DE102015109028B4

DE102015109028B4 - Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz

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Publication number: DE102015109028B4
Application number: DE102015109028.7A
Authority: DE
Inventors: Huhammad Kalimuddin Khan; Michael J. Deeney; Niall Kevin Kearney; Kenneth J. Mulvaney; Shane A. O'Mahony
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: CN105306081A; DE102015109028B9; CN105306081B; US20150365118A1; DE102015109028A1; US9391578B2

Abstract

Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz, LIF-Empfänger (10), der einen Empfängerpfad aufweist, der Folgendes aufweist:einen Mischer (18), der dazu ausgelegt ist, ein empfangenes HF-Signal mit einem Lokaloszillatorsignal (16) zu mischen, um ein Zwischenfrequenzsignal, ZF-Signal, mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals bereitzustellen,ein Bandpassfilter (20), das dazu ausgelegt ist, das ZF-Signal zu filtern,einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, PGA, (22) der dazu ausgelegt ist, das gefilterte ZF-Signal zu verstärken,einen Analog-Digital-Umsetzer, ADC, (24) der dazu ausgelegt ist, das verstärkte gefilterte ZF-Signal in ein digitales Signal umzusetzen,einen Umsetzer (26), der dazu ausgelegt ist, das digitale Signal in ein digitales Basisbandsignal umzusetzen, undeinen automatischen Verstärkungscontroller, AGC, (30) der dazu ausgelegt ist, einen Verstärkungsfaktor des PGA (22) als Antwort auf einen Betrag des empfangenen HF-Signals einzustellen,wobei der Empfänger ferner Folgendes aufweist:eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle, die dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal in das verstärkte gefilterte ZF-Signal einzubringen, das durch den ADC (24) umgesetzt wird,einen Signalsensor (44), der betriebstechnisch hinter dem PGA mit dem Empfängerpfad verbunden ist, wobei der Signalsensor dazu ausgelegt ist, eine Polarität der PGA-Signalausgabe für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, undeinen Controller (60), der dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA minimiert.

Description

GEBIET
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfänger) mit einer Gleichspannungsversatzkorrektur.
HINTERGRUND
Viele moderne Hochfrequenz-Empfänger (HF-Empfänger) verwenden eine Direktmisch- oder Null-ZF-Architektur (ZIF-Architektur). Hierbei wird ein an einer Antenne empfangenes HF-Signal durch einen Mischer, der von einem lokalen Oszillator (LO) angesteuert wird, zugeführt und anschließend gefiltert, um ein demoduliertes Basisbandkanal-Ausgangssignal zu erzeugen. Eines der hauptsächlichen Probleme, die in solchen ZIF-Empfängern in Angriff genommen werden, ist das Problem des Gleichspannungsversatzes. Der Gleichspannungsversatz in einem Empfänger hat eine Reihe von Quellen, die umfassen:

- inhärente zufällige Fehlanpassung in der Empfängerschaltung;
- Selbstmischung, die dadurch verursacht wird, dass LO-Energie zurück durch die Mischerstufe entweicht, um zurück in den Antenneneingang gespeist zu werden, und dann wieder in die Mischerstufe gelangt; und
- blockerinduziert, und zwar aufgrund einer Nichtlinearität 2. Ordnung in der Mischerstufe, die zwei unerwünschte Signale mit eng benachbarten Frequenzen verursacht, um einen Differenzterm zu erzeugen, der in die Kanalfilterbandbreite fällt.

Dieser Gleichspannungsversatz kann dann, wenn er unabgeschwächt bleibt, wachsen, um einen bedeutenden Teil oder vielleicht die Gesamtheit des dynamischen Bereichs des Empfängers zu verbrauchen. Versatzkorrektursysteme für ZIF-Empfänger können entweder rein analoge oder hybride Analog/Digital-Rückkopplungs- oder Vorwärtskopplungs-Systeme verwenden, um den Gleichspannungsversatz zu entfernen. Viele solcher Versatzunterdrückungsschemata sind veröffentlicht worden, wie beispielsweise:

„Feedforward Technique for Offset Cancellation in Broadband Differential Amplifiers“ von Duy-Dong Pham, James Brinkhoff, Kai Kang, Chyuen-Wei Ang und Fujiang Lin; und
„A 250 MHz 14 dB-NF 73 dB-Gain 82 dB-DR Analog Baseband Chain With Digital-Assisted DC-Offset Calibration for Ultra-Wideband“ von Horng-Yuan Shih, Mitglied des IEEE, Chien-Nan Kuo, Mitglied des IEEE, Wei-Hsien Chen, Tzu-Yi Yang und Kai-Chenug Juang.

US 8380149 B2 offenbart eine Gleichspannungsversatz-Kompensationseinrichtung, die einen ersten Digital-Analog-Umsetzer (DA-Umsetzer), einen ersten Addierer, einen Verstärker, einen Komparator, eine Mittelungsschaltung und ein Register für sukzessive Approximation umfasst. Der erste DA-Umsetzer ist dazu ausgelegt, erste Korrekturdaten in eine erste Korrekturspannung umzusetzen. Der erste Addierer ist dazu ausgelegt, ein Eingangssignal und die erste Korrekturspannung zu addieren, um ein erstes addiertes Signal auszugeben. Der Verstärker ist dazu ausgelegt, das erste addierte Signal zu verstärken, um ein verstärktes Signal auszugeben. Der Komparator ist dazu ausgelegt, das verstärkte Signal und eine Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnis auszugeben. Die Mittelungsschaltung ist dazu ausgelegt ist, die Vergleichsergebnisse des Komparators zu empfangen, um ein Mehrheitsentscheidungsergebnis durch Durchführen einer Mehrheitsentscheidung an logischen Werten der Vergleichsergebnisse in einer vorbestimmten Zeitspanne zu erhalten. Das Register für sukzessive Approximation ist dazu ausgelegt, der Reihe nach jedes Bit der ersten Korrekturdaten auf der Basis des Mehrheitsentscheidungsergebnisses so festzulegen, dass ein Gleichspannungsversatz in dem verstärkten Signal abnimmt.
US 8478221 B2 offenbart einen Drahtloskommunikationsempfänger, der mehrere Nachschlagetabellen umfasst, die jeweils mehrere Gleichspannungsversatzwerte speichern, die den Verstärkungsfaktoren einer Verstärkungsstufe zugeordnet sind, die in dem Drahtloskommunikationsempfänger angeordnet ist. Die Einträge für jede Nachschlagetabelle werden während einer Stufe der Kalibrierungsphase geschätzt. Während einer solchen Kalibrierungsphase schätzt eine Suchlogik für jeden ausgewählten Verstärkungsfaktor einer Verstärkungsstufe eine aktuelle Gleichspannungsversatzzahl und vergleicht sie mit einer früheren Gleichspannungsversatzschätzung, die zurück in die Suchlogik gespeist wird. Wenn die Differenz zwischen der aktuellen und der früheren Schätzung kleiner als ein vordefinierter Schwellenwert ist, wird die aktuelle Schätzung so behandelt, als sei sie dem Gleichspannungsversatz des ausgewählten Verstärkungsfaktors der Verstärkungsstufe zugeordnet, und wird in der Nachschlagetabelle gespeichert. Dieser Prozess wird für jeden ausgewählten Verstärkungsfaktor jeder Verstärkerstufe von Interesse wiederholt, bis die Nachschlagetabellen gefüllt sind.
Auch Vorrichtungen wie beispielsweise der ADF7242™ Low Power IEEE 802.15.4/Proprietary GFSK/FSK Zero-IF 2,4GHz Transceiver-IC; und der ADF7241™ Low Power IEEE 802.15.4 Zero-ZF 2,4-GHz Transceiver-IC von Analog Devices, Inc. (Norwood, MA) sind mit einer Versatzkorrekturschleife (OCL) ausgestattet, die sowohl statische als auch dynamische zeitvariable Versatzspannungen, die in dem Null-ZF-Empfängerpfad vorhanden sind, unterdrückt.
Für bestimmte Modulationen wie beispielsweise die Ein-Aus-Tastung (OOK) ist die ZIF-Architektur nicht geeignet und in diesen Fällen sind Architekturen mit niedriger ZF (LIF-Architekturen) bevorzugt.
In LIF-Architekturen ist das demodulierte Signal auf eine Frequenz ungleich null zentriert. LIF-Empfänger, die ein analoges komplexes Filter verwenden, weisen eine inhärente Dämpfung des Gleichspannung auf, wobei der Dämpfungspegel von der Mittenfrequenz, der Bandbreite und dem Übergangsverhalten des Filters abhängig ist.
Jedoch kann es in Abhängigkeit von der Umsetzung der LIF-Architektur immer noch die Anforderung geben, den Gleichspannungsversatz zu begrenzen, um den Dynamikbereich zu bewahren.
Beispielsweise ist das Kanalfilter in einem Empfänger mit sehr schmalbandiger Kanalisierung typischerweise im digitalen Bereich implementiert, um sehr große Nahbereich-Störer zu verwerfen. Dies beinhaltet die Verwendung eines ADC (AD-Umsetzers) mit einem Dynamikbereich, der ausreichend ist, um sowohl erwünschte als auch störende Signale linear zu verarbeiten. Unbehandelt kann der Gleichspannungsversatz (der sowohl statisch als auch dynamisch (zeitvariabel) ist) möglicherweise einen beträchtlichen Anteil des ADC-Dynamikbereichs verbrauchen.
Die oben genannten Gleichspannungsversatzkorrekturschemata sind für einen Empfänger mit niedriger ZF ungeeignet, der das Kanalfilter in dem digitalen Bereich implementiert. In diesem Fall kann ein abwärtsumgesetzter Störer irgendwo in das Durchlassband des analogen Anti-Alias-Filters (AAF) fallen, und zwar auch auf eine niedrigere Frequenz als der des Zielkanals (und sogar in einen Gleichspannungsbereich). Daher kann jedes Rückkopplungs- oder Vorwärtskopplungs-Schema, das auf Tiefpassfilterung des Signals beruht, um Gleichspannungs-Informationen zu extrahieren, um eine Fehlerkorrekturschleife zu schließen, jetzt auch in seinem Durchlassband ein Störsignal aufweisen, das viele Größenordnungen größer als das Zielkanalsignal ist. Dies stellt unakzeptabel große Anforderungen an den Dynamikbereich bei der Korrekturschaltung selbst.
Beispiele für Gleichspannungsversatzschemata für LIF-Empfänger umfassen:
„A CMOS DC Offset Cancellation (DOC) Circuit for PGA of Low IF Wireless Receivers“ von Fan Xiangning, Mitglied des IEEE, Sun Yutao und Feng Yangyang offenbart eine auf einer Gleichspannungs-Gegenkopplungstechnik basierte Gleichspannungsversatz-Unterdrückungseinrichtung (DOC), die in einem CMOS-Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (CMOS-PGA) eines Empfängers mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfängers) verwendet werden kann. Jedoch ist dieser Ansatz nur für ein analoges komplexes Filter geeignet.
US 7215266 B2 offenbart eine Unterdrückung von statischem und dynamischem Gleichspannungsversatz durch die Kombination eines digitalen Gleichspannungsversatz-Korrekturschemas mit einem analogen Gleichspannungsversatz-Korrekturschema. Ein rückkopplungsbasiertes digitales Gleichspannungsversatz-Korrekturschema bietet unterschiedliche Anpassungspegel für mehrere diskrete Verstärkungszustände und das analoge Gleichspannungsversatz-Korrekturschema arbeitet abhängig von einer Rahmenstruktur in verschiedenen Unterdrückungsbetriebsarten. Ein digitales Gleichspannungsversatz-Korrekturschema sammelt Gleichspannungsversatz-Steuerinformationen und stellt Anpassungspegel bereit. Darüber hinaus weist ein gegenkopplungsbasiertes schaltbares Hochpassfilter mehrere Betriebsarten auf, wobei eine Betriebsart ein Allpassfilter umfasst.
US 7221918 B1 offenbart einen HF-Empfänger, der einen Hochfrequenz-Abwärtsumsetzer zum Empfang und Abwärtsumsetzen eines HF-Eingangssignals auf ein analoges Signal niedrigerer Frequenz (beispielsweise ein ZF-Signal oder Basisbandsignal) und eine Analogverarbeitungsschaltung zum Empfangen des analogen Signals niedrigerer Frequenz aus dem HF-Abwärtsumsetzer und Ausgeben eines verarbeiteten analogen Signals umfasst. Das verarbeitete analoge Signal enthält ein von dem HF-Abwärtsumsetzer und der Analogverarbeitungsschaltung eingebrachtes Gleichspannungsversatzsignal. Der HF-Empfänger umfasst auch eine ADC-Schaltung zum Umsetzen des verarbeiteten analogen Signals in eine Folge von digitalen Abtastwerten und eine Gleichspannungsversatz-Korrekturschaltung zum Detektieren des Gleichspannungsversatzsignals in einem digitalen Ausgangssignal des HF-Empfängers. Die Gleichspannungsversatz-Korrekturschaltung addiert ein Gleichspannungsversatz-Korrektursignal zu dem analogen Signals niedrigerer Frequenz. Das Addieren des Gleichspannungsversatz-Korrektursignals zu dem analogen Signals niedrigerer Frequenz reduziert das Gleichspannungsversatzsignal in dem verarbeiteten analogen Signal an dem Analogverarbeitungsschaltungsausgang.
US 2002/0160734 A1 offenbart eine Architektur für einen Direkt-Abwärtswandler mit einer Gleichspannungsschleife, um einen Gleichspannungsversatz von den Signalanteilen zu entfernen, einen digitalen Verstärker mit variabler Verstärkung (DVGA), um einen Bereich von Verstärkungen bereitzustellen, eine Schleife für eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC), um eine Verstärkungssteuerung für die DVGA- und die HF/Analog-Schaltung bereitzustellen und eine serielle Busschnittstelle (SBI), um eine Steuerung für die HF/Analog-Schaltung über den seriellen Bus bereitzustellen. Der Betriebsmodus der VGA-Schleife kann basierend auf dem Betriebsmodus der DC-Schleife ausgewählt werden, da diese zwei Schleifen miteinander interagieren. Die Zeitdauer, für die die DC-Schleife in einem Erfassungsmodus betrieben wird, kann invers proportional zu der Bandbreite der DC-Schleife im Erfassungsmodus gewählt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Um die oben genannten Probleme zu lösen, werden ein verbesserter Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfänger) gemäß Anspruch 1, ein verbesserter IQ-Empfänger nach Anspruch 12 mit einem LIF-Empfänger, ein LIF-Empfänger nach Anspruch 20 und ein Sendeempfänger nach Anspruch 21 mit einem LIF-Empfänger aufgezeigt. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein LIF-Empfänger bereitgestellt. Der Empfänger weist einen Empfängerpfad auf, der Folgendes aufweist: einen Mischer zum Mischen eines empfangenen HF-Signals mit einem Lokaloszillatorsignal, um ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals bereitzustellen, ein Bandpassfilter zum Filtern des ZF-Signals, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) zum Verstärken des gefilterten ZF-Signals, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) zum Umsetzen der verstärkten gefilterten ZF-Signals in ein digitales Signal, einen Umsetzer zum Umsetzen des digitalen Signals in ein digitales Basisbandsignal und einen automatischen Verstärkungscontroller (AGC) zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des PGA als Antwort auf einen Betrag des empfangenen HF-Signals. Der Empfänger aufweist weiterhin eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle zum Einbringen eines programmierten Gleichspannungsversatzsignals in das verstärkte gefilterte ZF-Signal, das durch den ADC umgesetzt wird, einen Signalsensor, der betriebstechnisch hinter dem PGA mit dem Empfängerpfad verbunden ist, zum Bestimmen einer Polarität der PGA-Signalausgabe für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal, und einen Controller zum Bestimmen eines programmierten Gleichspannungsversatzsignals, das einen Betrag des Basisband-Signals in der Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA minimiert.
In einem zweiten Aspekt ist ein Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfänger) bereitgestellt. Der Empfänger weist einen Empfängerpfad auf, der Folgendes aufweist: einen Mischer zum Mischen eines empfangenen HF-Signals mit einem Lokaloszillatorsignal, um ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals bereitzustellen, einen Bandpassfilter zum Filtern des ZF-Signals, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) zum Verstärken des ZF-Signals, wobei der PGA einen Differenzsignalausgang bereitstellt, einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) zum Umsetzen der verstärkten gefilterten ZF-Signals in ein digitales Signal, einen Umsetzer zum Umsetzen des digitalen Signals in ein digitales Basisbandsignal und einen automatischen Verstärkungscontroller (AGC) zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des PGA als Antwort auf einen Betrag des empfangenen HF-Signals. Der Empfänger weist weiterhin eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle zum Einbringen eines programmierten Gleichspannungsversatzsignals in das verstärkte gefilterte ZF-Signal auf, das durch den ADC umgesetzt wird, einen Signalsensor, der einen Komparator aufweist, der betriebstechnisch mit dem PGA-Differenzsignalausgang verbunden ist, um eine Polarität des PGA-Ausgangs für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal anzugeben, einen zweiten Signalsensor, der betriebstechnisch mit dem Umsetzerausgang verbunden ist, zum Bestimmen einer Polarität des digitalen Basisbandsignals für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal, und einen Controller, der betreibbar ist, um wahlweise zwischen den Signalsensoren zu schalten, um ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisband-Signals in der Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA minimiert.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine schematische Darstellung eines Empfängers mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfängers) mit Gleichspannungsversatzkorrektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 die Quellen des Versatzes innerhalb der Komponenten von 1 sowie die in die Versatzschätzung einbezogenen Komponenten im Einzelnen zeigt;
3 ein Firmware-Ablaufdiagramm zum Kalibrieren des LIF-Empfängers von 1 zeigt;
4 eine Kalibrierungszeitvorgabe und DAC-Einstellungsregister für den LIF-Empfänger von 1 zeigt; und
5 einen Selektor, der innerhalb des LIF-Empfängers von 1 eingesetzt wird, genauer zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Versatzkalibrierungsschleife für einen Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz bereit, die einen Gleichspannungsversatz kompensiert, der in Komponenten wie etwa einem Anti-Alias-Filter, einem Verstärker mit programmierbarer Verstärkung und/oder einem Analog-Digital-Umsetzer in dem Empfängerpfad entsteht.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz (LIF-Empfänger) 10, der eine Gleichspannungsversatzkorrektur aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Empfänger 10 weist eine Antenne 12 zum Empfangen eines HF-Signals auf, die mit einem rauscharmen Verstärker (LNA) 14 verbunden ist. Das verstärkte Signal wird durch einen Mischer 18 mit einem Lokaloszillatorsignal (LO) 16 kombiniert, um ein Zwischenfrequenz-Signal (ZF-Signal) zu liefern. Ein typisches ZF-Signal würde eine Mittenfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz mit einer typischen Kanalbreite von etwa 12,5 kHz aufweisen.
Der Empfänger 10 kann in einen Sendeempfänger integriert sein, der auch einen Senderabschnitt aufweist, der mit der Antenne 12 verbunden ist, aber zur Erleichterung des Verständnisses ist kein Senderabschnitt in 1 dargestellt.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform passiert das ZF-Signal eine Bandpass-Anti-Alias-Filter-Stufe (Bandpass-AAF-Stufe) 20. In einem LIF-Empfänger, in dem die AAF-Stufe ein Tiefpassfilter ist, lässt das Filter aufgrund von LO-Leckstrom und Selbstmischung in der vorausgehenden HF-Stufe typischerweise (nahezu) jeden zeitveränderlichen Gleichspannungsversatz oder statischen Gleichspannungsversatz im Signal durch. Stattdessen verwirft die dargestellte AAF-Stufe 20 mit einer Bandpassantwort sowohl einen statischen Gleichspannungsversatz aufgrund der Selbstmischung des LO als auch einen dynamischen Versatz, der als Ergebnis der zeitveränderlichen Antennenlastbedingungen entsteht.
Es ist klar, dass typischerweise weitere Filterstufen implementiert sind, damit eine Bandpass-AAF-Stufe etwa die gleiche Qualität des Übergangsverhaltens wie ein Tiefpassfilter der gleichen Ordnung aufweist. In dem in 2 gezeigten Beispiel weist die AAF-Stufe 20 einen Bandpassfilter 1. Ordnung 20-1 gefolgt von einem Tiefpassfilter 3. Ordnung 20-2 auf. In anderen Ausführungsformen könnte die AAF-Stufe 20 zwei Tiefpassfilterstufen 2. Ordnung gefolgt von einer Hochpassfilterstufe 1. Ordnung umfassen. In wieder anderen Ausführungsformen könnte die AAF-Stufe 20 ein Tiefpassfilter 2. Ordnung gefolgt von einer Bandpassstufe 2. Ordnung und gefolgt von einer Tiefpassfilterstufe 1. Ordnung umfassen, und es versteht sich, dass noch weitere Permutationen möglich sind.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 weist die AAF-Stufe 20 in der dargestellten Ausführungsform zwei programmierbare Verstärkungspegel auf und diese werden durch ein automatisches Verstärkungscontrollersystem (AGC-System) 30 gesteuert, wie später erläutert wird.
Das gefilterte ZF-Signal durchläuft einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung (PGA) 22. Der PGA 22 hat in diesem Beispiel einen maximalen Verstärkungsfaktor von 31 mit 11 programmierbaren Verstärkungseinstellungen. Andere Verstärkungsfaktoren und Verstärkungseinstellungen können wahlweise implementiert sein. In der dargestellten Ausführungsform teilen sich die Verstärkungseinstellungen für den PGA 22 in zwei Gruppen, wobei jede Gruppe mit einer Eingangswiderstandseinstellung des PGA verknüpft ist. Die PGA-Ausgabe wird wiederum in einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) 24 gespeist, der ein zeitkontinuierlicher Sigma-Delta-ADC (CT-ΣΔ-ADC) sein kann.
Das digitalisierte Signal wird dann in eine kaskadierte Tiefpass-Integrator-Kamm-Filterstufe 26 (Tiefpass-CIC-Filterstufe) gespeist, in der das Signal gefiltert, heruntergetaktet (dezimiert) und demoduliert wird.
In 1 ist nur ein Empfängerpfad für einen einzelnen (gleichphasigen oder realen) Kanal gezeigt, aber wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die Erfindung gleichermaßen auf sowohl den I- als auch den Q-Kanal eines IQ-Empfängers anwendbar. In diesem Fall würde neben dem Bereitstellen einer phasenverschobenen Version, insbesondere einer Quadraturphasen-Version, des LO-Signals der Mischer 18, die AAF-Stufe 20, der PGA 22, der ADC 24 und die Filterstufe 26 jeweils für sowohl den I- als auch den Q-Kanal implementiert. Der Klarheit halber ist nur das letzte Basisband-Q-Signal für einen IQ-Empfangspfad in 1 gezeigt, wobei das I-Signal, das durch den Empfängerpfad 14-26 geliefert wird, gezeigt ist.
In einer IQ-Empfänger-Implementierung wird das Basisbandsignal für sowohl den I- als auch den Q-Kanal in ein Quadraturfehlerkorrektur-Modul (QEC-Modul) 32 gespeist, das die Fehlanpassungen zwischen dem I- und dem Q-Kanal korrigiert, um fehlerkorrigierte Signale I‘ und Q‘ zu erzeugen. Die komplexe QEC-Modulausgabe I‘ und Q‘ wird in einen komplexen digitalen Kanalfilter 34 gespeist, dessen Ausgangssignale I“, Q“ dann einem Demodulator 36 zur Ausgabe als ein digitales Datensignal und zur anschließenden Datenverarbeitung geliefert werden. Geeignete Demodulationsschemata umfassen die Quadraturamplitudenmodulation (QAM) und die Frequenzumtastungsmodulation (FSK-Modulation). Zusammen können der Filterstufe 26 können das QEC-Modul 32, das komplexe digitale Kanalfilter 34 und der Demodulator 36 als Umsetzer dienen, um ein digitales Signal in ein digitales Basisbandsignal umzusetzen. In anderen Implementierungen kann das Ausgangssignal des ADC 24 durch jeglichen anderen geeigneten Umsetzer umgesetzt werden, der dazu ausgelegt ist, ein digitales Signal in ein digitales Basisbandsignal umzusetzen.
Ein Empfangssignalstärkeindikator-Modul (RSSI-Modul) 28 detektiert den Betrag des Basisbandsignals, und zwar entweder eines realen Signals oder der I- und Q-Kanal-Signale, und der digitalen gefilterten Signale, in diesem Fall I“ und Q“, und gibt ein oder mehrere Steuersignale an das AGC-System 30 weiter. In einem IQ-Empfänger kann der RSSI beispielsweise zwei Schätzer umfassen, und zwar einen mit Blick auf die gefilterte ADC-Ausgabe jeweils aus der I- und Q-Stufe 26 und einen mit Blick auf die Kanalfilterausgaben I“ und Q“. Beide Schätzer sind daher Teil des I/Q-Pfads - einer schätzt das erwünschte Signal, d. h. die Kanalfilterausgaben I“ und Q“, und der andere schätzt sowohl den erwünschten als auch den bandexternen Blocker, nämlich der Schätzer der ADC-gefilterten I/Q-Ausgabe. Diese beiden RSSI-Werte werden durch das AGC-System 30 verwendet, um geeignete Entscheidungen zu treffen.
Für einen Empfänger eines einzelnen realen Kanals würden das QEC-Modul 32 und das Filter 34 typischerweise entfallen und der RSSI-Schätzer 28 könnte einfach an dem Ausgang der Filterstufe 26 angeschlossen sein.
Wenn es dazu ausgelegt ist, frei zu arbeiten, programmiert das AGC-System 30 den Verstärkungsfaktor für das AAF 20 und den PGA 22 als Antwort auf das Steuersignal, das von dem RSSI 28 empfangen wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann der AGC auch auf eine manuelle Betriebsart eingestellt sein, um zu ermöglichen, dass der Verstärkungsfaktor des PGA 22 und/oder des AAF 20 auf einen festen Wert eingestellt wird. In der gezeigten Ausführungsform ist das AGC-System 30 zudem dazu ausgelegt, den LNA 14 einzuschalten oder auszuschalten.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ersichtlich, dass die verschiedenen Komponenten in dem Empfängerpfad 14-24 - oder dann, wenn er dupliziert ist, in den Empfängerpfaden - einen Bereich eines statischen Gleichspannungsversatzes erzeugen.
An dem Ausgang 40 der Bandpassfilterstufe 20-1 gibt es im Wesentlichen keinen Gleichspannungsversatz. In diesem Beispiel kann die Tiefpassfilterstufe 20-2 einen statischen Versatz von etwa 65 mV - 80 mV erzeugen. In diesem Beispiel trägt der PGA 22 einen statischen Grundgleichspannungsversatz in der Größenordnung von 9 mV bei. Wenn aber dieser Filterstufenversatz mit dem maximalen PGA-Verstärkungsfaktor 31 multipliziert wird, könnte der Gleichspannungsversatz an dem PGA-Ausgang 42 in diesem Beispiel ~ 2,3 - 2,8 V in der dargestellten Ausführungsform betragen. Der ADC 24 trägt in diesem Beispiel wiederum bis zu etwa 25 mV zum Gleichspannungsversatz bei.
Es versteht sich, dass ein PGA 22, wie er in 1 und 2 gezeigt ist, eine relativ kurze Einschwingzeit aufweist, während die Filterstufe 26 eine längere Einschwingzeit aufweist.
In der dargestellten Ausführungsform sind zwei statische Gleichspannungsversatz-Kalibrierungsschleifen vorgesehen: eine erste innere Schleife zum Durchführen einer relativ schnellen und groben Kalibrierung als Antwort auf den Gleichspannungsversatz, der innerhalb des AAF 20 und des PGA 22 erzeugt wird; und eine zweite äußere Schleife zum Durchführen einer langsameren, feineren Kalibrierung unter Berücksichtigung des Gleichspannungsversatzes, der innerhalb des AAF 20, des PGA 22 und des ADC 24 erzeugt wird.
Die innere Schleife weist einen Signalsensor wie beispielsweise einen Komparator 44 auf, wobei Differentialeingänge mit dem Differentialausgang des PGA 22 verbunden sind. Der Komparatorausgang ist an einen Eingang eines Schalters 46 angeschlossen, der durch Firmware gesteuert wird, um zu bestimmen, ob die innere oder die äußere Schleife kalibriert wird. Obwohl der Schalter 46 als Multiplexer dargestellt ist, kann eine beliebige äquivalente Schaltung den Schalter 46 implementieren. Die äußere Schleife weist eine direkte Verbindung von dem Polaritätsausgang der Filterstufe 26 zu dem anderen Eingang des Schalters 46 auf. Somit stellen sowohl die innere und als auch die äußere Schleife ein Polaritätssignal bereit, das angibt, ob die DAC-Einstellung zu groß oder zu klein ist, um den Gleichspannungsversatz auszugleichen. Der Rest jeder Schleife kann somit mit dem Ausgang des Schalters 46 geteilt werden, der mit einem Registermodul für sukzessive Approximation (SAR-Modul) 48 verbunden ist. Das SAR-Modul 48 steuert eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle wie beispielsweise einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 50 in 1, die wiederum ein Gleichspannungssignal in einen Subtrahierer 52 (oder alternativ einen Addierer) einbringt, der zwischen dem AAF 20 und dem PGA 22 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der DAC 50 eine 6-Bit-Vorrichtung mit einem niedrigstwertigen Bit (LSB), das einem Ausgangssignal von ungefähr 38 - 40 mV entspricht, also eine maximale Versatzkorrektur von etwa 2,4 V bereitstellt. Das SAR-Modul 48 kann einen zweiten Signalsensor umfassen, der dazu dient, eine Polarität eines Basisbandsignals, das ausgewählt ist, zu bestimmen. Das SAR-Modul 48 kann ein Vorzeichensignal bereitstellen, das die Polarität des Basisbandsignals für den DAC 50 angibt.
Wenn die innere Schleife ausgewählt ist, wird das SAR-Modul 48 mit einer Eingabe konfiguriert, die eine kurze Verzögerung zwischen den Schritten angibt; wenn hingegen die äußere Schleife ausgewählt ist, wird das SAR-Modul 48 durch die gleiche Eingabe konfiguriert, die eine längere Verzögerung zwischen den Schritten angibt. Beispielsweise kann die längere Verzögerung bewirken, dass die äußere Schleife etwa 5 mal länger zum Kalibrieren benötigt als die innere Schleife, wobei die Kalibrierung der äußeren Schleife typischerweise etwa 20 µs für jede AAF/PGA-Verstärkungseinstellung benötigt, für die eine Kalibrierung durchgeführt wird.
Das SAR-Modul 48 verwendet das Umkehren der Polarität, die aus dem Komparator 44 oder der Filterstufe 26 ausgegeben wird, in Abhängigkeit von der Einstellung des DAC 50, um die DAC-Einstellung zu bestimmen, die den Gleichspannungsversatz in derjenigen Schleife der inneren und der äußeren Schleife ausgleicht, die gerade kalibriert wird. Es versteht sich, dass SAR nur eine Technik zum Bestimmen der DAC-Einstellung ist, die den statischen Gleichspannungsversatz innerhalb der Schleifen ausgleicht, und viele solcher Techniken einschließlich einer erschöpfenden Suche verwendet werden können. Dennoch ist klar, dass die Verwendung eines SAR-Moduls für eine schnelle und somit zeit- und energieeffiziente Suche sorgt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfassen die innere und die äußere Kalibrierungsschleife von 2 Komponenten für einen von Firmware gesteuerten Controller wie etwa ein Versatzkorrekturschleifensystem (OCL-System) 60. 3 umfasst ein Ablaufdiagramm, das allgemein den Betrieb der Kalibrierungssteuerfirmware darstellt, die in dem OCL-System 60 ausgeführt wird.
Wenn eine Kalibrierung für einen statischen Gleichspannungsversatz gewünscht ist, kann der OCL-Systemcontroller 62 zuerst mit Operation 70 beginnen, in der das AGC-System 30 auf die manuelle Betriebsart eingestellt wird. Steuerbefehle zwischen dem Controller 62 und dem AGC-System 30 können durch Senden eines SPI-Schreibbefehls (eines Bus-Steuerbefehls) an das AGC-System 30 über einen Systembus (nicht gezeigt) durchgeführt werden. Der Controller 62 befiehlt dem AGC dann in Operation 72, den LNA 14 zu deaktivieren oder auszuschalten, um jegliche externe Signale zu vermeiden, die die Kalibrierung beeinflussen. Der AAF-Filterverstärkungsfaktor wird dann in Operation 74 auf einen ersten Verstärkungspegel eingestellt. Der Controller 62 lässt dann in Operation 76 das AGC-System 30 den PGA-Verstärkungsfaktor auf sein Maximum minus 9 dB einstellen. (In alternativen Implementierungen könnte PGA Max-6dB verwendet werden oder in der Tat eine beliebige Zahl innerhalb des Bereichs der PGA-Verstärkung verwendet werden)
Es versteht sich, dass die Anordnung der Funktionsblöcke des OCL-Systems 60 und seine Wechselwirkung mit dem Rest des Empfängers 10 nur zu Illustrationszwecken dienen und dass beispielsweise Funktionen, die als von der Steuereinrichtung 62 durchgeführt beschrieben sind, auf zahlreiche Weisen durchgeführt werden können, die dedizierte Hardware, Software oder Firmware oder eine beliebige Kombination davon umfassen. Ebenso können diese Funktionen innerhalb des OCL-Systems 60 oder extern umgesetzt sein.
Der gewählte Pegel 9 dB hängt nicht ratiometrisch mit der maximalen PGA-Verstärkung zusammen. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diesen besonderen Verstärkungspegel beschränkt ist und jeder derartige Pegel verwendet werden könnte. Wie jedoch bereits erwähnt hängen in der Ausführungsform alle anderen PGA-Verstärkungspegel entweder mit der maximalen PGA-Verstärkung oder dem PGA-Max-9dB-Pegel ratiometrisch zusammen und die Nützlichkeit dieser Vorgehensweise wird im Folgenden näher erläutert.
Der Controller 62 schaltet dann in Operation 78 den DAC 50 ein und anschließend wird abhängig davon, ob die innere oder die äußere Schleife kalibriert wird, der Komparator 44 in den Operationen 80 bzw. 82 entweder ein- oder ausgeschaltet. In den Operationen 84 bzw. 86 werden für die innere Schleife kurze SAR-Schritte gewählt, wogegen für die äußere Schleife längere SAR-Schritte verwendet werden. Sobald die Schleife eingeschwungen ist, signalisiert der Controller in Operation 88 dem SAR-Modul 48 mit einem OCL-Freigabesignal, dass es fortfahren darf. Wenn das SAR-Modul fertig ist, antwortet es in Operation 90 durch Etablieren eines Kalibrierung-Fertig-Signals, das von dem Controller 62 detektiert wird.
Wie in 1 zu sehen ist, wird eine Bank von Registern R, R1 und R2 in dem Speicher 100 aufrechterhalten. Sobald das SAR-Modul 48 die DAC-Einstellung für eine gegebene AAF- und PGA-Verstärkungseinstellung bestimmt hat, wird das Ergebnis in ein vorübergehendes Register R geschrieben. In der ersten Iteration durch die Schleife 88-96 wird bei der ersten AAF-Filterverstärkung und dem PGA-Max-9dB-Pegel der Inhalt des vorübergehenden Registers R in Register R2 geschrieben.
Für einen IQ-Empfänger sind der Komparator 44, der Schalter 46 und der DAC 50 ebenfalls dupliziert und dann, wenn die Geschwindigkeit der Kalibrierung von besonderer Bedeutung ist, könnte auch die Funktionalität des SAR-Moduls 48 dupliziert sein. In jedem Fall können der I- und Q-Pfad für ein gegebenes Paar von AAF-und PGA-Verstärkungen entweder parallel oder nacheinander in einer einzelnen Schleife 88-96, die in 3 gezeigt ist, bestimmt werden und die DAC-Einstellungen für sowohl den I- als auch den Q-Kanal können in ein Paar von Registern R2 oder ein erweitertes (verknüpftes) Register R2, das beide Werte festhält, geschrieben werden, wie in 4 gezeigt. Man beachte, dass beide Register R1 und R2 7 Bit umfassen, von denen sechs den DAC-Ausgangssignalbetrag bestimmen und eines die DAC-Ausgangssignalpolarität angibt.
Der Prozess wird in Operation 94 durch Einstellen des PGA 22 auf seinen maximalen Verstärkungsfaktor und Wiederholen der Operationen 88-92 fortgesetzt. In diesem Fall wird die DAC-Einstellung für jeden Kanal aus dem Register R in das Register R1 geschrieben.
Operationen 74 - 96 werden dann für einen zweiten AAF-Verstärkungswert wiederholt und wiederum werden DAC-Einstellungen für sowohl den I- als auch den Q-Kanal für PGA-Max und PGA-Max-9dB in einem zweiten Satz von Registern R1 und R2 für den zweiten AAF-Verstärkungspegel gespeichert. Wenn weitere AAF-Verstärkungswerte zur Verfügung stehen, dann können die Operationen 74-96 wiederholt werden.
Die Kalibrierung ist nun vollständig und der LNA 14 kann in Operation 98 aktiviert werden, bevor das AGC-System 30 in Operation 99 auf den freien Betriebsmodus eingestellt wird.
Es sollte beachtet werden, dass in verschiedenen Empfängeranordnungen verschiedene der oben beschriebenen Operationen umgeordnet werden könnten und Operationen, die den Empfängerbetrieb berücksichtigen, hinzugefügt werden können, und daher sollte 3 lediglich als Veranschaulichung angesehen werden. Eine beliebige Kombination der Merkmale, die in Bezug auf die 3 erörtert sind, oder ein beliebiges der anderen hier diskutierten Verfahren können in einem nichtflüchtigen Computerspeicher ausgebildet sein. Wenn Befehle, die in dem nichtflüchtigen Computerspeicher gespeichert sind, beispielsweise von einem Prozessor ausgeführt werden, können die Befehle veranlassen, dass einige oder alle der Verfahren von 3 durchgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 und 5 weist das OCL-System 60 einen Selektor 64 auf, der betriebstechnisch mit den Registern R1, R2 und den AAF- und PGA-Verstärkungseinstellungen verbunden ist. Auch hier ist wie in 5 gezeigt der Selektor 64 für den I- und den Q-Kanal dupliziert. Wenn jedes AGC-System 30 für den I- und den Q-Kanal frei arbeitet, ändern sie die Verstärkungspegel für das AAF 20 und den PGA 22 gemäß der empfangenen Signalstärke. Je nachdem, ob der aktuelle PGA-Verstärkungsfaktor ratiometrisch mit dem PGA-Max- oder PGA-Max-9dB-Pegel zusammenhängt, wird der gespeicherte Wert im Register R1 oder R2 für die aktuelle AAF-Filterverstärkung ausgelesen und dann wie erforderlich gemäß dem aktuellen PGA-Verstärkungspegel aufgeteilt, um sowohl für den I- als auch für den Q-Kanal-DAC 50 die gewünschte Einstellung zu bestimmen. Diese Aufteilung kann beispielsweise durchgeführt werden, indem der Inhalt einer Nachschlagetabelle (LUT) gemäß dem PGA-Verstärkungspegel verschoben wird.
Diese DAC bringen dann die gewünschte Menge an Strom in den einen oder die mehreren Empfängerpfade an ihren jeweiligen Subtrahierern 52 ein, um den statischen Gleichspannungsversatz zu kompensieren.
Somit befiehlt das AGC-System 30 während eines dynamischen Paketempfangs PGA- und AAF-Verstärkungsänderungen als Antwort auf den Empfangssignalstärkenindikator (RSSI) 28. Dies hält die Verstärkung durch den Empfänger auf ihrem optimalen Niveau für maximale Empfindlichkeit und verhindert eine Überlastung der Signalkette durch starke Signale. Um die Auswirkungen von Änderungen des Gleichspannungsversatzes auf die Bitfehlerrate (BER) aufgrund von Verstärkungsänderungen zu minimieren, passt das OCL-System 60 das Versatzkorrektur-DAC-Eingangscodewort entsprechend den gespeicherten Korrekturkoeffizienten R1, R2 an. Auf diese Weise wird eine Versatzänderung aufgrund einer Verstärkungsänderung rasch entfernt, was ermöglicht, dass sich das Gleichtaktsignal der analogen Komponenten auf stationäre Werte einschwingt, um den Paketempfang nicht zu beeinflussen.
Es versteht sich, dass die Kalibrierung unangeschlossen durchgeführt wird und nur einmal in der Lebensdauer eines Empfängers oder bei einem Neustart oder einem Einschalten oder einem Neustart des Systems durchgeführt werden kann. Wenn aber beispielsweise ein Empfänger über einen großen Temperaturbereich arbeiten würde, dann könnte eine Neukalibrierung dann ausgelöst werden, wenn eine Betriebstemperatur detektiert würde, die um mehr als einen Schwellenbetrag von einer Betriebstemperatur für eine vorherige Kalibrierung abgewichen ist. Ebenso könnte die Kalibrierung in regelmäßigen Abständen nach längerem Vorrichtungsbetrieb ausgelöst werden, um eventuelle Abweichungen zu berücksichtigen, die durch die Alterung der Vorrichtung bewirkt werden.
Es versteht sich, dass viele weitere Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich sind. So könnte zum Beispiel anstelle davon, dass nur eine Kalibrierung entweder der inneren oder der äußeren Schleife ausgewählt werden kann, der Empfänger 10 dazu ausgelegt sein, die Kalibrierung der inneren Schleife gefolgt von der Kalibrierung der äußeren Schleife zu ermöglichen, wobei letztere die DAC-Einstellungen R1, R2 für erstere verfeinert.
Durch unangeschlossenes Kalibrieren und Speichern von Korrekturkoeffizienten R1, R2 bei zwei Verstärkungseinstellungen des PGA wie in der dargestellten Ausführungsform, kann der statische Versatz als Antwort auf die AGC-Steuerung während des normalen Empfängerbetriebs schnell bis auf 1 LSB des DAC 50 reduziert werden, indem Strom bezüglich der Korrekturkoeffizienten subtrahiert (oder addiert) wird.
Dennoch ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf Empfänger mit einer AAF-Verstärkungsstufe mit programmierbarer Verstärkung oder mit zwei Verstärkungseinstellungen beschränkt ist und die Erfindung kann gleichermaßen erweitert werden, um mit mehr als zwei AAF-Stufen-Verstärkungseinstellungen zu arbeiten. Ebenso ist die Erfindung nicht auf die besondere Form des Selektors, der in 5 dargestellt ist, beschränkt, so dass, obwohl die Kalibrierungszeit vielleicht etwas erhöht sein könnte, DAC-Einstellungen R₁ ... R_n erfasst werden könnten und für jede AAF-und PGA-Verstärkungseinstellung gespeichert werden könnten und wie erforderlich direkt aus dem Speicher ausgelesen werden könnten. Dennoch ist ein Vorteil des Selektors von 5 die Speicherung, und zwar deshalb, da anstelle von n x 14 Bits in der dargestellten Ausführungsform nur 2 × 14 Speicherbits, d. h. in dieser speziellen Implementierung nur R1 und R2, die 14 Bit breit sind, erforderlich sind und diese gut genug für die Verstärkungseinstellungen des PGA 22 sind.
In wieder weiteren Varianten der dargestellten Ausführungsform könnte der Subtrahierer 52 (oder Addierer) anstelle davon, dass er zwischen den Stufen des AAF 20 und des PGA 22 angeordnet ist, zwischen den Stufen des PGA 22 und des ADC 24 angeordnet sein; oder vor dem AAF 20 angeordnet sein; oder auch zwischen den inneren Stufen des AAF 20 angeordnet sein.
Die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zur Versatzkalibrierung sind oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Fachleute werden jedoch erkennen, dass die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen für beliebige andere Systeme, Vorrichtungen oder Verfahren mit einem Bedarf an Versatzkalibrierung verwendet werden können.
Solche Systeme, Vorrichtungen und/oder Verfahren können in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert sein. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, elektronische Verbraucherprodukte, Teile von elektronischen Verbraucherprodukten, elektronische Testausrüstung, eine Drahtloskommunikationsinfrastruktur usw. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können zudem Speicherchips, Speichermodule, Schaltungen optischer Netze oder anderer Kommunikationsnetze und Festplattenansteuerschaltungen umfassen. Die elektronischen Verbraucherprodukte können Messinstrumente, medizinische Geräte, Drahtlosvorrichtungen, ein Mobiltelefon (z. B. ein Smartphone), Mobilfunk-Basisstationen, ein Telefon, einen Fernseher, einen Computermonitor, einen Computer, einen tragbaren Computer, einen Tablet-Computer, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), eine Mikrowelle, einen Kühlschrank, eine Stereoanlage, einen Kassettenrekorder oder -spieler, einen DVD-Player, einen CD-Player, einen digitalen Videorekorder (DVR), einen Videorekorder, einen MP3-Player, ein Radio, einen Camcorder, eine Kamera, eine digitale Kamera, einen tragbaren Speicherchip, eine Waschmaschine, einen Trockner, einen Waschtrockner, einen Kopierer, ein Faxgerät, einen Scanner, einen multifunktionales Peripheriegerät, eine Armbanduhr, eine Uhr, usw. umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Ferner kann die elektronische Vorrichtung unfertige Erzeugnisse enthalten.
Wenn der Zusammenhang nicht klar etwas anderes angibt, sollen in der Beschreibung und den Ansprüchen die Worte „umfassen“, „aufweisen“, „umfassend“, „enthaltend“ und dergleichen in einem einschließenden Sinn verstanden werden, im Gegensatz zu einem ausschließenden oder erschöpfenden Sinn; das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt“. Die Worte „gekoppelt“ oder „verbunden“, wie sie hier allgemein verwendet werden, beziehen sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder mittels eines oder mehrerer Zwischenelemente verbunden sein können. Zusätzlich sollen die Worte „hier“, „oben“, „unten“ und Wörter mit ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf die Anmeldung als Ganzes und nicht auf bestimmte Teile dieser Anmeldung verweisen. Wo es der Zusammenhang erlaubt, können Wörter in der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Verwendung der Einzahl oder Mehrzahl auch die Mehrzahl bzw. Einzahl einschließen. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Auflistung von zwei oder mehr Elementen soll alle der folgenden Interpretationen des Wortes umfassen: irgendeinen der Einträge in der Auflistung, alle Elemente in der Auflistung, und jegliche Kombination der Elemente in der Auflistung. Alle hier angegebenen Zahlenwerte sollen ähnliche Werte innerhalb eines Messfehlers beinhalten.
Die Lehren der hier bereitgestellten Erfindungen können auf andere Systeme angewendet werden, die nicht notwendigerweise die oben beschriebenen Systeme sind. Die Elemente und Vorgänge der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Die Vorgänge der hier diskutierten Verfahren können nach Bedarf in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Darüber hinaus können die Vorgänge der hier diskutierten Verfahren nach Bedarf der Reihe nach oder parallel durchgeführt werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft dargestellt worden, und es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der Offenbarung einzuschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl von anderen Formen ausgebildet sein. Ferner können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen solche Formen und Abwandlungen abdecken, die unter den Schutzumfang und den Gedanken der Offenbarung fallen. Dementsprechend ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindungen unter Bezugnahme auf die Ansprüche definiert.

Claims

Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz, LIF-Empfänger (10), der einen Empfängerpfad aufweist, der Folgendes aufweist: einen Mischer (18), der dazu ausgelegt ist, ein empfangenes HF-Signal mit einem Lokaloszillatorsignal (16) zu mischen, um ein Zwischenfrequenzsignal, ZF-Signal, mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals bereitzustellen, ein Bandpassfilter (20), das dazu ausgelegt ist, das ZF-Signal zu filtern, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, PGA, (22) der dazu ausgelegt ist, das gefilterte ZF-Signal zu verstärken, einen Analog-Digital-Umsetzer, ADC, (24) der dazu ausgelegt ist, das verstärkte gefilterte ZF-Signal in ein digitales Signal umzusetzen, einen Umsetzer (26), der dazu ausgelegt ist, das digitale Signal in ein digitales Basisbandsignal umzusetzen, und einen automatischen Verstärkungscontroller, AGC, (30) der dazu ausgelegt ist, einen Verstärkungsfaktor des PGA (22) als Antwort auf einen Betrag des empfangenen HF-Signals einzustellen, wobei der Empfänger ferner Folgendes aufweist: eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle, die dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal in das verstärkte gefilterte ZF-Signal einzubringen, das durch den ADC (24) umgesetzt wird, einen Signalsensor (44), der betriebstechnisch hinter dem PGA mit dem Empfängerpfad verbunden ist, wobei der Signalsensor dazu ausgelegt ist, eine Polarität der PGA-Signalausgabe für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, und einen Controller (60), der dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA minimiert.
LIF-Empfänger nach Anspruch 1, wobei der PGA (22) dazu ausgelegt ist, einen Differenzsignalausgang bereitzustellen, und wobei der Signalsensor einen Komparator (44) aufweist, der mit dem Differenzsignalausgang verbunden ist, um eine Polarität der PGA-Ausgabe anzugeben.
LIF-Empfänger nach Anspruch 2, der ferner einen zweiten Signalsensor aufweist, der betriebstechnisch mit dem Umsetzerausgang verbunden ist und dazu ausgelegt ist, eine Polarität des digitalen Basisbandsignals für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, wobei der Controller (60) betreibbar ist, um wahlweise zwischen den Signalsensoren umzuschalten.
LIF-Empfänger nach Anspruch 3, wobei der Controller (60) dazu ausgelegt ist, dann, wenn der zweite Signalsensor ausgewählt ist, eine längere Verzögerung zwischen dem Ändern des programmierten Gleichspannungsversatzsignals zu ermöglichen als dann, wenn ein Komparatorausgang ausgewählt ist.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Controller ferner ein Register für sukzessive Approximation, SAR, (48) aufweist, das dazu ausgelegt ist, das programmierte Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA (22) im Wesentlichen minimiert.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Controller betriebstechnisch mit dem AGC (30) verbunden ist, um eine Verstärkungseinstellung des PGA (22) bei Anwesenheit eines empfangenen HF-Signals zu bestimmen, und wobei der Controller dazu ausgelegt ist, das programmierte Gleichspannungsversatzsignal gemäß der Verstärkungseinstellung anzupassen.
LIF-Empfänger nach Anspruch 6, wobei das Bandpassfilter (20) ein programmierbares Verstärkungsfilter aufweist, das betriebstechnisch durch den AGC (30) gesteuert wird, und wobei der Controller dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA (22) für jede Verstärkungseinstellung des Bandpassfilters im Wesentlichen minimiert, und wobei der Controller betriebstechnisch mit dem AGC verbunden ist, um eine Verstärkungseinstellung des Bandpassfilters (20) bei Anwesenheit eines empfangenen HF-Signals zu bestimmen, und wobei der Controller dazu ausgelegt ist, das programmierte Gleichspannungsversatzsignal gemäß der PGA- und der Bandpassfilter-Verstärkungseinstellung anzupassen.
LIF-Empfänger nach Anspruch 6 oder 7, wobei der PGA (22) mindestens zwei Gruppen von Verstärkungseinstellungen aufweist, wobei jede Gruppe von Verstärkungseinstellungen Einstellungen aufweist, die ratiometrisch miteinander zusammenhängen, wobei der Controller dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung jeder Gruppe im Wesentlichen minimiert.
LIF-Empfänger nach Anspruch 8, wobei das jeweilige programmierte Gleichspannungsversatzsignal im Speicher gespeichert ist und wobei der Controller (60) dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal gemäß der Verstärkungseinstellung des PGA bei Anwesenheit eines empfangenen HF-Signals aus dem Speicher abzurufen, und wobei der Controller dazu ausgelegt ist, das programmierte Gleichspannungsversatzsignal gemäß der Verstärkungseinstellung und dem abgerufenen programmierten Gleichspannungsversatzsignal anzupassen.
LIF-Empfänger nach Anspruch 9, wobei eine Gruppe von PGA-Verstärkungseinstellungen ratiometrisch mit einer maximalen PGA-Verstärkung zusammenhängt und wobei eine Gruppe von PGA-Verstärkungseinstellungen ratiometrisch mit einer maximalen PGA-Verstärkung - X dB zusammenhängt, wobei X ein vorbestimmter Wert ist.
LIF-Empfänger nach Anspruch 10, wobei X 9 dB oder eine andere Zahl innerhalb des Bereichs der PGA-Verstärkung ist.
IQ-Empfänger, der den LIF-Empfänger nach Anspruch 1 aufweist und ferner einen zweiten Empfängerpfad aufweist, der Folgendes aufweist: einen zweiten Mischer, der dazu ausgelegt ist, das empfangene HF-Signal mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal phasenverschoben zu dem Oszillatorsignal zu mischen, um ein zweites Zwischenfrequenzsignal, ZF-Signal, mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals zu liefern, ein zweites Bandpassfilter, das dazu ausgelegt ist, das zweite ZF-Signal zu filtern, einen zweiten Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, PGA, der dazu ausgelegt ist, das zweite gefilterte ZF-Signal zu verstärken, einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer, ADC, der dazu ausgelegt ist, das zweite verstärkte gefilterte ZF-Signal in ein zweites digitales Signal umzusetzen, einen zweiten Umsetzer, der dazu ausgelegt ist, das zweite digitale Signal in ein zweites digitales Basisbandsignal umzusetzen; und einen zweiten automatischen Verstärkungscontroller, AGC, der dazu ausgelegt ist, einen Verstärkungsfaktor des zweiten PGA als Antwort auf den Betrag des empfangenen Signals einzustellen, wobei der IQ-Empfänger ferner Folgendes aufweist: eine zweite programmierbare Gleichspannungssignalquelle, die dazu ausgelegt ist, ein zweites programmiertes Gleichspannungsversatzsignal in das zweite verstärkte gefilterte ZF-Signal einzubringen, das durch den zweiten ADC umgesetzt wird, und einen zweiten Signalsensor, der betriebstechnisch hinter dem zweiten PGA mit dem zweiten Empfängerpfad verbunden ist, wobei der zweite Signalsensor dazu ausgelegt ist, eine Polarität der zweiten PGA-Signalausgabe für ein zweites programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, und wobei der Controller weiterhin dazu ausgelegt ist, ein zweites programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des zweiten Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des zweiten PGA minimiert.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner ein Empfangssignalstärkeindikator-Modul, RSSI-Modul, (28) aufweist, das dazu ausgelegt ist, einen Betrag des empfangenen HF-Signals zu bestimmen.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Empfänger ferner eine Antenne (12), die dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal, HF-Signal, zu empfangen, und eine erste Verstärkerstufe (14), die betriebstechnisch mit der Antenne verbunden ist und dazu ausgelegt ist, das empfangene HF-Signal zu verstärken, aufweist, wobei der Mischer betriebstechnisch mit dem verstärkten HF-Signal verbunden ist.
LIF Empfänger nach Anspruch 14, wobei der AGC betriebstechnisch mit der ersten Verstärkerstufe (14) verbunden ist, um die erste Verstärkerstufe wahlweise zu deaktivieren, so dass der Controller das programmierte Gleichspannungsversatzsignal bestimmen kann, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals minimiert.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen Demodulator (36) aufweist, der dazu ausgelegt ist, das Basisbandsignal in ein digitales Datensignal umzusetzen.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die programmierbare Gleichspannungssignalquelle einen Digital-Analog-Umsetzer, DAC, (50) aufweist.
LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die programmierbare Gleichspannungssignalquelle in das gefilterte ZF-Signal oder das verstärkte gefilterte ZF-Signal eingebracht wird.
LIF-Empfänger nach Anspruch 18, wobei das Einbringen der programmierbaren Gleichspannungssignalquelle durch einen Addierer oder Subtrahierer bereitgestellt wird.
Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz, LIF-Empfänger, umfassend: einen Mischer, der dazu ausgelegt ist, ein empfangenes HF-Signal mit einem Lokaloszillatorsignal zu mischen, um ein Zwischenfrequenzsignal, ZF-Signal mit einer niedrigeren Frequenz als der des empfangenen HF-Signals bereitzustellen, einen Bandpassfilter, der dazu ausgelegt ist, das ZF-Signal zu filtern, einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung, PGA, der dazu ausgelegt ist, das gefilterte ZF-Signal zu verstärken, wobei der PGA einen Differenzsignalausgang bereitstellt, einen Analog-Digital-Umsetzer, ADC, der dazu ausgelegt ist, das verstärkte gefilterte ZF-Signal in ein digitales Signal umzusetzen, einen Umsetzer, der dazu ausgelegt ist, das digitale Signal in ein digitales Basisbandsignal umzusetzen, und einen automatischen Verstärkungscontroller, AGC, der dazu ausgelegt ist, einen Verstärkungsfaktor des PGA als Antwort auf einen Betrag des empfangenen HF-Signals einzustellen, wobei der Empfänger ferner Folgendes aufweist: eine programmierbare Gleichspannungssignalquelle, die dazu ausgelegt ist, ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal in das verstärkte gefilterte ZF-Signal einzubringen, das durch den ADC umgesetzt wird, einen Signalsensor, der einen Komparator aufweist, der mit dem PGA-Differenzsignalausgang verbunden ist, um eine Polarität der PGA-Ausgabe für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal anzugeben, einen zweiten Signalsensor, der betriebstechnisch mit dem Umsetzerausgang verbunden ist, wobei der zweite Signalsensor dazu ausgelegt ist, eine Polarität des digitalen Basisbandsignals für ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, und einen Controller, der betreibbar ist, um wahlweise zwischen den Signalsensoren umzuschalten, um ein programmiertes Gleichspannungsversatzsignal zu bestimmen, das einen Betrag des Basisbandsignals bei Abwesenheit eines empfangenen HF-Signals für mindestens eine Verstärkungseinstellung des PGA minimiert.
Sendeempfänger, der einen LIF-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit einer Antenne und einen Senderpfad, der betriebstechnisch mit der Antenne verbunden ist, aufweist.