DE60311133T2 - Hochfrequenzschaltung mit frequenzagilen sequentiellen Verstärkerstufen - Google Patents

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DE60311133T2
DE60311133T2 DE60311133T DE60311133T DE60311133T2 DE 60311133 T2 DE60311133 T2 DE 60311133T2 DE 60311133 T DE60311133 T DE 60311133T DE 60311133 T DE60311133 T DE 60311133T DE 60311133 T2 DE60311133 T2 DE 60311133T2
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    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf RF-Verstärkerschaltkreise und insbesondere auf einen sequenziellen Verstärkerschaltkreis, der frequenzagil gemacht werden kann und der verwendet werden kann, um RF-Signal-Empfänger und -Sender mit der Fähigkeit mehrerer Kanäle zu erzeugen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • RF-Verstärkerschaltkreise sind alt und im Stand der Technik wohlbekannt und werden im Allgemeinen in Sender-/Empfänger-Schaltkreisen verwendet. Ein besonderer RF-Verstärkerschaltkreis wurde in der US-Patentschrift Nr. 5,357,206 des Anmelders als ein neuer RF-Empfänger beschrieben, der sequenzielle RF-Verstärker verwendet. Eine weitere Verbesserung dieser Erfindung ist in der US-Patentschrift Nr. 5,787,117 des Anmelders offenbart, die einen Sende-Empfänger offenbart, der unter Verwendung des neuen sequenziellen RF-Verstärkerschaltkreises erzeugt ist. Diese neuen Erfindungen haben großen Erfolg.
  • Eine solche Entwicklung wurde verwendet, um ein Einkanal-SRD-Funk mit guter Leistungscharakteristik und sehr niedrigem Stromverbrauch zu implementieren. Einkanal-Funkgeräte beziehen sich derzeit auf eine signifikante Zahl von Kurzreichweiten-Geräte(SRD, short range distance)-Anwendungen einschließlich schlüssellosem Zugang mit Fernbedienung (remote keyless entry, RKE), Reifendrucküberwachung (tyre pressure monitoring, TPM), Tor/Tür-Steuerung, drahtlose Sicherheitssysteme, Radiofrequenz-Identifikationsschlüssel (RFID), Sport/Medizin-Telemetrie, und viele Anzeige-Lese-Anwendungen beinhaltend automatisches Anzeige-Ablesen (AMR), usw. Diese Schaltkreise haben eine große Bedeutung, denn sie sind zuverlässig, wirtschaftlich, haben einen geringen Stromverbrauch und haben signifikante Vorteile gegenüber Systemen des Standes der Technik.
  • Jedoch verwenden einige Anzeige-Lesesysteme, alle schnurlosen Telefone, die meisten PDA/Laptop-Netzwerkverbindungen und eine Zahl anderer Anwendungen Mehrkanal- oder noch allgemeiner Mehrfachsitzung-unlizensierten-Funk (multi-session unlicensed radio). Mehrfachsitzungs-Funkgeräte verhindern oder minimieren Differenzen innerhalb eines Bandes, wo mehrere unkoordinierte Funksysteme in derselben Umgebung betrieben werden. Die zwei am häufigsten verwendeten Mehrfachsitzungsstrategien sind Frequenzkanalisierung und Frequenzspreiz-Codierung. Die meisten unlizenzierten Funksysteme, die mit PC-Technologie verwendet werden, arbeiten im 2,4 GHz-Band, das das niedrigste industrielle, wissenschaftliche und medizinische (ISM) Frequenzband oberhalb von 300 MHz ist, das in allen Regionen verfügbar ist. Ein Betrieb im 2,4 GHz-Bereich ist insbesondere auch für Japan interessant, wo die Alternative ein Betrieb unter sehr niedrigem Stromverbrauch unter den Bijaku-Regularien ist.
  • Es wäre vorteilhaft, in der Lage zu sein, die sequenzielle Verstärker-Technologie zu verwenden, um ein frequenzagiles RF-System zu entwickeln, das für Mehrkanal- oder Frequenzsprung-Betrieb verwendet werden könnte.
  • Es wird auf EP-A-0841755 Bezug genommen, die einen Hochfreuuenz-Empfänger mit sukzessiven Hochfrequenz-Verstärkerstufen beschreibt, die über eine Laufzeitkette gekoppelt sind und die modulierte Hochfrequenz-Signale empfangen, und die mit einer Antenne über einen abgestimmten Bandpassfilter zum Selektieren des benötigten Hochfrequenzsignals verbunden sind. Eine CPU wird verwendet um die Verstärkerstufen selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt die Verwendung von wirtschaftlichen sequenziellen Verstärkerschaltkreisen mit niedrigem Stromverbrauch, um frequenzagile Funk-Empfänger und Verstärker auszubilden, wobei an dem sequenziellen Grund-Verstärkerschaltkreis keine Architekturveränderungen vorgenommen werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform verwendet das System den ersten RF-Verstärker des sequenziellen RF-Verstärkers, der in dem US-Patent Nr. 5,787,117 des Anmelders gezeigt und beschrieben ist als ein Mischer und das Wechselsignal des Pulsgenerators (als der lokale Oszillator) wird variiert, um den Empfang von mehr als einer Frequenz zu erlauben. Der gekoppelte Resonator-SAW-(Surface Acoustic Wave)-Filter agiert auf dem Eingang der Antenne als ein Bandpassfilter der alle Frequenzen von Interesse weitergibt. Die SAW- Laufzeitkette stellt die Kanalisolierung zur Verfügung und hat die Bandweite, die notwendig ist, damit ein Kanal durchläuft.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird die Frequenz des Pulsgenerators wiederum variiert, um ein Signal eines variablen lokalen Oszillators (LO) zur Verfügung zu stellen. Ein doppelt ausgeglichener Mischer ist zwischen dem ersten RF-Verstärker und der SAW-Laufzeitkette platziert und hat als einen ersten Eingang das RF-Signal des ersten RF-Verstärkers und hat die Hälfte der variablen Pulsgenerator-Frequenzausgabe als die zweite Eingabe. Der Ausgang des Mischers sind die typischen Summen- und Differenz-Frequenzen, die allen doppelt ausgeglichenen Mischern gemein sind. Es wird entweder die Summen- oder Differenz-Frequenzausgabe des Mischerschaltkreises selektiert, indem der Bandpass der SAW-Laufzeitkette geeignet eingestellt wird, und läuft durch den Schaltkreis um einen RF-Funkempfänger auszubilden. Dieser Empfänger hat geringe Kosten, da er alle die existierenden Elemente des neuen sequenziellen Verstärkerschaltkreises verwendet, nur den doppelt ausgeglichenen Mischer, der auf demselben Chip integriert werden kann, hinzufügt, eine geringe Leistung benötigt, eine erhöhte Signalempfindlichkeit hat und eine gute Stabilität aufgrund der niedrigen Frequenz des lokalen Oszillators im Vergleich zur RF-Eingangssignal-Frequenz hat. Eine große Variation der Pulsgenerator-Frequenz macht einen geringen Unterschied beim Betrieb des Schaltkreises, da eine Variation von selbst 10% die Summen- und Differenz-Frequenzen des Mischers nur sehr leicht variieren lässt.
  • Weiter wird, indem man einen doppelt ausgeglichenen Mixer in dem Senderschaltkreis hinzufügt, der im US-Patent des Anmelders mit der Nummer 5,787,117 gezeigt und beschrieben ist, ein frequenzagiler Sender erzielt. Aus denselben oben beschriebenen Gründen hat dieser Schaltkreis wiederum dieselben Vorteile wie der Empfängerschaltkreis. Der Ausgang des Pulsgenerators variabler Frequenz wird wiederum als ein Eingang des doppelt ausgeglichenen Mischers verwendet, der im Senderschaltkreis zwischen dem dritten und vierten RF-Verstärker platziert ist, wie im US-Patent Nr. 5,787,117 des Anmelders gezeigt und offenbart ist, und auf das bereits zuvor Bezug genommen wurde.
  • Weiterhin kann die neue Erfindung sowohl als ein Nachlauf-Empfänger und ein "Frequenzsprung"-Schaltkreis verwendet werden.
  • Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen sequenziell gekoppelten RF-Verstärker zur Verfügung zu stellen, der als ein frequenzagiler Empfänger betrieben werden kann, so dass er den Betrieb von einem Frequenzband zu einem anderen verschieben kann. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen frequenzagilen Empfänger zur Verfügung zu stellen, der seine Empfindlichkeit mit der Verwendung eines doppelt ausgeglichenen Mixers behält.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen sequenziellen RF-Verstärker-Empfänger/Sender zur Verfügung zu stellen, der auch als ein Frequenzsprung-Schaltkreis verwendet werden kann. Er kann auch als ein Frequenz-Nachlaufempfänger mit der Verwendung von, nur zum Beispiel, eines SAW-Näherungsfilter, der bekannt ist, verwendet werden, der einen Frequenz-Bandpass hat, der enger als der Frequenz-Bandpass der SAW-Laufzeitkette ist, die in dem sequenziellen Verstärkerschaltkreis verwendet wurde, der in den '117 und '206-Patenten, die oben diskutiert wurden, offenbart ist.
  • Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen neuen frequenzagilen sequenziellen Verstärkerschaltkreis wie in Anspruch 1.
  • Bevor die detaillierte Beschreibung der Erfindung durchgeführt wird, kann es von Vorteil sein, Definitionen bestimmter Wörter und Phrasen darzulegen, die innerhalb dieses Patentdokumentes verwendet werden: Die Begriffe "enthalten" und "beinhalten", wie deren Ableitungen meinen den Einschluss ohne darauf beschränkt zu sein; der Begriff "oder" wird inklusive verstanden und meint und/oder; die Phrasen "verbunden mit" und "verbunden damit", wie deren Ableitungen, können folgendes meinen: beinhalten, beinhaltet sein in, in Zusammenhang stehend mit, bestehen, Bestandteil sein von, verbinden zu oder mit, koppeln zu oder mit, in Kommunikation stehen können mit, zusammenwirken mit, verschachteln, nebeneinanderstellen, etwas nahe sein, zu etwas gebunden oder mit etwas verbunden sein, haben, eine Eigenschaft haben, oder ähnliches; der Begriff "Kontroller" („Steuerung") meint jedes Gerät, System oder Teil davon, das zumindest einen Betrieb steuert, solch ein Gerät kann als Hardware, Firmware oder Software oder als eine Kombination von zumindest zwei dieser Dinge ausgeführt sein. Es sollte erwähnt werden, dass die Funktionalität in Bezug auf jeden besonderen Kontroller zentralisiert oder verteilt sein kann, egal ob lokal oder ferngesteuert. Die Definitionen bestimmter Wörter und Phrasen werden innerhalb dieser Beschreibung zur Verfügung gestellt und Fachleute sollten verstehen, dass in vielen, wenn nicht den meisten, dieser Fälle solche Definitionen auf vorherige als auch zukünftige Verwendungen solch definierter Worte und Phrasen Anwendung finden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Zusammenhang mit der folgenden detaillierten Beschreibung der Figuren gesehen werden, in der dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden, und in der:
  • 1 eine schematische Zeichnung des sequenziellen Verstärkers des Standes der Technik ist, der in US-Patent Nr. 5,357,206 offenbart ist, die denselben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung hat;
  • 2 eine schematische Zeichnung des Empfängers/Senders des Standes der Technik mit herkömmlichen Elementen ist, die in US-Patent Nr. 5,787,117 offenbart sind, das denselben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung hat;
  • 3 eine schematische Zeichnung eines frequenzagilen Schaltkreises der vorliegenden Erfindung ist, wobei der erste RF-Verstärker als Mixer agiert;
  • 4 eine Graphik ist, die die Größe und Frequenz der Mittenfrequenz und oberen und unteren Seitenbändern illustriert, die man mit dem Schaltkreis aus 3 erhält;
  • 5 ein Schaltkreis-Diagramm eines Mischerschaltkreises ist, der in dem Schaltkreis verwendet werden kann, indem er zwischen den ersten RF-Verstärker und die Verzögerungsleitung platziert wird;
  • 6 eine Graphik der Wellenformen ist, die durch die Schaltkreise von 3 und 5 generiert werden, wobei der Mischerschaltkreis mit derselben Rate wie die RF-Verstärker geschaltet wird;
  • 7 ein Schaltkreis eines doppelt ausgeglichenen Mischers ist, der verwendet werden kann, um die Empfindlichkeit des frequenzagilen Schaltkreises zu erhöhen;
  • 8 eine Graphik der Wellenformen ist, die als Eingänge zu und der Ausgang von dem doppelt ausgeglichenen Mixer von 7 angekoppelt sind;
  • 9 eine Graphik ist, die den Anstieg der Größe der oberen und unteren Seitenbänder illustriert, die durch den doppelt ausgeglichenen Mischer generiert werden;
  • 10 ein Schaltkreis-Diagramm ist, das den neuen frequenzagilen Empfänger/Sender illustriert; und
  • 11 ein Schaltkreis-Diagramm eines Frequenz-Nachlaufempfängers ist, der die vorliegende Erfindung verwendet.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt den neuen sequenziellen RF-Verstärkerschaltkreis, der in dem US-Patent Nr. 5,357,206 des Anmelders offenbart und beansprucht ist. In diesem Schaltkreis koppelt eine Verzögerungsleitung 20 den ersten RF-Verstärker 16 mit dem zweiten RF-Verstärker 18 sequenziell. Ein Pulssteuerschaltkreis 22 pulst die RF-Verstärker 16 und 18 alterierend und sequenziell, so dass wenn einer der RF-Verstärker leitend ist, der andere ausgeschaltet ist. Ein solcher Ablauf verhindert es, dass die zwei RF-Verstärker oszillieren und stellt eine wesentlich vergrößerte Leistungsabgabe zur Verfügung.
  • In 2 ist der Empfänger/Sender 11 des Standes der Technik, der in dem US-Patent Nr. 5,787,117 des Anmelders offenbart und beansprucht ist, gezeigt, der die neuen sequenziellen RF-Verstärker verwendet. Wenn der Empfänger angeschaltet ist, ist der Sender ausgeschaltet und wenn der Sender angeschaltet ist, ist der Empfänger ausgeschaltet. Der Vorteil des sequenziellen Verstärkers ist, dass er Elemente in dem Empfänger mit Elementen in dem Sender so kombiniert, dass während des Sendens bestimmte Elemente des Empfängers als ein Teil des Senders verwendet werden.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm eines Schaltkreises, das den neuen sequenziellen Verstärker verwendet, der frequenzagil gemacht wurde. Der Schaltkreis kann z. B. ein Teil eines Anzeige-Lesesystems eines schnurlosen Telefons, eines PDA/Laptop-Netzwerkfunkes, eines Mobiltelefons, oder einer Zahl von anderen Anwendungen sein, die Mehrkanal oder allgemeiner gesagt, Mehrfachsitzungs-nichtlizenzierte-Funkverbindungen verwenden.
  • Der Schaltkreis in 3 ist frequenzagil, indem ein Pulsfrequenzanpass-Schaltkreis 24 an den Pulsgenerator 22 gekoppelt ist, um die Frequenz des Pulsgenerators 22 zu variieren. Der Frequenzanpass-Schaltkreis 24 kann auf viele Arten inklusive jeder bekannte Gatteranordnung erzielt werden, die, nur zum Beispiel, einen Widerstand mit einem bestimmten Wert selektiert, der die Frequenz des Pulsgenerators 22 bestimmt, der mit einem freilaufenden Oszillator wie einem RC-Oszillatorschaltkreis ausgebildet sein kann. Es ist unerheblich, wie dies vollzogen wird; aber das wichtige Merkmal ist, dass die Frequenz des Pulsgenerators 22 selektiv änderbar ist. Somit wird der in 3 gezeigte Pulsgenerator 22 ein lokaler Oszillator (LO), dessen Betriebsfrequenz über eine Mehrzahl von Kanalfrequenzen wie erwünscht geändert werden kann. Der erste RF-Verstärker 16 agiert als ein Mixer und erzeugt die in 4 gezeigte, bekannte Wellenform, wobei die Mittelfrequenz, wie gezeigt, die größte Stärke hat und wobei die oberen und unteren Seitenbänder (Summe und Differenz) ungefähr 5 dB unterhalb der Mittelfrequenz liegen. Falls entweder das Summen- oder Differenz-Seitenband als die Frequenz von Interesse selektiert wird, ist sie in der Stärke stark reduziert und die Signalempfindlichkeit des Schaltkreises ist verringert.
  • Eine in 5 gezeigte Schaltereinheit 15 kann auch als der Mischer verwendet werden. 5 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Mischerschaltkreises, der in dem Schaltkreis verwendet werden kann, indem er zwischen dem ersten RF-Verstärker und der Laufzeitkette platziert ist. Der in 5 dargestellte Schaltkreis kann z. B. ein Teil eines Anzeige-Lesesystems, eines schnurlosen Telefons, eines PDA/Laptop-Netzwerkfunkes, eines Mobiltelefons oder einer Zahl von anderen Anwendungen sein, die Mehrkanal- oder Mehrfachsitzungs-unlizenzierte-Funksysteme verwenden.
  • Es wird jedoch bemerkt, dass der Schalter 19 mit derselben Rate wie der RF-Verstärker 16 gepulst oder geschaltet wird. Um Leistung zu sparen, schalten die Pulse an Leitung 25a von dem Pulsgenerator 22 die gesamte Schalteinheit 15 geordnet an oder aus und zwar mit derselben Rate, wie den ersten und zweiten RF-Verstärker. Somit gibt der Differenzverstärker 21 den Puls derselben Polarität an die Laufzeitkette 20 wie die Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist. Die Wirkung des Schaltkreises sieht man, indem man 6 betrachtet. Die Pulse A sind die ersten Eingangspulse zu der Schalteinheit 15 von dem ersten RF-Verstärker 16. Die Pulse B sind die zweiten Eingangspulse zu der Schalteinheit 15 von dem Pulsgenerator 22. Die Pulse C repräsentieren die Phasenverschiebung der Pulse, die von der Schalteinheit 15 ausgegeben werden. Es wird bemerkt, dass für jeden Puls des Pulsgenerators 22, der verwendet wird, um den Schalter 19 in 5 oder den RF-Verstärker 16 in 3 zu schalten, nur eine Phase (dieselbe Phase) der Schalteinheit 15 (oder des RF-Verstärkers 16) an die Laufzeitkette 20 übertragen wird. Zum Ausgleich müssen beide Phasen, 0° und 180°, an dem Ausgang der Schalteinheit 15 vorhanden sein. Daher ist der Schaltkreis kein doppelt ausgeglichener Mischer und stellt somit die in 4 gezeigte bekannte Ausgabe zur Verfügung, die die Mittelfrequenz und die Summen- und die Differenz-Frequenz hat.
  • Man hat jedoch eine Frequenzagilität erhalten, indem man den Pulsgenerator als einen lokalen Oszillator (LO) verwendet, der an den RF-Verstärker 16 (oder die Schalteinheit 15 in 5) gekoppelt ist. Es kann mehr als ein Kanal empfangen werden. Wie man jedoch in 4 sieht, hat die Empfangs-Empfindlichkeit um 5 dB von der Stärke der Mittenfequenz abgenommen. Der Bandpassfilter 14 ist weit genug, um alle Frequenzen von Interesse, wie, nur zum Beispiel, 914 MHz, zu übertragen. Die SAW-Laufzeitkette stellt die Kanalisolation zur Verfügung und hat die Bandweite, dass ein einzelner Kanal von, nur zum Beispiel, 916,5 MHz passieren kann. In einem Test wurde der Empfänger mit einer Grund-Bandweite nach der Detektion von 5 kHz eingerichtet. Das Eingangssignal der Antenne 12 wurde ON-OFF-KEY (OOK) mit einer 500 Hz-Rechteckwellenform moduliert. Es wurde (mit einer 10–4 Bit-Fehlerrate) ein –90 dBM-Eingang an dem Empfänger als Empfmdlichkeits-Niveau gemessen. Dies belegt, dass der geschaltete erste RF-Verstärker die Mixeraktivität zur Verfügung gestellt hat, die notwendig ist, um das 914 MHz-Signal zu 916,5 MHz zu übersetzen, die von der SAW-Laufzeitkette 20 übertragen wird. Der Wert eines Pulsraten-Einstellwiderstandes (der einen Pulsfrequenzanpass-Schaltkreis 24 repräsentiert), der an den Pulsgenerator 22 gekoppelt ist, wurde berechnet und als nahe genug beobachtet, um die passende LO-Frequenz im Bereich von 50 kHz zur Verfügung zu stellen.
  • Wie zuvor bemerkt, verliert ein solcher Schaltkreis, während er eine Frequenzagilität hat, jedoch etwas seiner Signal-Empfindlichkeit, da die oberen (und unteren) erzeugten Seitenbänder ungefähr 4 dB Signalstärke verlieren. Vergleiche 4 mit 9.
  • Um dieser Begrenzung zu entgehen ist in der bevorzugten Ausführungsform der Schaltkreis aus 7, nur als ein Beispiel, als ein doppelt ausgeglichener Mixer ausgebildet. Der doppelt ausgeglichene Mischer kann z. B. ein Teil eines Anzeige-Lesesystems, eines schnurlosen Telefons, eines PDA/Laptop-Netzwerkfunksystems, eines Mobiltelefons, oder ähnlichem sein. Die Pulse auf Leitung 25a stellen dieselbe Funktion zur Verfügung, wie sie in Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Es wird bemerkt, dass die Pulsverbindung 25b an einen Teile-durch-zwei-Schaltkreis 27 gekoppelt ist, der bewirkt, dass Schalter 19 mit der halben Rate schaltet, mit der der erste und zweite RF-Verstärker 16 und 18 geschaltet wird. Indem 8 betrachtet wird, erkennt man, dass der Differenzverstärker 21 von Schalter 19 beide, die + und – Eingabe (Phasen) empfängt, da der doppelt ausgeglichene Mixer 17 mit der halben Schaltrate der RF-Verstärker 16 und 18 geschaltet wird. Siehe Wellenform C in 8. Wie aus 8 zu sehen ist, ist, wenn der erste RF-Verstärker 16 leitend oder AN ist, die "+" oder "0°-Phase" die zweite Eingabe für den doppelt ausgeglichenen Mischer 17. Wenn der erste RF-Verstärker 16 ausgeschaltet ist, ist die zweite Eingabe für den doppelt ausgeglichenen Mischer 17 immer noch 0°, aber es gibt keine Änderung in der Ausgabe des doppelt ausgeglichenen Mischers 17. Wenn der erste RF-Verstärker 16 wieder leitet, ist nun die zweite Eingabe für den doppelt ausgeglichenen Mischer 17 180° und erscheint als die Ausgabe des doppelt ausgeglichenen Mixers 17. Somit erzeugt der doppelt ausgeglichene Mischer 17 die bekannten Summen- und Differenz-Frequenzausgaben, die in 9 gezeigt sind. Es wird bemerkt, dass die Summen- und Differenz-Signale einen 4 dB-Zuwachs im Vergleich zu den Summen- und Differenz-Signalen haben, die in 4 gezeigt sind. Somit ist der Schaltkreis nicht nur frequenzagil sondern hat auch seine Signalempfindlichkeit im Wesentlichen behalten.
  • Dieser Schaltkreis hat im Vergleich zum Stand der Technik viele Vorteile. Erstens hat der Pulsgenerator 22 (oder lokale Oszillator) eine so niedrige Frequenz, von ungefähr 1 MHz bis ungefähr 20 MHz, dass ein Abweichungsfehler von so viel wie 10% die Leistungsfähigkeit des Schaltkreises nicht negativ beeinflussen würde, da der Verzögerungsleitungs-Filter 20 eine 3 dB-Bandweite im Bereich von ungefähr 700 kHz bis ungefähr 3 MHz Weite hat. Daher kann eine hohe prozentuale Ungenauigkeit oder ein Fehler der Frequenz des Pulsgene rators 22 existieren und der Schaltkreis wird immer noch richtig funktionieren, da die Summen-(oder Differenz-)Frequenz immer noch innerhalb des Durchlassbandes der Laufzeitkette 20 ist.
  • Zweitens erhält man die Frequenzagilität, indem man einfach einen ausgeglichenen Mischer zu der Architektur des sequenziellen Verstärkers hinzufügt. Daher ist der Stromverbrauch mit derselben Anzahl von äquivalenten stromverbrauchenden Komponenten mit derselben physikalischen Größe und mit ultra-niedriger LO-Abstrahlung sehr niedrig.
  • Drittens kann die Frequenz des Empfängers geändert werden, indem der Wert eines Pulsraten-Widerstands verändert wird, der zwischen dem geeigneten PIN des Pulsgenerators 22 und Erde verbunden wird. Ein einfaches Gatter kann den Pulsraten-Widerstandswert schnell ändern, indem ein anderer Widerstand selektiert wird.
  • Viertens kann der Empfänger in einem Frequenz-"Sprung"-Modus verwendet werden und wird nicht durch die Einschwingzeit eines Frequenz-Synthesizers, wie er im Stand der Technik verwendet wird, behindert. Bei diesem Schaltkreis ist Frequenz-"Springen" sehr schnell, da es durch die Zeit bestimmt wird, die benötigt wird, um die Frequenz des RC-Oszillators in dem Pulsgenerator zu ändern und, wie zuvor erkannt, durch einen einfachen Gatter-Schaltkreis vollzogen werden kann, der einen Widerstand eines anderen Wertes mit Erde koppelt, um die Frequenz eines RC-Oszillators in dem Pulsgenerator 22 zu ändern.
  • Der neue frequenzagile Empfänger kann einfach zu einem frequenzagilen Empfänger/Sender gemacht werden, durch eine einfache Modifikation des Schaltkreises, der in dem US-Patent Nr. 5,787,117 des gleichen Anmelders gezeigt ist. Der in 10 gezeigte Schaltkreis ist identisch zu dem in dem '117-Patent gezeigten, mit der Ausnahme, dass der Ausgang des Pulsgenerators 22 variabler Frequenz nicht nur mit dem ausgeglichenen Mischer 17 (der den Teile-Durch-2-Schaltkreis enthält), sondern auch mit dem doppelt ausgeglichenen Mischer 49 (der den Teile-durch-2-Schaltkreis enthält) in dem Sendeschaltkreis verbunden ist, wenn der Schaltkreis durch den verbundenen Schalter 26a und 26b in der geschlossenen Position und den dreifach verbundenen Schalter 47a in der offenen Position in den Sendemodus gesetzt ist. Natürlich ist das Gegenteil wahr, wenn der Schaltkreis im Empfangsmodus ist. In diesem Fall ist der verbundene Schalter 46a und 46b offen und nimmt somit jede Leistung von dem Sendeschaltkreis und der dreifach verbundene Schalter 47a ist geschlossen und stellt somit nur Leistung an dem Empfängerschaltkreis zur Verfügung. Es wird daran erinnert, dass der dritte RF-Verstärker 32 und die SAW-Verzögerungsleitung 20 einen Oszillator ausbildet, der die RF-Trägerfrequenz generiert, die durch den Sende-Steuerschaltkreis 44 moduliert wird. Der doppelt ausgeglichene Mixer 49 enthält wie der doppelt ausgeglichene Mixer in 7 den Teile-durch-2-Schaltkreis. Somit ist es mit nur einem Eingang des Pulsgenerators 22 gezeigt. Mischer 49 hat die RF-Trägerfrequenz als eine erste Eingabe und den Ausgang des Pulsgenerators 22 als eine zweite Eingabe als einen lokalen Oszillator (LO) um die RF-Trägerfrequenz zu der gewünschten Sendefrequenz zu konvertieren und den Träger selbst zu unterdrücken. Der Bandpassfilter 14 entfernt die nicht gewünschten Mischer-Seitenbänder.
  • Der vierte RF-Verstärker könnte geschaltet werden, um dieselbe Konvertierung durchzuführen, aber, wie zuvor in Bezug auf 1 beschrieben, mit einer geringeren Effizienz.
  • Der neue erfinderische Schaltkreis kann auch als ein Frequenz-Nachlauf-Schaltkreis, wie in 11 gezeigt, verwendet werden. Dieser Schaltkreis enthält einen Mikroprozessor 50 und einen Nachlauf-Schaltkreis 51. Im Betrieb, um einer bestimmten Frequenz nachzulaufen, erzeugt der Nachlauf-Schaltkreis 51 ein Signal wie eine Spannungsrampe 52. Indem diese hochlaufende Spannung an dem lokalen Oszillator (Pulsgenerator 22) angewendet wird, ist der Ausgang des Mischers 17 eine wechselnde oder scannende Frequenz. Nur als ein Beispiel kann ein Näherungsfilter 20' anstelle der Laufzeitkette 20, wie es im SAW-Bereich bekannt ist, verwendet werden. Er hat zum Verbessern der Frequenz-Selektivität in dem Bereich von ungefähr 50 kHz bis ungefähr 500 kHz, in Abhängigkeit der Mittenfrequenz, ein enges Durchlassband. Wenn die richtige Frequenz, der nachgelaufen werden soll, durch den Mikroprozessor 50 identifiziert ist, ordnet er dem Nachlauf-Schaltkreis 51 an, das Scannen zu stoppen. Somit wird die Frequenz, von der es gewünscht ist, dass ihr nachgelaufen wird, in einem Rücführkreis gesperrt (gelocked) und wird dann durch den neuen in 11 gezeigten Schaltkreis "verfolgt".
  • Alle diese Schaltkreise stellen bis zu 10 mW Sendeleistung zur Verfügung. Eine höhere Sendeleistung ist eines der begehrtesten Merkmale in den oben dargelegten Anwendungen. Daher wurde ein neuer verbesserter sequenzieller Verstärkerschaltkreis offenbart, der sowohl frequenzagil ist als auch im Wesentlichen seine Signal-Empfindlichkeit behält. Diese neuen Merkmale erhält man, indem ein Pulsgenerator variabler Frequenz verwendet wird, um einen frequenzagilen und doppelt ausgeglichenen Mischer zu erhalten, um die Signal-Empfindlichkeit im Wesentlichen beizubehalten.
  • Ein Frequenz-Springen kann vollzogen werden, indem ein Schaltkreis verwendet wird, um Widerstände unterschiedlicher Werte zu dem Pulsgenerator zu führen, um die Ausgabefrequenz des sequenziellen Verstärkerschaltkreises abrupt umzuschalten.
  • Letztlich kann ein Nachlauf-Empfänger mit dem neuen Schaltschema erzielt werden, indem, nur als ein Beispiel, ein Näherungs-SAW-Filter und ein Mikroprozessor und ein Nachlaufschaltkreis hinzugefügt wird. Der Nachlaufschaltkreis bedingt es, dass der Pulsgenerator die Ausgabe-Pulsfrequenz linear ändert. Wenn die korrekte Frequenz von dem Mischer ausgegeben wird, detektiert der Mikroprozessor die Frequenz und bewirkt, dass der Nachlaufschaltkreis sich auf die korrekte Frequenz "einlocked", indem die Änderung der Frequenz des Pulsgenerators in einer Rückkopplungsschleife gestoppt wird. Im Allgemeinen sind Nachlauf-Empfänger im Stand der Technik bekannt.
  • Jede der obigen Schaltkreise verwendet die Vorteile des sequenziellen Verstärkerschaltkreises, um seine Ziele zu erreichen.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist diese nicht gedacht, den Umfang der Erfindung auf die bestimmte dargelegte Ausbildung zu beschränken, sondern im Gegensatz ist es gedacht, Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, wie sie in dem Bereich der Erfindung enthalten sein können, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims (28)

  1. Ein frequenzagiler sequentieller Verstärkerschaltkreis beinhaltend: ein Bandpassfilter (14) zum Empfangen eines RF Eingangssignals und Generieren eines RF Ausgangssignals, wobei der Bandpassfilter (14) einen Frequenzbereich hat; einen ersten und zweiten in Serie gekoppelten RF Verstärker (16, 18), wobei der erste RF Verstärker (16) das RF Ausgangssignal von dem Bandpassfilter (14) empfängt; eine zwischen den ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) in Serie gekoppelte Laufzeitkette (20), wobei die Laufzeitkette (20) einen Bandpass-Frequenzbereich hat, der kleiner als der Frequenzbereich des Bandpassfilters (14) ist; einen mit dem ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) gekoppelten Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) zum Generieren von Ausgangsregelsignalen, die den ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) mit einer Frequenz an- und ausschalten, so dass, wenn der eine der RF Verstärker angeschaltet wird, der andere der RF Verstärker ausgeschaltet wird; gekennzeichnet indem der frequenzagile sequentielle Verstärkerschaltkreis weiter beinhaltet: einen doppelt ausgeglichenen Mixer (17), der zwischen dem erste RF Verstärker (16) und der Laufzeitkette (20) gekoppelt ist und angepasst ist, ein Ausgangssignal von dem ersten RF Verstärker (16) als eine erste Eingabe zu empfangen; und der doppelt ausgeglichene Mixer (17) enthält einen Frequenzteiler (27), der zumindest eines der Ausgangsregelsignale an den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) als eine zweite Eingabe zum sequentiellen Ein- und Ausschalten des doppelt ausgeglichenen Mixers (17) mit der halben Frequenz des ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18) koppelt, um einen frequenzagilen Schaltkreis auszubilden.
  2. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei: der doppelt ausgeglichene Mixer (17) angeordnet ist, um die Trägerfrequenz des RF Ausgangssignals zu unterdrücken, und um nur zwei getrennte Frequenzseitenbänder zu generieren.
  3. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 2, wobei: die Laufzeitkette (20) eine Oberflächenwellen-Laufzeitkette ist; und der Bandpassfilter (14) ein Oberflächenwellen-Filter ist.
  4. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 3, wobei die Oberflächenwellen-Laufzeitkette (20) ein Durchlassband hat, das eines der Frequenzseitenbänder, die durch den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) generiert sind, beinhaltet.
  5. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 4, wobei die Oberflächenwellen-Laufzeitkette (20) eine Bandbreite in einem Bereich von ungefähr 700 kHz bis ungefähr 3 MHz hat.
  6. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 5, wobei der Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) ein abstimmbarer, lokaler Niederfrequenz-Oszillator ist.
  7. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 6, wobei: der lokale Oszillator ein freischwingender Oszillator ist; und der lokale Oszillator angepasst ist, in einem niedrigeren Frequenzbereich im Bezug auf eine Frequenz der Oberflächenwellen-Laufzeitkette (20) zu arbeiten.
  8. Der frequenzagiler sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 7, wobei eine Frequenz des lokalen Oszillators eine Frequenzvariation von zumindest 10% erfährt.
  9. Der frequenzagiler sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 8, wobei eine Frequenz des RF Eingangssignals in einem GHz Bereich ist.
  10. Der frequenzagile sequenzieller Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei der doppelt ausgeglichene Mixer (17) weiter beinhaltet: einen Schalter (19) zum Empfangen des Ausgangssignals von dem ersten RF Verstärker (16) als eine erste Eingabe und Aufweisen von einem ersten und zweiten Ausgang, wobei ein Ausgang des Frequenzteilers (27) mit dem Schalter als eine zweite Eingabe gekoppelt ist um zu bewirken, dass der Schalter mit der halben Frequenz des ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18) schaltet; und ein Differenzverstärker (21) zum Empfangen der ersten und zweiten Ausgabe des Schalters und zum Aufweisen eines Ausgangs, der mit der Laufzeitkette (20) gekoppelt ist.
  11. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 10, wobei der Frequenzteiler (27) beinhaltet: einen Halbierungs-Schaltkreis (27) zum Empfangen zumindest eines der Ausgangsregelsignale und zur Verfügung stellen eines geteilten Ausgangregelsignals an den Schalter (19) als die zweite Eingabe zum Schalten des Schalters (19) mit der halben Frequenz des ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18).
  12. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei die Laufzeitkette (20) einen engen Durchlassbereichfilter mit einem Bereich von ungefähr 50 kHz bis ungefähr 500 kHz beinhaltet.
  13. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei: das empfangene RF Eingangssignals ein moduliertes RF Trägersignal ist.
  14. Der frequenzagile sequenzielle Verstärkerschaltkreis gemäß Anspruch 1, weiter beinhaltend: einen Leiter (25b) zum Koppeln von zumindest einem der Ausgangsregelsignale von dem Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) zu dem doppelt ausgeglichenen Mixer (17).
  15. Ein Verfahren zum Ausbilden eines frequenzagilen sequenzielle Verstärkerschaltkreises mit den Schritten: koppeln eines ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18) in Serie mit einer Laufzeitkette (20); koppeln eines RF Eingangssignals an den ersten RF Verstärker (16); generieren von Ausgangsregelsignalen, die den ersten und zweiten RF Verstärker (16,18) mit einer Frequenz an- und ausschalten, so dass, wenn einer der RF Verstärker eingeschaltet ist, der andere der RF Verstärker ausgeschaltet ist; gekennzeichnet durch: platzieren eines doppelt ausgeglichenen Mixers (17) zwischen den ersten RF Verstärker (16) und die Laufzeitkette (20), um so eine Ausgabe des ersten RF Verstärkers (16) als eine erste Eingabe für den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) zu empfangen; und teilen zumindest eines der Ausgangsregelsignale durch zwei, und zur Verfügung stellen des geteilten Ausgangsregelsignale ist als eine zweite Eingabe für den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) zum sequenziellen An- und Ausschalten des doppelt ausgeglichenen Mixers (17) mit der halben Frequenz des ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18).
  16. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Koppeln des RF Eingangssignals an den ersten RF Verstärker (16) koppeln eines Ausgangs eines Bandpassfilters zu einem Eingang des ersten RF Verstärkers (16) beinhaltet.
  17. Das Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei: der Bandpassfilter (14) einen Frequenzbereich hat; und die Laufzeitkette (20) einen Bandpassfrequenzbereich hat, der kleiner ist als der Frequenzbereich des Bandpassfilters.
  18. Das Verfahren gemäß Anspruch 15, weiter beinhaltend unterdrücken der Trägerfrequenz des RF Eingangssignals und generieren von nur zwei getrennten Frequenzseitenbändern, indem der doppelt ausgeglichene Mixer (17) verwendet wird.
  19. Ein Radiofrequenzempfänger beinhaltend: einen frequenzagilen sequentiellen Verstärkerschaltkreis mit: ein Bandpassfilter (14) zum Empfangen eines RF Eingangssignals und Generieren eines RF Ausgangssignals, wobei der Bandpassfilter (14) einen Frequenzbereich hat; einen ersten und zweiten in Serie gekoppelten RF Verstärker (16, 18), wobei der erste RF Verstärker (16) das RF Ausgangssignal von dem Bandpassfilter (14) empfängt; eine zwischen den ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) in Serie gekoppelte Laufzeitkette (20), wobei die Laufzeitkette (20) einen Bandpass-Frequenzbereich hat, der kleiner als der Frequenzbereich des Bandpassfilters (14) ist; einen mit dem ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) gekoppelten Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) zum Generieren von Ausgangsregelsignalen, die den ersten und zweiten RF Verstärker (16, 18) mit einer Frequenz an- und ausschalten, so dass, wenn der eine der RF Verstärker angeschaltet wird, der andere der RF Verstärker ausgeschaltet wird; gekennzeichnet indem der frequenzagile sequentielle Verstärkerschaltkreis weiter beinhaltet: einen doppelt ausgeglichenen Mixer (17), der zwischen dem erste RF Verstärker (16) und der Laufzeitkette (20) gekoppelt ist und angepasst ist, ein Ausgangssignal von dem ersten RF Verstärker (16) als eine erste Eingabe zu empfangen; und der doppelt ausgeglichene Mixer (17) enthält einen Frequenzteiler (27), der zumindest eines der Ausgangsregelsignale an den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) als eine zweite Eingabe zum sequentiellen Ein- und Ausschalten des doppelt ausgeglichenen Mixers (17) mit der halben Frequenz des ersten und zweiten RF Verstärkers (16, 18) koppelt, um einen frequenzagilen Schaltkreis auszubilden.
  20. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 19, wobei: der doppelt ausgeglichene Mixer (17) angeordnet ist, um die Trägerfrequenz des RF Ausgangssignals zu unterdrücken, und um nur zwei getrennte Frequenzseitenbänder zu generieren.
  21. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 20, wobei: die Laufzeitkette (20) eine Oberflächenwellen-Laufzeitkette ist; und der Bandpassfilter (14) ein Oberflächenwellen-Filter ist.
  22. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 21, wobei die Oberflächenwellen-Laufzeitkette (20) einen Durchlassbereich hat, der einen der Frequenzseitenbänder, die durch den doppelt ausgeglichenen Mixer (17) generiert sind, beinhaltet.
  23. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 20, wobei der RF Empfänger in einem schnurlosen Telefon angeordnet ist.
  24. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 20, wobei der RF Empfänger in einem Mobiltelefon angeordnet ist.
  25. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 20, wobei der RF Empfänger in einer drahtlosen Netzwerkkarte angeordnet ist, die für den Zugang in ein drahtloses lokales Netzwerk geeignet ist.
  26. Der Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 19, weiter beinhaltend: einen Mikroprozessor (50) zum Identifizieren einer Ausgangsfrequenz eines Ausgangssignals des frequenzagilen sequentiellen Verstärkerschaltkreises; und einen Nachlaufschaltkreis (51), der zwischen den Mikroprozessor (50) und den Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) gekoppelt ist, zum Bewirken, dass der Pulsgenerator für eine variable Frequenz eine variable Ausgangsfrequenz erzeugt, wobei bewirkt wird, dass der frequenzagile sequentielle Verstärkerschaltkreis frequenzagil über einen gegebenen Frequenzbereich ist und ein Ausgangssignal variabler Frequenz generiert, wobei der Mikroprozessor (50) angeordnet ist, eine gewünschte Frequenz, der nachzulaufen ist, zu identifizieren und zu bewirken, dass der Nachlaufschaltkreis (51) den Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) beim Generieren des Ausgangssignals einer variabler Frequenz stoppt, wobei die gewünschte Frequenz, der nachzulaufen ist, gelockt wird.
  27. Ein Radiofrequenz gemäß Anspruch 19, wobei: das empfangene RF Eingangssignal ein moduliertes RF Trägersignal ist; und der Radiofrequenzempfänger weiter beinhaltet: ein mit einem Ausgang des frequenzagilen sequentiellen Verstärkerschaltkreises gekoppelter Demodulator zum Demodulieren eines Signalausgangs des frequenzagilen sequentiellen Verstärkerschaltkreises; und ein Ausgangsverstärker, der mit dem Demodulator gekoppelt ist, zum Verstärken des demodulierten Signals.
  28. Ein Radiofrequenztransceiver beinhaltend: einen Radiofrequenzempfänger gemäß Anspruch 27; und einen Senderschaltkreis mit: dritten und vierte in Serie gekoppelten RF Verstärkern (32, 34), wobei der dritte RF Verstärker (32) parallel mit der Laufzeitkette (20) gekoppelt ist, um einen Sendeoszillator zum Generieren einer zu sendenden RF Trägerfrequenz auszubilden; einen zweiten ausgeglichenen Mixer (49), der zwischen den dritten und den vierten RF Verstärker (32, 34) gekoppelt ist, wobei ein Ausgang des dritten Verstärkers (32) als eine erste Eingabe an den zweiten ausgeglichenen Mixers (49) gekoppelt ist; einen Halbierungs-Schaltkreis, der mit dem zweiten ausgeglichenen Mixer als eine Eingabe gekoppelt ist, wobei der Pulsgenerator für eine variable Frequenz (22) ein Ausgangssignal hat, das mit dem Halbierungs-Schaltkreis gekoppelt ist, um zu bewirken, dass die durch den Senderoszillator generierte Trägerfrequenz in eine gewünschte Arbeitsfrequenz konvertiert wird; einen Senderegelschaltkreis (44), der mit dem dritten und vierten RF Verstärker (32, 34) gekoppelt ist, um eine Modulation der Trägerfrequenz zu ermöglichen; und einen Sende/Empfang-Schalter (46a, 46b, 47a), der mit dem Senderegelschaltkreis (44) und dem frequenzagilen sequentiellen Verstärkerschaltkreis gekoppelt ist, um selektiv das Senden und Empfangen der modulierten RF Trägersignale zu ermöglichen.
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