DE19707749B4 - Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals - Google Patents

Abstract

Elektrische Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals für eine Kommunikationsvorrichtung, welche ein moduliertes Empfangssignal empfängt, wobei das Taktsignal Harmonische aufweist, umfassend:
einen Oszillator (132) zur Erzeugung des Taktsignals;
eine Frequenzspreizschaltung (134), die mit dem Oszillator (132) verbunden und geeignet ausgebildet ist, das Taktsignal mit einem Frequenzspreizsignal zu modulieren, wobei die Frequenzkomponenten des Taktsignals über eine Bandbreite gespreizt werden, die größer als die Bandbreite des modulierten Empfangssignals ist, und
eine Steuerschaltung (114), die mit der Frequenzspreizschaltung (134) verbunden ist und das modulierte Taktsignal empfängt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerschaltung (114) die Frequenzspreizschaltung (134) steuert, um das Taktsignal mit dem Frequenzspreizsignal zu modulieren, wenn das modulierte Empfangssignal eine Frequenz nahe einer Harmonischen des Taktsignals hat und zur Steuerung der Frequenzspreizschaltung (134), dass sie das Taktsignal nicht mit dem Frequenzspreizsignal moduliert, wenn das modulierte Empfangssignal eine Frequenz hat, die sich wesentlich von einer Harmonischen des Taktsignals unterscheidet.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein Radiofrequenz-(RF)-Kommunikationssystem umfaßt Vorrichtungen, die über eine gemeinsame Kommunikationsverbindung kommunizieren. Die Kommunikationsverbindungen in drahtlosen RF-Kommunikationssystemen werden üblicherweise als Kanäle bezeichnet. Der Kanal ist durch seine Mittenfrequenz gekennzeichnet und besitzt eine vorbestimmte Bandbreite. Um Information zu senden, wird ein Informationssignal mit einem Trägersignal moduliert, das die Mittenfrequenz des Kanals hat.
• In drahtgebundenen Systemen wird die Kommunikationsverbindung durch ein verdrilltes Leiterpaar, ein Koaxialkabel oder dergleichen, realisiert. Informationssignale werden bei der drahtgebundenen Verbindung durch ein Trägersignal gesendet, das eine spezielle Frequenz hat, die den Vorrichtungen an den verschiedenen Enden der Kommunikationsverbindung gemeinsam ist.
• Sowohl in den drahtgebundenen als auch den drahtlosen Systemen werden ein Sender und ein Empfänger verwendet, um über die Kommunikationsverbindung zu kommunizieren. Ein Sender umfaßt einen Modulator, und ein Empfänger umfaßt einen Demodulator. Der Modulator wird verwendet, um ein Informationssignal mit einem Trägersignal für die Übertragung über die Kommunikationsverbindung zu modulieren. Der Demodulator wird verwendet, um Signale zu demodulieren, die von der Kommunikationsverbindung empfangen werden, durch Entfernen des Trägersignals und durch Ausgabe des Informationssignals.
• Zusätzlich zum Demodulator verwenden RF-Empfänger typischerweise Filter, um Rauschen außerhalb der gewünschten Bandbreite zu entfernen, und einen Detektor, um das demodulierte Signal in ein Signal umzuwandeln, das von der digitalen Schaltung in der Kommunikationsvorrichtung verwendet werden kann. Die digitale Schal tung wird durch ein Hochfrequenztaktsignal angesteuert. Dieses Hochfrequenztaktsignal enthält erhebliche Spektralenergie, die harmonische Frequenzkomponenten oder Harmonische erzeugt. Diese Harmonischen treten bei Vielfachen der Frequenz des Taktsignals auf, das die digitale Schaltung ansteuert.
• Ausgestrahlte Energie der harmonischen der Taktfrequenz kann mit den Informationssignalen innerhalb der Frequenzen, die durch die Empfängerfilter durchgelassen werden, stark interterieren, wenn die Kanalfrequenz und das harmonische Signal gleich sind, oder sehr dicht beieinander liegen. Wenn diese Energie relativ zum empfangenen Signal einen wesentlichen Betrag aufweist, kann die abgestrahlte Energie das Informationssignal verdecken, was zu einem schlechten Informationsempfang führt. Die Verschlechterung der Empfindlichkeit des Detektors auf diese Art, die zu einem schlechten Informationsempfang führt, ist als Desensibilisierung oder Reduzierung der Ansprechempfindlichkeit bekannt.
• Eine besonders vorteilhafte Schaltung für das Überwinden der Desensibilisierung verwendet einen Frequenzspreizsignalgenerator und einen Signalmodulator. Der Modulator moduliert das Taktsignal mit einem Frequenzspreizsignal, um ein sich ergebendes Signal zu erzeugen. Der Leistungspegel der Harmonischen des sich ergebenden Signals wird über eine Frequenzbandbreite gespreizt, die größer ist als die Bandbreite der Empfangsfilter, so daß die Desensibilisierung durch die Harmonischen vermindert werden kann. Obwohl diese Schaltung die Leistung des Empfängers wesentlich verbessert, ist es wünschenswert, zusätzlichen Verbesserungen im Empfänger bereitzustellen.
• Aus der US-PS5263055 ist eine gattungsgemäße Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Die Schaltung zielt auf eine Reduzierung der Interferenz einer harmonischen Frequenzkomponente des Taktsignals mit einem Empfangssignal. Hierzu wird ein Frequenzspreizsignal erzeugt, welches mit dem Taktsignal moduliert wird, um ein moduliertes Taktsignal zu erzeugen, welches die modulierte harmonische Frequenzkomponente umfasst. Die modulierte harmonische Frequenzkomponente wird somit über eine Frequenzbandbreite gespreizt, die größer als ein vorbestimmter Wert ist.
• Aus der JP-A6338813 ist eine Schaltung mit einem Taktgenerator bekannt, der ein Taktsignal mit einem Modulationssignal eines Oszillators moduliert. Eine Erfassungseinrichtung bestimmt hierbei, ob das Modulationssignal in einem empfangenen demodulierten Signal enthalten ist und verschiebt die Frequenz des Taktsignals für den Fall, dass das Modulationssignal tatsächlich empfangen wird.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schaltung zum Erzeugen eines Taktsignals einer Kommunikationsvorrichtung mit einer verbesserten Ansprechempfindlichkeit und einer höheren Unempfindlichkeit gegenüber unerwünschten Rausch- und Störsignalen angeben.
• Diese Aufgabe wird von einer Schaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Schaltung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.
• 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Funktelefonsystem zeigt.
• 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Frequenzspreizschaltung zeigt.
• 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Frequenzspreizschaltung der Schaltung der 1 zeigt.
• 4 zeigt Signale in der Schaltung der 3.
• Eine Kommunikationsvorrichtung umfaßt eine Empfängerschaltung, die ein moduliertes Empfangssignal innerhalb einer ersten Bandbreite empfängt. Ein Referenzoszillator erzeugt ein erstes Taktsignal mit einer ersten Frequenz, wobei das erste Taktsignal Harmonische aufweist. Eine Synthesizerschaltung, die mit dem Referenzoszillator und dem Empfänger verbunden ist, spricht auf das erste Taktsignal an, um das modulierte Empfangssignal zu demodulieren. Eine Frequenzspreizschaltung ist ebenfalls mit dem Referenzoszillator verbunden, um das erste Taktsignal mit einem Frequenzspreizsignal zu modulieren und ein moduliertes Taktsignal zu bilden, das gespreizte modulierte harmonische Frequenzkomponenten aufweist. Die Frequenzspreizschaltung kombiniert selektiv das Frequenzspreizsignal mit dem ersten Taktsignal, um die Harmonischen des ersten Taktsignals über eine Frequenzbandbreite zu spreizen, die größer ist als die erste Bandbreite. Eine Steuerschaltung ist mit der Frequenzspreizschaltung verbunden, um das modulierte Taktsignal zu empfangen. Diese arbeitet auf der Frequenz des modulierten Taktsignals. Die Schaltung erzeugt somit selektiv ein moduliertes Taktsignal derart, daß die harmonischen Frequenzsignale nicht in mehrere Kanäle gespreizt werden, wenn die Harmonischen des Haupttaktsignals sich nicht im aktuell ausgewählten Empfängerkanal befinden.
• Ein Funktelefonsystem 100 (1) umfaßt Kommunikationsvorrichtungen 102 und 104, die über eine Kommunikationsverbindung 106 kommunizieren. Die Kommunikationsvorrichtungen können irgendwelche zwei oder mehrere kompatible Vorrichtungen sein, wie MODEMs (eine Vorrichtung, die sowohl einen Modulator als auch einen Demodulator aufweist), Telefone, ein schnurloses oder zellulares Funktelefon, Zweiwegefunkgeräte, ein Funkgerät, eine Basisstation, eine schnurlose Telefonbasis, ein Funkverteilzentrum, eine Funksendestation oder derglichen. Der hier verwendete Ausdruck "Kommunikationsvorrichtung" bezieht sich auf jede dieser genannten Vorrichtungen und auf ihre Äquivalente. Die dargestellten Kommunikationsvorrichtungen 102 und 104 tauschen Information über eine drahtlose Kommunikationsverbindung 106 aus. Die Kommunikationsverbindung 106 kann jedoch auch ein verdrilltes Leiterpaar, ein Koaxialkabel, eine Satellitenverbindung oder dergleichen sein. Die hier verwendete Bezeichnung "Kommunikationsverbindung" bezieht sich auf alle diese Verbindungen und ihre Äquivalente.
• Die dargestellte Kommunikationsvorrichtung 104, ein Funktelefon, umfaßt eine Empfängerschaltung 108, die einen Detektor 112, einen Sender 110 und eine Steuerung 114 einschließt. Die Empfängerschaltung empfängt modulierte Signale von der Kommunikationsverbindung 106 über eine Antenne 116 und legt Signale, die eine heruntergeteilte Frequenz aufweisen, an den Detektor 112 an. Der Detektor 112 demoduliert die heruntergeteilten Signale, um Signale zu erzeugen, die in die Steuerung 114 eingegeben werden. Die Steuerung 114 kann unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors, eines Mikroprozessors, wie beispielsweise der HC-11, der von Moto rola Inc. erhältlich ist, oder mittels entsprechender kommerziell erhältichen, bekannten Schaltungen implementiert werden.
• Die Steuerung 114 erwidert auf die Audiosignale, die vom Detektor 112 empfangen werden, um analoge Signale zu erzeugen, die den Lautsprecher 115 ansteuern. Die Steuerung 114 antwortet auf Audiosignale vom Mikrofon 117, um Signale an den Sender 110 auszugeben. Der Sender 110 erzeugt modulierte Signale aus den Signalen, die von der Steuerung 114 ausgegeben werden, und die modulierten Signale werden dann in die Antenne 116 für eine Kommunikation über die Kommunikationsverbindung 106 eingegeben.
• Die dargestellte Empfängerschaltung 108 ist ein doppelter Überlagerungsempfänger, wobei aber alternativ jede konventionelle Empfängerschaltung verwendet werden kann. Die dargestellte Empfängerschaltung umfaßt ein Filter 120, einen Mischer 122, ein Filter 124, einen Mischer 126 und einen Detektor 112. Eine Synthesizerschaltung 130 ist mit der Empfängerschaltung 108 verbunden, um ein Kanalauswahlsignal an den Mischer 122 zu liefern und ein oszillierendes Signal an den Mischer 126 anzulegen.
• Ein Referenzoszillator 132 ist mit der Synthesizerschaltung 130 und mit einer Frequenzspreizschaltung 134 verbunden. Der Referenzoszillator 132 erzeugt ein Referenzsignal oder Taktsignal. Das Taktsignal wird in die Synthesizerschaltung 130 als Referenzsignal eingegeben und in die Frequenzspreizschaltung 134 als Taktsignal. Die Frequenzspreizschaltung 134 kombiniert das Taktsignal mit dem Frequenzspreizsignal, um ein moduliertes Taktsignal zu erzeugen.
• Der Betrieb der Kommunikationsvorrichtung 104 wird nun unter Bezug auf das dargestellte Funktelefonsystem 100 beschrieben. Die Kommunikationsverbindung 106 in drahtlosen RF-Systemen wird definiert durch einen vorbestimmten Frequenzbereich, der eine Vielzahl unterschiedlicher Kanäle umfaßt, in denen Signale übertragen werden. Dieser Frequenzbereich wird durch ein breiteres Bandbreitenfilter 120 durchgelassen. Beispielsweise befinden sich die Aufwärtsverbindungskanäle (von einer Basisstation zu einer mobilen Station) im "Global System for Mobil Communications (GSM)" alle innerhalb des Frequenzbandes von 925 MHz bis 960 MHz, und dieses Frequenzband wird durch Filter 120 durchgelassen. Signale außerhalb des Durchlaßbandes des Filters 120 sind für den Empfänger Rauschen und werden durch das Filter 120 abgeschwächt, um sie von dem Signal, das dem Detektor 112 eingegeben wird, zu entfernen.
• Der Mischer 122 transformiert die Frequenz des einen Kanals, der durch das Filter 120 durchgelassen wird, auf eine bestimmte Zwischenfrequenz, die mit dem Filter 124 verbunden ist, nach unten. Die Bandbreite des Filters 124 ist schmäler als die des Filters 120, und sie ist vorzugsweise gleich der Bandbreite eines Kanals. Das Filter 124 läßt somit nur einen Kanal des Filters 120 durch, dessen Mittenfrequenz die Mittenfrequenz des Filters 124 ist. Beispielsweise haben die Kanäle im GSM-System Mittenfrequenzen, die in 200 KHz-Intervallen voneinander entfernt sind, und innerhalb eines Durchlaßbandes von ungefähr 200 kHz liegen. Somit hat das Filter 124 für ein GSM eine Bandbreite von ungefähr 200 KHz.
• Der Mischer 122 wählt den Kanal, der durch das Filter 124 durchgelassen wird, in Erwiderung auf ein Kanalauswahlsignal von der Synthesizerschaltung 130. Jeder Kanal im Frequenzband, das durch das Filter 120 durchgelassen wird, hat eine eindeutige Mittenfrequenz. Das Kanalauswahlsignal, das in den Mischer 122 von der Synthesizerschaltung 130 eingegeben wird, ist ein oszillierendes Signal, das mit den Signalen vom Filter 120 kombiniert wird, um die Frequenz der Signale, die durch das Filter 120 ausgegeben werden, zu erniedrigen oder herunter zu transformieren. Der Betrag, um den die Signale herunter transformiert werden, wird durch die Frequenz des Signals von der Synthesizerschaltung 130 bestimmt. Durch ein Variieren der Frequenz des Kanalauswahlsignals, das in den Mischer 122 eingegeben wird, wird eine andere Kanalmittenfrequenz herunter transformiert, um durch das Filter 124 durchgelassen zu werden. Es ist wichtig, daß die Frequenz des Kanalauswahlsignals genau so ist, daß die Mittenfrequenz des gewünschten Kanals auf die Mittenfrequenz des Filters 124 herunter transformiert wird, und alle Information in diesem Kanal zum Detektor 112 gegeben wird.
• Das Ausgangssignal des Filters 124 wird in den Mischer 126 eingegeben, der das gefilterte Signal mit anderen Signalen der Synthesizerschaltung 130 kombiniert. Der Mischer 126 transformiert das Zwischenfrequenzsignal, das durch den Filter 124 ausgegeben wird, auf eine Basisbandfrequenz herunter, auf der der Detektor 112 arbeitet. Es ist wichtig, daß der Mischer 126 das Informationssignal für den Detektor 112 zuverlässig herunter transformiert, so daß keine Information durch die Empfängerschaltung 108 verloren geht.
• Ein Referenzoszillator 132, der einen Kristall hat, wird verwendet, um ein lokales Referenzsignal zu erzeugen. Die Synthesizerschaltung 130 ist mit dem Referenzoszillator 132 und der Steuerung 114 verbunden. Der Synthesizer reagiert auf das lokale Referenzsignal und eine Kanalnummer von der Steuerung 114, um Signale für die Mischer 122 und 126 zu erzeugen. Die Frequenzspreizschaltung 134 ist auch mit dem Referenzoszillator 132 und mit der Steuerung 114 verbunden. Die Frequenzspreizschaltung 134 reagiert auf das lokale Referenzsignal, um ein Taktsignal für die Steuerung 114 zu erzeugen, um selektiv die Harmonischen dieses Taktsignals zu spreizen. Da die Frequenzspreizschaltung und der Synthesizer mit demselben Referenzsozillator verbunden sind, können beide Schaltungen einen gemeinsamen Kristall verwenden, um somit die Zahl der Oszillatoren zu vermindern, die für die Kommunikationsvorrichtung 104 erforderlich ist. Dies führt zu einer Verminderung der Kosten und des Gewichts der Vorrichtung.
• Die Steuerung 114 umfaßt die digitale Schaltung innerhalb der Kommunikationsvorrichtung 104. Die Steuerung 114 umfaßt eine Schaltung, die synchron mit den Haupttaktsignalen arbeitet, die durch die Frequenzspreizschaltung 134 ausgegeben werden.
• Die Frequenzspreizschaltung 134 umfaßt einen Eingabepuffer 202 (2), einen Summierer 206, eine Schaltschaltung 208 und einen Ausgangspuffer 210. Der Eingabepuffer 202 isoliert das Referenzsignal oder Taktsignal, das in die Synthesizerschaltung 130 gegeben wird, um ein gepuffertes Taktsignal zu erzeugen, das in den Summierer 206 eingegeben wird. Das Signal vom Eingabepuffer 202 ist dargestellt, wie es mit dem Summierer 206 über einen Widerstand 204 verbunden ist, der den Pegel des gepufferten Taktsignals, das in den Summierer eingegeben wird, festlegt. Statt des Widerstands kann auch eine Leitung alleine, ein Filter oder derartiges verwendet werden.
• Die Schaltschaltung 208 empfängt ein Frequenzspreizsignal von der Synthesizerschaltung 130 und ein Vorspannsignal von der Steuerung 114. Das Vorspannsignal schaltet die Schaltschaltung 208 "AN" und "AUS". Wenn die Schaltschaltung AN ist, wird das Frequenzspreizsignal in den Summierer 206 eingegeben und mit dem gepufferten Taktsignal summiert, wobei das sich ergebende Signal an den Ausgabepuffer 210 gegeben wird. Wenn die Schaltschaltung 208 AUS ist, so wird das gepufferte Signal alleine in den Ausgabepuffer 210 gegeben. Der Ausgabepuffer 210 kann unter Verwendung eines Vergleichers, einer Begrenzerschaltung, einem logischen Inverters, dessen Gleichspannungseingang sich auf dem halben logischen Schwellwert befindet (das heißt 2,5 Volt bei einem 5 Volt Inverter) oder derartigem implementiert werden.
• Wenn die Schaltschaltung 208 AN ist, empfängt der Ausgabepuffer 210 das Summationssignal und gibt ein Signal aus, das eine Phasenmodulation hat, die sich aus der Addition des Frequenzspreizsignals zum gepufferten Taktsignal ergibt. Auf diese Weise wird das gepufferte Taktsignal durch das Frequenzspreizsignal moduliert, um ein moduliertes Taktsignal zu erzeugen. Wenn die Schaltschaltung 208 AUS ist, so wird der Ausgabepuffer nicht ein im wesentlichen moduliertes Signal ausgeben, da das Frequenzspreizsignal das gepufferte Taktsignal nicht ändern wird. Das gepufferte Taktsignal wird somit durch die Frequenzspreizschaltung hindurchgelassen, ohne moduliert zu werden, wenn die Schaltschaltung AUS ist.
• Der Pegel des Vorspannsignals stellt auch den Modulationsindex ein, durch ein Ändern der Amplitude des Modulationssignals. Die Schaltschaltung kann unter Verwendung irgendeines geeigneten Schalters, wie beispielsweise eines Relais, eines Feldeffekttransitors (FET), einen bipolaren npn (negativ-positiv-negativ) Transistors, eines bipolaren pnp (positiv-negativ-positv) Transistors, eines optischen Schalters, der eine Leuchtdiode (LED) und ein photoempfindliches Element enthält, oder dergleichen, implementiert werden.
• Eine Ausführungsform der Frequenzspreizschaltung 134 und der Synthesizerschaltung 130 für ein Funktelefon ist in 3 gezeigt. Der Referenzoszillator 132 ist versehen mit einer Oszillatorschaltung 302, die mit einem Kristall 304 verbunden ist. Die Oszillatorschaltung 302 reguliert den Referenzoszillatorausgang derart, daß das lokale Referenzsignal oder Taktsignal an der Verbindung 305 eine feste vorbestimmte Frequenz hat. Das Referenzsignal wird in einen Teiler 350 eingegeben, einen Phasenverriegelungskreis 352, und einen Phasenverriegelungskreis 353 und in eine Synthesizerschaltung 130. Der Teiler 350 erzeugt das Frequenzspreizsignal, das in die Frequenzspreizschaltung 134 am Eingang 312 eingegeben wird. Der Phasenverriegelungskreis 352 erzeugt das oszillierende Siggnal, das in den Mischer 126 eingegeben wird. Der Phasenverriegelungskreis 353 erzeugt das Kanalauswahlsignal, das in den Mischer 122 eingegeben wird.
• Die Phasenverriegelungsschleife 353 umfaßt einen programmierbaren Teiler 356, der auf ein Kanalsignal von der digitalen Schaltung 342 reagiert, um ein heruntergeteiltes Signal gemäß dem auszuwählenden Kanal auszugeben. Ein Phasendetektor 360 vergleicht die Phase des programmierbaren Teilers mit dem Referenzsignal vom Referenzoszillator 132. Der Phasendetektor vergleicht diese Signale und gibt ein Signal aus, das die Differenz anzeigt. Das Schleifenfilter 358 filtert dieses Signal, um ein Steuersignal für einen Oszillator 354 zu erzeugen. Die Oszillatorfrequenz wird durch das Steuereingangssignal festgesetzt, das in sie vom Filter 358 eingegeben wird. Dieses Signal wird zum programmierbaren Teiler zurückgegeben. Die Phasenverriegelungsschleife 353 stellt die Frequenz des gesteuerten Oszillators ein, bis die Phasendifferenz, die durch den Phasendetektor 360 erkannt wird, im wesentlichen Null ist. Der Phasenverriegelungskreis 352 ist dem Phasenverriegelungskreis 353 ähnlich, mit der Ausnahme, daß der Phasenverriegelungskreis 352 keinen programmierbaren Teiler umfaßt, der das Kanalsignal empfängt.
• Das Referenzsignal von der Oszillatorschaltung 302 wird in den Eingabepuffer 202 gegeben, dessen Ausgangssignal das gepufferte Taktsignal ist, wobei dieses ein Rechtecktaktsignal ist, das eine feste Frequenz hat. Das Ausgangssignal des Eingabepuffers 202 wird durch das Filter 306 in ein sinusförmiges Signal A umgewandelt. Das Filter 306 umfaßt einen Widerstand 316 und einen Kondensator 318. Der Widerstand 204 stellt den Pegel des gepufferten Taktsignals ein, das am Eingang des Ausgabepuffers 210 summiert wird. Wenn das Haupttaktsignal ein sinusförmiges Signal ist, kann der Kondensator 318 weggelassen werden.
• Das Vorspannungssignal am Ausgang 310 der digitalen Schaltung 342 ist mit einem Widerstand 320 verbunden, der mit dem Kollektor eines Transistor 322 verbunden ist. Der Widerstand ist ein Lastwiderstand für die Verstärkerschaltung, die durch den Transistor 322 und die verbundenen Komponenten geliefert wird. Die Impedanz des Widerstands kann geändert werden, um die Verstärkung des Verstärkers zu ändern. Durch Auswählen der Verstärkung des Verstärkers wird die Amplitude des frequenzgespreizten Modulationssignals eingestellt. Der Frequenzgespreizsignaleingang 312 ist über eine Serie von Elementen, die einen Kondensator 328 und einen Widerstand 330 umfassen, mit der Basis eines Transistors 322 verbunden. Der Kondensator 328 entfernt jede DC (Gleichstrom) Verschiebung aus diesem Modulationssignal. Ein Widerstand 324 ist zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors 322 verbunden, und ein Widerstand 326 ist zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 322 verbunden. Der Kollektor des Transistors 322 ist mit einem Widerstand 332 verbunden, der über einen Kondensator 334 mit einer summierenden Verbindung 308 verbunden ist, an welchem Punkt die Spannungen von der Schaltschaltung 208 und des Tiefpaßfilters 306 summiert werden. Die Summierungsverbindung 308 ist mit dem Ausgabepuffer 210 verbunden, der einen Schwellwertpegel Vth aufweist. Wenn das Signal an der Summierungsverbindung 308 größer ist als der Schwellwert Vth, so hat der Ausgang des Ausgabepuffers 210 einen hohen logischen Pegel. Wenn das Signal an der Summierungsverbindung 308 kleiner als Vth ist, so ist das Ausgangssignal des Ausgabepuffers 210 ein logisch niederwertiges Signal. Der Vth Spannungspegel wird normalerweise so gewählt, daß der Arbeitszyklus des Ausgangssignals vom Ausgabepuffer 210 50% beträgt. Das resultierende modulierte Taktsignal wird in eine digitale Schaltung 342 als Taktsignal eingegeben, mit dem die digitale Schaltung arbeitet.
• Im Betrieb und unter Bezug auf die 1, 3 und 4 wird das gepufferte Taktsignal, das vom Eingabepuffer 202 ausgegeben wird, im Filter 306 gefiltert, ein zweites Mal im Ausgabepuffer 210 gepuffert, und an die digitale Schaltung 342 für die meisten Kanäle weitergegeben. Das gepufferte Taktsignal ist nicht moduliert mit dem frequenzgespreizten Signal, da das Vorspannungssignal einen Spannungspegel von 0 hat, der verhindert, daß die Schaltschaltung 208 das Frequenzspreizsignal an die Verbindung 308 gibt. Für solche Kanäle, die eine Harmonische des Haupttaktsignals umfassen, wird die Schaltschaltung 208 AN geschaltet, durch das Eingeben eines Vorspannungssignals am Ausgang 310, das die Transistorschaltung so vorspannt, daß sie als Verstärker arbeitet. Das Frequenzspreizsignal am Eingang 312 wird dann mit dem gepufferten Taktsignal am Eingang des Ausgabepuffers 210 kombiniert. Wie in 4 gezeigt ist, hat das gepufferte Taktsignal V_A eine feste Frequenz. Das Frequenzspreizsignal V_B hat eine viel niedrigere Frequenz als das gepufferte Taktsignal. Beispiels weise kann das gepufferte Taktsignal ungefähr 13 MHz betragen, und die Frequenz des Frequenzspreizsignals kann ungefähr 500 KHz betragen, wobei beide Signale vom Referenzoszillator 132 abgeleitet sind. Das kombinierte Signal V_C wird in den Ausgabepuffer 210 gegeben, der einen festen Schwellwert Vth aufweist, wenn die Schaltschaltung 208 AN ist, wobei das oszillierende Haupttaktsignal alleine eingegeben wird, wenn die Schaltschaltung AUS ist.
• Das Ausgangssignal V_D des Ausgabepuffers 210 ist das Haupttaktsignal der digitalen Schaltung 342. Das Haupttaktsignal ist ein festes Frequenzsignal, das durch das gepufferte Taktsignal und die Schwellwertspannung Vth eingestellt wird, wenn die Schaltschaltung 208 AUS ist. Wenn die Schaltschaltung 208 EIN ist, so ist das Haupttaktsignal ein Rechteckwellensignal, das ein phasenmoduliertes Signal am gepufferten fundamentalen Taktsignal darstellt. Dieses modulierte Taktsignal erzeugt eine Breitbandmodulation bei den Harmonischen, da der Betrag der Modulation mit der harmonischen Zahl multipliziert wird. Die mittlere Frequenz des phasenmodulierten Signals liegt nahe der gepufferten Taktsignalfrequenz. Die höheren Harmonischen des sich ergebenden Haupttaktsignals werden hinausgespreizt, so daß sie nicht wesentlich mit dem empfangen Signal in einem einzelnen Kanal interferieren. Es ist beabsichtigt, daß die Amplitude des Modulationssignals und des Schwellwertsignals so ausgewählt werden, daß der Pulsarbeitszyklus des sich ergebenden modulierten Taktsignals von 45 bis 55 Prozent variiert, wenn die Schaltschaltung an ist. Wenn der Arbeitszyklus unterhalb von 45 Prozent fällt, kann der Digitalprozessor Schwierigkeiten bekommen, dem Taktsignal zu folgen.
• Die Modulation wird nun beschrieben unter Bezug auf die Wellenformen V_A, V_B, V_C, Vth und V_D in 4. Die Wellenform VA ist das gepufferte Taktsignal, das eine Frequenz f_A aufweist. Die Wellenform V_B ist das Frequenzspreizsignal, das ein Sinussignal ist mit einer Frequenz f_B. Die Wellenform V_C ist das Signal, das durch die Summierung von V_A und V_B erzeugt wird. Vth ist die Abschneideamplitude des Ausgabepuffers 210 (3). Die Wellenform V_D ist das modulierte Taktsignal, das erzeugt wird durch das Durchgehen der Wellenform V_C durch einen Ausgabepuffer 210. Wie man in 4 sieht, verursacht die Variation der Amplitude des ersten Taktsignals VA durch Summation mit dem Frequenzspreizsignal eine Variation der Phase oder eine Phasenmodulation im modulierten Taktsignal.
• Die Spannung V_A des ersten Taktsignals, das eine Spitzenamplitude von A Volt und eine Frequenz f_A hat, wird als Funktion der Zeit t wie folgt beschrieben: VA = A·Sin{(2π·fA)·t}
• In ähnlicher Weise wird die Spannung V_B des Frequenzspreizsignals, das eine Spitzenamplitude von B Volt und eine Frequenz f_B hat, als Funktion der Zeit t wie folgt beschrieben: VB = B·Sin{(2π·fB)·t}
• Die Summationssignalspannung V_C ist die Summation von V_A,und V_B. Das Summationssignal wird wie folgt beschrieben: VC = A·Sin{(2π·fA)·t} + B·Sin{(2π·fB)·t}
• Wenn keine Modulationswellenform vorhanden ist, so daß die Spannung des Frequenzspreizsignals V_B null ist, so ist die Ausgabewellenform V_E des Ausgabepuffers 210 eine Rechteckwelle ohne eine Phasenmodulation, wobei sie einen Arbeitszyklus von 50% hat. In diesem Fall wird die Vergleichsausgangsamplitude D wie folgt beschrieben:

  
• Mit dem Frequenzspreizsignal, das einen von Null verschiedenen Wert hat, kann eine Modulation erzeugt werden. Die Unter drückung der Amplitude der Harmonischen muß jedoch erreicht werden, ohne eine zu große Phasenstörung der Grundwelle im modulierten Taktsignal V_D zu verursachen. Die Grundwellenstörung δ ist die prozentuale Spitzenabweichung des Rechteckwellenarbeitszyklusses. Die Amplitude des Frequenzspreizsignals V_B wird so ausgewählt, daß der Arbeitszyklus des modulierten Taktsignals V_D innerhalb on 50%+/-δ liegt. Wenn f_B die Frequenz des Frequenzspreizsignals wesentlich niedriger als f_A, die erste Taktsignalfrequenz ist, dann wird V_B folgendermaßen bes timmt. VB = VA·sin[0,5·(δ/100·π]
• Typischerweise wird eine prozentuale Spitzenphasenabweichung δ benötigt, die weniger als 5% beträgt. Das ergibt eine Forderung an das V_B/V_A Verhältnis von 0,79 für δ=5%.
• Das modulierte Taktsignal kann wie folgt ausgedrückt werden, wobei J_m() die m-te Ordnung der Besselfunktion erster Art bezeichnet:

  
• Für kleine δ beträgt der Betrag der Unterdrückung der n-ten Taktharmonischen ungefähr 10·Log{J₀[n·0,5·(δ/100)]}. Wenn beispielsweise δ=5% und n=80, dann beträgt die Unterdrückung 10·Log[J₀(2)] = 6,5 dB.
• In der Praxis beträgt für das GSM das Taktsignal ungefähr 13 MHz und das Modulationssignal ungefähr 500 kHz. Dies ergibt eine Interferenz mit den empfangenen Signalen in den Kanälen 5 und 70. Diese Kanäle befinden sich bei 936 beziehungsweise 949 MHz, wobei es sich hier um die 72. und 73. Harmonischen des Haupttaktsignals handelt. Die Schaltung liefert ungefähr eine Verbesserung von 7 dB bei der Desensibilisierung, was eine wesentliche Verbesserung gegenüber Systemen ohne Frequenzspreizung darstellt. Zusätzlich wurde diese Verbesserung mit relativ wenig zusätzlichen Kosten im Verhältnis zu Schaltungen ohne Frequenzspreizung erreicht.
• Eine Schwierigkeit bei Taktmodulationstechniken besteht darin, daß das Spreizen der Harmonischen in andere Kanäle bewirken kann, daß gute Kanäle desensibilisiert werden. Wenn dies auftritt, so kann die Schaltschaltung 208 zur Verfügung gestellt werden. Die Schaltschaltung eliminiert dieses Problem durch eine Freigabe der Frequenzspreizung nur in dem Fall, wenn der ausgewählte Kanal mit einer Harmonischen des Haupttaktes zusammenfällt. In der oben angegebenen Praxis wird die Frequenzspreizschaltung freigegeben durch Schalten der Schaltschaltung 208 auf EIN nur für die Kanäle 5 und 70. Wenn die Schaltschaltung 208 entfernt wird, so wird das Modulationstaktsignal am Eingang 312 durch einen Widerstand und einen Kondensator mit dem Ausgabepuffer 210 verbunden, durch einen Kondensator alleine oder durch Übertragungsleitungen, die kapazitiv oder induktiv verbunden sind.
• Um den Strom zu vermindern, der durch die Schaltschaltung 208 gezogen wird, was in batteriebetriebenen Vorrichtungen wünschenswert ist, um die Betriebszeit einer Batterie zu verlängern, können zusätzliche Kriterien verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Schaltschaltung auf AN geschaltet wird. Somit kann die Schaltschaltung nur dann AN geschaltet werden, wenn der ausgewählte Kanal mit einer Harmonischen des Haupttaktes zusammenfällt und der Empfänger nahe an seiner Empfinglichkeitsgrenze arbeitet. Diese letztere Bedingung kann aus der Bitfehlerrate bestimmt werden, oder beim Beispiel des GSM-Funktelefons, aus den RX_LEV oder RX_QUAL-Signalen. Das RX_QUAL Signal wird durch das Funktelefon erzeugt, und hat einen Bereich von 0 bis 4. Ein RX_QUAL von: 0 steht für eine Bitfehlerrate zwischen 0,0 und 0,2%; 1 für eine Bitfehlerrate zwischen 0,2 und 0,4%; 2 für eine Bitfehlerrate zwischen 0,4 und 0,8%; 3 für eine Bitfehlerrate zwischen 0,8 und 1,6% und 4 für eine Bitfehlerrate zwischen 1,6 und 3,2%. RX_LEV bewegt sich im Bereich von 0 bis 100 und entspricht der Leistung des empfangenen Signals einschließlich der Interferenz. Der Bereich von 0 bis 100 entspricht einem Eingabepegel von -110 bis -10 dB. Ein Kriterium, das verwendet werden kann, ist das, daß die Frequenzspreizschaltung 134 nur verwendet wird, um das gepufferte Taktsignal zu modulieren, wenn das RX_QUAL Signal größer als 1 ist und der ausgewählte Kanal eine Harmonische des ersten Taktsignals ist. Ein anderes Kriterium, das verwendet werden kann, ist das, daß die Frequenzspreizschaltung nur dann verwendet wird, um das gepufferte Taktsignal zu modulieren, wenn RX_QUAL schwach ist, beispielsweise unter 15 liegt, und der ausgewählte Kanal eine Harmonische des gepufferten Taktsignals umfaßt. Auf diese Weise wird die Schaltschaltung nur AN geschaltet, wenn die Verbesserung des Signalpegels notwendig ist, um somit den Strom zu vermindern, der durch die Schaltschaltung 208 gezogen wird.
• Man kann somit sehen, daß eine Schaltung beschrieben wurde, die eine wirksame Frequenzspreizung liefert. Die Schaltung liefert eine Spreizung von Taktharmonischen in einer Schaltung, die leicht implementiert werden kann, unter Verwendung weniger Schaltungselemente und mit niedrigeren Kosten als bei Schaltungen, die bisher hierfür verwendet wurden. Zusätzlich kann durch ausgewähltes Modulieren des Taktsignals nur in solchen Kanälen, die eine Harmonische des Haupttaktsignals umfassen, die Desensibilisierung von guten Kanälen durch Frequenzspreizung verhindert werden.

Claims (7)

1. Elektrische Schaltung zur Erzeugung eines Taktsignals für eine Kommunikationsvorrichtung, welche ein moduliertes Empfangssignal empfängt, wobei das Taktsignal Harmonische aufweist, umfassend: einen Oszillator (132) zur Erzeugung des Taktsignals; eine Frequenzspreizschaltung (134), die mit dem Oszillator (132) verbunden und geeignet ausgebildet ist, das Taktsignal mit einem Frequenzspreizsignal zu modulieren, wobei die Frequenzkomponenten des Taktsignals über eine Bandbreite gespreizt werden, die größer als die Bandbreite des modulierten Empfangssignals ist, und eine Steuerschaltung (114), die mit der Frequenzspreizschaltung (134) verbunden ist und das modulierte Taktsignal empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (114) die Frequenzspreizschaltung (134) steuert, um das Taktsignal mit dem Frequenzspreizsignal zu modulieren, wenn das modulierte Empfangssignal eine Frequenz nahe einer Harmonischen des Taktsignals hat und zur Steuerung der Frequenzspreizschaltung (134), dass sie das Taktsignal nicht mit dem Frequenzspreizsignal moduliert, wenn das modulierte Empfangssignal eine Frequenz hat, die sich wesentlich von einer Harmonischen des Taktsignals unterscheidet.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei sie weiter eine Schaltschaltung (208) umfasst, die mit der Frequenzspreizschaltung (134) verbunden ist, um die Modulation mit dem Frequenzspreizsignal zu sperren.
3. Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Schaltschaltung (208) ein Vorspannungssignal und ein Spreizmodulationssignal empfängt, wobei das Vorspannungssignal die Schaltschaltung (208) AN und AUS schaltet, um ausgewählt das Spreizmodulationssignal durchzulassen.
4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Schaltschaltung (208) einen Transistor (322) umfasst, der durch das Vorspannungssignal vorgespannt ist, wobei eine Amplitude des Vorspannungssignals eingestellt wird, um eine Amplitude des Frequenzspreizsignals, das von der Schaltschaltung (208) ausgegeben wird, einzustellen.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuerschaltung (114) mit der Schaltschaltung (208) verbunden ist, um das Vorspannungssignal zu liefern, und mit einem Frequenzsynthesizer verbunden ist, um die Kommunikationsvorrichtung zu steuern, um einen Kanal aus einer Gruppe möglicher Kanäle auszuwählen, wobei das Vorspannungssignal so gewählt wird, dass es die Schaltschaltung (208) sperrt, wodurch das Taktsignal nur für eine vorbestimmte Untergruppe der Gruppe von möglichen Kanälen mit dem Frequenzspreizmodulationssignal moduliert wird.
6. Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Frequenzspreizschaltung (134) einen Summierer (206) umfasst, der mit der Schaltschaltung (208) und dem Oszillator verbunden ist, um ein Ausgangssignal der Schaltschaltung (208) mit dem Taktsignal zu kombinieren.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Frequenzspreizsignal ein im Wesentlichen konstantes Frequenzsignal ist, das eine Frequenz hat, die erheblich kleiner ist als die Frequenz des Taktsignals.