶的時計中。
天線2包括連接到RF級3的輸出端子2a。天線2安排成能夠接收其頻率被包含在FM傳輸頻帶(即在88和108MHz之間)中的信號，並且，隨之經由端子2a提供表示接收的信號的電信號S1。
本地振蕩器5包括兩個輸入端子5a和5b以及一個連接到混頻器單元30的輸出端子5c。安排本地振蕩器5來提供下文中將更詳細描述的電信號S3。
混頻器單元30包括連接到RF級3的輸出端子3b的輸入端子30a、連接到本地振蕩器5的輸出端子5c的輸入端子30b、和連接到解調級8的輸出端子30c。安排混頻器單元30來響應信號S2和S3而提供中頻fIF的電信號S6。
最好通過把混頻器4、中頻濾波器6和放大器／限幅器7串聯連接而構成混頻器單元30，如圖5所示。
混頻器4包括連接到混頻器單元30的相應的端子30a和30b的兩個輸入端子4a和4b，以及連接到中頻濾波器6的輸出端子4c。混頻器4被安排成能夠經由端子4a接收信號S2；經由端子4b接收電信號S3；將信號S2和S3彼此相乘；經由端子4c提供電信號S4，使得後者被調製在中頻fIF。作為例子，選擇中頻大約為70kHz。
中頻濾波器6包括連接到混頻器4的輸出端子4c的輸入端子6a、和連接到放大器／限幅器7的輸出端子6b。中頻濾波器6被安排成能夠經由端子6a接收信號S4，並且隨之提供位於以中頻fIF為中心的頻帶內的電信號S5。
放大器／限幅器7包括連接到中頻濾波器6的輸出端子6b的輸入端子7a、和連接到混頻器單元30的輸出端子30c的輸出端子7b。放大器／限幅器7被安排成能夠經由端子7a接收信號S5、限制該信號的幅值以便消除由此產生的任何AM成分，並且隨之經由端子7b提供信號S6。
再次參考圖4，FM解調級8包括連接到放大器／限幅器7的輸出端子7b的輸入端子8a、和連接到音頻放大器(圖4中未示出)的輸出端子8b。FM解調級8被安排成能夠經由端子8a接收信號S6、解調該信號並且隨之提供代表解調後的信號S6的電信號S7。
應當注意，美國專利No．5，808，510公開了解調級8的實施例。
AFC級36包括連接到放大器／限幅器7的輸出端子7b的輸入端子36a、和連接到本地振蕩器5輸入端子5b的輸出端子36c。AFC級36被安排成允許對本地振蕩器5的信號S3的頻率fLO進行細調，以便保持中頻fIF恆定，如下文中將更詳細描述的那樣。
FM接收機29還包含鎖定環路32，後者被安排來根據導頻fp控制中頻fIF。我們記得這樣的頻率總是可以在FM多路復用信號中得到，並且允許重構在立體聲FM接收機中被消除的載波。在本說明書的範圍內，導頻fp存在於信號S7中，並且通常等於19kHz。
為了這一目的，鎖定環路32包括鎖相環(PLL)濾波器34和AFC級36。
濾波器34包括連接到解調級8的輸出端子8b的輸入端子34a、和連接到AFC級36的輸出端子34b。濾波器34被安排來經由端子34a接收信號S7，並且隨之經由端子34b提供其頻率基本上與導頻fp相等的電信號S8。
濾波器34可以由具有這樣確定的帶寬的鎖相環(PLL)構成，以便能夠提供具有導頻fp和高信噪比(SNR)的信號。這可以提供穩定的參考頻率，能夠執行AFC功能，而不必利用能夠提供參考頻率的附加裝置。
AFC級36包括連接到濾波器34的輸出端子34b的輸入端子36b。AFC級36被安排成能夠接收具有中頻fIF的信號S6和具有導頻fp的信號S8，並且隨之提供能夠控制本地振蕩器5的電信號S9(即提供具有頻率fLO的信號S3)，使得中頻fIF具有被控制在預定值的平均值，如下文中描述的那樣。
圖6詳細示出AFC級36的實施例，它包括第一分頻器38、相位和頻率比較器40和環路濾波器42。
分頻器38包括連接到AFC級36的輸入端子36a的輸入端子38a、和連接到比較器40的輸出端子38b。分頻器38被安排成能夠經由端子38a接收具有頻率fIF的信號S6，並且隨之經由端子38b提供其頻率等於fIF／N的信號S11，其中N是整數。
比較器40包括連接到分頻器38的輸出端子38b的輸入端子40a、連接到AFC級36的輸入端子36b的輸入端子40b、和連接到濾波器42的輸出端子40c。比較器40被安排成能夠經由端子40a和40b接收具有fIF／N頻率的信號S11和具有導頻fp的信號S8、將S11和S8彼此比較並且隨之經由端子40c提供誤差信號S12，後者與頻率fIF／N和fp之間的頻率差成正比。
濾波器42包括連接到比較器40的輸出端子40c的輸入端子42a、和連接到AFC級36的輸出端子36c的輸出端子42b。濾波器42被安排成能夠經由端子42a接收信號S12，並且隨之經由端子42b提供表示頻率fIF／N和fp之間的頻率差的信號S9。
參考圖4到6，本質上，當環路32鎖定時，中頻fIF於是具有基本上等於N·fp的平均值，該值對應於所述預定值，後者使得可以對包含RDS數據的信號進行解碼。
純碎為了舉例說明，現將描述表示三個頻率範圍的三種情況，其中可以這樣選擇所述預定值，以便可以對包含RDS數據的信號進行解碼。將再次參考圖2並且涉及相應的圖7A到7C來描述這三種情況，圖7A到7C分別示出對於三種不同預定值的包含RDS數據和的頻率fIF的信號頻譜分布。
參考圖7A，讓我們考慮第一種情況，其中這樣選擇所述預定值，使得頻率fIF被控制在76kHz，取與圖2有關的列舉的值。
參考圖7B，讓我們考慮第二種情況，其中這樣選擇所述預定值，使得頻率fIF被包含在72kHz和73．5kHz之間，取與圖2有關的列舉的值。
參考圖7C，讓我們考慮第三種情況，其中這樣選擇所述預定值，使得頻率fIF被包含在78．5kHz和80kHz之間，取與圖2有關的列舉的值。
這樣，在上述的三種情況下，在包含RDS數據的信號的頻譜分布和音頻數據的頻譜分布之間沒有重疊，所以混疊現象不妨礙對包含RDS數據的信號的解調。
對於本領域的技術人員，不用說，上述描述可能經歷各種修改，而不脫離本發明的範圍。
作為改進，再次參考圖4，接收機29可以包括高頻(RF)級3，後者包括連接到天線2的輸出端子2a的輸入端子3a和連接到混頻器單元30的輸出端子3b。RF級3被安排成能夠經由端子3a接收信號S1，並且隨之經由端子3b提供放大的電信號S2，後者具有被包含在以預定發射機載頻fC為中心的頻帶內的頻率。
RF級3的這種配置的一個優點是它顯著地提高了接收機29的靈敏度，使得後者可以工作在低幅值的RF信號下。
另外，作為改進，再次參考圖4，接收機29可以包括頻率鎖定環路(FLL)31，後者包括連接到解調級8的輸出端子8b的輸入端子31a和連接到本地振蕩器5的輸入端子5a的輸出端子31b，前者用以接收信號S7，後者用以提供信號S10。
FLL濾波器的這種配置的一個優點是可以減小信號S6的偏差。
另外，作為改進，再次參考圖8，AFC級36還可包含第二分頻器44。應當注意，在圖8中，與圖6中相同的對象已用相同的參考符號表示。
如圖8所示，分頻器44包括連接到AFC級36的輸入端子36b的輸入端子44a和連接到比較器40的輸入端子40b的輸出端子44b。分頻器44被安排成能夠經由端子44a接收具有導頻fp的信號S8，並且隨之經由端子44b提供頻率等於fp／M的信號S13，其中M是整數。
參考圖4和8，本質上，當環路32鎖定時，中頻fIF於是具有基本上等於N／M·fp的平均值。
分頻器44的這種配置的一個優點是提高了鎖定環路32的分辯率。作為例子，如果M=19，則可以按步長1kHz調整中頻fIF。
權利要求
1．一種能夠接收來自發射機的高頻信號的FM接收機(29)，所述接收機包括-天線(2)，用以接收所述高頻信號並提供表示所述接收的信號的第一電信號(S1)，-高頻級(3)，用以提供相對於所述第一信號被放大並具有包含在以所述發射機的載頻(fC)為中心的頻帶內的頻率的第二電信號(S2)，-振蕩器(5)，用以響應控制信號(S9)而提供第三電信號(S3)，-混頻器單元(30)，用以以具有中頻(fIF)頻率的第四電信號(S6)的形式提供所述第二和第三信號的乘積，和-FM解調級(8)，用以解調所述第四信號並以第五電信號(S7)的形式提供所述結果，所述接收機的特徵在於它還包括鎖定環路，後者被安排來根據存在於所述第五信號(S7)中的導頻(fp)而控制所述中頻(fIF)，所述鎖定環路包括自動頻率控制級(36)，用以響應所述第五信號(S7)而向所述振蕩器提供所述控制信號，以便保持所述第四信號(S6)的所述中頻(fIF)恆定。
2．按照權利要求1的接收機(29)，其特徵在於所述鎖定環路(32)還包括-鎖相環濾波器(34)，用以響應所述第五信號(S7)而提供具有所述導頻(fp)的第六電信號(S8)，所述自動頻率控制級(36)響應所述具有所述中頻(fIF)的所述第四信號(S6)和具有導頻(fp)的所述第六信號(S8)而提供所述控制信號，使得所述中頻(fIF)的平均值被根據所述導頻(fp)控制在預定值。
3．按照權利要求2的接收機(29)，其特徵在於這樣構成所述鎖相環濾波器(34)，以便具有所確定的頻帶並且能夠提供具有所述導頻(fp)和高信噪比的所述第六信號(S8)。
4．按照權利要求2的接收機(29)，其特徵在於所述自動頻率控制級(36)包括-第一分頻器(38)，用以響應具有所述中頻(fIF)的所述第四信號(S6)而提供具有第一頻率(fIF／N)的第七電信號(S11)，所述第一頻率(fIF／N)等於所述中頻除以第一整數(N)，-相位和頻率比較器(40)，用以響應具有所述第一頻率(fIF／N)的所述第七信號(S11)和具有所述導頻(fp)的所述第六信號(S8)而提供表示所述第一頻率(fIF／N)和所述導頻(fp)之間的頻率差的第八電信號(S12)，和-環路濾波器(42)，用以響應所述第八信號(S12)而提供表示所述第一頻率(fIF／N)和所述導頻(fp)之間的頻率差的所述控制信號(S9)，使得所述中頻(fIF)的平均值被控制在等於所述導頻(fp)和所述第一整數(N)的乘積的預定值(N·fp)。
5．按照權利要求2的接收機(29)，其特徵在於所述自動頻率控制級(36)包括-第一分頻器(38)，用以響應具有所述中頻(fIF)的所述第四信號(S6)而提供具有第一頻率(fIF／N)的第七電信號(S11)，所述第一頻率(fIF／N)等於所述中頻除以第一整數(N)，-第二分頻器(44)，用以響應具有所述導頻(fp)的所述第六信號(S8)而提供具有第二頻率(fp／M)的第九電信號(S13)，所述第二頻率(fp／M)等於所述導頻(fp)除以第二整數(M)，-相位和頻率比較器(40)，用以響應具有所述第一頻率(fIF／N)的所述第七信號(S11)和具有所述第二頻率(fp／M)的所述第九信號(S13)而提供表示所述第一頻率和所述第二頻率之間的頻率差的第八電信號(S12)，和-環路濾波器(42)，用以響應所述第八信號(S12)而提供表示所述第一頻率(fIF／N)和所述第二頻率(fp／M)之間的頻率差的所述控制信號(S9)，使得所述中頻(fIF)的平均值被控制在等於所述導頻(fp)與除以所述第二整數(M)的所述第一整數(N)乘積的第二預定值(N／M·fp)。
6．按照權利要求1的接收機(29)，其特徵在於所述鎖定環路(32)還包括頻率鎖定環濾波器(31)，所述頻率鎖定環濾波器(31)被安排來接收所述第五信號(S7)並隨之向所述振蕩器(5)提供第十電信號(S10)，以便減小所述第四信號(S6)的偏差。
7．按照權利要求1的接收機(29)，其特徵在於所述混頻單元(30)包含串聯的混頻器(4)、中頻濾波器(6)和放大器／限幅器(7)。
8．按照權利要求1的接收機(29)，其特徵在於所述導頻(fp)等於19kHz。
全文摘要
一種FM接收機包括:能夠接收來自發射機的高頻信號的天線(2);高頻級(3);振蕩器(5);能夠提供具有中頻(f
文檔編號H03D3/00GK1292606SQ0013164
公開日2001年4月25日 申請日期2000年10月8日 優先權日1999年10月6日
發明者J·F·M·格裡茨 申請人:康塞爾斯及製造Vlg有限公司