DE19713102A1 - Integrierte Empfangsschaltung für Mobiltelefon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Empfangsschaltung (im folgenden auch als Empfänger-IC bezeichnet) zur Verwendung in einem tragbaren oder Mobil-Telefon. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Empfänger- IC für ein Mobiltelefon, welches in der Betriebsart mit Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA-Modus; CDMA = Code Division Multiple Acces) und FM-Modus (Frequenzmodulations-Modus) arbeitet.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines üblichen Mobiltelefons, welches in einer dualen oder Doppel-Betriebsumgebung arbeitet, welche die CDMA- und die FM-Betriebsart beinhaltet. Der Sendeteil (TX-Teil) des Telefons arbeitet mit dem nachstehend erläuterten Aufbau folgender­ maßen: von einem Modem 101 ausgegebene Signale I und Q werden von einem QPSK-Modulator 102 (Vierphasenumtast-Modulator) QPSK- moduliert. Die modulierten Signale werden von einem veränderlichen senderseitigen Verstärker (TX-AMP) 103 verstärkt. Die verstärkten Signale werden von einem Mischer (MIX) 104 mit einem von einem lokalen oder Überlagerungs-Oszillator (OSC) 121 erzeugten Überlage­ rungssignal gemischt, wodurch ein Hochfrequenz-(HF-)Sendesignal erzeugt wird. Das HF-Sendesignal wird über ein Bandpaßfilter 105, einen Leistungsverstärker (PA) 106, einen Duplexer 107 und eine Anten­ ne 108 abgestrahlt.

Der Empfangsteil (RX-Teil) des mobilen Telefons arbeitet folgender­ maßen: ein über die Antenne 108 empfangenes HF-Signal wird über den Duplexer 107, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 109 und ein Band­ paßfilter 110 einem Mischer (MIX) 111 zugeleitet. Das empfangene Signal wird von dem Mischer 111 mit einem von dem Empfangsoszilla­ tor (OSC) 121 erzeugten Überlagerungssignal gemischt, wodurch ein ZF-Empfangssignal erzeugt wird. Das ZF-Empfangssignal wird sowohl an ein CDMA-Bandpaßfilter 112 als auch ein FM-Bandpaßfilter 113 gelegt. Eines der Ausgangssignale dieser beiden Filter wird entsprechend dem derzeit eingestellten Betriebsmodus ausgewählt. Das ausgewählte Ausgangssignal des Filters wird von einem veränderlichen empfangs­ seitigen Verstärker (RX-AMP) 114 verstärkt. Das verstärkte Signal wird von einem QPSK-Demodulator 115 demoduliert, das demodulierte Signal wird auf das Modem 101 gegeben.

Innerhalb des Modems 101 weist eine Empfangssignal-Feldstärken-An­ zeigeschaltung 116 die Feldstärke des Empfangssignals nach. Die er­ mittelte Empfangsfeldstärke wird von einem Vergleicher 117 mit Feld­ stärken-Referenzdaten verglichen. Die Differenz zwischen der nachge­ wiesenen Empfangsfeldstärke und den Referenzdaten wird sowohl auf eine empfangsseitige AGC-Spannungskorrekturschaltung 118 als auch auf eine Sendeausgang-Korrekturschaltung 119 gegeben. Die empfangs­ seitige AGC-Spannungskorrekturschaltung gibt eine AGC-Spannung (eine Stellspannung für eine automatische Verstärkungsregelung) in der Weise aus, daß die Differenz, die von dem Vergleicher 117 gebildet wird, zu Null wird, also das Ausgangssignal der Schaltung 116 mit den Referenz- Feldstärkedaten übereinstimmt, wodurch der Verstärkungsgrad des em­ pfangsseitigen veränderlichen Verstärkers (RX-AMP) 114 gesteuert wird.

Die Sendeausgang-Korrekturschaltung 119 auf der Sendeseite empfängt sowohl das Differenzsignal von dem Vergleicher 117 als auch Sendeaus­ gangs-Korrekturdaten, die den Verbindungszustand zwischen dem Mobil­ telefon und einer Basisstation widerspiegeln. Eine senderseitige AGC- Spannungskorrekturschaltung 120 liefert eine AGC-Spannung entspre­ chend den Sendeausgangs-Korrekturdaten, um den Verstärkungsgrad des veränderlichen Verstärkers (TX-AMP) 103 in der Weise zu steuern, daß das modulierte Signal umgekehrt proportional ist zu dem Pegel des empfangenen Signals.

Wenn das Mobiltelefon mit dem oben erläuterten Aufbau im CDMA- Modus arbeitet, gelangen in die Antenne 108 Signale mit einem Pegel von -105 dBm bis -25 dBm. Dies bedeutet, daß der Empfangsteil einen dynamischen Bereich von mindestens 80 dB für die Empfangssignale aufweisen muß. Im FM-Modus gelangen Signale von -120 dBm bis -20 dBm in die Antenne 108. In diesem Fall muß der Empfangsteil einen dynamischen Bereich von mindestens 100 dB aufweisen.

Derart extreme dynamische Bereiche werden durch den empfangsseitigen veränderlichen Verstärker 114 in der Weise realisiert, daß der Verstärker mehrere veränderliche Verstärker in Kaskade aufweist, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, so daß ein ZF-Empfangssignal mit ausgeprägten Pegel­ schwankungen am Eingangsanschluß des QPSK-Demodulators 115 einen konstanten Pegel aufweist. Oberwellen-Komponenten des Ausgangs­ signals des veränderlichen Verstärkers 114 werden von dem Tiefpaßfilter (TPF) 4 gedämpft, und das resultierende Signal wird in den QPSK- Demodulator 115 eingegeben. Mit Hilfe eines 90-Grad-Phasenschiebers 8, eines PLL-Teilers (1/N) 9 und eines Oszillators 10 demoduliert der QPSK-Demodulator 115 das Eingangssignal zurück in die Anfangs- Basisband-Signale I und Q.

Im CDMA-Modus werden Signale, die mit -105 dBm bis -25 dBm in die Antenne eintreten, von dem veränderlichen Verstärker 114 verstärkt, so daß sie am Eingangsanschluß des QPSK-Demodulators 115 einen konstanten Pegel besitzen. Im FM-Modus werden von den Signalen, die mit -120 dBm bis -20 dBm in die Antenne gelangen, solche mit einem Pegel zwischen -120 dBm bis -40 dBm (d. h. über 80 dB) von dem veränderlichen Verstärker 114 verstärkt. Die übrigen Signale mit -40 dBm bis -20 dBm, die den Steuerungsbereich des veränderlichen Ver­ stärkers 114 überschreiten, gelangen in diesem in Sättigung und werden mit Begrenzerwirkung bei konstantem Pegel auf den QPSK-Demodulator 115 gegeben.

Die in dem veränderlichen Verstärker 114 zur Sättigung gelangenden Signale erzeugen zwei- bis viermal soviel Oberwellen wie ihre nicht in Sättigung gelangten Gegenstücke. Diese Oberwellen werden von dem TPF 4 auf 20 dB oder darunter in bezug auf die Grundwelle gedämpft.

Die Kennlinie des TPF 4 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Ausgangssignal des TPF 4 besitzt einen CN-Abstand von mehr als 20 dB. Der QPSK- Demodulator 115 und der digitale FM-Demodulator, die unmittelbar stromabwärts angeordnet sind, müssen einen CN-Abstand von mehr als 20 dB haben, wobei der Rauschabstand des demodulierten Signals mög­ lichst größer als 45 dB sein soll. Die Frequenz des in Fig. 5 gezeigten Oszillators ist auf eine Eingangsfrequenz des veränderlichen Verstärkers 114 eingestellt.

Bei der oben aufgezeigten konventionellen Schaltungsausgestaltung sind Oberwellen, insbesondere solche vom Grad 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich ihre Frequenzen in der Nähe der Signale befinden und hohe Spannungen aufweisen. Dies macht es erforderlich, daß das zur Dämpfung von Oberwellen eingesetzte TPF 4 eine steile Sperr-Kennlinie aufweist, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Deshalb wird das TPF 4 im allgemeinen durch eine LC-Schaltung gebildet, ist mithin also nicht zur Ausbildung als integrierte Schaltung (IC) geeignet. Eine Resonanzspule L, die in dem Oszillator 10 für die QPSK-Demodulation enthalten ist, ist zu voluminös, um auf einem IC Platz zu haben. Da die Resonanzspule L nach der Montage einer Justierung bedarf, kann sie nicht als IC-Schal­ tungsanordnung ausgebildet werden.

Eine vorgeschlagene Lösung der oben aufgezeigten Schwierigkeiten ist ein solcher Aufbau des TPF 4 (mit Anschlußpunkten 6 und 7) und einer Resonanzspule L gemäß Fig. 5, daß diese beiden Teile getrennt sind und von außen zugeschaltet werden, während der veränderliche Verstärker 114, der QPSK-Demodulator 115, der 90-Grad-Phasenschieber 8, der PLL-Teiler 9 und der Oszillator 10 sämtlich in das IC eingebaut sind. Ein Problem bei diesem Schaltungsaufbau besteht darin, daß die An­ schlußpunkte 6 und 7 des TPF 4 schlecht von dem Eingangsanschluß des veränderlichen Verstärkers 114 getrennt sind. Die unzureichende Isolie­ rung macht es schwierig, die Verstärkungssteuerungs-Kennlinie von 80 dB oder mehr zu erreichen und neigt zur Beeinträchtigung der Linearität der Verstärkungssteigung.

Untersuchungen haben ergeben, daß zwischen 100 und 300 MHz die Entkopplung zwischen den Anschlüssen etwa 40 bis 50 dB beträgt. Wenn die Verstärkung des Verstärkers auf -50 bis +40 dB eingestellt ist, um anderen Anforderungen zu genügen, kann die notwendige Dämpfung von -50 dB nicht erzielt werden. Wenn außerdem in dem IC Leiteranschlüsse zum Anschließen des TPF 4 ausgebildet sind, erreicht ein Schwingungssignal von der Resonanzspule L die Anschlußpunkte 6 und 7 des TPF 4 und den Eingangsanschluß des Verstärkers 114. Das Schwingungssignal und ein durch den Begrenzervorgang entstehendes Signal führen zu einer Schwebung innerhalb des QPSK-Demodulators 115, wodurch das CN-Verhältnis der Signale I und Q beeinträchtigt wird.

Es ist daher Ziel der Erfindung, die oben aufgezeigten sowie weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Empfänger- IC für ein Mobiltelefon zu schaffen, welches eine Empfängerschaltung enthält, die bei Verwendung in einem Mobiltelefon oder dergleichen, welches in einer Doppelbetriebsart arbeitet, die den CDMA-Modus und den FM-Modus beinhaltet, hohe Verstärkungskennlinie erfordert.

Erreicht wird dies durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Empfänger-IC sind der veränderliche Ver­ stärker, das Tiefpaßfilter und der QPSK-Demodulator über Signalleitun­ gen in symmetrierter Weise miteinander verbunden, um möglicherweise in den einzelnen Schaltungen entstehende Oberwellen zu minimieren. Dies umgeht das Erfordernis, daß das Tiefpaßfilter eine steile Sperr­ kennlinie besitzen muß. Folglich läßt sich das Tiefpaßfilter als aktives Filter ausbilden, welches für die Ausbildung in einer integrierten Schal­ tung (IC) geeignet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Empfän­ ger-IC für ein Mobiltelefon außerdem einen Oszillator, der ein Schwingungssignal mit einer Frequenz ausgibt, die doppelt so groß ist wie das von dem QPSK-Demodulator demodulierte Signal, und einen Teiler zum Teilen der Frequenz des Schwingungssignals durch zwei, bevor das Signal an den QPSK-Demodulator gelegt wird, wobei den QPSK-Demodulator und den Teiler verbindende Signalleitungen sym­ metriert und ausgeglichen sind.

Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Empfänger-IC für ein Mobiltelefon einen Verstärker zum Auswählen eines empfangenen Signals im CDMA-Modus oder im FM-Modus, und zum Ausgeben des ausgewählten Signals an den veränderlichen Ver­ stärker, wobei den Verstärker und den veränderlichen Verstärker ver­ bindende Signalleitungen symmetriert und ausgeglichen sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Empfänger-IC für ein Mobiltelefon als praktische Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Kennlinien von zwei Tiefpaß­ filtern, von denen der eine der Ausführungsform nach Fig. 1 entspricht und der andere einem konventionellen TPF ent­ spricht;

Fig. 3 ist eine Schaltungsskizze, die Einzelheiten des in Fig. 1 vorhan­ denen Tiefpaßfilters zeigt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines üblichen Mobiltelefons, welches in einer Doppelbetriebsart-Umgebung arbeitet, welche den CDMA-Modus und den FM-Modus beinhaltet; und

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer konventionellen Empfängerschal­ tung.

Nach Fig. 1 wird von einem Verstärker 1 oder 2 ein Ausgangssignal eines CDMA-Bandpaßfilters 12 oder eines FM-Bandpaßfilters 113 aus­ gewählt. Das ausgewählte Signal wird von einem veränderlichen Ver­ stärker 114 verstärkt. Harmonische oder Oberwellen des verstärkten Signals werden von einem Tiefpaßfilter (TPF) 4a gedämpft. Das aus dem Tiefpaßfilter 4a kommende Signal wird von einem QPSK-Demodu­ lator 115 demoduliert. In dem QPSK-Demodulator 115 wird das Ein­ gangssignal in die Anfangs-Basisband-Signale I und Q mit Hilfe eines Halbteilers 8a, eines PLL-Teilers 9 und eines Oszillators 10a zurück­ demoduliert. Der Oszillator 10a gibt ein Schwingungssignal aus, dessen Frequenz doppelt so hoch ist, wie die des von dem QPSK-Demodulator 115 demodulierten Signals. Der Halbteiler 8a teilt das Schwingungs­ signal durch zwei, und er sendet das resultierende Signal an den QPSK- Demodulator 115.

Die Signalleitungen, welche das CDMA-Bandpaßfilter 112 und das FM- Bandpaßfilter 113 mit den Verstärkern 1 bzw. 2, dem veränderlichen Verstärker 114, dem TPF 4a und dem QPSK-Demodulator 115 verbin­ den, sind symmetriert und entkoppelt, das gleiche gilt für die Signallei­ tungen, welche den Halbteiler 8a mit dem QPSK-Demodulator 115 verbinden. Die Verstärker 1 und 2, der veränderliche Verstärker 114, das TPF 4a, der QPSK-Demodulator 115, der Halbteiler 8a und der Oszillator 10a sind sämtlich vom symmetrierten Typ und sind in Form eines IC ausgebildet (in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 16 angedeutet).

Der gesamte veränderliche Verstärkungsbereich des veränderlichen Ver­ stärkers 114 ist für 80 bis 90 dB eingestellt. Das TPF 4a wird durch ein aktives Filter gebildet, dessen Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt sind. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Dämpfungsverlauf des TPF 4a bei den Ober­ wellen dritter und höherer Ordnung auf 20 dB oder darüber eingestellt. Das den TPF 4a bildende aktive Filter ist anschaulich dargestellt in der japanischen Patentanmeldung Hei 6(1994)-333856 und wird weiter unten näher erläutert.

Bei dem obigen Aufbau sind der veränderliche Verstärker 114, das TPF 4a und der QPSK-Demodulator 115 vom symmetrierten Typ (Balanced Type), so daß von denjenigen Oberwellen, die aus Signalen entstehen, welche den veränderlichen Verstärkungsbereich des variablen Ver­ stärkers 114 übersteigen (d. h., Oberwellen, die sich aus dem Begren­ zungsvorgang ergeben) diejenigen Oberwellen, die eine geradzahlige Ordnung aufweisen, auf 20 dB oder weniger gegenüber der Grundwelle reduziert werden. Im Ergebnis braucht die erforderliche Dämpfungs­ kennlinie des TPF 4a nur so zu sein, daß Oberwellen der Ordnung drei oder höherer Ordnung gedämpft werden.

Weil ein derart sanfter Dämpfungsverlauf zur Erreichung dieser Funk­ tion ausreicht, kann das TPF 4a durch ein aktives Filter ausgebildet werden. Dementsprechend werden der veränderliche Verstärker 114, das TPF 4a und der QPSK-Demodulator 115 in Form eines IC ausgebildet. Wegen des in das IC einbezogenen TPF 4a sind Leitungsanschlüsse für einen externen Anschluß des TPF nicht mehr notwendig. Dies verbessert die Schaltungsentkopplung. Untersuchungen und Simulationen in elek­ trischen Feldern haben gezeigt, daß eine Bipolar-IC-Anordnung eine Schaltungsentkopplung von 70 dB oder darüber bei 100 MHz erreicht. Wenn der Bereich der veränderlichen Verstärkung des veränderlichen Verstärkers auf -50 dB bis +30 dB eingestellt wird, können die Effekte der Schaltungsentkopplung im Grunde genommen beseitigt werden. Dies macht es möglich, die oben erläuterte IC-Ausbildung mit einer Ver­ stärkungssteuerkennlinie auszustatten, die derjenigen konventioneller Schaltungsanordnungen gleichkommt.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau liefert der Oszillator 10a am Aus­ gang ein Signal mit einer Frequenz, die doppelt so groß ist wie das demodulierte Signal, und der Halbteiler 8a und der Oszillator 10a sind vom symmetrierten Typ. Diese Anordnung minimiert den Betrag der diese Schaltungen verlassenden und den veränderlichen Verstärker 114 oder das TPF 4a erreichenden Signale. Dadurch hört auch der QPSK- Demodulator 115 auf, an Signal-Schwebungen aufgrund des Begren­ zungsvorgangs zu leiden, so daß das CN-Verhältnis der Signale I und Q vor einer Verschlechterung bewahrt wird.

Claims (3)

1. Integrierte Empfängerschaltung für ein Mobiltelefon, umfassend:
einen eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärker (114) zum Verstärken eines Empfangssignals mit veränderlichem Ver­ stärkungsgrad;
ein Tiefpaßfilter (4a) zum Verstärken des von dem eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärkers (114) verstärkten Signals; und
einen Vierphasenumtastungs-Demodulator (115) zum Demodulieren des durch das Tiefpaßfilter (4a) gegangenen Signals durch Vier­ phasenumtastung (QPSK);
wobei Signalleitungen, die den eine veränderliche Verstärkung auf­ weisenden Verstärker (114), das Tiefpaßfilter (4a) und den QPSK- Demodulator (115) verbinden, symmetriert sind.

2. Integrierte Empfängerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Oszillator (10a), der ein Schwingungssignal mit einer Frequenz ausgibt, die doppelt so hoch ist wie die des von dem QPSK-Demodulator (115) demodulierten Signals, und einen Teiler (8a) zum Teilen der Frequenz des Schwingungssignals durch zwei, bevor das Signal an den QPSK-Demodulator (115) gelegt wird, wo­ bei Signalleitungen, die den QPSK-Demodulator und den Teiler (8a) miteinander verbinden, symmetriert sind.

3. Integrierte Empfangsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Verstärker (1; 2) zum Auswählen eines in entweder im Viel­ fachzugriff-Codemultiplex-Modus oder im Frequenzmodulations- Modus empfangenen Signals und zum Ausgeben des ausgewählten Signals an den eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Ver­ stärker (114), wobei Signalleitungen, die den Verstärker (1; 2) und den eine veränderliche Verstärkung aufweisenden Verstärker (114) verbinden, symmetriert sind.