專利名稱：低速率模式的高靈敏度fsk調(diào)制信號接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低速率模式高靈敏度的用于FSK調(diào)制信號的接收器。
背景技術(shù)：
通常，發(fā)射器或接收器使用FSK (移頻鍵控)調(diào)制來進行短距離發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或 命令。如果RF載波頻率高，例如，大于300MHz，則為中間頻率(特別地，大于或等于100kHz) 選擇大帶寬。調(diào)制信號的調(diào)制頻移可根據(jù)該帶寬而進行改變。在這種情況下，可以使用由 不很精確且因此不昂貴的本地振蕩器提供的參考頻率。然而，必須考慮熱噪聲功率，其與所 選擇的帶寬成比例。因此，寬帶發(fā)射或接收系統(tǒng)通常不具有優(yōu)良的靈敏度。法國專利2 711 293公開了一種射頻信號接收器，其帶寬可以改變。該超外差型 接收器能夠解調(diào)寬帶頻率調(diào)制信號和窄帶信號。帶寬可以被動態(tài)改變，以獲得畸變衰減與 噪聲衰減之間的最佳折衷。在第一頻率轉(zhuǎn)換之后，濾波器利用第一帶寬(寬帶)對中間信 號進行濾波。接下來，使用用于窄帶的濾波器的第二帶寬和第三帶寬對中間信號執(zhí)行另一 濾波操作。最后，鑒別器執(zhí)行解調(diào)。然而，在接收器中沒有根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)信號的調(diào)制數(shù)據(jù)速率來進行具體的接收器 配置。因此，動態(tài)帶寬變化對輸入的信號提供畸變衰減與噪聲衰減之間的良好折衷。該專 利文件的接收器的結(jié)構(gòu)同樣相對復(fù)雜，這意味著其電功率消耗不能充分降低為使其安裝在 小尺寸的便攜物體中。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種FSK調(diào)制信號接收器，其可以以高靈敏度操 作且可以容易地根據(jù)調(diào)制信號中的調(diào)制數(shù)據(jù)或命令速率而被配置，同時還克服現(xiàn)有技術(shù)狀 態(tài)的上述缺陷。因此，本發(fā)明涉及一種FSK調(diào)制信號接收器，其包括在獨立權(quán)利要求1中提到的特 征。在從屬權(quán)利要求2至7中限定該接收器的具體實施例。根據(jù)本發(fā)明的FSK調(diào)制信號接收器的一個優(yōu)點在于，其可以被配置為既接收中速 率或高速率模式的調(diào)制數(shù)據(jù)或命令，也接收低速率模式的調(diào)制數(shù)據(jù)或命令。優(yōu)選，由于所述 接收器的高靈敏度有助于命令和數(shù)據(jù)解調(diào)操作，所述接收器被配置在低速率模式下。為了 實現(xiàn)這一點，操作濾波器單元，以使其在用于第一中速率或高速率解調(diào)級的多相濾波器中 過濾中間信號，或者使其在用于第二低速率解調(diào)級的多相濾波器中的兩個非耦合低通濾波 器中過濾基帶中的中間信號。有利地，在低速率模式下，通過混頻器將由天線采集的信號直接轉(zhuǎn)換為中間基帶 信號。這簡化了在低速率模式下的數(shù)據(jù)或命令解調(diào)，因為簡單的D觸發(fā)器可以跟隨以頻移 頻率為中心的窄帶帶通濾波器而執(zhí)行解調(diào)。
在基于由附圖示例的至少一個非限制性實施例的以下描述中，該FSK調(diào)制信號接 收器的目的、優(yōu)點和特征將看起來更清楚，在附圖中圖1以簡化的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的FSK調(diào)制信號接收器的一個實施例。
具體實施例方式在以下描述中，僅僅以簡化的方式描述對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的頻率調(diào) 制(FSK)信號接收器的所有那些部件。可以有利地在例如車輛遠程控制系統(tǒng)中或計數(shù)系統(tǒng) 中使用使所述FSK調(diào)制信號接收器圖1中所示的FSK調(diào)制信號接收器1可以被配置為在大于或等于lOOkbits/s的 中速率或高速率數(shù)據(jù)或命令接收模式下操作，或者有利地在高靈敏度的低速率數(shù)據(jù)或命令 接收模式下操作。在低于10kbits/s(例如約lkbits/s)的低調(diào)制命令或數(shù)據(jù)速率的優(yōu)選 配置中，輸入信號的功率通常集中在相對于信號載波頻率fo的(正或負)調(diào)制頻移Af 水 平。通常，在輸入信號頻率調(diào)制中，“1”調(diào)制狀態(tài)被定義為對載波頻率&增加調(diào)制頻移Af， 這給出ff A f，而“0”調(diào)制狀態(tài)被定義為從載波頻率&減去調(diào)制頻移Af，這給出ffAf。 當然，即使優(yōu)選在fo+ A f和A f下的數(shù)據(jù)調(diào)制，也同樣可以設(shè)想將“0”調(diào)制狀態(tài)定義為 載波頻率fo。FSK調(diào)制信號接收器1包括天線2，其用于接收短距離RF信號，并且其載波頻率大 于或等于300MHz。在低噪聲放大器LNA 3放大由天線2采集的FSK調(diào)制RF信號。該低噪 聲放大器LNA 3還可以包括未示出的帶通濾波器。通過由本地振蕩器6提供的同相信號& 而在第一混頻器4中對放大的濾波RF信號進行頻率轉(zhuǎn)換，以提供中間同相信號Im。還通過 由本地振蕩器6提供的正交(in-quadrature)信號SQ而在第二混頻器5中對這些RF信號 進行頻率轉(zhuǎn)換，以提供中間正交信號Qm。第一混頻器4和第二混頻器5形成接收器的混頻 器單元的部分。FSK調(diào)制信號接收器1包括集成電路，多數(shù)接收器部件被集成在其中。例如，以 0. 18um CMOS技術(shù)制造該集成電路。在混頻器4和5之后，F(xiàn)SK調(diào)制信號接收器還包括多相濾波器單元12，其可以被配 置為用于以低速率模式過濾中間信號的低通濾波器14和15的形式或者用于以中速率或高 速率模式過濾中間信號的多相濾波器或帶通濾波器13的形式。在濾波器單元12之后，接 收器1包括以中速率或高速率模式接收過濾的中間信號的第一中速率或高速率解調(diào)級以 及以低速率模式接收過濾的中間信號的第二低速率解調(diào)級。在第二解調(diào)級中，接收器1包括兩個窄帶帶通濾波器24和25。為了以低速率模 式對過濾的中間信號IF和Qf進行過濾，這些帶通濾波器以調(diào)制頻率為中心，具體地在+ A f 和-A f頻移附近。在帶通濾波器24和25之后，存在用于解調(diào)數(shù)據(jù)或命令的D觸發(fā)器26、 低通濾波器27以及用于提供數(shù)據(jù)或命令的數(shù)據(jù)提取器28。在第一解調(diào)級中，在中速率 或高速率模式的選擇期間，接收器1還包括在中間過濾信號；和Qf中所包含的數(shù)據(jù)或命令 的解調(diào)器20，其后是低通濾波器21以及用于提供數(shù)據(jù)或命令的數(shù)據(jù)提取器22。如果選擇中速率或高速率模式，則中間的頻率轉(zhuǎn)換信號、和^仍處于例如約1MHz 的頻率下，其具有調(diào)制頻移+ Af，該調(diào)制頻移相對于1MHz的轉(zhuǎn)換后的載波頻率為約250kHz
5或更小。然而，在低速率接收模式下，如果輸入信號的功率集中在每一個調(diào)制頻移Af水 平，中間信號、和^被直接轉(zhuǎn)換為0Hz的基帶。當然，由于有許多能量來自在整個頻率帶 寬內(nèi)的有用信號和噪聲，在中速率或高速率下通常不能設(shè)想將頻率直接轉(zhuǎn)換成基帶以接收 FSK調(diào)制信號。如果在0Hz下進行直接基帶轉(zhuǎn)換，則會觀測到數(shù)據(jù)損失。接收器的本地振蕩器6主要包括相位和頻率鎖定環(huán)，其包括電壓控制振蕩器VC0 11。該電壓控制振蕩器VC0可以為差分型振蕩器，以提供兩個高頻，即，同相信號&和正交 信號SQ。這些同相信號和正交信號在相位和頻率鎖定環(huán)中被供給到多模分頻器8。在相位 和頻率檢測器9中比較來自分頻器8的分頻與源自石英諧振器7的參考頻率Fref。在以已 知方式控制電壓控制振蕩器VC0之前，在低通濾波器10中過濾來自相位和頻率檢測器9的 輸出信號。如果本地振蕩器6包括精確的石英諧振器7，可以使FSK調(diào)制信號接收器在通常小 于lOkbits/s的低速率模式(lkbits/s)下具有高靈敏度。對于該速率，輸入信號中的所有 功率都集中在相對于載波頻率fo的頻移水平，即，fo+ △ f和fcr A f。對于該操作模式，需要 精確的石英諧振器。因此，如上所述，可以對輸入RF信號進行頻率轉(zhuǎn)換以在基帶中直接獲 得中間同相和正交信號、和^。然而，對于中速率或高速率FSK調(diào)制信號接收器，如果具有 噪聲的輸入信號的功率在接收器的整個帶寬內(nèi)大致相似，則石英諧振器7不需精確。帶寬 越寬，熱噪聲越大，這經(jīng)常意味著必須在帶寬與熱噪聲之間找到良好折衷，以從輸入FSK調(diào) 制信號解調(diào)數(shù)據(jù)而不引起太多問題。通過提供給本地振蕩器6的控制信號Cm來將接收器1配置為用于頻率轉(zhuǎn)換的中 速率或高速率模式或者低速率模式。該控制信號Cm使電壓控制振蕩器VC0 11提供在中速 率或高速率模式與低速率模式之間具有不同頻率的同相信號&和正交信號SQ。該控制信 號Cm可以作用于多模分頻器8，或者甚至作用于石英諧振器7的參考頻率Fref。例如，在 低速率模式下，同相信號和正交信號SQ的精確頻率與由天線2采集的RF信號的載波頻 率fo相同。這使得輸入的RF信號被第一混頻器4和第二混頻器5直接轉(zhuǎn)換成基帶。然而， 在中速率或高速率模式下，同相信號&和正交信號SQ的頻率比由天線2采集的RF信號的 載波頻率fQ小例如1MHz。這意味著可以在約1MHz的頻率下獲得中間信號、和^，接著必 須在解調(diào)器20中對其進行解調(diào)。一旦結(jié)束了對所述接收器的集成電路的制造步驟，還可以設(shè)想將接收器配置或設(shè) 定為使其可以在中速率或高速率模式下或者在低速率模式下操作。由此，利用相同的集成 電路，可以在中速率或高速率模式下或者在低速率模式下使用FSK調(diào)制信號接收器，這取 決于已設(shè)定的配置。如上所述，F(xiàn)SK調(diào)制信號接收器1還包括具有用于過濾兩個中間信號、和Qm的多 相濾波器12的濾波單元。該多相濾波單元12主要包括多相濾波器13，其由兩個耦合的低 通濾波器14和15形成，其中第一低通濾波器14接收中間的同相信號Im，而第二低通濾波 器15接收中間的正交信號Qm。當這兩個低通濾波器14和15經(jīng)由開關(guān)元件18而耦合時， 多相濾波器13可以在中間信號載波頻率附近執(zhí)行帶通濾波，其中當選擇中速率或高速率 模式時通過控制信號Cf 將開關(guān)元件18控制為閉合。根據(jù)所選擇的調(diào)制頻移(Af)，該帶通 濾波的截止頻率可被限定在例如與例如約1MHz的中心頻率相距約450kHz處。該多相濾波 器可被視為用于產(chǎn)生過濾的中間同相If和正交信號Qf的頻移低通濾波器。
應(yīng)注意，兩個低通濾波器14和15的經(jīng)由開關(guān)元件18的耦合可被替代地定義為 “回旋器”。然而，優(yōu)選經(jīng)由常規(guī)開關(guān)元件實現(xiàn)這兩個低通濾波器之間的所述耦合。在中速率或高速率模式下，經(jīng)由通過控制信號Cf控制的兩個開關(guān)16和17而將過 濾的中間信號；和％提供給第一中速率或高速率解調(diào)級的解調(diào)器20。具有公知結(jié)構(gòu)的該 解調(diào)器20以中速率或高速率模式解調(diào)過濾的中間信號If*QF。在解調(diào)器20之后是用于 從由解調(diào)器20提供的數(shù)據(jù)或控制信號去除所有雜散頻率的低通濾波器21。可以根據(jù)調(diào)制 信號速率來調(diào)整該低通濾波器的截止頻率。最后，將公知的數(shù)據(jù)提取器連接到低通濾波器 的輸出，以提供數(shù)據(jù)或控制信號Dot。優(yōu)選，在低速率模式下，多相濾波器13被轉(zhuǎn)換為經(jīng)由通過控制信號Cf控制的處于 打開狀態(tài)的開關(guān)元件18而解耦合的常規(guī)低通濾波器14和15。由此通過第一低通濾波器 14對處于基帶的中間同相信號Im進行濾波，從而向第二低速率解調(diào)級的第一帶通濾波器 24提供過濾的中間同相信號IF。該第一帶通濾波器24具有以每一個頻移Af或-Af為中 心的窄帶。-Af頻移僅僅為反相A f頻移，這有助于經(jīng)由簡單的D觸發(fā)器26而進行解調(diào)， 如下所述。通過第二低通濾波器15對基帶中的中間正交信號Qm進行濾波，從而向第二帶 通濾波器25提供過濾的正交中間信號Qf。該第二帶通濾波器同樣具有以每一個頻移Af 或-A f為中心的窄帶。分別經(jīng)由以低速率模式通過控制信號Cf控制的開關(guān)16和17而將 過濾的中間信號IF和Qf分別提供給第一帶通濾波器24和第二帶通濾波器25。由第一帶通濾波器24提供的中間同相數(shù)據(jù)信號ID被連接到D觸發(fā)器26的D輸 入，而由第二帶通濾波器25提供的中間正交數(shù)據(jù)信號Qd被連接到所述觸發(fā)器26的時鐘輸 入CLK。以這種方式，可以僅僅通過使用該D觸發(fā)器26而容易地解調(diào)來自中間基帶信號的 數(shù)據(jù)或命令。當然，可以設(shè)想向所述觸發(fā)器的D輸入提供中間正交數(shù)據(jù)信號且向時鐘輸入 CLK提供中間同相數(shù)據(jù)信號。最后，在進入數(shù)據(jù)提取器28之前，還通過具有根據(jù)調(diào)制信號速 率而調(diào)整的低截止頻率的低通濾波器27來過濾在所述觸發(fā)器26的Q輸出處的信號，以提 供數(shù)據(jù)或控制信號Dot。從以上描述很明顯，與現(xiàn)有技術(shù)的接收器相比，該FSK調(diào)制信號接收器的主要改 進在于，當其被配置為以低速率模式接收數(shù)據(jù)或控制信號時，其可容易地提供高靈敏度和 易化的解調(diào)。由于數(shù)據(jù)信號的功率主要集中在調(diào)制頻移水平，可以使用窄帶通濾波器來過 濾處于基帶的中間信號，這便于數(shù)據(jù)解調(diào)。通過以上給出的說明，在不脫離由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計對該FSK調(diào)制信號接收器的各種變體。沿著相同的線路，該接收器 還可被配置為允許以中速率或高速率模式或以低速率模式通過相同的天線進行調(diào)制數(shù)據(jù) 信號發(fā)送。
權(quán)利要求
一種用于FSK調(diào)制信號的接收器(1)，所述低功率接收器包括-天線(2)，其用于接收調(diào)制數(shù)據(jù)或控制信號，-至少一個低噪聲放大器(3)，其用于放大和過濾由所述天線采集的信號，-本地振蕩器(6)，其具有石英諧振器，并且在相位和頻率鎖定環(huán)中包括用于提供高頻信號(SI，SQ)的電壓控制振蕩器(11)，-至少一個混頻器單元(4，5)，其用于混合輸入的過濾且放大過的信號與由所述電壓控制振蕩器提供的高頻信號，以產(chǎn)生中間信號(Im，Qm)，所述中間信號的頻率等于所述高頻信號頻率與所述輸入的信號的載波頻率之差，以及-濾波單元(12)，其用于為至少一個數(shù)據(jù)或控制解調(diào)級過濾所述中間信號，其特征在于，所述接收器可以被配置為以中速率或高速率接收調(diào)制數(shù)據(jù)或控制信號或者以低速率接收調(diào)制數(shù)據(jù)或控制信號，并且特征在于，所述濾波單元以中速率或高速率模式向第一解調(diào)級提供在多相濾波器(13)中過濾的中間信號(IF，QF)，或者以低速率模式向第二解調(diào)級提供在被轉(zhuǎn)換為至少一個低通濾波器(14，15)的多相濾波器中過濾的中間基帶信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的接收器(1)，其特征在于，所述本地振蕩器(6)的所述電壓控制 振蕩器(11)向所述混頻器單元的第一混頻器(4)提供高頻同相信號(S》以使所述信號與 過濾且放大過的輸入信號混合而獲得中間同相信號(IJ，并且向所述混頻器單元的第二混 頻器(5)提供高頻正交信號(SQ)以使所述信號與過濾且放大過的輸入信號混合而獲得中 間正交信號(QJ，其特征在于，在中速率或高速率模式下，所述濾波單元的所述多相濾波器 (13)包括兩個耦合的低通濾波器(14，15)以向所述第一解調(diào)級提供過濾的中間同相和正 交信號(IF，QF)，并且特征在于，在低速率模式下，所述濾波單元的所述多相濾波器(13)的 兩個低通濾波器解耦合，以便第一低通濾波器(14)向所述第二解調(diào)級提供過濾的中間基 帶同相信號(IF)，并且第二低通濾波器(15)向所述第二解調(diào)級提供過濾的中間基帶正交信 號(Qf)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的接收器(1)，其特征在于，在中速率或高速率模式下，具有石英諧 振器的所述本地振蕩器(6)的所述電壓控制振蕩器(11)被配置為提供處于比所述過濾且 放大過的輸入信號的載波頻率低或高的第一頻率的高頻同相和正交信號(SpSj，以便所述 中間同相和正交信號(IF，QF)處于與所述高頻信號的頻率與所述載波頻率之差對應(yīng)的中間 頻率，并且特征在于，在低速率模式下，所述電壓控制振蕩器(11)被配置為提供處于與所 述過濾且放大過的輸入信號的載波頻率相同的第二頻率的高頻同相和正交信號(SpSj，以 提供中間基帶同相和正交信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3中的任何一項的接收器(1)，其特征在于，在低速率模式下，所 述第二解調(diào)級包括用于過濾所述過濾的中間基帶同相信號(IF)的第一帶通濾波器(24)和 用于過濾所述過濾的中間基帶正交信號(Qf)的第二帶通濾波器(25)，其中每一個帶通濾波 器以在頻率轉(zhuǎn)換成所述中間信號的基帶之后的所述數(shù)據(jù)或控制調(diào)制頻率為中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的接收器(1)，其特征在于，每一個帶通濾波器(24，25)都具有以每 一個正和負調(diào)制頻移為中心的窄帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的接收器(1)，其特征在于，所述第二低速率解調(diào)級還包括D觸發(fā)器 (26)，其中向所述觸發(fā)器的D輸入提供通過所述兩個帶通濾波器(24，25)過濾的所述中間基帶信號中的一個，而向所述觸發(fā)器的時鐘輸入(CLK)提供另一個中間基帶信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的接收器(1)，其特征在于，所述第二低速率解調(diào)級還包括用于過濾 由所述D觸發(fā)器(26)提供的所述數(shù)據(jù)或控制信號的另一個低通濾波器(27)以及連接在所 述另一個低通濾波器的輸出處的數(shù)據(jù)提取器(28)。
全文摘要
本發(fā)明涉及低速率模式的高靈敏度FSK調(diào)制信號接收器。一種用于FSK調(diào)制信號的接收器(1)包括天線(2)，其用于接收調(diào)制數(shù)據(jù)或控制信號；低噪聲放大器(3)，其用于放大和過濾由天線采集的信號；本地振蕩器(6)，其具有石英諧振器(7)，用于提供高頻同相信號(SI)和高頻正交信號(SQ)；第一和第二混頻器(4，5)，其用于混合高頻同相和正交信號與過濾且放大過的輸入信號，以產(chǎn)生中間信號(Im，Qm)；以及用于過濾中間信號的濾波器單元(12)。接收器可以被配置為以低速率接收調(diào)制數(shù)據(jù)或控制信號。濾波單元以中速率或高速率模式向第一解調(diào)級提供在多相濾波器(13)中過濾的中間信號(IF，QF)，或者以低速率模式向第二解調(diào)級提供在被轉(zhuǎn)換為兩個低通濾波器(14，15)的多相濾波器中過濾的中間基帶信號。
文檔編號H04L27/14GK101860505SQ20101015647
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月7日
發(fā)明者A·卡薩格蘭德, C·維拉斯克斯, E·澤韋格爾 申請人:斯沃奇集團研究和開發(fā)有限公司