一种无晶体振荡器的无线接收器

摘要

一种无晶体振荡器的无线接收器，包括前端滤波器、低噪声放大器和、混频器和、中频滤波器和、90°移相网络、鉴频器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器、信号解调电路和锁定检测电路内部集成采用由频率减法器，压控振荡器和频率电压转换电路组成的反馈回路来取代外部晶体振荡器，压控振荡器输出频率能够很好的跟随输入参考频率，以提供一个高精度的本地振荡频率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线接收器，特别指的是一种集成内部参考时钟及时钟自动校准的无需外部晶体振荡器的无线接收器。

背景技术

现有的无线通信系统需要一个独立的晶体振荡器为发射器和接收器提供一个精确的用于频率和时钟同步的参考频率。但是，晶体振荡器的应用存在占用面积大，成本高等缺点。如图1，无线通信系统由无线发射器102与无线接收器103构成，无线发射器102与无线接收器103需要工作在严格相同的参考时钟频率下，以确保数据的正确发送和接收，系统的参考时钟频率受外部制造工艺、工作电压和温度等因素的影响必须很小。当前的无线通信系统通常采用晶体振荡器101和104以提供精确的参考频率。图中101和104具有相同的时钟频率。晶体振荡器101和104的物理特性能够提供一个稳定的频率，典型的频率误差＜20ppm。但是，晶体振荡器本身高昂的成本、较大的外形尺寸以及带来额外的硬件和安装工艺成本，促使我们寻找新的无需晶体振荡器的技术。

目前，存在相关的无晶体振荡器技术只是通过改善内部振荡器来实现的，这些技术只能将频率误差控制在一定的误差范围内，且不具有自动跟踪校准功能。这样的频率误差范围仅适用于某些对频率要求不严格的相关应用中，远不能满足无线通信系统对频率误差的要求。

发明内容

为了解决以上技术中存在的问题本发明提出了以下技术解决方案。

如图2所示，本发明内部集成采用由频率减法器202，压控振荡器204和频率电压转换电路205组成的反馈回路来取代外部晶体振荡器，压控振荡器204输出频率能够很好的跟随输入参考频率，以提供一个高精度的本地振荡频率。当输入参考频率发生变化时，频率减法器202输出频差也将跟随变化，频率电压转换电路205输出的控制电压也将跟随变化，变化的控制电压控制压控振荡器204的输出频率变化，使204的输出频率跟随输入参考频率变化。通过这样的机理，可以实现将频率减法器202输出的频率有效的控制在解调电路的带宽以内，始终保证电路能够正常的解调。

如图2所示，无晶体振荡器的无线接收器接收到由外部无线发射设备发射的无线电信号，通过内部滤波器201的滤波处理，接收器选择出所需要的参考信号频率，频率减法器202将参考信号频率与压控振荡器204的输出频率进行减法运算，输出信号频率为两个信号的差值，频率电压转换电路205将频率减法器202的输出信号的频率量转化成与之成正比的电压量输出，采用这个电压去控制压控振荡器204。若频率减法器202输出误差频率过大，以至于信号解调电路不能正常解调，则频率电压转换电路205将输出一个与之成正比的电压，控制压控振荡器204输出频率变化以逼近参考信号频率，直到参考信号频率与压控振荡器的频率误差在解调电路的带宽之内，保证解调电路能够正常解调。

如图3所示，无晶体振荡器的无线接收器包括前端滤波器301、低噪声放大器302和303、混频器304和305、中频滤波器306和307、90°移相网络308、鉴频器309、电荷泵310、滤波电容311、压控振荡器312、信号解调电路313和锁定检测电路314，其中，混频器304和305、中频滤波器306和307的等效图为图2中的频率减法器202；鉴频器309、电荷泵310、滤波电容311的等效图为图2中频率电压转换电路205。

无晶体振荡器的无线接收器接收到由外部无线发射设备发射的无线电信号，通过内部滤波器301的滤波处理，接收器选择出所需要的参考信号频率Fref。参考信号通过低噪声放大器302和303放大。参考信号频率Fref与压控振荡器输出频率Fvco共同经过混频器304和305和中频滤波器306和307，中频滤波器输出信号频率等于参考信号与压控振荡器输出信号的差值Fref-Fvco。中频滤波器306和307输出信号频率Fref-Fvco，经过鉴频器309，电荷泵310和滤波电容311，滤波电容311输出电压Vcp与频差Fref-Fvco成正比。滤波电容311输出电压Vcp控制压控振荡器312的输出频率Fvco。其中，90°移相网络308将压控振荡器312产生出来的一路信号转换成两路正交信号，从而反馈回混频器304和305。当|Fref-Fvco|大于系统所设定的误差频率Ferror时，由混频器304和305，中频滤波器306和307，鉴频器309，电荷泵310，滤波电容311，压控振荡器304、305以及90°移相网络308组成的负反馈环路将通过负反馈减小|Fref-Fvco|，以使得|Fref-Fvco|小于系统所设定的误差频率Ferror。锁定检测电路314用于检测判断|Fref-Fvco|的值是否小于Ferror的值，若|Fref-Fvco|大于Ferror，则锁定检测电路314输出低电平；若|Fref-Fvco|小于Ferror，则锁定检测电路314输出高电平，表示压控振荡器304输出频率已经跟踪锁定了输入参考信号频率。信号解调电路313能够解调出正确的接收数据。

如图4所示，锁定检测电路包括分频器401、计数器402和403、门电路404和输出锁存器405。分频器401将图3中的压控振荡器304输出频率Fvco进行一定的分频处理，产生一个较低的参考频率Fdiv，送到计数器402；同时将图3中中频滤波器306或307的输出误差频率信号|Fref-Fvco|送到计数器403。计数器402和403的内部结构相同，对输入信号的上升沿进行相同数量的计数，计数完成输出高电平。清零信号端输入高电平用于对计数器实现清零处理，清零完成后，计数器从零开始从新计数，输出端保持低电平，直到下一次数据计满为止。计数器402和403同时对频率信号Fdiv和|Fref-Fvco|进行计数，对到其中频率较高的信号计数完成时，计数器优先输出高电平，另一个计数器由于数据未计满，依然保持低电平。两个计数器的输出送到或门电路404，或门电路404输出高电平，将两个计数器同时清零，开始下一个周期的计数。同时，两个计数器的输出状态送到锁存器405，锁存器405将计数器的输出状态锁存起来，锁存器405的输出状态反映了信号Fdiv和|Fref-Fvco|频率的大小。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有的通信系统示意图。

图2是无晶体振荡器的无线接收器简单原理图。

图3是无晶体振荡器的无线接收器详细的工作原理图。

图4是内部时钟频率与外部参考时钟频率跟踪锁定检测电路原理图。

具体实施方式

如图3所示，本发明由前端滤波器301，低噪声放大器302和303，混频器304、305，中频滤波器306、307，90°移相网络308，鉴频器309，电荷泵310，滤波电容311，压控振荡器312，信号解调电路313和锁定检测电路314组成。初始状态下，压控振荡器312的输入电压Vcp被设置为一个初始值Vref，输出信号频率为Fvco。压控振荡器312输出频率与输入电压Vcp成正比。外部天线接收到无线电信号以后，通过前端的高频滤波器301滤波和低噪声放大器302、303放大处理以后，产生出一个能为后端电路处理的参考信号，假设参考信号频率为Fref。压控振荡器312的输出信号Fvco通过0移相网络308产生两路正交信号，FvcoI和FvcoQ。FvcoI、FvcoQ与Fvco频率相同，相位相差90°。混频器304，305将信号参考信号与压控振荡器输出信号进行乘法运算，混频器304产生的输出信号频率为Fref-FvcoQ和Fref+FvcoQ，混频器305产生的输出信号频率为Fref-FvcoI和Fref+FvcoI。混频器304、305的输出信号经过中频滤波器306、307，滤波器为低通滤波器，中频滤波器306输出信号频率Fref-FvcoQ，中频滤波器307输出信号频率Fref-FvcoI。若Fvco低于Fref，鉴频器309输出高电平，此高电平信号控制电荷泵310以恒定电流Icp向电容311进行充电。电容311上的电压Vcp逐渐升高，控制压控振荡器312的输出频率Fvco增加，直到Fvco接近Fref，|Fref-Fvco|小于系统设定的最小误差频率Ferror为止。同理，若Fvco高于Fref，鉴频器309输出低电平，此低电平信号控制电荷泵310以恒定电流Icp向电容311进行放电。电容311上的电压Vcp逐渐降低，控制压控振荡器312的输出频率Fvco减小，直到Fvco接近Fref，|Fref-Fvco|小于系统设定的最小误差频率Ferror为止。当|Fref-Fvco|小于Ferror时，锁定检测电路314输出高电平(其他情况下输出为低电平)，表示压控振荡器304输出频率已经跟踪锁定了输入参考信号频率。信号解调电路313能够解调出正确的接收数据。