DE60038024T2

DE60038024T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Lokaloszillatorsignals

Info

Publication number: DE60038024T2
Application number: DE60038024T
Authority: DE
Inventors: Pascal Audinot
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: US20020049046A1; US7466968B2; EP1199811A1; ATE386370T1; EP1199811B1; DE60038024D1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf den Bereich von Funk-Kommunikationen und insbesondere auf eine Methode und einen Apparat zum Bereitstellen eines Signals von einem Lokaloszillator.
HINTERGRUND
Die meisten der aktuellen Architekturen von Global Systems for Mobile communication (GSM)-Funkfrequenz (RF)-Sendern basieren auf der Modulationsschleifen-Architektur. Währenddessen gibt es für Empfänger-Architekturen die Tendenz, die Direktumwandlungs-Architektur anzuwenden, um höhere Integrationsdichten zu erreichen. Größere Integrationsdichten werden in Direktumwandlungs-Architekturen erreicht, da keine Zwischen-Frequenz (IF) und Spiegelunterdrückungs-Filter verwendet werden müssen.
Mit der Entwicklung zu immer größeren Integrationsdichten liefern manche RF-Halbleiter-Hersteller integrierte Schaltkreise von Mehr-Band-Sender-Empfängern, die für die Verwendung in Hand-Held- oder mobilen Anwendungen den Empfänger und den Großteil der Sender-Teile integrieren. Ein Beispiel eines solchen Mehr-Band-Sender-Empfänger-IC ist der UAA3535HL GSM/DCS/PCS-Mehr-Band-Sender-Empfänger mit niedriger Leistungsaufnahme, der von Philips Semiconductors hergestellt wird. Dieser IC bietet Unterstützung für GSM, Digital Cellular communication Systems (DCS) und Personal Communication Services (PCS). Wie der UAA3525HL-Mehr-Band-Sender-Empfänger-IC erfordern die meisten momentan verfügbaren RF-Sender-Empfänger-Lösungen zwei externe, spannungsgesteuerte Zwei-Band-Oszillatoren (VCOs). Ein externer Mehr-Band-VCO wird für den Sender-Teil benötigt, und ein externer Mehr-Band-VCO wird für den Empfänger-Teil benötigt. Dies trägt natürlich nicht nur zu den Kosten der Anordnung bei, sondern vergrößert auch den zur Implementierung der Anordnung benötigten Raum. Es besteht daher auf diesem Fachgebiet ein Bedarf für eine Lösung des vorgenannten Mehr-VCO-Problems.
US 5,999,824 offenbart einen Funksignal-Verarbeitungs-Apparat eines tragbaren Telefons, der einen ersten Sende/Empfangs-Modus, wie einen digital/analog-kompatiblen Modus, und einen zweiten Sende/Empfangs-Modus, wie einen PSC (personal communication service)-Modus, haben kann.
EP 798880 offenbart ein Beispiel eines Zwei-Band-Direktumwandlungs-Sender-Empfängers für ein Mobiltelefon.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, von denen geglaubt wird, dass sie neuartig sind, werden insbesondere in den angehängten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung verstanden werden, unter Heranziehung der begleitenden Zeichnungen, in deren verschiedenen Figuren gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:
1 ein vereinfachtes Block-Diagramm eines Funk-Sender-Empfängers gemäß der Erfindung zeigt.
2 ein Funk-Gerät gemäß der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Obwohl die Beschreibung mit Ansprüchen abschließt, die die Merkmale der Erfindung beschreiben, die als neuartig betrachtet werden, wird angenommen, dass die Erfindung besser unter Berücksichtigung der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren verstanden wird, in denen gleiche Bezugszahlen fortgeschrieben werden.
Um den Störstrahlungs-Spezifikationen im Empfangs-Band, die von der GSM-Norm gefordert werden, zu entsprechen, muss der Zwei-Band-VCO strengen Leistungsanforderungen beim Phasen-Rauschen gerecht werden, die –165 dBc/Hz bei 20 MHz Offset im Tief-Band und –154 dBc/Hz bei 20 MHz im Hoch- Band betragen. Im Empfänger-Teil leidet die Architektur eines Direktumwandlungs-Empfängers unter einigen Problemen. Ein mit der Direktumwandlungs-Architektur verknüpftes Problem ist, dass das I- und Q-Signal des lokalen Demodulator-Oszillators (LO) zur Antenne durchdringen kann, da es keine Unterdrückung durch die Verstärker mit geringem Rauschen (LNAs) und die vorderen Filter gibt, die auf die selbe Frequenz abgestimmt sind. Ein weiteres Problem ist, dass ein parasitärer Gleichspannungs-Versatz, der dem abwärtskonvertierten, gewünschten Signal überlagert ist, durch Selbstmischen des LO-Signals oder eines RF-Stör-Signals erzeugt wird, da die LO- und RF-Mischer mit der gleichen Frequenz arbeiten. Ein weiteres, mit der Direktumwandlungs-Architektur verknüpftes Problem ist, da die Spiegelunterdrückungs-Filter entfernt sind, dass am I/Q-RF-Anschluss des Demodulator-Mischers Außerhalb-Band-Sperrsignale größer sind als Innerhalb-Band-Sperrsignale, was die Anforderungen an das Phasenrauschen des LO-Signals wegen gegenseitigen Misch-Effekten sehr strikt macht.
Die vorliegende Erfindung nutzt den Zwei-Band-VCO, der bereits in der Sender-Architektur benötigt wird, ebenso für den Empfangs-Betrieb. Da die Arbeitsfrequenzen von DCS und PCS fast das Zweifache der GSM-Frequenzen betragen, wird im Hoch-Band-Empfangsmodus die Tief-Band-VCO-Frequenz mit zwei multipliziert, um das Signal des Lokaloszillators (LO) zu erzeugen. Im Tief-Band-Empfangsmodus wird die Hoch-Band-VCO-Frequenz durch zwei geteilt.
Zu den Vorteilen der Nutzung des selben VCO sowohl für den Sende- als auch für den EmpfangsBetrieb, die von der vorliegenden Erfindung geboten werden, gehören reduzierte Anforderungen an die Anzahl von externen Teilen, da nur ein externer Zwei-Band-VCO benötigt wird. Der Empfänger-Teil ist ferner weniger LO-Einstreuung durch Strahlung ausgesetzt, da der VCO nicht mit der gleichen Frequenz auftritt wie das gewünschte Signal. Des Weiteren ist der Empfänger gegenüber Gleichspannungs-Versatz durch Strahlung weniger ausgesetzt, da der Zwei-Band-VCO nicht mit der gleichen Frequenz arbeitet wie das gewünschte Signal auftritt.
Mit dem Konzept des umschaltbaren VCO nach der vorliegenden Erfindung wird der Empfänger-Teil gegenüber Gleichspannungs-Versatz durch Kopplung über Strahlung weniger empfindlich. Ferner profitiert dieses Konzept von den Forderungen für geringes Phasen-Rauschen im Sende-Modus, um im Empfangs-Modus die Auflagen für geringes Phasen-Rauschen zu erfüllen.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein vereinfachtes Block-Diagramm eines Funkfrequenz (RF)-Sender-Empfängers 100 gemäß der Erfindung gezeigt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist ein Zwei-Band-VCO 102 mit einem Sender-Empfänger-Block 106 gekoppelt, der einen Empfänger- und einen Sender-Teil besitzt. Der Sende-Pfad-Ausgang des VCO 102 ist mit einem Zwei-Band-Leistungsverstärker 104 gekoppelt, dessen Ausgang über Schalt-Plexer 108 schaltbar mit der Antenne 110 gekoppelt ist. An der Vorderseite des Empfangs-Pfades stehen drei Band-Pass-Filter 112, 114 und 116 parallel zur Verfügung. Filter 112 steht für den Bereich der GSM-Empfangsfrequenz von 925–960 MHz zur Verfügung, Filter 114 steht für den Bereich der PCS-Empfangsfrequenz von 1930–1990 MHz zur Verfügung und Filter 116 steht für den Bereich der DCS-Empfangsfrequenz von 1805–1880 MHz zur Verfügung.
Im Inneren des Sender-Empfänger-Blocks 106 befindet sich eine Gruppe von LNAs, jeweils einer von ihnen ist paarweise mit einem der Band-Pass-Filter 112–116 gekoppelt. Der Sender-Empfänger-Block 106 führt die Signale I 122 und Q 124 am Eingang zum Sender und verarbeitet die Signale für die Aussendung. Währenddessen liefert der Empfänger-Teil Signale I 126 und Q 128 an den Rest des Sender-Empfängers (nicht gezeigt), zur Darstellung in Form von Audio oder Daten. Im Einklang mit der bevorzugten Ausführungsform wird, wenn in einem ersten oder Hoch-Band-Empfangsmodus für den Empfang von entweder PCS (1930–1990 MHz) oder DCS (1805–1880 MHz) befindlich, das Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal (880–995 MHz), das auf Leitung 120 bereitgestellt wird, mit einem Faktor „X" multipliziert, in diesem Fall durch den Multiplizierer-Schaltkreis 132 mit einem Faktor von 2 (zwei), um das benötigte LO-Empfangs-Signal zu erzeugen. Während in einem zweiten oder Tief-Band-Empfangsmodus für GSM (925–960 MHz) befindlich, wird das Hoch-Band-VCO-Frequenz-Signal (1760–1990 MHz), das auf Leitung 120 vom Zwei-Band-VCO 102 bereitgestellt wird, durch einen Faktor „Y" geteilt, in diesem Fall vom Teiler-Schaltkreis 130 durch einen Faktor von 2 (zwei), um das für die GSM-Operation benötigte LO zu erzeugen.
Verglichen mit einem VCO, der ausschließlich für den Sender bestimmt ist, muss der Abstimmbereich des Zwei-Band-VCO 102 erweitert werden. Ferner ist es wünschenswert, zwei einstellbare Pegel der Ausgangs-Leistung zu haben, um den Stromverbrauch im Sende- und Empfangs-Modus zu optimieren. Um den Aufbau des VCO zu vereinfachen, ist ebenso eine einzige Spannungssteuerleitung wünschenswert. Von daher muss das Schleifen-Filter 134 einstellbar sein und für zwei verschiedene Bandbreiten ausgelegt sein, abhängig davon, ob im Empfangs-Operationsmodus (etwa 50 kHz) oder ob im Sende-Operationsmodus (etwa 1 MHz) befindlich. Durch Schalten des Haupt-Phasenregelkreises (PLL) und der Modulations-Schleifen-Ladungspumpen und internes Schalten der Schleifen-Filter-Widerstände auf verschiedene Werte kann dies erreicht werden. Obwohl nicht im vereinfachten Block-Diagramm von 1 gezeigt, wird entweder der Tief-Band- oder der Hoch-Band-Empfangs-Mischer-Abschnitt abhängig vom Arbeits-Band selektiv durch die Steuerung (nicht gezeigt) des Sender-Empfängers 100 in den Empfangs-Pfad geschaltet.
Die Architektur der vorliegenden Erfindung profitiert von den Forderungen für geringes Phasen-Rauschen des Mehr-Band-GSM/DCS/PCS-Sender-Empfänger im Sende-Modus, um im Empfangs-Modus die Auflagen für geringes Phasen-Rauschen zu erfüllen. Angesichts der Architektur der vorliegenden Erfindung mit einem einzigen Zwei-Band-VCO wird der Empfänger unempfindlicher gegenüber Gleichspannungs-Versatz durch Kopplung über Strahlung. Wie zuvor erwähnt, verringert der Aufbau ferner die Empfindlichkeit gegenüber durch Strahlung verursachte Einstreuung des LO-Signals. Weiter minimiert der Aufbau die Anzahl an benötigten externen VCOs und hilft, die Integrationsdichte des Sender-Empfängers weiter zu erhöhen. In 2 ist ein Mehr-Band-Funktelefon gezeigt, das den RF-Sender-Empfänger 100 der vorliegenden Erfindung verwendet.
Indem die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, wird klar werden, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Zahlreiche Modifikationen, Änderungen, Variationen, Ersetzungen und Äquivalente werden denen einfallen, die fachlich qualifiziert sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, zu verlassen.

Claims

Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger enthält: – einen Sender-Teil – einen Empfänger-Teil, der einen Direktumwandlungs-Empfänger enthält, – einen einzigen, spannungsgesteuerten Mehr-Band-Oszillator (VCO) (102), der ein Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal und ein Hoch-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal zur Verwendung durch den Sender-Teil des Sender-Empfängers liefert, wobei der Sender-Empfänger-Schaltkreis dadurch gekennzeichnet ist, dass er enthält: einen Multiplizierer-Schaltkreis (132), um das Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal mit einem Faktor X zu multiplizieren und um ein erstes Signal von einem lokalen Oszillator zu erzeugen, zur Verwendung durch den Empfänger-Teil des Sender-Empfängers, wenn der Empfänger-Teil in einem ersten Empfangs-Modus arbeitet, wobei der Mehr-Band-VCO nicht mit der Frequenz arbeitet, die gleich der Empfangs-Frequenz ist; und einen Teiler-Schaltkreis (130) zum Teilen des Hoch-Band-VCO-Frequenz-Signals durch einen Faktor Y und zum Erzeugen eines zweiten Signals von einem lokalen Oszillator zur Verwendung durch den Empfangs-Teil des Sender-Empfängers, wenn der Empfänger-Teil in einem zweiten Empfangs-Modus arbeitet, wobei der Multi-Band-VCO nicht mit der Frequenz arbeitet, die gleich der Empfangs-Frequenz ist.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Anspruch 1 definiert, in dem der erste Empfangs-Modus das Arbeiten im Personal Communication Services (PCS)-Empfangs-Band oder im Digital Cellular Communications Systems (DCS)-Empfangs-Band enthält.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, in dem der zweite Empfangs-Modus das Arbeiten im Global Systems for Mobile communications (GSM)-Empfangs-Band enthält.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Ansprüchen 1 bis 3 definiert, in dem das Tief-Band-VCO-Ausgangssignal im Bereich von 880 bis 995 MHz liegt und das Hoch-Band-VCO-Ausgangssignal im Bereich von 1760–1920 MHz liegt.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Ansprüchen 1 bis 4 definiert, in dem die Faktoren X und Y beide gleich zwei sind.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Ansprüchen 1–5 definiert, der des Weiteren ein programmierbares Schleifen-Filter (134) einschließt, das mit dem Mehr-Band-VCO gekoppelt ist, wobei das Schleifen-Filter programmierbar ist zwischen einer ersten Bandbreite, wenn der Sender-Empfänger im Empfangs-Modus ist, und einer zweiten Bandbreite, wenn der Sender-Empfänger im Sende-Modus ist.
Ein Funkfrequenz-Sender-Empfänger wie in Anspruch 6 definiert, in dem die erste Bandbreite des Schleifen-Filters etwa 50 kHz beträgt und die zweite Bandbreite etwa 1 MHz beträgt.
Ein Verfahren zum Erzeugen eines Empfänger-Signals mit einem lokalen Oszillator (10) in einem Sender-Empfänger, der besitzt: – einen Sender-Teil, – einen Empfänger-Teil, der einen Direktumwandlungs-Empfänger enthält, – einen spannungsgesteuerten Mehr-Band-Oszillator (VCO) (102), der ein Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal und ein Hoch-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal zur Verwendung durch den Sender-Teil des Sender-Empfängers liefert, wobei die Methode dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die Schritte enthält: Multiplizieren des Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignals mit einem Faktor X und Liefern eines ersten Signals von einem lokalen Oszillator zur Verwendung im Empfangs-Teil des Sender-Empfängers, wenn der Empfänger in einem ersten Empfangs-Modus arbeitet, wobei der Mehr-Band-VCO nicht mit der Frequenz arbeitet, die gleich der Empfangs-Frequenz ist; und Teilen des Hoch-Band-VCO-Frequenz-Signals durch einen Faktor Y und Erzeugen eines zweiten Signals von einem lokalen Oszillator zur Verwendung durch den Empfänger-Teil des Sender-Empfängers, wenn der Empfänger-Teil in einem zweiten Empfangs-Modus arbeitet, wobei der Mehr-Band-VCO nicht mit der Frequenz arbeitet, die gleich der Empfangs-Frequenz ist.
Eine Methode wie in Anspruch 8 beschrieben, in der der erste Empfangs-Modus das Arbeiten im Personal Communication Services (PCS)-Empfangs-Band oder im Digital Cellular Communication Systems (DCS)-Empfangs-Band enthält, und in der das Tief-Band-VCO-Frequenz-Ausgangssignal verwendet wird, wenn in dem Sende-Band des Global Systems for Mobile communications (GSM) gesendet wird.