DE19538002A1 - Time-share mixer circuit, esp. for microwave monolithic superheterodyne receiver - Google Patents
Time-share mixer circuit, esp. for microwave monolithic superheterodyne receiverInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Funkwesen und insbesondere auf eine Funkschaltung, die einen Zeitaufteilungsmischer und einen Lokaloszillator verwendet, um die Trägerfrequenz eines HF-Signals zu modulieren, zu de modulieren und zu verändern.The present invention relates generally to the Radio system and in particular to a radio circuit that one Time sharing mixer and a local oscillator used to modulate the carrier frequency of an RF signal, de modulate and change.
Ein Überlagerungs-Funkempfänger setzt die Trägerfrequenz ei nes Eingangssignals auf eine Zwischenfrequenz um, während die Modulation (Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodula tion) des Eingangssignals beibehalten wird. Der Grund dafür besteht darin, daß ein Funkempfänger in der Lage sein muß, Eingangssignale über einen Bereich von Trägerfrequenzen zu empfangen und zu verstärken. Es kann jedoch ein größerer Ge winn durch einen Festfrequenzverstärker erhalten werden, als durch einen, der über einen Frequenzbereich verstärken muß. Ein Umsetzen des Trägers des Eingangssignals auf eine feste Zwischenfrequenz erlaubt es, daß die Verstärkerstufen nur bei einer Frequenz arbeiten, wodurch mehr Gewinn von jeder Stufe geschaffen werden kann, als andernfalls verfügbar sein würde. Jede derartige Verstärkerstufe ist ein Bandpaßver stärker, der ein beliebiges Signal mit einer Frequenz inner halb einer definierten Bandbreite, deren Mitte auf der Zwi schenfrequenz des Empfängers liegt, verstärkt. Andere Signa le werden unterdrückt.A superimposed radio receiver sets the carrier frequency nes input signal to an intermediate frequency while the modulation (amplitude, phase or frequency modules tion) of the input signal is maintained. The reason for this is that a radio receiver must be able to Input signals over a range of carrier frequencies received and amplified. However, a larger Ge winn can be obtained as a fixed frequency amplifier by one who has to amplify over a frequency range. A conversion of the carrier of the input signal to a fixed one Intermediate frequency only allows the amplifier stages work at a frequency, creating more profit from everyone Level can be created as otherwise available would. Each such amplifier stage is a bandpass filter stronger of any signal with a frequency inside half of a defined range, the middle of which is on the frequency of the receiver is amplified. Other Signa le are suppressed.
Ein gewöhnlicher AM- oder FM-Empfänger (AM = Amplitudenmodu lation; FM = Frequenzmodulation) der Art, die zu Hause ver wendet wird, weist typischerweise eine Zwischenfrequenz und eine kleine Anzahl von Zwischenfrequenz-Verstärkerstufen auf. Empfänger, die jedoch in dem Mikrowellenspektrum oder darüber arbeiten, können mehrere IF-Verstärker (IF = Inter mediate Frequency = Zwischenfrequenz) aufweisen, wobei jeder derselben bei einer unterschiedlichen Zwischenfrequenz ar beitet. Dies ist der Fall, da der Gesamtgewinn, der bei ei nem derartigen Empfänger benötigt wird, bis zu 10⁵ hoch sein kann. Mehrere Verstärkerstufen mit hohem Gewinn müssen ver wendet werden, um einen derart hohen Gewinn zu erhalten. Das Betreiben jeder Stufe bei einer unterschiedlichen Frequenz reduziert die Gefahr der Verstärkerinstabilität aufgrund ei ner parasitären Rückkopplung von einer Stufe zu einer ande ren.An ordinary AM or FM receiver (AM = amplitude mod lation; FM = frequency modulation) of the type used at home typically has an intermediate frequency and a small number of intermediate frequency amplifier stages on. Receivers, however, in the microwave spectrum or several IF amplifiers (IF = Inter mediate frequency), each the same at a different intermediate frequency ar works. This is the case because the total profit from egg Such a receiver is required to be up to 10⁵ high can. Multiple amplifier stages with high gain must ver be used to get such a high profit. The Operate each stage at a different frequency reduces the risk of amplifier instability due to egg ner parasitic feedback from one stage to another ren.
Aus dem vorhergehenden ist es offensichtlich, daß jeder Überlagerungsempfänger einen Frequenzumsetzer benötigt, um die Frequenz des Eingangssignals auf die richtige Frequenz für den IF-Verstärker umzusetzen. Wenn der Empfänger mehrere IF-Verstärker aufweist, die bei unterschiedlichen Frequenzen arbeiten, dann werden mehrere Frequenzumsetzer benötigt, wo bei für jede in dem Empfänger verwendete unterschiedliche Zwischenfrequenz ein Frequenzumsetzer verwendet wird.From the previous it is obvious that everyone Superimposed receiver needs a frequency converter to the frequency of the input signal to the correct frequency to implement for the IF amplifier. If the recipient is multiple IF amplifier has that at different frequencies work, then multiple frequency converters are needed where at different for each used in the receiver Intermediate frequency a frequency converter is used.
Ein Frequenzumsetzer weist zwei Elemente auf: einen Lokal oszillator und einen Mischer. Der Lokaloszillator erzeugt ein Signal mit einer Frequenz (fLO), die von der Frequenz (fD) (D = Desired = gewünscht) eines gewünschten Eingangs signals abweicht. Der Mischer kombiniert das gewünschte Ein gangssignal mit dem Lokaloszillatorsignal, um zwei neue Si gnale zu erzeugen, wobei ein Signal eine Frequenz (fSUM), die der Summe der gewünschten Eingangssignalfrequenz und der Lokaloszillatorfrequenz gleich ist,A frequency converter has two elements: a local oscillator and a mixer. The local oscillator generates a signal with a frequency (f LO ) which differs from the frequency (f D ) (D = Desired = desired) of a desired input signal. The mixer combines the desired input signal with the local oscillator signal to generate two new signals, one signal having a frequency (f SUM ) equal to the sum of the desired input signal frequency and the local oscillator frequency,
fSUM = fD + fLO (1)f SUM = f D + f LO (1)
und das andere Signal eine Frequenz (fDIFF) aufweist, die der Differenz zwischen der gewünschten Eingangssignalfre quenz und der Lokaloszillatorfrequenz gleich ist:and the other signal has a frequency (f DIFF ) which is the same as the difference between the desired input signal frequency and the local oscillator frequency:
fDIFF = fD - fLO (2).f D IFF = f D - f LO (2).
Typischerweise stellt der Benutzer die Frequenz des Lokalos zillators unter die gewünschte Eingangssignalfrequenz ein, derart, daß der Mischer, wenn das Lokaloszillatorsignal mit dem gewünschten Eingangssignal gemischt wird, ein Differenz signal erzeugt, das die gleiche Frequenz wie die IF-Verstär kerfrequenz (fIF) besitzt. Wenn für fDIFF fIF eingesetzt wird und Gleichung (2) umgestellt wird, ergibt sich folgende Gleichung:Typically, the user sets the frequency of the local oscillator below the desired input signal frequency such that when the local oscillator signal is mixed with the desired input signal, the mixer produces a difference signal that has the same frequency as the IF amplifier frequency (f IF ). owns. If f IF is used for f DIFF and equation (2) is changed, the following equation results:
fD = fLO + fIF (3).f D = f LO + f IF (3).
Wenn an dem Empfängereingang weitere Signale vorhanden sind, werden auch sie mit dem Lokaloszillatorsignal gemischt, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. Allgemein werden die Frequenzen dieser Summen- und Differenzsignale jedoch nicht die gleiche Frequenz wie fIF aufweisen, und daher wer den diese Summen- und Differenzsignale durch den IF-Verstär ker unterdrückt. Somit wird nur ein Eingangssignal mit einer Frequenz fD, welche der Summe der Lokaloszillatorfrequenz fLO und der Zwischenfrequenz fIF gleich ist, auf die richti ge Zwischenfrequenz umgesetzt und durch den IF-Verstärker verstärkt.If further signals are present at the receiver input, they are also mixed with the local oscillator signal in order to generate sum and difference signals. In general, however, the frequencies of these sum and difference signals will not have the same frequency as f IF , and therefore who these sum and difference signals will be suppressed by the IF amplifier. Thus, only an input signal with a frequency f D , which is the sum of the local oscillator frequency f LO and the intermediate frequency f IF , is converted to the correct intermediate frequency and amplified by the IF amplifier.
Bei einem Radioempfänger wie er typischerweise zu Hause ver wendet wird, wird der Oszillator unter Verwendung der Ab stimmsteuerung abgestimmt. Obwohl die Skalenscheibe die Fre quenz der gewünschten Station anzeigt, stellt die Abstimm steuerung die Lokaloszillatorfrequenz tatsächlich derart ein, daß dieselbe der Differenz zwischen der gewünschten Frequenz und der Zwischenfrequenz des Empfängers entspricht. So wird die gewünschte Radiostation ausgewählt. Bei anderen Arten von Empfängern können weitere Einrichtungen verwendet werden, um die Frequenz des Lokaloszillators abzustimmen.With a radio receiver as he typically ver at home is used, the oscillator using the Ab voice control tuned. Although the dial shows the Fre display of the desired station, the voting control the local oscillator frequency actually so a that the same the difference between the desired Frequency and the intermediate frequency of the receiver corresponds. So the desired radio station is selected. With others Other types of receivers can be used to tune the frequency of the local oscillator.
Obwohl die meisten Eingangssignale außer der gewünschten un terdrückt werden, kann ein unerwünschtes Signal durchkommen. Dies ist der Fall, da, wie oben angemerkt wurde, der Mischer sowohl Summen- als auch Differenzfrequenzen erzeugt. Glei chung (3) zeigt, daß ein Eingangssignal mit einer Frequenz, die der Summe von fLO und fIF entspricht, von dem IF-Ver stärker angenommen wird. Somit zeigt Gleichung (1), daß ein unerwünschtes Eingangssignal mit einer Frequenz, die der Differenz zwischen fLO und fIF entspricht, ebenfalls auf die Empfänger-IF umgesetzt und von dem IF-Verstärker angenommen wird. Dieses unerwünschte Signal fU wird als das "Spie gel"-Signal bezeichnet:Although most input signals are suppressed except the one you want, an unwanted signal can get through. This is because, as noted above, the mixer produces both sum and difference frequencies. Equation ( 3 ) shows that an input signal with a frequency corresponding to the sum of f LO and f IF is more strongly accepted by the IF ver. Thus, equation (1) shows that an unwanted input signal with a frequency corresponding to the difference between f LO and f IF is also converted to the receiver IF and accepted by the IF amplifier. This undesired signal f U is referred to as the "mirror" signal:
fU = fLO - fIF (4).f U = f LO - f IF (4).
Die Subtraktion der Gleichung (4) von der Gleichung (3) zeigt, daß die Differenz zwischen der gewünschten und der unerwünschten Frequenz 2fIF beträgt. Die meisten Empfänger sind in der Lage, derartige Spiegelfrequenzen mittels eines Bandpaßfilters vor dem Mischer zu unterdrücken. Ein derarti ger Filter verhindert, daß die unerwünschte Spiegelfrequenz in den Mischer eintritt. Somit verarbeitet der Mischer nur das gewünschte Signal, da die Amplitude des unerwünschten Spiegelsignals durch den Bandpaßfilter gedämpft worden ist, bevor sie den Mischer erreicht.The subtraction of equation (4) from equation (3) shows that the difference between the desired and the undesired frequency is 2 f IF . Most receivers are able to suppress such image frequencies by means of a bandpass filter in front of the mixer. Such a filter prevents the unwanted image frequency from entering the mixer. Thus, the mixer only processes the desired signal because the amplitude of the unwanted mirror signal has been attenuated by the bandpass filter before it reaches the mixer.
Das Verfahren des Eingangsbandpaßfilters zur Spiegelunter drückung ist bei Empfängern, wie z. B. AM-, FM- und Fernseh empfängern der Art, wie sie im allgemeinen zu Hause gefunden wird, ausreichend. Dieses Verfahren ergibt ebenfalls bei der zweiten und dritten Frequenzumsetzungsstufe eines Empfängers mit mehrfachen Zwischenfrequenzen befriedigende Resultate, da die gewünschten Mischereingangsfrequenzen fest und be reits relativ niedrig sind. In der ersten Frequenzumset zungsschaltung eines Empfängers, der über einem Bereich von Eingangsfrequenzen im Mikrowellenabschnitt des Spektrums oder darüber hinaus abstimmbar ist, ist die Situation jedoch anders.The procedure of the input bandpass filter to mirror below pressure is in receivers such. B. AM, FM and television recipients of the type generally found at home will, sufficient. This procedure also results in the second and third frequency conversion stage of a receiver satisfactory results with multiple intermediate frequencies, because the desired mixer input frequencies are fixed and be are already relatively low. In the first frequency conversion tion circuit of a receiver over a range of Input frequencies in the microwave section of the spectrum or beyond that, the situation is different.
Es wird eine Frequenzumsetzungsschaltung in einem Empfänger betrachtet, der entworfen ist, um in einem Frequenzband, wie z. B. einem der industriellen, wissenschaftlichen oder medi zinischen Frequenzbänder zu arbeiten, welche einen Bereich von gewünschten Eingangsfrequenzen zwischen etwa 902 MHz und 928 MHz aufweisen. Es würde wünschenswert sein, ein angemes sen billiges festes Eingangsbandpaßfilter zu verwenden, um die unerwünschten Spiegelsignale auszublenden. Um jedoch ein gewünschtes Eingangssignal mit einer Frequenz in diesem Be reich von seinem unerwünschten Spiegelsignal mittels eines derartigen Filters zu trennen, müßte mindestens ein Schutz band von 100 MHz zwischen den beiden Bereichsgrenzen vorhan den sein. Dies würde eine fIF von mindestens 63 MHz erfor dern.Consider a frequency conversion circuit in a receiver designed to operate in a frequency band, such as. B. one of the industrial, scientific or medical frequency bands to work, which have a range of desired input frequencies between about 902 MHz and 928 MHz. It would be desirable to use an adequately inexpensive fixed input band pass filter to mask out the unwanted image signals. However, in order to separate a desired input signal with a frequency in this range from its undesired mirror signal by means of such a filter, at least a protective band of 100 MHz would have to be present between the two range limits. This would require an f IF of at least 63 MHz.
Für einen monolithischen Funkempfänger (ein Empfänger, der auf einem einzigen integrierten Schaltungssubstrat herge stellt ist) ist es vorteilhaft, alle Zwischenfrequenzen auf weniger als 10 MHz zu begrenzen. Dies ist der Fall, da es keinen praktischen Weg gibt, um IF-Verstärker herzustellen, die bei höheren Frequenzen in einem monolithischen Entwurf arbeiten. Induktor-Kondensator-abgestimmte IF-Verstärker, die auf Frequenzen über 10 MHz abstimmbar sind, sind schwie rig herzustellen, da keine verlustarmen Induktoren auf dem Chip verfügbar sind. Die Alternative zu einem Induktor-Kon densator-abgestimmten IF-Verstärker würde ein aktives Filter sein. Ein aktives Filter, das bei Frequenzen über 10 MHz ar beitet, erfordert jedoch relativ viel Leistung. Dies macht es nicht praktikabel, sowohl das Filter als auch den Rest des Empfänger auf einen einzigen Chip zu plazieren. Wenn der Filter von dem Empfängerchip entfernt angeordnet ist, muß ein zusätzliches Tor auf dem Empfängerchip vorgesehen wer den, um den Empfänger mit dem Filter zu verbinden, wobei das Treiben der zusätzlichen parasitären Kapazität, die ein der artiges Tor begleitet, noch mehr Leistung verbraucht. Demge mäß besteht der einzige praktische Weg, um monolithische Empfänger zu entwerfen, darin, die fIF des Empfängers auf nicht mehr als 10 MHz zu begrenzen.For a monolithic radio receiver (a receiver manufactured on a single integrated circuit substrate), it is advantageous to limit all intermediate frequencies to less than 10 MHz. This is because there is no practical way to make IF amplifiers that operate at higher frequencies in a monolithic design. Inductor-capacitor-tuned IF amplifiers that can be tuned to frequencies above 10 MHz are difficult to manufacture because there are no low-loss inductors available on the chip. The alternative to an inductor-capacitor-tuned IF amplifier would be an active filter. However, an active filter that works at frequencies above 10 MHz requires a relatively large amount of power. This makes it impractical to place both the filter and the rest of the receiver on a single chip. If the filter is remotely located from the receiver chip, an additional gate must be provided on the receiver chip to connect the receiver to the filter, and driving the additional parasitic capacitance that accompanies the gate requires even more power. Accordingly, the only practical way to design monolithic receivers is to limit the receiver's f IF to no more than 10 MHz.
Wie vorher diskutiert wurde, benötigt ein Empfänger, der da für vorgesehen ist, um Signale in dem Band von 900 MHz zu empfangen, eine fIF von mindestens 63 MHz, wenn Spiegelfre quenzen mittels eines Eingangsbandpaßfilters unterdrückt werden sollen. Ein praktischer Empfänger mit einer fIF von über 10 MHz kann jedoch nicht auf einem einzigen Substrat hergestellt werden. Somit muß ein anderer Weg zum Unter drücken von Spiegelfrequenzen gefunden werden, um einen Empfänger bei 900 MHz auf einem einzigen Substrat herzu stellen.As previously discussed, a receiver intended to receive signals in the 900 MHz band needs an f IF of at least 63 MHz if mirror frequencies are to be suppressed using an input bandpass filter. However, a practical receiver with an f IF of over 10 MHz cannot be made on a single substrate. Thus, another way to suppress mirror frequencies must be found to manufacture a receiver at 900 MHz on a single substrate.
Eine Art eines Frequenzumsetzers, der die Fähigkeit auf weist, ein Spiegelsignal zu unterdrücken, ohne ein festes Bandpaßfilter vor dem Mischer zu verwenden, ist in Fig. 1 dargestellt. In diesem System gemäß dem Stand der Technik werden zwei angepaßte Mischer 11 und 13 durch ein Eingangs signal parallel getrieben. Ein Lokaloszillator 15 treibt den ersten Mischer 11 direkt. Der Lokaloszillator treibt den zweiten Mischer 13 durch einen ersten 90°-Phasenschieber 17. Der erste Mischer liefert eine Ausgabe an eine Summierer schaltung 19. Der zweite Mischer liefert eine Ausgabe zu der Summiererschaltung durch einen zweiten 90°-Phasenschieber 21. Die Ausgabe der Summiererschaltung wird die Eingabe ei nes IF-Verstärkers 23. Der IF-Verstärker ist auf die Zwi schenfrequenz fIF des Empfängers abgestimmt.One type of frequency converter that has the ability to suppress a mirror signal without using a fixed bandpass filter in front of the mixer is shown in FIG . In this system according to the prior art, two adapted mixers 11 and 13 are driven in parallel by an input signal. A local oscillator 15 drives the first mixer 11 directly. The local oscillator drives the second mixer 13 through a first 90 ° phase shifter 17 . The first mixer provides an output to a summer circuit 19 . The second mixer provides an output to the summing circuit through a second 90 ° phase shifter 21 . The output of the summing circuit becomes the input of an IF amplifier 23 . The IF amplifier is tuned to the intermediate frequency f IF of the receiver.
Der erste Mischer leitet sowohl das gewünschte Signal als auch das unerwünschte Spiegelsignal, welche in der Frequenz von ihren jeweiligen Trägerfrequenzen fD und fU auf fIF ver schoben sind, zu der Summiererschaltung. Der zweite Mischer tut dies genauso. Die zwei Phasenschieber haben jedoch den Effekt, daß sie eine 180°-Phasenverschiebung in das Fre quenz-umgesetzte Spiegelsignal einführen, das durch den zweiten Mischer geliefert wird, wogegen die Phase des Fre quenz-umgesetzten gewünschten Signals unbeeinflußt bleibt. Bei der Summiererschaltung heben sich das Spiegelsignal von dem ersten Mischer und das 180°-phasenverschobene Spiegelsi gnal von dem zweiten Mischer gegenseitig auf. Somit wird nur das gewünschte Signal von der Summiererschaltung zu dem IF- Verstärker geleitet.The first mixer passes both the desired signal and the unwanted mirror signal, which are shifted in frequency from their respective carrier frequencies f D and f U to f IF , to the summing circuit. The second mixer does the same. The two phase shifters, however, have the effect of introducing a 180 ° phase shift into the frequency-converted mirror signal provided by the second mixer, while the phase of the frequency-converted desired signal remains unaffected. In the summing circuit, the mirror signal from the first mixer and the 180 ° phase-shifted mirror signal from the second mixer cancel each other out. Thus, only the desired signal is routed from the summing circuit to the IF amplifier.
Die Wirkung der beiden Mischer und der beiden Phasenschieber wird nachfolgend detaillierter erklärt. Das gewünschte Ein gangssignal D(t) kann folgendermaßen ausgedrückt werden:The effect of the two mixers and the two phase shifters is explained in more detail below. The desired on output signal D (t) can be expressed as follows:
D(t) = Dsin(ωDt + ΦD) (5)D (t) = Dsin (ω D t + Φ D ) (5)
wobei D die Amplitude des gewünschten Eingangssignals, ωD die Winkelfrequenz und ΦD die Phase sind. Das Anwenden der Definition ω= 2πf auf die Gleichung (3) ergibt folgendes:where D is the amplitude of the desired input signal, ωD the angular frequency and Φ D the phase. Applying the definition ω = 2πf to equation (3) gives the following:
ωD = ωLO + ωIF (6).ω D = ω LO + ω IF (6).
Indem nun (6) in (5) eingesetzt wird, ergibt sich der fol gende Ausdruck für das gewünschte Eingangssignal:By using (6) in (5), the fol expression for the desired input signal:
D(1) = Dsin((ωLO + ωIF)t + ΦD) (7).D (1) = Dsin ((ω LO + ω IF ) t + Φ D ) (7).
Auf ähnliche Weise kann das unerwünschte Spiegelsignal U(t) folgendermaßen ausgedrückt werden:In a similar way, the unwanted mirror signal U (t) can be expressed as follows:
U(t) = Usin((ωLO - ωIF)t + ΦU) (8).U (t) = Usin ((ω LO - ω IF ) t + Φ U ) (8).
Die Phasenwinkel ΦD und ΦU sind willkürlich und werden beim Rest dieser Diskussion nicht berücksichtigt.The phase angles Φ D and Φ U are arbitrary and will not be considered in the rest of this discussion.
Der erste Mischer 11 kombiniert das gewünschte Eingangssi gnal mit dem Lokaloszillatorsignal, welches als cos(·LOt) ausgedrückt werden kann, was die folgende Komponente in dem Mischerausgangssignal zur Folge hat:The first mixer 11 combines the desired input signal with the local oscillator signal, which can be expressed as cos (· LO t), which results in the following component in the mixer output signal:
Dsin{(ωLO + ωIF)t}Cos(ωLOt) (9).Dsin {(ω LO + ω IF ) t} Cos (ω LO t) (9).
Das Anwenden der trigonometrischen Identität sinx·cosy = ½(sin(x+y)+sin(x-y)) auf den Ausdruck (9) ergibt folgende Gleichung:Applying the trigonometric identity sinx · cozy = ½ (sin (x + y) + sin (xy)) to expression ( 9 ) gives the following equation:
½D(sin(²ωLO + ωIF)t + sinωIFt) (10).½D (sin (²ω LO + ω IF ) t + sinω IF t) (10).
Der erste Term von Gleichung (10) besitzt eine Frequenz (2ωLO +ωIF), eine Frequenz, die durch den IF-Verstärker ge dämpft und ignoriert wird. Somit ist der zweite Term des Ausdrucks (10) nach dem Mischen im ersten Mischer die einzige Komponente des gewünschten Signals, die von dem IF- Verstärker verstärkt wird. Der zweite Term wird folgender maßen ausgedrückt:The first term of equation (10) has a frequency ( 2 ω LO + ω IF ), a frequency that is attenuated and ignored by the IF amplifier. Thus, the second term of expression (10) after mixing in the first mixer is the only component of the desired signal that is amplified by the IF amplifier. The second term is expressed as follows:
1DsinωIFt (11).1Dsinω IF t (11).
Auf ähnliche Art und Weise ist die einzige Komponente des Spiegelsignals nach dem Mischen in dem ersten Mischer, die von dem Bandpaßverstärker verstärkt wird, durch folgende Gleichung gegeben:Similarly, the only component of the Mirror signal after mixing in the first mixer, the amplified by the bandpass amplifier by the following Given equation:
-½ UsinωIFt (12).-½ Usinω IF t (12).
Der zweite Mischer 13 kombiniert das gewünschte Eingangssi gnal mit dem phasenverschobenen Lokaloszillatorsignal. Das phasenverschobene Lokaloszillatorsignal wird als sin(·LOt) ausgedrückt. Das gewünschte Eingangssignal nach dem Mischen in dem zweiten Mischer besitzt demnach nur eine Komponente, die von dem IF-Verstärker angenommen wird:The second mixer 13 combines the desired input signal with the phase-shifted local oscillator signal. The phase-shifted local oscillator signal is expressed as sin (· LO t). The desired input signal after mixing in the second mixer therefore has only one component that is accepted by the IF amplifier:
½DcosωIFt (13)½Dcosω IF t (13)
was dem Ausdruck (11) ähnlich ist, wobei jedoch eine Phasen verschiebung von 90° existiert. Das Spiegelsignal besitzt nach dem Mischen in dem zweiten Mischer nur eine Komponente, die von dem IF-Verstärker angenommen wird:which is similar to expression (11), but with a phase displacement of 90 ° exists. The mirror signal has after mixing in the second mixer only one component, which is accepted by the IF amplifier:
½UcosωIFt (14)½Ucosω IF t (14)
was dem Ausdruck (12) entspricht, wobei jedoch eine Phasen verschiebung von 90° vorhanden ist. Der zweite Phasenschie ber 18 verzögert die Phase beider Ausdrücke (11) und (12) um 90°, was ergibt:which corresponds to expression (12), but with a phase shift of 90 °. The second phase shifter over 18 delays the phase of both expressions (11) and (12) by 90 °, which results in:
½DsinωIFt (15)½Dsinω IF t (15)
für die restliche Komponente des gewünschten Signals undfor the remaining component of the desired signal and
½UsinωIFt (16)½Usinω IF t (16)
für die restliche Komponente des Spiegelsignals. Wenn die Ausdrücke (11), (12), (15) und (16) in der Summiererschal tung zusammen addiert werden, beträgt die Summe:for the remaining component of the mirror signal. If the Expressions (11), (12), (15) and (16) in the summer scarf tion are added together, the sum is:
DSinωIFt (17). DSinω IF t (17).
Es ist offensichtlich, daß die Amplituden der unerwünschten Spiegelkomponenten in den Ausgaben der Mischer 11 und 13, die vorher als Ausdrücke (12) bzw. (16) dargelegt worden sind, exakt angepaßt sein müssen, wenn das unerwünschte Spiegelsignal komplett eliminiert werden soll. Diese Anfor derung ist besonders bei mobilen Anwendungen eines monoli thischen Empfängers kritisch, da die Leistung eines uner wünschten Spiegelsignals an der Empfängerantenne aufgrund des sogenannten "Nah-Fern"-Effekts unter Umständen 60 dB größer als die Leistung eines gewünschten Signals sein kann. Das Unterdrücken eines Signals um mehr als 60 dB (um es un ter das gewünschte Signal zu unterdrücken, was sogar den schlechtesten Fall darstellt), macht es erforderlich, daß der Unterschied zwischen den Gewinnen der beiden Mischer unter 0,1% liegt und daß irgendein Phasenfehler zwischen den Mischern kleiner als ein Milliradian ist. Diese Toleranzen sind bei einem praktischen monolithischen Empfänger nicht erreichbar. Spiegel-Unterdrückungs-Frequenzumsetzungsschal tungen der Art, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind trotz der überlegenen Komponentenanpassung, die bei integrierten Schaltungen erreichbar ist, nicht in der Lage gewesen, unerwünschte Spiegelsignale um mehr als 20 dB zu unter drücken.It is obvious that the amplitudes of the undesired mirror components in the outputs of the mixers 11 and 13 , which were previously set out as expressions (12) and (16), must be adjusted exactly if the undesired mirror signal is to be completely eliminated. This requirement is particularly critical in mobile applications of a monolithic receiver, since the power of an undesired mirror signal at the receiver antenna may be 60 dB greater than the power of a desired signal due to the so-called "near-far" effect. Suppressing a signal by more than 60 dB (to suppress it below the desired signal, which is the worst case) requires that the difference between the gains of the two mixers be less than 0.1% and that any Phase error between mixers is less than one milliradian. These tolerances cannot be achieved with a practical monolithic receiver. Mirror rejection frequency conversion circuits of the type shown in Fig. 1 have not been able to suppress unwanted mirror signals by more than 20 dB despite the superior component matching achievable with integrated circuits.
Versuche um praktische I-Q-Modulations- und Demodulations schaltungen (I = In-Phase; Q = Quadratur) zu bauen, die bei Frequenzen bei oder über dem Bereich von 900 MHz arbeiten, begegneten ähnlichen Schwierigkeiten. Es wird eine I-Q-Modu lationsschaltung betrachtet, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Schaltung moduliert ein einzelnes Trägersignal mit zwei verschiedenen Signalen f₁(t) und f₂(t). Das erste Si gnal f₁(t) wird an den Signaleingang eines Mischers 25 ange legt, während das zweite Signal f₂(t) an einen Signaleingang eines zweiten Mischers 27 angelegt wird. Ein Lokaloszillator 29 liefert ein Trägersignal bei der gewünschten Trägerfre quenz FD. Dieses Signal wird als cosωDt ausgedrückt und wird an den ersten Mischer angelegt, welcher seine beiden Ein gangssignale kombiniert, um ein Signal zu liefern, das als f₁(t)cosωDt ausgedrückt wird. Das Oszillatorsignal wird ebenfalls an einen 90°-Phasenschieber 31 angelegt. Die Aus gabe des Phasenschiebers, welche als sinωDt ausgedrückt wird, wird an den zweiten Mischer angelegt, welcher wiederum eine Ausgabe liefert, die als f₂(t)sinωDt ausgedrückt wird. Diese beiden Mischerausgangssignale werden in einem Summie rer 33 kombiniert, um ein schließliches Ausgangssignal F(t) zu liefern, das folgendermaßen ausgedrückt wird:Attempts to build practical IQ modulation and demodulation (I = in-phase; Q = quadrature) circuits that operate at frequencies at or above the 900 MHz range encountered similar difficulties. Consider an IQ modulation circuit as shown in FIG. 2. This circuit modulates a single carrier signal with two different signals f₁ (t) and f₂ (t). The first Si signal f₁ (t) is applied to the signal input of a mixer 25 , while the second signal f₂ (t) is applied to a signal input of a second mixer 27 . A local oscillator 29 delivers a carrier signal at the desired carrier frequency F D. This signal is expressed as cosω D t and is applied to the first mixer, which combines its two input signals to provide a signal which is expressed as f₁ (t) cosω D t. The oscillator signal is also applied to a 90 ° phase shifter 31 . The output from the phase shifter, which is expressed as sinω D t, is applied to the second mixer, which in turn provides an output which is expressed as f₂ (t) sinω D t. These two mixer output signals are combined in a summer 33 to provide a final output signal F (t) which is expressed as follows:
F(t) = f(t)cosωDt + f₂(t)sinωDt (18).F (t) = f (t) cosω D t + f₂ (t) sinω D t (18).
Ein I-Q-Demodulator ist in Fig. 3 gezeigt. Ein Signal, wie z. B. das Signal F(t) von Gleichung (18) wird an die Eingänge von zwei Mischern 35 und 37 angelegt. Ein Lokaloszillator 39 liefert ein Signal bei der Trägerfrequenz FD. Dieses Signal, welches vorher als cosωDt ausgedrückt worden ist, wird an den ersten Mischer 35 angelegt, welcher wiederum folgende Ausgabe liefert:An IQ demodulator is shown in FIG. 3. A signal such as B. the signal F (t) of equation (18) is applied to the inputs of two mixers 35 and 37 . A local oscillator 39 delivers a signal at the carrier frequency F D. This signal, which was previously expressed as cosω D t, is applied to the first mixer 35 , which in turn provides the following output:
F(t)cosωDt = f₁(t)cos²ωDt + f₂(t)cosωDtsinωDt (19).F (t) cosω D t = f₁ (t) cos²ω D t + f₂ (t) cosω D tsinω D t (19).
Gleichung (19) wird durch Anwendung von trigonometrischen Identitäten zur folgenden Gleichung:Equation (19) is obtained using trigonometric Identities to the following equation:
F(t)cosωDt = ½f₁(t) + ½f₁(t)cos²ωDt + ½f₂(t)sin2ωDt (20).F (t) cosω D t = ½f₁ (t) + ½f₁ (t) cos²ω D t + ½f₂ (t) sin2ω D t (20).
Diese Ausgabe wird an ein Tiefpaßfilter 41 angelegt, welches die Terme mit 2ω dämpft. Somit lautet die Filterausgabe ½f₁(t), welche nach einer Verstärkung einfach dem ursprüng lichen ersten Signal f₁(t) entspricht.This output is applied to a low-pass filter 41 , which attenuates the terms with 2ω. Thus, the filter output is ½f₁ (t), which simply corresponds to the original first signal f₁ (t) after amplification.
Das Oszillatorsignal wird ebenfalls an einen 90°-Phasen schieber 43 angelegt, welcher ein Signal liefert, das als sinωDt ausgedrückt wird. Dieses Signal wird an einen zweiten Mischer 37 angelegt, welcher wiederum eine Ausgabe liefert, die folgendermaßen lautet:The oscillator signal is also applied to a 90 ° phase shifter 43 , which delivers a signal that is expressed as sinω D t. This signal is applied to a second mixer 37 , which in turn provides an output which reads as follows:
F(t)sinωDt = f₂(t)sin²ωDt + f₁(t)cosωDtsinωDt (21).F (t) sinω D t = f₂ (t) sin²ω D t + f₁ (t) cosω D tsinω D t (21).
Die Gleichung (19) schreibt sich nach der Anwendung von tri gonometrischen Identitäten folgendermaßen:Equation (19) is written after the application of tri gonometric identities as follows:
F(t)sinωDt = ½f₂(t) + ½f₁(t)sin2ωDt - ½f₁(t)cos2ωDt (22).F (t) sinω D t = ½f₂ (t) + ½f₁ (t) sin2ω D t - ½f₁ (t) cos2ω D t (22).
Diese Ausgabe wird an ein Tiefpaßfilter 45 angelegt, welches auf ähnliche Weise wie das Filter 43 die Terme mit 2ω dämpft. Somit beträgt die Ausgabe des Filters 45 ½f₂(t), welche nach einer Verstärkung einfach wieder dem ursprüngli chen zweiten Signal f₂(t) entspricht.This output is applied to a low-pass filter 45 , which attenuates the terms with 2ω in a manner similar to filter 43 . Thus, the output of the filter is 45 ½f₂ (t), which simply corresponds to the original second signal f₂ (t) after amplification.
Aus dieser Beschreibung ist es offensichtlich, daß die Pha senschieber 31 (in dem Modulator) und 43 (in dem Demodula tor) die Phase ihrer jeweiligen Oszillatorsignale um genau 90° verschieben müssen, um zu vermeiden, daß sie die beiden Signale f₁(t) und f₂(t) versehentlich hochmischen. Es ist ferner notwendig, daß die Mischer 25 und 27 des Modulators präzise angepaßt sind, und daß ebenfalls die Mischer 35 und 37 des Demodulators präzise angepaßt sind. In dem Bereich von 900 MHz sind diese Beschränkungen schwierig zu erfüllen.From this description it is obvious that the phase shifters 31 (in the modulator) and 43 (in the demodulator) have to shift the phase of their respective oscillator signals by exactly 90 ° in order to avoid that the two signals f 1 (t) and accidentally mix up f₂ (t). It is also necessary that mixers 25 and 27 of the modulator are precisely matched and that mixers 35 and 37 of the demodulator are also matched precisely. In the 900 MHz range, these restrictions are difficult to meet.
Demgemäß ist es offensichtlich, daß ein Bedarf nach einer praktischen, realisierbaren monolithischen Frequenzumset zungsschaltung besteht, die ein gewünschtes Signal, das be sonders bei oder über dem Bereich von 900 MHz liegt, empfan gen kann und ein Spiegelsignal unterdrücken kann, das 60 dB mehr Leistung als das gewünschte Signal besitzt. Es besteht ebenfalls ein Bedarf nach I-Q-Modulator- und I-Q-Demodula tor-Schaltungen, die bei ähnlichen Frequenzen ein gutes Ver halten zeigen.Accordingly, it is apparent that a need for one practical, realizable monolithic frequency conversion tion circuit, which is a desired signal that be especially at or above the 900 MHz range gen and can suppress a mirror signal that 60 dB has more power than the desired signal. It exists also a need for I-Q modulator and I-Q demodula gate circuits that are good at similar frequencies keep showing.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Zeitaufteilungs-Mischerschaltung zum Unterdrücken der Spiegelfrequenz zu schaffen.An object of the present invention is to provide a simple time division mixer circuit to suppress to create the image frequency.
Diese Aufgabe wird durch eine Zeitaufteilungs-Mischerschal tung gemäß Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished through a time sharing mixer scarf tion solved according to claim 1.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, einen einfachen I-Q-Modulator zum Unterdrücken der Spiegelfrequenz zu schaffen.Another object of the present invention is there rin, a simple I-Q modulator to suppress the To create image frequency.
Diese Aufgabe wird durch einen I-Q-Modulator gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by an I-Q modulator 8 solved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, einen einfachen I-Q-Demodulator zum Unterdrücken der Spiegelfrequenz zu schaffen.Another object of the present invention is there rin, a simple I-Q demodulator to suppress the To create image frequency.
Diese Aufgabe wird durch einen I-Q-Demodulator gemäß An spruch 9 gelöst.This task is performed by an I-Q demodulator according to An saying 9 solved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, einen einfachen Frequenzumsetzer zu schaffen, bei dem die Spiegelfrequenz unterdrückt wird.Another object of the present invention is there rin to create a simple frequency converter in which the image frequency is suppressed.
Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzumsetzer gemäß An spruch 10 gelöst.This task is performed by a frequency converter according to An Spell 10 solved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, einen weiteren einfachen Frequenzumsetzer zu schaffen, bei dem die Spiegelfrequenz unterdrückt wird.Another object of the present invention is there rin to create another simple frequency converter, at which the image frequency is suppressed.
Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzumsetzer gemäß An spruch 11 gelöst.This task is performed by a frequency converter according to An Proverb 11 solved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, noch einen weiteren einfachen Frequenzumsetzer zu schaffen, bei dem die Spiegelfrequenz unterdrückt wird.Another object of the present invention is there rin, yet another simple frequency converter too create, in which the image frequency is suppressed.
Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzumsetzer gemäß An spruch 12 gelöst.This task is performed by a frequency converter according to An saying 12 solved.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht da rin, noch einen weiteren einfachen Frequenzumsetzer zu schaffen, bei dem die Spiegelfrequenz unterdrückt wird.Another object of the present invention is there rin, yet another simple frequency converter too create, in which the image frequency is suppressed.
Diese Aufgabe wird durch einen Frequenzumsetzer gemäß An spruch 13 gelöst.This task is performed by a frequency converter according to An saying 13 solved.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Zeitaufteilungs-Mi scherschaltung, die den Bedarf nach genau angepaßten Mi schern bei der Frequenzumsetzung eliminiert und dieselbe schafft eine I-Q-Modulationsschaltung bei einer beliebigen Frequenz bis zum Bereich von 900 MHz und darüber. Ein Fre quenzumsetzer, der die Prinzipien der Erfindung ausführt, unterdrückt ein Spiegelsignal, das um 60 dB mehr Leistung als ein gewünschtes Signal enthält.The present invention provides a time division Mi. circuit that meets the need for precisely matched Mi shear eliminated in frequency conversion and the same creates an I-Q modulation circuit on any one Frequency up to the range of 900 MHz and above. A fre quenz converter which carries out the principles of the invention, suppresses a mirror signal that is 60 dB more power as a desired signal.
Kurz und allgemein ausgedrückt weist eine Zeitaufteilungs- Mischerschaltung gemäß der Erfindung folgende Merkmale auf: einen Mischer mit einem Haupt- und einem Oszillator-Ein gangstor, einen Lokaloszillator, der ein anfängliches Oszil latorsignal liefert, eine Schaltungssignalquelle, und eine Wechselsignaleinrichtung, die durch das Schaltungssignal ge trieben wird. Die Wechselsignaleinrichtung steuert die Schaltung derart, daß die Ausgabe zwischen einem In-Phase- Ausgangssignal und einem Quadratur-Phase-Ausgangssignal hin und her wechselt. Das In-Phase-Ausgangssignal entspricht dem Signal, das der Mischer als Reaktion auf ein gegebenes Si gnal liefern würde, wenn das anfängliche Oszillatorsignal an das Oszillatoreingangstor angelegt werden würde. Das Qua dratur-Phase-Ausgangssignal entspricht dem Signal, das der Mischer abgeben würde, wenn das ursprüngliche Oszillator signal um 90° phasenverschoben und dann an das Oszillator eingangstor angelegt werden würde.Briefly and in general terms, a time division Mixer circuit according to the invention has the following features: a mixer with a main and an oscillator on gangstor, a local oscillator that was an initial oscillator latorsignal provides, a circuit signal source, and one Alternating signal device ge by the circuit signal is driven. The alternating signal device controls the Circuit such that the output between an in-phase Output signal and a quadrature phase output signal and changes here. The in-phase output signal corresponds to that Signal sent by the mixer in response to a given Si gnal would deliver when the initial oscillator signal on the oscillator input gate would be created. The Qua Drature phase output signal corresponds to the signal that the Mixer would deliver if the original oscillator signal out of phase by 90 ° and then to the oscillator entrance gate would be created.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird das Eingangssignal direkt an das Haupteingangstor des Mischers angelegt, wobei das Zeitaufteilungs-Ausgangssignal direkt an dem Mischeraus gangstor geliefert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel be steht die Wechselsignaleinrichtung aus einem Phasenschieber, der die Phase des anfänglichen Oszillatorsignals um 90° ver schiebt, und aus einem Schaltungselement, das abwechselnd das anfängliche Oszillatorsignal und das phasenverschobene Oszillatorsignal an das Eingangstor des Mischers ankoppelt. In a first embodiment, the input signal placed directly on the main entrance gate of the mixer, whereby the time division output directly from the mixer gangstor is delivered. In this embodiment, be the alternating signal device consists of a phase shifter, which ver the phase of the initial oscillator signal by 90 ° pushes, and from a circuit element that alternately the initial oscillator signal and the phase-shifted Oscillator signal coupled to the input gate of the mixer.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen besteht die Wechselsi gnaleinrichtung aus einem getakteten Invertierer, der se riell zu einem der Tore des Mischers angeordnet ist. Bei ei nem derartigen Ausführungsbeispiel befindet sich der getak tete Invertierer seriell zu dem Oszillatortor des Mischers, wobei das Haupteingangstor das Eingangssignal empfängt und das Ausgangstor das Ausgangssignal liefert. Bei einem weite ren Ausführungsbeispiel wird der getaktete Invertierer seri ell zum Mischerausgangstor angeschlossen, wobei bei einem zusätzlichen weiteren Ausführungsbeispiel das Eingangssignal durch den getakteten Invertierer hindurch an das Hauptein gangstor angelegt wird. Bei allen diesen Ausführungsbeispie len wird der getaktete Invertierer bei einer Rate umgeschal tet, die halb so groß ist, wie die Schaltungsrate des Schal tungselements bei dem ersten Ausführungsbeispiel.In other exemplary embodiments, there is a change Signal device from a clocked inverter, the se riell is arranged to one of the gates of the mixer. With egg nem such embodiment is the getak tied inverter to the oscillator gate of the mixer, the main entrance gate receiving the input signal and the output gate delivers the output signal. With a wide one Ren embodiment is the clocked inverter seri ell connected to the mixer exit gate, with one additional further embodiment, the input signal through the clocked inverter to the main input gangway is created. In all of these execution examples len the clocked inverter is switched at a rate which is half the switching rate of the scarf tion element in the first embodiment.
Ein Zeitaufteilungs-Mischer, wie er oben beschrieben ist, liefert ein Ausgangssignal, das mit einer schnellen Rate zwischen der In-Phase-Ausgabe und der Quadratur-Phase-Ausga be hin und her schaltet. Bei manchen Anwendungen ist es wün schenswert, die Betriebszyklen dieser beiden Ausgaben abzu gleichen. Eine Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung, die bei einem geraden Vielfachen der Rate des Schaltungssignals schaltet, gibt abwechselnd die In-Phase-Ausgabe und die Qua dratur-Phase-Ausgabe für gleiche Zeitdauern frei.A time division mixer as described above delivers an output signal at a fast rate between the in-phase output and the quadrature-phase output be switches back and forth. In some applications it is nice it's worth noting the operating cycles of these two editions same. An operating cycle balancer, which at an even multiple of the rate of the circuit signal switches, gives the in-phase output and the qua alternately Dratur-phase output free for equal periods of time.
Ein I-Q-Modulator, der die Prinzipien der Erfindung aus führt, weist einen Zeitaufteilungs-Mischer und ein I-Q- Schaltungselement auf. Das I-Q-Schaltungselement, welches durch das Schaltungssignal getrieben wird, koppelt abwech selnd ein erstes und ein zweites Informationssignal an den Eingang des Zeitaufteilungs-Mischers. Die Ausgabe des Zeit aufteilungs-Mischers wird Bandpaß-gefiltert, um ein I-Q-Aus gangssignal zu schaffen, das mit beiden Informationssignalen moduliert ist.An I-Q modulator that embodies the principles of the invention has a time division mixer and an I-Q Circuit element on. The I-Q circuit element which is driven by the circuit signal, couples alternately selectively a first and a second information signal to the Entrance of the time division mixer. The expenditure of time split mixer is bandpass filtered to an I-Q-Out to create the output signal that with both information signals is modulated.
Ein I-Q-Demodulator gemäß der Erfindung weist ebenfalls ein I-Q-Schaltungselement und einen Zeitaufteilungs-Mischer auf. Das I-Q-Schaltungselement, welches wie in dem Fall des Modu lators durch das Schaltungssignal getrieben wird, verbindet abwechselnd den Ausgang des- Zeitaufteilungs-Mischers mit ei nem ersten und einem zweiten Tiefpaßfilter. Diese Filter schaffen wiederum das demodulierte erste und das demodulier te zweite Signal.An I-Q demodulator according to the invention also has I-Q circuit element and a time division mixer. The I-Q circuit element which, as in the case of the Mod lators is driven by the circuit signal connects alternating the output of the time division mixer with egg nem first and a second low-pass filter. These filters again create the demodulated first and demodulated te second signal.
Ein Zeitaufteilungs-Mischer in Verbindung mit einem Aus gangsphasenschieber schafft eine Frequenzumsetzer, der die Trägerfrequenz eines gewünschten Hochfrequenzsignals (HF-Si gnal) verschiebt, während unerwünschte Spiegelsignale unter drückt werden. Der Ausgangsphasenschieber, der auf das Schaltungssignal anspricht, verschiebt abwechselnd die Phase des Zeitaufteilungs-Ausgangssignals um eine erste und um ei ne zweite Phasenverschiebung, wobei sich die zweite Phasen verschiebung von der ersten Phasenverschiebung um 90° unter scheidet. Nach dem Ausgangsphasenschieber ist ein Filter an geordnet, welches das gewünschte Frequenz-verschobene Signal liefert.A time sharing mixer in conjunction with an off Gait phase shifter creates a frequency converter, which Carrier frequency of a desired high-frequency signal (HF-Si gnal) moves while unwanted mirror signals under be pressed. The output phase shifter that is on the Circuit signal responds, shifts the phase alternately of the time division output by a first and by ei ne second phase shift, the second phases shift from the first phase shift by 90 ° below separates. A filter is on after the output phase shifter ordered which the desired frequency-shifted signal delivers.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Ausgangsphasenschieber ein Widerstand-Kondensator-Filter (RC-Filter; RC = Resi stor-Capacitor) mit zwei schaltbaren Kondensatoren mit un terschiedlichen Werten. Das Hin- und Herschalten zwischen den beiden Kondensatoren liefert die beiden unterschiedli chen Phasenverschiebungen. Bei einem weiteren Ausführungs beispiel wird die Ausgabe des Zeitaufteilungs-Mischers durch eine Mehrzahl von kaskadierten Tiefpaß-RC-Filtern, eine Ab tasten-und-Halten-Schaltung, einen Analog/Digital-Wandler und einen digitalen Phasenschieber, der auf ein Schaltungs signal anspricht, geleitet, um die beiden unterschiedlichen Phasenverschiebungen zu schaffen. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein zweiter Zeitaufteilungs-Mischer als der Phasenschieber verwendet.In one embodiment, the output phase shifter is a resistance-capacitor filter (RC filter; RC = Resi stor-Capacitor) with two switchable capacitors with un different values. Switching back and forth between the two capacitors provides the two different Chen phase shifts. In another execution for example, the output of the time division mixer is by a plurality of cascaded low-pass RC filters, an Ab key-and-hold circuit, an analog / digital converter and a digital phase shifter connected to a circuit signal responses, directed to the two different To create phase shifts. Another one Embodiment becomes a second time division mixer used as the phase shifter.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Frequenzumsetzungsschaltung eines Überlagerungsempfängers gemäß dem Stand, der Technik. Fig. 1 is a block diagram of a frequency conversion circuit of a heterodyne receiver according to the prior art.
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines I-Q-Modulators gemäß dem Stand der Technik. Fig. 2 is a block diagram of an IQ modulator according to the prior art.
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines I-Q-Demodulators gemäß dem Stand der Technik. Fig. 3 is a block diagram of an IQ-demodulator according to the prior art.
Fig. 4 ein konzeptionelles Diagramm einer Zeitauftei lungs-Mischerschaltung gemäß der Erfindung. Fig. 4 is a conceptual diagram of a time division mixer circuit according to the invention.
Fig. 5A ein Blockdiagramm einer Zeitaufteilungs-Mischer schaltung, die einen Lokaloszillator und einen Pha senschieber gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist. Fig. 5A is a block diagram of a time division mixer circuit comprising a local oscillator and a Pha shifters and according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 5B ein Blockdiagramm, das Fig. 5A ähnlich ist, mit Ausnahme davon, daß zwei Phasenschieber verwendet werden, um das anfängliche und das phasenverschobe ne Lokaloszillatorsignal zu erzeugen. FIG. 5B is a block diagram similar to FIG. 5A, except that two phase shifters are used to generate the initial and out-of-phase local oscillator signals.
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Zeitaufteilungs-Mischer schaltung, die einen getakteten Invertierer auf weist, der seriell zum Ausgangstor des Mischers ge mäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist. Fig. 6 is a block diagram of a time division mixer circuit having a clocked inverter which is arranged serially to the output port of the mixer according to a second embodiment of the invention.
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Zeitaufteilungs-Mischer schaltung, die einen getakteten Invertierer auf weist, der seriell zum Oszillatoreingangstor des Mischers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist. Fig. 7 is a block diagram of a time division mixer circuit having a clocked inverter which is arranged in series with the oscillator input port of the mixer according to a third embodiment of the invention.
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Zeitaufteilungs-Mischer schaltung, die einen getakteten Invertierer auf weist, der seriell zum Haupteingangstor des Mi schers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordnet ist. Fig. 8 is a block diagram of a time division mixer circuit having a clocked inverter which is arranged serially to the main entrance gate of the mixer according to a fourth embodiment of the invention.
Fig. 9 ein konzeptionelles Diagramm einer Zeitauftei lungs-Mischerschaltung, die der von Fig. 4 ähnlich ist und ferner eine Betriebszyklus-Abgleichvorrich tung aufweist. FIG. 9 is a conceptual diagram of a time division mixer circuit which is similar to that of FIG. 4 and further includes an operating cycle balancer.
Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen dem Schaltungssignal und dem Signal zeigt, das die Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung, die in Fig. 9 gezeigt ist, steuert. FIG. 10 is a timing chart showing the relationship between the circuit signal and the signal that controls the duty cycle adjuster shown in FIG. 9.
Fig. 11 ein Blockdiagramm eines I-Q-Modulators, der eine Zeitaufteilungs-Mischerschaltung, die der von Fig. 5A ähnlich ist, aufweist. Fig. 11 is a block diagram of an IQ modulator, which has a time division mixer circuit which is similar to that of Fig. 5A.
Fig. 12 ein Blockdiagramm eines I-Q-Demodulators, der eine Zeitaufteilungs-Mischerschaltung, die der aus Fig. 5A ähnlich ist, aufweist. Figure 12 is a block diagram of an IQ demodulator having a time division mixer circuit similar to that of Figure 5A.
Fig. 13 ein Blockdiagramm eines Frequenzumsetzers, der eine Zeitaufteilungs-Mischerschaltung, die der von Fig. 5A ähnlich ist, aufweist. FIG. 13 is a block diagram of a frequency converter having a time division mixer circuit similar to that of FIG. 5A.
Fig. 14 ein Blockdiagramm eines Frequenzumsetzers, der dem aus Fig. 13 ähnlich ist, der jedoch einen Zeitauf teilungs-Mischer mit einem getakteten Invertierer verwendet, wobei der Mischer dem Mischer ähnlich ist, der in Fig. 6 gezeigt ist. Fig. 14 is a block diagram of a frequency converter, which is similar to that of Fig. 13, but which uses a Zeitauf-division mixer with a clocked inverter, wherein the mixer is similar to the mixer shown in Fig. 6.
Fig. 15 ein Zeitablaufdiagramm der Schaltungssignale der Schaltung von Fig. 14. FIG. 15 is a timing diagram of the circuit signals of the circuit of FIG. 14.
Fig. 16 ein Blockdiagramm eines Frequenzumsetzers, der dem von Fig. 13 ähnlich ist, wobei das Diagramm in teilweise schematischer Form ein spezielles Ausfüh rungsbeispiels des Phasenschiebers darstellt. Fig. 16 is a block diagram of a frequency converter, which is similar to that of Fig. 13, the diagram in partially schematic form shows a specific embodiment of the phase shifter.
Fig. 17 ein Blockdiagramm eines Frequenzumsetzers, der, dem aus Fig. 13 ähnlich ist, der jedoch eine zweite Zeitaufteilungs-Mischerschaltung als den Phasen schieber verwendet. Fig. 17 is a block diagram of a frequency converter which is similar to that of Fig. 13, but which uses a second time division mixer circuit as the phase shifter.
Fig. 18 ein teilweise schematisches Diagramm einer Schal tung mit zwei angepaßten Filtern und einer digita len Verarbeitungsschaltung, die statt des Phasen schiebers, der in Fig. 13 verwendet wird, verwendet werden können. Fig. 18 is a partially schematic diagram of a circuit with two matched filters and a digital processing circuit that can be used instead of the phase shifter used in Fig. 13.
Fig. 19 ein teilweise schematisches Diagramm einer Schal tung mit einem geschalteten Tiefpaßfilter und einer digitalen Verarbeitungsschaltung, die statt des Phasenschiebers, der in Fig. 13 verwendet wird, verwendet werden können. Fig. 19 is a partially schematic diagram of a circuit with a switched low-pass filter and a digital processing circuit which can be used instead of the phase shifter used in Fig. 13.
Wie in den Zeichnungen zwecks der Darstellung gezeigt ist, ist die Erfindung einer neuartigen Zeitaufteilungs-Mischer schaltung ausgeführt, die das Herz eines Frequenzumsetzers, eines I-Q-Modulators und eines I-Q-Demodulators bildet. Es existiert ein Bedarf nach einem monolithischen Frequenzum setzer für das Band bei 900 MHz, der ein Spiegelsignal un terdrücken kann, das 60 dB mehr Leistung als ein gewünschtes Signal aufweist. Ferner besteht ein Bedarf nach wirtschaft lichen monolithischen I-Q-Modulatoren und -Demodulatoren, die in demselben Frequenzband arbeiten.As shown in the drawings for purposes of illustration, is the invention of a novel time division mixer circuit, which is the heart of a frequency converter, an I-Q modulator and an I-Q demodulator. It there is a need for a monolithic frequency setter for the band at 900 MHz, which un a mirror signal can suppress that 60 dB more power than a desired Signal. There is also a need for economy monolithic I-Q modulators and demodulators, that work in the same frequency band.
Eine Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß der Erfindung weist folgende Merkmale auf: einen Lokaloszillator, eine Schaltungssignalquelle und eine Wechselsignaleinrichtung, die durch das Schaltungssignal getrieben wird. Die Wechsel signaleinrichtung steuert die Schaltung derart, daß die Aus gabe zwischen einem In-Phase-Ausgangssignal und einem Qua dratur-Phase-Ausgangssignal schnell hin und her schaltet. A time division mixer circuit according to the invention has the following features: a local oscillator, a Circuit signal source and an alternating signal device, which is driven by the circuit signal. The bills signaling device controls the circuit so that the off between an in-phase output signal and a Qua Drature phase output signal switches back and forth quickly.
Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Wechselsignalein richtung aus einem 90°-Phasenschieber, der die Phase des Lo kaloszillators verschiebt, und aus einem Schaltungselement, das das ursprüngliche und das phasenverschobene Oszillator signal abwechselnd an den Mischer ankoppelt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen besteht die Wechselsignaleinrichtung aus einem getakteten Invertierer, der seriell zu einem der Tore des Mischers geschaltet ist.In one embodiment, the alternating signal is on direction from a 90 ° phase shifter, which the phase of the Lo calos oscillator moves, and from a circuit element, the original and the phase-shifted oscillator signal alternately coupled to the mixer. With others The alternating signal device consists of exemplary embodiments from a clocked inverter that is serial to one of the Gates of the mixer is switched.
Ein Frequenzumsetzer gemäß der Erfindung weist einen Zeit aufteilungs-Mischer in Kombination mit einem Ausgangs-Pha senschieber auf, der die Phase des Zeitaufteilungs-Ausgangs signals abwechselnd um 90° verschiebt. Ein I-Q-Modulator ge mäß der Erfindung weist einen Zeitaufteilungs-Mischer und ein I-Q-Schaltungselement auf, das ein erstes und ein zwei tes Informationssignal abwechselnd an den Mischereingang koppelt. Dazu ähnlich weist ein I-Q-Demodulator ein I-Q- Schaltungselement und einen Zeitaufteilungs-Mischer auf. Das Schaltungselement verbindet den Ausgang des Zeitauftei lungs-Mischers abwechselnd mit einem ersten und einem zwei ten Tiefpaßfilter, wodurch wiederum das demodulierte erste und das demodulierte zweite Signal geliefert werden.A frequency converter according to the invention has a time partition mixer in combination with an output Pha on the phase of the time division output signals alternately shifted by 90 °. An I-Q modulator according to the invention comprises a time division mixer and an I-Q circuit element comprising a first and a two tes information signal alternately to the mixer input couples. Similar to this, an I-Q demodulator has an I-Q Circuit element and a time division mixer. The Circuit element connects the output of the time division solution mixer alternating with a first and a two th low-pass filter, which in turn causes the demodulated first and the demodulated second signal are supplied.
Schaltungen, die die Erfindung ausführen, sind ohne weiteres für einen monolithischen Aufbau anpaßbar. Der Zeitauftei lungs-Mischer beseitigt jeden Bedarf nach präzise-angepaßten Mischern und präzise-angepaßten Verstärkern. Die Verwendung eines getakteten Invertierers eliminiert den Bedarf nach ei ner präzisen Phasenverschiebung des Lokaloszillatorsignals. Ein Frequenzumsetzer, der die Erfindung ausführt, kann ein unerwünschtes Spiegelsignal unterdrücken, das um 60 dB stär ker als ein gewünschtes Signal ist.Circuits that implement the invention are straightforward adaptable for a monolithic structure. The Zeittetei solution mixer eliminates any need for precisely-tailored Mixers and precisely-matched amplifiers. The usage of a clocked inverter eliminates the need for egg ner precise phase shift of the local oscillator signal. A frequency converter embodying the invention can be a Suppress unwanted mirror signal that strengthens by 60 dB ker than a desired signal.
Bezugnehmend nun auf die Zeichnungen ist eine Zeitauftei lungs-Mischerschaltung, die die Erfindung ausführt, in Fig. 4 konzeptionell gezeigt. Die Schaltung empfängt ein Ein gangssignal an einem Eingangstor 101 und liefert ein Zeit aufteilungs-Ausgangssignal an einem Ausgangstor 103. Die Schaltung umfaßt einen Mischer 105 mit einem Hauptein gangstor 104, einem Oszillatoreingangstor 109 und einem Ausgangstor 111. Ein Lokaloszillator 113 liefert ein an fängliches Oszillatorsignal. Eine Schaltungssignalquelle 115 liefert ein Schaltungssignal. Eine Wechselsignaleinrichtung 117 spricht auf das Schaltungssignal an, um zu bewirken, daß das Zeitaufteilungs-Ausgangssignal zwischen einem In-Phase- Ausgangssignal und einem Quadratur-Phase-Ausgangssignal wechselt. Das In-Phase-Ausgangssignal ist das Ausgangssi gnal, welches der Mischer liefern würde, wenn das Eingangs signal an das Haupteingangstor und das anfängliche Oszilla torsignal an das Oszillatoreingangstor angelegt werden wür de. Das Quadratur-Phase-Ausgangssignal ist das Ausgangssi gnal, welches der Mischer liefern würde, wenn das Eingangs signal an das Haupteingangstor geliefert werden würde, und wenn das anfängliche Oszillatorsignal um 90° phasenverscho ben und dann an das Oszillatoreingangstor angelegt werden würde.Referring now to the drawings, a time division mixer circuit embodying the invention is conceptually shown in FIG. 4. The circuit receives an input signal at an input port 101 and provides a time division output signal at an output port 103 . The circuit comprises a mixer 105 with a main input port 104 , an oscillator input port 109 and an output port 111 . A local oscillator 113 provides an initial oscillator signal. A circuit signal source 115 provides a circuit signal. Alternating signal means 117 is responsive to the circuit signal to cause the time division output to alternate between an in-phase output and a quadrature-phase output. The in-phase output signal is the output signal that the mixer would provide if the input signal to the main input gate and the initial oscillator signal to the oscillator input gate were applied. The quadrature phase output signal is the output signal that the mixer would provide if the input signal were supplied to the main input gate and if the initial oscillator signal was phase shifted by 90 ° and then applied to the oscillator input gate.
Das Schaltungssignal wird ferner von externen Komponenten verwendet, wie es nachfolgend beschrieben wird, wobei das selbe für diesen Zweck an ein Schaltungssignalausgangstor 119 geliefert wird.The circuit signal is also used by external components, as described below, and is provided to a circuit signal output port 119 for this purpose.
Fig. 5A stellt ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung dar, wie sie vorher konzep tionell beschrieben wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Eingangssignal an dem Eingangstor 101 an ein Haupt eingangstor 121 eines Mischers 123 angelegt. Das Zeitauftei lungs-Ausgangssignal an dem Ausgangstor 103 wird durch ein Ausgangstor 125 des Mischers 123 geliefert. Ein Lokaloszil lator 127 liefert ein anfängliches Oszillatorsignal. Eine Schaltungssignalquelle 129 liefert ein Schaltungssignal. Eine Wechselsignaleinrichtung 131 ist als ein Phasenschieber 133 und ein Schaltungselement 135 realisiert. Der Phasen schieber 133 verschiebt die Phase des anfänglichen Oszilla torsignals um 90°, um ein phasenverschobenes Oszillatorsi gnal zu liefern. Das Schaltungselement 135 spricht auf das Schaltungssignal an, um das anfängliche Oszillatorsignal und das phasenverschobene Oszillatorsignal abwechselnd an ein Oszillatortor 137 des Mischers 123 zu koppeln. Fig. 5A illustrates a particular embodiment of a time division mixer circuit as previously described conceptional tionally. In this exemplary embodiment, the input signal at the input gate 101 is applied to a main input gate 121 of a mixer 123 . The time division output signal at the output port 103 is provided by an output port 125 of the mixer 123 . A local oscillator 127 provides an initial oscillator signal. A circuit signal source 129 provides a circuit signal. An alternating signal device 131 is implemented as a phase shifter 133 and a circuit element 135 . The phase shifter 133 shifts the phase of the initial oscillator gate signal by 90 ° to provide a phase-shifted oscillator signal. Circuit element 135 is responsive to the circuit signal to alternately couple the initial oscillator signal and the phase-shifted oscillator signal to an oscillator gate 137 of mixer 123 .
Das Schaltungselement 135 ist aus Darstellungsgründen als ein mechanischer Schaltungskontakt gezeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß ein Schaltungstransistor oder ein be stimmtes anderes elektronisches Schaltungselement einer Art, die Fachleuten bekannt ist, normalerweise verwendet wird, und daß bei diesem und bei weiteren Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben sind, kein mechanischer Schalter ver wendet wird.Circuit element 135 is shown as a mechanical circuit contact for purposes of illustration. However, it is apparent that a circuit transistor or other electronic circuit element of a type known to those skilled in the art is normally used, and that no mechanical switch is used in this and other embodiments described herein.
Der Phasenschieber 133 ist als ein von dem Lokaloszillator 127 getrenntes Element gezeigt. Tatsächlich können hier zwei Phasenschieber vorhanden sein, z. B. einer der eine Phasen verschiebung von +45° und einer, der eine Phasenverschiebung von -45° einführt, damit der Nettoeffekt vorhanden ist, daß zwei Lokaloszillatorsignale geliefert werden, die eine Pha sendifferenz von 90° zwischen sich aufweisen. Der Phasen schieber und der Oszillator können in einer einzigen Quadra turoszillatorschaltung kombiniert werden, die zwei Signale derselben Frequenz, jedoch mit einer Phasendifferenz von 90° liefert.Phase shifter 133 is shown as a separate element from local oscillator 127 . In fact, there may be two phase shifters here, e.g. B. one of a phase shift of + 45 ° and one that introduces a phase shift of -45 °, so that the net effect is that two local oscillator signals are supplied, which have a phase difference of 90 ° between them. The phase shifter and the oscillator can be combined in a single quadra turoszillator circuit that provides two signals of the same frequency, but with a phase difference of 90 °.
Die Differenz zwischen den Phasen der beiden Lokaloszilla torsignale muß genau gesteuert werden. Bei einigen Anwendun gen muß diese Phasenverschiebung gesteuert werden, damit sie innerhalb eines Milliradians bei einer Lokaloszillatorfre quenz im Bereich von 1 GHz liegt. Diese Anforderung kann je doch vermieden werden, indem ein getakteter Invertierer als die Wechselsignaleinrichtung verwendet wird. Dies beseitigt den Bedarf nach zwei Lokaloszillatorsignalen. Der getaktete Invertierer, welcher seriell mit einem der Mischertore ver bunden ist, ist einem synchronen Gleichrichter derart ähn lich, daß er entweder ein Eingangssignal gemäß einem Taktsi gnal invertiert oder nicht invertiert. Bei einem synchronen Gleichrichter weist das Taktsignal die gleiche Phase und Frequenz wie das Eingangssignal auf, was in einer Ausgabe resultiert, die eine Folge von Halb-Zyklen ist, die alle dieselbe Polarität aufweisen. Die Ausgabe besitzt eine DC- Komponente, wobei dies der Grund ist, warum das Bauelement ein "Gleichrichter" genannt wird. Im Gegensatz dazu weist bei einem getakteten Invertierer, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das Taktsignal nicht die gleiche Phase und Frequenz wie das Eingangssignal auf, wodurch keine DC-Komponente in der Ausgabe vorhanden ist.The difference between the phases of the two local oscilla Gate signals must be controlled precisely. For some applications gen this phase shift must be controlled so that it within a milliradian at a local oscillator frequency frequency is in the range of 1 GHz. This requirement can vary can be avoided by using a clocked inverter as the alternating signal device is used. This eliminates the need for two local oscillator signals. The clocked Inverter, which ver serially with one of the mixer gates is similar to a synchronous rectifier Lich that he either an input signal according to a clock gnal inverted or not inverted. With a synchronous The clock signal has the same phase and rectifier Frequency as the input signal on what is in an output results, which is a sequence of half-cycles, all have the same polarity. The output has a DC Component, which is why the component a "rectifier" is called. In contrast, points with a clocked inverter, as in the present Invention is used, the clock signal is not the same Phase and frequency like the input signal, which means none DC component is present in the output.
Natürlich kann das anfängliche Oszillatorsignal durch Pha senverschiebung der Lokaloszillatorausgabe um eine erste Phasenverschiebung, wie z. B. +45°, erzeugt werden, während das phasenverschobene anfängliche Oszillatorsignal erzeugt werden kann, indem die Lokaloszillatorausgabe um eine zweite Phasenverschiebung, wie z. B. -45°, phasenverschoben wird. Es muß eine Nettophasendifferenz von 90° zwischen den beiden Signalen existieren, die abwechselnd an das Oszillatorein gangstor angelegt werden. Dies ist in Fig. 5B dargestellt. Fig. 5B ist Fig. 5A ähnlich, mit Ausnahme davon, daß die Wechselsignaleinrichtung 131 durch eine etwas andere Wech selsignaleinrichtung 131A ersetzt wurde. Die Einrichtung 131A weist zwei Phasenschieber 133A und 134A auf, wobei bei de das anfängliche Oszillatorsignal von dem Lokaloszillator 127 empfangen. Der Schieber 133A verschiebt die Phase um ei nen ersten Betrag, beispielsweise um +45°, wobei der Schie ber 134A die Phase um einen zweiten Betrag, beispielsweise -45°, verschiebt. Die Beträge dieser Phasenverschiebungen sind nicht kritisch, solange die Differenz zwischen den bei den 90° beträgt. Ein Schaltungselement 135A wechselt gemäß dem Schaltungssignal von der Signalquelle 129 zwischen den beiden phasenverschobenen Lokaloszillatorsignalen ab.Of course, the initial oscillator signal can be shifted by a phase shift of the local oscillator output by a first phase shift, such as. B. + 45 °, while the phase-shifted initial oscillator signal can be generated by the local oscillator output by a second phase shift, such as. B. -45 °, is phase shifted. There must be a net phase difference of 90 ° between the two signals, which are applied alternately to the oscillator input. This is shown in Fig. 5B. Fig. 5B, Fig. 5A similar except for the fact that the alternating signal device 131 selsignaleinrichtung by a slightly different Wech 131 A was replaced. The device 131 A has two phase shifters 133 A and 134 A, with de receiving the initial oscillator signal from the local oscillator 127 . The slider 133 A shifts the phase by a first amount, for example + 45 °, the slider over 134 A shifts the phase by a second amount, for example -45 °. The amounts of these phase shifts are not critical as long as the difference between them is 90 °. A circuit element 135 A alternates between the two phase-shifted local oscillator signals in accordance with the circuit signal from the signal source 129 .
Ein Ausführungsbeispiel eines Zeitaufteilungs-Mischers, der einen getakteten Invertierer verwendet, ist in Fig. 6 ge zeigt. Ein Eingangssignal ist an ein Haupteingangstor 139 eines Mischers 141 angelegt. Ein anfängliches Oszillatorsi gnal, das von einem Oszillator 143 geliefert wird, ist an ein Oszillatoreingangstor 145 des Mischers 141 angelegt. Ein getakteter Invertierer 147 weist ein Eingangstor 149 auf, das mit einem Ausgangstor 151 des Mischers 141 verbunden ist. Eine Schaltungssignalquelle 153 liefert durch einen 2 : 1-Frequenzteiler 154 und ein Eingangstor 155 ein Schal tungssignal zu dem getakteten Invertierer 147. Ein Zeitauf teilungs-Ausgangssignal wird zu einem Ausgangstor 157 des getakteten Invertierers geliefert. Wie nachfolgend detail lierter beschrieben wird, unterscheidet sich die Frequenz des Lokaloszillators bei diesem Ausführungsbeispiel von der Frequenz fLO des Lokaloszillators des Ausführungsbeispiels von Fig. 5A um die Hälfte der Schaltungsfrequenz fC.An embodiment of a time division mixer using a clocked inverter is shown in FIG. 6. An input signal is applied to a main input port 139 of a mixer 141 . An initial oscillator signal provided by an oscillator 143 is applied to an oscillator input port 145 of the mixer 141 . A clocked inverter 147 has an input gate 149 which is connected to an output gate 151 of the mixer 141 . A circuit signal source 153 supplies a circuit signal to the clocked inverter 147 through a 2: 1 frequency divider 154 and an input gate 155 . A time division output signal is provided to an output gate 157 of the clocked inverter. As will be described in more detail below, the frequency of the local oscillator in this embodiment differs from the frequency f LO of the local oscillator in the embodiment of FIG. 5A by half the circuit frequency f C.
Der getaktete Invertierer kann seriell statt mit dem Aus gangstor mit einem der Eingangstore des Mischers verbunden sein. Dies ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein getakteter Invertierer 159 zwischen einen Lokaloszillator 161 und ein Oszillatorein gangstor 163 eines Mischers 165 geschaltet ist. Das Ein gangssignal an dem Tor 101 wird an ein Haupteingangstor 167 des Mischers angelegt, wobei das Zeitaufteilungs-Ausgangs signal zu einem Mischerausgangstor 169 geliefert wird. Der getaktete Invertierer empfängt durch einen 2 : 1-Frequenztei ler 172 ein Schaltungssignal von einer Quelle 171.The clocked inverter can be connected in series to one of the mixer input gates instead of the output gate. This is shown in Figs. 7 and 8. Fig. 7 shows an embodiment in which a clocked inverter 159 is connected between a local oscillator 161 and an oscillator input port 163 of a mixer 165 . The input signal at the gate 101 is applied to a main input gate 167 of the mixer, the time division output signal being supplied to a mixer output gate 169 . The clocked inverter receives a circuit signal from a source 171 through a 2: 1 frequency divider 172 .
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein getakteter Invertierer 173 zwischen das Eingangssignal an dem Eingangs tor 101 und ein Haupteingangstor 175 eines Mischers 177 ge schaltet ist. Ein anfängliches Oszillatorsignal, das durch einen Oszillator 179 geliefert wird, ist an ein Oszillator eingangstor 181 des Mischers 177 angelegt, wobei das Zeit aufteilungs-Ausgangssignal zu einem Mischerausgangstor 183 geliefert wird. Der getaktete Invertierer empfängt durch ei nen 2 : 1-Frequenzteiler 186 ein Schaltungssignal von einer Quelle 185. Fig. 8 shows an embodiment in which a clocked inverter 173 is switched between the input signal at the input gate 101 and a main input gate 175 of a mixer 177 ge. An initial oscillator signal provided by an oscillator 179 is applied to an oscillator input port 181 of the mixer 177 , and the time division output signal is provided to a mixer output port 183 . The clocked inverter receives a circuit signal from a source 185 through a 2: 1 frequency divider 186 .
Die Frequenz der Oszillatoren 161 und 179 unterscheiden sich genauso wie die Frequenz des Oszillators 143 von der Fre quenz fLO um die Hälfte der Schaltungsfrequenz fC.The frequency of the oscillators 161 and 179 , like the frequency of the oscillator 143, differ from the frequency f LO by half the circuit frequency f C.
Die Verwendung eines getakteten Invertierers liefert neben dem Beseitigen des Bedarfs nach einer Präzisionsphasenver schiebung des Lokaloszillatorsignals einen weiteren Vorteil. Eine beliebige Leistung, die von dem Lokaloszillator zurück zum Mischereingang austreten könnte, wird bei Frequenzen sein, die sich von dem Bereich der gewünschten Eingangsfre quenzen stark unterscheiden, selbst wenn die erste Zwischen frequenz niedrig ist. Somit besteht ein kleineres Risiko, daß eine derartige ausgetretene Leistung den gewünschten Betrieb der Schaltung oder weiterer ähnlicher Empfänger, die in der Nähe angeordnet sind, stört.The use of a clocked inverter also provides eliminating the need for a precision phase ver shifting the local oscillator signal another advantage. Any power returned by the local oscillator at the mixer input could be at frequencies be from the area of the desired input fre distinguish sequences strongly, even if the first intermediate frequency is low. So there’s less risk that such a leaked performance the desired Operation of the circuit or other similar receivers that are located nearby.
Jedes dieser beschriebenen Ausführungsbeispiele liefert ein Ausgangssignal, das zwischen einem In-Phase-Signal und einem Quadratur-Phase-Signal schnell hin und her schaltet. Es kann vorkommen, daß eines dieser Signale für einen etwas längeren Abschnitt jedes Schaltungszyklus als das andere geliefert wird. Bei einigen Anwendungen ist dies nicht erwünscht. Eine Zeitaufteilungs-Schaltung, die eine Betriebszyklus-Abgleich vorrichtung aufweist, um dieses Problem zu korrigieren, ist in Fig. 9 konzeptionell gezeigt. Diese Ansicht ist der von Fig. 4 ähnlich, wobei zweckmäßigerweise den Komponenten, die in beiden Ansichten ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen gegeben wurde, und wobei dieselben nicht weiter diskutiert werden.Each of the described embodiments provides an output signal that quickly switches between an in-phase signal and a quadrature-phase signal. It may happen that one of these signals is provided for a slightly longer section of each circuit cycle than the other. In some applications this is not desirable. A time division circuit having an operating cycle balancer to correct this problem is conceptually shown in FIG. 9. This view is similar to that of FIG. 4, where the components that are similar in both views are expediently given the same reference numerals and are not discussed further.
Die Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung umfaßt eine Betriebs zyklus-Signalquelle 187, die ein Betriebszyklus-Steuerungs signal mit einer Frequenz liefert, die ein gerades Vielfa ches des Schaltungssignals ist, und ein Betriebszyklus- Schaltungselement 189, das auf das Betriebszyklus-Steue rungssignal anspricht, um das In-Phase-Ausgangssignal und das Quadratur-Phase-Ausgangssignal für gleiche Zeitdauern abwechselnd freizugeben. Der Zeitablauf der Ausgangssignale und des Betriebszyklus-Steuerungssignals für den Fall, bei dem die Frequenz des Betriebszyklus-Signals doppelt so groß wie die des Schaltungssignals ist, ist in Fig. 10 darge stellt. Das Vorhandensein des In-Phasen-Signals an dem Aus gangstor 103 ist durch einen hohen logischen Pegel der unte ren Spur 191 dargestellt, wobei die Anwesenheit des Quadra tur-Phasen-Signals an dem Ausgangstor 103 durch einen hohen logischen Pegel der mittleren Spur 193 gezeigt ist. Das Be triebszyklus-Schaltungselement 189 befindet sich nur dann in einem leitenden Zustand, wenn sich das Betriebszyklus-Steue rungssignal auf einem hohen logischen Pegel befindet. Das Betriebszyklus-Steuerungssignal, das als die obere Spur 195 gezeigt ist, ist während eines Zeitabschnitts hoch, in dem das In-Phase-Signal und das Quadratur-Phase-Signal an dem Ausgangstor 103 geliefert werden sollen. Solange jedes die ser Ausgangssignale für mindestens die Zeitdauer, während sich das Betriebszyklus-Schaltungselement in einem leitenden Zustand befindet, vorhanden ist, wird jedes Ausgangssignal an dem Ausgangstor genauso lang wie das andere vorhanden sein.The duty cycle balancer includes an duty cycle signal source 187 which provides a duty cycle control signal at a frequency which is an even multiple of the circuit signal, and a duty cycle circuit element 189 responsive to the duty cycle control signal to provide the To release the in-phase output signal and the quadrature-phase output signal alternately for the same time periods. The timing of the output signals and the duty cycle control signal for the case where the frequency of the duty cycle signal is twice that of the circuit signal is shown in FIG. 10. The presence of the in-phase signal at the output port 103 is represented by a high logic level of the lower track 191 , and the presence of the quadrature-phase signal at the output port 103 is shown by a high logic level of the middle track 193 is. The operating cycle circuit element 189 is in a conductive state only when the operating cycle control signal is at a high logic level. The duty cycle control signal, shown as the upper track 195 , is high during a period in which the in-phase signal and the quadrature-phase signal are to be provided at the output port 103 . As long as each of these output signals is present for at least the length of time that the duty cycle circuit element is in a conductive state, each output signal at the output port will be as long as the other.
Zwecks der Darstellung sind die Schaltungssignalquelle 115 und die Betriebszyklussignalquelle 187 als getrennte Signal generatoren gezeigt. Wenn bei einer tatsächlichen Implemen tation zwei getrennte Generatoren verwendet werden, sollten sie synchronisiert sein, wie es durch eine gestrichelte Li nie dargestellt ist, die sich in Fig. 9 zwischen den beiden Signalgeneratoren erstreckt. Natürlich kann ein einzelner Oszillator, der mit einer geeigneten Frequenzteilungsschal tung ausgerüstet ist, als die Quelle beider Signale dienen.For the purpose of illustration, the circuit signal source 115 and the operating cycle signal source 187 are shown as separate signal generators. If two separate generators are used in an actual implementation, they should be synchronized, as is never shown by a dashed line that extends between the two signal generators in FIG. 9. Of course, a single oscillator equipped with a suitable frequency dividing circuit can serve as the source of both signals.
Ein I-Q-Modulator, der die Lehren der Erfindung ausführt, ist in Fig. 11 gezeigt. Der Modulator umfaßt ein I-Q-Schal tungselement 199 und eine Zeitaufteilungs-Mischerschaltung, der Art, die vorher beschrieben und dargestellt wurde. Der dargestellte Modulator umfaßt einen Zeitaufteilungs-Mischer, der dem aus Fig. 5A ähnlich ist, in Kombination mit einer Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung, die der aus Fig. 9 ähn lich ist, wobei es jedoch offensichtlich ist, daß auch einer der anderen Zeitaufteilungs-Mischer statt des dargestellten Mischers verwendet werden könnte, und daß die Betriebszyk lus-Abgleichvorrichtung weggelassen werden könnte, wenn es erwünscht ist. Zweckmäßigerweise besitzen die Komponenten in Fig. 11, die den Komponenten der Fig. 5 und 9 ähnlich ,sind, die gleichen Bezugszeichen und dieselben werden nachfolgend nicht mehr beschrieben, es sei denn, daß es nötig ist.An IQ modulator that embodies the teachings of the invention is shown in FIG . The modulator includes an IQ circuit element 199 and a time division mixer circuit, of the type previously described and illustrated. The modulator shown includes a time division mixer similar to that of FIG. 5A in combination with an operating cycle balancer similar to that of FIG. 9, but it is apparent that one of the other time division mixers is also used could be used in place of the mixer shown, and that the operating cycle balancer could be omitted if desired. Conveniently, the components in FIG. 11 that are similar to the components of FIGS. 5 and 9 have the same reference numerals and the same will no longer be described below unless it is necessary.
Das I-Q-Schaltungselement 199 liefert unter der Steuerung des Schaltungssignals, das von der Schaltungssignalquelle 129 geliefert wird, ein Eingangssignal zu dem Haupteingangs tor 121 des Mischers 123. Das Schaltungselement 199 wechselt zwischen einem ersten Eingangssignal f₁(t) und einem zweiten Eingangssignal f₂(t) hin und her. Zum selben Zeitpunkt wird das Lokaloszillatorsignal, das an das Eingangstor 137 des Mischers angelegt ist, zwischen zwei Signalen mit der glei chen Frequenz, jedoch einem Phasenunterschied von 90°, hin und her geschaltet. Während diesen Zeiten, zu denen das Schaltungselement 199 das erste Signal f₁(t) an den Mischer koppelt, empfängt der Mischer das Lokaloszillatorsignal ohne Phasenverschiebung und liefert an seinem Ausgang das In-Pha se-Signal, d. h. ein Signal mit einer Trägerfrequenz, wie sie durch den Lokaloszillator geliefert wird, und das mit dem ersten Eingangssignal f₁(t) moduliert ist. Während der Zei ten, zu denen das Schaltungselement 199 das zweite Signal f₂(t) an den Mischer koppelt, empfängt der Mischer das Lo kaloszillatorsignal mit einer 90°-Phasenverschiebung und liefert an seinem Ausgang das Quadratur-Phasen-Signal, d. h. ein Signal mit einer Trägerfrequenz, wie sie von dem Lo kaloszillator geliefert wird, und das mit dem zweiten Ein gangssignal f₂(t) moduliert ist. Die Mischerausgabe wird, nachdem sie durch die Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung gelangt ist, durch ein Bandpaßfilter 201 gefiltert, um das I-Q-Ausgangssignal zu liefern, das mit beiden Eingangssi gnalen moduliert ist.The IQ circuit element 199 provides an input signal to the main input gate 121 of the mixer 123 under the control of the circuit signal provided by the circuit signal source 129 . The circuit element 199 alternates between a first input signal f 1 (t) and a second input signal f 2 (t). At the same time, the local oscillator signal, which is applied to the input port 137 of the mixer, is switched back and forth between two signals with the same frequency, but a phase difference of 90 °. During these times, at which the circuit element 199 couples the first signal f 1 (t) to the mixer, the mixer receives the local oscillator signal without a phase shift and delivers at its output the in-phase signal, ie a signal with a carrier frequency as it is is supplied by the local oscillator, and which is modulated with the first input signal f₁ (t). During the times when the circuit element 199 couples the second signal f₂ (t) to the mixer, the mixer receives the local oscillator signal with a 90 ° phase shift and provides the quadrature phase signal, ie a signal with, at its output a carrier frequency, as supplied by the Lo kaloszillator, and which is modulated with the second input signal f₂ (t). The mixer output, after passing through the duty cycle adjuster, is filtered by a bandpass filter 201 to provide the IQ output signal, which is modulated with both input signals.
Ein I-Q-Demudulator, der die Lehren der Erfindung ausführt, ist in Fig. 12 gezeigt. Der Demodulator weist ein I-Q-Schal tungselement 203 in Kombination mit einer Zeitaufteilungs- Mischerschaltung der Art, die vorher beschrieben und darge stellt wurde, und ein Paar von Filtern 205 und 207 auf. Der dargestellte Demodulator umfaßt einen Zeitaufteilungs-Mi scher, der dem von Fig. 5A ähnlich ist, es ist jedoch offen sichtlich, daß einer der anderen Zeitaufteilungs-Mischer statt des verwendeten verwendet werden könnte, und daß eine Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung vorgesehen sein kann, wenn es erwünscht ist. Zweckmäßigerweise besitzen die Kompo nenten in Fig. 12, die den Komponenten in Fig. 5 ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen, wobei diese nachfolgend nicht weiter beschrieben werden, es sei denn, daß es nötig ist.An IQ demudulator that embodies the teachings of the invention is shown in FIG . The demodulator has an IQ circuit element 203 in combination with a time division mixer circuit of the type previously described and illustrated and a pair of filters 205 and 207 . The demodulator shown includes a time division mixer similar to that of Fig. 5A, but it is evident that one of the other time division mixers could be used instead of the one used, and that an operating cycle adjustment device can be provided if it is desirable. Appropriately, the components in Fig. 12, which are similar to the components in Fig. 5, have the same reference numerals, which will not be described further below, unless it is necessary.
Das I-Q-Schaltungselement 203 koppelt unter der Steuerung des Schaltungssignals den Mischerausgang abwechselnd mit dem ersten Tiefpaßfilter 205 und dem zweiten Tiefpaßfilter 207. Während der Zeiten, zu denen das Schaltungselement den Aus gang mit dem ersten Tiefpaßfilter koppelt, empfängt der Mi scher das Lokaloszillatorsignal ohne Phasenverschiebung und demoduliert das Eingangssignal, um den In-Phase-Anteil zu liefern. Während der Zeiten, zu denen das Schaltungselement den Ausgang mit dem zweiten Tiefpaßfilter koppelt, empfängt der Mischer das Lokaloszillatorsignal mit einer 90°-Phasen verschiebung und demoduliert das Eingangssignal, um den Qua dratur-Anteil zu liefern. Die Tiefpaßfilter glätten die ge schalteten Eingaben, die sie empfangen, um das erste bzw. zweite Signal an dem jeweiligen Filterausgang zu liefern.Under the control of the circuit signal, the IQ circuit element 203 alternately couples the mixer output to the first low-pass filter 205 and the second low-pass filter 207 . During the times when the circuit element couples the output to the first low-pass filter, the mixer receives the local oscillator signal without phase shift and demodulates the input signal to provide the in-phase component. During the times when the circuit element couples the output to the second low-pass filter, the mixer receives the local oscillator signal with a 90 ° phase shift and demodulates the input signal to provide the quadrature component. The low-pass filters smooth the switched inputs that they receive to deliver the first and second signals to the respective filter output.
Wenn die Informationen, die von dem ersten und zweiten Si gnal übertragen werden, eine DC-Komponente aufweisen, dann können die Filter 205 und 207 optional entworfen werden, daß sie keine Gleichsignale durchlassen. Falls dies der Fall sein würde, würden die Filter streng genommen als "Band paß"-Filter bezeichnet werden, da sich ihre Frequenzantwort nicht ganz zu den Gleichsignalen hin erstreckt, wobei ein richtiges "Tiefpaß"-Filter eine Frequenzantwort hat, die sich bis zu den Gleichsignalen hin erstreckt. Die Filter führen jedoch in beiden Fällen die Glättungsfunktion durch, um das demodulierte erste und das demodulierte zweite Signal zu liefern.If the information transmitted by the first and second signals has a DC component, then the filters 205 and 207 can optionally be designed so that they do not pass DC signals. If this were the case, the filters would strictly be referred to as a "bandpass" filter because their frequency response does not extend entirely to the DC signals, and a proper "lowpass" filter has a frequency response that is up to extends to the DC signals. However, in both cases the filters perform the smoothing function to provide the demodulated first and demodulated second signals.
Die Verwendung eines getakteten Invertierers statt des Schaltens zwischen den beiden Lokaloszillatoren, die genau 90° phasenverschoben sein müssen, beseitigt den Bedarf nach der genauen Phasensteuerung des Oszillatorsignals und nach der Genauigkeit, die von dem Schaltungselement benötigt wird. Die Verwendung des getakteten Invertierers macht es erforderlich, daß die Lokaloszillatorfrequenz fLO um einen Betrag, der der Hälfte der Schaltungsfrequenz fC entspricht, entweder nach oben oder nach unten verschoben wird. Der Phasenzeiger dieser verschobenen Lokaloszillatorfrequenz rotiert relativ zum Phasenzeiger der ursprünglichen Lokalos zillatorfrequenz fLO um 180° pro ganzem Zyklus des Schal tungssignals fC. Es werden vier aufeinanderfolgende halbe Zyklen (d. h. zwei aufeinanderfolgende Zyklen) des Schal tungssignals betrachtet. Die durchschnittliche Phasendiffe renz zwischen dem verschobenen und dem ursprünglichen Oszil latorsignal wird bei jedem der vier halben Zyklen um 90° in krementiert. Durch Zuweisen eines beliebigen Referenzrahmens können den vier Durchschnittswerten die Werte 0°, 90°, 180° und 270° zugewiesen werden. Das Steuern des getakteten In vertierers mit einem Signal, das die halbe Frequenz des Schaltungssignals aufweist, invertiert bzw. invertiert nicht abwechselnd die Polarität des verschobenen Lokaloszillator signals, derart, daß jeder der beiden Zustände (der inver tierte Zustand und der nicht invertierte Zustand) einen vollen Zyklus des Schaltungssignals dauert. Aufgrund der Polaritätsinversion (der 180°-Phasenverschiebung) während jedes zweiten Zyklus des Schaltungssignals wird die 180°- Durchschnittsphasenverschiebung um weitere 180° verschoben, was in einer Netto-Durchschnittsphasenverschiebung von 0° resultiert. Auf ähnliche Weise wird die durchschnittliche Phasenverschiebung von 270° um zusätzliche 180° phasenver schoben, was in einer durchschnittlichen Netto-Phasenver schiebung von 270° + 180° = 90° resultiert. Somit beträgt die durchschnittliche Phasenverschiebung zwischen der ver schobenen und der ursprünglichen Lokaloszillatorfrequenz während vier aufeinanderfolgender halber Zyklen des Schal tungssignals fC 0°, 90°, 0° und 90°.The use of a clocked inverter instead of switching between the two local oscillators, which must be exactly 90 ° out of phase, eliminates the need for precise phase control of the oscillator signal and for the accuracy required by the circuit element. The use of the clocked inverter requires that the local oscillator frequency f LO be shifted up or down by an amount which corresponds to half the switching frequency f C. The phase pointer of this shifted local oscillator frequency rotates relative to the phase pointer of the original local oscillator frequency f LO by 180 ° per complete cycle of the circuit signal f C. Four consecutive half cycles (ie, two consecutive cycles) of the circuit signal are considered. The average phase difference between the shifted and the original oscillator signal is incremented by 90 ° in each of the four half cycles. By assigning any reference frame, the four average values can be assigned the values 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °. Controlling the clocked inverter with a signal having half the frequency of the circuit signal does not alternately invert or invert the polarity of the shifted local oscillator signal such that each of the two states (the inverted state and the non-inverted state) is one full cycle of the circuit signal lasts. Due to the polarity inversion (the 180 ° phase shift) during every other cycle of the circuit signal, the 180 ° average phase shift is shifted another 180 °, resulting in a net average phase shift of 0 °. Similarly, the average phase shift of 270 ° is phase shifted by an additional 180 °, resulting in an average net phase shift of 270 ° + 180 ° = 90 °. Thus, the average phase shift between the shifted and the original local oscillator frequency during four consecutive half cycles of the circuit signal f C is 0 °, 90 °, 0 ° and 90 °.
Zusammengefaßt ersetzt der getaktete Invertierer das Schal tungselement, das zwischen zwei Lokaloszillatorsignalen hin und her schaltet, die zueinander 90° phasenverschoben sind, durch ein Abwechseln von Phasenwinkeln, von denen jeder wäh rend jedes halben Zyklus über 90° wobbelt, was eine durch schnittliche Phasendifferenz von 90° ergibt. Vorausgesetzt, daß eine nachfolgende Schaltung, wie z. B. ein Bandpaß- oder Tiefpaßfilter, die Eigenschaft besitzt, einen Durchschnitt über seine Eingabe in einer Durchschnittszeit zu bilden, die wesentlich länger als die Periode des Schaltungssignals fC ist, ist das Ergebnis der Verwendung des getakteten Inver tierers zu dem Ergebnis des Hin- und Herschaltens zwischen zwei Lokaloszillatoren, die zueinander 90° phasenverschoben sind, vollständig äquivalent.In summary, the clocked inverter replaces the circuit element that switches back and forth between two local oscillator signals that are 90 ° out of phase with one another by alternating phase angles, each of which wobbles over 90 ° during every half cycle, which means an average phase difference of 90 ° results. Provided that a subsequent circuit, such as. B. a bandpass or low-pass filter, which has the property of averaging over its input in an average time that is significantly longer than the period of the circuit signal f C , is the result of using the clocked inverter to the result of the and switching between two local oscillators that are 90 ° out of phase with each other is completely equivalent.
Ein Spiegelunterdrückungs-Frequenzumsetzer gemäß der Erfin dung ist in Fig. 13 gezeigt. Dieser Umsetzer umfaßt einen Zeitaufteilungs-Mischer, der dem aus Fig. 5A ähnlich ist, in Verbindung mit einer Betriebszyklus-Abgleichvorrichtung, die der aus Fig. 9 ähnlich ist, es ist jedoch offensichtlich, daß einer der anderen Zeitaufteilungs-Mischer statt des ver wendeten Mischers verwendet werden könnte, und daß die Be triebszyklus-Abgleichvorrichtung weggelassen werden könnte, falls es gewünscht wird. Zweckmäßigerweise besitzen die Kom ponenten in Fig. 13, die den Komponenten in Fig. 5 und 9 ähnlich sind, dieselben Bezugszeichen und dieselben werden nicht weiter diskutiert, es sei denn, daß es notwendig ist.A mirror rejection frequency converter according to the invention is shown in FIG. 13. This converter includes a time-sharing mixer similar to that of FIG. 5A in conjunction with an operating cycle balancer similar to that of FIG. 9, but it is apparent that one of the other time-sharing mixers used instead of the one used Mixer could be used and the operating cycle balancer could be omitted if desired. Conveniently, the components in FIG. 13 that are similar to the components in FIGS. 5 and 9 have the same reference numerals and will not be discussed further unless necessary.
Zusätzlich zum Zeitaufteilungs-Mischer umfaßt der Frequenz umsetzer einen Ausgangsphasenschieber 209 und ein Bandpaß filter 211. Der Ausgangsphasenschieber 209 empfängt die Zeitaufteilungs-Mischerausgabe von dem Tor 103 und ver schiebt als Reaktion auf das Schaltungssignal abwechselnd die Phase des Zeitaufteilungs-Ausgangssignals um eine erste und um eine zweite Phasenverschiebung, wobei sich die zweite Phasenverschiebung von der ersten um 90° unterscheidet. Das Bandpaßfilter empfängt das Phasenschieberausgangssignal von einem Phasenschieberausgangstor 113 und liefert wiederum das gewünschte Frequenz-verschobene Signal.In addition to the time division mixer, the frequency converter comprises an output phase shifter 209 and a bandpass filter 211 . The output phase shifter 209 receives the time division mixer output from the gate 103 and, in response to the circuit signal, alternately shifts the phase of the time division output signal by a first and a second phase shift, the second phase shift being 90 ° different from the first. The bandpass filter receives the phase shifter output from a phase shifter output port 113 and in turn provides the desired frequency shifted signal.
Der Betrieb des Frequenzumsetzers, wie er in Fig. 13 gezeigt ist, kann mit dem Frequenzumsetzer gemäß dem Stand der Tech nik, der in Fig. 1 gezeigt ist, verglichen werden. Bei der Schaltung von Fig. 1 werden sowohl das nicht-phasenverscho bene als auch das phasenverschobene Lokaloszillatorsignal durchgehend mit dem Eingangssignal in ihren jeweiligen Mi schern 11 und 13 gemischt, während in der Schaltung von Fig. 13 der einzelne Mischer zwischen dem nicht-phasenverschobe nen und dem phasenverschobenen Lokaloszillatorsignal abwech selt. In Fig. 1 ist der Phasenschieber 21 immer auf die Aus gabe des Mischers 13 aktiv, während in Fig. 13 der Ausgangs phasenschieber 209 zusammen mit dem Schalten des Lokaloszil lator-Phasenschiebers hin und her schaltet. Die Summierer funktion in Fig. 1 wird durch den Summierer 19 durchgeführt. In Fig. 13 wird diese Funktion durch das Bandpaßfilter 211 inhärent durchgeführt, welches einen Durchschnitt der beiden Signale bildet, die ihm abwechselnd geliefert werden. Die Schaltungsfrequenz sollte wesentlich höher als die Bandbrei te des Bandpaßfilters 120 sein, um sicherzustellen, daß das Bandpaßfilter einen glatten Durchschnitt der abwechselnden Signale bildet. Die Elimination von parallelen Signalwegen, parallelen Mischern und einem Summierer mit parallelen Ein gaben beseitigt jedes Problem bezüglich einer Unsymmetrie in diesen Komponenten und verbessert daher entscheidend die Spiegelunterdrückungsfähigkeit der Schaltung.The operation of the frequency converter as shown in FIG. 13 can be compared with the frequency converter according to the prior art shown in FIG. 1. In the circuit of FIG. 1, both the non-phase-shifted and the phase-shifted local oscillator signal are continuously mixed with the input signal in their respective mixers 11 and 13 , while in the circuit of FIG. 13, the single mixer between the non-phase-shifted ones and the phase-shifted local oscillator signal alternates. In Fig. 1, the phase shifter 21 is always active on the output of the mixer 13 , while in Fig. 13 the output phase shifter 209 switches back and forth together with the switching of the local oscillator phase shifter. The summer function in Fig. 1 is performed by the summer 19 . In Fig. 13, this function is inherently performed by the bandpass filter 211 , which averages the two signals which are alternately supplied to it. The switching frequency should be significantly higher than the bandwidth of the bandpass filter 120 to ensure that the bandpass filter smoothly averages the alternating signals. The elimination of parallel signal paths, parallel mixers and a summer with parallel inputs eliminates any problem with asymmetry in these components and therefore decisively improves the mirror suppression capability of the circuit.
Das Bandpaßfilter 211 ist typischerweise in der ersten IF- Verstärkerstufe enthalten, obwohl das Filter 211 als eine getrennte Komponente vorgesehen sein kann, wenn es erwünscht ist.The bandpass filter 211 is typically included in the first IF amplifier stage, although the filter 211 can be provided as a separate component if desired.
Das Schaltungselement 135 muß auf seinen beiden Positionen den gleichen Gewinn aufweisen. Diese Anforderung kann jedoch erleichtert werden, wenn das Lokaloszillator stark genug ist, um den Mischer 123 in die Sättigung zu treiben. In die sem Fall ist der Mischer im großen und ganzen von der Lokal oszillatorsignalamplitude unabhängig, welche durch, das Schaltungselement 135 zu dem Mischer geliefert wird.Circuit element 135 must have the same gain in both of its positions. However, this requirement can be alleviated if the local oscillator is strong enough to drive mixer 123 to saturation. In this case, the mixer is largely independent of the local oscillator signal amplitude which is provided by the circuit element 135 to the mixer.
Der Ausgangsphasenschieber 209 muß bei beiden Phasenver schiebungen den gleichen Gewinn aufweisen. Der genaue Betrag des Gewinns ist nicht kritisch, doch das Bandpaßfilter 211 hebt durch das Bilden des Durchschnitts der abwechselnden Komponenten das unerwünschte Spiegelsignal auf, wobei eine perfekte Aufhebung nur erreicht werden kann, wenn das Zeit- Spannung-Produkt der beiden Komponenten symmetrisch ist. Ein ungleicher Gewinn zwischen den beiden Phasenverschiebungen, die durch den Phasenschieber 209 geliefert werden, kann kom pensiert werden, indem der Betriebszyklus des Schaltungssi gnals einen benötigten Betrag von der 50%-Marke entfernt eingestellt wird.The output phase shifter 209 must have the same gain in both phase shifts. The exact amount of the gain is not critical, but the bandpass filter 211 cancels the unwanted mirror signal by averaging the alternating components, and perfect cancellation can only be achieved if the time-voltage product of the two components is symmetrical. An unequal gain between the two phase shifts provided by the phase shifter 209 can be compensated for by setting the operating cycle of the circuit signal a required amount from the 50% mark.
Das Betriebszykluselement 189 kann irgendwo zwischen dem Mi scher 123 und dem Bandpaßfilter 211 plaziert sein. Die beste Plazierung hängt von der Implementierung des Phasenschiebers 209 ab. Alternativ kann das Betriebszykluselement 189 zwi schen dem Oszillatorsignalschaltungselement 135 und dem Os zillatoreingangstor 137 des Mischers 123 plaziert sein. Der wichtige Aspekt des Betriebszykluselements 189 besteht da rin, daß dasselbe eine Einrichtung zum Abtasten der Ausgabe des Mischers über eine Zeitdauer schafft, die von dem Ver hältnis der Zeiten unabhängig ist, für welche die beiden Quadraturkomponenten an das Oszillatoreingangstor angelegt werden.The duty cycle element 189 may be placed anywhere between the mixer 123 and the band pass filter 211 . The best placement depends on the implementation of phase shifter 209 . Alternatively, the duty cycle element 189 may be placed between the oscillator signal circuit element 135 and the oscillator input gate 137 of the mixer 123 . The important aspect of duty cycle element 189 is that it provides means for sampling the output of the mixer over a period of time that is independent of the ratio of the times for which the two quadrature components are applied to the oscillator input port.
Während der Zeitaufteilungs-Lösungsansatz, der in der vor liegenden Erfindung gelehrt wird, das Spiegelunterdrückungs problem wesentliche reduziert, das bei Frequenzumsetzern gemäß dem Stand der Technik vorhanden ist, existiert ein Problem, das speziell bei dem Zeitaufteilungs-Konzept auf tritt und erwähnenswert ist. Obwohl das herkömmliche uner wünschte Spiegelsignal durch Aufhebung unterdrückt wird, werden neue unerwünschte Spiegelsignale erzeugt. Die Fre quenzen dieser neuen Spiegelsignale sind folgendermaßen ge geben:During the time sharing approach that was in the previous lying invention is taught the mirror suppression problem significantly reduced that with frequency converters according to the state of the art, one exists Problem that is specific to the time division concept occurs and is worth mentioning. Although the conventional un desired mirror signal is suppressed by cancellation, new unwanted mirror signals are generated. The Fre sequences of these new mirror signals are as follows give:
fT(m) =fU ± mfC (23)f T (m) = f U ± mf C (23)
wobei fT(m) die m-te Spiegelfrequenz, m eine ungerade ganze Zahl, fU die Frequenz des ursprünglichen unerwünschten Spie gelsignals und fC die Schaltungsfrequenz sind. Diese uner wünschten Frequenzen können durch Auswählen einer ausrei chend hohen Schaltungsfrequenz fC unterdrückt werden.where f T (m) is the m th image frequency, m is an odd integer, f U is the frequency of the original unwanted mirror signal and f C is the circuit frequency. These undesirable frequencies can be suppressed by selecting a sufficiently high switching frequency f C.
Bei einem herkömmlichen Empfänger mit einer Zwischenfrequenz von beispielsweise 1 MHz wird die unerwünschte Spiegelfre quenz ²fIF kleiner als die gewünschte Frequenz sein. Wenn somit der gewünschte Empfängerbereich der Bereich von 902 bis 928 MHz ist, werden die unerwünschten Spiegelfrequenzen einen Bereich von 900 bis 926 MHz haben. Bei einem Empfän ger, der einen Frequenzumsetzer gemäß der Erfindung auf weist, wird eine Schaltungsfrequenz fC = 200 MHz Zeitauftei lungs-Spiegelfrequenzen fT(m) erzeugen, die mindestens 200 MHz von fU entfernt sind. Das resultierende Schutzband zwi schen dem Bereich der gewünschten Frequenzen und der am nächsten gelegenen unerwünschten Spiegelfrequenz wird brei ter als 170 MHz sein. Dieses Schutzband ist groß genug, daß die Zeitaufteilungs-Spiegelsignale durch ein preiswertes Eingangsfilter, das vor dem Mischer positioniert ist, unter drückt werden können.In a conventional receiver with an intermediate frequency of 1 MHz, for example, the undesired mirror frequency ²f IF will be less than the desired frequency. Thus, if the desired receiver range is from 902 to 928 MHz, the unwanted image frequencies will range from 900 to 926 MHz. In a receiver having a frequency converter according to the invention, a switching frequency f C = 200 MHz time division mirror frequencies f T (m) will be generated which are at least 200 MHz away from f U. The resulting guard band between the range of desired frequencies and the closest unwanted image frequency will be wider than 170 MHz. This guard band is large enough that the time division mirror signals can be suppressed by an inexpensive input filter which is positioned in front of the mixer.
Wie bereits erwähnt wurde, verwendet ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel eines Frequenzumsetzers gemäß den Prinzipien der Erfindung einen getakteten Invertierer und nicht einen geschalteten Phasenschieber seriell zum Lokaloszillator. Ein Beispiel eines derartigen Frequenzumsetzers ist in Fig. 14 gezeigt. Ein Zeitaufteilungs-Mischer 214, der dem aus Fig. 6 ähnlich ist, empfängt an seinem Eingangstor eine Eingabe und liefert an seinem Ausgangstor 103 eine Ausgabe zu einem Pha senschieber 216, der dem Phasenschieber 209 von Fig. 13 ähn lich ist. Der Phasenschieber 216 ist wiederum mit einem Bandpaßfilter 218 verbunden, um ein Frequenz-umgesetztes Si gnal zu liefern.As already mentioned, a preferred embodiment of a frequency converter according to the principles of the invention uses a clocked inverter and not a switched phase shifter in series with the local oscillator. An example of such a frequency converter is shown in FIG. 14. A time division mixer 214 , similar to that of FIG. 6, receives an input at its input gate and provides an output at its output gate 103 to a phase shifter 216 , which is similar to the phase shifter 209 of FIG. 13. The phase shifter 216 is in turn connected to a bandpass filter 218 to provide a frequency-converted signal.
Für ein gegebenes Eingangssignal mit einer Frequenz fD wird für die gleiche Eingangsfrequenz die Frequenz fLC des Oszil lators 143 von Fig. 14 nicht die gleiche sein, wie die Fre quenz fLO des Oszillators 127 von Fig. 13 . Aus Gleichung (3) oben (fD = fLO + fIF) muß die Frequenz fLO des Oszil lators 127 auf fLO = fD - fIF eingestellt werden. Die Fre quenz fLC des Oszillators 143 muß sich jedoch von dieser Frequenz fLO um einen Betrag unterscheiden, der der Hälfte der Schaltungsfrequenz fC entspricht. Somit ist die Frequenz fLC des Oszillators 143 folgendermaßen gegeben:For a given input signal with a frequency f D , the frequency f LC of the oscillator 143 of FIG. 14 will not be the same for the same input frequency as the frequency f LO of the oscillator 127 of FIG. 13. From equation (3) above (f D = f LO + f IF ) the frequency f LO of the oscillator 127 must be set to f LO = f D - f IF . However, the frequency f LC of the oscillator 143 must differ from this frequency f LO by an amount which corresponds to half the switching frequency f C. The frequency f LC of the oscillator 143 is thus given as follows:
fLC = fD - fIF ± ½fC (24).f LC = f D - f IF ± ½f C (24).
Der Betrieb der Schaltung von Fig. 14 wird nachfolgend de taillierter beschrieben. Es wird, wie in (5) oben ein Ein gangssignal folgender Form angenommen:The operation of the circuit of Fig. 14 will be described below in more detail. As in (5) above, an input signal of the following form is assumed:
D(t) = Dsin(ωDt + ΦD) (25)D (t) = Dsin (ω D t + Φ D ) (25)
wobei D die Amplitude des gewünschten Eingangssignals, ωD die Winkelfrequenz und ΦD die Phase sind. Der Phasenwinkel ΦD wird nicht berücksichtigt. Der Mischer 141 kombiniert das gewünschte Eingangssignal D(t) mit dem Lokaloszillatorsi gnal, welches als cos(ωLCt) ausgedrückt werden kann. Das re sultierende Mischerausgangssignal D′ weist folgenden Term auf:where D is the amplitude of the desired input signal, ω D is the angular frequency and Φ D is the phase. The phase angle Φ D is not taken into account. The mixer 141 combines the desired input signal D (t) with the local oscillator signal, which can be expressed as cos (ω LC t). The resultant mixer output signal D 'has the following term:
½DSin(ωD - ωLC)t (26)½DSin (ω D - ω LC ) t (26)
und dasselbe weist einen weiteren Term mit einer unter schiedlichen Frequenz auf, der das nachfolgende Filtern nicht überleben wird und daher nicht berücksichtigt wird, wie es vorher bezüglich des ersten Mischers von Fig. 1 er klärt wurde. Somit kann D′ zweckmäßigerweise folgendermaßen ausgedrückt werden:and the same has another term with a different frequency, which will not survive the subsequent filtering and is therefore not taken into account, as previously explained with regard to the first mixer of FIG. 1. Thus D 'can be conveniently expressed as follows:
D′ = ½Dsin(ωD - ωLC)t (27).D ′ = ½Dsin (ω D - ω LC ) t (27).
Indem ωD = ωLC +ωIF und ωLC = ωLO - ωC/2 in (26) eingesetzt werden, ergibt sich für das Signal, das zu dem Eingangstor des getakteten Invertierers 147 geliefert wird, folgende Gleichung:By using ω D = ω LC + ω IF and ω LC = ω LO - ω C / 2 in (26), the following equation results for the signal that is supplied to the input port of the clocked inverter 147 :
D′ = ½Dsin(ωC/2 + ωIF)t (28).D ′ = ½Dsin (ω C / 2 + ω IF ) t (28).
Die Wirkung des getakteten Invertierers und die Wirkung des Schaltens bei der Frequenz fC kann als Zerhacken seines Ein gangssignals D′ durch vier aufeinander folgende Zerhackungs pulse PA, PB, PC und PD beschrieben werden. Dies kann bezug nehmend auf Fig. 15 gezeigt werden, welche in vertikaler Ausrichtung zwei Zyklen der Schaltungsfrequenz fC, einen Zy klus von fC/2 und die vier Pulse PA, PB, PC und PD zeigt, von denen jeder eine Frequenz fC/2 und einen Betriebszyklus von 25% aufweist. Diese vier Pulse besitzen eine DC-Kompo nente, wenn jedoch das Signal D′ = ½Dsin(ωC/2 + ωIF)t mit diesen Pulsen multipliziert wird, resultiert die DC-Kompo nente nur in einer Frequenz von ωC/2 + ωIF, welche das spä tere Bandpaßfiltern nicht überleben wird. Somit können die DC-Komponenten vernachlässigt werden. Die AC-Spektren der vier Pulse sind folgendermaßen gegeben:The effect of the clocked inverter and the effect of switching at the frequency f C can be described as chopping its input signal D 'by four successive chopping pulses P A , P B , P C and P D. This can be shown with reference to Fig. 15, which shows in vertical alignment two cycles of the switching frequency f C , a cycle of f C / 2 and the four pulses P A , P B , P C and P D , each of which has a frequency f C / 2 and an operating cycle of 25%. These four pulses have a DC component, but if the signal D '= ½Dsin (ω C / 2 + ω IF ) t is multiplied by these pulses, the DC component only results in a frequency of ω C / 2 + ω IF , which will not survive the later bandpass filtering. The DC components can thus be neglected. The AC spectra of the four pulses are given as follows:
PA: (2/(nπ))sin(nπ/4)cos(n(ωCt/2 - π/4)) (29a)
PB: (2/(nπ))sin(nπ/4)cos(n(ωCt/2 - 3π/4)) (29b)
PC: (2/(nπ))sin(3nπ/4)cos(n(ωCt/2 - π/4)) (29c)
PD: (2/(nπ))sin(3nπ/4)cos(n(ωCt/2 - 3π/4)) (29d)P A : (2 / (nπ)) sin (nπ / 4) cos (n (ω C t / 2 - π / 4)) (29a)
P B : (2 / (nπ)) sin (nπ / 4) cos (n (ω C t / 2 - 3π / 4)) (29b)
P C : (2 / (nπ)) sin (3nπ / 4) cos (n (ω C t / 2 - π / 4)) (29c)
P D : (2 / (nπ)) sin (3nπ / 4) cos (n (ω C t / 2 - 3π / 4)) (29d)
wobei n eine beliebige positive ganze Zahl und nicht Null sein darf.where n is any positive integer and not zero may be.
Zweckmäßigerweise soll folgendes gelten: NAB = (2/(nπ))sin (nπ/4) und NCD = (2/(nπ))sin(3nπ/4). Dann ergibt das Multi plizieren von D′ mit jedem der vier Pulse und die Verwendung der trigonometrischen Identität für sin x cos y folgendes:The following should expediently apply: N AB = (2 / (nπ)) sin (nπ / 4) and N CD = (2 / (nπ)) sin (3nπ / 4). Then multiplying D ′ with each of the four pulses and using the trigonometric identity for sin x cos y results in the following:
D′PA =
D(NAB/4)(sin((1+n)ωCt/2+ωIFt -n π/4) + sin((1 - n)ωCt/2 + ωIFt + nπ/4)) (30a)
D′PB =
D(NAB/4)(sin((1 + n)ωCt/2 + ωIFt - 3nπ/4) + sin((1 - n)ωCt/2 + ωIFt + 3nπ/4)) (30b)
D′PC =
D(NCD/4)(sin((1 + n)ωCt/2 + ωIFt - nπ/4) + sin((1 - n)ωCt/2 + ωIFt + nπ/4)) (30c)
D′PD =
D(NCD/4)(sin((1 + n)ωCt/2 + ωIFt - 3nπ/4) + sin((1 - n)ωCt/2 + ωIFt + 3nπ/4)) (30d).D'P A = D (N AB / 4) (sin ((1 + n) ω C t / 2 + ω IF t -n π / 4) + sin ((1 - n) ω C t / 2 + ω IF t + nπ / 4)) (30a)
D'P B = D (N AB / 4) (sin ((1 + n) ω C t / 2 + ω IF t - 3nπ / 4) + sin ((1 - n) ω C t / 2 + ω IF t + 3nπ / 4)) (30b)
D'P C = D (N CD / 4) (sin ((1 + n) ω C t / 2 + ω IF t - nπ / 4) + sin ((1 - n) ω C t / 2 + ω IF t + nπ / 4)) (30c)
D'P D = D (N CD / 4) (sin ((1 + n) ω C t / 2 + ω IF t - 3nπ / 4) + sin ((1 - n) ω C t / 2 + ω IF t + 3nπ / 4)) (30d).
Die Komponenten dieser vier Produkte, die eine Frequenz ωIF aufweisen, welche die einzigen Komponenten sind, die das Bandpaß-Filter, das um diese Frequenz zentriert ist, überle ben werden, existieren nur für n = 1, wobei in dem Fall gilt: NAB = NCD = (2/π)sin(π/4). Somit ergibt sich:The components of these four products, which have a frequency ω IF , which are the only components that will survive the bandpass filter centered around this frequency, exist only for n = 1, in which case: N AB = N CD = (2 / π) sin (π / 4). This results in:
D′PA = D′PC = D(NAB/4)sin(ωIFt + π/4) (31)D′P A = D′P C = D (N AB / 4) sin (ω IF t + π / 4) (31)
undand
D′PB = D′PD = D(NAB/4)sin(ωIFt + 3π/4) (32).D'P B = D'P D = D (N AB / 4) sin (ω IF t + 3π / 4) (32).
Die ersten beiden Signale D′PA und D′PC treten in der ersten Hälfte des Zyklus des Schaltungssignals fC auf, wodurch die se beiden Signale ohne Phasenverschiebung durch den getak teten Invertierer gelangen. Die anderen beiden Signale D′PB und D′PD treten in der zweiten Hälfte des Zyklus des Schal tungssignals auf, wodurch sie um 90° phasenverschoben wer den, was für die beiden letztgenannten Ausdrücke folgende Gleichung ergibt, nachdem sie durch den getakteten Invertie rer gelangt sind:The first two signals D'P A and D'P C occur in the first half of the cycle of the circuit signal f C , whereby the se two signals pass through the clocked inverter without a phase shift. The other two signals D'P B and D'P D occur in the second half of the cycle of the circuit signal, which causes them to be phase-shifted by 90 °, which results in the following equation for the latter two expressions after being inverted by the clocked signal have arrived:
D′′PB = D′′PD = D(NAB/4)sin(ωIFt + 3π/4 - π/2) = D(NAB/4)sin(ωIFt - π/4) (33).D′′P B = D′′P D = D (N AB / 4) sin (ω IF t + 3π / 4 - π / 2) = D (N AB / 4) sin (ω IF t - π / 4 ) (33).
Alle vier Signale sind in der Ausgabe vorhanden. Ihre Summe beträgt:All four signals are present in the output. Your sum is:
D′PA + D′′PB + D′PC + D′′PD = D(NAB/2)(sin(ωIFt + π/4) + sin(ωIFt - π/4)) (34)D′P A + D′′P B + D′P C + D′′P D = D (N AB / 2) (sin (ω IF t + π / 4) + sin (ω IF t - π / 4 )) (34)
oderor
D′PA + D′′PB + D′PC + D′′PD = (D/π)sSin(ωIF (35).D′P A + D′′P B + D′P C + D′′P D = (D / π) sSin (ω IF (35).
Somit ist das gewünschte Eingangssignal mit der Winkelfre quenz ωD in eine Zwischenfrequenz mit einer Winkelfrequenz ωIF umgesetzt worden. The desired input signal with the angular frequency ω D has thus been converted into an intermediate frequency with an angular frequency ω IF .
Eine ähnliche Berechnung zeigt, daß das unerwünschte Spie gelsignal aufgehoben wird.A similar calculation shows that the unwanted game Gel signal is canceled.
Genauso wie der geschaltete Phasenschieber in Verbindung mit dem Lokaloszillator 127 eine unerwünschte neue Zeitauf teilungs-Spiegelfrequenz in das Ausführungsbeispiel von Fig. 13 eingeführt hat, so führt auch der getaktete Invertierer neue unerwünschte Zeitaufteilungs-Spiegelfrequenzen ein. Der getaktete Invertierer führt dieselben Spiegelfrequenzen wie die Schaltung von Fig. 13 ein. Zusätzlich zu diesen Spiegel frequenzen führt der getaktete Invertierer einen Satz von Spiegelfrequenzen fT(q) ein, welche folgendermaßen gegeben sind:Just as the switched phase shifter in connection with the local oscillator 127 has introduced an undesirable new time division image frequency in the embodiment of FIG. 13, the clocked inverter also introduces new undesired time division image frequencies. The clocked inverter introduces the same mirror frequencies as the circuit of FIG. 13. In addition to these image frequencies, the clocked inverter introduces a set of image frequencies f T (q), which are given as follows:
fT(q) =fD ± qfC (36)f T (q) = f D ± qf C (36)
wobei q eine gerade ganze Zahl und nicht Null ist. Diese neuen Zeitaufteilungs-Spiegelfrequenzen können ebenfalls un terdrückt werden, indem eine Schaltungsfrequenz fC gewählt wird, die ein ausreichendes Schutzband ermöglicht.where q is an even integer and not zero. These new time division mirror frequencies can also be suppressed by choosing a switching frequency f C that enables a sufficient guard band.
Die Frequenzumsetzungsschaltungen, die in den Fig. 13 und 14 dargestellt worden sind, verwenden einen analogen Phasen schieber 209. Eine bevorzugte Implementation eines derarti gen Phasenschiebers erfüllt mindestens zwei Bedingungen. Erstens müssen die beiden Wege, die die beiden Phasenver schiebungen erzeugen, dieselbe Schaltung soviel als möglich gemeinsam benützen. Dies minimiert Symmetriefehler aufgrund von Schaltungskomponenten-Fehlanpassungen. Zweitens darf die Implementation keinen hohen Gewinn eines Verstärkers erfor dern, der auf einer breiten Bandbreite arbeitet, da einer der Gründe zum Verwenden eines Zeitaufteilungs-Mischers da rin besteht, derartige breitbandige Verstärker mit hohem Ge winn zu vermeiden.The frequency conversion circuits shown in FIGS. 13 and 14 use an analog phase shifter 209 . A preferred implementation of such a phase shifter fulfills at least two conditions. First, the two paths that produce the two phase shifts must share the same circuit as much as possible. This minimizes symmetry errors due to circuit component mismatches. Second, the implementation must not require a high gain for an amplifier that operates over a wide bandwidth, since one of the reasons for using a time division mixer is to avoid such high gain broadband amplifiers.
Eine Implementation eines geeigneten analogen Phasenschie bers ist in Fig. 16 gezeigt. Die Schaltung ist der aus Fig. 13 ähnlich. Ähnliche Komponenten besitzen die gleichen Be zugszeichen und werden nachfolgend nicht weiter diskutiert. An implementation of a suitable analog phase shifter is shown in FIG. 16. The circuit is similar to that of FIG. 13. Similar components have the same reference numerals and are not discussed further below.
Ein Verstärker 215 empfängt das Zeitaufteilungs-Mischeraus gangssignal von dem Ausgangstor 103 des Zeitaufteilungs-Mi schers. Der Verstärker 215 liefert komplementäre Ausgaben +V und -V an dem ersten bzw. zweiten Verstärkerausgang 217 bzw. 219. Der erste Ausgang 217 ist mit einem Widerstand 221 ver bunden, welcher wiederum mit dem Ausgangstor 213 verbunden ist. Der zweite Ausgang 219 ist mit zwei Kondensatoren 223 und 225 verbunden, welche wiederum mit einem ersten und ei nem zweiten Anschluß eines Schaltungselements 227 verbunden sind. Das Schaltungselement 227 weist einen Pol auf, der mit dem Ausgangstor 213 verbunden ist. Das Schaltungselement 227 wird durch das Schaltungssignal gesteuert.An amplifier 215 receives the time division mixer output from the output gate 103 of the time division mixer. The amplifier 215 provides complementary outputs + V and -V at the first and second amplifier outputs 217 and 219, respectively. The first output 217 is connected to a resistor 221 , which in turn is connected to the output gate 213 . The second output 219 is connected to two capacitors 223 and 225 , which in turn are connected to a first and a second terminal of a circuit element 227 . The circuit element 227 has a pole which is connected to the output gate 213 . Circuit element 227 is controlled by the circuit signal.
Die Werte des Widerstands 221 und der Kondensatoren 223 und 225 werden gewählt, um zwei Signale mit einer relativen Pha senverschiebung von 90° zu erzeugen. Die jeweiligen Phasen verschiebungen können beispielsweise 45° und 135° sein. Beim Auswählen der Werte dieser Komponenten sollte angemerkt wer den, daß die Kondensatoren mit dem Widerstand nur während eines Zeitanteils p und (1-p) verbunden sind, wobei p der Schaltungs-Betriebszyklus ist (idealerweise gilt p = 50%). Ein Fehler in dem Betriebszyklus würde in einem proportiona len Fehler des wirksamen Verhältnisses der beiden Kondensa toren und daher in einem Fehler der relativen Phasenver schiebungen der beiden Signale resultieren. Natürlich könnte der Betriebszyklus beabsichtigterweise eingestellt werden, um beliebige Fehler der Kondensatorenwerte zu kompensieren.The values of resistor 221 and capacitors 223 and 225 are chosen to produce two signals with a relative phase shift of 90 °. The respective phase shifts can be, for example, 45 ° and 135 °. When selecting the values of these components, it should be noted that the capacitors are connected to the resistor only for a period of time p and (1-p), where p is the circuit duty cycle (ideally, p = 50%). An error in the operating cycle would result in a proportional error in the effective ratio of the two capacitors and therefore in an error in the relative phase shifts of the two signals. Of course, the duty cycle could be intentionally adjusted to compensate for any errors in the capacitor values.
Ein Frequenzumsetzer, welcher einen zweiten Zeitauftei lungs-Mischer verwendet, um die Phasenverschiebung zu lie fern, ist in Fig. 17 gezeigt. Eine erste Zeitaufteilungs-Mi scherschaltung 228 empfängt allgemein ein Eingangssignal an ihrem Eingangstor 229 und liefert ein Ausgangssignal an ih rem Ausgangstor 231. Das Ausgangstor 231 ist durch ein Band paßfilter 233 mit einem Eingangstor 235 einer zweiten Zeit aufteilungs-Mischerschaltung, die allgemein mit 237 bezeich net ist, verbunden, welche als ein Phasenschieber dient. Der Phasenschieber 237 liefert an seinem Ausgangstor 241 eine Ausgabe zu einem Bandpaßfilter 239.A frequency converter using a second time division mixer to deliver the phase shift is shown in FIG . A first time division mixer circuit 228 generally receives an input signal at its input port 229 and provides an output signal at its output port 231 . The output port 231 is connected by a band pass filter 233 to an input port 235 of a second time sharing mixer circuit, generally designated 237 , which serves as a phase shifter. The phase shifter 237 provides an output to a bandpass filter 239 at its output gate 241 .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Zeitaufteilungs-Mischerschaltung 228 als auch die Zeitauf teilungs-Mischerschaltung 229 dem in Fig. 5A gezeigten Aus führungsbeispiel ähnlich, mit Ausnahme davon, daß eine ein zige Schaltungssignalquelle 243 das Schaltungssignal für beide Schaltungen liefert. Die Schaltung 228 umfaßt einen Mischer 245, der das Eingangssignal empfängt, das am Ein gangstor 229 anliegt, und der die Ausgabe an das Ausgangstor 231 liefert. Der Mischer 245 weist einen Oszillatoreingang auf, der durch ein Schaltungselement 247 abwechselnd mit ei nem Lokaloszillator 249 und mit einem Phasenschieber 251 verbunden wird, welcher die Phase des Lokaloszillators um 90° verschiebt. Auf ähnliche Weise umfaßt die Schaltung 237 einen Mischer 253, der das Eingangssignal empfängt, das an dem Eingangstor 235 anliegt, und der die Ausgabe zu dem Aus gangstor 241 liefert. Der Mischer 253 weist einen Oszil latoreingang auf, der durch ein Schaltungselement 255 ab wechselnd mit einem Lokaloszillator 257 und mit einem Pha senschieber 259 verbunden wird, welcher die Phase des Lokal oszillators um 90° verschiebt. Die Schaltungssignalquelle treibt die beiden Schaltungselemente 247 und 255.In the illustrated embodiment, both the time division mixer circuit 228 and the time division mixer circuit 229 are similar to the exemplary embodiment shown in FIG. 5A, except that a single circuit signal source 243 provides the circuit signal for both circuits. The circuit 228 includes a mixer 245 which receives the input signal which is present at the input port 229 and which delivers the output to the output port 231 . The mixer 245 has an oscillator input which is connected by a circuit element 247 alternately to a local oscillator 249 and to a phase shifter 251 which shifts the phase of the local oscillator by 90 °. Similarly, circuit 237 includes a mixer 253 which receives the input signal applied to input gate 235 and which provides the output to output gate 241 . The mixer 253 has an oscillator input which is connected by a circuit element 255 alternately to a local oscillator 257 and to a phase shifter 259 which shifts the phase of the local oscillator by 90 °. The circuit signal source drives the two circuit elements 247 and 255 .
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann eine getrennte Schal tungssignalquelle verwendet werden, um das Schaltungselement 255 zu treiben. Dies würde beispielsweise der Fall sein, wenn das Filter 233 durch ein Paar von geschalteten Filtern implementiert sein würde, wie z. B. durch die, die in Fig. 18 gezeigt sind und nachfolgend diskutiert werden.In some embodiments, a separate circuit signal source may be used to drive circuit element 255 . This would be the case, for example, if the filter 233 were implemented by a pair of switched filters, such as e.g. By those shown in Fig. 18 and discussed below.
Die zweite Zeitaufteilungs-Mischerschaltung 237 wird auf ei ne unerwünschte Spiegelfrequenz an ihrem Eingang empfindlich sein. Eine derartige unerwünschte Spiegelfrequenz könnte aus einem unerwünschten Signal an dem Eingang in die erste Mi scherschaltung 228 resultieren. Das Filter 233 wird eine beliebige, derartige unerwünschte Spiegelfrequenz unter drücken. Das Filter 233 kann beispielsweise durch ein Tief paßfilter implementiert sein, welches dem Filter 227 ähnlich ist, das in Fig. 19 gezeigt ist und nachfolgend diskutiert wird.The second time division mixer circuit 237 will be sensitive to an unwanted image frequency at its input. Such an undesirable image frequency could result from an undesired signal at the input to the first mixer circuit 228 . The filter 233 will suppress any such undesirable image frequency. The filter 233 can be implemented, for example, by a low-pass filter, which is similar to the filter 227 shown in FIG. 19 and discussed below.
Eine oder beide Zeitaufteilungs-Mischerschaltungen 228 und 237 können durch ein alternatives Ausführungsbeispiel, wie z. B. eines der in Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsbei spiele, ersetzt werden.One or both of the time division mixer circuits 228 and 237 may be implemented by an alternative embodiment, such as e.g. B. one of the games shown in Figs. 6, 7 and 8 Ausführungsbei, be replaced.
Wie bereits erwähnt wurde, ist eine hohe Schaltungsfrequenz von z. B. fC = 200 MHz wünschenswert, um einen ausreichenden Abstand zwischen den Zeitaufteilungs-Spiegelfrequenzen und der gewünschten Eingangsfrequenz des Frequenzumsetzers si cherzustellen. Die Nutzinformationen an dem Ausgang des Pha senschiebers (209 in Fig. 13) werden jedoch durch ein Signal bei einer Zwischenfrequenz fIF übertragen und können daher durch relativ niederfrequente Schaltungen, wie z. B. den Bandpaßfilter 211, verarbeitet werden.As already mentioned, a high switching frequency of e.g. B. f C = 200 MHz is desirable to ensure a sufficient distance between the time division mirror frequencies and the desired input frequency of the frequency converter. However, the useful information at the output of the phase shifter ( 209 in FIG. 13) is transmitted by a signal at an intermediate frequency f IF and can therefore be implemented by relatively low-frequency circuits, such as. B. the bandpass filter 211 are processed.
Bei vielen Anwendungen würde es wünschenswert sein, den Pha senschieber 209 und das Bandpaßfilter 211 in der Schaltung von Fig. 13 durch genauere digitale Signalverarbeitungshard ware zu ersetzen. Digitale Verarbeitungshardware, die ein Signal, das bei einer relativ hohen Frequenz, wie z. B. 200 MHz, geschaltet wird, verarbeiten könnte, würde zu viel Lei stung verbrauchen. Um daher Fähigkeiten einer digitalen Si gnalverarbeitung ohne übermäßigen Leistungsverbrauch vor teilhaft auszunützen, muß die Schaltungsfrequenz des Signals wesentlich reduziert werden, bevor dasselbe durch die digi tale Hardware verarbeitet wird. Um jedoch die Zeitauftei lungs-Spiegelfrequenzen von der gewünschten Eingangsfrequenz entfernt zu halten, muß dies durchgeführt werden, ohne die hohe Schaltungsfrequenz, die in der Frequenzumsetzerschal tung verwendet wird, zu reduzieren. Dies kann erreicht wer den, indem die beiden Quadraturkomponenten des Zeitauftei lungs-Mischerausgangssignals getrennt gefiltert werden, und indem der Ausgangsphasenschieber 209 und das Bandpaßfilter 211 durch eine digitale Signalverarbeitungsschaltung ersetzt werden, die die Funktionen dieser Komponenten durchführt. Eine Schaltung, die für diesen Zweck verwendet werden kann, ist in Fig. 18 gezeigt.In many applications, it would be desirable to replace phase shifter 209 and bandpass filter 211 in the circuit of FIG. 13 with more accurate digital signal processing hardware. Digital processing hardware that emits a signal that is transmitted at a relatively high frequency, e.g. B. 200 MHz, could be processed, would consume too much power. Therefore, in order to exploit the capabilities of digital signal processing without excessive power consumption, the switching frequency of the signal must be significantly reduced before the same is processed by the digital hardware. However, in order to keep the time division mirror frequencies away from the desired input frequency, this must be done without reducing the high circuit frequency used in the frequency converter circuit. This can be accomplished by filtering the two quadrature components of the time-sharing mixer output separately, and by replacing the output phase shifter 209 and band-pass filter 211 with a digital signal processing circuit that performs the functions of these components. A circuit that can be used for this purpose is shown in FIG .
Fig. 18 zeigt einen Frequenzumsetzer, der einen Zeitauftei lungs-Mischer zeigt, der dem vorher diskutierten ähnlich ist. Ein Zeitaufteilungs-Mischer 261, der der Schaltung in Fig. 5A ähnlich ist, wird bei dem dargestellten Ausführungs beispiel verwendet, es ist jedoch offensichtlich, daß ir gendein anderer Zeitaufteilungs-Mischer, der vorher disku tiert und dargestellt worden ist, statt dessen verwendet wer den kann. Ein I-Q-Schaltungselement 263, das durch das Schaltungssignal gesteuert wird, empfängt das Ausgangssignal von dem Ausgangstor des Zeitaufteilungs-Mischers 261. Das I-Q-Schaltungselement 263 besitzt zwei Ausgänge, wobei einer ein Filter 265 treibt und der andere ein Filter 267 treibt. Ein zweites I-Q-Schaltungselement 269, das durch eine Schal tungssignalquelle 271 gesteuert wird, verbindet die Ausgänge jedes Filters 265 und 267 abwechselnd mit einem Analog/Digi tal-Wandler 273. Die Ausgabe des A/D-Wandlers 273 (A/D = Analog/Digital) wird wiederum zu einem digitalen Phasen schieber und einem Summierer 275 geliefert. Fig. 18 shows a frequency converter showing a time division mixer similar to that previously discussed. A time division mixer 261 , similar to the circuit in Fig. 5A, is used in the illustrated embodiment, but it is apparent that some other time division mixer, previously discussed and illustrated, is used instead that can. An IQ circuit element 263 , controlled by the circuit signal, receives the output signal from the output port of the time division mixer 261 . IQ circuit element 263 has two outputs, one driving a filter 265 and the other driving a filter 267 . A second IQ circuit element 269 , which is controlled by a circuit signal source 271 , connects the outputs of each filter 265 and 267 alternately to an analog / digital converter 273 . The output of the A / D converter 273 (A / D = analog / digital) is in turn supplied to a digital phase shifter and a summer 275 .
Das Filter 265 kann als "I"-Filter bezeichnet werden, wäh rend das Filter 267 als "Q"-Filter bezeichnet werden kann. Diese Filter wandeln die abwechselnden I- und Q-Komponenten an dem Ausgang 103 der Zeitaufteilungs-Mischerschaltung 261 in durchgehende I- bzw. Q-Signalströme um. Daher kann die Frequenz der Signalquelle 271 zu der Frequenz des Schal tungssignals unterschiedlich sein, das zu dem Schaltungssi gnalausgangstor 119 des Zeitaufteilungs-Mischers 261 gelie fert wird. Die Frequenz der Signalquelle 271 wird vorzugs weise niedrig genug gewählt, um eine digitale Signalverar beitung ohne übermäßigen Leistungsverbrauch zu ermöglichen.Filter 265 may be referred to as an "I" filter, while filter 267 may be referred to as a "Q" filter. These filters convert the alternating I and Q components at the output 103 of the time division mixer circuit 261 into continuous I and Q signal currents, respectively. Therefore, the frequency of the signal source 271 may be different from the frequency of the circuit signal supplied to the circuit signal output port 119 of the time division mixer 261 . The frequency of the signal source 271 is preferably chosen low enough to allow digital signal processing without excessive power consumption.
Um einen hohen Grad an Spiegelunterdrückung beizubehalten, müssen die Filter 265 und 267 die I- und die Q-Komponente des Zwischenfrequenzsignals, das zu dem Ausgangstor 103 des Zeitaufteilungs-Mischers 261 geliefert wird, mit gut ange paßter Phasenverschiebung und gut angepaßtem Gewinn durch lassen. Dies wird erleichtert, wenn die Filter 265 und 267 so viele Komponenten wie möglich gemeinsam benutzen. Eine Schaltung, bei der die beiden Filter die meisten ihrer Kom ponenten gemeinsam benutzen, ist in Fig. 19 gezeigt.In order to maintain a high level of mirror rejection, filters 265 and 267 must pass the I and Q components of the intermediate frequency signal supplied to the output port 103 of time division mixer 261 with a well-adjusted phase shift and well-matched gain. This is made easier if filters 265 and 267 share as many components as possible. A circuit in which the two filters share most of their components is shown in FIG. 19.
Die Schaltung von Fig. 19 entspricht in vielerlei Hinsicht der Schaltung von Fig. 18, wobei aus Zweckmäßigkeitsgründen in beiden Figuren ähnlichen Komponenten die gleichen Bezugs zeichen zugeordnet wurden. Eine Tiefpaßfilterschaltung, die allgemein als 277 bezeichnet ist, ersetzt die I-Q-Schal tungselemente 263 und 269 und die Filter 265 und 267 von Fig. 18. Das Filter 277 empfängt das Signal von dem Aus gangstor 103 des Zeitaufteilungs-Mischers 261. Das Filter 277 umfaßt eine Mehrzahl von kaskadierten RC-Filterstufen und ein Abtasten-und-Halten-Element 279. Die erste derartige RC-Filterstufe umfaßt einen Widerstand 281, der das Signal empfängt und zu dem Eingang eines Verstärkers 283 koppelt. Ein Schaltungselement 285, das durch das Schaltungssignal von dem Tor 119 der Mischerschaltung getrieben wird, verbin det abwechselnd einen Kondensator 287 und einen Kondensator 289 mit dem Eingang des Verstärkers 283.The circuit of FIG. 19 corresponds in many respects to the circuit of FIG. 18, the same reference characters being assigned to similar components in both figures for the sake of convenience. A low pass filter circuit, generally designated 277 , replaces IQ circuit elements 263 and 269 and filters 265 and 267 of FIG. 18. Filter 277 receives the signal from output port 103 of time division mixer 261 . The filter 277 includes a plurality of cascaded RC filter stages and a sample-and-hold element 279 . The first such RC filter stage comprises a resistor 281 , which receives the signal and couples it to the input of an amplifier 283 . A circuit element 285 , which is driven by the circuit signal from the gate 119 of the mixer circuit, alternately connects a capacitor 287 and a capacitor 289 to the input of the amplifier 283 .
Auf ähnliche Weise umfaßt die zweite Filterstufe einen Wi derstand 291, der das Signal von der ersten Filterstufe emp fängt und zu einem Eingang eines Verstärkers 293 koppelt. Ein Schaltungselement 295, das durch das Schaltungssignal von dem Tor 119 des Mischerschaltung getrieben wird, verbin det abwechselnd einen Kondensator 297 und einen Kondensator 299 mit dem Eingang des Verstärkers 293. Die dritte Filter stufe umfaßt einen Widerstand 301, der das Signal von der zweiten Filterstufe empfängt und zu dem Eingang eines Ver stärkers 303 koppelt. Ein Schaltungselement 305, das durch das Schaltungssignal von dem Tor 119 der Mischerschaltung getrieben wird, verbindet abwechselnd einen Kondensator 307 und einen Kondensator 309 mit dem Eingang des Verstärkers 303. Die Verstärker sind typischerweise Emitter- oder Source-Folger, die als Pufferverstärker wirken.Similarly, the second filter stage includes a resistor 291 which receives the signal from the first filter stage and couples it to an input of an amplifier 293 . A circuit element 295 , which is driven by the circuit signal from the gate 119 of the mixer circuit, alternately connects a capacitor 297 and a capacitor 299 to the input of the amplifier 293 . The third filter stage comprises a resistor 301 , which receives the signal from the second filter stage and couples it to the input of an amplifier 303 . A circuit element 305 , which is driven by the circuit signal from the gate 119 of the mixer circuit, alternately connects a capacitor 307 and a capacitor 309 to the input of the amplifier 303 . The amplifiers are typically emitter or source followers that act as buffer amplifiers.
Die Ausgabe von der dritten Filterstufe wird zu dem Abta sten-und-Halten-Element 279 geliefert und danach zu dem A/D-Wandler 273. Das Abtasten-und-Halten-Element 279 wird durch die Schaltungssignalquelle 271 gesteuert.The output from the third filter stage is provided to the sample-and-hold element 279 and then to the A / D converter 273 . The sample-and-hold element 279 is controlled by the circuit signal source 271 .
Das Abtasten-und-Halten-Element 279 besitzt einen Aufnahme zeitschlitz, der kürzer als 1/(2fC) ist, dasselbe wird je doch durch ein Signal getriggert, das von der Signalquelle 271 geliefert wird, welche eine Frequenz fS aufweist, die derart gewählt wird, daß sie ein ungerader Bruchteil von 2fC ist. Als Ergebnis wechseln die Abtastwerte, die von dem Ab tasten-und-Halten-Element 279 aufgenommen worden sind, zwi schen den Quadratur-Abtastwerten, die von den Kondensatoren 287, 297 und 307 aufgenommen worden sind, und den In-Pha se-Abtastwerten, die von den Kondensatoren 289, 299 und 309 aufgenommen worden sind. Wenn die Frequenz fS der Schal tungssignalquelle 271 derart gewählt wird, daß fs < fO + fIF gilt, wobei fO die Stoppbandkante des Tiefpaßfilters 271 ist, wird verhindert, daß ein beliebiges Signal, das aus dem Tiefpaßfilter kommt, in das IF-Signal zurückgefaltet wird. Da zwei Abtastwerte einen einzelnen Schaltungszyklus mit reduzierter Frequenz bilden, besitzt das geschaltete Tief paßfilter zusammen mit der Abtasten-und-Halten-Schaltung den Effekt, die Schaltungsfrequenz, die an dem Ausgang des Ab tasten-und-Halten-Elements auftritt, von fC auf eine neue Frequenz fC′ = fS/2 zu reduzieren. In einem praktischen Fall, bei dem fC 200 MHz ist, könnte fC′ kleiner als 7 MHz sein.The sample-and-hold element 279 has a recording time slot which is shorter than 1 / (2f C ), but the same is triggered by a signal supplied by the signal source 271 , which has a frequency f S which is chosen such that it is an odd fraction of 2f C. As a result, the samples taken by sample-and-hold element 279 alternate between the quadrature samples taken by capacitors 287 , 297 and 307 and the in-phase samples which have been picked up by the capacitors 289 , 299 and 309 . If the frequency f S of the circuit signal source 271 is selected such that f s <f O + f IF , where f O is the stop band edge of the low-pass filter 271 , any signal that comes from the low-pass filter is prevented from entering the IF signal is folded back. Since two samples form a single circuit cycle with reduced frequency, the switched low pass filter together with the sample-and-hold circuit has the effect of switching the circuit frequency that occurs at the output of the sample-and-hold element from f C to reduce to a new frequency f C ′ = f S / 2. In a practical case where f C is 200 MHz, f C ′ could be less than 7 MHz.
Das durch d 01112 00070 552 001000280000000200012000285910100100040 0002019538002 00004 00993ie Abtasten-und-Halten-Schaltung gelieferte Si gnal wird in dem A/D-Wandler 273 in eine digitale Form umge wandelt. Sobald das Signal digitalisiert worden ist, kann ohne weiteres eine genaue 90°-Phasenverschiebung zwischen den beiden Quadraturkomponenten erreicht werden, indem her kömmliche digitale Techniken, beispielsweise in dem digita len Phasenschieber und dem Summierer 275, verwendet werden. The signal supplied by d 01112 00070 552 001000280000000200012000285910100100040 0002019538002 00004 00993ie the sample-and-hold circuit is converted into a digital form in the A / D converter 273 . Once the signal has been digitized, an accurate 90 ° phase shift between the two quadrature components can be readily achieved using conventional digital techniques, such as in the digital phase shifter and summer 275 .
Aus dem Vorhergehenden ist es offensichtlich, daß der Zeit aufteilungs-Mischer der Erfindung einen Frequenzumsetzer schafft, der Fähigkeiten aufweist, die bisher bei einem mo nolithischen Empfänger nicht erreichbar waren. Ein Frequenz umsetzer, der die Prinzipien der Erfindung ausführt, kann ein unerwünschtes Spiegelsignal, das um 60 dB mehr Leistung als das gewünschte Signal besitzt, unterdrücken. Ein ent scheidend verbesserter I-Q-Modulator und ein entscheidend verbesserter I-Q-Demodulator werden ebenfalls geschaffen.From the foregoing it is obvious that time Distribution mixer of the invention a frequency converter creates that has skills that were previously in a mo nolithic receivers were not reachable. A frequency implementer that embodies the principles of the invention an unwanted mirror signal that is 60 dB more power than the desired signal. A ent radically improved I-Q modulator and a crucial one improved I-Q demodulator are also created.
Claims (13)
einem Mischer (105, 123) mit einem Haupteingangstor (107, 121), einem Oszillatoreingangstor (109, 137) und einem Ausgangstor (111, 125);
einem Lokaloszillator (113, 127), der ein anfängliches Oszillatorsignal liefert;
einer Schaltungssignalquelle (115, 129), die ein Schal tungssignal liefert; und
einer Wechselsignaleinrichtung (117, 131), die auf das Schaltungssignal anspricht, um zu bewirken, daß das Zeitaufteilungs-Ausgangssignal zwischen einem In-Pha se-Ausgangssignal und einem Quadratur-Phase-Ausgangssi gnal abwechselt, wobei das In-Phase-Ausgangssignal das Ausgangssignal ist, welches der Mischer liefern würde, wenn das Eingangssignal an das Haupteingangstor und das anfängliche Oszillatorsignal an das Oszillatoreingangs tor angelegt werden würden, wobei das Quadratur-Phase- Ausgangssignal das Ausgangssignal ist, welches der Mi scher liefern würde, wenn das Eingangssignal an das Haupteingangstor angelegt wird und das anfängliche Os zillatorsignal 90° phasenverschoben werden würde, und dann an das Oszillatoreingangstor angelegt werden wür de.1. Time division mixer circuit which receives an input signal and provides a time division output signal, having the following features:
a mixer ( 105 , 123 ) having a main input gate ( 107 , 121 ), an oscillator input gate ( 109 , 137 ) and an output gate ( 111 , 125 );
a local oscillator ( 113 , 127 ) that provides an initial oscillator signal;
a circuit signal source ( 115 , 129 ) which supplies a circuit signal; and
an alternating signal means ( 117 , 131 ) responsive to the circuit signal to cause the time division output signal to alternate between an in-phase output signal and a quadrature-phase output signal, the in-phase output signal being the output signal is what the mixer would deliver if the input signal to the main input port and the initial oscillator signal were applied to the oscillator input port, the quadrature phase output signal being the output signal that the mixer would deliver if the input signal to the main input port would be applied and the initial oscillator signal would be phase shifted 90 ° and then applied to the oscillator input gate.
einen Phasenschieber (133), der die Phase des anfängli chen Oszillatorsignals um 90° verschiebt, um ein pha senverschobenes Oszillatorsignal zu liefern; und
ein Schaltungselement (135), das auf das Schaltungssi gnal anspricht, um das anfängliche Oszillatorsignal und das phasenverschobene Oszillatorsignal abwechselnd zu dem Oszillatortor (137) des Mischers zu koppeln.2. A time division mixer circuit according to claim 1, wherein the input signal is applied to the main input port ( 121 ) of the mixer ( 123 ), the time division output signal being supplied to the mixer output port ( 125 ), and the alternating signal device ( 131 ) has the following features having:
a phase shifter ( 133 ) which shifts the phase of the initial oscillator signal by 90 ° to provide a phase-shifted oscillator signal; and
a circuit element ( 135 ) responsive to the circuit signal to alternately couple the initial oscillator signal and the out-of-phase oscillator signal to the mixer oscillator gate ( 137 ).
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß einem be liebigen der vorhergehenden Ansprüche; und
einem I-Q-Schaltungselement (199), das auf das Schal tungssignal anspricht, um abwechselnd ein erstes und ein zweites Informationssignal an den Eingang (101) der Zeitaufteilungs-Mischerschaltung zu koppeln und dadurch ein I-Q-Ausgangssignal zu schaffen, das mit beiden In formationssignalen moduliert ist.8. IQ modulator with the following features:
a time division mixer circuit according to any of the preceding claims; and
an IQ circuit element ( 199 ) responsive to the circuit signal to alternately couple a first and a second information signal to the input ( 101 ) of the time division mixer circuit, thereby providing an IQ output signal that modulates with both information signals is.
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß einem be liebigen der Ansprüche 1 bis 7, die ein I-Q-Signal emp fängt, das mit einem ersten und mit einem zweiten In formationssignal moduliert ist;
einem ersten Filter (205);
einem zweiten Filter (207); und
einem I-Q-Schaltungselement (203), das auf das Schal tungssignal anspricht, um das Zeitaufteilungs-Ausgangs signal abwechselnd zu dem ersten und dem zweiten Filter zu koppeln und dadurch das I-Q-Signal zu demodulieren, um durch das erste Filter das erste Informationssignal und durch das zweite Filter das zweite Informationssi gnal zu liefern. 9. IQ demodulator with the following features:
a time division mixer circuit according to any of claims 1 to 7, which receives an IQ signal that is modulated with a first and with a second information signal;
a first filter ( 205 );
a second filter ( 207 ); and
an IQ circuit element ( 203 ) responsive to the circuit signal to alternately couple the time division output signal to the first and second filters and thereby demodulate the IQ signal to pass the first information signal through and through the first filter the second filter to deliver the second information signal.
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß einem be liebigen der Ansprüche 1 bis 7, die das HF-Signal als ihr Eingangssignal empfängt;
einem Ausgangsphasenschieber (209), der auf das Schal tungssignal anspricht, um die Phase des Zeitauftei lungs-Ausgangssignals abwechselnd um eine erste und eine zweite Phasenverschiebung zu verschieben, wobei sich die zweite Phasenverschiebung von der ersten Pha senverschiebung um 90° unterscheidet; und
einem Bandpaßfilter (211), das das phasenverschobene Zeitaufteilungs-Ausgangssignal empfängt und das ge wünschte Frequenz-verschobene Signal liefert.10. Frequency converter for shifting the carrier frequency of an RF signal with the following features:
a time division mixer circuit according to any one of claims 1 to 7, which receives the RF signal as its input signal;
an output phase shifter ( 209 ) responsive to the circuit signal for alternately shifting the phase of the time division output signal by a first and a second phase shift, the second phase shift differing from the first phase shift by 90 °; and
a bandpass filter ( 211 ) which receives the phase-shifted time division output signal and provides the desired frequency-shifted signal.
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß einem be liebigen der Ansprüche 1 bis 7, die das HF-Signal als ihr Eingangssignal empfängt;
einem In-Phase-Filter (265);
einem Quadratur-Filter (267);
einem ersten Quadraturschaltungselement (263), das das Zeitaufteilungs-Ausgangssignal empfängt und unter der Steuerung des Schaltungssignals das Ausgangssignal ab wechselnd zu dem In-Phase-Filter und zu dem Quadratur- Filter liefert;
einem Analog/Digital-Wandler (273);
einer zweiten Schaltungssignalquelle (271), die ein zweites Schaltungssignal liefert;
einem zweiten Quadraturschaltungselement (269), das durch das zweite Schaltungssignal gesteuert wird, um abwechselnd den In-Phase-Filter und den Quadratur-Fil ter an den Analog/Digital-Wandler anzukoppeln; und
einem digitalen Phasenschieber (275), der mit dem Ana log/Digital-Wandler gekoppelt ist, welcher das ge wünschte Frequenz-verschobene Signal liefert.11. Frequency converter for shifting the carrier frequency of an RF signal with the following features:
a time division mixer circuit according to any one of claims 1 to 7, which receives the RF signal as its input signal;
an in-phase filter ( 265 );
a quadrature filter ( 267 );
a first quadrature circuit element ( 263 ) which receives the time division output signal and supplies the output signal alternately to the in-phase filter and the quadrature filter under the control of the circuit signal;
an analog to digital converter ( 273 );
a second circuit signal source ( 271 ) providing a second circuit signal;
a second quadrature circuit element ( 269 ) controlled by the second circuit signal to alternately couple the in-phase filter and the quadrature filter to the analog-to-digital converter; and
a digital phase shifter ( 275 ) which is coupled to the analog / digital converter, which supplies the desired frequency-shifted signal.
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung gemäß einem be liebigen der Ansprüche 1 bis 7, die das HF-Signal als ihr Eingangssignal empfängt;
einer Mehrzahl von kaskadierten Tiefpaßfilterstufen (277), die das Zeitaufteilungs-Ausgangssignal filtern, wobei jede Stufe einen Widerstand (281, 291, 301), ei nen ersten Kondensator (287, 297, 307), einen zweiten Kondensator (289, 299, 309), eine Schaltungseinrichtung (285, 295, 305), die auf das Schaltungssignal an spricht, um den ersten Kondensator und den zweiten Kon densator abwechselnd seriell zu dem Widerstand zu ver binden, und einen Ausgangsverstärker (283, 293, 303) aufweist;
einer Abtasten-und-Halten-Schaltung (279), die das ge filterte Zeitaufteilungs-Ausgangssignal abtastet;
einem Analog/Digital-Wandler (273), der die abgetaste ten Werte, die durch die Abtasten-und-Halten-Schaltung geliefert werden, in ein digitales Signal umwandelt; und
einem digitalen Phasenschieber (275), der die Phase des digitalen Signals abwechselnd um eine erste und eine zweite Phasenverschiebung verschiebt, wobei sich die zweite Phasenverschiebung von der ersten um 90° unter scheidet, und wodurch der digitale Phasenschieber (275) das gewünschte Frequenz-verschobene Signal liefert.12. Frequency converter for shifting the carrier frequency of an RF signal with the following features:
a time division mixer circuit according to any one of claims 1 to 7, which receives the RF signal as its input signal;
a plurality of cascaded low pass filter stages ( 277 ) that filter the time division output signal, each stage comprising a resistor ( 281 , 291 , 301 ), a first capacitor ( 287 , 297 , 307 ), a second capacitor ( 289 , 299 , 309 ), circuit means ( 285 , 295 , 305 ) responsive to the circuit signal to alternately connect the first capacitor and the second capacitor to the resistor in series, and has an output amplifier ( 283 , 293 , 303 );
a sample-and-hold circuit ( 279 ) which samples the filtered time division output signal;
an analog-to-digital converter ( 273 ) which converts the sampled values provided by the sample-and-hold circuit into a digital signal; and
a digital phase shifter ( 275 ) which alternately shifts the phase of the digital signal by a first and a second phase shift, the second phase shift differing from the first by 90 °, and whereby the digital phase shifter ( 275 ) shifts the desired frequency Signal delivers.
einer Zeitaufteilungs-Mischerschaltung (228) gemäß ei nem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7;
einem Filter (233), das das Zeitaufteilungs-Ausgangssi gnal von der Zeitaufteilungs-Mischerschaltung filtert;
einem zweiten Mischer (253) mit einem Haupteingangstor, das das gefilterte Signal von dem Filter empfängt, ei nem Oszillatoreingangstor und einem Ausgangstor;
einem zweiten Lokaloszillator (257), der ein zweites anfängliches Oszillatorsignal liefert; und
einer zweiten Wechselsignaleinrichtung (255), die auf ein Schaltungssignal anspricht, um zu bewirken, daß ein Ausgangssignal, das an dem zweiten Mischerausgangstor geliefert wird, zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgangssignal abwechselt, wobei das erste Ausgangssi gnal das Ausgangssignal ist, welches der zweite Mischer liefern würde, wenn das zweite anfängliche Oszillator signal an das Oszillatoreingangstor des zweiten Mi schers angelegt werden würde, wobei das Quadratur-Pha se-Ausgangssignal das Ausgangssignal ist, welches der zweite Mischer liefern würde, wenn das zweite anfängli che Oszillatorsignal um 90° phasenverschoben und dann an das Oszillatoreingangstor des zweiten Mischers ange legt werden würde.13. Frequency converter for shifting the carrier frequency of an RF signal with the following features:
a time division mixer circuit ( 228 ) according to any one of claims 1 to 7;
a filter ( 233 ) that filters the time division output signal from the time division mixer circuit;
a second mixer ( 253 ) having a main input port which receives the filtered signal from the filter, an oscillator input port and an output port;
a second local oscillator ( 257 ) providing a second initial oscillator signal; and
second alternating signal means ( 255 ) responsive to a circuit signal to cause an output signal provided at the second mixer output port to alternate between first and second output signals, the first output signal being the output signal which is the second Mixer would deliver if the second initial oscillator signal were applied to the oscillator input port of the second mixer, the quadrature phase output signal being the output signal that the second mixer would provide if the second initial oscillator signal were 90 ° out of phase and then would be placed on the oscillator input port of the second mixer.
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