雙級上變頻調製器的製作方法
2023-06-03 11:59:36 1
專利名稱：雙級上變頻調製器的製作方法
技術領域：
本發明涉及特別用於行動電話發射機電路中的正交雙級上變頻調製器。該雙級上變頻調製器包括含有第一調製單元的第一上變頻級。第一調製單元在一個輸入端接收由第一同相信號、第二反相信號、第三正交信號和第四正交反相信號形成的四相基帶信號。該第一單元受控於由第一同相載波信號、第二反相載波信號、第三正交載波信號和第四正交反相載波信號形成的第一中頻的四相載波信號。調製單元在其一個輸出端發出被上變頻到第一中頻的信號。
這種簡單的上變頻調製器的缺點在於需要產生完全正交的高頻載波信號HF_I和HF_Q。這樣一種信號發生器，不論能多麼精確地保證90°的相移，都很快變得十分複雜。而且，這種發生器的功耗也相當可觀。
在現有技術中廣為人知的另一類簡單上變頻正交調製器示於圖2。這種調製器的工作原理與前述完全相同。與前述調製器的區別在於高頻正交載波信號HF_I和HF_Q的產生。此處，高頻發生器26用來產生頻率為調製輸出信號所需頻率的兩倍、即2HF的載波信號。在發生器26的一個輸出端設置正交二分頻器28，它可使所獲得的載波信號HF_I和HF_Q在控制調製器的差分混頻器20和22所需的調製頻率上完全正交。
這種調製器的缺點在於用來產生頻率為所需頻率兩倍的信號的高頻發生器26的功耗過大。事實上，對於大約1GHz的頻率，例如900MHz(行動電話範圍)，發生器就必須產生頻率為1.8GHz的信號。
本領域的技術人員始終關注的問題之一是製造低功耗的電路，它們既能集成在可攜式通信工具中，又能獲得極好的正交信號調製質量。
因此本發明涉及一種如開篇所定義的雙級上變頻調製器，其特徵在於第一級還包括類似於第一單元的第二調製單元，該單元在一個輸入端接收所述第一、第二、第三和第四基帶信號；受控於在所述第一中頻的所述第一、第二、第三和第四載波信號；以及在一個輸出端輸出與所述第一上變頻信號反相的在所述第一中頻的第二變頻信號，其特徵還在於所述調製器還包含第二上變頻級，在一個輸入端接收所述第一中頻的所述第一和第二上變頻信號，受控於由第五同相載波信號和第六反相載波信號形成的、在第二中頻上的另外兩個載波信號，
在一個輸出端輸出高頻信號，所述高頻對應於所述第一和第二中頻之和。
這樣，按照本發明的調製器就可實現低功耗調製。事實上，用來使輸入的基帶信號轉置為高頻輸出信號的載波信號是低於高輸出調製頻率的中頻信號。因此，頻率越低，用來提供這些載波信號的發生器的功耗就越低。
本領域的技術人員始終關注的另一問題是需要產生儘可能最純淨的調製信號。為此，必須去除在不平衡結構中出現的所有雜散信號或饋通信號。
這就是按照本發明的優選實施例的雙級上變頻調製器具有以下特徵的原因，即其特徵在於第一上變頻級的兩個調製單元分別包含第一和第二差分混頻器以及第三和第四差分混頻器，其特徵還在於第一和第二混頻器在其輸出端分別提供在第一中頻(IF1)的第一和第二調製信號，該第一和第二調製信號在第一單元的輸出端相加，從而得到第一上變頻信號，其特徵還在於第三和第四差分混頻器在其輸出端分別提供調製到第一中頻的第三和第四信號，該第三和第四調製信號在第二單元的輸出端相加，從而得到第二上變頻信號，以及其特徵還在於第二上變頻級包括第五差分混頻器。
最後，在這類正交調製器中，很重要的一點是載波信號是以高精度正交的。事實上，特別是在諸如調製頻率大約為1GHz的行動電話領域，同相信號和正交信號之間的任何相移都會導致出現附加的雜散信號。
在本發明的最佳實施例中，雙級上變頻調製器的特徵在於控制第二上變頻級的第二中頻載波信號直接由第二中頻信號發生器產生；以及控制第一上變頻級的第一中頻載波信號是在信號發生器輸出端設置的正交分頻器中二分頻之後得到的，第二中頻是第一中頻的兩倍。
以下通過僅以舉例方式給出的實施例對本發明加以詳細說明，並結合
本實施例。
圖中圖1表示按照先有技術的正交調製器；圖2表示按照先有技術的另一種正交調製器；圖3是按照本發明的調製器的示意圖；圖4是按照本發明的調製器的詳圖；以及圖5是載波信號發生器的電路圖。
圖3是按照本發明的雙級上變頻調製器的示意圖。調製器分成稱為上變頻級的兩個級。事實上，這兩個級中每一級的作用都是把在一個輸入端接收的信號調製並轉置到較高的頻率。更具體地說，第一級1使調製器的輸入信號被調製到第一中頻IF1。得到的信號然後通過第二級2「上變頻」到更高的頻率或高頻HF。
級1包括兩個所謂的調製單元101和102。這兩個單元的內部結構相似。二者的區別在於它們所接收的輸入和控制信號。
第一調製單元101包括兩個差分混頻器103和104以及加法器107。第二調製單元102包括兩個差分混頻器105和106以及加法器108。最好採用由一對MOS(金屬氧化物半導體)技術電晶體構成的差分混頻器。利用這種混頻器的優點在於消除了混頻器輸出端的雜散信號或饋通信號。如果混頻器接收的兩個輸入信號和兩個控制信號是反相的，則這些饋通信號實際上就被消除了。
單元101在四個輸入端接收四個低頻或基帶輸入信號。這些信號是四相的。混頻器103在第一輸入端接收同相信號bbI、在第二輸入端接收反相信號bbI_b。混頻器104在第三輸入端接收同相正交信號bbQ，在第四輸入端接收同相正交反相信號bbQ_b。
單元101還接收四個控制信號或載波信號，它們也是四相的。這些載波信號可使基帶信號(bbI、bbI_b、bbQ和bbQ_b)調製在載波信號頻率上。混頻器103接收同相載波信號IF1I和反相載波信號IF1I_b。混頻器104接收同相正交載波信號IF1Q和同相正交反相載波信號IF1Q_b。所有載波信號都在中頻IF1上。
在單元101的輸出端，設置加法器107，使混頻器103和104輸出端輸出的兩個調製信號IF1Im和IF1Qm相加。這兩個調製信號IF1Im和IF1Qm都處於中頻IF1，因此，在加法器107輸出端以及在單元101輸出端的上變頻信號IF1C也處於中頻IF1。該信號IF1C的優點是它沒有特別與在差分混頻器中使用的電晶體數量和雜散電容有關的饋通信號。
與單元101完全類似，單元102包括兩個差分混頻器105和106以及加法器108。在四個輸入端接收的信號是同樣的四個四相基帶信號，控制載波信號是同樣的四個在中頻IF1的四相信號。
單元101和102的區別在於輸入端接收的信號與控制信號的組合。實際上，單元102的用途是在其一個輸出端提供與單元101輸出端提供的上變頻信號反相的另一上變頻信號IF1C_b。
為此，只需要使每個混頻器接收的基帶信號或載波信號反相，這是一回事，因為這些混頻器是對稱的。這種反相會引起混頻器輸出端得到的調製信號的改變。混頻器105輸出端的調製信號IF1Im_b與信號IF1Im反相。同樣，混頻器106輸出端的調製信號IF1Qm_b與信號IF1Qm反相。因此，在加法器108輸出端獲得的上變頻信號IF1C-b與上變頻信號IF1C反相。
在上變頻級1的輸出端，就有了兩個在中頻IF1的反相上變頻信號IF1C和IF1C_b。這兩個上變頻信號都提供給上變頻級2。
應當指出，在本實施例中，反相的上變頻信號是由類似的單元101和102得到的，但也可設想利用除鏡像單元102以外的其他裝置來獲得反相的上變頻信號IF1C_b，例如使用一個180°的移相器。
級2包括單個差分混頻器110，它在一個輸入端接收上變頻信號IF1C，在另一輸入端接收中頻IF1的上變頻信號IF1C_b。混頻器110由中頻IF2的兩個反相的載波信號IF2I和IF2I_b控制。在混頻器110輸出端獲得的調製信號HF_M對應於在其輸入端接收的信號，但經過頻率轉置或上變頻。實際上，調製信號HF_M是高頻信號，其頻率HF等於中頻IF1和IF2之和。
把差分混頻器用於頻率轉置或上變頻，不僅消除了因構成混頻器110的電晶體的雜散電容所引起的饋通信號，也消除了在中間雜散頻率IF1和IF2的信號。
圖4詳細表示按照本發明的雙級上變頻調製器。調製器的整體結構已結合圖3作了說明。所以，可以再次看見兩個上變頻級1和2以及級1的兩個調製單元201和202。
所用的差分混頻器均由兩個電晶體構成。電晶體最好選用MOS技術電晶體，因為它們可以為混頻器、從而為整體結構獲得更高的線性度。
圖4的電晶體203A到206A和203B到206B對應於圖3中的混頻器103到106，圖4中的電晶體210A到210B對應於圖3中的混頻器110。
為了能夠在單元201和202的輸出端得到上變頻信號IF1C和IF1C_b，提供給這兩個單元的基帶信號和載波信號按下述組合電晶體203A和203B在各自的漏極分別接收同相基帶信號bbI和反相基帶信號bbI_b，在各自的柵極分別接收同相載波信號IF1I和反相載波信號IF1I-b，它們的源極接213至調製信號IF1Im；電晶體204A和204B在各自的漏極分別接收正交基帶信號bbQ和正交反相基帶信號bbQ_b，在各自的柵極分別接收正交載波信號IF1Q和正交反相載波信號IF1Q_b，它們的源極接214至調製信號IF1Qm；
電晶體205A和205B，與電晶體203A和203B相反，在各自的漏極分別接收反相基帶信號bbI_b和同相基帶信號bbI，在各自的柵極分別接收同相載波信號IF1I和反相載波信號IF1I_b，它們的源極接215至調製信號IF1Im_b；電晶體206A和206B，與電晶體204A和204B相反，在各自的漏極分別接收正交反相基帶信號bbQ_b和正交基帶信號bbQ，在各自的柵極分別接收正交載波信號IF1Q和正交反相載波信號IF1Q_b，它們的源極接216至調製信號IF1Qm_b；加法器207把調製信號IF1Im和IF1Qm相加，得出上變頻信號IF1C，加法器208把調製信號IF1Im_b和IF1Qm_b相加，得出上變頻信號IF1C_b。
這兩個上變頻信號都提供給級2的輸入端。圖3中的混頻器110對應於圖4的電晶體210A和210B。為了在級2的輸出端只保持調製到所需頻率上的信號，電晶體由中頻IF2的同相和反相載波信號控制。
電晶體210A在其漏極接收同相上變頻信號IF1C，在其柵極接收同相載波信號IF2I。電晶體210B在其漏極接收反相上變頻信號IF1C-b，在其柵極接收反相載波信號IF2I_b。電晶體210A和210B的源極接220至高頻調製信號HF_M，該信號的頻率HF等於上變頻信號的中頻IF1和級2的載波信號的中頻IF2之和。
圖5是用來產生中頻IF1和IF2載波信號的裝置的實例。產生中頻IF2信號的發生器301在輸出端提供同相信號IF2I，該信號直接被提供給調製器的級2，設置該裝置使同相信號相移180°，從而獲得同相信號IF2I和反相信號IF2I_b。發生器301發送的信號IF2I也提供給正交分頻器302。該分頻器在一個輸出端提供同相信號IF1I，在另一輸出端提供頻率為中頻IF2二分之一的中頻IF1的正交信號IF1Q。信號IF1I和IF1Q都提供給調製器的級1作為載波信號，在那裡也設置用於產生反相信號的裝置。
在行動電話的實例中，調製頻率為900MHz。因此，最好採用產生600MHz信號的發生器和二分頻器。則中頻IF2是600MHz，而中頻IF1為其二分之一、即300MHz。這樣就得到輸出為900MHz的高頻調製信號HF。
顯然，在此只是通過舉例進行說明，而其它實施例，特別是諸如鏡像調製單元(102，202)等產生反相信號的裝置也包含在本發明的範圍之內。
權利要求
1.雙級上變頻調製器，它包括具有第一調製單元(101，201)的第一上變頻級(1)，在第一、第二、第三和第四輸入端分別接收由第一同相信號(bbI)、第二反相信號(bbI_b)、第三正交信號(bbQ)和第四正交反相信號(bbQ_b)形成的四相基帶信號，受控於由第一同相載波信號(IF1I)、第二反相載波信號(IF1I_b)、第三正交載波信號(IF1Q)和第四正交反相載波信號(IF1Q_b)形成的在第一中頻(IF1)上的四個四相載波信號，在一個輸出端發送在所述第一中頻(IF1)上的第一上變頻信號(IF1C)，其特徵在於所述第一級(1)還包括類似於所述第一單元的第二調製單元(102，202)；在第一、第二、第三和第四輸入端分別接收所述第一、第二、第三和第四基帶信號(bbI，bbI_b，bbQ，bbQ_b)，受控於在所述第一中頻(IF1)上的所述第一、第二、第三和第四載波信號(IF1I，IF1I_b，IF1Q，IF1Q_b)，在一個輸出端發送與所述第一上變頻信號反相的在所述第一中頻(IF1)的第二上變頻信號(IF1C_b)，其特徵還在於所述調製器還包括第二上變頻級(2)，在第一和第二輸入端分別接收在所述第一中頻(IF1)的所述第一和第二上變頻信號(IF1C，IF1C_b)，受控於由第五同相載波信號(IF2I)和第六反相載波信號(IF2I_b)構成的在第二中頻(IF2)上的另外兩個載波信號，以及在一個輸出端發出高頻信號(HF_M)，所述高頻(HF)對應於所述第一和第二中頻之和(IF1+IF2)。
2.如權利要求1所述的雙級上變頻調製器，其特徵在於所述第一上變頻級(1)的所述第一和第二調製單元(101，102)分別包括第一(103)和第二(104)差分混頻器和第三(105)和第四(106)差分混頻器，所述第一(103)和第二(104)混頻器分別在一個輸出端提供在所述第一中頻(IF1)上的第一(IF1Im)和第二(IF1Qm)調製信號，所述第一和第二調製信號在所述第一單元(101)的輸出端相加而得到所述第一上變頻信號(IF1C)，所述第三(105)和第四(106)差分混頻器分別在一個輸出端提供在所述第一中頻(IF1)上的第三(IF1m_b)和第四(IFQm_b)調製信號，所述第三和第四調製信號在所述第二單元(201)的輸出端相加而得到所述第二上變頻信號(IF1C_b)，以及所述第二上變頻級(2)具有第五差分混頻器(110)。
3.如權利要求1或2所述的雙級上變頻調製器，其特徵在於在所述第二中頻(IF2)的所述第五(IF2I)和第六(IF2I_b)載波信號直接由在所述第二中頻(IF2)的信號發生器(301)產生，而且在所述第一中頻(IF1)的所述第一、第二、第三和第四載波信號是在設置於所述信號發生器的一個輸出端的正交分頻器(302)中二分頻之後得到的，所述第二中頻(IF2)是所述第一中頻(IF1)的兩倍。
全文摘要
一種雙級上變頻調製器包括由兩個調製單元(101，102)構成的第一變頻級(1)，這些單元在一個輸入端接收四相基帶信號，受控於第一中頻(IF1)上的四個四相載波信號，在一個輸出端發出在所述第一中頻的反相上變頻信號(IF1C，IF1C_b)。該調製器還包括第二上變頻級(2)，在一個輸入端接收在所述第一中頻的所述上變頻信號，受控於在第二中頻(IF2)的另兩個反相載波信號，在一個輸出端輸出高頻信號(HF_M)，所述高頻(HF)對應於所述第一和第二中頻之和(IF1+IF2)。
文檔編號H03C1/54GK1399488SQ0212643
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月9日 優先權日2001年7月10日
發明者A·卡薩格蘭德 申請人:阿蘇拉布股份有限公司