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Dokumentenidentifikation EP1063768 01.02.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 1063768
Titel FM Demodulator
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Puma, Li, Guiseppe, 44791 Bochum, DE
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 25.05.2000
EP-Aktenzeichen 001112853
EP-Offenlegungsdatum 27.12.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.02.2001
IPC-Hauptklasse H03D 3/06

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Koinzidenz-Demodulator für FM-modulierte Signale, einen DECT-Empfänger, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Koinzidenz-Demodulators für FM-modulierte Signale sowie die Anwendung eines solchen Verfahrens.

Eine Möglichkeit der FM-Demodulation ist die FM-PDM (Pulsdauermodulation)-Wandlung. Eine entsprechende Schaltungsanordnung wird als Koinzidenz-Demodulator oder auch Quadraturdemodulator bezeichnet. Eine derartige Demodulation ist beispielsweise dargestellt in Rudolf Maeusl, analoge Modulationsverfahren, Huetig Verlag, 1992.

Bei der Koinzidenz-Demodulation wird das zu demodulierende frequenzmodulierte Signal auf zwei Pfade aufgeteilt und einmal direkt und zum anderen über ein frequenzabhängiges Phasendrehglied, das bei der Trägermittenfrequenz eine Phasendrehung um 90° ausführt, auf einen Mulitiplizierer (Mischer) gegeben. Nachdem die Amplitude des Modulationsprodukts direkt in das demodulierte Signal eingeht, ist eine der Demodulation vorangehende Amplitudenbegrenzung erforderlich. Durch eine starke Amplitudenbegrenzung, die zweckmäßigerweise auf die beiden am Mischer anliegenden Signale wirkt, geht die Funktion des analogen Multiplizierers in die eines digitalen Multiplizierers über.

Die Linearität der FM-Demodulation wird bestimmt von der Frequenzabhängigkeit der Phasenverschiebung in dem Phasendrehglied. Einen linearen Zusammenhang erhält man mittels einer Laufzeitleitung in Form eines (idealen) Tiefpassfilters, das unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Weniger aufwendig ist die Ausführung eines Phasendrehglieds durch einen Schwingkreis, der in der Umgebung der Resonanzfrequenz näherungsweise linear ist. Der lineare ausnutzbare Bereich wird größer mit niedriger Kreisgüte Q.

Figur 4 zeigt die Prinzipschaltung eines Koinzidenz-Demodulators mit einem Schwingkreis als Phasenschieber. Dieser in Figur 4 gezeigte Koinzidenz-Demodulator weist einen Amplitudenbegrenzer 8, einen externen Schwingkreis 20, einen Mischer 9 sowie ein Tiefpassfilter 10 am Ausgang des Mischers 9 auf. Unter der Annahme, daß den Mulitiplizierer mit u1 (t) eine auf die Amplitude begrenzte rechteckförmige Spannung zugeführt wird, deren Amplitude keinen Einfluß mehr auf die Ausgangsspannung haben soll, erhält man für die Ausgangsspannung des Multiplizierers (Mischers) 9 einen von der Amplitude und Phasenlage der Spannung u2(t) abhängigen zeitlichen Verlauf. Der nach Integration gewonnene Mittelwert ist somit abhängig von der Phasenverschiebung der beiden Spannungen u1(t) und u2(t) zueinander und damit auch abhängig von der Momentanfrequenz fFM(t).

Der Name "Koinzidenz-Demodulator" leitet sich ab von dem "Zusammentreffen" oder gleichzeitigem Anliegen von den gleichsinnigen positiven oder negativen Halbwellen der Spannungen u1(t) und u2(t) an die Multiplizierer, wobei das Ergebnis als Produkt der Spannungen von deren Phasenzuordnung abhängig ist. Ein anderer Name, "Quadraturdemodulator", nimmt Bezug auf die bei der Trägermittenfrequenz um 90° zueinander versetzten, also in "Quadratur" zustehenden Spannungen.

Aufgrund von Toleranzen der Bauelemente muß der Schwingkreis 20 genau auf die Trägerfrequenz des zugeführten, frequenzmodulierten Signals abgestimmt werden. Eine solche Abstimmung kann z.B. durch mechanische Justierung des Schwingkreises (einstellbarer Kondensator) oder durch Laserbearbeitung von Kondensatoren erfolgen.

In der US 4 342 000 ist ein Quadraturdemodulator gezeigt, bei dem die Phasenverschiebung zwischen den einem Mischer zuzuführenden Signalen durch ein Tiefpassfilter erzeugt wird, dessen Güte variierbar ist. Das Filter enthält zwei antiparallel geschaltete Dioden, deren Widerstand sich signalabhängig verändert. Nachteilig ist, daß eine Einstellung der Güte des Demodulators in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Empfangsgeräts nicht erfolgen kann.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Technik bereitzustellen, die die Kalibrierung, d.h. die Einstellung der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators auf die Trägerfrequenz, präzisiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also ein Koinzidenz-Demodulator für FM-modulierte Signale vorgesehen. Der Koinzidenz-Demodulator weist einen Mischer (Multiplizierer) auf, der ein zu demodulierendes (FM-moduliertes) Signal mit einem frequenzabhängig phasenverschobenen Zweig des zu demodulierenden Signal multipliziert. Durch einen Schwingkreis erfolgt dabei die frequenzabhängige Phasenverschiebung. Die Güte Q des Schwingkreises ist dabei einstellbar. Die Einstellung der Güte des Schwingkreises wird durch eine Steuerspannung von einem Basisbandblock gesteuert.

Durch Einstellen der Güte des Schwingkreises kann somit die Kennlinie des Demodulators, genauer gesagt die Breite des Bereichs um die Mittenfrequenz des Demodulators herum, verändert werden. Bei kleinerer Güte ist die Phasensteilheit der Kennlinie in dem linearen Bereich niedriger (der Demodulator somit weniger sensitiv), aber dafür die Breite des linearen Bereichs um die Mittenfrequenz des Demodulators herum größer. Somit kann bei einem Kalibriervorgang besser gewährleistet werden, daß auch bei einem größeren Offset beispielsweise der Trägerfrequenz des Senders bezüglich der Mittenfrequenz des Demodulators sich die versetzte Trägerfrequenz im linearen Bereich des Demodulators befindet und somit gezielt ein Kalibrierungsvorgang, d.h. die Einstellung der Mittenfrequenz des Demodulators durch Veränderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ausgeführt werden kann.

Die Einstellung der Güte des Schwingkreises kann durch Steuerung eines Widerstandswerts eines Widerstands des Schwingkreise erfolgen.

Die Einstellung der Güte des Schwingkreises kann durch Ein/Ausschalten eines Transistors erfolgen, der parallel zu einem Kondensator und einer Induktivität des Schwingkreises geschaltet ist.

Die Einstellung der Güte des Schwingkreises kann durch Ein/Ausschalten wenigstens eines Transistors erfolgen, der gegen Masse geschaltet ist.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin ein DECT-Empfänger vorgesehen, der einen Koinzidenz-Demodulator wie oben ausgeführt, aufweist.

Dabei kann der steuerbare Widerstand zusammen mit dem Mischer auf einem Chip als Baustein integriert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Kalibrierung eines Koinzidenz-Demodulators für FM-modulierte Signale vorgesehen. Die Kalibrierung erfolgt durch Justierung der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators zur Verringerung einer Offset-Spannung am Ausgang des Koinzidenz-Demodulators. Dabei wird während der Kalibrierung die Güte des Schwingkreises verringert, um die Breite des Linearbereichs des Demodulators zu vergrößern.

Die Verringerung der Güte des Schwingkreise kann durch Schalten eines Transistors in seinem leitfähigen Zustand erfolgen, wobei der Transistor parallel zu einem Kondensator und einer Induktivität des Schwingkreises geschaltet ist.

Die Verringerung der Güte des Schwingkreise kann auch durch Schalten wenigstens eines Transistors erfolgen, wobei der Transistor gegen Masse geschaltet ist.

Die Kalibrierung kann insbesondere während eines Zeitschlitzes in einem Zeitmultiplex-System (beispielsweise dem DECT-Standard) erfolgen, während dem keine modulierten Daten übertragen werden. Derartige Zeitschlitze werden auch "blind slots" genannt.

Die Erfindung betrifft die Anwendung des oben genannten Verfahrens auf die Kalibrierung eines Koinzidenz-Demodulators für eine Übertragung gemäß dem DECT-Standard.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und bezugnehmend auf die begleitenden Figuren der Zeichnungen näher ersichtlich.

  • Fig. 1 zeigt einen Empfängerzweig mit einem Koinzidenz-Demodulator,
  • Fig. 2a zeigt einen Koinzidenz-Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 2b zeigt einen Ausschnitt von Fig. 2a gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • Fig. 3 zeigt die einstellbare Kennlinie eines erfindungsgemäßen Koinzidenz-Demodulators, und
  • Fig. 4 zeigt eine allgemeine aus dem Stand der Technik bekannte Darstellung eines Koinzidenz-Demodulators.

Bezugnehmend auf Fig. 1 soll zuerst ein Empfängerzweig beispielsweise eines DECT-Bausteins beschrieben werden. Ein Signal, das von einer Antenne 1 empfangen wird, wird durch ein Filter 2 zu einer Sende/Empfangsweiche 3 gegeben. Das Signal wird nach einer Verstärkung 4 und einer weiteren Filterung 5 als Hochfrequenzsignal zu einem Mischer 6, der das empfangene Signal mit dem Signal von einem Lokaloszilator 21 auf eine Zwischenfrequenz IF heruntersetzt. Nach einer weiteren Filterung 7 wird das Zwischenfrequenzsignal IF einem Amplitudenbegrenzer 8 zugeführt. Der externe, parallel zu dem Amplitudenbegrenzer 8 geschaltete Resonanzkreis 22 unterdrückt Breitbandrauschen, um die Sensitivität des Empfängers zu verbessern. An dem Amplitudenbegrenzer 8 kann darüber hinaus ein RSSI (radio signal strength indicator)-Signal 14 abgenommen werden.

Das amplitudenbegrenzte Signal von dem Amplitudenbegrenzer 8 wird schließlich dem Koinzidenz-Demodulator 9 zugeführt. Das Ausgangssignal des Koinzidenz-Demodulators 9 wird gefiltert 10 und dann einem Komparator 12 zugeführt, der es mit einer Referenzspannung 11 vergleicht. Der Komparator 12 schaltet somit zwischen zwei Zuständen hin- und her und gibt dieses digitalisierte Ausgangssignal, daß die demodulierte Information darstellt, zu einem Basisbandblock 13. Der Basisbandblock 13 ist dem Demodulator also nachgeschaltet.

Während einer Kalibrierung, d.h. einer Einstellung der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators 9 auf die tatsächliche Trägerfrequenz, die von einem Sender verwendet wird, wird dem Koinzidenz-Demodulator 9 ein unmoduliertes, d.h. ein nicht FM-moduliertes Signal zugeführt. In diesem Zustand sollte das Ausgangssignal des Koinzidenz-Demodulators nach der Integration 10 möglichst 0 betragen. Eine Kalibriereinheit 19 im Basisbandblock 13 erfaßt das integrierte Ausgangssignal des Koinzidenz-Demodulators 9 und verändert dann die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 20 derart, daß das integrierte Ausgangssignal auf 0 gezogen wird. Die Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises 20 kann beispielsweise durch Einstellen eines Kondensators wie in Figur 1 angedeutet oder aber auch durch Laserbearbeitung einer Kapazität erfolgen (einmalig nach der Fertigung des Koinzidenz-Demodulators 9.

Wie bereits gesagt, kann die Trägerfrequenz eines Senders bezüglich der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators 9 einen Offset aufweisen, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Die Mittenfrequenz fZF ist dabei die Frequenz, bei der das Ausgangssignal der Referenzspannung VREF entspricht. Wenn nunmehr das die Trägerfrequenz des den Koinzidenz-Demodulators 9 eingegebenen HF-Signals gleich fTR ist, wie in Figur 3 gezeigt ist, kann wie dargestellt der Fall auftreten, daß dieser Offset so groß ist, daß die Trägerfrequenz fTR außerhalb des Linearitätsbereichs des Koinzidenz-Demodulators 9 ist auch für den Fall der Kennlinie a.

Außerhalb des Linearitätsbereichs ist indessen der Kalibriervorgang kaum möglich, da ja eine Verschiebung der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators 9 um einen gewissen Differenzwert für diesen genannten Fall keine Änderung der Ausgangsspannung bewirkt.

Erfindungsgemäß wird daher bei der Kalibrierung die Kennlinie des Koinzidenz-Demodulators 9 derart geändert, daß der Linearitätsbereich des Koinzidenz-Demodulators 9 vergrößert wird. Das kann wie in Figur 3 dargestellt durch Umschalten auf eine "flachere" Kennlinie b erfolgen. Zur Veränderung der Demodulatorkennlinie wird gemäß der Erfindung die Güte Q des Schwingkreises 20 verringert. Dabei gilt folgender Zusammenhang: S= 2*Q / (f0), wobei S die Phasensteilheit der Übertragungskennlinie, f0 die Resonanzfrequenz des Schwingkreises (im wesentlichen gleich der Zwischenfrequenz fZF des Koinzidenz-Demodulators) und Q die Güte des Schwingkreises ist.

Figur 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel zur gesteuerten Veränderung, d.h. zur Einstellung der Güte Q des Schwingkreises 20. Der Schwingkreis weist dabei einen Kondensator CP, eine Induktivität LP und ein Widerstand RP auf. Dieser eigentliche Schwingkreis 20 befindet sich bei der Implementierung außerhalb eines integrierten Chips und ist über Anschlußpins 18 mit dem Chip verbunden, auf dem beispielsweise der Mischer 15 integriert ist.

Zur Veränderung der Güte Q des Schwingkreises 20 ist ein MOS-Transistor 17 vorgesehen, dessen Steuerspannung beispielsweise vom Basisbandblock 13 zugeführt wird. Durch Ein-und Ausschalten des MOS-Transistors kann somit die Güte Q des Schwingkreises verändert werden.

Figur 2b zeigt ein Detail von Figur 2a gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist wenigstens ein bspw. vom Basisbandblock 13 angesteuerter Transistor 17', 17'' gegen Masse geschaltet. Im dargestellten Beispiel sind zwei gegen Masse geschaltete Transistoren 17', 17'' gezeigt, die jeweils zur Änderung der Güte Q des Schwingkreises 20 geschaltet werden. Alternativ kann auch nur ein geschalteter Transistor vorgesehen sein, der gegen Masse geschaltet ist.

Bezugnehmend nochmals auf Figur 3 wird beispielsweise die Kennlinie a für den Fall erhalten, daß der MOS-Transistor 17 ausgeschaltet ist, und die Kennlinie b, falls der MOS-Transistor 17 eingeschaltet ist. Allgemein wird also die Güte Q des Schwingkreises 20 durch Veränderung eines Widerstandswerts verändert.

Der Kalibrierungsvorgang kann vorteilhafterweise für den Fall von Übertragung in Systemen mit Zeitschlitzen (wie es beispielsweise bei dem DECT-Standard der Fall ist) während der sogenannten "blind slots" erfolgen, während der keine FM-modulierte Information übertragen wird. Der Basisbandblock 13, dem die zeitliche Lage der "blind slots" bekannt ist, kann somit vorteilhafterweise auch das die Veränderung der Kennlinie des Koinzidenz-Demodulators zur Ausführung der Kalibrierung während der "blind slots" durchführen.

Bezugszeichenliste

1.
Antenne
2.
Sende/Empfangs-Filter
3.
Sende/Empfangs-Weiche
4.
LNA-Verstärker
5.
HF-Filter
6.
Mischer
7.
IF-Filter
8.
Amplitudenbegrenzer
9.
Koinzidenz-Demodulator
10.
Filter
11.
Referenzspannung
12.
Komparator
13.
Basisbandblock
14.
RSSI-Signal
15.
Multiplizierer
16.
Koppelkondensator
17.
MOS-Transistor
17'.
Transistor gegen Masse (geschaltet)
17''.
Transistor gegen Masse (geschaltet)
18.
Pin
19.
Kalibriereinheit
20.
Schwingkreis
21.
Lokaloszilator
22.
Schwingkreis des Amplitudenbegrenzers


Anspruch[de]
  1. Koinzidenz-Demodulator für FM-modulierte Signale, aufweisend einen Mischer (15), der ein zu demodulierendes Signal mit einem frequenzabhängig phasenverschobenen Zweig des zu demodulierenden Signals mischt, wobei die frequenzabhängige Phasenverschiebung durch einen Schwingkreis (20) erfolgt, dessen Güte einstellbar ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einstellung der Güte des Schwingkreises (20) von einem dem Demodulator nachgeschalteten Basisbandblock (13) gesteuert wird.
  2. Koinzidenz-Demodulator nach Anspruch 1,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einstellung der Güte des Schwingkreises (20) durch Steuerung eines Widerstandswerts eines Widerstands (17, Rp) des Schwingkreises (20) erfolgt.
  3. Koinzidenz-Demodulator nach Anspruch 1 oder 2,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einstellung der Güte des Schwingkreises (20) durch Ein-/Ausschalten eines Transistors (17) erfolgt, der parallel zu einem Kondensator (Cp) und einer Induktivität (Lp) geschaltet ist.
  4. Koinzidenz-Demodulator nach Anspruch 1 oder 2,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Einstellung der Güte des Schwingkreises (20) durch Ein-/Ausschalten wenigstens eines Transistors (17', 17'') erfolgt, der gegen Masse geschaltet ist.
  5. DECT-Empfänger,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß er einen Koinzidenz-Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
  6. DECT-Empfänger nach Anspruch 5,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß der steuerbare Widerstand (17) zusammen mit dem Mischer (15) auf einem Chip integriert ist.
  7. Verfahren zur Kalibrierung eines Koinzidenz-Demodulators für FM-modulierte Signale,

    wobei der Koinzidenz-Demodulator einen Mischer (15) aufweist, der ein zu demodulierendes Signal mit einem frequenzabhängig phasenverschobenen Zweig des zu demodulierenden Signals mischt, wobei die frequenzabhängige Phasenverschiebung durch einen Schwingkreis (20) erfolgt,

    wobei die Kalibrierung durch Justierung der Mittenfrequenz des Koinzidenz-Demodulators (9) zur Verringerung einer Offset-Spannung am Ausgang des Koinzidenz-Demodulators (9) erfolgt,

    gekennzeichnet durch den Schritt der
    • Verringerung der Güte des Schwingkreis (20) vor der Kalibrierung.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Verringerung der Güte des Schwingkreises (20) durch Veränderung eines Widerstandswerts eines Widerstands (17, Rp) des Schwingkreises (20) erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Verringerung der Güte des Schwingkreises (20) durch Schalten eines Transistors (17) in seinen leitfähigen Zustand erfolgt, wobei der Transistor (17) parallel zu einem Kondensator (Cp) und einer Induktivität (Lp) geschaltet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Verringerung der Güte des Schwingkreises (20) durch Schalten wenigstens eines Transistors (17', 17'') erfolgt, der gegen Masse geschaltet ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Kalibrierung während eines Zeitschlitzes in einem Zeitmultiplex-System erfolgt, während dem keine modulierten Daten übertragen werden.
  12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 11 auf die Kalibrierung eines Koinzidenz-Demodulators für eines Übertragung gemäß dem DECT-Standard.






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