DE69838382T2

DE69838382T2 - Konfigurierbare integrierte Ein-Chip-Sende-/Empfangschaltung

Info

Publication number: DE69838382T2
Application number: DE69838382T
Authority: DE
Inventors: Richard B. Sunrise MEADOR; Kenneth A. Round Rock HANSEN; Walter H. Sunrise KEHLER; Gary A. Austin KURTZMAN; Rajesh H. Sunrise ZELE
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-30
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2018-05-01
Also published as: DE69838382D1; US5953640A; EP0979557A4; CN1104782C; AU7273698A; AR017008A1; EP0979557B1; CN1254457A; EP0979557A1; GB9924889D0; WO1998049779A1; GB2342521A; GB2342521B

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft allgemein Funk-Transceiver und insbesondere integrierte Schaltkreisvorrichtungen, welche Transceiverfunktionen implementieren.
HINTERGRUND
Ein Funktransceiver ist für gewöhnlich so aufgebaut, dass er Baublöcke aufweist, welche unter anderem Empfängerfunktionen, Senderfunktionen sowie Audioverarbeitungsfunktionen implementieren. Im Allgemeinen werden diese Funkvorrichtungs-Baublöcke unter Verwendung einer Vielzahl von Schaltkreisen implementiert, wobei einige davon einen hohen Integrationsgrad aufweisen. Es werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Größe und die Kosten von Funktransceivern zu reduzieren. In diesem Bemühen werden wichtige Abschnitte von Funkschaltkreisen integriert, und werden als kundenspezifische Chipsätze oder Custom-Chip-Sätze, welche eine besondere Funktion ausführen, zur Verfügung gestellt. Custom-Chip-Sätze oder kundenspezifische Chipsätze ermöglichen es einem Kkonstrukteur von Funkvorrichtungen, die Vorteile der erhelblichen Kosteneinsparungen einzusetzen, wenn die Chipsätze massenproduziert werden. Solche Kos teneinsparungen tendieren jedoch dazu, insofern auf Kosten der Flexibilität stattzufinden, da die Schaltkreise nicht einfach auszuwechseln sind, ohne dass erhebliche Kosten bei der Konstruktion und Herstellung neuer kundenspezifischer Chipsätze entstehen. Beispielsweise ist für gewöhnlich eine Neukonstruktion des Custom-Chip oder kundenspezifischen Chip erforderlich, falls einige Schaltkreise zufriedenstellend sind, während andere Schaltkreise es nicht sind.
Es besteht der Wunsch, möglichst viele Funktionen auf einem einzigen integrierten Schaltkreis zu integrieren, wenn ein Funktransceiver implementiert wird. Ein auf einem gemeinsamen Substrat integriertes gesamtes Transceiversystem würde dazu neigen, Kosten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Jedoch führt die Schwierigkeit bei der Konstruktion und Integration geeigneter Schaltkreise zu begrenzten praktischen Implementierungen. Vorzugsweise sollte ein integriertes Transceiversystem so konstruiert sein, dass es eine gewisse Flexibilität durch Verbesserung der Leistung und Funktionalität zulässt. Daher wird ein konfigurierbarer Einchip-Funktransceiver benötigt.
EP 0 580 341 beschreibt einen integrierten Schaltkreis zur Verwendung in einem schnurlosen Telefon, wobei der integrierte Schaltkreis eine Vielzahl von Gesichtspunkten aufweist, welche einen In-Circuit-Emulations-Mechanismus, verbesserte Rauschunterdrückungs-Verfahren sowie einen Niedrigenergie-Notmodus-Mechanismus einschließen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver gemäß den anliegenden Ansprüchen bereitgestellt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Architektur eines integrierten Schaltkreises mit Einchip-Transceiver gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein vereinfachtes Blockdiagramm der Architektur des integrierten Schaltkreises mit Einchip-Transceiver, welches Schnittstellen für die Konfigurierbarkeit anzeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ein Blockdiagramm, welches eine erste Konfiguration einer Funkvorrichtung zeigt, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
4 ein Blockdiagramm, welches eine zweite Konfiguration einer Funkvorrichtung zeigt, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver sowie ein externes Ersatz-Empfänger-Front-End gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
5 ein Blockdiagramm, welches eine dritte Konfiguration einer Funkvorrichtung zeigt, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver, einen externen Ersatz-Synthesizer sowie einen Ersatz-Referenzoszillator gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist; und
6 ein Blockdiagramm, welches eine vierte Konfiguration einer Funkvorrichtung zeigt, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver sowie externe Audioverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung stellt eine Architektur eines konfigurierbaren integrierten Schaltkreises (IC) mit Einchip-Transceiver bereit. Der integrierte Schaltkreis mit Einchip-Transceiver weist eine Vielzahl von on-chip-Schaltungen auf, welche unter anderem Empfängerfunktionen, Senderfunktionen sowie Audioverarbeitungsfunktionen implementieren. Der integrierte Schaltkreis oder IC weist Schnittstellen auf, welche zwischen den on-chip-Schaltungen angeordnet sind, und weiter Schnittstellen, welche eine on-chip-Schaltung mit der anderen verbindet. Zumindest einige dieser on-chip-Schnittstellen sind so konfigurierbar, dass sie einen off-chip-Verarbeitungsschaltkreis als Ersatz für einen entsprechenden on-chip-Schaltkreis koppeln. In der bevorzugten Ausführungsform unterstützt der integrierte Schaltkreis mit Einchip-Transceiver Funkvorrichtungskonfigurationen, welche off-chip-Implementierungen entsprechender on-chip-Schaltkreise zur Ausführung von Empfänger-Front-End-Funktionen, Synthesizer-Funktionen, Referenzoszillator-Funktionen sowie Audioverarbeitungs-Funktionen aufweisen.
1 ist ein Blockdiagramm wichtiger Abschnitte eines integrierten Schaltkreises mit Einchip-Transceiver (ECT IC) 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der integrierte Schaltkreis mit Einchip-Transceiver oder ECT IC 100 weist Blöcke auf, welche einen Direktumwandlungs-Empfänger 101, einen ganzzahligen Lokaloszillator(LO)-Synthesizer 117, einen Referenzoszillator sowie eine zugehörige bzw. damit verbundene Temperaturkompensations-Schaltkreisanordnung 103 implementieren, sowie einen Audioverarbeitungsblock, welcher eine Empfangs-Audioschaltkreis-anordnung 150 sowie eine Sende-Audio-Schaltkreisanordnung 160 aufweist. Der ECT IC 100 weist zudem ein serielles Portschnittstellen(SPI)-Register 126 auf, welches eine Programmierung durch eine externe Quelle wie beispielsweise einen Mikroprozessor vereinfacht.
Der Direktumwandlungs-Empfänger 101 arbeitet mit einem eingehenden Funkfrequenz(RF)-Signal 102, welches vorzugsweise eine Frequenzreichweite von 40 MHz bis 600 MHz aufweist. Das eingehende RF-Signal 102 stellt einen Eingang in eine RF-Vorverstärkerstufe 104 bereit. Die RF-Vorverstärkerstufe 104 liefert eine rauscharme Verstärkung und verwendet eine Eingabe von einem automatischen Verstärkungsregelungs(AGC)-Schaltkreis 142. Der Ausgang der Vorverstärkerstufe 104 stellt eine Eingabe für Abwärts-Umwandlungsmischer 130, 131 bereit. Vorzugsweise ist die Ausgabe eines Mischers 131 um 90 Grad von der Ausgabe des anderen Mischers 130 phasenverschoben. Die abwärts umgewandelten Signale werden von Tiefpassfiltern 132, 133 gefiltert. In der bevorzugten Ausführungsform weist das Filter eine Bandbreite auf, welche über das SPI-Register 126 programmierbar ist. Die gefilterte Ausgabe der Tiefpassfilter 132, 133 liefert eine Eingabe für eine Abwärts-Umwandlungsstufe 105, welche die Basisbandsignale in frequenzumgesetzte gleichphasige oder phasengleiche (I) Signale und Quadratursignale (Q) umwandelt, welche Eingaben für Begrenzer 134, 135 bilden. Darüber hinaus werden die Ausgaben von den Aufwärts-Umwandlungsmischern 105 zur Erzeugung eines AGC-Signals und eines Empfangssignal-Stärkenanzeige(ESSA)-Signals 125 verwendet. Der AGC-Schaltkreis 142 wird verwendet, um zu verhindern, dass ein starkes kanalinternes oder On-Channel-Signal den Empfänger überlastet. Als Anzeige der On-Channel-Trägersignalstärke liefert das ESSA-Signal 125 eine off-chip-Ausgabe, welche für Überwachungszwecke eingesetzt werden kann. Die Basisbandsignale werden auch für einen off-chip-Einsatz bereitgestellt. Die Ausgaben aus den Begrenzern 134, 135 liefern Eingaben für einen Frequenzmodulations(FM)-Demodulator 107. Der Demodulator 107 stellt ein Ausgangssignal bereit, welches sich proportional zur Frequenzabweichung seines Eingangssignals verhalt. Das Ausgangssignal aus dem Demodulator 107 ist mit einer Summiereinrichtung oder einem Addierer 136 gekoppelt, welche das demodulierte Signal mit einer Eingabe von einem Modulationskom pensationsblock 137 addiert, um ein Audiosignal mit einer im Wesentlichen flachen Frequenzantwort bereitzustellen. Für den Empfänger 101 ist die Summierung der Signale nützlich, da der LO-Synthesizer 117 derart programmiert sein kann, dass er die Frequenz des eingehenden RF-Signals taktet. Die Taktung oder Gleichlaufherstellung wird mit einem N-Divisions- oder Divide-by-N)-Block 138, einem Taktungs-Phasendetektor 139, einem Taktungs-VCO 140 und einem Taktungs-Mischer 141 implementiert. Die Taktung oder Gleichlaufherstellung des RF-Eingangssignals und die Aufsummierung der Signale werden ausführlicher im US-Patent 5,584,062 beschrieben, welches am 10. Dezember 1996, Meador et al., unter dem Titel "Method and Apparatus for Compensating Phase Locked Receivers, Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation phasenstarrer Empfänger" erteilt wurde.
Das demodulierte Signal aus der Summiereinrichtung 136 liefert eine Eingabe für die Empfangs-Audioschaltkreisanordnung 150. In der Empfangs-Audioschaltkreisanordnung 150 ist ein Empfangsfilter 109 an das demodulierte Signal aus der Summiereinrichtung 136 gekoppelt. Der Empfängerfilter 109 stellt eine FM-De-Emphasis oder FM-Rückentzerrung und Filterung des demodulierten Signals bei Frequenzen im Audiobereich bereit. Die Ausgabe des Empfängerfilters 109 stellt eine Eingabe für einen Kompander 115 bereit. Der Kompander 115 liefert eine Verstärkungsreduzierung auf einen niedrigen Rauschpegel und von Störsignalen Die Ausgabe aus dem Kompander 115 stellt eine Eingabe für einen Lautstärkenregelungs-Block 110 bereit, welcher mit einem programmierbaren Widerstands-Dämpfglied implementiert ist. Der Lautstärkenregelungs-Block 110 wird über das SPI-Register 126 programmiert. Der Ausgang des Lautstärkenregelungs-Block 110 stellt eine Eingabe für eine Audioverstärkerstufe 145 bereit, welche ein verstärktes Signal zum Antrieb eines externen Audio-Leistungsverstärkers oder eines Hochimpedanz-Lautsprechers ausgibt. Die Empfangs-Audioschaltkreisanordnung weist zudem eine Squelch- bzw. Rauschsperren-Stufe 114 sowie eine Empfangs-Privatleitungs-/digitale Privatleitungs(PL/DPL)-Stufe 112 auf. Die Squelch-Stufe 114 liefert eine Anzeige der Kanalaktivität, und die Empfangs-PL/DPL- Stufe 112 wird zur Filterung und Konditionierung niedrigfrequenter Signalisierungstöne verwendet, welche am Ausgang der Summiereinrichtung 136 vorhanden sein können.
Das LO-Signal für den Empfänger 101 wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der VCO off-chip implementiert, wobei er jedoch alternativ auch on-chip implementiert werden kann, falls dies nötig ist. Wenn der Transceiver-IC 100 im Empfangsmodus arbeitet, wird ein VCO-Signal 180 mit Hilfe eines Puffers 181 verarbeitet, und das Puffersignal wird mit Hilfe einer Divide-by-2-Stufe 182 verarbeitet. Die Frequenzhalbierungs- oder Divide-by-2-Stufe 182 arbeitet mit einem I/Q-Erzeuger 183 zur Erzeugung zweier Signale derselben Amplitude, wobei diese jedoch um 90 Grad phasenverschoben sind. Die I und Q Signale aus dem I/Q-Erzeuger 183 liefern Eingaben für die Mischer 130, 131.
Das Ausgangssignal aus dem I/Q-Erzeuger 183 wird darüber hinaus in einen Mischer mit Bildlöschung 141 eingegeben, in welchem das Signal mit dem Áusgangssignal aus einem Taktungs-VCO 140 gemischt wird. Die Frequenz am Ausgang des I/Q-Erzeugers kann als F_LO dargestellt werden. Die Frequenz des Ausgangssignals aus dem Taktungs-VCO kann als F_TRACK dargestellt werden. Der Mischer mit Bildlöschung 141 dämpft die Mischerkomponente bei F_LO + F_TRACK, so dass das Mischerausgangssignal als F_LO – F_TRACK dargestellt werden kann. Eine zusätzliche Filterstufe 185, welche am Ausgang des Mischers 141 angeordnet ist, dämpft die verbleibenden Zwischenmodulationskomponenten im Mischerausgangssignal. Diese Komponenten sind für gewöhnlich weitaus frequenzhöher als die gewünschte Frequenz.
Das Signal am Ausgang der Filterstufe 185 bildet einen Eingang zu einer N-Divisions-Stufe 186. Die N-Divisions-Stufe 186 wird mit Hilfe von Steuerleitungen (nicht gezeigt), welche eine Schnittstelle mit dem SPI-Register 126 bilden, programmiert. Die Ausgabe aus der N-Divisions-Stufe 186 wird in eine LO-Phasendetektorstufe 187 eingegeben, wo sie mit einem Referenzsignal des LO-Synthesizers 117 verglichen wird. Das Ausgangssignal aus dem Phasendetektor 187 wird dann einem off-chip-Schleifenfilter zur Verarbeitung durch den off-chip-VCO zugeführt. Im Empfangsmodus liefert das Ausgangssignal aus einer LO-Referenz-Frequenzteilerstufe 189 eine Eingabe in einen Phasendetektor 187, wobei der Phasenmodulator 118 umgangen wird. Im Sendemodus ist der LO-Synthesizer 117 derart programmiert, dass er eine FM-Modulation eines RF-Signals für eine Übertragung ermöglicht. Die Steuerleitungen (nicht gezeigt) vom SPI-Register 126 aktivieren eine Sende-Audiostufe 160, eine Sende-Frequenzhalbierungsstufe 165, einen Phasenmodulator 118 sowie einen Sendeverstärker 122. Im Sendemodus sind die Empfängerschaltkreise sowie die Empfangs-Audiostufe 150 deaktiviert, um eine Stromentnahme oder einen Stromverbrauch zu reduzieren und um unerwünschte Interferenzen zu vermeiden.
Bei Sendevorgängen stellt ein Sprachsignal 170 von einem Mikrophon eine Eingabe in eine Mikrophon-Verstärkerstufe 171 bereit. Das verstärkte Ausgangssignal liefert eine Eingabe in eine Sende-Audiofilterstufe 172, welche Tiefpassfilterungs-, Hochpassfilterungs- sowie Pre-Emphasis-Filterungs-Funktionen bereitstellt. Die Filterung liefert eine Dämpfung von Signalen außerhalb der Audioreichweite. Das Signal am Ausgang der Sende-Audiofilterstufe 172 liefert eine Eingabe in einen Abweichungsbegrenzer 173. Der Abweichungsbegrenzer 173 verhindert, dass starke Audiosignale das Sende-Modulationssignal verzerren. Die Ausgabe des Abweichungsbegrenzers 173 wird mit Hilfe eines Tiefpassfilters 174 gefiltert, welches vorzugsweise eine Eckfrequenz oberhalb der Sprachreichweite aufweist. Eine Summiereinrichtung 175 kombiniert das modulierte Sprachsignal vom Filter 174 mit einer gefilterten PL, DPL, und mit Datensignalen, welche von einer Sende-PL/DPL-Erzeugerstufe 113 ausgegeben werden. Das an den Sende-PL/DPL-Erzeuger 113 gelieferte Signal wird für gewöhnlich von einem off-chip-Mikrocontroller bereitgestellt. Das kombinierte Signal am Ausgang der Summiereinrichtung 175 wird in die Modulationsdämpfer mit niedriger bzw. hoher Portanzahl 176, 177 eingegeben. Die Modulationsdämpfer können mit Hilfe des SPI- Registers 126 angepasst oder eingestellt werden. Der Ausgang des Dämpfers mit niedriger Portanzahl 176 wird an den Eingang des – Modulators mit hoher Portanzahl 177 angelegt. Der Zweck der dualen oder beiden Modulationsdämpfer liegt darin, eine Vorrichtung zur Anpassung oder Einstellung des Abweichungspegels der Modulationssignale, welche an den LO-Synthesizer 117 angelegt werden, bereitzustellen.
Der LO-Synthesizer 117 ist für eine Dualport-Modulation als Vorrichtung konfiguriert, welche einen Sende-Abweichungspegel bereitstellt, welcher hinsichtlich der Frequenz mit Bezug auf die Eingabe des Modulationssignals in den LO-Synthesizer 117 konstant ist. Die Ausgabe des Dämpfers mit niedriger Portanzahl 176 wird verarbeitet und an den Phasenmodulator 118 angelegt. Die Modulation des Referenzpfads des LO-Synthesizers 117 stellt eine Modulationsvorrichtung für Niedrigfrequenzsignale bereit. Höhere Frequenzsignale werden durch die Frequenzantwort des LO-Synthesizers gedämpft. Die Ausgabe des Dämpfers mit hoher Portzahl 177 wird vom VCO zur Modulation verwendet. Dieses Modulationsverfahren ist im US-Patent Nr. 4,052,672 beschrieben, welches am 4. Oktober 1977 an Enderby et al. unter dem Titel "Extended Phase-Range, High Fidelity Modulator Arrangement; Modulatoranordnung mit erweiterter Phasenreichweite und hoher Wiedergabetreue" erteilt wurde.
Im Sendemodus liefert das VCO-Signal 180 eine Eingabe für den Puffer 181. Das Puffersignal stellt eine Eingabe für die Frequenzhalbierungsstufe 165 bereit sowie eine Eingabe für eine Sende-Verstärkerstufe 122. Der Ausgang der Sende-Verstärkerstufe 122 kann dazu verwendet werden, ein Signal an eine Funkantenne oder eine zusätzliche Leistungsverstärkerstufe, falls diese nötig ist, zu liefern.
In den Empfangs- und Sendemodi werden die Referenzsignale für die Systemtaktuhren, welche den LO-Synthesizer einschließen, vom Referenzoszillator und der Temperaturkompensationsstufe 103 erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform liefert die Refe renz-Oszillatorstufe 190 ein hochstabiles 16.8 MHz +/– 2.5 ppm starkes Signal von –30 Grad Celsius bis 80 Grad Celsius. Ein Temperatursensor 192 sowie eine Temperaturkompensationsstufe 193 werden zur Erzeugung einer hinsichtlich Temperatur variierenden Steuerspannung verwendet, welche zur Temperaturkompensation des Referenz-Kristalloszillators 190 eingesetzt wird, und welche zudem als off-chip-Schnittstelle bereitgestellt wird. Der Temperatursensor 192 liefert über Temperatur eine lineare Spannung und stellt eine Eingabe für die Kompensationsstufe 193 bereit. Vorzugweise weist die Kompensationsstufe 193 einen Mittelbereichs-Schaltkreis zur Bereitstellung einer linearen Ausgangsspannung im Verhältnis zu einer Temperatur nahe Raumtemperatur, einen Kalttemperaturbereichs-Schaltkreis zur Bereitstellung einer nichtlinearen Spannung im Verhältnis zu einer Temperatur über einem vorher festgelegten kalten Temperaturbereich sowie einen Heisstemperaturbereichs-Schaltkreis zur Bereitstellung einer nichtlinearen Spannung im Verhältnis zu einer Temperatur über einem vorher festgelegten heissen Temperaturbereich, bereitstellt. Die temperaturabhängige Spannung aus einer Temperaturkompensationsstufe 193 wird mit der Ausgangsspannung eines Digital-/Analog(D/A)-Wandlers 194 addiert, welcher dazu verwendet wird, den Referenzoszillator 190 an seine Nennfrequenz bei Raumtemperatur anzupassen. Das Temperaturkompensationsverfahren wird in dem am 3. März 1981 an Keller et al. erteilten US-Patent 4,254,382 mit dem Titel "Crystal Oscillator Temperature Compensation Circuit; Kristalloszillator-Temperaturkompensationsschaltkreis" beschrieben.
In der bevorzugten Ausführungsform gibt der Referenzoszillator 190 ein Signal mit einer Stärke von 16.8 Megahertz (MHz) aus, welches eine Eingabe in eine Takt-Frequenzteilerstufe 124 bereitstellt. Die Takt-Frequenzteilerstufe 124 wird von der SPI-Schnittstelle 126. gesteuert und wird zur Erzeugung eines stabilen Taktsignals für einen externen Mikrocontroller verwendet. Die Frequenz des Taktsignals kann um kleine Betrage verschoben sein, um ein Nebensprechen des Schaltkreises zu vermeiden, welches den Betrieb der Transceiver-Schaltkreise ansonsten negativ beeinträchtigen würde. Das 16.8 MHz starke Signal wird zudem in den System-Takterzeuger eingegeben, welcher die Takte für die Sende- und Empfangs-Filterstufen sowie das Aufwärts-Umwandlungssignal für eine Aufwärts-Umwandlungsstufe 105 bereitstellt.
In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem SPI-Register 126 um ein 146 Bit serielles Schieberegister, welches eine Programmierungssteuerung des LO-Synthesizers 117, des Direktumwandlungs-Empfängers 101, des Referenzoszillators und der Temperaturkompensation 103, der Empfangsaudio 150 sowie der Sendeaudio 160 bereitstellt.
2 ist ein Blockdiagramm des integrierten Schaltkreises 100 mit Einchip-Transceiver, welches Funktionsblöcke und Schnittstellen für die Konfigurierbarkeit gemäß der vorliegenden Erfindung anzeigt. Ein Empfänger-Front-End-Block 210 weist Verstärkungs-, Filterungs- und Mischkomponenten oder Bauelemente zur Verarbeitung von Funkfrequenzsignalen, welche für gewöhnlich von einer Antenne stammen, zur Erzeugung von Basisbandsignalen auf. Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, weist der Receiver-Front-End-Block neben anderen Bauteilen in der bevorzugten Ausführungsform den RF-Verstärker 104, die Filter 132, 133 sowie die Abwärtsmischer 130, 131 von 1 auf. Der Empfänger-Front-End-Block 210 ist mit einem Empfänger-Back-End-Block 230 gekoppelt. Der Empfänger-Back-End-Block 230 weist einen Zwischenfrequenz-Verarbeitungsblock 232, einen automatischen Verstärkungsregelungsschaltkreis (AGC) 234, einen Begrenzer 236 sowie einen Demodulator 238 auf. Der Zwischenfrequenz-Verarbeitungsblock 232 weist nach Bedarf Aufwärtsmischer auf. Der Zwischenfrequenz-Verarbeitungsblock 232 ist mit dem AGC 234 und dem Begrenzer 236 verbunden, welcher wiederum mit dem Demodulator 238 gekoppelt ist. Der Empfänger-Front-End-Block 210 ist mit dem Empfänger-Back-End-Block 230 über eine Schnittstelle verbunden, welche eine selektive Kopplung des automatischen Verstärkungsregelungsschaltkreises AGC 234 an das Empfänger-Front-End 210 bereitstellt, und welche eine off-chip-Schnittstelle zur Unterstützung eines Austausches eines off-chip-Empfänger-Front-End durch den on-chip-Empfänger-Front-End-Block 210 bereitstellt. Die externe Front-End-Schnittstelle 220 weist einen konfigurierbaren on-chip-Abschnitt 222 auf, welcher eine off-chip-Schnittstelle für den Ausgang des automatischen Verstärkungsregelungsblock 234 bereitstellt. Der Signal- ausgang aus dem AGC 234 ist selektiv mit dem Empfänger-Front-End-Block über den Schnittstellenabschnitt 222 gekoppelt. Ein weiterer Abschnitt der Schnittstelle 220 liefert off-chip-Schnittstellen, welche eine off-chip-Hardware-Kopplung zwischen dem Empfänger-Front-End-Block und dem Empfänger-Back-End-Block unterstützen. In der bevorzugten Ausführungsform stellen off-chip-Kondensatoren die Hardware-Kopplung zwischen dem Empfänger-Front-End 210 und dem Empfänger-Back-End 230 bereit.
Der Demodulator 238 liefert ein demoduliertes Signal 239 als Ausgabe. Eine Empfängerausgangs-Schnittstelle 240 weist als Eingänge die Ausgabe 237 des Begrenzers und das demodulierte Signal 239 vom Demodulator 238 auf. Die Empfängerausgangs-Schnittstelle 240 ist konfigurierbar, um zwischen der Ausgabe des Begrenzers 236 und dem demodulierten Signal 239 zur Bereitstellung eines off-chip-Signals zu wählen.
Ein Referenzoszillator 250 ist on-chip vorgesehen, um eine Haupt-Taktuhr für verschiedene Schaltungen bereitzustellen. Der Transceiver-IC 100 weist weiter eine Schnittstelle 252 auf, welche einen optionalen externen Referenzoszillator unterstützt. Die Referenzoszillator-Schnittstelle 252 ist so konfigurierbar, dass sie selektiv entweder den on-chip-Referenzoszillatorblock 250 oder alternativ einen off-chip-Referenzoszillator-Quellenschaltkreis mit einem Synthesizerblock 264 und mit anderen Schaltungen koppelt. Eine Taktungsschleife 254 ist mit der Referenzoszillator-Schnittstelle 252 gekoppelt und ist wiederum mit einem Phasendetektor 256 verbunden. Der Phasendetektor ist mit dem Begrenzerausgang 237 des Empfänger-Back-End-Blocks 230 gekoppelt, und eine Ausgabe aus dem Phasendetektor 257 ist mit einer Phasendetektor-Schnittstelle 260 gekoppelt. Die Phasendetektor-Schnittstelle 260 koppelt die Ausgabe aus dem Phasende tektor 257 selektiv mit einem Offsetspannungsregelungs-Oszillatorblock 262. Der Offset-VCO 262 ist mit dem Synthesizer 264 verbunden. Der Synthesizter 264 ist mit dem Empfänger-Front-End 210 über eine Synthesizer-Schnittstelle 270 verbunden. Die Synthesizer-Schnittstelle 270 ist derart konfigurierbar, dass sie den Empfänger-Front-End-Block mit dem on-chip-Synthesizerblock 264 koppelt, oder alternativ mit einer off-chip-Synthesizer-Quelle. Das Empfänger-Back-End 230 ist über eine Audioverarbeitungs-Schnittstelle 245 mit einem Audioverarbeitungsblock 280 gekoppelt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Audioverarbeitungsblock 280 derart konfigurierbar, dass er eine Sende- und Empfangs-Audioverarbeitung bereitstellt. Die Schnittstelle 245 weist off-chip-Anschlüsse oder Stecker auf und ist für Empfangs- und Sendemodi konfigurierbar. Im Empfangsmodus ist die Schnittstelle in on-chip- und off-chip-Modi konfigurierbar. Im on-chip-Modus koppelt die Schnittstelle 245 Signale vom Empfänger-Back-End-Block 230 an den Audioverarbeitungsblock 280. Im off-chip-Modus koppelt die Schnittstelle 245 Signale von den off-chip-Anschlüssen oder Steckern 247 an den Audioverarbeitungsblock 280.
Im Audioverarbeitungsblock 280 stellt ein Dämpfungskreis oder Squelch 282 eine Grund-Audioausgangssteuerung von Signalen auf Trägerbasis bereit. Programmierbare Audiofilter 284 sind zur Wiederverwendung sowohl im Empfangsmodus als auch im Sendemodus konfigurierbar. Im Sendemodus sind die Filter 284, 286 zur Verarbeitung von Sendeaudio konfiguriert. Im Empfangsmodus sind die Filter 284, 286 zur Verarbeitung von Empfangsaudio konfiguriert. Der Audioverarbeitungsblock 280 weist darüber hinaus einen Rauschreduzierungs-Schaltkreis 292, einen Empfangs-Signalisierungsschaltkreis 293, einen Sendeaudio-Schaltkreis 294 sowie einen Sende-Signalisierungsschaltkreis 295 auf. Eine konfigurierbare Schnittstelle 288 liefert eine Zwischenverbindung mit den Filtern 284, 286. Eine Rauschreduzierungs-Schnittstelle 290 ist derart konfigurierbar, dass sie den Rauschreduzierungs-Schaltkreis 292 an einen Empfangs-Audioschaltkreis 292 koppelt oder entkoppelt.
Die verschiedenen konfigurierbaren Schnittstellen 220, 240, 252, 270, 260, 245, 288 und 290 sind vorzugsweise mit einem programmierbaren Schnittstellenbus gekoppelt, und werden von einem Mikroprozessor gesteuert.
Der konfigurierbare Einchip-Transceiver-IC weist mindestens drei on-chip-Schaltkreise auf, welche Empfängerfunktionen, Senderfunktionen und Audioverarbeitungsfunktionen implementieren. Der IC weist des Weiteren Schnittstellen auf, welche off-chip-Verbindungen besitzen, und welche derart konfigurierbar sind, dass sie einen Einchip-Schaltkreis mit einem anderen koppeln, oder dass sie einen off-chip-Verarbeitungsschaltkreis koppeln, welcher einen der on-chip-Schaltkreise ersetzt.
3 ist ein Blockdiagramm einer Funkvorrichtungskonfiguration 300, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Funkvorrichtung schließt den Einchip-Empfänger IC 100 ein, welcher mit einem Mikroprozessor-Controller oder Regler 310 gekoppelt ist, welcher eine Gesamtbetriebssteuerung der Funkvorrichtung bereitstellt. Das Radio schließt weiter eine Antenne 320 ein, welche mit einem Antennenschalter 322 gekoppelt ist. Der Antennenschalter 322 ist mit einem Empfangspfad gekoppelt, welcher den Bandpassfilter 332 und einen Empfängerverstärker 334 einschließt. Der Empfängerverstärker 334 liefert ein RF-Eingangssignal 335 an den RF-Eingangsport 205 des IC 100. Ein off-chip-VCO 340 ist ebenfalls mit dem IC 100 gekoppelt. Für Audioausgabezwecke koppelt ein Audioleistungsverstärker 360 ein Audiosignal 362 vom IC 100 an einen Lautsprecher 365. Für Sendezwecke ist ein Mikrophon 370 mit den IC 100 gekoppelt, ein Sendesignal 372 wird vom IC 100 mit einem Senderleistungsverstärker 375 gekoppelt. Ein verstärktes Signal 377 vom Senderleistungsverstärker 375 wird über den Antennenschalter 322 an die Antenne 320 gekoppelt. Der Mikroprozessor-Controller oder Regler 310 weist einen Takteingang 380 vom IC 100 auf und stellt eine Steuerung des Funkvorrichtungsbetriebs bereit.
4 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Funkvorrichtungskonfiguration 400, bei welchem eine off-chip-Empfänger-Front-End-Schaltung den Empfänger-Front-End-Block des IC ersetzt. Ansonsten ist die Konfiguration wie mit Bezug auf 3 beschrieben. In dieser Konfiguration ist die off-chip-(externe) Empfänger-Front-End-Schaltung 420 mit dem VCO 340 verbunden, und durch eine Schnittstelle 430 mit dem Transceiver IC 100. Die Schnittstelle 430 weist die AGC-Schnittstelle 222 auf, welche den Ausgang des AGC an die Front-End-Schaltung 420 koppelt, sowie eine Hardware-Schnittstelle 410, welche Funkfrequenzsignale an die on-chip-Empfänger-Back-End-Schaltung liefert. Mit dieser Konfiguration kann eine verbesserte Leistungsfähigkeit realisiert werden, indem ein externes Empfänger-Front-End durch den on-chip-Empfänger-Front-End-Block ersetzt wird.
5 ist ein Blockdiagramm einer zweiten alternativen Funkvorrichtungskonfiguration 500, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver, einen externen Ersatz-Synthesizer und einen Ersatz-Referenzoszillator gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Ansonsten ist die Konfiguration wie mit Bezug auf 3 beschrieben. In dieser Konfiguration ist ein off-chip-Synthesizer 510 durch die Synthesizer-Schnittstelle 270 gekoppelt, um den on-chip-Synthesizer zu ersetzen. Der off-chip-Synthesizer 510 ist zudem mit dem VCO 340 gekoppelt. Darüber hinaus ist der off-chip-Referenzoszillator 520 mit dem IC 100 durch die Referenzoszillator-Schnittstelle 252 verbunden, um den on-chip-Referenzoszillator zu ersetzen. Diese Konfiguration bietet Flexibilität, indem sie die gesamte Leistungsfähigkeit der Funkvorrichtung verbessert.
6 ist ein Blockdiagramm, welches eine vierte Funkvorrichtungskonfiguration zeigt, welche den integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver verwendet, sowie eine externe Audioverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ansonsten ist die Konfiguration wie mit Bezug auf 3 beschrieben. Hier ist die Schnittstelle 240 so konfiguriert, dass sie das demodulierte Signal als Ausgang aus dem Receiver-Back-End auswählt, und dass sie dieses Signal einem externen Verarbeitungsschaltkreis 610 präsentiert oder zuführt. Die Audioverarbeitungsschnittstelle 245 ist derart konfiguriert, dass sie ein off-chip-Signal 615 vom externen Verarbeitungsschaltkreis 610 an den Audioverarbeitungsschaltkreis 280 zur Weiterverarbeitung koppelt.
In der bevorzugten Ausführungsform stellt der ECT IC die Empfangs- und Sendefunktionen bereit, welche für eine Funkvorrichtung mit einer Vielzahl von Kanälen auf einem einzigen Siliziumsubstrat erforderlich sind. Der ECT IC verwendet einen Direktumwandlungs-Empfänger und einen Hochauflösungs-LO-Synthesizer, welcher eine Dualport-Modulation sowie einen im höchsten Maße stabilen Referenzoszillator mit on-chip-Temperaturkompensation kennzeichnet. Steuerungen von Funkvorrichtungen wie beispielsweise Lautstärkenregelung, Nebengeräuschsanpassung, Referenzoszillator-Verzerrung, Sendeabweichung, Modulationsgleichgewicht und LO-Mittelfrequenzanpassung sind integriert.
Die vorliegende Erfindung bietet bedeutende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Ein im Wesentlichen vollständiges Funkvorrichtungs-Transceiversystem wird auf einem gemeinsamen Substrat über eine neuartige Kombination von Schaltkreisen integriert. Des Weiteren wird eine erhebliche Flexibilität in die Konstruktion eingebaut, welche dazu tendieren würde, Kosten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit für praktische Implementierungen von Funkvorrichtungen zu erhöhen. Das resultierende integrierte Transceiversystem ermöglicht Flexibiltät, indem es Leistungsfähigkeit und Funktionalität verbessert.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Für Fachleute in der Technik ergeben sich zahlreiche Modifikationen, Änderungen, Abweichungen, Austausche und Entsprechungen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gemäß Definition in den anliegenden Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis (100) mit Einchip-Transceiver, welcher Folgendes aufweist: mindestens drei an-chip-Schaltungen (210, 230, 264, 250, 280), welche Empfängerfunktionen, Senderfunktionen und Audioverarbeitungsfunktionen implementieren; und mindestens zwei Schnittstellen (220, 222, 240, 245, 252, 270) mit off-chip-Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der mindestens zwei Schnittstellen so konfigurierbar ist, dass sie einen der mindestens drei on-chip-Schaltungen mit einem weiteren der mindestens drei an-chip-Schaltungen koppelt; und dass eine weitere der mindestens zwei Schnittstellen so konfigurierbar ist, dass sie einen off-chip-Schaltkreis ankoppelt, der einen der mindestens drei an-chip-Schaltungen ersetzt.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens drei an-chip-Schaltungen einen Empfänger-Front-End-Block (210) implementiert, welcher einen Funkfrequenzverstärker (104), einen Abwärtsmischer (130, 131) und einen Basisbandfilter (132, 133) aufweist, die alle zusammengekoppelt sind.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens drei on-chip-Schaltungen einen Empfänger-Back-End-Block (230) implementiert, welcher einen automatischen Verstärkerregelungsschaltkreis (234) aufweist, der einen Ausgangsignalpfad aufweist, der mit einer der mindestens zwei Schnittstellen (222) gekoppelt und für die off-chip-Verwendung verfügbar gemacht ist.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 3, wenn abhängend von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere der mindestens zwei Schnittstellen (220) den Empfänger-Front-End-Block (210) an den Empfänger-Back-End-Block (230) koppelt, und eine Schnittstelle für einen off-chip-Empfänger-Front-End bereitstellt.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens drei an-chip-Schaltungen einen Audioverarbeitungsblock (280) implementiert, der so konfiguriert werden kann, dass er im Empfangs- oder Sendemodus arbeitet.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens drei an-chip-Schaltungen einen Synthesizer (264) implementiert, und dass eine der mindestens zwei Schnittstellen (270) so konfigurierbar ist, dass sie einen Ersatz-off-chip-Synthesizer-Schaltkreis ankoppelt.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der mindestens drei an-chip-Schaltungen einen Referenz-Oszillator (250) implementiert, und dass eine der mindestens zwei Schnittstellen (252) so konfigurierbar ist, dass sie einen Ersatz-off-chip-Referenz-Oszillator-Schaltkreis ankoppelt.
Konfigurierbarer integrierter Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach Anspruch 1, welcher des Weiteren einen Programmier-Schnittstellen-Bus (248) aufweist, der mit den mindestens zwei Schnittstellen gekoppelt ist.
Funkvorrichtung (300), die einen konfigurierbaren integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Funkvorrichtung nach Anspruch 9, wenn abhängend von Anspruch 1, welche des Weiteren Empfänger-Front-End-Schaltungen (332, 334) aufweist, die sich von dem konfigurierbaren integrierten Schaltkreis mit Einchip-Transceiver unterscheiden, wobei die Empfänger-Front-End-Schaltungen (210) des konfigurierbaren integrierten Schalkreises mit Einchip-Transceiver mit einer der mindestens zwei Schnittstellen (220) und dem Ausgang einer automatischen Verstärkerregelung (234) des konfigurierbaren integrierten Schaltkreises mit Einchip-Transceiver durch eine der mindestens zwei Schnittstellen (222) gekoppelt sind.