專利名稱：頻率轉換電路裝置及具此電路裝置之移動無線裝置的制作方法
發明敘述本發明系相關于一種用于頻率轉換之電路裝置，系相關于一種具有該電路裝置的移動無線裝置。
通常，為了將已傳輸以及已接收的信號自一基頻轉換至無線電頻率，反之亦然，系會使用需要載波信號以用于該頻率轉換的頻率混合器，而此載波信號系正常地由一振蕩器，舉例而言，一電壓控制振蕩器，而加以提供，然而，該振蕩器系通常不會在該混合器所需的該載波頻率，而是在一不同的頻率進行振蕩，因此，在該振蕩器上由該傳輸頻率所造成的反應系會受到降低。就此而言，用于該振蕩器頻率的頻率轉換系需要對于在該轉換器中之低功率消耗以及低相位噪聲多加所注意。
而實際上有用信號之頻率轉換器所需要之自該振蕩器頻率至該載體頻率的該頻道轉換，其系，舉例而言，由于該振蕩器頻率乃于一頻率混合器中與其本身，可能是在相位位移之后，進行混合、或是與已自其衍生、已除降(divided down)、以及已過濾的一信號進行混合，因而可以達成，其中，該振蕩器頻率系可以使用整數頻分比例(integerdivision ratios)而進行除降，而過濾該已經被除降之振蕩器信號則是可以避免在該混合器之輸出處、可能因為相對而言較高之諧波(harmonics)的混合而產生之不需要的信號分量。在此例子中，依據追隨該傳輸器或接收器的設計，則在該混合器中所產生之用于調適該振蕩器信號的影像頻率系會由于已經利用一抑制該影像頻率之架構的該混合器而受到破壞，然而，此抑制系大部分會取決于在該頻率混合器中的配對容忍度(pairing tolerances)，而其系會依次對生產容忍度有高度需求，以及亦造成相對而較高之功率消耗、較差的相位噪聲特質、以及為了生產整體而相當復雜之該頻率轉換器的一大面積需求。
文件DE 19710490 A1系載明一種包括兩個頻率混合器的的頻率轉換電路，其中，第一頻率混合器系藉由一局部振蕩器信號而增加一輸入信號，并且，在頻分之后，該局部振蕩器信號系被供給至連接于該第一頻率混合器之下游的第二頻率混合器。
因此，本發明之一目的系在于載明一種用于頻率轉換的電路裝置，以及具有該電路裝置的一移動無線裝置，而此系使得頻率轉換可以具有在該電路中之較低的功率消耗，以及一較小的芯片面積需求。
本發明系藉由一種用于頻率轉換的電路裝置而達成該電路裝置的目的，而該用于頻率轉換的電路裝置系包括-一輸入，其系用于供給處于一輸入頻率的一輸入信號；-一輸出，而在該輸出系可以分接(tap off)處于取決于該輸入頻率之一輸出頻率的一輸出信號；-一頻率混合器，其系具有一連接至該電路裝置之該輸入的一第一輸入，一第二輸入，以及一耦接至該電路裝置之該輸出的輸出；以及-一除頻器，其系具有連接至該電路裝置之該輸出的一輸入，以及具有耦接至該頻率混合器之該第二輸入的一輸出，以達成供給處于一已除降(divided-down)之輸出頻率的一信號。
依照本發明的原則，一頻率混合器系被用于一輸入信號的頻率轉換，然而，此頻率混合器并不將該輸入頻率與其本身，可能是在相位位移之后，進行混合、或是與透過頻分(frequency division)而自其衍生的一頻率進行混合，卻是會形成包含有耦接至在該頻率混合器上之一另一輸入之一除頻器的一回授路徑，據此，該頻率混合器系會將處于該輸入頻率的該輸入信號與衍生自處于該輸出頻率之該輸出信號的一信號進行混合，而此信號系藉由使該輸出信號遭受頻分而加以提供。
本發明之原則所具有的優點是，在已除降之輸出信號中，系有相對而言較高的諧波(harmonics)被向下引導(brought down)至在該混合器中的共模(common mode)，接著，該混合器系可以具有一簡單濾波器連接于其下游，而其系會減弱剩下的、不需要的信號。
整體而言，所提出的原則系允許一用于頻率轉換之頻率混合器的使用，而其所需要之線性需求系會低上許多，所以，為了這個理由，該混合器系可以加以設計為在節省功率上特別優異，并且，由于所產生的影像頻率系與該傳輸頻率，也就是說，該電路裝置的該輸出頻率，距離夠遠，因此，其系可以利用一簡單的濾波器而進行減弱。
就功率消耗以及所需芯片面積而言，特別具有優勢的是，該除頻器被設計為具有頻分因子(division factor)2，也就是說，該除頻器系會將處于一半輸出頻率的一信號供給至該頻率混合器的該第二輸出。
在此例子中，該頻率混合器的該輸出系會提供獲得自該輸入頻率以及一半該輸出頻率間之差異的一頻率，而待抑制的該影像頻率，其則在此例子中獲得自該輸入頻率，也就是說，通常是該振蕩器頻率，以及該電路裝置之一半該輸出頻率的總和。在該頻率回授回路中，具有整數頻分數值(integer division value)n＝2之頻分的例子里，相較于在最初所提及之該等頻率轉換電路，該功率消耗以及所需的芯片面積系會減半。
根據本發明之一特別較具優勢的實施例系藉由產生具有一正反器的該除頻器而加以獲得。在此例子中，該正反器的時脈輸入系較佳地被連接至該用于頻率轉換之電路裝置的該輸出，而一關閉的回授路徑系較佳地被形成在該正反器的輸入以及輸出之間，并且，該正反器的該輸出系被連接至該頻率混合器的該第二輸入。
根據本發明，一更進一步、具優勢的實施例系于該頻率混合器的該輸出以及該除頻器的該輸入之間，以及因此亦于該電路裝置之該輸出的上游，包括一用于DC分量去耦合(decoupling)的裝置，也就是說，用于為來自該頻率混合器之該輸出信號進行DC去耦合的裝置，而此系會較具優勢地抑制由于混合該已除降之輸出信號以及該輸入信號所產生的共模分量(common-mode components)。
該用于DC去耦合之裝置系較佳地為一電容器的形式，并且系串聯連接于該信號路徑之中。
對該移動無線裝置而言，該目的系藉由具有如上述之一電路裝置的一移動無線裝置而加以達成，其系具有-至少一用于將一有用信號在一無線電頻率以及一基頻之間進行頻率轉換的裝置，且該裝置系具有一輔助輸入，以用于供給處于一載波頻率(carrier frequency)的一信號；-一頻率產生器，其系于一輸出提供處于一參考頻率之一參考信號；以及-該用于頻率轉換之電路裝置其輸入系被耦接至該頻率產生器的該輸出，以及其輸出系被耦接至該至少一用于頻率轉換之裝置的該輔助輸入。
由于該用于頻率轉換的電路裝置，正如上述，系被用于將一振蕩器所提供的該參考頻率轉換成為處于另一頻率的一信號，因此，該傳輸信號對于一頻率產生器的任何反應系會盡可能的小，此信號系為了在一輔助輸入的一有用信號，而被用以饋送一用于頻率轉換的裝置，其中，該裝置系被設計以將一基頻信號轉換成為一無線電頻率，或是反之亦然。
用以取代上述對于在一無線電頻率以及基頻之間，或是反之亦然，允許直接轉換之一有用信號頻率轉換器的驅動，以本發明原則作為基礎的一頻率轉換電路系亦可以較佳地，在本發明的范圍之內，被用于外差式收發器架構之中、或是被用于純傳輸或接收架構中。
本發明更進一步之詳盡內容以及較具優勢之改進系為附屬申請專利范圍的主題。
本發明系于之后利用復數個示范性實施例并以圖式做為參考而有更詳盡的解釋，其中第1圖其系顯示在根據本發明原則之一第一實施例中，具有一N除頻器的一簡化方塊圖；第2圖其系顯示在根據本發明原則一另一實施例中，具有以2進行頻分(frequency division)的一方塊圖；以及第3圖其系顯示具有于第1圖或第2圖中所示之一頻率轉換電路裝置的一移動無線裝置。
第1圖系顯示一種用于頻率轉換的電路裝置，其系具有一輸入1，以用于供給處于一輸入頻率的一輸入信號，具有一輸出2，而在該輸出2則可以分接(tap off)處于取決于該輸入頻率之一輸出頻率的一輸出信號，以及具有一頻率混合器3。該頻率混合器3系加以設計，以具有連接至該轉換電路之該輸入1的一第一輸入，一另一輸入，以及一輸出，其中，該頻率混合器3的該輸出系經由一放大器以及一帶通濾波器(bandpass filter)5而被連接至該電路裝置的該輸出2。此外，自該電路之該輸出至該頻率混合器3之該另一輸入的一回授路徑系加以提供，而其系包括一除頻器6以及在下游的一帶通濾波器7。在此裝置裝，該除頻器6的輸入系被連接至該電路3的該輸出，而同時，該濾波器7的輸出則是被連接至該混合器的該另一輸入。
一電壓控制振蕩器12系經由一運算放大器10而被連接至該電路裝置的該輸入1，而相同地，該輸出2系亦具有一另一放大器11連接于其上，而此則是代表一另一信號處理鏈，再者，該振蕩器12系會提供處于角頻率(N+1)/N*ω之一正弦曲線的(sinusoidal)無線電頻率信號，而此信號則會在該頻率混合器3中被轉換成為處于角頻率ω之一余弦曲線的(cosinu-soidal)無線電頻率信號，所以，為了這個目的，利用除頻器N而將該輸出信號進行頻分的該除頻器6系會于該混合器3的該另一輸入提供處于角頻率1/Nω的一正弦曲線信號。
而由于對于該混合器3的低線性需求，所以，本發明系特別有利于節省功率的頻率轉換，為了這個理由，在第1圖中所顯示的該頻率轉換電路系特別地適合于在移動無線裝置中操作，以及，在此應用中，用于提供一載體頻率、或局部振蕩器頻率。
第2圖系顯示根據第1圖之該電路裝置的一發展，其設計以及操作方法系大部分相對應于顯示于第1圖者，以及因此，在此時點不再多加敘述。唯一的不同點在于N除頻器6系被一2除頻器9所取代，而該2除頻器9的輸出系會輸出施加于其輸入之處于該頻率之一半的一信號，此外，在顯示于第2圖中之該回授路徑中，該帶通濾波器7系被一短路所取代，最后，在正向路徑(forward path)中的該帶通濾波器5則被一串聯電容器8所取代。另外，該電容器系會將該放大器4的輸出連接至該電路裝置的該輸出2，而該2除頻器9系為一正反器(flipflop)形式，且系包括一時脈輸入、一數據輸入、以及一數據輸出，并且，該電路裝置的該輸出2系被連接至該除頻器9的該時脈輸入，而該正反器的該數據輸入以及數據輸出則是在一另一回授回路中一起加以短路，再者，該正反器的該輸出系會被連接至該混合器3的該另一輸入。
在第2圖所示的該電路裝置中，該振蕩器12系會提供由該角頻率3/2ω所代表的一輸入頻率，而該振蕩器頻率信號系具有一正弦曲線的波形，再者，在該電路的該輸出2，該混合器3系會提供處于角頻率ω的一輸出信號，而此系藉由該2除頻器9對處于該角頻率ω的該信號進行頻分以提供處于角頻率ω/2的一正弦曲線信號而加以達成，其中，該角頻率ω/2系與該振蕩器信號頻率3/2ω進行混合，而獲得自該等輸入頻率之總和、以及系為2ω的影響頻率，其系會與該傳輸頻率相隔足夠的距離，以使得能夠藉由一簡單的濾波器進行減弱，此外，在已除降之輸出信號中的諧波系會于該混合器3中至少部分被向下引導(brought down)至共模(common mode)，并且，系簡單地利用該電容器8而自該輸出2進行去耦合。
相較于先前已知的頻率轉換電路，本發明具有一頻分比率(frequency division ratio)2之實施例系達成減半的功率消耗以及減半的必須芯片面積。
最后，第3圖系顯示根據第2圖之該頻率轉換電路在一移動無線收發器中之應用，在此例子中，一遞增頻率混合器15系加以提供于該移動無線裝置之一傳輸路徑之中，以及一遞減頻率混合器16則加以提供于該移動無線裝置之一接收路徑中。該遞增頻率轉換器15系具有一調變輸入，其中，該調變輸入乃是用以供給出現在基頻中之一調變信號BB-TX，并且，系被耦接至提供在該基頻中之該調變信號的一數字信號處理器17，而該遞增頻率轉換器15的輸出則會提供該調變信號，以當作已轉變成為一無線電頻率的一已調變載波，而且，該遞增頻率混合器15的輸出系會被耦接至一雙工單元18，而該雙工單元18則會依次被雙向地連接至一天線19。此外，在該接收方向中，在該雙工單元18上的一輸出系會被連接至在該遞減頻率混合器16上的一無線電頻率輸入，以供給一無線電頻率已接收信號。該遞減頻率混合器16的輸出則會被連接至在該數字信號處理器17上的一輸入，而該輸入系會于程序中被供給以一已向下轉換(converted down)至基頻之已調變的已接收信號BB-RX。為了以一載波信號驅動該等頻率混合器15、16，一電壓控制振蕩器12，其亦可以包括一鎖相回路，系加以提供，而此電壓控制振蕩器12系會經由該用于轉換之電路裝置14而被連接至在該等混合器15、16上的一分別輔助輸入，相應地，該振蕩器12的該振蕩器頻率系會于調適之后，被供給至該等混合器15、16的該等輔助輸入。
特別地是，在移動應用中，本發明之頻率轉換電路的特質，例如，低功率消耗以及小芯片面積，系特別地顯著，而該振蕩器12系可以在該振蕩器頻率的一半進行操作，這表示，該電路布局的更進一步簡化系受到保證。
用以取代顯示用于移動無線裝置的直接轉換架構，特別是相關于在第3圖所示之該收發器中的該接收路徑，外差式架構以及低IF架構系亦可以較具優勢地配備以根據本發明之頻率轉換電路。
權利要求
1.一種用于頻率轉換的電路裝置，系包括-一輸入(1)，其系用于供給處于一輸入頻率的一輸入信號；-一輸出(2)，而在該輸出(2)系可以分接(tap off)處于取決于該輸入頻率之一輸出頻率的一輸出信號；-一頻率混合器(3)，其系具有一連接至該電路裝置之該輸入(1)的一第一輸入，一第二輸入，以及一耦接至該電路裝置之該輸出(2)的輸出；以及-一除頻器(6)，其系具有連接至該電路裝置之該輸出(2)的一輸入，以及具有耦接至該頻率混合器(3)之該第二輸入的一輸出，以達成供給處于一已除降(divided-down)之輸出頻率的一信號。
2.根據申請專利范圍第1項所述之電路裝置，其特征在于，該除頻器(6)系為一具有頻分因子(division factor)2之除頻器的形式。
3.根據申請專利范圍第1或第2項所述之電路裝置，其特征在于，該除頻器(7)系包括一正反器(9)。
4.根據申請專利范圍第3項所述之電路裝置，其特征在于，該正反器(9)系具有形成該除頻器之該輸入的一時脈輸入。
5.根據申請專利范圍第1至第4項其中之一所述之該電路裝置，其特征在于，連接于該頻率混合器(3)的該輸出以及該除頻器(6)的該輸入之間，系具有一用于為來自該電路裝置之該輸出信號進行DC分量去耦合(decoupling)的裝置(5)。
6.根據申請專利范圍第5項所述之電路裝置，其特征在于，該用于DC去耦合之裝置(5)系為一電容器(8)。
7.一種包括具有如申請專利范圍第1至第6項其中之一之特征之一電路裝置的移動無線裝置，其系包括-至少一用于將一有用信號在一無線電頻率以及一基頻之間進行頻率轉換的裝置(15，16)，且該裝置(15，16)系具有一輔助輸入，以用于供給處于一載波頻率(carrier frequency)的一信號；-一頻率產生器(12)，其系于一輸出提供處于一參考頻率之一參考信號；以及-該用于頻率轉換之電路裝置(14)其輸入系被耦接至該頻率產生器(12)的該輸出，以及其輸出系被耦接至該至少一用于頻率轉換之裝置(15，16)的該輔助輸入。
全文摘要
本發明系載明一種用于頻率轉換之電路裝置(14)以及備有該電路裝置的一移動無線裝置，而該等系藉由一頻率混合器(3)而提供頻率調適。就此而言，所提供之自該頻率混合器(3)之輸出至在該頻率混合器(3)上之一另一輸入的一回授路徑(6、7)系具有一除頻器(6)，特別地是，若是該除頻器(6)系為一2除頻器(9)之形式時，則該頻率轉換電路系可以進行設計而具有一低功率需求以及一小芯片面積，并且，為了在一收發器中致動用于一有用信號的一頻率轉換器(15、16)，其系允許該電路在沒有對一頻率產生器(12)反應的情況下進行操作。
文檔編號H04B1/40GK1643774SQ03805743
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月6日 優先權日2002年3月12日
發明者C·格雷溫格, A·漢科 申請人:因芬尼昂技術股份公司