專利名稱：頻移鍵控接收機的自動頻率控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于接收FSK調(diào)制的信號并將其解調(diào)為基帶信號的一個FSK(頻移鍵控)接收機，特別涉及用于FSK接收機中的自動頻率控制技術。
通常，有兩種類型的FSK接收機超外差類型和直接變換類型。它們都裝有頻率轉(zhuǎn)換器和頻率一電壓(f/v)轉(zhuǎn)換器。頻率轉(zhuǎn)換器混合接收的FSK信號到本地振蕩器的本地振蕩信號。因此，所接收的FSK信號被轉(zhuǎn)換為中頻的第二FSK信號。此后，第二FSK信號的頻率被轉(zhuǎn)換為依據(jù)第二FSK信號頻率變化而改變的電壓。通常，f/v轉(zhuǎn)換器具有諸如輸出電壓隨FSK信號頻率的增加而增并隨其減小而減小的轉(zhuǎn)換特性(見圖5)。因此，該f/v轉(zhuǎn)換器能用來解調(diào)FSK信號以產(chǎn)生基帶信號。
在這樣一個FSK接收機中，本地振蕩器的頻率漂移可能是惡化接收狀態(tài)條件的一個因素。頻率漂移可以由本地振蕩器的準確度和/或溫度的改變而引起。因此，采用一種自動頻率控制(AFC)技術使本地振蕩頻率拉到合適的頻率。
下面將利用具有f/v轉(zhuǎn)換功能的常規(guī)超外差和直接一轉(zhuǎn)換接收機描述常規(guī)AFC電路。
在超外差FSK接收機中，f/v轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸入到在那兒取平均的一個積分器。該平均值被輸入到將它與基準電壓進行比較的電壓比較器。然后，當積分器65的輸出電壓高于基準電壓作為比較結果時，電壓比較器提升本地振蕩器的本地振蕩頻率以便積分器的輸出電壓變成與基準電壓相等。另一方面，當積分器的輸出電壓低于基準電壓時，電壓比較器降低本地振蕩器的本地振蕩頻率以便積分器的輸出電壓變得等于基準電壓。在這種情況下，基準電壓是對應于由頻率轉(zhuǎn)換器獲得的第二FSK信號的中心頻率的一個電壓。以這種方式，常規(guī)AFC電路利用積分器和電壓比較器來執(zhí)行自動頻率控制。
這種常規(guī)AFC電路也可以用于直接轉(zhuǎn)換FSK接收機，它的一個例子已在日本專利申請公開號08-107428中公開。這個直接轉(zhuǎn)換FSK接收機裝備有一個第一本地振蕩器和一個第二本地振蕩器。該第一本地振蕩器用于直接地轉(zhuǎn)換該射頻FSK信號為基帶I和Q信號。該第二本機振蕩器用于上變換該基帶I和Q信號為中頻信號。這樣一個系統(tǒng)由WEAVER等人提出(1956.6.25的IRE會刊1703頁)。
第二本機振蕩器的輸出信號被輸入到第一f/v轉(zhuǎn)換器并且中頻信號被輸入到第二f/v轉(zhuǎn)換器。第一f/v轉(zhuǎn)換器的第一輸出電壓和第二f/v轉(zhuǎn)換器的第二輸出電壓由電壓比較器進行比較。電壓比較器的輸出被平均然后該平均電壓用來控制第一本機振蕩器的頻率。
另一個常規(guī)電路在日本實用新型申請公開號61-15816中公開。這個常規(guī)電路裝備有相位和頻率比較器，它分別通過兩個低通濾波器然后兩個高通濾波器輸出兩個信號到兩個檢測器。該頻率能夠通過改變至少一個高通濾波器的時間常數(shù)來改變。
通過積分(平均)一個f/v轉(zhuǎn)換的輸出信號來執(zhí)行自動頻率控制的上述現(xiàn)有技術具有下述缺陷。
為適當?shù)夭僮鞣e分器或平均電路，如

圖1A所示接收數(shù)據(jù)必須均勻地交替1和0。當接收具有不均勻交替的信號諸如圖1B所示“101011110…”時，積分器或平均電路輸出如圖1B中的虛線DL所示的差錯控制電壓，產(chǎn)生不準確本機振蕩頻率。因此，當接收圖1A所示的均勻的1和0交替信號時，有必要操作自動頻率控制電路。
此外，積分或平均電路要求積分或平均時間長于數(shù)據(jù)速率。尤其是，由于最近的數(shù)據(jù)傳輸速率的增加，同步信號趨向于變短。因此，利用積分器或平均電路的常規(guī)自動頻率控制電路具有難以準確地設置用于一次AFC操作的本機振蕩頻率的問題。
本發(fā)明的一個目的是提供一種AFC電路和方法，它可以利用縮短的集中時間操作并準確地設置用于中心頻率的本機振蕩頻率而不管接收信號是否是不均勻交替的1和0。
根據(jù)本發(fā)明，AFC電路控制設置在FSK信號接收機中的本機振蕩器的振蕩頻率。該AFC電路包括一個轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換FSK信號頻率為根據(jù)FSK信號頻率改變的接收信號電壓；一個窗口發(fā)生器，用于產(chǎn)生包括對應于FSK信號的中心頻率的基準電壓的一個電壓窗口；和一個控制器，用于根據(jù)來自電壓窗口的接收信號電壓的偏移來控制本機振蕩器的振蕩頻率，以便接收信號電壓落入該電壓窗口。
窗口發(fā)生器可以產(chǎn)生上限電壓和下限電壓，這些電壓定義具有在其中心的基準電壓的電壓窗口。上限電壓對應于相對FSK信號的中心頻率的正向頻率漂移，而下限電壓對應于反相頻率漂移。
該窗口發(fā)生器可以產(chǎn)生一個第一上限電壓，高于該第一上限電壓的一個第二上限電壓，一個第一下限電壓和低于該第一下限電壓的一個第二下限電壓。第一上限電壓和第一下限電壓定義具有在其中心的基準電壓的電壓窗口。該第一和第二上限電壓對應于對FSK信號中心頻率的正向頻率漂移，而第一和第二下限電壓對應于負向漂移。
圖1A是表示當接收具有均勻交替1和0的理想FSK信號時，接收信號和由常規(guī)AFC電路產(chǎn)生的控制電壓之間的關系圖；圖1B是表示當接收具有不均勻交替1和0的FSK信號時，接收信號和由常規(guī)AFC電路產(chǎn)生的控制電壓之間的關系圖；圖2是表示采用根據(jù)本發(fā)明第一實施例的自動頻率控制電路的超外差FSK接收機電路的方框圖；圖3A是表示輸入到根據(jù)第一實施例的超外差FSK接收機的頻率轉(zhuǎn)換器的射頻FSK信號的頻譜圖；圖3B是表示從根據(jù)第一實施例的超外差FSK接收機的頻率變換器輸出的中頻FSK信號的頻譜圖；圖4是表示根據(jù)第一實施例的超外差FSK接收機的f/v轉(zhuǎn)換器的頻率一電壓特性圖；圖5是表示在根據(jù)第一實施例的超外差FSK接收機的本機振蕩器中本機振蕩頻率對于輸入控制電壓的特性圖；圖6是表示根據(jù)第一實施例的自動頻率控制電路的窗口寬度設定電路和控制電壓發(fā)生器的電路圖；圖7是表示根據(jù)第一實施例的自動頻率控制電路的控制電壓發(fā)生器的VRCV-I特性圖；圖8是表示根據(jù)第一實施例的自動頻率控制電路的操作圖；圖9是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的自動頻率控制電路的窗口寬度設定電路和控制電壓發(fā)生器的電路圖10是表示根據(jù)第二實施例的自動頻率控制電路的控制電壓發(fā)生器的VRCV-I特性圖；圖11是表示圖6的窗口寬度設定電路和控制電壓發(fā)生器的一個例子的詳細電路圖；圖12是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的自動頻率控制電路的窗口寬度設定電路和控制電壓發(fā)生器的電路圖；圖13是表示根據(jù)第三實施例的自動頻率控制電路的控制電壓發(fā)生器的VRCV-I特性圖；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的自動頻率控制電路的窗口寬度設定電路和控制電壓發(fā)生器的電路圖；圖15是表示根據(jù)第四實施例的自動頻率控制電路的控制電壓發(fā)生器的VRCV-I特性圖；圖16是表示采用根據(jù)本發(fā)明第一實施例的自動頻率控制電路的直接轉(zhuǎn)換FSK接收機電路的方框圖；圖17A是表示輸入到圖16的直接轉(zhuǎn)換FSK接收機的混頻器的射頻FSK信號的頻譜圖；圖17B是表示從圖16的直接轉(zhuǎn)換FSK接收機的混頻器中輸出的基帶I和Q信號的頻譜圖；圖17C是表示從圖16的直接轉(zhuǎn)換FSK接收機的混頻器中輸出的中頻FSK信號的頻譜圖；圖18A是表示根據(jù)本發(fā)明的自動頻率控制電路的圖解操作流程的流程圖；而圖18B是表示常規(guī)自動頻率控制電路的圖解操作流程的流程圖。
下面通過參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的自動頻率控制電路的實施例。自動頻率控制電路對于利用圖4所示的f/v轉(zhuǎn)換特性解調(diào)FSK信號的接收系統(tǒng)是有效的。
參見圖2，由天線101接收從發(fā)送機(未示出)發(fā)送的射頻FSK信號并由高頻放大器102放大，然后經(jīng)由帶通濾波器103輸入到混頻器104?；祛l器104混合從帶通濾波器103輸出的射頻FSK信號S1與從本機振蕩器105輸出的本機振蕩信號LO以便將它從射頻轉(zhuǎn)換為中頻(f-fLO)。
雖然在上述頻率轉(zhuǎn)換的情況中也輸出圖像頻率(f+fLO)，但圖像頻率分量(f+fLO)由低通濾波器106濾去。于是，只有中頻(f-fLO)的第二FSK信號S2通過帶通濾波器106以便輸入給限幅放大器107，通過該限幅放大器第二FSK信號S2被限幅。該限幅放大器107的限幅輸出信號輸入到f/v轉(zhuǎn)換器108。f/v轉(zhuǎn)換器108轉(zhuǎn)換限幅放大器107的輸出信號率為對應于那個頻率的接收的信號電壓VRCV。以這種方式，第二FSK信號S2被解調(diào)為電壓依據(jù)限幅放大器107的頻率而變化的基帶信號。
接收的信號電壓VRCV也傳送給控制電壓發(fā)生器109，控制電壓發(fā)生器109利用從窗口寬度設定電壓110接收的上限電壓VH和下限電壓VL輸出頻率控制電壓VCTRL給本機振蕩器105。
窗口寬度設定電路110從對應于第二FSK信號S2的中心頻率的電壓的基準電壓VREF中產(chǎn)生上限電壓VH和下限電壓VL。
如圖3A和3B所示，射頻FSK信號S1具有f的中心載頻并具有分別對應“1”和“0”的兩個頻率分量。類似地，第二FSK信號S2具有(f-fLO)的中心中頻頻率并具有分別對應“1”和“0”的兩個頻率分量。如后所述，中心頻率(f-fLO)被調(diào)整到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
參照圖4,f/v轉(zhuǎn)換器108具有頻率-電壓轉(zhuǎn)換特性，使得在對應于(f-fLO)的中心頻率的VREF的中心電壓上輸出電壓VRCV隨著第二FSK信號S2的頻率增加而增加并隨其減小而減小。因此，f/v轉(zhuǎn)換器108能夠用于解調(diào)第二FSK信號S2以便產(chǎn)生基帶信號VRCV。電壓對于頻率的變化速率被定義為解調(diào)靈敏度(KD)。
根據(jù)接收信號電壓VRCV，通過將它與從窗口寬度設定電路110接收的上限電壓VH和下限電壓VL二者進行比較，控制電壓發(fā)生器109輸出頻率控制電壓VCTRL到本機振蕩器105，這將在下面描述。
參照圖5，本機振蕩器105根據(jù)頻率控制電壓VCTRL改變其振蕩頻率。振蕩頻率fLO，對于控制電壓VCTRL的改變速率被定義為調(diào)制靈敏度(1/KD1)。
下面將詳細敘述控制電壓發(fā)生器109和窗口寬度設定電路110。
第一個實施例參照圖6，窗口寬度設定電路110由恒流源13，電阻14，電阻15和恒流源16組成，它們在電源線12和GND(地)線之間串聯(lián)連接以便產(chǎn)生由上限電壓VH和下限電壓VL定義的窗口。
基準電壓VREF加到電阻14和15之間的連接點。窗口的上限電壓VH在電阻14和恒流源13之間的連接點產(chǎn)生而窗口的下限電壓VL在電阻15和恒流源16之間的連接點產(chǎn)生。
電阻14和恒流源13之間的連接點被連接到VI放大器18的反相輸入端，VI放大器18是控制電壓發(fā)生器109的輸入電壓并輸出電流的一個放大器。此外，電阻15和恒流源16之間的連接點被連接到VI放大器19的非反相輸入端。
控制電壓發(fā)生器109由VI放大器18和19以及電容20構成。VI放大器18的非反相輸入端和VI放大器19的反相輸入端共同連接到f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出端，以便f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV加到它們。
VI放大器18和19的輸出端通過電容20接地線以便于控制電壓VCTRL從電容20和VI放大器18和19的輸出端之間的連接點輸入到本機振蕩器105。
如圖7所示，通過VI放大器18和19的輸出端的連接點流動的輸出電流I根據(jù)f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV改變。在f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV保持在上限電壓VH和下限電壓VL之間的情況下，表示輸出電流I為O。當輸出電壓VRCV超出上限電壓VH時，輸出電流I開始在正方向流動。當輸出電壓VRCV低于下限電壓VL之下時，輸出電流I開始在負方向流動。
然后，將參照圖8描述圖2所示的FSK接收機的操作和圖6所示的第一實施例。
射頻FSK信號由天線101接收，由高頻放大器102放大，并通過帶通濾波器103輸入給混頻器104?；祛l器104將帶通濾波器103的輸出信號S1與本機振蕩器105的本機振蕩信號LO混合。頻率轉(zhuǎn)換的FSK信號通過帶通濾波器106傳送以便產(chǎn)生具有中頻(f-fLO)的第二FSK信號S2。
在帶通濾波器106的輸出信號(f-fLO)輸入到限幅的限幅放大器107之后，限幅放大器107的輸出信號輸入到f/v轉(zhuǎn)換器108。
f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV輸入到控制電壓發(fā)生器109。由窗口寬度設定電路110設定的圖8顯示的窗口寬度，即上限電壓VH和下限電壓VL被加到控制電壓發(fā)生器109。
在圖6的窗口的情況下，基準電壓VREF加到電阻14和15的之間的連接點，恒定電流通過恒流源13和16流過電阻14和15。因此，上限電壓VH總是在恒流源13和電阻14之間的連接點產(chǎn)生而下限電壓VL總是在恒流源16和電阻15之間的連接點產(chǎn)生。
窗口在上限電壓VH和下限電壓VL之間形成因此而設定，并且上限電壓VH和下限電壓VL施加到控制電壓發(fā)生器109。f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV也加到控制電壓發(fā)生器109。
當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電VRCV出現(xiàn)在由圖8的標號201所示的窗口之內(nèi)時，它與圖3B所示的第二FSK信號S2的中心頻率相匹配。因此，在這種狀態(tài)下，由于電容20的電荷不移動或者控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓不改變，則控制電壓發(fā)生器109不操作。因此，本機振蕩器105的本機振蕩頻率不改變。
由窗口寬度設定電路110設定的窗口的上限電壓VH和下限電壓VL是對應于基準電壓VREF的中心電壓處的正/負頻率漂移的電壓如圖8所示。例如，當假定頻率偏移±4.8KHZ時，對應于頻率偏移+4.8KHZ的電壓變?yōu)榈扔赩H，而對應于頻率偏移-4.8KHZ的電壓變?yōu)榈扔赩L。
f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV加到控制電壓發(fā)生器109的VI放大器18的非反相輸入端和VI放大器19的反相輸入端。然后，當輸出電壓VRCV高于由圖8中標號202所示的上限電壓VH時，意味著帶通濾波器106的輸出信號(f-fLO)大于第二FSK信號S2的中心頻率。因此，輸出電流I從VI放大器18的輸出端流到電容20，如圖7所示。因此，電容20由VI放大器18的輸出電流I充電以便升高控制電壓VCTRL并由此增加本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO。
以這種方式，在帶通濾波器106(f-fLO)處具有中頻的輸出信號被調(diào)整到圖3B所示的第二FSK信號S2的適當?shù)闹行念l率。結果，f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV低到上限電壓VH或更低并造成由圖8的標號201所示的適當狀態(tài)。
與上述相反，在f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV低于圖8的標號203所示窗口的下限電壓VL的情況下，意味著帶通濾波器106的輸出信號(f-fLO)低于第二FSK信號S2的中心頻率。在這種情況下，VI放大器19對電容20的電荷放電以便降低電位并降低本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLo，如圖7所示。
因此，f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV上升至下限電壓VL或更高并產(chǎn)生由圖8標號201所示的狀態(tài)。因此，f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV引導到上限電壓VH和下限電壓VL之間的窗口。由此，帶通濾波器106的輸出信號(f-fLO)與第二FSK信號的中心頻率相匹配，如圖3B所示的。
如上所述，即使f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV超過窗口寬度的上限電壓VH或下限電壓VL，本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO也受控制電壓發(fā)生器109的控制以便用窗口覆蓋f/v轉(zhuǎn)換器108的電壓VRCV幅度變化范圍。
此后，將用圖8標號202所示的情況作為示例描述本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO的收斂中時間。
如前所述，在使用平均或積分(見圖18B)的常規(guī)自動頻率控制中，要求對接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率的足夠長的時間來平均f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓。相反，在第一實施例的情況下，進行自動頻率控制而不平均f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓(見圖18A)。因此，與現(xiàn)有技術的情況相比收斂時間較短。
特別是，f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV輸入到控制電壓發(fā)生器109并隨后與窗口的上限電壓VH和下限電壓VL進行比較。如圖8所示，f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV等于或高于上限電壓VH并由此控制本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO，使輸出電壓VRCV落入該窗口。因此，與圖18B所示的處理過程相比，圖18A所示的處理過程被縮短而且本機振蕩器的收斂時間也被縮短。
下面進一步描述本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO的收斂時間。如上所述，本機振蕩頻率105的本機振蕩頻率fLO受控制電壓發(fā)生器109的電容20端子之間的電壓控制，并且能以如下所示表示控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓。
當假定電容20中的電荷量為Q，電容20的容量為C，并且電容20兩端的電壓為V時，則得到以下表達式(1)和(2)Q=CV ……(1)dQ/dt=C·dV/dt……(2)因此，為執(zhí)行一個符號的頻率牽引，有必要設定電容20和控制電壓發(fā)生器109的輸出電流以滿足以下表達式(3)至(5)，假定當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV的區(qū)域(圖8標號202的陰影部分)超出上限電壓VH時為S，輸出電壓VRCV的頻率為ff/v,f/v轉(zhuǎn)換器108的解調(diào)靈敏度為KD(=電壓變量/頻率變量)，和本機振蕩器105對于電容20兩端的電壓的調(diào)制靈敏度為1/KD1，它以控制電壓109的電壓變量除本機振蕩器105的頻率變量得到。
區(qū)域S≤1/(2f/v)·dv/dt·KD/KD1……(3)≤1/(2f/v)·1/C·dQ/dt·KD/KD1……(4)在這種情況下，為簡單起見假定輸出電流I為常數(shù)，得到以下表達式(5)區(qū)域S≤1/(2f/v)·1/C·I·KD/KD1 ……(5)區(qū)域S由應牽引1個符號的最大頻率漂移確定。
類似地，通過計算圖8中標號203的情況，得到以上表達式(5)。因此，通過確定電容20和控制電壓發(fā)生器109的輸出電流I以便滿足表達式(5)，有可能牽引本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO一個符號。
下面將描述控制電壓發(fā)生器109的電路的一個例子。
參照圖11，放大器18由差分晶體管對Q1和Q2及電流鏡象電路組成。晶體管Q1的基極輸入來自f/v轉(zhuǎn)換器108的電壓VRCV，和晶體管Q2的基極輸入來自窗口寬度設定電路110的上限電壓VH。放大器19由差分晶體管對Q3和Q4和電流鏡象電路組成。晶體管Q3的基極輸入來自f/v轉(zhuǎn)換器108的電壓VRCV，而晶體管Q4的基極輸入來自窗口寬度設定電路110的下限電壓VL。
晶體管Q1的集電極連接到晶體管Q5的基極，晶體管Q4的集電極連到晶體管Q6的基極。晶體管Q5和Q6的發(fā)射極連到電源線23。晶體管Q5的集電極連到晶體管Q7的集電極并且還連到電容20。晶體管Q6的集電極連至與晶體管Q7形成電流鏡象電路的晶體管Q8。
在電流I1流過晶體管Q5而電流I2流過晶體管Q7的情況下，電流I1和I2每個根據(jù)電壓VRCV是否落入上限電壓VH和下限電壓VL限定的窗口來改變。由于輸出電流I由I1-I2確定，則輸出電流I根據(jù)電壓VRCV是否落入圖7所示的窗口來改變。
第二個實施例然后，參照附圖描述本發(fā)明的第二實施例。圖9是表示第二實施例結構的電路圖。
參照圖9，窗口寬度設定電路110的結構與圖6的結構相同。雖然省略了窗口寬度設定電路110的描述，但控制電壓發(fā)生器109的結構不同于圖6的結構。即，在圖9中的控制電壓發(fā)生器的情況下，新加入了恒流源24和25并且比較器21和22用來替換VI放大器18和19。
比較器21的反相輸入端連到窗口寬度設定電路的恒流源13和電阻14之間的連接點上。比較器22的非反相輸入端連接到寬度設定電路110的電阻15和恒流源之間的連接點上。圖2所示的f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV加到比較器21的非反相輸入端和比較器22的反相輸入端。
比較器21的輸出端連接到恒流源24并且比較器22的輸出端連接到恒流源25。恒流源24和25在電源線23和地線之間串聯(lián)連接。
恒流源24和25之間的連接點通過電容20連接到地并還連接到本機振蕩器105。其它結構與圖6中相同。
根據(jù)以上結構，窗口寬度設定電路110輸出上限電壓VH和下限電壓VL，它們分別對應于相應于圖3B所示的第二FSK信號的中心頻率的電壓的正/負向漂移，類似于圖6的情況產(chǎn)生。
從f/v轉(zhuǎn)換器108提供的電壓VRCV施加到比較器21的非反相輸入端和比較器22的反相輸入端。當電壓VRCV高于上限電壓VH時，比較器21的輸出變?yōu)楦唠娖?此后稱為“H”)以便接通恒流源24。此外，隨著比較器22的輸出，比較器22的輸出變?yōu)椤癓”以便斷掉恒流源25。因此，輸出電流I從恒流源24流向電容20，電容20被充電以便上升到控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL和本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO。因此，帶通濾波器106的輸出信號頻率(f-fLO)被調(diào)整到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
此外，與上述相反，當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV低于下限電壓VL或更低時，比較器22變?yōu)椤癏”并因此恒流源25導通，并且比較器21的輸出變?yōu)榈妥兤?這里稱為“L”)以便斷開恒流源24。因此，電容20的電荷流向恒流25以便降低電容20兩端的電壓并依次降低控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL。由此，降低本機振蕩器105的本機振蕩率fLO并調(diào)整帶通濾波器106的輸出信號頻率(f-fLO)到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
圖9所示的第二實施例的操作與圖6的第一實施例的操作基本相同。
但是，如圖10所示，用于牽引f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV到窗口的輸入-輸出特性顯然與圖7的特性不同。因此，第二實施例的特征在于當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓從窗口偏移時，利用預定的恒定電流改變電容器20的電荷以便改變控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL。
第三個實施例參照圖12，第三個實施例不同于圖9的第二個實施例之處在于四個基準電壓從窗口寬度設定電路110中輸出。即，窗口寬度設定電路110由包括恒流源13，電阻26到29和恒流源16的一個串聯(lián)電路構成，它們在電源線12和地線之間串聯(lián)連接?；鶞孰妷篤REF施加到電阻27和28之間的連接點。
在窗口寬度設定電路110中，第一上限電壓VH1在電阻26和27之間的連接點產(chǎn)生。第二上限電壓在圖13所示的恒流源13和電阻26之間的連接點產(chǎn)生。第一下限電壓VL1在電阻28和29之間的連接點上產(chǎn)生。而第一下限電壓VL2(VL2＜VL1)在電阻29和恒流源16之間的連接點上產(chǎn)生。
在控制電壓發(fā)生器109中，提供4個比較器30到33和4個恒流源34到37。相應的比較器30-33輸入上述四個基準電壓VH2,VH1,VL1和VL2。特別是，比較器30的反相輸入端連到恒流源13和電阻26之間的連接點。比較器31的反相輸入端連到電阻26和27之間的連接點。比較器32的非反相輸入端連到電阻28和29之間的連接點。并且，比較器33的非反相輸入端連到電阻29和恒流源16之間的連接點。
f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV共同施加到比較器30和31的非反相輸入端和比較器32和33的反相輸入端。
恒流源34和35在電源線38和地線之間串聯(lián)連接。恒流源36與恒流源34并聯(lián)連接并且恒流源37與恒流源35并聯(lián)連接。
恒流源36利用比較器30的輸出來接通/關閉而恒流源34利用比較器31的輸出接通/關閉。恒流源35利用比較器32的輸出來接通/關閉。此外，恒流源37利用比較器33的輸出來接通/關閉。
恒流源34和35之間的連接點及恒流源36和37之間的連接點經(jīng)過電容20接地，并且控制電壓VCTRL加到本機振蕩器105。因此，控制電壓發(fā)生器109由比較器30到33，恒流源34到37和電容20構成。
下面描述第三個實施例的操作。f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV加到比較器30和31的非反相輸入端和比較器32和33的反相輸入端。
當輸出電壓VRCV高于第一上限電壓VH1時，比較器31的輸出變?yōu)椤癏”以便接通恒流源34，其它比較器30,32和33的輸出變?yōu)椤癓”，并且恒流源35到37關閉。因此，輸出電流I從恒流源34饋送給電容20，輸出電流I對電容20充電以升高控制電壓發(fā)生器109的電壓VCTRL和本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO，并調(diào)整帶通濾波器106的輸出信號(f-fLO)到第二FSK信號S2的合適的中心頻率。
當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓高VRCV于上限電壓VH2時，比較器30和31的輸出變?yōu)椤癏”而比較器32和33的輸出變?yōu)椤癓”。利用比較器30和31的輸出接通恒流源36和34并關閉恒流源36和37。當恒流源36和34接通時，高于合成電流的充電電流就從恒流源36和34饋送給電容20。因此，電容20的電壓即控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL迅速上升并且本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO也進一步上升以便調(diào)整帶通濾波器106的輸出信號頻率(f-fLO)到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV低于第一下限電壓VL1或第二下限電壓VL2時，比較器32或33變?yōu)椤癏”以便接通恒流源35或37并對電容20的電荷放電。結果，控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL降低到低于本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO。因此，帶通濾波器106的輸出信號頻率(f-fLO)被調(diào)整到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
圖12實施例的基本操作與圖9所示的第二實施例的操作完全相同。但是，輸出電壓VRCV和輸出電流I之間的關系不同于圖10所述的關系。
利用第三個實施例的結構，有可能實現(xiàn)本機振蕩器105的任何本機振蕩頻率的牽引特性。由于利用四個基準電壓，即第一與第二上限電壓VH1及VH2和第一與第二下限電壓VL1及VL2產(chǎn)生具有多個步長的窗口。
第四個實施例如圖14所示，第四個實施例類似于圖6所示的第一實施例。然而，第四實施例不同于第一實施例之處在于差分輸出VI放大器39和40用于控制電壓發(fā)生器109并且電容20以兩種充電方式充電。由于窗品寬度設定電路110的結構與圖6的結構相同，因此相同部分以相同標號表示并省略的說明。
在控制電壓發(fā)生器109中，差分輸出VI放大器39和40的一個輸出端彼此相連并且放大器39和40的另一個輸出端也彼此相連。電容41在一個輸出端和其它輸出端的連接點之間連接?；鶞孰妷?2被加到電容41的一個電極，而電容41的另一個電極連到本機振蕩器105。
下面描述第四個實施例的操作。f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV施加到VI放大器39的非反相輸入端和VI放大器40的反相輸入端。當輸出電壓VRCV高于窗口的上限電壓VH時，差分輸出VI放大器39接通。這導致電容41被VI放大器39的輸出電流B充電，如圖14所示的，并且電荷由VI放大器39的輸出電流A從電容41的另一端放電。
因此，控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL變得高于基準電壓42。因此，類似于圖6的第一實施例，本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO上升并且?guī)V波器106的輸出信號頻率(f-fLO)被調(diào)整到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
相反，當f/v轉(zhuǎn)換器108的輸出電壓VRCV低于窗口的下限電壓VL時，VI放大器40接通，電容41由VI放大器40的輸出電流B放電，電容41的另一端由VI放大器40的輸出電流A充電，并且控制電壓發(fā)生器109的輸出電壓VCTRL變?yōu)榈陀诨鶞孰妷?2。因此，本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO降低，并且?guī)V波器106的輸出信號(f-fLO)被調(diào)整到第二FSK信號S2的適當中心頻率。
第四實施例的基本操作與圖6第一實施例操作相同。但是，第四實施例不同于第一實施例之處在于輸出電流I對輸出電壓VRCV的曲線與I=0線對稱，如圖15所示。
因此，由于電容41被電流A和B二者充電，則與第一實施例的情況相比電容41的電荷迅速地消除。因此，有可能高速校正本機振蕩器105的本機振蕩頻率fLO。
此外，有可能利用圖9第二實施例描述的恒流源代替差分輸出放大器39和40。
上述圖6,9,12和14的實施例被應用到單超外差系統(tǒng)。但是，這些也可應用到雙超外差系統(tǒng)。
直接轉(zhuǎn)換接收機本發(fā)明能應用到直接轉(zhuǎn)換FSK接收機，下面將以使用WEAVER系統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)換FSK接收機為例進行詳細描述。
參照圖16,WEAVER接收機輸出第二FSK信號S2，由f/v轉(zhuǎn)換器108轉(zhuǎn)換成電壓VRCV，并且這個輸出電壓VRCV被加到控制電壓發(fā)生器109。f/v轉(zhuǎn)換器108，控制電壓發(fā)生器109和窗口寬度設定電路110與圖2的相同。
在WEAVER接收機中，具有以Cos(ω±Δω)t(Δω/2π的頻率漂移)表示的載頻的FSK信號由天線42接收，高頻放大器43放大，然后分離為兩個信號并分別輸入給混頻器44和45。
具有由第一本機振蕩器46產(chǎn)生的Sinωt的頻率fLO1的本機振蕩信號通過延遲90°的π/2相移器47輸入給混頻器44，但fLO1的本機振蕩信號直接輸入給混頻器45。
混頻器44將射頻FSK信號S1與延遲90°的本機振蕩信號混頻以便產(chǎn)生以Cos(ω±Δω)t·Cosωt表示的基帶I分量信號SI。通過低通濾波器48的基帶信號SI由放大器50放大然后以K[CosΔωt+1/3·Cos(3Δω)t+1/5·Cos(5Δω)t±…]表示的放大信號輸出到上變換器的混頻器52?；祛l器52將它與由第二本機振蕩器54產(chǎn)生的以Sinω2t表示的頻率fLO2的第二本機振蕩信號混頻以便將它從基帶頻率變換成中頻并輸出上變換信號給加法器56。
另一方面，混頻器45將射頻FSK信號S1與第一本機振蕩器46產(chǎn)生的第一本機振蕩信號混頻以便產(chǎn)生以Cos(ω±Δω)t·Sinωt表示基帶Q分量信號SO。通過低通濾波器49的基帶信號SQ由放大器51放大然后以K[±Sin(Δω)t±1/3Sin(3Δω)t±1/5·Sin(5Δω)t±…]表示的該放大信號輸出到上變頻器的混頻器53。混頻器53將它與π/2相移器55產(chǎn)生的90°延遲的第二本機振蕩信號Cosω2t混頻以將它從基帶頻率變換到中頻并輸出上變頻信號給加法器56。
加法器56產(chǎn)生以K[Sin(ω2±Δω)t±1/3·Sin3(ω2±Δω)t+1/5Sin5(ω2±Δω)t+…]表示的第二FSK信號S2并且該第二FSK信號S2輸入到f/v轉(zhuǎn)換器108。
如前所述，f/v轉(zhuǎn)換器108產(chǎn)生隨第二FSK信號S2的頻率改變的電壓VR CV。該電壓VRCV與上限電壓VH和下限電壓VL比較以便利用控制電壓發(fā)生器109產(chǎn)生頻率控制電壓VCTRL。在WEAVER接收機中，頻率控制電壓VCTRL加到第一本機振蕩器46，并且調(diào)整第一本地頻率fLO1以便變化的電壓VRCV落入由上限電壓VH和下限電壓VL定義的窗口，如前所述。
參照圖17A-17C，射頻FSK信號S1具有在f處的一個中心載頻并具有分別對應于“1”和“0”的兩個頻率分量。FSK信號S1由混頻器44和45解調(diào)以變換為具有基帶頻率的I和Q基帶信號SI和SQ。另外，I和Q基帶信號SI和SQ用混頻器52和53調(diào)制第二本機振蕩信號并轉(zhuǎn)換為第二FSK信號S2。第二FSK信號S2具有fLO2處的中心中頻頻率并且具有分別對應于“1”和“0”的兩個頻率分量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的自動頻率控制電路由f/v轉(zhuǎn)換器108轉(zhuǎn)換第二FSK信號S2為電壓VRCR?？刂票緳C振蕩頻率以便f/v轉(zhuǎn)換器的輸出電壓VRCV集中在窗口寬度，在該窗口中在對應于第二FSK信號中心頻率的基準電壓基礎上設定對應于正/負向頻率漂移的上限和下限電壓。因此，不必利用積分器或電壓平均裝置來輸出f/v轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，并因此有可能高速收斂本機振蕩器的本機振蕩頻率。另外，即使接收信號VRev不均勻地1和0交替，也可能執(zhí)行精確的AGC操作。
權利要求
1．用于控制設置在FSK(頻移鍵控)信號接收機中的本機振蕩器的振蕩頻率的一種自動頻率控制電路，包含一個轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換FSK信號的頻率為根據(jù)FSK信號的頻率改變的接收信號電壓；其特征在于一個窗口發(fā)生器，用于產(chǎn)生包括對應于FSK信號的中心頻率的基準電壓的一個電壓窗口；和一個控制器，用于根據(jù)接收信號電壓從電壓窗口的偏移來控制本機振蕩器的振蕩頻率以便接收的信號電壓落入該電壓窗口。
2．根據(jù)權利要求1的自動頻率控制電路，其中窗口發(fā)生器產(chǎn)生一個上限電壓和一個下限電壓，這些電壓定義具有在其中心的基準電壓的電壓窗口，其中上限電壓對應于對FSK信號中心頻率的正向頻率漂移，而下限電壓對應于對FSK信號中頻率的負向頻率漂移。
3．根據(jù)權利要求2的自動頻率控制電路，其中窗口發(fā)生器包含在第一恒流源，一個第一電阻，一個第二電阻，和一個第二恒流源的電源線和地線之間連接的一個串聯(lián)電路，其中基準電壓加到第一和第二電阻器的連接點，上限電壓在第一恒流源和第一電阻的連接點產(chǎn)生，而下限電壓在第二電阻和第二恒流源的連接點產(chǎn)生。
4．根據(jù)權利要求2或3的自動頻率控制電路，其中控制器包含一個第一轉(zhuǎn)換器，當接收信號電壓高于上限電壓時，轉(zhuǎn)換接收信號電壓和上限電壓之間的差為充電電流；一個第二轉(zhuǎn)換器，當接收信號電壓低于下限電壓時，轉(zhuǎn)換接收信號電壓和下限電壓之間的差為放電電流；和一個電容器，連接到第一和第二轉(zhuǎn)換器以便以充電電流充電和以放電電流放電，以產(chǎn)生輸出到本機振蕩器的頻率控制電壓。
5．根據(jù)權利要求2或3的自動頻率控制電路，其中控制器包含一個第一恒流源，當接收信號電壓高于上限電壓時產(chǎn)生充電電流；一個第二恒流源，當接收信號電壓低于下限電壓時產(chǎn)生放電電流；和一個電容器，連接到第一和第二恒流源的連接點，以便由充電電流充電和由放電電流放電，以產(chǎn)生輸出到本機振蕩器的頻率控制電壓。
6．根據(jù)權利要求2或3的自動頻率控制電路，其中控制器包含一個第一放大器，當接收信號電壓高于上限電壓時，根據(jù)接收信號電壓和上限電壓之間的差產(chǎn)生充電電流的差分對；一個第二放大器，當接收信號電壓低于下限電壓時，根據(jù)接收信號電壓和下限電壓之間的差產(chǎn)生放電電流的差分對；和一個電容器，連接到第一和第二放大器，以便由充電電流的差分對進行充電和由放電電流的差分對放電以產(chǎn)生輸出到本機振蕩器的頻率控制電壓。
7．根據(jù)權利要求1的自動頻率控制電路，其中窗口發(fā)生器產(chǎn)生一個第一上限電壓，高于該第一上限電壓的一個第二上限電壓，一個第一下降電壓和低于該第一下限電壓的一個第二下限電壓，該第一上限電壓和該第一下限電壓定義具有在其中心處的基準電壓的電壓窗口，其中該第一第二上限電壓對應于FSK信號中心頻率的正向頻率漂移，而第一和第二下限電壓對應于FSK信號中心頻率的負向漂移。
8．根據(jù)權利要求7的自動頻率控制電路，其中窗口發(fā)生器包含在一個第一恒流源，一個第一電阻，一個第二電阻，一個第三電阻，一個第四電阻和一個第二恒流源的電源線和地線之間連接的一個串聯(lián)電路，其中基準電壓加到第二和第三電阻的連接點，第一上限電壓在第一和第二電阻的連接點處產(chǎn)生，第二上限電壓在第一恒流源和該第一電阻的連接點上產(chǎn)生，該第一下限電壓在第三和第四電阻的連接點上產(chǎn)生，以及該第二下了限電壓在第二電阻器和第二恒流源的連接點上產(chǎn)生。
9．根據(jù)權利要求7或8的自動頻率控制電路，其中控制器包含一個第一恒流源，當接收信號電壓高于第二上限電壓時，用于產(chǎn)生第一充電電流；一個第二恒流源，當接收信號電壓高于第一上限電壓時，用于產(chǎn)生第二充電電流；一個第三恒流源，當接收信號電壓低于第一下限電壓時，用于產(chǎn)生第一放電電流；一個第四恒流源，當接收信號電壓低于第二下限電壓時，用于產(chǎn)生第二放電電流；和一個電容器，連接到第一和第四恒流源的第一連接點及第二和第三恒流源的第二連接點，以便由第一和第二充電電流充電并由第一和第二放電電流放電以產(chǎn)生輸出到本機振蕩器的頻率控制電壓。
10．根據(jù)權利要求1,2,7，和8的任何一個權利要求的自動頻率控制電路，其中FSK信號接收機是超外差接收機。
11．根據(jù)權利要求10的自動頻率控制電路，其中超外差接收機包含一個頻率轉(zhuǎn)換器，用于通過將射頻FSK信號與本機振蕩器產(chǎn)生的本機振蕩信號混頻來轉(zhuǎn)換射頻FSK信號為FSK信號。
12．根據(jù)權利要求1,2,7和8的任何一個權利要求的自動頻率控制電路，其中FSK信號接收機是直接轉(zhuǎn)換接收機。
13．根據(jù)權利要求12的自動頻率控制電路，其中該直接轉(zhuǎn)換接收機包含一個正交檢測器，用于利用混合射頻FSK信號與本機振蕩器產(chǎn)生的本機振蕩信號和從該本機振蕩信號中產(chǎn)生的π/2相移本機振蕩信號來檢測來自射頻FSK信號的正交基帶信號；和一個上變換器，用于轉(zhuǎn)換該正交基帶信號為FSK信號。
14．根據(jù)權利要求1,2,7和8的任何一個權利要求的自動頻率控制電路，其中控制器連續(xù)地改變本機振蕩器的振蕩頻率。
15．根據(jù)權利要求1,2,7和8的任何一個權利要求的自動頻率控制電路，其中控制器離散地改變本機振蕩器的振蕩頻率。
16．用于控制在FSK(頻移鍵控)信號接收機中提供的本機振蕩器的振蕩頻率的自動頻率控制方法，包含步驟(a)轉(zhuǎn)換FSK信號的頻率為根據(jù)FSK信號頻率改變的接收信號電壓；其特征在于包括步驟(b)產(chǎn)生包含對應于FSK信號的中心頻率的基準電壓的一個電壓窗口；和(c)根據(jù)接收信號從電壓窗口的偏移來控制本機振蕩器的振蕩信號以使接收信號電壓落入電壓窗口。
17．根據(jù)權利要求16的自動頻率控制方法，其中在步驟(b)，產(chǎn)生上限電壓和下降電壓，它們定義具有在其中心處的基準電壓的電壓窗口，其中上限電壓對應于FSK信號中心頻率的正向頻率漂移而下限電壓對應于其負向頻率漂移。
18．根據(jù)權利要求17的自動頻率控制方法，其中在步驟(b)包含步驟通過在第一恒流源、第一電阻、第二電阻和第二恒流源的電源線與地線之間連接的一個串聯(lián)電路流通電流；施加基準電壓給第一和第二電阻的連接點；在第一恒流源和第一電阻的連接點上產(chǎn)生上限電壓；和在第二電阻和第二恒流源的連接點上產(chǎn)生下限電壓。
19．根據(jù)權利要求17或18的自動頻率控制方法，其中步驟(c)包括步驟當接收信號電壓高于上了限電壓時，轉(zhuǎn)換接收信號電壓和上限電壓之間的差為充電電流；當接收信號電壓低于下限電壓時，轉(zhuǎn)換接收信號電壓和下限電壓之間的差為放電電流；和通過用充電電流給電容器充電和用放電電流給電容器放電產(chǎn)生頻率控制電壓以便輸出給本機振蕩器。
20．根據(jù)權利要求17或18的自動頻率控制方法，其中步驟(c)包含步驟當接收信號電壓高于上限電壓時產(chǎn)生充電電流；當接收信號電壓低于下限電壓時產(chǎn)生放電電流；和通過用充電電流給電容器充電和用放電電流給電容器放電產(chǎn)生頻率控制電壓以便輸出給本機振蕩器。
21．根據(jù)權利要求17或18的自動頻率控制方法，其中步驟(c)包括步驟當接收信號電壓高于上限電壓時，根據(jù)接收信號電壓和上限電壓之間的差產(chǎn)生充電電流差分對；當接收信號電壓低于下限電壓時，根據(jù)接收信號電壓和下限電壓之間的差產(chǎn)生放電電流差分對；和通過用充電電流差分對給電容器充電和用放電電流差分對給電容器放電產(chǎn)生頻率控制電壓以便輸出到本機振蕩器。
22．根據(jù)權利要求16的自動頻率控制方法，其中在步驟(b)，產(chǎn)生第一上限電壓，高于該第一上限電壓的第二上限電壓，第一下限電壓和低于該第一下限電壓的第二下限電壓，該第一上限電壓和第一下限電壓定義具有在其中心處的基準電壓的電壓窗口，其中第一和第二上限電壓對應于FSK信號中心頻率的正向頻率漂移，而第一和第二下限電壓對應于其負向頻率漂移。
23．根據(jù)權利要求22的自動頻率控制方法，其中步驟(b)包括步驟通過在第一恒流源、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第二恒流源的電源線和地線之間連接的一個串聯(lián)電路流通電流；施加基準電壓給第二和第三電阻的連接點；在第一和第二電阻的連接點上產(chǎn)生第一上限電壓；在第一恒流源和第一電阻的連接點上產(chǎn)生第二上上限電壓；在第三和第四電阻的連接點上產(chǎn)生第一下限電壓；和在第二電阻和第二恒流源的連接點上產(chǎn)生第二下了限電壓。
24．根據(jù)權利要求22或23的自動頻率控制方法，其中步驟(c)包括步驟當接收信號電壓高于第二上限電壓時產(chǎn)生第一充電電流；當接收信號電壓高于第一上限電壓時產(chǎn)生第二充電電流；當接收信號電壓低于第一下限電壓時產(chǎn)生第一放電電流；當接收信號電壓低于第二下限電壓時產(chǎn)生第二放電電流；和通過用第一和第二充電電流給電容器充電和用第一和第二放電電流給電容器放電產(chǎn)生頻率控制電壓以便輸出到本機振蕩器。
全文摘要
公開了用于控制本機振蕩器的振蕩頻率的一個AFC電路。f/v轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換FSK信號頻率為根據(jù)FSK信號頻率改變的接收信號電壓。窗口發(fā)生器產(chǎn)生包括對應于FSK信號中心頻率的基準電壓的一個電壓窗口。本機振蕩器的振蕩器頻率根據(jù)接收信號電壓從電壓窗口的偏移進行控制使得接收信號電壓落入該電壓窗口。
文檔編號H04L27/144GK1230836SQ9812699
公開日1999年10月6日 申請日期1998年12月12日 優(yōu)先權日1997年12月12日
發(fā)明者佐佐木輝夫 申請人:日本電氣株式會社