本发明涉及发射机和接收机电路，具体地涉及发射机和接收机电路的振荡器级。 由于电路集成度和降低成本的水平不断进展，蜂窝电话之类的通信设备得到了广泛范围的应用。通信装置的发射机和接收机电路，用于发送和接收数据或信息。本技术领域内的熟练人员周知，发射机电路直接发送数据，或是通过载波信号运载数据来进行发送，供接收机电路接收。通常，发射机电路输出的信号功率比较大，以使信号能传送到宽广的地区范围。与之相对应，接收机电路能灵敏地接收小幅度的信号。如果接收到的信号是高频的载波信号，将由接收机电路变换到一个较低的频率上，以便在集成电路内进行处理，而后可将运载在该信号上的信息恢复出来。
虽然，发射机和接收机电路的功能不同，但两者都使用了类同的振荡器频率。例如，一个两级混频的接收机调谐接收915MHz的载波信号。915MHz的输入信号在第一级混频器中与1055MHz振荡频率的第一本机振荡信号进行混频。第一级混频器输出两个频率之差频信号（1055MHz-915MHz），得到140MHz频率的载波信号。又用第二级混频器进一步降低载波信号频率。第一级混频器输出的140MHz载波信号再与129.3MHz的第二本机振荡信号进行混频，产生出为两个信号之差频的10.7MHz载波信号。这样，载波信号从915MHz降低到10.7MHz，便于用标准集成电路上制作的电路进行处理。
一个两级变频的发射机电路与上述接收信机例子相配对就是一个例子，它输出915MHz的信号供其它地接收机电路接收。将待发送的数据提供给一个具有140MHz振荡信号输出的调制振荡器（offset oscillator），使数据或信息调制于140MHz上。该调制振荡器输出的140MHz信号再与第一本机振荡器（与接收机例子中所用的相同）来的1055MHz振荡信号一起施加在一个调制混频器上（offset mixer），该混频器输出915MHz（1055MHz-140MHz）的差频信号。然后，将这915MHz信号放大和发送。给出1055MHz信号的本机振荡器既用于发送信号，也用于接收信号，故它是一直工作的。
虽然两者的频率相近，但接收机电路的第二本机振荡器输出129.3MHz信号，而发射机电路的调制器振荡器输出140MHz信号，因为接收机电路接收的信号电平是很低的，调制器振荡器的输出寄生地耦合到接收机电路，将降低接收机对所需的140MHz信号的接收灵敏度。为了减轻这种影响，在接收时要将作为干扰源的调制器振荡器除去。要除去调制器振荡器产生的干扰，一种普通的方法是使调制器振荡器工作在两倍的频率（用280MHz来代替上面例子中的140MHz），并且一个双稳态电路进行2∶1分频。于是，当不需要调制器振荡器的输出时，可以很快地切断双稳态电路输出的140MHz信号。虽然，将干扰源偏移到能灵敏地接收信号的频率范围之外，以很快地消除干扰源，但这种技术导致功耗增大的结果。
对于由电池供电的电路，降低发射机和接收机电路的功耗是一种实际需要。低功耗意味着延长电池的寿命，对便携式通信装置来说这是产品的一个重要参数。此外，减少发射机和接收机电路中所用的元器件可减少集成电路规模和降低成本。如果对发射机和接收机电路能做到减少复杂性和减低功耗，是有很大效益的。
简要地说，本发明提供出一种电路，用以对接收机第二混频级提供一个第一振荡频率和对发射机调制级提供一个第二振荡频率，并给出了有关方法。
本电路包含一个振荡器、一个第一切换器、一个第二切换器和一个控制电路。
第一切换器包括一个控制输入端、一个输入端和一个输出端。振荡器的频率可变，它包括一个与第一切换器的输出端相连接的输入端、一个控制输入端和一个输出端。第二切换器包括一个第一控制输入端、一个第二控制输入端、一个与振荡器输出端相连接的输入端、一个与接收机混频级相连接的第一输出端和一个与发射机调制级相连接的第二输出端。
控制电路包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端。控制电路的第一输出端连接到第一切换器的控制输入端，以在发送期间启动第一切换器。控制电路的第二输出端连接到振荡器的控制输入端，以改变振荡器的频率。控制电路的第三和第四输出端分别连接到第二切换器的第一和第二控制输入端，以通过第二切换器控制振荡器与接收机混频级和发射机调制级的连接。
图1是示出本发明的发射机和接收机电路的方框图;
图2示出本发明提供出切换输出的振荡级的最佳实施例;
图3示出与图2的振荡级对应的定时图。
图1示出本发明的发射机和接收机电路的方框图。
无线双向通信经常涉及在单个载波频率上发送和接收信息。发送和接收的一般方法是交替地进行发送和接收。例如，50%工作循环的发送和接收周期是一半时间发送信息，一半时间接收信号。整个发送和接收周期的典型值在100ms以下，具体取决于双向通信系统的结构。
规模、功耗和成本决定了在单个集成电路上所可能多的发射机和接收机电路。虽然功能不同，但发射机和接收机电路使用了类似的部件，并工作于相同或相近的频率上。发射机和接收机电路有十分相似的部件这一特点，会出现由辐射或耦合的信号能引起的干扰问题。发送和接收周期采用短的循环时间（50ms或更短）时，使得难以用电路技术让发射机和接收机电路单元（诸如用于发射机电路的振荡器）免除干扰问题。本技术领域内的熟练人员周知，发射机和接收机电路一般包含有一个以上的振荡器，各个振荡器工作于不同的频率上。然而，多振荡器的发射机和接收机电路会增添费用、增加电路复杂性和增多部件数目。通常，对发射机和接收机电路使用分立的振荡器，它们产生出的频率是相近但不相同。依靠在发射机调制级和接收机混频级之间复用一个振荡器，可以做到省掉一个振荡器及其所属的全部电路。
图1中示例出一个发射机和接收机电路11。发射机和接收机电路11包含有一个发送级25和一个接收级20。发送级25和接收级20交替地工作，以分别地发送和接收数据。
接收级20包含有混频器12和混频器24。混频器12包括有输入端13、输入端14和输出端16。混频器24包括有输入端21、输入端22和输出端23。本技术领域内的人员周知，混频器给出一个输出频率，它是两个输入频率之差。混频器12接收的信号其频率高于混频器24接收的信号。在最佳的实施例中，连接在混频器12和混频器24接收的信号。在最佳的实施例中，连接在混频器12和混频器24之间的滤波器17具有带通或低通特性，以滤去附加的噪声和不需要的混频器输出信号。滤波器17包括有一个连接到混频器12的输出端16的输入端18和一个连接到混频器24的输入端21的输出端19。输入端13接收一个携带数据或信息的载波信号。至于数据是怎样地运载在该载波信号上的，这与本发明无关。
发送级25包含一混频器48。混频器48有一个输入端49、一个连接到振荡器26输出端28的输入端51和一个输出端52。混频器48所起的作用虽然与混频器12所起的作用正相反，但工作原理是一样的。混频器48在输入端49上接收一个频率较低的信号，而在输出端52上输出一个频率较高的信号。例如，混频器48在接收端49上接民上一个载有待发送信息的140MHz信号，而振荡器26对混频器48的输入端51提供一个1055MHz信号，混频器48在其输出端52输出一个915MHz信号，它是两个输入信号频率之差。在这915MHz信号上保留有原来载有的信息。众所周知，在输出端52上给出的信号（915MHz信号）要进一步受到滤波、放大和发送（在图1中未示出），供其它通信装置接收。需要指出，振荡器26对接收部分20和发送部分25两者提供出相同的频率，所以，要使振荡器26一直工作。
振荡器26对发送级25和接收级20两者提供出一个预定频率的信号，振荡器26的一个输出端27连接到混频器12的输入端14，另一个输出端28连接到混频器48的输入端51。
混频器12输出的信号其频率等于输入端13和14上接收到的两个信号频率之差。例如，如果在输入端13上接收到一个915MHz信号，振荡器26在输入端14上提供出一个1055MHz信号，则混频器12在输出端16上输出一个频率为两信号频率之差的140MHz信号。虽然频率降低了，但混频器12的输出信号仍携带着载在原915MHz信号上的任何数据或信息。混频器24还将140MHz的频率降低，这在下文的描述中将详细说明。
对发送部分25中混频器48的输入端49和接收级20中混频器24的输入端22供给以相近而并不相同的频率。前面已说明，混频器24将接收来自混频器12的信号进一步降低频率，这是对混频器24的输入端22提供一个预定频率的信号来实现的。例如，如上所述，在混频器24的输入端21上接收由混频器12给出的140MHz信号，其在混频器24的输入端22上需要一个129.3MHz的信号，以使其输出端23产生出10.7MHz的信号。这10.7MH信号中保留有待接收的、所载的信息。由混频器24提供出这样地较低频率的信号，用集成在半导体芯片上的电路进行处理可方便得多。
前面已说明，混频器48在输入端49上接收到140MHz的信号（它上面载有信息），变换成较高频率的信号后用于发送。需要指出，由混频器48接收的140MHz信号与由混频器24接收的129.3MHz信号频率相近但不相同。很明显，要应用分立的振荡器和其它外围电路来产生140MHz信号和129.3MHz信号。分立的振荡器电路引起的问题是易造成干扰，它耦合到接收电路而导致降低其灵敏度，并由于增多元器件和增加电路复杂性而增高成本。
解决干扰问题和减少电路复杂性的一个办法是使用一个可调节振荡器来提供出两个振荡频率。因为接收级20和发送级25是交替地工作的（它们不会同时工作），所以这种办法是可行的。在最佳的实施例中，接收级20和发送级25以一个固定的工作循环不断地交替工作，这是本技术领域内的人员周知的一种发送和接收方法。可调节的振荡器38对混频器24和混频器48两者分别提供合适的振荡频率。振荡电路38有一个控制输入端39、一个输入端35和一个输出端41。在最佳的实施例中，振荡器38是本技术领域内的人员周知的一个压控振荡器（VCO）。
在最佳实施例中，发射机和接收机电路11有相等的发送和接收周期。所以，振荡器38的约50%时间连接到混频器24，约50%时间连接到混频器48。切换器42用来将振荡器38的输出端连接到接收部分20或发送部分25。切换器42包括有一个连接到振荡器输出端41的输入端43、一个控制输入端44、一个控制输入端45、一个连接到混频器24输入端22的输出端46和一个连接到混频器48输入端49的输出端47。在最佳实施例中，控制输入端44和45通过输出端46和47提供出控制，可使两路输出都不接通或者其中一路接通。切换器42是与所运行的频率相协调的。例如，高频信号需要Motorola公司生产的XRFIC2003型之类的GaAs（砷化镓）开关器件。XRFIC2003型开关器件象切换器42那样有一个输入端和两个输出端，有两个控制输入端用以控制两个输出端之间的转接，但不能使两个输出端同时不接通。虽然对本电路来说在两个输出端之间的转接是有作用的，但它可能会让不需要的频率泄漏到发送级25或接收级20，因而应当组合进其它校正电路，以使在振荡器38工作稳定之前两个输出端都不接通。
在最佳实施例中，待发送的信息经由切换器33连接到振荡器38。切换器33包括有一个输入端34、一个控制输入端36和一个连接到振荡器38输入端35的输出端37。在输入端35上接收到的信息，由振荡器38载于一个载波信号上输出。
控制电路29控制振荡器38、切换器42和切换器33。控制电路29包括有一个发送启动输入端53、一个接收启动输入端54、一个连接到切换器42控制输入端45的输出端15、一个连接到切换器42控制输入端44的输出端30、一个连接到振荡器38控制输入端39的输出端31和一个连接到切换器33控制输入端36的输出端32。
控制电路29的工作以及与振荡器38和切换器33、32的交互作用最好举例来解释。发送和接收的工作周期均为20ms，即以20ms时间发送信息，20ms时间接收信息。应用上面所述的频率，振荡器38交替地给接收级20提供129.3MHz信号，给发送级25提供140MHz信号。经由切换器42将振荡器38连接到混频器24和上变频器48的交替顺序，是由控制电路29控制的。在最佳实施例中，在振荡器38改变频率之前，由控制电路29的输出30和15使切换器42的输出端46和47都不接通。输出端46和47的不接通，防止了来自发送或接收的不需要的信号频率的出现。
发送的工作周期是由发送启动输入端53上接收到的启动信号来定义的。振荡器38在输入端39上从控制电路29接收一个信号以改变振荡频率;按照所举例子的数据，控制电路29使振荡器38的振荡频率自129.3MHz变更到140MHz。控制电路29通过输出端32启动切换器33，使它向振荡器38输送出待发送的数据。控制电路29的输出端15及输出端30，在振荡器38已稳定于140MHz之后接通切换器42的输出端47。为确保在发送开始之前振荡器38工作于140MHz，输出端47的延时接通是十分关键的。在20ms的预定时间之后（发送已经完成），当将发射机和接收机电路11置入接收模式之前，切换器42的输出端46和47都不接通这;此时，切换器33也不接通。
接收的工作周期是由接收启动输入端54上接收到的启动信号来定义的。在某些方面，接收工作周期与发送工作周期是类同的。不过，当发信机和收信机电路11在发送工作周期终端回复到接收模式时，振荡器38的输入端39已经从控制电路29接收到一个信号而改变振荡频率。在这里的例子中，当接收启动输入端54接收到启动信号时，控制电路29已经通过输出端31将振荡器38的振荡频率从140MHz调节到129.3MHz。控制电路29的输出端30及输出端15，在振荡器38已稳定于129.3MHz之后接通切换器42的输出端46。于是，可以接收输入端13上的信号。在20ms的预定时间之后（接收已经完成），切换器42的输出端46和47再次都不接通，以开始将发射机和接收机电路11置入发送模式。当发射机和接收机电路一直受以启动时，发送和接收的工作周期不断地重复。
图2是振荡器部分121的最佳实施例，它按照本发明提供出切换的输出。图3是有助于说明图2中振荡器部分121工作的定时图。图2对应于图1中的切换器33、振荡器38、切换器42和控制电路29。
压控振荡器（VCO）68提供出至少两个不同频率的信号。VCO68包括有一个控制输入端69、一个控制输入端71和一个输出端72。在最佳实施例中，一个增量调节电路60微变地增大或减小VCO68输出的振荡频率。增量调节电路60包括有一个接收基准频率的输入端61、一个连接到VCO68的输出端72的输入端62、一个连接到发送启动输入端87（TE）的控制输入端120和一个输出端63;输入端62用来得到反馈信号以检知VCO68的输出频率，而控制输入端120用来对VCO68作出振荡频率的变化方向调整。低通滤波器64滤除由增量调节电路60产生的高频分量，从而对VCO68提供出稳定的控制信号。低通滤波器包括有一个连接到增量调节电路60输出端63的输入端66和一个连接到VCO68控制输入端69的输出端67。VCO68输出端72上的振荡信号频率与其输入端69和71上的电压大小相对应。由增量调节电路60、低通滤波器64和VCO68组成一个锁相环路73，使VCO68产生出一个具有最小频率偏差的稳定信号。改变VCO68输入端71上的电压，可改变输出端72上的频率。应用Motorola公司生产的锁相环路集成块MC145151，能构成与上面所述的结构相类似的锁相环路。也可以使用有着不同结构的锁相环路，以获得另一样的结果。
当需要改变频率时，使VCO68很快地稳定是十分重要的。如果VCO68的稳定要占去20ms时间的相当一部分，则在短的交替时间，例如在20ms内（如对图1所作的叙述）发送和接收信息是非常困难的。在最佳的实施例中，VCO68在输出端72上提供出第一和第二频率。借助于对VCO68加上一个误差电压或差值电压以产生出新的频率，稳定到新频率的速度可大大加快。因此，将误差电压馈送到控制输入端71，以改变VCO68的频率。误差电压形成电路79提供出误差电压以控制VCO68的控制输入端71。误差电压形成电路79输出第一和第二误差电压，分别对应于VCO68产生出第一和第二频率，例如，当VCO68要产生出第一频率时，误差电压形成电路79输出第一误差电压。类似地，当VCO68要产生出第二频率时，误差电压形成电路79输出第二误差电压。一旦误差电压输入到VCO68，并且增量调节电路60由控制输入端120编程得使VCO68工作于新频率上，则锁相环路73作出改变频率的响应，将VCO68稳定在所对应的新频率上。由于误差电压表成电路79产生出了误差电压输入，所以锁相环路73只需要很小的校正电压，从而使频率稳定所需的时间最小。
在最佳实施例中，误差电压形成电路79是一个电阻分压网络，它可以切换以提供出第一和第二误差电压。误差电压形成电路79包含有电阻93、电阻94、门电路96和电阻95。电阻P3和P4组成一个电阻分压器。电阻93连接在VCO68输入端71与电源供电端84之间，电阻94连接在输入端71与地之间。门电路96有一个第一端子、一个第二端子和一个控制端81。门电路96的第一端子连接到输入端71，控制端81连接到输入端87（TE，发送启动）。电阻P5连接在门电路96的第二端子与地之间。电阻93、电阻94和门电路96三者的公共连接点连接到输入端71，它对应于图1中控制电路29的输出端31。当门电路96不接通时，产生出第一误差电压;当门电路96接通而将电阻95与电阻94并联时，产生出第二误差电压。显然，本技术领域内的熟练人员知道，还有着对VCO68的输入端71产生误差电压的其它方法。例如，将电阻P5的下端连接到电源供电端84而不是连接到地，在发送期间可使误差电压的大小改变反转过来。
在最佳实施例中，门电路74用以将输入端77来的信号馈送到VCO68的输入端69。门电路74对应于图1中的切换器33。一般地，门电路74馈送出待载于VCO68输出信号上的信息，以便发送。这种待发送的信息通常是低频率的。门电路74包括有一个输入端77、一个控制输入端76和一个输出端78。控制输入端76连接到输入端87（TE），输出端78连接到VCO68的输入端69。显然，本技术领域内的熟练人员知道，也可以采用这种方案的变型，诸如在输入端87与门电路74的控制输入端76之间插入一个短延时的延时电路，或者用一个加法放大器将门电路74的输出78与低通滤波器64的输出67相加。
开关119对应于图1中的切换器42。开关119包含有门电路109和门电路114。门电路109包括有一个连接到VCO68输出端72的输入端111、一个控制输入端112和一个输出端113。门电路114包括有一个连接到VCO68输出端72的输入端116、一个控制输入端117和一个输出端118。需强调指出，门电路109和114必须是能通过VCOO68产生的高频信号的开关类型。开关119使VCO68的输出72得以复用。
切换控制电路98包含有或门89、切换定时电路83、与门102、与门107和误差电压形成电路79。或门89包括有一个连接到输入端87（TE）的输入端91、一个连接到输入端88（RE，接收启动）的输入端92和一个输出端97。切换定时电路83提供出一个延时信号以启动门电路109或者门电路114。延时电路是本技术领域内的人员周知的。切换定时电路83包括有一个连接到或门89的输出端97的输入端82和一个输出端86。与门102包括有一个连接到输入端87（TE）的输入端99、一个连接到切换定时电路83输出端86的输入端101和一个连接到门电路109控制输入端112的输出端103。与门107包括有一个连接到切换定时电路83输出端86的输入端104、一个连接到输入端88（RE）的输入端106和一个连接到门电路114控制输入端117的输出端108。输出端103和108分别对应于图1中的控制电路32的输出端15和30。
本电路的工作可应用图3的定时图作出最合适的说明，并依照定时图的顺序予以叙述。锁相环路73的输入端61和120分别接收到一个基准信号和编程输入，以对VCO68的振荡频率进行设定;此基准信号在电路的整个工作期间是恒定的。初始时，如图3中所示，输入端87和输入端88都处于逻辑0状态。这种状态在输出端103和108都产生逻辑0状态。在此情况下，门电路109和114都不接通。
输入端87（TE）从逻辑0状态改变到逻辑1状态时，启动门电路74和门电路96，从而使增量调节电路60按程序运行。门电路74提供出一条从输入端77到VCO68输入端69的信号通路，以供待运载和待发送的数据应用。门电路96使电阻95与电阻94并联，使误差电压形成电路79产生出第二误差电压。VCO68的输入端71接收到此第二误差电压，在输出端72上产生出第二振荡频率。或门89的输出端97从逻辑0状态改变到逻辑1状态，启动切换定时电路83，以使在接收到输入的逻辑1状态之后的一个预定时间上向与门102和107提供出一个延时的逻辑1状态。这预定的时间要选择得让VCO68能稳定于第二频率或第一频率上。在逻辑1状态下，如图3所示，输出端86使与门102的输出端103从逻辑0状态改变到逻辑1状态。输出端103上的逻辑1状态启动门电路109，使输出端72连接到输出端113。输入端87回到逻辑0状态（输入端88也本来处在逻辑0状态）时，门电路109和114都不接通。与此同时，门电路74和96不接通，增量调节电路60被编程回到它原先的值上。于是，VCO68转移到第一频率上。
然后，输入端88（RE）从逻辑0状态改变到逻辑1状态。门电路96保持不接通，由误差电压形成电路79产生的第一误差电压维持在VCO68的输入端71上。切换定时电路83由或门89予以启动。在启动之后的一个预定时间上，切换定时电路83提供出逻辑1状态。与门107的输出端108转移到逻辑1状态，启动门电路114。已启动的门电路114使VCO68的输出72馈送到输出端118。
输入端88回到逻辑0状态时，门电路109和114都不接通。图3中只示例出转接开关119的一个工作循环，但很显然，只要工作所需，这种工作循环可以不断重复。
现在可理解到，本发明提供出了一种发射机和接收机电路，它能减少干扰和电路元件数量。该发射机和接收机电路11利用单一个振荡器，交替地向接收级20提供莓一频率的信号和向发射级25提供第二频率的信号。