FI86676C - Coupling for simultaneously amplifying signals of different frequencies using the same amplifier - Google Patents

Description

1 866761 86676

Kytkentä eri taajuisten signaalien samanaikaiseksi vahvistamiseksi samalla vahvistimella - Koppling för att samtidigt förstärka signaler med olika frekvenser med användning av samma förstärkare 5 Tämä keksintö koskee kytkentää, jolla vahvistetaan kahta signaalia. Toinen signaali, jonka taajuus on eri kuin ensimmäisen signaalin taajuus, on saatu jollakin taajuutta muut-10 tavalla operaatiolla ensimmäisestä signaalista. Tällaiset eri taajuiset signaalit voivat olla radiopuhelimen radiotaajuus- ja välitaajuussignaalit. Kysymykseen voivat tulla hyvin myös muut signaalit, joissa toisen taajuus on saatu toisesta suorittamalla sille taajuutta muuttavia toimenpi-15 teitä.The present invention relates to a coupling for amplifying two signals. The second signal, the frequency of which is different from the frequency of the first signal, is obtained in one of the frequency-10 operations by the operation of the first signal. Such signals of different frequencies may be radio frequency and intermediate frequency signals of a radiotelephone. Other signals in which the frequency of one is obtained from the other by performing frequency-changing operations on it may well be considered.

On tunnettua soveltaa radiopuhelimen lähettimessä ja vas-taanottimessa perinteistä tapaa, jossa eri taajuisten signaalien vahvistus toteutetaan erillisillä vahvistinasteilla. 20 Esimerkiksi lähettimessä välitaajuussignaali vahvistetaan omalla välitaajuusvahvistimellaan ennen kuin se viedään sekoittajalle. Sekoittimelta saatu radiotaajuinen signaali vahvistetaan toisessa vahvistimessa ennen päätevahvistinta. Vastaanotettu radiotaajuinen signaali vahvistetaan vastaa-25 vasti omalla vahvistimella ennen kuin se siirretään sekoittajassa välitaajuudelle. Välitaajuudelle siirrettyä signaalia vahvistetaan sitten välitaajuusvahvistimessa ennen siirtoa kantataajuudelle.It is known to apply in the radiotelephone transmitter and receiver the traditional way in which the amplification of signals of different frequencies is implemented by separate amplifier stages. For example, in a transmitter, the intermediate frequency signal is amplified by its own intermediate frequency amplifier before it is applied to the mixer. The radio frequency signal received from the mixer is amplified in another amplifier before the power amplifier. The received radio frequency signal is amplified by its own amplifier before being transmitted to the intermediate frequency in the mixer. The signal transferred to the intermediate frequency is then amplified in the intermediate frequency amplifier before being transferred to the baseband.

30 Tällainen perinteinen useiden eri vahvistinasteiden käyttö sekä lähettimessä että vastaanottimessa sallii tosin lähettimen ja vastaanottimen virittämisen sähköisiltä ominaisuuksiltaan hyvin toimivaksi, mutta toisaalta tällä tunnetulla rakenteella on eräitä haittoja. Useiden vahvistinasteiden 35 käyttö merkitsee suurehkoja komponenttikustannuksia, koska tarvitaan useita erillisiä vahvistimia sekä niiden toimintapisteen asetteluun tarvittavia komponentteja. Suuri kom- 2 86676 ponenttimäärä vähentää toiminnan luotettavuutta, vaatii tilaa piirilevyllä ja kuluttaa tehoa.30 Although such a traditional use of several different amplifier stages in both the transmitter and the receiver allows the transmitter and receiver to be tuned to function well in terms of their electrical characteristics, on the other hand this known structure has some disadvantages. The use of multiple amplifier stages 35 results in higher component costs because multiple separate amplifiers are required, as well as the components required to set their operating point. The large number of 2 86676 components reduces operational reliability, requires space on the circuit board and consumes power.

Tämä keksintö esittää kytkennän, jolla edellä mainittuja 5 perinteisen kytkennän haittoja voidaan pienentää. Kytkennäl-le on tunnusomaista, että siihen kuuluu ensimmäinen diplek-seri, joka yhdistää kytkennän ottoon tulevan ensimmäisen signaalin ja toisen signaalin summasignaaliksi, vahvistin tämän summasignaalin vahvistamiseksi, toinen diplekseri, 10 joka erottaa vahvistetusta summasignaalista vahvistetun toisen signaalin vietäväksi mahdollisesti suodatettuna kytkennän antoon ja vahvistetun ensimmäisen signaalin vietäväksi ainakin taajuuden muuttavan elimen ottoon, ja taajuuden muuttava elin, joka muuttaa vahvistetun ensimmäisen 15 signaalin toiseksi signaaliksi, joka viedään mahdollisesti suodatettuna ensimmäiselle diplekserille.The present invention provides a circuit by which the above-mentioned disadvantages of the conventional circuit can be reduced. The circuit is characterized in that it comprises a first diplexer combining the first signal from the input and the second signal into a sum signal, an amplifier for amplifying this sum signal, a second diplexer 10 separating the amplified second signal from the amplified sum signal for possible filtering to the output of the circuit and the amplified first signal. a signal for input to at least a frequency changing means input, and a frequency changing means for converting the amplified first signal into a second signal, optionally applied filtered to the first diplexer.

Keksintö perustuu siihen oivallukseen, että käyttämällä kahta diplekseriä ja yhtä laajakaistaista vahvistinta voi-20 daan tällä vahvistimella vahvistaa keksinnön mukaisessa kytkennässä samanaikaisesti kahta eri taajuista signaalia. Diplekseri koostuu tässä ali- ja ylipäästösuodattimesta, joilla merkittävästi eritaajuiset signaalit voidaan erottaa eri signaaliteille tai yhdistää samalle signaalitielle.The invention is based on the realization that by using two diplexers and one wideband amplifier, this amplifier can simultaneously amplify two signals of different frequencies in the circuit according to the invention. The diplexer here consists of a low-pass and a high-pass filter, with which signals of significantly different frequencies can be separated for different signal paths or combined for the same signal path.

25 Kytkennän tulotaajuinen signaali viedään ensimmäisen diplek-serin kautta vahvistimelle. Vahvistettu tulotaajuinen signaali viedään toiselle diplekserille, joka päästää signaalin haaraan, jossa sille suoritetaan sen taajuutta muuttavia toimenpiteitä. Tällaisia toimenpiteitä voivat olla sekoitti-30 men avulla tapahtuva siirto suuremmalle tai pienemmälle taajuudelle tai vaikkapa taajuuden kertominen. Taajuudeltaan muutettu signaali viedään nyt takaisin ensimmäiselle diplekserille, joka ohjaa signaalin samaan edellä mainittuun laajakaistaiseen vahvistimeen, johon myös tulotaajuinen 35 signaali johdetaan. Vahvistin vahvistaa myös taajuudeltaan muutetun signaalin, joka johdetaan yhdessä vahvistetun tulotaajuisen signaalin kanssa toiseen diplekseriin. Tulotaajuinen signaali ohjataan tässä mainittuun taajuuden 3 86676 muuttavaan haaraan, mutta taajuudeltaan muutettu vahvistettu signaali johdetaan kytkennän lähtöön.25 The input frequency signal of the connection is applied to the amplifier via the first dipleker. The amplified input frequency signal is applied to another diplexer, which passes the signal to a branch where it is subjected to frequency-changing operations. Such measures may be shifting to a higher or lower frequency by means of a mixer or, for example, multiplying the frequency. The frequency-altered signal is now fed back to the first diplexer, which directs the signal to the same broadband amplifier mentioned above, to which the input frequency signal 35 is also fed. The amplifier also amplifies a frequency-converted signal, which is passed together with the amplified input frequency signal to another diplexer. The input frequency signal is routed to the frequency 3 86676 variable branch mentioned herein, but the frequency-converted amplified signal is applied to the output of the circuit.

Kytkentää selostetaan havainnollisten esimerkkien avulla 5 viitaten oheisiin kuviin, joissa kuva 1 on yleinen periaatekaaviokuva keksinnöstä, kuva 2 kuvaa kaaviollisesti keksinnön sovellusta radiopuhelimen lähettimessä, kuva 3 kuvaa sovellusta radiopuhelimen vastaanottimessa, 10 kuva 4 esittää erästä yksityiskohtaista piiritoteutusta, jolla on korvattu osa radiopuhelimen vastaanotinta.The connection will be described by means of illustrative examples 5 with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 is a general schematic diagram of the invention, Figure 2 schematically illustrates an embodiment of the invention in a radiotelephone transmitter, Figure 3 illustrates an embodiment in a radiotelephone receiver; Figure 4 shows a detailed circuit implementation with a replaced part.

Kuvan 1 pelkistetyssä kaaviossa on nähtävissä keksinnön ydinajatus. Tulosignaali, jonka taajuus on f^, tulee diplek-15 serille dl ja lähtösignaali, jonka taajuus on f2, saadaan diplekseriltä d2. Lohko A on vahvistin käsittäen yhden tai useampia vahvistinasteita ja lohkossa P suoritetaan f^-taajuiselle signaalille jokin toiminta, jonka tuloksena lohkosta P saadaan signaali, jonka taajuus on f2· Lohkon P 20 tulo ext. kuvaa sellaista mitä tahansa sopivaa ohjausta, jolla lohko P toteuttaa halutun toiminnon. Oletetaan, että on pienempi kuin f2· Tällöin tuleva signaali näkee di-plekserin dl P-haaran puoleisen osan b ylipäästösuodattimena ja ohjautuu siten vahvistettavaksi vahvistinlohkossa A.The reduced diagram of Figure 1 shows the core idea of the invention. An input signal with a frequency of f1 comes to the diplexer 15 d1 and an output signal with a frequency of f2 is obtained from a diplexer d2. Block A is an amplifier comprising one or more amplifier stages, and in block P, an operation is performed on the f ^ frequency signal, resulting in a signal from block P having a frequency f2 · The input of block P 20 is ext. describes any suitable control by which block P performs the desired function. Assume that is less than f2 · Then the incoming signal sees the P-branch side part b of the diplexer dl as a high-pass filter and is thus directed to be amplified in amplifier block A.

25 Tältä tämä f^-taajuinen signaali etenee diplekserille d2, jonka osa c näkyy signaalille ylipäästösuodattimena. Tämän vuoksi signaali ohjautuu alipäästöosan d kautta lohkoon P. Lohkossa P signaalille suoritetaan toimenpiteitä, joilla sen taajuus nostetaan taajuudeksi f2· Signaali etenee 30 nyt diplekseriin dl, jonka sen haaran suodatinosa a, josta alkuperäinen signaali tulee, on alipääästösuodatin, jolloin f2~taajuinen signaali etenee tulevan f^-taajuisen signaalin kanssa vahvistinlohkoon A. f^-taajuinen vahvistettu signaali etenee kuten edellä on esitetty mutta f2~taajuiselle signaa-35 lille diplekserin d2 suodatinosa näkyy alipäästösuodattime-na, jolloin tämä vahvistettu f2~taajuinen signaali etenee ylipäästösuodattimen c kautta piirin lähtöön.25 From this, this f ^ frequency signal propagates to the diplexer d2, part c of which appears to the signal as a high-pass filter. Therefore, the signal is routed through the low-pass section d to the block P. In the block P, the signal is subjected to steps to increase its frequency to the frequency f2 · The signal now proceeds to a diplexer d1 whose filter portion a of the branch from which the original signal comes is a low-pass filter. with the incoming f ^ frequency signal to the amplifier block A. The f ^ frequency amplified signal propagates as described above, but for the f2 ~ frequency signal, the filter portion of the diplexer d2 appears as a low pass filter, whereby this amplified f2 ~ frequency signal travels through the high pass filter c to the circuit output .

4 866764 86676

Mikäli tulevan signaalin taajuus olisi suurempi kuin lähtevän signaalin taajuus f2, on piirin toiminta aivan sama kuin edellä kuvattu, kun dipleksereiden suodatinosien toiminta vaihdetaan eli alipäästösuodatinosa korvataan 5 ylipäästösuodatinosalla ja päinvastoin.If the frequency of the incoming signal is higher than the frequency of the output signal f2, the operation of the circuit is exactly the same as described above when the operation of the filter parts of the diplexers is changed, i.e. the low-pass filter part is replaced by a high-pass filter part and vice versa.

Kuva 2 esittää keksintöä sovellettuna ylössekoituksessa eli radiopuhelimen lähettimessä korvattaessa välitaajuusvah-vistin ja ensimmäinen suurtaajuusvahvistin keksinnön mukai-10 sella kytkennällä. Vain välttämättömät toimintalohkot on esitetty. Pienempitaajuinen välitaajuussignaali IFin, esimerkiksi siirto-oskillaattorilta, tuodaan diplekserin 1 kautta laajakaistaiselle vahvistimelle 2. Vahvistimen jälkeen on toinen diplekseri 3, joka päästää signaalin sekoit-15 timelle 4. Sekoittimessa pienempitaajuinen signaali sekoitetaan paikallisoskillaattorisignaaliin LOinj ja näin saatu suurtaajuussignaali (= lähetystaajuinen signaali) johdetaan diplekserin 1 kautta takaisin vahvistimelle. Vahvistettu suurtaajuussignaali erotetaan diplekserillä 3 vahvistetusta 20 välitaajuussignaalista ja johdetaan kaistanpäästösuodatti-melle 5, joka suodattaa ylimääräiset sekoitustulokset ja pientaajuisen signaalin pois lähtösignaalista RFout.Figure 2 shows the invention applied in upmixing, i.e. in a radiotelephone transmitter, by replacing an intermediate frequency amplifier and a first high frequency amplifier with a connection according to the invention. Only the necessary policy areas are shown. The lower frequency intermediate frequency signal IFin, for example from the transmission oscillator, is fed via diplexer 1 to the broadband amplifier 2. After the amplifier there is another diplexer 3 which passes the signal to the mixer 4. In the mixer the lower frequency signal is mixed with the local 1 through back to the amplifier. The amplified high frequency signal is separated from the intermediate frequency signal 20 amplified by the diplexer 3 and passed to a bandpass filter 5 which filters the extra scrambling results and the low frequency signal out of the output signal RFout.

Kuvan 3 kytkentää voidaan käyttää radiopuhelimen vastaanot-25 timessa (alassekoituksessa) ja sen toiminta on seuraava:The connection in Figure 3 can be used in a radiotelephone receiver (downmix) and has the following operation:

Duplekserilta tuleva signaali RFin johdetaan diplekserin 6 kautta laajakaistaiselle vahvistimelle 7, josta se viedään diplekserin 8 ja kaistanpäästösuodattimen 9 kautta sekoitti-melle 10. Sekoittimessa suurtaajuinen signaali sekoitetaan 30 paikallisoskillaattorisignaaliin LOinj. Saatu välitaajuinen signaali kulkee diplekserin 6 kautta vahvistimelle 7, minkä jälkeen diplekseri 8 erottaa halutun välitaajuisen signaalin IFout suurtaajuisesta signaalista. Tavallisesti haluttu välitaajuussignaali suodatetaan vielä jäljessä olevalla 35 kapealla kaistanpäästösuodattimella, esim kide- tai SAW-suodattimella.The signal RFin from the duplexer is passed through a diplexer 6 to a wideband amplifier 7, from where it is passed through a diplexer 8 and a bandpass filter 9 to a mixer 10. In the mixer, a high frequency signal is mixed 30 to a local oscillator signal LOinj. The obtained intermediate frequency signal passes through the diplexer 6 to the amplifier 7, after which the diplexer 8 separates the desired intermediate frequency signal IFout from the high frequency signal. Usually, the desired intermediate frequency signal is filtered by a still narrow bandpass filter 35, e.g. a crystal or SAW filter.

5 866765 86676

Kuvan 4 kytkentäkaaviossa on esitetty eräs yksityiskohtainen piirirakenne, joka toteuttaa lohkokaaviossa 3 esitetyn toiminnan ja josta ilmenee myös eräs diplekserirakenne. Transistorin Q1 kannalle tuodaan radiotaajuussignaali RFin 5 sekä siinä vahvistettu ja sekoittimessa 10 välitaajuudelle IF siirretty signaali. Transistori Q1 vahvistaa molemmat signaalit, joista lähdön diplekseri erottaa vahvistetun välitaajuussignaalin vietäväksi kytkennän lähtöön IFout ja vahvistettu radiotaajuussignaali erotetaan vietäväksi suo-10 dattimen 9 kautta sekoittimelle 10. Diplekserin 6 ylipääs-tösuodatin muodostuu liuskajohdosta Z1 ja kondensaattorista Cl, joka on samalla transistorin sovituspiiri suurtaajuudella. Diplekserin alipäästösuodatin muodostuu kelasta LI ja kondensaattoreista C2 ja C3. Laajakaistaisena vahvistimena 15 7 toimii transistoriaste Q1. Lähdön diplekseri 8 koostuu liuskajohdoista Z2 ja Z3 ja kondensaattoreista C6, C8 ja C9. Edellä mainitut komponentit toimivat myös sovituskom-ponentteina suurtaajuudella vahvistimen lähdössä. Transistoriaste on biasoitu vastusten R1-R4, kelojen LI, L2 sekä 20 diodin Dl avulla toimintapisteeseensä käyttöjännitteestä Vcc. Edellä mainitsemattomat kondensaattorit C4, C5 ja C7 liittyvät jännitteen suodattamiseen ja transistorin taajuus-vasteen asettamiseen. Emitterijännitettä Ve voidaan tarvittaessa käyttää jonkin muun piirin käyttöjännitteenä.The circuit diagram of Figure 4 shows a detailed circuit structure which implements the operation shown in block diagram 3 and which also shows a diplexer structure. The radio frequency signal RFin 5 and the signal amplified therein and transferred to the intermediate frequency IF in the mixer 10 are applied to the base of the transistor Q1. Transistor Q1 amplifies both signals from which the output diplexer separates the amplified intermediate frequency signal for output to the switching output IFout and the amplified radio frequency signal is separated for output through filter 9 to mixer 10. The high pass filter of diplexer 6 consists of a The low pass filter of the diplexer consists of a coil L1 and capacitors C2 and C3. The broadband amplifier 15 7 is transistor stage Q1. The output diplexer 8 consists of striplines Z2 and Z3 and capacitors C6, C8 and C9. The above components also act as matching components at the high frequency output of the amplifier. The transistor stage is biased by means of resistors R1-R4, coils L1, L2 and diode D1 to its operating point from the operating voltage Vcc. Capacitors C4, C5 and C7 not mentioned above are related to voltage filtering and setting the frequency response of the transistor. If necessary, the emitter voltage Ve can be used as the operating voltage of another circuit.

2525

Keksinnön mukaisella kytkennällä voidaan vähentää eri vah-vistinasteiden määrää radiopuhelimessa, mikä parantaa luotettavuutta ja pienentää komponenttikustannuksia. Myös tehonkulutus pienenee. Suoritetuissa mittauksissa on todet-30 tu, että kokonaisvahvistus on ollut yhtä suuri kuin mitä saadaan käytettäessä perinteisiä erillisiä vahvistinasteita.The connection according to the invention can reduce the number of different amplifier stages in the radiotelephone, which improves reliability and reduces component costs. Power consumption is also reduced. Measurements have shown that the total gain has been equal to that obtained using conventional discrete amplifier stages.

Vaikka edellä on kuvattu kytkentää lähinnä radiopuhelinso-velluksessa, on selvää, että sitä voidaan soveltaa patentti-35 vaatimusten suojapiirissä pysyen myös muilla alueilla, kuten esim. taajuuskertojien yhteydessä. Sovelluksen mukaan valitaan diplekserin rakenne, esim. suurtaajuusalueella voidaan käyttää mikroliuskoilla toteutettuja suodattimia. Kytkennän β 86676 mukaan voidaan myös lisätä haluttuihin kohtiin tarpeellinen määrä muita suodattimia. Vahvistin voi olla yksi ainoa transistorivahvistin tai voidaan käyttää myös useampiasteis-ta vahvistinta. Erilaiset patenttivaatimusten suojapiiriin 5 kuuluvat käytännön toteutukset ovat ammattimiehelle ilmeisiä.Although the connection has been described above mainly in a radiotelephone application, it is clear that it can be applied within the scope of the claims of the patent-35 while also remaining in other areas, such as in connection with frequency multipliers. Depending on the application, the structure of the diplexer is selected, e.g. filters implemented with microstrips can be used in the high frequency range. Depending on the connection β 86676, the required number of other filters can also be added to the desired locations. The amplifier can be a single transistor amplifier or a multi-stage amplifier can also be used. Various practical implementations within the scope of the claims 5 will be apparent to those skilled in the art.

Claims (4)

1. Koppling för förstärkning av tvä signaler, i vilken den andra signalen, vars frekvens (f 2) är en annan än den första signalens frekvens (fx), erhällits frän den första signalen 5 med en operation som ätminstone ändrar frekvensen, kanne-tecknad av att den omfattar: en första diplexer (dl; 1; 6) som förbinder den första signalen som kommer tili kopplingens ingäng och den andra signalen tili en summasignal, 10 en förstärkare (A; 2; 7) för förstärkning av summasignalen, en andra diplexer (d2; 3; 8), som frän den förstärkta summasignalen avskiljer den förstärkta andra signalen för över-föring eventuellt i filtrerad form till kopplingens utgäng och den förstärkta första signalen för överföring tili in-15 gangen av organet (P; 4; 7) som ätminstone ändrar frekvensen, ett organ (P; 4; 10) som ändrar frekvensen, som ändrar den förstärkta första signalen tili en andra signal, som över-förs eventuellt i filtrerad form till den första diplexern 20 (dl; 1; 6).1. A connection for amplifying two signals, in which the second signal, whose frequency (f 2) is different from the frequency of the first signal (fx), is obtained from the first signal 5 with an operation which at least changes the frequency, comprising: a first diplexer (dl; 1; 6) connecting the first signal coming to the input of the coupling and the second signal to a sum signal, an amplifier (A; 2; 7) for amplifying the sum signal, a second diplexes (d2; 3; 8) which separate from the amplified sum signal the amplified second signal for transmission possibly in filtered form to the output of the coupling and the amplified first signal for transmission to the input of the means (P; 4; 7 ) which at least changes the frequency, a means (P; 4; 10) which changes the frequency, which changes the amplified first signal to a second signal, which is possibly transmitted in filtered form to the first diplexer 20 (dl; 1; 6). 2. Koppling enligt patentkrav 1, kännetecknad av att organet (P) som ändrar frekvensen är en mixer (10 eller 4) i en radiotelefonmottagare, varvid den första signalen är en 25 mottagen radioirekvenssignal (RFin) och den andra signalen är en mellanfrekvenssignal (IF).2. A coupling according to claim 1, characterized in that the frequency modifying means (P) is a mixer (10 or 4) in a radio telephone receiver, the first signal being a received radio frequency signal (RFin) and the second signal being an intermediate frequency signal (IF ). 3. Koppling enligt patentkrav 1, kännetecknad av att organet (P) som ändrar frekvensen är en mixer (4) i en radio- 30 telefonsändare, varvid den första signalen är en mellan-frekvenssignal (IFin) och den andra signalen är en radio-frekvenssignal (RF).Coupling according to claim 1, characterized in that the means (P) which change the frequency is a mixer (4) in a radio telephone transmitter, the first signal being an intermediate frequency signal (IFin) and the second signal being a radio signal. frequency signal (RF). 4. Koppling enligt patentkrav 1, kännetecknad av att or-35 ganet (P) som ändrar frekvensen är en frekvensmultiplikator.4. A coupling according to claim 1, characterized in that the frequency modifying element (P) is a frequency multiplier.