CN113098540A - 具有改进的镜像抑制的超外差装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有改进的镜像抑制的超外差装置，该装置包括：镜像抑制滤波器；振荡器，其生成振荡信号；混频器，其被联接至镜像抑制滤波器和振荡器，以基于振荡信号将接收到的输入信号变换成第一中频信号；分频器，其生成彼此正交的多个振荡信号；以及转换滤波器，其包括多个无源混频器和多个频率相关阻抗，多个无源混频器基于多个正交振荡信号将第一中频信号变换成彼此正交的多个第二中频信号，多个频率相关阻抗各自作为负载被联接至多个无源混频器中的相应一个无源混频器的输出端，其中：镜像抑制滤波器和转换滤波器组合以提供用于选择RF信号中的所需信号的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的镜像频带的带阻滤波器。

Description

具有改进的镜像抑制的超外差装置

技术领域

本发明总体上涉及无线通信***，具体地涉及用于由诸如超外差接收机之类的无线电设备接收的信号中的镜像抑制的装置和方法。

背景技术

超外差技术由于其鲁棒性和高性能而成为无线通信收发器中常用的架构。在超外差(也称为外差)接收机中，通过非线性设备将频率为f_RF的传入的射频(RF)信号与本机振荡(LO)信号混合，以产生较低的中频信号(IF)。执行“混合”操作的非线性设备被称为混频器或变频器，并且典型的超外差收发器可能具有多于一个的混频级，因此具有多于一个的中频。由于IF信号的频率低于RF信号的频率，因此可以经济且更高效地对IF信号进行处理，以便提取所需的信息。

超外差接收机中的混合过程的一个众所周知的问题是在IF信号中镜像信号的生成。与在“复数”混频器(“complex”mixer)中进行混合相反，当使用“实数”混频器(“real”mixer)对两个信号进行混合时，会在两个输入信号的和差频率及它们的谐波处产生信号分量。这样的推论是，由于“实数”混频器不保留混频器输入端处馈入的输入频率之间的差的极性，因此对称地位于LO频率f_LO上下的频带被转换成相同的IF频率。

f_LO+f_RF处的关注频带或所需频带以及f_LO-f_RF处的镜像频带(或者f_LO-f_RF处的关注频带或所需频带以及f_LO+f_RF处的镜像频带)到IF信号的这种映射会导致严重的问题，因为在将两个RF频带映射到同一IF频带之后，它们不再是彼此可区分的。此外，镜像频带中包含的任何噪声或干扰也将被转换成IF频带。这继而将降低信噪比(SNR)，从而降低可以可靠地从接收到的RF信号提取所有所需信息的可能性。

解决镜像问题的一种方法涉及将镜像抑制滤波器(也称为镜像抑制器(imagereject))放置在混频器前面，以在执行混合操作之前使出现在频率的镜像频带中的信号衰减。不幸的是，该方法受到针对每个期望的操作频率进行定制设计的要求。此外，使用这种片上滤波器常常难以在整个镜像频带上实现足够的衰减。

另一方法是使用外表面声波(SAW)滤波器作为带通滤波器，以在频率转换之前去除镜像频带内的能量。除了在成本和外形因素以及集成难度方面的缺点外，由于需要使低噪声放大器(LNA)输出匹配到滤波器的50欧姆阻抗以及使混频器输入匹配到滤波器的50欧姆阻抗，因此使用外部带通滤波器会带来严重的功率损失。此外，这种外部滤波器仍可能无法在整个镜像频带上实现足够的衰减。

第三种方法涉及在混频器之前使用调谐放大器而不是滤波器。不幸的是，在调谐放大器中很难在宽范围内实现一致的增益和镜像抑制。另外，设置在混频器中分开路径中的放大器之间的组件特性的细微变化阻碍了放大器以足够的精度彼此跟踪以满足许多苛刻的应用的能力。

因此，在本领域中需要一种用于在宽频率范围内抑制射频接收机中的镜像频带的改进且廉价的装置和/或方法。

发明内容

根据本发明，在一方面，提供了一种用于抑制射频(RF)信号中的镜像频带的装置，该装置包括：镜像抑制滤波器；本机振荡器，该本机振荡器被配置成生成本机振荡信号；混频器，该混频器被联接至镜像抑制滤波器和本机振荡器，该混频器被配置成基于本机振荡信号将接收到的输入信号变换成第一中频信号(IF)；分频器，该分频器被配置成生成彼此正交的多个本机振荡信号；以及转换滤波器(translational filter)，该转换滤波器包括多个无源混频器和多个频率相关阻抗，多个无源混频器被配置成基于多个正交本机振荡信号将第一IF信号变换成彼此正交的多个第二中频(IF)信号，多个频率相关阻抗各自作为负载被联接至多个无源混频器中的相应一个无源混频器的输出端，其中：镜像抑制滤波器和转换滤波器组合以提供用于选择RF信号中的所需信号的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的频率的镜像频带的带阻滤波器。

可选地，镜像抑制滤波器的频率响应可以包括频率的抑制频带，该频率的抑制频带包括第一带宽。换句话说，镜像抑制滤波器可以根据第一带宽抑制镜像频带中的频率。在这种可选布置中，带阻滤波器的频率响应包括抑制频带，该抑制频带包括第二带宽，该第二带宽比第一带宽大。换句话说，带阻滤波器根据第二带宽抑制所述镜像频带中的频率，该第二带宽比第一带宽大。

在一些示例性布置中，联接至镜像抑制滤波器的混频器可以是平衡混频器，并且在混频器处接收到的输入信号可以是RF信号。在这种示例性布置中，镜像抑制滤波器可以被包括在平衡混频器内。

作为负载联接至多个无源混频器中相应一个无源混频器的输出端的多个频率相关阻抗中的各个频率相关阻抗可以包括电容器。

在示例性布置中，彼此正交的多个本机振荡信号(即，多个正交本机振荡信号)借助于分频从本机振荡信号得出。

在其它布置中，本机振荡器是被配置成生成第一本机振荡信号的第一振荡器，并且提供了被配置成生成第二本机振荡信号的第二本机振荡器，其中，第二本机振荡器被联接至分频器，并且多个正交本机振荡信号借助于分频从第二本机振荡信号得出。

可选地，该装置还可以包括低噪声放大器，该低噪声放大器在工作时被联接以接收RF信号并且被配置成放大RF信号。

根据本发明，在另一方面，提供了一种超外差接收机，该超外差接收机包括根据以上述任何所述的装置。

还根据本发明，提供了一种用于抑制射频(RF)信号中的频率的镜像频带的方法，该方法包括以下步骤：接收RF信号；由镜像抑制滤波器对RF信号进行滤波；由本机振荡器生成本机振荡信号；由混频器基于本机振荡信号将接收到的信号变换成第一中频(IF)信号；由分频器生成彼此正交的多个本机振荡信号；以及由转换滤波器基于多个正交本机振荡信号将第一IF信号变换成彼此正交的多个第二中频(IF)信号，其中：对RF信号进行滤波的步骤以及将第一IF信号变换成多个正交第二IF信号的步骤提供了用于选择RF信号中的所需信号的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的频率的镜像频带的带阻滤波器。

根据本发明，在另一方面，提供了一种用于抑制RF信号中的频率的镜像频带的方法，该方法包括以下步骤：接收RF信号；通过镜像抑制滤波器对RF信号进行滤波；通过本机振荡器生成本机振荡信号；通过混频器基于本机振荡信号将接收到的信号变换成第一中频(IF)信号；通过分频器生成彼此正交的多个本机振荡信号；以及通过转换滤波器基于多个正交本机振荡信号将第一IF信号变换成彼此正交的多个第二IF信号，其中：镜像抑制滤波器和转换滤波器协同地组合以提供用于选择RF信号中的所需信号的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的频率的镜像频带的带阻滤波器。

可选地，通过镜像抑制滤波器对RF信号进行滤波的步骤还可以包括根据第一带宽抑制频率的镜像频带。在这种情况下，带阻滤波器通过镜像抑制滤波器和转换滤波器根据第二带宽抑制频率的镜像频带，该第二带宽比第一带宽大。

根据一些实施方式，接收到的信号可以是RF信号。在其它实施方式中，接收到的信号可以从镜像抑制滤波器的输出得出，并且RF信号可以作为输入被馈送至镜像抑制滤波器。

该方法还可以包括在执行对RF信号进行滤波的步骤之前，通过低噪声放大器放大接收到的RF信号的步骤。

附图说明

图1是例示了根据本发明的一些实施方式的被实现成超外差无线电接收机的一部分的装置的示例性实施方式的示意图。

图2是例示了与本发明的其它实施方式一致的、被实现成超外差无线电接收机的一部分的装置的另一实施方式的示意图。

图3是例示了与本发明的一些实施方式一致的、被实现成超外差无线电接收机的一部分的示例装置的一部分的电路图。

图4是例示了与本发明的一些实施方式一致的转换滤波器的实现方式的示意图。

图5的a)至图5的d)例示了与本发明一致的频率相关阻抗的几个不同实施方式。

图6是示出了与本发明的一些实施方式一致的、在存在和不存在转换滤波器的情况下被实现成超外差无线电接收机的一部分的装置的选择性的图示。

图7是例示了与本发明的一些实施方式一致的、在存在和不存在转换滤波器的情况下响应于在镜像频带和所需频带周围的输入频率而在第一混频器的输出处观察到的镜像抑制滤波器的效果的仿真结果的图形表示。

图8是例示了与所公开的发明一致的、用于接收和处理RF信号的示例过程的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考示例性实施方式，其示例在附图中例示。以下描述参考附图，其中除非另外指示，否则不同附图中的类似附图标记表示相同或相似的要素。在以下公开内容中阐述的实现方式与如所附权利要求中所述的与本发明有关的方面一致。

图1例示了在超外差无线电接收机100内实现并联接至天线110的装置102的实施方式。装置102可选地包括低噪声放大器(LNA)120、镜像抑制滤波器130、混频器140、本机振荡器150、分频器160和转换滤波器170。

天线110可以包括电联接至装置102的一个或更多个导体。天线110被配置成接收传入的无线电波的振荡电磁场，该传入的无线电波承载RF频率(f_RF)的射频(RF)信号。

低噪声放大器(LNA)120(如果存在)被联接以从天线110接收RF信号并放大RF信号。LNA 120用于通过在使额外噪声的增加最小化的同时放大RF信号来增加接收机100的灵敏度。

镜像抑制滤波器130被联接以接收放大后的RF信号。在本实施方式中，镜像抑制滤波器130是装置102的另一组件外部的分立电路元件(即，片外)。然而，但不限于，镜像抑制滤波器130可以另选地被实现成片上。例如，可以将镜像抑制滤波器130设置成混频器140的集成元件。另选地，如果存在低噪声放大器(LNA)120，则可以将镜像抑制滤波器130设置成低噪声放大器(LNA)120的集成元件。镜像抑制滤波器130可以被实现成陷波滤波器。例如，陷波滤波器可以是RF可调谐陷波滤波器，其通过在镜像频带中呈现频率选择性短路来抑制镜像频带中放大后的RF信号的频率，从而允许通带中的信号(即，非抑制频带)在混频器140处被混合。因此，镜像抑制滤波器产生滤波后的RF信号。

在本实施方式中，混频器140是被联接以在混频器输入端中的一个输入端处接收滤波后的RF信号的“实数”混频器。与复数混频器相比，实数混频器不区分位于本机振荡(LO)频率之上和之下的相等频率处的信号(本文称为混频)。混频器140将滤波后的RF信号的频率转换到另一频率。更具体地，混频器140将滤波后的RF信号与由本机振荡器150产生的LO频率(f_LO1)的信号(LO₁)混合。混频器140产生具有中频(f_IF1)的中频信号。该架构在本文中被称为“滑动IF(sliding IF)”接收机。这种配置将中频信号IF₁的中频(f_IF1)与RF频率(f_RF)联系在一起，以使得中频f_IF1随RF频率(f_RF)的任何变化而“滑动”。

分频器160被联接以接收由本机振荡器150产生的LO频率(f_LO1)的本机振荡信号(LO₁)作为输入，并且被配置成产生各自为第二LO频率(f_LO2)的彼此正交的多个本机振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)。在本实施方式中，多个正交本机信号由同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)组成，它们各自以相同的第二LO频率(f_LO2)出现。“同相位”和“正交相位”是指具有相同的频率和幅度但相位相差为90度的两个正弦信号，即，信号是正交的。

转换滤波器170在本领域中也称为“频率转换滤波器”或“转移阻抗滤波器”，其包括正交混频器171。正交混频器在本领域中也被称为“复数”混频器，因为提供给混频器的两个LO信号(LO_2-I、LO_2-Q)彼此正交。在本实施方式中，正交混频器171包括无源混频器171a和171b，无源混频器171a和171b各自分别联接至频率相关阻抗172a和172b的第一端子。频率相关阻抗172a和172b的第二端子联接至参考电位或电压，诸如接地。无源混频器171a和171b各自被联接以接收由混频器140产生的中频信号(IF₁)和多个第二LO信号(LO_2-I、LO_2-Q)中的不同一个作为输入。在本实施方式中，第二LO信号由同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)组成。无源混频器171a被联接以接收同相位第二信号(LO_2-I)，并且无源混频器171b被联接以接收正交相位第二信号(LO_2-Q)。因此，正交混频器171将中频信号(IF₁)与同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)混合，以分别产生较低频率(f_IF2)的同相位第二中频信号IF_2-I和正交相位第二中频信号IF_2-Q。

尽管图1例示了天线110与装置102有区别，但是现在应当理解，天线110也可以被实现成装置102的一部分。

图2例示了在具有天线210和可选地低噪声放大器(LNA)220的超外差无线电接收机200内实现的装置202的第二实施方式。装置202包括镜像抑制滤波器230、混频器240、第一本机振荡器250、第二本机振荡器280、分频器260和转换滤波器270。

除了产生第三LO信号(LO₃)(该第三LO信号(LO₃)馈入分频器260以生成彼此正交的多个本机振荡信号)的第二本机振荡器280之外，装置202与图1所示的接收机装置102相同。分频器260被联接以接收由第二本机振荡器280生成的第一频率(f_LO3)的第三LO振荡信号(LO₃)作为输入，并且被配置成产生各自为第二频率(f_LO2)的多个正交本机振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)。在本实施方式中，多个第二信号包括同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)，它们各自具有相同的幅度并且以第二频率(f_LO2)出现。在本实施方式的一个方面，同相位LO信号和正交相位LO信号彼此相移90度。

接下来参考图1描述超外差接收机的下变频操作。

RF信号的下变频路径开始于由天线110接收到RF信号。接收到的RF信号可以包含多种频率分量，包括所需RF频带之外的频率。所需频带包含被认为是有用的信息，并以RF信号的载波频率为中心。其它频带可能包含噪声和干扰信号，这些噪声和干扰信号会干扰信息从所需频带的提取。可选地，低噪声放大器(LNA)120对接收到的RF信号进行放大，优选地在接收到的RF信号中引入尽可能少的附加噪声。在被LNA 120放大之后，放大后的RF信号被镜像抑制滤波器130进行滤波。镜像抑制滤波器130的操作在下面进一步详细描述。

然后将滤波后的RF信号馈送到混频器140，在混频器140处，将滤波后的RF信号与由本机振荡器150产生的振荡信号(LO₁)进行混合。混频器140被配置成产生和拍频信号以及差拍频信号(sum and difference beat frequency signal)二者。混频器140例如通过将本机振荡信号(LO₁)与滤波后的RF信号混合来产生具有中频(f_IF1)的第一中频信号(IF₁)。混合过程的多个方面是本领域技术人员众所周知的。

具有中频(f_IF1)的第一中频信号(IF₁)可以由转换滤波器170的正交混频器171进一步进行下变频以产生第二中频(f_IF2)的彼此正交的多个第二中频信号(IF_2-I和IF_2-Q)。第一中频信号IF₁在无源混频器171a和171b的相应输入端处被馈送到各个无源混频器171a和171b中。包括同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)的多个第二振荡信号(LO₂)被馈送到相应无源混频器171a和171b。无源混频器171a和171b被配置成分别将第一中间信号(IF₁)与LO信号LO_2-I和LO_2-Q混合，以分别产生彼此正交的多个第二中频信号IF_2-I和IF_2-Q。第二振荡信号(LO₂)中的各个第二振荡信号处于第二LO频率(f_LO2)，并且第二中频信号(IF_2-I和IF_2-Q)处于第二中频(f_IF2)。f_IF1与f_IF2之间的关系由下式给出：

在由转换滤波器170输出之后，第二中频信号IF_2-I和IF_2-Q可以被求和以进行附加的解调和检测，以提取包含在内的有用信息，或者可以经受本文未例示的进一步的混合处理。

在图1所示的“滑动IF”超外差接收机中，在一个示例性实现方式中，分频器160被配置成“2分”分频器，并且第二频率(f_LO2)的多个正交振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)经由“2分”分频器160直接从第一LO频率(f_LO1)的本机振荡信号(LO₁)得出。分频器160生成同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)，其实现下变频到基带的第二频率或最终频率。将第一LO频率(f_LO1)提供为第二LO频率(f_LO2)的值的两倍将导致用于第一下变频的以下频率关系。

和

另选地，分频器160可以经由“四分”分频器160将第一LO频率(f_LO1)除以四，从而得到以下频率关系。

和

如前所述，由于通常难以设计用于高频的电路，因此可能期望设计利用相对较低的IF频率的操作。另一方面，通过选择相对较低的IF频率，减小了镜像频带与所需频带之间的频率间隔，使得随着分频器160的分频因子增大，对由镜像抑制滤波器130或230提供的镜像频带中的信号的抑制变得不那么有效。期望在以分频器160的相对较高分频因子工作以获得较低的IF频率的同时，将镜像频带的抑制保持在可接受的水平。

本领域技术人员现在将理解，“滑动IF”接收机的操作原理将类似于图2所示的超外差接收机200的更一般的示例。

图3例示了RF集成CMOS电路300，其是分别在图1和图2中例示的装置102或202的实现。为了清楚起见，图3省略了其它组件，诸如天线、本机振荡器、分频器和低噪声放大器(LNA)。然而，本领域技术人员现在将理解，图3仅例示了装置102或202的一种可能的实现，并且具有本文所公开的转换滤波器的装置102或202可以以其它配置并以不同的电路来实现。

RF集成CMOS电路300被配置成连接至电源电压Vdd 302，并且包括一对负载阻抗304a和304b、转换滤波器306、尾晶体管308、镜像抑制滤波器310和一对晶体管312a和312b(也称为差分对)。电源电压Vdd 302、负载阻抗304a和304b、差分晶体管对312a和312b以及用于接收输入信号的尾晶体管308一起形成实数、有源的单平衡混频器，其是第一混频器140或240的非限制性实施方式。在图3中，电源电压Vdd 302被联接至负载阻抗304a和304b的第一端子，负载阻抗304a和304b的第二端子分别被联接至晶体管312a和312b的漏极端子。对应于转换滤波器170或270的转换滤波器306被联接在晶体管312a和312b的漏极端子之间。图3中未例示的本机振荡器分别在晶体管312a和312b的栅极处提供正第一信号(LO_1p)和负第一信号(LO_1n)。本领域技术人员将理解该实现方式需要差分本机振荡信号，并且将知道如何生成差分本机振荡信号。晶体管312a和312b在其相应漏极端子处输出正中频信号(IF_1n)和负中频信号(IF_1p)，即差分输出。晶体管312a和312b的源极端子彼此联接，进而联接至尾晶体管308的漏极端子。镜像抑制滤波器310在连接尾晶体管308的漏极端子与晶体管312a和312b的源极端子的节点处联接至RF集成CMOS电路300。尾晶体管308的源极端子可以联接至参考电位或电压，诸如接地314。如果作为超外差接收机的一部分提供，则未在图3中示出的天线结构和/或低噪声放大器(LNA)可以接收和放大RF信号，并将放大后的信号耦合至尾晶体管308的栅极作为接收到的输入信号。在这种情况下，尾晶体管308的栅极接收RF信号作为接收到的输入信号。

图4例示了转换滤波器400的示例性差分实现。为简单起见，仅示出了转换滤波器的一半(例如，同相位路径)。另一侧(例如，正交相位路径)可以以相同的方式实现。转换滤波器400包括被配置成差分无源混频器的晶体管对402和404，该差分无源混频器可以对应于无源混频器171a和171b或者271a和271b中的一者。转换滤波器400还包括阻抗406a和406b，阻抗406a和406b的一个端子联接至晶体管对402和404的输出端。阻抗406a和406b中的各个阻抗的另一端子联接至参考电位或电压，诸如接地。与图3中公开的“有源”混频器相比，转换滤波器400中的无源混频器不需要Vdd来为混合过程提供电力。晶体管对402包括晶体管402a和402b，并且晶体管对404包括晶体管404a和404b。在该非限制性示例中，晶体管被设置成MOSFET晶体管。在一些实施方式中，晶体管402a和402b的共用端子可以联接至图3中的晶体管312a的漏极端子，并且晶体管404a和404b的共用端子可以联接至图3中的晶体管312b的漏极端子。

晶体管402a和402b被联接以在其漏极端子处接收正中频信号(IF_1p)作为输入。晶体管404a和404b被联接以在其漏极端子处接收负中频信号(IF_1n)作为输入。晶体管402a和404b被联接以在其相应栅极处接收正第二信号(LO_2p-(I/Q))，而晶体管402b和404a被联接以在其相应栅极处接收负第二信号(LO_2n-(I/Q))。在图4中省略了正第二信号LO_2p-(I/Q)和负第二信号LO_2n-(I/Q)的源，但是本领域技术人员现在将理解，正第二信号LO_2p-(I/Q)和负第二信号LO_2n-(I/Q)可以例如由本机振荡器180或分频器160或260产生。此外，正第二信号LO_2p和负第二信号LO_2n可以是同相位信号或正交信号。晶体管402a和404a被联接以在其源极端子处产生正第二中频信号(IF_2p-(I/Q))，并且晶体管402b和404b被联接以在其相应源极端子处产生负第二中频信号(IF_2n-(I/Q))。由于图4所示的晶体管本质上是作为开关工作的，因此本领域技术人员将理解，在不影响电路工作的情况下，晶体管402a和402b以及晶体管404a和404b的漏极端子和源极端子可以互换。

本领域技术人员现在将理解，尽管在图4中仅例示了一个无源混频器，但是正交混频器171或271包括两个这样的无源混频器。例如，无源混频器217a和271b的元件以及元件的布置基本相似。而且，本领域技术人员现在将理解，正第二中频信号(IF_2p-(I/Q))和负第二中频信号(IF_2n-(I/Q))是同相位信号或正交相位信号，这取决于转换滤波器400被联接以接收同相位第二信号(LO_2p/n-I)还是正交相位第二信号(LO_2p/n-Q)。此外，本领域技术人员现在还将理解，无源混频器400可以被配置成使得开关对402和404在其相应源极端子处接收正中频信号(IF_1p)和负中频信号(IF_1n)，并在其相应漏极端子处产生正第二中频信号(IF_2p-(I/Q))和负第二中频信号(IF_2n-(I/Q))。

图5的a)至图5的d)例示了与本发明一致的频率相关阻抗的几个不同实施方式。如本文所述，频率相关阻抗作为负载联接至包括在转换滤波器170、270中的各个无源混频器171a、171b、271a、271b的输出端。本领域技术人员将理解术语“作为负载”是指频率相关阻抗被联接在相应无源混频器的输出端子与接地连接之间。

在一个实施方式中，多个频率相关阻抗172a、172b、272a、272b中的各个频率相关阻抗可以是如图5的a)所示的电容器502。在另一实施方式中，多个频率相关阻抗172a、172b、272a、272b中的各个频率相关阻抗可以是如图5的b)所示的与电阻器506串联连接的电容器504。另选地，多个频率相关阻抗172a、172b、272a、272b中的各个频率相关阻抗可以被配置成如图5的c)所示的与分流电阻器510并联的电容器508。根据另一实施方式，多个频率相关阻抗172a、172b、272a、272b中的各个频率相关阻抗可以是如图5的d)所示的与电容器514串联连接的电感器512。如本领域技术人员清楚地理解的，频率相关阻抗的其它实施方式也是可能的，因此图5所示的布置仅是例示性的。无源元件的呈现出随频率变化的阻抗的其它配置是可能的。

现在将描述装置102或202的镜像抑制特性的方面。

实数混频器的一个方面是，在下变频过程期间，混频器可以将RF信号的频率分量从所需RF频带之外的频带下变频到中频信号。具体地，当存在镜像频带中的信号时，实数混频器可能易于变换此类信号，其中，镜像频率(f_IM)由关系式(3)和(4)给出：

代替来自等式(2a)的项，对于图1所示的“滑动IF”接收机的工作，镜像频率(f_IM)的表达式被给出为：

f_IM＝f_RF/3 (4)

如上所述，所需频带包括所需信号，该所需信号包含调制到要接收和处理的RF信号上的有用信息。然而，所需频带中的信号可能具有低幅度。镜像频带通常包含噪声，并且还可能包括幅度比所需频带中的所需信号显著高的阻断或干扰信号。存在于镜像频率(f_IM)周围的任何信号(即，噪声和干扰信号)都可以由混频器140混合，并且与所需频带中的所需信号一起下变频到IF₁。然而，在混频器140处转换之前，可以抑制镜像频带以及因此抑制出现在镜像频带中的信号。镜像抑制的水平由镜像抑制滤波器130的选择确定，所需频带中的所需信号通过镜像抑制滤波器130仅经历最小衰减。滤波后的RF信号被馈送至混频器140，混频器140又将镜像频带和所需频带中的任何剩余信号均等地下变频，以产生中频信号(IF₁)。

优选地，被实现成陷波滤波器的镜像抑制滤波器130抑制所有镜像频带。然而，由于设计考虑和IC集成的简易性，可能无法设计出在镜像频带中具有足够抑制能力的镜像抑制滤波器。所有陷波滤波器均具有有限的镜像响应，这意味着可能无法对镜像频带边缘附近或内部的频率处存在的噪声和干扰信号进行充分滤波，从而使得这些信号可能会由于它们的存在而部分地破坏中频信号(IF₁)，特别是当它们以高信号强度出现时。因此，与本发明一致的上述公开的实施方式提供了改进以进一步增加镜像抑制响应。图6例示了具有窄镜像抑制带宽的镜像抑制滤波器的限制。

图6是在存在和不存在转换滤波器(诸如，转换滤波器170或270)的情况下，被实现成陷波滤波器的镜像抑制滤波器(诸如，镜像抑制滤波器130或230)的频率响应的图示。图6例示了在镜像抑制滤波器130或230的输入端处与第一频率(f_LO1)等间隔的镜像频带601和所需频带602。水平轴的频率以第一频率(f_LO1)为中心。竖直轴表示相对信号功率。虚线痕迹605表示常规接收机装置(即，不包括转换滤波器的装置)中的镜像抑制滤波器130或230的频率响应。对于低于第一频率(f_LO1)(在第一频率(f_LO1)左侧)的频率，镜像抑制滤波器130或230具有以镜像频率为中心的有限的窄宽度的阻带。对于高于第一频率(f_LO1)(在第一频率(f_LO1)右侧)的频率，镜像抑制滤波器130或230具有以所需频带为中心的宽通带。然而，阻带的带宽可能太窄以致于不能充分抑制整个镜像频带，使得镜像频带边缘处的噪声和干扰信号可能被第一混频器140或240混合到中频信号(IF₁)频带中或附近。

考虑到镜像抑制滤波器130或230的这些限制，本文描述的实施方式通过分别在装置102或202中实现转换滤波器170或270来改进总体镜像抑制。例如，当转换滤波器170或270联接至装置102或202中的混频器140或240的输出端时，转换滤波器170或270对装置102或202的所需频率响应和镜像频率响应具有期望的效果。实线痕迹604分别表示与本发明的实施方式一致的、镜像抑制滤波器130或230以及转换滤波器170或270的复合频率响应。

在图6中，实线痕迹604例示了转换滤波器170或270的增加使“所需频带”602周围的通带的带宽变窄。而且，如实线604所示，转换滤波器170或270在使所需信号频带602周围的通带的带宽变窄的同时，还提供了镜像频带601周围的阻带的较宽的带宽。因此，可以将镜像抑制滤波器130或230以及转换滤波器170或270的复合频率响应视为来自带通滤波器的响应(以选择所需信号频带602中的所需RF信号603)与来自带阻滤波器的响应(以抑制镜像频带601中的频率)的叠加。以这种方式，镜像抑制滤波器130或230以及转换滤波器170或270协同地组合以提供用于选择RF信号中的所需频带603的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的镜像频带601的带阻滤波器。接近载波频率(f_RF)的所需RF信号603的噪声和干扰信号的影响以及在镜像频带601的中心处的镜像频率(f_IM)附近的宽频率范围内的噪声和干扰信号的影响可以同时被显著地最小化。使所需频带周围的带通响应变窄同时使镜像频带周围的带阻响应变宽也改进了接收机的选择性，从而允许接收机装置102或202更耐受可能在整个RF频谱上发生的干扰。

图7是例示了响应于镜像频带和所需频带周围的输入频率的、第一混频器140或240的输出端处的滤波特性的仿真结果的图形表示。虚线曲线702和712分别例示了仅由镜像抑制滤波器130或230产生的对所需频带和镜像频带中的频率的响应。实曲线704和714例出了根据本发明的示例性实施方式的对所需频带和镜像频带中的频率的响应。

图7中绘制的仿真是在图1中所示的“滑动IF”接收机的晶体管水平上执行的。使用仿真工具Cadence Specter RF^TM进行仿真。用于仿真的参数假设典型的陷波滤波器被设计成在2GHz处具有“陷波”，因此抑制2GHz周围的频率，输入RF信号为6GHz，中频(f_IF1)以2GHz为中心，第一频率(f_LO1)为4GHz，并且对应的镜像频率(f_IM)为2GHz。水平轴指的是绝对频率范围，该绝对频率范围对应于频率的RF范围(用于所需频带中的曲线702和704的4GHz至7GHz(在f_LO1以上)，在图的顶部标记；用于镜像频带中的曲线712和714的4GHz至1GHz(在f_LO1以下)，在图的底部标记)，并且竖直轴是第一混频器输出端处的信号电平，以相对于1伏的分贝(dBV)表示。本领域技术人员现在将理解，在仿真中给出的参数仅仅是示例性的，以例示所公开的实施方式的效果，而不是与本发明一致的实施方式的唯一实现。

曲线702表示所需频带中的RF中心频率(f_RF)周围的频率响应。如曲线702所示，仅利用镜像抑制滤波器130或230，接收机装置202具有围绕6GHz的中心RF频率(f_RF)的通带的宽带宽。***实，所需频带(参考从4GHz至7GHz的顶部水平轴所示)中的信号电平仅略有变化，这意味着所需频带中信号的选择性很小。曲线712表示在镜像频率(以从4GHz到1GHz的底部水平轴示出)周围的镜像抑制滤波器的频率响应，包括在中心镜像频率(f_IM)周围的阻带的带宽。曲线712证实，如陷波滤波器所预期的，信号电平随着朝着2GHz的中心镜像频率(f_IM)移动而减小，并且随着远离中心镜像频率(f_IM)而增大。

可以基于仿真结果来估计镜像抑制比。镜像抑制比是镜像频带信号的存在电平与所需频带信号的存在电平之比。可以通过确定在6GHz(所需频带的中心)处的曲线702的信号电平值与在2GHz处的曲线712的信号电平值之间的差来获得镜像抑制比。例如，曲线702示出了在6GHz的RF频带(f_RF)中的信号在频率被转换到中频(f_IF1)时生成-35dBV的信号电平。同时，曲线712示出了来自2GHz的镜像频带的信号在被转换到中频(f_IF1)时生成-61dBV的信号电平。在图7中，在2GHz的中心镜像频率(f_IM)周围的频率处，镜像抑制比接近25dB。此外，曲线712示出了仅具有镜像抑制滤波器130或230的接收机装置102或202在以中心镜像频率(f_IM)为中心的约500MHz的带宽上提供20dB电平的镜像抑制比。

曲线704表示根据本发明的实施方式的在中心RF频率(f_RF)处的所需频带周围的信号的频率响应。如上所述，***实，利用转换滤波器270，接收机200具有中心RF频率(f_RF)周围的通带的较窄带宽。仿真例示了信号(参考从4GHz到7GHz的顶部水平轴所示)的衰减显著地变化。在6GHz处，生成的信号电平为-31dBV，而在5.6GHz处，生成的信号电平为-44dBV。在所需频带上的附加选择性对于减少接近载波阻断或干扰信号的不需要的影响是希望的。曲线714表示在镜像频带(参考从4GHz至1GHz的底部水平轴所示)周围的镜像抑制滤波器和转换滤波器的复合频率响应，包括在中心镜像频率(f_IM)周围的阻带的带宽。尽管曲线714在中心镜像频率(f_IM)处的衰减出现明显的“凸起”，但在2GHz的中心镜像频率(f_IM)处，镜像抑制比接近25dB，这与没有转换滤波器270的情况相似。然而，更重要的是，与曲线712相比，曲线714示出了在远离中心镜像频率(f_IM)的频率中的更大镜像抑制。例如，曲线714在从1GHz至3GHz的2GHz的带宽上具有大于20dB的镜像抑制比。“凸起”表示对于镜像频率(f_IM)处的信号来说更少的衰减，这是不希望的。然而，由于中心RF频率(f_RF)处的信号具有更高的幅度，因此该效果被部分地补偿，因此尽管具有这种效果，但是在频带中心处的镜像抑制比仍然可以与传统的超外差接收机相当。

图8是例示了用于使用接收机装置102或202来抑制RF信号中的镜像频带的过程700的示例性实施方式的流程图。

过程800开始于在步骤802中接收RF信号。装置102或202可以从联接至装置102或202的外部源接收RF信号。在一些另选实施方式中，RF信号可以由天线110或210接收，并在可选步骤804中由低噪声放大器(LNA)120或220放大。在步骤806中，接收到的RF信号被镜像抑制滤波器130或230滤波，然后被耦合至混频器140或240。在步骤808中，本机振荡器150或250产生振荡信号(LO₁)，振荡信号(LO₁)被馈送至混频器140或240。在步骤810中，混频器140或240执行第一级混合操作，通过将本机振荡信号(LO₁)与滤波后的RF信号进行混合的操作来产生中频(f_IF1)的第一中频信号(IF₁)。在步骤812中，分频器160或260产生多个正交本机振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)。在示例性实施方式中，多个正交振荡信号包括同相位LO信号(LO_2-I)和正交相位LO信号(LO_2-Q)，它们各自被耦合至正交混频器171或271。在示例性实施方式中，无源混频器171a或271a被联接以接收LO_2-I，并且无源混频器171b或271b被联接以接收LO_2-Q。分频器160或260可以被联接以接收第一信号(LO₁)作为输入，或者另选地，接收LO₃作为输入，LO₃由第二本机振荡器280产生。在步骤814中，转换滤波器170或270产生第二中频(f_IF2)的多个第二中频信号(IF_2-I、IF_2-Q)。在示例性实施方式中，无源混频器171a或271a产生第二中频信号(IF_2-I)的同相位分量，而无源混频器171b或271b产生第二中频信号(IF_2-Q)的正交相位分量。

如先前参考图6所述，通过镜像抑制滤波器130或230对RF信号进行滤波(806)的步骤以及通过转换滤波器170或270将第一中频信号(IF₁)变换(814)成多个正交第二中频信号(IF_2-I、IF_2-Q)的步骤提供用于选择RF信号中的所需信号(603)的带通滤波器以及用于抑制RF信号中的频率的镜像频带(601)的带阻滤波器。

本领域技术人员将理解，图1、图2和图4仅例示了连接至正交混频器171和271的输出端的阻抗的一种可能的实现方式。例如，可以是172a、172b、272a或272b的阻抗各自可以包括一个或更多个电阻元件，所述一个或更多个电阻元件连接至一个或更多个电容元件或电容器。在另一示例中，一个或更多个电感元件可以连接至一个或更多个电容元件或电容器，使得阻抗各自是LC电路。另选地，可以将一个或更多个电感元件和电阻元件连接至一个或更多个电容器以形成阻抗，使得阻抗各自是RLC电路。

将理解的是，尽管图1和图2将电路例示为单端电路，但是在不脱离本发明的教导的情况下，可以在差分电路中实现实施方式。

本领域技术人员将理解，超外差接收机100和200可以在用于所有无线应用(包括蜂窝(例如，LTE)、连接性(例如，WLAN)和GNSS(例如，GPS))的集成电路(CMOS、SiGe、GaAs)无线电接收机中实现。

此外，尽管本文已经描述了例示性实施方式，但是范围包括具有基于本发明的等同要素、修改、省略、组合(例如，跨各个实施方式的多个方面)、改编和/或变更的任何和所有实施方式。权利要求中的要素应基于权利要求中使用的语言来广义地解释，并且不限于在本说明书中或在本申请进行期间描述的示例，这些示例应被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括重新排序步骤和/或***或删除步骤。

根据详细的说明书，本发明的特征和优点是显而易见的，因此，其意图是所附权利要求覆盖落入本发明的真实精神和范围内的所有***和方法。如本文所用，不定冠词“一”和“一个”表示“一个或更多个”。类似地，除非在给定的上下文中明确，否则使用复数形式不必须表示多个。除非另外明确指出，否则诸如“和”或者“或”的词表示“和/或”。此外，由于通过研究本发明的公开内容将容易发生许多修改和变型，因此不期望将本公开内容限制为所例示和描述的确切构造和操作，因此，可以采用落入本发明的范围内的所有合适的修改形式和等同形式。

通过考虑本文公开的实施方式的说明书和实践，其它实施方式将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被视为示例，所公开的实施方式的真实范围和精神由所附权利要求指示。

所公开的实施方式的描述不是穷举的，并且不限于所公开的精确形式或实施方式。通过考虑说明书和所公开实施方式的实践，实施方式的修改和改编将是显而易见的。例如，所描述的实现方式包括硬件、固件和软件，但是与本发明的公开相一致的***和技术可以被单独实现成硬件。另外，所公开的实施方式不限于本文讨论的示例。

在本说明书中，连词“和/或”可以表示每个列出的项目单独、列出的项目的组合或两者。而且，在本说明书中使用的“和/或”连词可以包括所列项目的所有组合、子组合和排列。例如，短语“A、B和/或C”除了表示子组A和B、A和C以及B和C外，还可以表示A、B和C中的单独每一者，以及A、B和C一起。除非另有说明，否则本示例中使用的“和/或”可能还旨在包括各个组和子组中的项目的所有潜在顺序，诸如B-C-A、B-A-C、C-A-B、C-B-A、和A-C-B，以及子组C-B、B-A和C-A。

此外，尽管本文已经描述了例示性实施方式，但是范围包括具有基于本发明的公开的等同要素、修改、省略、组合(例如，跨各个实施方式的多个方面)、改编或变更的任何和所有实施方式。权利要求中的要素应基于权利要求中使用的语言来广义地解释，并且不限于在本说明书中或在本申请进行期间描述的示例，这些示例应被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括通过重新排序步骤或***或删除步骤。因此，本说明书和实施方式旨在仅被认为是示例性的，真正的范围和精神由所附权利要求及其等同的全部范围表示。

Claims (15)

1.一种用于抑制RF信号中的镜像频带(601)的装置(102、202)，所述装置包括：

镜像抑制滤波器(130、230)；

振荡器(150、250)，所述振荡器(150、250)被配置成生成振荡信号(LO₁)；

混频器(140、240)，所述混频器(140、240)被联接至所述镜像抑制滤波器和所述振荡器，所述混频器被配置成基于所述振荡信号(LO₁)将接收到的输入信号变换成第一中频信号(IF₁)；

分频器(160、260)，所述分频器(160、260)被配置成生成彼此正交的多个振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)；以及

转换滤波器(170、270)，所述转换滤波器(170、270)包括：多个无源混频器(171a、171b、271a、271b)，所述多个无源混频器(171a、171b、271a、271b)被配置成基于多个正交振荡信号(LO_2-I，LO_2-Q)将所述第一中频信号(IF₁)变换成彼此正交的多个第二中频信号(IF_2-I、IF_2-Q)；以及多个频率相关阻抗(172a、172b、272a、272b)，所述多个频率相关阻抗(172a、172b、272a、272b)各自作为负载被联接至所述多个无源混频器中的相应一个无源混频器的输出端，其中：

所述镜像抑制滤波器(130、230)和所述转换滤波器(170、270)组合以提供用于选择RF信号中的所需信号(603)的带通滤波器以及用于抑制所述RF信号中的镜像频带(601)的带阻滤波器。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述镜像抑制滤波器的频率响应包括具有第一带宽的抑制频带。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述带阻滤波器的频率响应包括具有第二带宽的抑制频带，所述第二带宽比所述第一带宽大。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，联接至所述镜像抑制滤波器的所述混频器是平衡混频器(300)，并且所述接收到的输入信号是所述RF信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述镜像抑制滤波器(310)被包括在所述平衡混频器(300)内。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个频率相关阻抗中的各个频率相关阻抗包括电容器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述多个正交振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)是通过分频从所述振荡信号(LO₁)得出的。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述振荡器是被配置成生成第一振荡信号(LO₁)的第一振荡器(250)，并且所述装置还包括被配置成生成第二振荡信号(LO₃)的第二振荡器(280)，其中，所述第二振荡器(280)被联接至所述分频器(260)，并且所述多个正交振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)是通过分频从所述第二振荡信号(LO₃)得出的。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括低噪声放大器(120、220)，所述低噪声放大器(120、220)在工作时被联接以接收所述RF信号并且被配置成放大所述RF信号。

10.一种超外差接收机(100、200)，所述超外差接收机(100、200)包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。

11.一种用于抑制RF信号中的镜像频带(601)的方法(800)，所述方法包括以下步骤：

接收(802)所述RF信号；

由镜像抑制滤波器对所述RF信号进行滤波(806)；

由振荡器生成(808)振荡信号(LO₁)；

由混频器基于所述振荡信号(LO₁)将接收到的信号变换(810)成第一中频信号(IF₁)；

由分频器生成(812)彼此正交的多个振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)；以及

由转换滤波器基于多个正交振荡信号(LO_2-I、LO_2-Q)将所述第一中频信号(IF₁)变换(814)成彼此正交的多个第二中频信号(IF_2-I、IF_2-Q)，其中：

对所述RF信号进行滤波(806)的步骤以及将所述第一中频信号(IF₁)变换(814)成多个正交第二中频信号(IF_2-I、IF_2-Q)的步骤提供了用于选择所述RF信号中的所需信号(603)的带通滤波器以及用于抑制所述RF信号中的所述镜像频带(601)的带阻滤波器。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，由所述镜像抑制滤波器对所述RF信号进行滤波的步骤还包括根据第一带宽来抑制所述镜像频带。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述带阻滤波器根据第二带宽来抑制所述镜像频带，所述第二带宽比所述第一带宽大。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述接收到的信号是所述RF信号。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：在对所述射频信号进行滤波之前，由低噪声放大器放大(804)接收到的RF信号。

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