频率偏移镜像抑制 【发明领域】
本发明涉及信号处理，更具体地说，涉及信号降频变换器中的镜像抑制(image rejection)。
【发明背景】
通信系统接收机经常利用镜像抑制从所收到的信号中去掉不希望的信息。在本领域公知的术语“镜像抑制”是指去掉某些不希望的信息，诸如特定的频段。在无线电话方面，不希望信息的一例是在另一信道上传送的谈话。
在接收机中的镜像抑制在传统上由无源滤波器提供。近来，镜像抑制是由接收机降频变换器来实现，以减轻对前置无源滤波器的抑制要求。如本领域公知的那样，接收机降频变换器处理所收到的信号，并产生一个有较低频率的降频变换后的信号。参考图1、2A和2B，描述了一种传统的接收机降频变换器。
图1的方框图说明一种传统的镜像抑制降频变换器结构安排100。收到的信号S(t)I被一无源滤波器102处理，该滤波器102从S(t)I中去掉不希望的信息并产生滤波后的信号S(t)I’。通常用作无源滤波器102的无源滤波器一例是表面声波(SAW)滤波器。滤波后的信号S(t)I’被提供给自动增益控制器(AGC)106，它调节信号S(t)’地增益，以提供一输出信号S(t)I”。由AGC106提供的信号S(t)I”增益是选择为与带通(BP)滤波器122相容，即不会使该滤波器饱和，下文中将更详细地描述这一滤波器。
信号S(t)I”被提供给一镜像抑制混合器(mixer)107。在镜像抑制混合器内部，信号S(t)I”与信号SLO一起提供给混合器108，信号SLO是由本机振荡器110产生的，其频率为fLO。混合器108产生信号VI’。信号SLO还提供给一相移器112，它产生一个相移后信号SLO’，SLO’相对于信号SLO有一个90°相位差。有时使用多个相移器以提供信号SLO和SLO’之间的总相移是90°。例如，可以利用两个相移滤波器，它们提供加45°(+45°)和减45°(-45°)的相移。
混合器114把信号S(t)I”与相移后的信号SLO’组合，产生信号VQ’。信号VI’相对于信号VQ’有90°相位差。VI’是由相移器116处理的，相移器116产生一个信号VI，它相对于信号VI’有45°相位差。相移器118处理信号VQ’并提供信号VQ，它相对于VQ’有135°相位差。这样，相移器116和118对信号VI和VQ中包含的不希望的镜像信息提供了额外的90°相移。
信号VI和VQ被提供给相加器/相减器120，它选择要么去掉上边带或是去掉下边带。相加器/相减器120提供一个降频混合信号VIF，它有中心频率fIF。信号fIF由中心在频率fIF的带通(BP)滤波器122处理，带通滤波器122向传统的解调器124提供滤波后信号VIF’。
图2A含有图200，说明对于有较高中心频率(fIF)的降频变换后信号，图1所示传统的镜像抑制降频转换器100的频谱。无源滤波器102的增益由线202表示。这样，以低边带204形式存在的所希望信息，其中心在接收机频率fRF附近，没有被无源滤波器102去掉，因为线202的高截止发生在低边带204的下缘f3和上缘f4。然而，以上边带206形式存在的不希望镜像，其中心在镜像频率fIM附近，被无源滤波器102去掉，滤波器102在边带206的下缘f1和上缘f2处有最小增益(最大衰减)。镜像频率(fIM)和本地振荡器频率(fLO)之差与本机振荡器频率(fLO)和参考频率(fRF)之差是相同的。相加器/相减器120用于按下式选择从所收到的信号中去掉上边带206还是下边带204。
VIF＝VI+VQ(去掉上边带)
VIF＝VI-VQ(去掉下边带)
近来的趋势是把通信系统接收机作为集成装置来实现，有时称作“芯片上的”接收机，以减小其尺寸和降低制造成本。在集成装置上实现接收机的一个途径是降低降频变换后信号的中心频率，从而使解调器能在小得多的电流下被集成。然而，对有较低中心频率的降频变换后信号，使用传统的降频变换器结构安排100存在若干缺点。具体地说，随着降频变换后信号中心频率的降低，上边带206和下边带204更靠近本机振荡器频率(fLO)。随着上边带206和下边带204移向更靠近本机振荡器频率(fLO)，则由于无源滤波器102中的滚降，使在要被去掉的镜像频率附近，镜像抑制会变得不足以去掉整个镜像频带。
图2B含有图210，说明对于有较低中心频率(fIF)的降频变换后信号，镜像抑制降频变换器100的频谱，这里的中心频率(fIF)约为信号带宽的4倍。如图210所示，上边带206没有如图2(a)所示同样方式被滤波。上边带不再被无源滤波器102充分去掉，因为上边带206位于滤波器102的滚降区。特别是对于有较低中心频率(fIF)的降频变换后信号，边带206的上缘f2和下缘f1不是被无源滤波器102同等地滤波。这样，上边带206不象图2(a)那样完全被截断，而是发生非对称的部分衰减，其上缘f1和下缘f2的振幅不同。
图3的图300说明由镜像抑制混合器107(由线302指示)、无源滤波器102(由线304指示)提供的镜像抑制以及由镜像抑制混合器107和无源滤波器102提供的总镜像抑制(由线306指示)。由镜像抑制混合器107提供的衰减(线302)以FIF为中心，其位置由点308表示。图3不一定完全和准确地说明镜像抑制降频变换器100和滤波器102的镜像抑制，而是用来表达镜像抑制降频变换器100和滤波器102的局限性和非对称镜像抑制特性。
这里：
fRF是接收机信号频率，
fIM是要去掉的镜像频带，
fIF是降频混合后信号的中心频率，
F1是镜像频带的下缘，以及
F2是镜像频带的上缘，
于是
fLO＝fRF+fIF；以及
fIM＝fLO+fIF＝fRF+2*fIF。
如曲线图300所示，在f1的镜像抑制与在f2的镜像抑制不同(非对称)。此外，对某些应用，最坏情况的镜像抑制往往是不可接受的。例如，在f1的最坏情况镜像抑制通常小于70分贝(dB)，这不适用于许多通信系统，诸如无线电话。所以，对于有较低中心频率(fIF)的降频变换后的信号，在信号降频变换器中提供镜像抑制的传统途径不能提供适当的镜像抑制。
因此，基于对镜像抑制接收机降频变换器的需要和现有途径的局限性，特别希望有一种在接收机降频变换器中完成镜像抑制的途径，它在镜像频带上、下缘处提供对称镜像抑制，同时所提供的最坏情况镜像抑制水平适用于无线通信应用。
发明概要
本发明的实施例将满足这一需求和其他需求，本发明提供的镜像抑制降频变换器包含；响应第一和第二输入信号以产生第一和第二移相后信号的一个或多个相移器，这里第一输入信号相对于第二输入信号有约90°相位差，而第一移相后信号中所含不希望的镜像信号相对于第二移相后信号中所含不希望的镜像信息有180°相位差。相加器/相减器与这一个或多个相移器相连，响应第一和第二移相后信号以产生降频变换后信号，它或者代表第一和第二移相后信号之和或代表第一和第二移相后信号之差。由一个或多个相移器产生第一和第二移相后信号的过程涉及在不同于降频变换后信号中心频率的频率处第一和第二输入信号的相移。
通过在不同于中心频率但接近于中心频率的频率处进行相移，降频变换器提供的抑制，也是非对称的，但是是在与滤波器102相反的意义上的非对称。降频变换器107的非对称镜像抑制在由降频变换器确定的镜像频带中补偿了滤波器的非对称性，从而使降频变换后信号中在镜像频带中结果造成的衰减是对称的，而且衰减大于滤波器102单独产生的衰减。这样，由降频变换器提供的额外的有源抑制实现了对性能的改善又不改变对无源滤波器102的要求。
前述需求还由本发明的另一方面来满足，它提供了从所收到的信号中抑制掉一镜像的方法。该方法包含接收第一和第二输入信号的方法，这第一输入信号相对于第二输入信号有约90°相位差。基于这第一和第二输出信号，生成第一和第二相移后的信号，在第一相移后信号中含有的不希望的镜像信息相对于第二相移后信号中含有的不希望的镜像信息有约180°的相位差。基于第一和第二相移后信号，生成降频变换信号，该降频变换信号或代表第一和第二相移后信号之和，或代表第一和第二相移后信号之差。产生第一和第二相移后的信号涉及在不同于降频变换后信号中心频率的频率处完成对第一和第二输入信号的相移。
这里描述的本发明实施例与在信号降频变换过程中提供镜像抑制的现有途径相比显示出若干优点。对于有较低中心频率的降频变换后的信号，这些实施例提供了在其频带上、下缘较为均等的镜像抑制。由下文中描述的相移器提供额外90°相移所在频率可针对具体的接收机进行调整或“调优(tune)”，以提供如这里所述的有利的镜像抑制。使用有较低中心频率的降频变换后信号，允许以低得多的电流消耗或功率消耗来集成解调器。此外，这里描述的实施例提供优于70dB的最坏情况抑制，这适用于许多通信应用，诸如无线电话。
由下文中的描述和权利要求，可使本发明的其他方面和特点变得明了。
附图简述
在附图中以举例方式而不是以限定方式说明本发明，在附图中相似参考号码代表相似部件，其中，
图1以方框图说明传统的镜像抑制滤波器和镜像抑制降频变换混合器的结构安排；
图2A说明对于有较高中心频率的降频变换后信号，图1所示镜像抑制降频变换混合器和滤波器结构的降频抑制特性；
图2B说明对于有较低中心频率的降频变换后信号，图1所示镜像抑制降频变换混合器结构的降频抑制特性；
图3说明图1所示镜像抑制滤波器和镜像抑制降频变换器的频率响应；
图4以方框图说明根据本发明的一个实施例构成的镜像抑制降频变换器结构安排；
图5以方框图示意性说明根据本发明的一个实施例，在图4的镜像抑制降频变换器结构中所用相移器的电路实现；以及
图6说明根据本发明的一个实施例，图4所示镜像抑制降频变换器的频率响应。
最佳实施例详述
在下文的描述中，为了解释而提出具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，显然，没有这些具体细节，本发明仍可实现。在其他情况中，公知的结构和装置以框图形式描述，以避免不必要地冲淡本发明。
本发明提供信号降频变换过程中的镜像抑制，它涉及在不同于降频变换后中心频率的频率处对正交信号进行相移。这一过程提供在镜像频带上的非对称镜像抑制，以均衡前置无源滤波器的滚降和衰减，从而提供镜像频带上、下缘处的均等镜像抑制，同时改善在镜像频带中的最坏情况抑制水平。
图4以方框图说明根据本发明的一个实施例构成的镜像抑制降频变换器结构安排400。收到的信号S(t)I被一无源滤波器402处理，它从信号S(t)I中去掉不希望的信息并提供滤波后信号S(t)I’。通常用作无源滤波器402的无源滤波器一例是表面声波(SAW)滤波器。滤波后信号S(t)I’的增益由一自动增益控制器(AGC)406来调整，它调整信号S(t)’的增益，以提供一输出信号S(t)I”。由AGC406提供的信号S(t)I”增益是选择为与带通(BP)滤波器422相容，即不会使该滤波器饱和。
信号S(t)I”被提供给根据本发明一实施例构成的镜像抑制混合器。具体地说，信号S(t)”与信号SLO一起提供给混合器408，信号SLO是由本机振荡器410产生的，其频率为fLO。混合器408产生信号VI’。信号SLO还提供给一相移器412，它产生一个相移后信号SLO’，它相对于信号SLO有一个90°相位差。可以使用多个相移器代替相移器412以提供信号SLO和SLO’，只要信号SLO和SLO’之间的总相移是90°，或者90°的奇数倍。
混合器414把信号S(t)I”与相移后的信号SLO’组合，产生信号VQ’。信号VI’相对于信号VQ’有90°相位差。VI’是由相移器416处理的，相移器416产生一个信号VI，它相对于信号VI’有45°相位差。相移器418处理信号VQ’并提供信号VQ，它相对于VQ’有135°相位差。这样，相移器416和418对信号VI和VQ中包含的不希望的镜像信息提供了额外的90°相移。
信号VI和VQ被提供给相加器/相减器420，它选择要么去掉上边带206或是去掉下边带204以产生降频变换后的信号。相加器/相减器420提供一个中心频率为fIF的降频混合信号VIF。信号VIF由中心在频率fIF的带通(BP)滤波器422处理，带通滤波器422向集成的解调器424提供滤波后信号VIF’。
图5是根据本发明的一个实施例构成的相移器416和418的电路实现方框图500。当用于相移器416和418时，电路实现500在不同于降频变换后信号中心频率的频率处提供信号VI’和VQ’之间的90°相移。这样提供的镜像上、下缘非对称镜象抑制补偿了前置无源滤波器衰减中的滚降。此外，最坏情况抑制也得到显著改善。
电路500是一个全通(all-pass)网络，它包括一个电阻502连于输入端(INPUT)和节点504之间。电容506连于节点504和地508之间。另一电容510连于输入端(INPUT)和节点512之间。电阻514连于节点512和地508之间。全通网络500还包括缓冲器516，它最好是单位增益缓冲器，有一个不倒相(+)输入端和一个倒相(-)输入端。缓冲器516的不倒相(+)输入端连于节点512。缓冲器516的倒相(-)输入端连于节点504。缓冲器516的输出端连于全通网络500的输出端(OUTPUT)。
电阻502、514和电容506、510的具体元件值的选择取决于要在信号VI’和VQ’之间提供90°相移所在的具体频率。根据先有途径，选择可靠(safe)相移器的元件值以提供降频变换后信号中心频率附近的相移。然而，这里描述的本发明实施例包括为相移器416和418选择元件，从而使相移器416和418是在不同于降频变换后信号中心频率的频率附近提供信号VI’和VQ’之间的90°额外相移。根据本发明的一个实施例，要进行相移的中心频率按下式确定：
fIF’＝fIF-ΔF
这里
fIF’是要进行相移的中心频率，
fIF’是降频变换后信号的中心频率，以及
ΔF是从降频变换后信号的中心频率算起，相移要移动的频率偏移。ΔF之值随接收机频带宽度和镜像频率频带宽度而变化，也且根据从所接收信号中要去掉上边带还是要去掉下边带的不同，ΔF之值可能是正的或是负的。
相移器416的电阻502、514及电容506、510之值由下式确定：(1)2.41422πRfIF′]]>
相移器418的电阻502、514及电容506、510之值由下式确定：(2)1(2.4142)*(2πRfIF′)]]>
这里“R”是电阻502、514之值。
例如，这里，已发现：
fRF＝85MHz，fIF’＝60KHz，ΔF约为8KHz是适当的。这样，对于fIF’为52KHz的情况，相移器416和418的元件值为：
相移器416(45°相移) 相移器418(135°相移)
电阻502和514：100K欧姆 电阻502和514：100K欧姆
电容506和510：12.7pF 电容506和510：73.9pF
图6的图600说明由镜像抑制混合器407(由线602指示)、无源滤波器602(由线604指示)提供的镜像抑制以及由镜像抑制混合器407和无源滤波器402提供的总镜像抑制(由线606指示)。由镜像抑制混合器407提供的衰减(线602)以fIF-ΔF为中心，在线602上它的位置由点608表示。图6不一定完全和准确地说明镜像抑制降频变换器400的镜像抑制，而是用来表达相对于传统的镜像抑制降频变换器而言镜像抑制降频变换器400所具有的优越的对称镜像抑制特性。
这里，
fRF是接收机信号频率，
fIM是要去掉的镜像频带，
fIF是降频混合后信号的中心频率，
f1是镜像频带的下缘，以及
f2是镜像频带的上缘，
于是
fLO＝fRF+fIF；以及
fIM＝fLO+fIF＝fRF+2*fIF。
如图600所示，在镜像频率f1的镜像抑制与f2处的镜像抑制相似(对称)。此外，最坏情况镜像抑制被改善到优于70dB，这适用于大多数电信应用，诸如无线电话应用。这些显著的性能改善是通过在不同于降频变换后信号频率的频率上对所接收信号进行相移而得到的，它补偿了无源滤波器402的无能，从而在降频变换后信号中心频率较低时能在整个镜像频带上均等地去掉镜像。这样，把无源滤波器402提供的滤波与在不同于降频变换后信号中心频率的频率处对所接收信号进行相移二者结合起来，从而提供了这里所描述的对称镜像抑制和最坏情况镜像抑制水平。
虽然本发明的实施例是在镜像抑制降频变换器结构安排400的范围内描述的，但对于有滤波后和增益调节后信号提供给混合器408和414的那些应用，无源滤波器402和AGC 406是不需要的。再有，对于有彼此相对相移为90°的正交信号VI’和VQ’提供给相移器416和418的那些应用，一起构成第一相移器模块的混合器408、414和本机振荡器410以及相移器412都是不需要的。
与在信号降频变换过程中提供镜像抑制的现有途径相比，这里描述的在信号降频变换过程中提供镜像抑制的途径提供了若干优点。对于有较低中心频率的降频变换后的信号，这一途径提供了在其频带上、下缘较为均等的镜像抑制。由相移器416和418提供额外90°相移所在频率(fIF)可针对具体的接收机进行调整或“调优”，以提供如这里所述的有利的镜像抑制。使用有较低中心频率的降频变换后信号，允许以低得多的电流来集成解调器。此外，该途径提供优于70dB的最坏情况抑制，这适用于许多通信应用，诸如无线电话。例如，本发明的实施例可应用于任何频率范围，但特别适用于工作在800-900MHz左右的频率范围。
在前面的说明中已参考其具体实施例描述了本发明。然而，显然可以进行各种修正和改变而不偏离本发明的更广的精神和范围。因此应在举例说明的意义上而不是在限定的意义上看待本说明和附图。