專利名稱：數(shù)字式的高斯最小頻移鍵控濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有前聯(lián)式高斯濾波器的頻率鍵控調(diào)制系統(tǒng)，也即所謂的GMSK調(diào)制系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及一種用于該GMSK調(diào)制系統(tǒng)的GMSK改進濾波器。
在如今的無繩電話系統(tǒng)或移動無線系統(tǒng)中經(jīng)常采用GMSK調(diào)制。對于這種具有前聯(lián)式高斯濾波器的調(diào)制系統(tǒng)、也即所謂的GMSK調(diào)制系統(tǒng)(高斯最小頻移鍵控調(diào)制系統(tǒng))，載波信號利用經(jīng)過高斯濾波的數(shù)字數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制。在此，為調(diào)制可以采用調(diào)頻(FM調(diào)制)或正交調(diào)制。由于所述的正變調(diào)制需要極準確地相互匹配的線性路徑I和Q，而且還附加地需要移相器和混頻模塊，所以它在實現(xiàn)時相當(dāng)昂貴。因此，出于成本的原因，經(jīng)常都是采用可簡單實現(xiàn)的FM調(diào)制。
在FM調(diào)制中采用了一種壓控振蕩器，也即所謂的VCO。在此，被用來調(diào)制的數(shù)字數(shù)據(jù)信號首先借助高斯濾波器進行濾波。該高斯濾波器負責(zé)對表示原有數(shù)據(jù)信號的數(shù)字方波信號進行某種平滑。該濾波器在一定程度上表現(xiàn)為低通濾波器，并負責(zé)不產(chǎn)生陡然的相位突變。由此可以實現(xiàn)窄帶的調(diào)制載波信號。由該高斯濾波器的輸出端上產(chǎn)生的信號來控制所述的壓控振蕩器(VCO)。
所述的高斯濾波器可以實施為不同的類型。它譬如可以構(gòu)造為具有分散元件的模擬濾波單元，如同在西門子公司的無繩DECT電話中所實施的一樣?；蛘咭部梢詫嵤橐环N數(shù)字濾波器，正如譬如在菲利普和NSC公司的無線電話中所實施的一樣。
在迄今的普通GMSK濾波器中，首先是實行數(shù)字預(yù)處理，然后利用一種X比特的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。正如在每種數(shù)模轉(zhuǎn)換中一樣，這種數(shù)模轉(zhuǎn)換也會由于D/A轉(zhuǎn)換器的階躍函數(shù)而存在必然的量化誤差。這種量化誤差可以按如下方式通過減小D/A轉(zhuǎn)換器中所產(chǎn)生的階躍來降低，即提高D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率并由此提高其位寬。
按照電流源原理工作的普通D/A轉(zhuǎn)換器具有二進制加權(quán)的多個電流源。在此，由所述的各個電流源輸出一些表示為基準電流Iref的二進制倍數(shù)的電流。于是它們的大小為Iref、2*Iref、4*Iref、…、2^N*Iref。因此利用簡單的相加可以調(diào)節(jié)出各個數(shù)字值。當(dāng)切換到最高值的比特(MSB)時，由于是從除所述最大基準電流之外的所有基準電流的總和切換到所述的最大基準電流，所以在該D/A轉(zhuǎn)換器中會發(fā)生問題。如果此時不能準確地調(diào)節(jié)該基準電流-事實上幾乎一直是這樣，那么在變換特性曲線中便會存在跳變。由此可能產(chǎn)生損害上述邊帶抑制的高頻邊帶信號。
在具有電壓輸出的D/A轉(zhuǎn)換器中是對基準電壓進行相加。所述電壓可以有源地通過緩沖器相加，或無源地通過電阻相加。但在無源的方式下，輸出電阻并不是恒定和高阻性的。此外，由于電阻的實現(xiàn)需要較大的面積，所以它對于集成來說不太合適。因此，所述的電壓通常都是通過緩沖器相加。該緩沖器必須具有足夠大的帶寬(此處的數(shù)量級為10MHz)。但這種緩沖器在實施時也需要較大的面積，而且會消耗較大的電流。
另外，所述的普通D/A轉(zhuǎn)換器還需要一種數(shù)字濾波器。該濾波器經(jīng)常被實施為存放在只讀存儲器(ROM)中的表格。
在越來越小型化的過程中，所采用的GMSK濾波器應(yīng)該能在極小的面積上實現(xiàn)。同時該濾波器又具有盡可能高的精度。
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種GMSK濾波器，它能在極小的面積上實現(xiàn)，而且具有盡可能高的精度。
該任務(wù)由本發(fā)明的數(shù)字式GMSK濾波器來完成。該濾波器為D/A轉(zhuǎn)換器使用一種具有電流輸出的并聯(lián)D/A轉(zhuǎn)換器。在此，所述的模擬輸出信號由一個總電流構(gòu)成，而該總電流是從來自各個電流源的單個電流的加法合成中得出的。
本發(fā)明的濾波器中所采用的電流源涉及所謂的差動電流源。在此，名稱“差動電流源”應(yīng)該是指它只提供必要的電流，以便從變換特性曲線的一級變到下一級。在此，實現(xiàn)所述濾波器所需的芯片面積只是由所述最大的總電流來確定，而不是由所述電流源的數(shù)量來確定。
所述差動電流源的單個電流可以在一個外部電阻中直接被變換成用于控制VCO所需要的控制電壓，這樣，與現(xiàn)有技術(shù)中的D/A轉(zhuǎn)換器相反，它不再需要輸出緩沖器。
在此，所述差動電流源的電流值不是線性地加權(quán)的，而是被高斯形地加權(quán)。由此可以取消數(shù)字濾波。
對此，尤其在使用容變二極管的情況下，壓控振蕩器(VCO)的工作參數(shù)會有較大的發(fā)散。因此必須在制造中補償所述的控制電壓，以便實現(xiàn)VCO的預(yù)定頻移。在本發(fā)明的GMSK濾波器中，這種調(diào)制頻移補償可以通過調(diào)節(jié)所述差動電流源的基準電流來實現(xiàn)。
總之，本發(fā)明的數(shù)字式GMSK濾波器實現(xiàn)了一種可以在小芯片面積上實施的濾波器，該面積只由所述的最大總電流來確定。該濾波器不需要輸出緩沖器。通過對所述差動電流源的電流進行高斯形加權(quán)，還可以取消數(shù)字濾波。此外，由此還能夠?qū)崿F(xiàn)正確的高斯形變換特性曲線。
下面借助附圖來詳細闡述本發(fā)明的數(shù)字式GMSK濾波器。


圖1示出了本發(fā)明數(shù)字式GMSK濾波器的簡圖。
圖2用表格示出了電流源的規(guī)格和由這些電流源的互連而得出的總電流大小。
圖3示出了GMSK調(diào)制器的輸出信號，其中應(yīng)用了本發(fā)明的GMSK濾波器。
圖4用表格示出了當(dāng)調(diào)制序列的值為0011時在本發(fā)明的GMSK濾波器中依次連接了哪些電流源。
圖5用表格示出了當(dāng)調(diào)制序列的值為00101時在本發(fā)明的GMSK濾波器中依次連接了哪些電流源。
圖6用表格示出了用于控制電流源的移位寄存器的移位方向調(diào)節(jié)。
圖7用表格的形式示出了所述用于控制電流源的移位寄存器運行長循環(huán)或短循環(huán)的判定。
圖1示出了本發(fā)明的數(shù)字式GMSK濾波器的簡要圖示。該GMSK濾波器在其上部具有14個單個的電流源I1～I14。這些電流源借助基準電流Iref來產(chǎn)生其專用的不同電流值。所述的電流源可以通過總共14個開關(guān)b1～b14被專門地接通到公共的導(dǎo)線上。在此，符號VDDTXDA表示所述電流源的供電電壓。
在圖1的下部示出了用于接通各個電流源的控制邏輯模塊。它主要是由用各個單元標(biāo)示的移位寄存器組成。用于接通電流源的所述邏輯利用一種18比特的溫度計式代碼進行工作。在此，“邏輯1”從左側(cè)壓入移位寄存器，而“邏輯0”則從右側(cè)壓入該移位寄存器，這在圖中是用移位寄存器左側(cè)的“1”和移位寄存器右側(cè)的“0”來表示的。移位方向可以在“停止”、“向左”和“向右”之間進行切換。在此處所示的實施例中，移位脈沖為10.368MHz，如該邏輯模塊的左側(cè)所示，所述移位脈沖從外部輸入到該控制邏輯模塊之中。移位寄存器的詳盡功能將在下面借助圖4和5進行詳細講述。如同所述模塊的左側(cè)所示，該控制邏輯模塊還輸入了表示需發(fā)送比特序列的信號TXDAQ、所述需發(fā)送的比特到達時的脈沖1.15MHz、以及上面已經(jīng)提到的移位脈沖10.36MHz。此外，該控制邏輯模塊還具有一個RESETQ輸入端，利用它可以使所述模塊復(fù)位到所定義的輸出狀態(tài)。在所述的控制邏輯模塊內(nèi)，在移位寄存器的下方還畫出了一個存儲器，這是因為在時間點n和時間點n+1上都需要所述的信號TXDA。
圖2用表格示出了電流源的規(guī)格和由這些電流源的互連而得出的總電流大小。在左邊的列中列出了在此處采用的14個電流源I1～I14。在中間的列中可以看出每個單獨電流源的電流值。如此來選擇各個電流源的電流值，使得利用它們可以通過交替地互連所述的電流源來盡可能無誤差地實現(xiàn)高斯變換特性曲線。在右邊的列中示出了由各個電流源的部分電流經(jīng)過連續(xù)相加而得出的總電流。所給出的電流涉及相對值，也即按總電流值為1.0而標(biāo)準化之后的量。
圖3示出了GMSK調(diào)制器的一個輸出信號，其中應(yīng)用了本發(fā)明的GMSK濾波器。在上邊示出了需要用來進行調(diào)制的二進制值序列的例子。此處是序列001010011。下邊的橫軸是時間軸，而左邊的縱軸則給出了相對的總電流值。
圖4用表格示出了當(dāng)調(diào)制序列的值為0011時在本發(fā)明的GMSK濾波器中依次連接了哪些電流源。在二進制調(diào)制值的序列為0011的情況下，所述具有溫度計式代碼的移位寄存器運行所謂的長循環(huán)。
圖5用表格示出了當(dāng)調(diào)制序列的值為00101時在本發(fā)明的GMSK濾波器中依次連接了哪些電流源。在此處所示的序列為00101的情況下，所述具有溫度計式代碼的移位寄存器運行所謂的短循環(huán)。
在所述移位寄存器內(nèi)所采用的用于控制各個電流源的代碼被稱為所謂的溫度計式代碼，因為人們可以把它想象成一種其水銀柱作上下移動的溫度計。也就是說，總是只多一個比特或少一個比特變?yōu)椤斑壿?”。在此，所有低值的比特具有“邏輯1”電平。此處所采用的具有溫度計式代碼的移位寄存器具備一種短循環(huán)和一種長循環(huán)。為010或101比特序列運行所述的短循環(huán)，相反，為0011或1100比特序列運行所述的長循環(huán)。判定運行短循環(huán)還是運行長循環(huán)是在接通電流源I7時實現(xiàn)的。在所述的長循環(huán)中，所述的移位寄存器總是全部用“邏輯1”填滿，或者完全為空，也即完全用“邏輯0”填充。在短循環(huán)中，改變位置5和位置13處的移位方向，而且抑制一個脈沖的移位。在長循環(huán)中，可以利用調(diào)制脈沖(此處為1.152MHz)的每個上升邊沿來改變所述的移位方向。該移位方向取決于需要調(diào)制的下一比特。
圖6再次用表格示出了所述移位方向的判定。
圖7用表格的形式示出了所述運行長循環(huán)或短循環(huán)的判定。
在上面兩種情況下，TXDA(n)表示調(diào)制比特，準確地說是時間點n時的調(diào)制比特值，而TXDA(n+1)則表示時間點n+1時的調(diào)制比特值。
總之，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式GMSK濾波器，其中不需要分開的數(shù)字濾波器，因為已經(jīng)通過所述電流源的非線性加權(quán)實現(xiàn)了所述的“濾波”。通過利用具有溫度計式代碼的移位寄存器控制所述的電流源，總是能夠只接通或關(guān)斷一個電流源，以便實現(xiàn)輸出電流的單調(diào)上升或下降。通過專門地對各個電流源進行加權(quán)，實際上可以實現(xiàn)無量化誤差的采樣值。由于只是簡單地在負載電阻內(nèi)將電流相加，所以不需要輸出緩沖器。
權(quán)利要求
1.在GMSK傳輸系統(tǒng)(高斯最小頻移鍵控傳輸系統(tǒng))中用于對載波信號進行調(diào)頻的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于所述的濾波器包含有許多具有專用電流值的單個電流源(差動電流源I1～I14)，其中，按照需調(diào)制的數(shù)字信號并通過一種控制邏輯模塊來分別控制所述的電流源，而且利用一個輸出電阻將總電流轉(zhuǎn)變成一個控制壓控振蕩器(VCO)的電壓值，由此來調(diào)制所述載波信號的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于所述單個電流源(I1～I14)的專用電流值被非線性地加權(quán)。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于如此來實現(xiàn)所述單個電流源(I1～I14)的各個電流值的加權(quán)，使得通過相應(yīng)地接入或關(guān)斷各個電流源來以總電流的形式產(chǎn)生高斯形特性曲線。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于在所述的控制邏輯模塊內(nèi)，利用一種采用溫度計式代碼的移位寄存器來實現(xiàn)對所述各個電流源(I1～I14)的控制，使得每次總是只有一個單個的電流源被接通或關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于從一側(cè)向所述的移位寄存器壓入所述調(diào)制比特的“邏輯1”值，以及從相對的一側(cè)壓入所述調(diào)制比特的“邏輯0”值。
6.如權(quán)利要求4或5所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于所述移位寄存器的移位方向可以在停止、向左和向右之間切換。
7.如權(quán)利要求4～6中任一項所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于所述的移位寄存器具有一種所謂的長循環(huán)和一種所謂的短循環(huán)，在所述的長循環(huán)中，所述寄存器總是全部用“邏輯1”或全部用“邏輯0”填充，而且在所述的短循環(huán)中，在所述移位寄存器的某些位置改變所述的移位方向，并抑制一個脈沖的移位。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字式GMSK濾波器，其特征在于在所述移位寄存器的長循環(huán)情形下，根據(jù)需調(diào)制的下一比特來改變所述的移位方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在GMSK傳輸系統(tǒng)中用于對載波信號進行調(diào)頻的數(shù)字式GMSK濾波器。所述的GMSK濾波器使用了許多單個的電流源(I1～I14),這些電流源的電流值被專門地加權(quán)。通過一種采用具有溫度計式代碼的移位寄存器的控制邏輯模塊來控制所述的電流源,使得根據(jù)高斯形特性曲線產(chǎn)生一個總電流,該總電流利用一個電阻(560)被轉(zhuǎn)變成電壓,并對壓控振蕩器(VCO)進行控制。該濾波器能夠幾乎沒有量化誤差地實現(xiàn)采樣值,而且在實現(xiàn)時只需要非常小的芯片面積。
文檔編號H04L27/12GK1348652SQ00806571
公開日2002年5月8日 申請日期2000年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月22日
發(fā)明者C·克蘭茨, V·克里斯特 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司