DE29924130U1 - Device and system for downconverting an electromagnetic signal - Google Patents
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u.Z.:F1507GM-DE/Do.Z.:F1507GM-DE/D
Vorrichtung und System zum Abwärtswandeln eines elektromagnetischen SignalsDevice and system for down-converting an electromagnetic signal
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft die Abwärtswandlung elektromagnetischer (EM) Signale. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Abwärtswandlung von EM-Signalen in Zwischenfrequenzsignale, die direkte Abwärtswandlung von modulierten EM-Signalen in demodulierte Basisbandsignale, und die Umwandlung von FM-Signalen in Nicht-FM-Signale. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Undersampling bzw. Unterabtastung und Energieübertragung mit Aliasing-Raten.The present invention relates to the down-conversion of electromagnetic (EM) signals. In particular, the present invention relates to the down-conversion of EM signals to intermediate frequency signals, the direct down-conversion of modulated EM signals to demodulated baseband signals, and the conversion of FM signals to non-FM signals. The present invention also relates to under-sampling and energy transfer at aliasing rates.
Elektromagnetische (EM) Informationssignale (Basisbandsignale) weisen z.B. Video- oder Bild-Basisbandsignale, Sprach-Basisbandsignale, Computer-Basisbandsignale, usw. auf. Basisbandsignale weisen analoge Basisbandsignale und digitale Basisbandsignale auf.Electromagnetic (EM) information signals (baseband signals) include, for example, video or picture baseband signals, voice baseband signals, computer baseband signals, etc. Baseband signals include analog baseband signals and digital baseband signals.
Es ist häufig vorteilhaft, EM-Signale bei höheren Frequenzen zu übertragen. Dies trifft im allgemeinen unabhängig davon zu, ob das Übertragungsmedium ein Draht, eine Lichtleitfaser, der Weltraum, Luft, eine Flüssigkeit, usw. ist. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen und die praktische Anwendbarkeit zu verbessern, z.B. eine verbesserte Fähigkeit der Abstrahlung und eine zusätzliche Möglichkeit für mehrere Kanäle von Basisbandsignalen zu erhalten, wird eine Aufwärtswandlung zu einer höheren Frequenz verwendet. Herkömmliche Aufwärtswandlungsverfahren modulieren höherfrequente Träger-It is often advantageous to transmit EM signals at higher frequencies. This is generally true whether the transmission medium is a wire, an optical fiber, space, air, a liquid, etc. To increase efficiency and improve practical applicability, e.g. to obtain an improved radiating capability and an additional possibility for multiple channels of baseband signals, upconversion to a higher frequency is used. Conventional upconversion techniques modulate higher frequency carrier
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signale mit Basisbandsignalen. Eine Modulation ist eine von verschiedenartigen Technikern zum Aufprägen von Information von den Basisbandsignalen auf die höherfrequenten Trägersignale. Die erhaltenen Signale werden hierin als modulierte Trägersignale bezeichnet. Beispielsweise ändert sich die Amplitude eines AM-Trägersignals in Relation zu Änderungen im Basisbandsignal, die Frequenz eines FM-Trägersignals in Relation zu Änderungen im Basisbandsignal und die Phase eines PM-Trägersignals in Relation zu Änderungen im Basisbandsignal. signals with baseband signals. Modulation is one of various techniques for impressing information from the baseband signals onto the higher frequency carrier signals. The resulting signals are referred to herein as modulated carrier signals. For example, the amplitude of an AM carrier signal changes in relation to changes in the baseband signal, the frequency of an FM carrier signal changes in relation to changes in the baseband signal, and the phase of a PM carrier signal changes in relation to changes in the baseband signal.
Um die im Basisbandsignal vorhandene Information zu verarbeiten, muß die Information vom modulierten Trägersignal extrahiert, oder demoduliert, werden. Weil herkömmliche Signalverarbeitungstechniken jedoch hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit begrenzt ist, kann durch herkömmliche Signalverarbeitungstechniken ein Basisbandsignal nicht leicht direkt von einem höherfrequenten modulierten Trägersignal demoduliert werden. Stattdessen müssen höherfrequente modulierte Trägersignale in ein Zwischenfrequenz (ZF)
signal abwärtsgewandelt werden, von dem ein herkömmlicher Demodulator das Basisbandsignal demodulieren kann.In order to process the information present in the baseband signal, the information must be extracted, or demodulated, from the modulated carrier signal. However, because conventional signal processing techniques are limited in terms of processing speed, conventional signal processing techniques cannot easily demodulate a baseband signal directly from a higher frequency modulated carrier signal. Instead, higher frequency modulated carrier signals must be converted to an intermediate frequency (IF) signal.
signal from which a conventional demodulator can demodulate the baseband signal.
Herkömmliche Abwärtswandler weisen elektrische Komponenten auf, deren Kenngrößen frequenzabhängig sind. Daher sind herkömmliche Abwärtswandler für spezifische Frequenzen oder Frequenzbereiche konstruiert und arbeiten außerhalb ihres konstruktionsbedingten Frequenzbereichs nicht geeignet.Conventional buck converters have electrical components whose characteristics are frequency dependent. Therefore, conventional buck converters are designed for specific frequencies or frequency ranges and are not suitable for operation outside their design frequency range.
Herkömmliche Abwärtswandler erzeugen unerwünschte Bildsignale und müssen daher Filter zum Herausfiltern der unerwünschten Bildsignale aufweisen. Solche Filter reduzieren jedoch den Leistungspegel der modulierten Trägersignale. Daher weisen herkömmliche Abwärtswandler Leistungsverstärker auf, für die externe Energiequellen erforderlich sind.Conventional downconverters generate unwanted image signals and therefore must have filters to filter out the unwanted image signals. However, such filters reduce the power level of the modulated carrier signals. Therefore, conventional downconverters have power amplifiers that require external power sources.
Wenn ein empfangenes moduliertes Trägersignal relativ schwach ist, wie beispielsweise in einem Funkempfänger, weisen herkömmliche Abwärtswandler zusätzliche Leistungsverstärker auf, für die zusätzliche externe Energiequellen erforderlich sind.When a received modulated carrier signal is relatively weak, such as in a radio receiver, conventional downconverters have additional power amplifiers that require additional external power sources.
Erforderlich sind ohne Einschränkung:The following are required without restriction:
ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen;an improved method and system for down-converting EM signals;
ein Verfahren und ein System zum direkten Abwärtswandeln modulierter Trägersignale in demodulierte Basisbandsignale; a method and system for directly downconverting modulated carrier signals into demodulated baseband signals;
ein Verfahren und ein System zum Übertragen von Energie und zum Verstärken dieser Energieübertragung bei der Abwärtswandlung von EM/Signalen;a method and system for transferring energy and amplifying that energy transfer in the down-conversion of EM/signals;
ein gesteuertes Impedanzverfahren und -system zum Abwärtswandeln eines EM-Signals;a controlled impedance method and system for down-converting an EM signal;
ein gesteuertes Pulsbreiten- oder Zeitfenster-Undersampling-Verfahren und -System zum Abwärtswandeln eines EM-Signals; a controlled pulse width or time window undersampling method and system for down-converting an EM signal;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen unter Verwendung einer universellen Abwärtswandlerkonstruktion, die leicht für verschiedene Frequenzen konfigurierbar sind;a method and system for downconverting EM signals using a universal downconverter design that is easily configurable for different frequencies;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen unter Verwendung einer Empfangsoszillatorfrequenz, die wesentlich niedriger ist als die Trägerfrequenz;a method and system for down-converting EM signals using a local oscillator frequency substantially lower than the carrier frequency;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen unter Verwendung nur eines Empfangsoszillators;a method and system for down-converting EM signals using only a local oscillator;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, wobei weniger Filter verwendet werden als in herkömmlichen Abwärtswandlern;a method and system for down-converting EM signals using fewer filters than in conventional down-converters;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, wobei weniger Leistung erforderlich ist als in herkömmlichen Abwärtswandlern;a method and system for down-converting EM signals while requiring less power than conventional down-converters;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, wobei weniger Raum benötigt wird als in herkömmlichen Abwärtswandlern;a method and system for down-converting EM signals while requiring less space than conventional down-converters;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, wobei weniger Komponenten verwendet werden als in herkömmlichen Abwärtswandlern;a method and system for down-converting EM signals using fewer components than conventional down-converters;
ein Verfahren und System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, das auf einer integrierten Schaltung (IC) implementierbar ist; unda method and system for downconverting EM signals that can be implemented on an integrated circuit (IC); and
ein Verfahren und ein System zum Abwärtswandeln von EM-Signalen, die auch als Verfahren und System zum Aufwärtswandeln eines Basisbandsignals verwendbar sind.a method and system for down-converting EM signals, which can also be used as a method and system for up-converting a baseband signal.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren, Systeme und Vorrichtungen zum Abwärtswandeln eines elektromagnetischen (EM) Signals durch Aliasing des EM-Signals und Anwendungen hierfür.The present invention relates to methods, systems and apparatus for down-converting an electromagnetic (EM) signal by aliasing the EM signal and applications therefor.
Im allgemeinen betrifft die Erfindung den Empfang eines EM-Signals. Die Erfindung betrifft auch den Empfang eines Aliasing-Signals mit einer Aliasing-Rate. Erfindungsgemäß wird das EM-Signal gemäß dem Aliasing-Signal aliased, um das EM-Signal abwärtszuwandeln. Der hierin verwendete Ausdruck Aliasing bezeichnet sowohl die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate, als auch die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Energieübertragung vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate. In general, the invention relates to receiving an EM signal. The invention also relates to receiving an aliasing signal at an aliasing rate. According to the invention, the EM signal is aliased according to the aliasing signal in order to down-convert the EM signal. The term aliasing as used herein refers to both down-converting an EM signal by undersampling the EM signal at an aliasing rate and down-converting an EM signal by transferring energy from the EM signal at the aliasing rate.
In einer Ausführungsform wird das EM-Signal erfindungsgemäß in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal abwärtsgewandelt.In one embodiment, the EM signal is down-converted into an intermediate frequency (IF) signal according to the invention.
In einer anderen Ausführungsform wird das EM-Signal in ein demoduliertes Basisbandinformationssignal abwärtsgewandelt. In another embodiment, the EM signal is downconverted to a demodulated baseband information signal.
In einer anderen Ausführungsform ist das EM-Signal ein frequenzmoduliertes (FM) Signal, das in ein Nicht-FM-Signal abwärtsgewandelt wird, z.B. in ein phasenmoduliertes (PM) Signal oder in ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal.In another embodiment, the EM signal is a frequency modulated (FM) signal that is down-converted to a non-FM signal, e.g., a phase modulated (PM) signal or an amplitude modulated (AM) signal.
Die Erfindung ist auf jeden EM-Signaltyp anwendbar, z.B. (aber nicht einschränkend) auf modulierte Trägersignale (die Erfindung ist auf ein beliebiges Modulationsschema oder jede Kombination von Modulationsschemas anwendbar) und unmodulierte Trägersignale.The invention is applicable to any type of EM signal, including (but not limited to) modulated carrier signals (the invention is applicable to any modulation scheme or combination of modulation schemes) and unmodulated carrier signals.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Struktur und die Funktionsweise verschiedener Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Diese Ausführungsformen werden hierin lediglich zur Erläuterung dargestellt. Weitere Ausführungsformen sind basierend auf der vorliegenden Beschreibung für Fachleute ersichtlich.Other features and advantages of the invention, as well as the structure and operation of various embodiments of the invention, are described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described herein. These embodiments are presented herein for illustration purposes only. Other embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
Die Zeichnung, in der ein Element zuerst erscheint, ist typischerweise in der (den) am weitesten links angeordneten Stelle (n) der entsprechenden Bezugsnummer angegeben.The drawing in which an element first appears is typically indicated in the leftmost position(s) of the corresponding reference number.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein Strukturblockdiagramm eines exemplarischen Modulators;Fig. 1 is a structural block diagram of an exemplary modulator;
Fig. 2 ein exemplarisches analoges modulierendes Basisbandsignal; Fig. 2 shows an exemplary analog modulating baseband signal;
Fig. 3 ein exemplarisches digitales modulierendes Basisbandsignal; Fig. 3 shows an exemplary digital modulating baseband signal;
Fig. 4 ein exemplarisches Trägersignal;Fig. 4 shows an exemplary carrier signal;
Figuren 5A-5C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Amplitudenmodulation in Beziehung stehen;Figures 5A-5C show exemplary signal diagrams related to amplitude modulation;
Figuren 6A-6C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Amplitudenumtastungs (ASK) -modulation in Beziehung stehen;Figures 6A-6C show exemplary signal diagrams related to amplitude shift keying (ASK) modulation;
Figuren 7A-7C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Frequenzmodulation in Beziehung stehen;Figures 7A-7C show exemplary signal diagrams related to frequency modulation;
Figuren 8A-8C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Frequenzumtastungs (FSK) -modulation in Beziehung stehen; Figures 8A-8C show exemplary signal diagrams related to frequency shift keying (FSK) modulation;
Figuren 9A-9C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Phasenmodulation in ESeziehung stehen;Figures 9A-9C show exemplary signal diagrams related to phase modulation;
Figuren 10A-10C exemplarische Signaldiagramme, die mit einer Phasenumtastungs (PSK) -modulation in Beziehung stehen; Figures 10A-10C show exemplary signal diagrams related to phase shift keying (PSK) modulation;
Fig. 11 ein Strukturblockdiagramm eines herkömmlichen Empfängers;Fig. 11 is a structural block diagram of a conventional receiver;
Figuren 12A-D verschiedene Ablaufdiagramme zum Abwärtswandeln eines EM-Signals gemäß Ausführungsformen der Erfindung; Figures 12A-D show various flow diagrams for down-converting an EM signal according to embodiments of the invention;
Fig. 13 ein Strukturblockdiagramm eines Aliasing-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 13 is a structural block diagram of an aliasing system according to an embodiment of the invention;
Figuren 14A-D verschiedene Ablaufdiagramme zum Abwärtswandeln eines EM-Signals durch Undersampling des EM-Signals gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 14A-D show various flow diagrams for down-converting an EM signal by undersampling the EM signal according to embodiments of the invention;
Figuren 15A-E den Ablaufdiagrammen der Figuren 14A-D zugeordnete exemplarische Signaldiagramme für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 15A-E show exemplary signal diagrams associated with the flow diagrams of Figures 14A-D for embodiments of the invention;
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Fig. 16 ein Strukturblockdiagramm eines Undersampling-Systems gemäß einer Ausfüh:rungsform der Erfindung;Fig. 16 is a structural block diagram of an undersampling system according to an embodiment of the invention;
Fig. 17 ein Ablaufdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Bestimmen einer Aliasing-Rate gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;17 is a flowchart of an exemplary method for determining an aliasing rate according to an embodiment of the invention;
Figuren 18A-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines digitalen AM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 18A-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of a digital AM signal by undersampling to an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 19A-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines analogen AM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 19A-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of an analog AM signal by undersampling into an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 20A-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines analogen FM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 20A-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of an analog FM signal by undersampling into an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 2IA-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines digitalen FM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 2IA-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of a digital FM signal by undersampling into an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 22A-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines digitalen PM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 22A-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of a digital PM signal by undersampling to an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 23A-E exemplarische Signaldiagramme, die der Abwärtswandlung eines analogen PM-Signals durch Undersampling in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 23A-E show exemplary signal diagrams associated with the downconversion of an analog PM signal by undersampling into an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Fig. 24A ein Strukturblockdiagramm eines Folgeumschalte-Undersampling-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 24A is a structural block diagram of a sequence switching undersampling system according to an embodiment of the invention;
Fig. 24B ein exemplarisches Zeitdiagramm eines Undersampling-Signals für eine Ausführungsform der Erfindung;Fig. 24B is an exemplary timing diagram of an undersampling signal for an embodiment of the invention;
Fig. 24C ein exemplarisches Zeitdiagramm eines Entkopplungs- oder Trennsignals für eine Ausführungsform der Erfindung; Fig. 24C is an exemplary timing diagram of a decoupling or isolation signal for an embodiment of the invention;
Figuren 25A-H exemplarische Aliasing-Signale mit verschiedenen Aliasing-Raten für Ausführungsformen der Erfindung; Figures 25A-H illustrate exemplary aliasing signals with different aliasing rates for embodiments of the invention;
Fig. 26A. ein Strukturblockdiagramm eines exemplarischen Abtast-Halte-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ;Fig. 26A is a structural block diagram of an exemplary sample and hold system according to an embodiment of the invention;
Fig. 26B ein Strukturblockdiagramm eines exemplarischen invertierten Abtast-Halte-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;26B is a structural block diagram of an exemplary inverted sample and hold system according to an embodiment of the invention;
Fig. 27 ein Strukturblockdiagramm eines Abtast-Halte-Moduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 27 is a structural block diagram of a sample and hold module according to an embodiment of the invention;
Figuren 28A-28D exemplarische Implementierungen eines Schaltmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 28A-28D illustrate exemplary implementations of a switching module in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 29A-F exemplarische Implementierungen eines Haltemoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 29A-F illustrate exemplary implementations of a holding module according to embodiments of the invention;
Fig. 29G ein integriertes Undersampling-System gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 29G illustrates an integrated undersampling system according to embodiments of the invention;
Figuren 29H-K exemplarische Implementierungen von Pulsgeneratoren gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 29H-K illustrate exemplary implementations of pulse generators according to embodiments of the invention;
Fig. 29L einen exemplarischen Oszillator;Fig. 29L shows an exemplary oscillator;
Fig. 30 ein Strukturblockdiagramm eines Undersampling-Systems mit eines Undersampling-Signaloptimierers gemäß Ausführungsformen der Erfindung;30 is a structural block diagram of an undersampling system including an undersampling signal optimizer according to embodiments of the invention;
Fig. 31 ein Strukturblockdiagramm eines Undersampling-Signaloptimierers gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 31 is a structural block diagram of an undersampling signal optimizer according to embodiments of the invention;
Fig. 32A ein Beispiel eines Undersampling-Signalmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;32A shows an example of an undersampling signal module according to an embodiment of the invention;
Fig. 32B ein Ablaufdiagramm einer einem Undersampling-Modul zugeordneten Zustandsrechneroperation für Ausführungsformen der Erfindung;32B is a flow diagram of a state machine operation associated with an undersampling module for embodiments of the invention;
Fig. 32C ein exemplarisches Undersampling-Modul mit einer Analogschaltung mit einer automatischen Verstärkungssteuerung gemäß Ausführungsformen der Erfindung;32C illustrates an exemplary undersampling module having an analog circuit with automatic gain control in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 33A-D exemplarische Signaldiagramme, die der direkten Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Undersampling in ein Basisbandsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;Figures 33A-D are exemplary signal diagrams associated with the direct downconversion of an EM signal by undersampling to a baseband signal for embodiments of the present invention;
Figuren 34A-F exemplarische Signaldiagramme, die einem invertierten Abtast-Halte-Modul zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 34A-F illustrate exemplary signal diagrams associated with an inverted sample and hold module for embodiments of the invention;
Figuren 35A-E exemplarische Signaldiagramme, die einer direkten Abwärtswandlung eines analogen AM-Signals durch Undersampling in ein demoduliertes Basisbandsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 35A-E show exemplary signal diagrams associated with a direct downconversion of an analog AM signal by undersampling into a demodulated baseband signal, for embodiments of the invention;
Fig. 36A-E exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines digitalen AM-Signals durch Undersampling in ein demoduliertes Basisbandsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;36A-E are exemplary signal diagrams associated with downconversion of a digital AM signal by undersampling to a demodulated baseband signal, for embodiments of the invention;
Figuren 37A-E exemplarische Signaldiagramme, die einer direkten Abwärtswandlung eines analogen PM-Signals durch Undersampling in ein demoduliertes Basisbandsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 37A-E show exemplary signal diagrams associated with a direct downconversion of an analog PM signal by undersampling into a demodulated baseband signal, for embodiments of the invention;
Figuren 38A-E exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines digitalen PM-Signals durch Undersampling in ein demoduliertes Basisbandsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 38A-E show exemplary signal diagrams associated with downconversion of a digital PM signal by undersampling into a demodulated baseband signal, for embodiments of the invention;
Figuren 39A-E eine Abwärtswandlung eines FM-Signals durch Undersampling in ein Nicht-FM-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 39A-E illustrate downconversion of an FM signal by undersampling into a non-FM signal according to embodiments of the invention;
Figuren 40&Agr;-&Egr; eine Abwärtswandlung eines FSK-Signals durch Undersampling in ein PSK-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 40A-E illustrate downconversion of an FSK signal by undersampling into a PSK signal according to embodiments of the invention;
Figuren 4IA-E eine Abwärtswandlung eines FSK-Signals durch Undersampling in ein ASK-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 4IA-E show a downconversion of an FSK signal by undersampling into an ASK signal according to embodiments of the invention;
Figur 42 ein Strukturblockdiagramm eines invertierten Abtast-Halte-Moduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figure 42 is a structural block diagram of an inverted sample and hold module according to an embodiment of the present invention;
Figuren 43A und B in der Schaltung von Fig. 31 vorhandene exemplarische Wellenformen;Figures 43A and B show exemplary waveforms present in the circuit of Figure 31;
Fig. 44A ein Strukturblockdiagramm eines differentiellen Systems gemäß Ausführungsformen der Erfindung;44A is a structural block diagram of a differential system according to embodiments of the invention;
Fig. 44B ein Strukturblockdiagramm eines differentiellen Systems mit einem differentiellen Eingang (Differential-Input) und einem differentiellen Ausgang (Differential-Output) gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 44B is a structural block diagram of a differential system having a differential input and a differential output according to embodiments of the invention;
Fig. 44C ein Strukturblockdiagramm eines differentiellen Systems mit Single-Input und Differential-Output gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 44C is a structural block diagram of a single-input, differential-output differential system according to embodiments of the invention;
Fig. 44D ein System mit Differential-Input und Single-Output gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 44D shows a differential input and single output system according to embodiments of the invention;
Fig. 44E ein exemplarisches Differential-Input-to-Single-Output-System gemäß Ausführungsformen der Erfindung;44E illustrates an exemplary differential input to single output system in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 45A-B eine Konzeptdarstellung eines Aliasing-Prozesses, der Undersampling und Energieübertragung aufweist, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 45A-B illustrate a conceptual illustration of an aliasing process including undersampling and energy transfer, in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 46A-D verschiedene Ablaufdiagramme zum Abwärtswandeln eines EM-Signals durch Energieübertragung vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate gemäß Ausführungsformen der Erfindung; Figures 46A-D illustrate various flow diagrams for down-converting an EM signal by transferring energy from the EM signal at the aliasing rate in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 47A-E den Ablaufdiagrammen der Figuren 4 6A-D zugeordnete exemplarische Signaldiagramme für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 47A-E show exemplary signal diagrams for embodiments of the invention associated with the flow diagrams of Figures 46A-D;
Fig. 48 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer exemplarischen Verarbeitung zum Bestimmen einer einem Aliasing-Signal zugeordneten Aliasing-Rate gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;48 is a flowchart illustrating exemplary processing for determining an aliasing rate associated with an aliasing signal according to an embodiment of the invention;
Figuren 49A-H exemplarische Energieübertragungssignale gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 49A-H illustrate exemplary energy transfer signals in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 50A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines analogen AM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 50A-G are exemplary signal diagrams associated with downconverting an analog AM signal to an intermediate frequency signal by transferring energy at an aliasing rate, for embodiments of the invention;
Figuren 51A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines digitalen AM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 51A-G are exemplary signal diagrams associated with downconversion of a digital AM signal by energy transfer at an aliasing rate to an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 52A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines analogen FM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Äusführungsformen der Erfindung;Figures 52A-G are exemplary signal diagrams associated with downconverting an analog FM signal to an intermediate frequency signal by energy transfer at an aliasing rate, for embodiments of the invention;
Figuren 53A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines digitalen FM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 53A-G are exemplary signal diagrams associated with downconversion of a digital FM signal by energy transfer at an aliasing rate to an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 54A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines analogen PM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 54A-G are exemplary signal diagrams associated with downconversion of an analog PM signal by energy transfer at an aliasing rate to an intermediate frequency signal, for embodiments of the invention;
Figuren 55A-G exemplarische Signaldiagramme, die einer Abwärtswandlung eines digitalen PM-Signals durch Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal zugeordnet sind, für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 55A-G illustrate exemplary signal diagrams associated with downconverting a digital PM signal to an intermediate frequency signal by transferring energy at an aliasing rate, for embodiments of the invention;
Figuren 56A-D einer direkten Abwärtswandlung zugeordnete exemplarische Signaldiagramme für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 56A-D show exemplary signal diagrams associated with direct down conversion for embodiments of the invention;
Figuren 57A-F eine direkte Abwärtswandlung eines analogen AM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 57A-F illustrate a direct downconversion of an analog AM signal into a demodulated baseband signal according to embodiments of the invention;
Figuren 58A-F eine direkte Abwärtswandlung eines digitalen AM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 58A-F illustrate a direct downconversion of a digital AM signal into a demodulated baseband signal according to embodiments of the invention;
Figuren 59A-F eine direkte Abwärtswandlung eines analogen PM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 59A-F illustrate a direct downconversion of an analog PM signal into a demodulated baseband signal according to embodiments of the invention;
Figuren 60A-F eine direkte Abwärtswandlung eines digitalen PM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 60A-F illustrate a direct downconversion of a digital PM signal into a demodulated baseband signal according to embodiments of the invention;
Figuren 61A-F eine Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein PM-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 61A-F illustrate downconversion of an FM signal to a PM signal according to embodiments of the invention;
Figuren 62A-F eine Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein AM-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 62A-F illustrate downconversion of an FM signal to an AM signal according to embodiments of the invention;
Fig. 63 ein Blockdiagramm eines Energieübertragungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 63 is a block diagram of a power transmission system according to an embodiment of the invention;
Fig. 64A ein exemplarisches torgesteuertes Übertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;64A illustrates an exemplary gated transmission system according to an embodiment of the invention;
Fig. 64B ein exemplarisches invertiertes torgesteuertes Übertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 64B illustrates an exemplary inverted gated transmission system according to an embodiment of the invention;
Fig. 65 eine exemplarische Ausführungsform des torgesteuerten Übertragungsmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 65 shows an exemplary embodiment of the gated transmission module according to an embodiment of the invention;
Figuren 66A-D exemplarische Implementierungen eines Schaltmoduls gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 66A-D illustrate exemplary implementations of a switching module according to embodiments of the invention;
Fig. 67A eine exemplarische Ausführungsform des torgesteuerten Übertragungsmoduls mit einem Folgeumschaltemodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;67A illustrates an exemplary embodiment of the gated transmission module with a sequence switching module according to an embodiment of the invention;
Fig. 67B ein exemplarisches Zeitdiagramm für ein Energieübertragungssignal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 67B is an exemplary timing diagram for a power transfer signal according to an embodiment of the invention;
Fig. 67C ein exemplarisches Zeitdiagramm für ein Entkopplungs- oder Trennsignal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;67C is an exemplary timing diagram for a decoupling or separation signal according to an embodiment of the invention;
Figuren 68A-F exempleirische Speichermodule gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 68A-F illustrate exemplary memory modules according to embodiments of the invention;
Fig. 68G ein integriertes torgesteuertes Übertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 68G illustrates an integrated gated transmission system according to an embodiment of the invention;
Figuren 68H-K exemplarische Pulsbreitengeneratoren;Figures 68H-K exemplary pulse width generators;
Fig. 68L einen Oszillator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 68L shows an oscillator according to an embodiment of the present invention;
Fig. 69 ein Energieübertragungssystem mit einem optionalen Energieübertragungssignalmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 69 shows an energy transfer system with an optional energy transfer signal module according to an embodiment of the invention;
Fig. 70 ein Aliasing-Modul mit Eingangs-/Ausgangsimpedanzanpassung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 70 an aliasing module with input/output impedance matching according to an embodiment of the invention;
Fig. 71 einen exemplarischen Pulsgenerator;Fig. 71 an exemplary pulse generator;
Figuren 72A und B dem Pulsgenerator von Fig. 71 zugeordnete exemplarische Wellenformen;Figures 72A and B show exemplary waveforms associated with the pulse generator of Figure 71;
Fig. 73 ein exemplarisches Energieübertragungsmodul mit einem Schaltmodul und einem reaktiven Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 73 shows an exemplary energy transfer module with a switching module and a reactive storage module according to an embodiment of the invention;
Fig. 74 ein exemplarisches invertiertes torgesteuertes Übertragungsmodul mit einem Schaltmodul und einem Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 74 shows an exemplary inverted gated transmission module with a switching module and a memory module according to an embodiment of the invention;
I · ·I · ·
Figuren 75A-F einem invertierten torgesteuerten energieübertragungsmodul zugeordnete exemplarische Signaldiagramme für Ausführungsformen der Erfindung;Figures 75A-F illustrate exemplary signal diagrams associated with an inverted gated energy transfer module for embodiments of the invention;
Figuren 76A-E Energieübertragungsmodule in verschiedenen differentiellen Konfigurationen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 76A-E illustrate energy transfer modules in various differential configurations according to embodiments of the invention;
Fig. 77A-C exemplarische Impedanzanpassungsschaltungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;77A-C illustrate exemplary impedance matching circuits in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 78A-B exemplarische Undersampling-Systeme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 78A-B illustrate exemplary undersampling systems in accordance with embodiments of the invention;
Figuren 79A-F exemplarische Zeitdiagramme für Undersampling-Systeme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 79A-F illustrate exemplary timing diagrams for undersampling systems according to embodiments of the invention;
Figuren 80 A-F exemplarische Zeitdiagramme für ein Undersampling-System, in dem eine Last eine relativ niedrige Impedanz aufweist, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 80A-F are exemplary timing diagrams for an undersampling system in which a load has a relatively low impedance, according to embodiments of the invention;
Figuren 8IA-F exemplarische Zeitdiagramme für ein Andersampling-System, in dem die Haltekapazität einen größeren Wert hat, gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 8IA-F show exemplary timing diagrams for a different sampling system in which the holding capacitance has a larger value, according to embodiments of the invention;
Figuren 82A-B exemplarische Energieübertragungssysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 82A-B illustrate exemplary energy transfer systems according to embodiments of the invention;
Figuren 83A-F exemplarische Zeitdiagramme für Energieübertragungssysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 83A-F illustrate exemplary timing diagrams for energy transfer systems according to embodiments of the invention;
Figuren 84A-D eine Abwärtswandlung eines FSK-Signals in ein PSK-Signal gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 84A-D illustrate downconversion of an FSK signal to a PSK signal according to embodiments of the invention;
Fig. 85A ein exemplarisches Energieübertragungssignalmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;85A illustrates an exemplary power transfer signal module according to an embodiment of the invention;
Fig. 85B ein Ablaufdiagramm einer Zustandsrechneroperation gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;85B is a flow diagram of a state machine operation according to an embodiment of the invention;
Fig. 85C ein- exemplarisches Energieübertragungssignalmodul; Fig. 85C shows an exemplary energy transfer signal module;
Fig. 86 ein schematisehes Diagramm einer Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unFig. 86 is a schematic diagram of a circuit for down-converting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal and
ter Verwendung eines 101,1 MHz-Takts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;using a 101.1 MHz clock according to an embodiment of the invention;
Fig. 87 Simulationswellenforraen für die Schaltung von Fig. 86 gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 87 shows simulation waveforms for the circuit of Fig. 86 according to embodiments of the invention;
Fig. 88 ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unter Verwendung eines 101 MHz-Takts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;88 is a schematic diagram of a circuit for down-converting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal using a 101 MHz clock according to an embodiment of the invention;
Fig. 89 Simulationswellenformen für die Schaltung von Fig. 88 gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 89 shows simulation waveforms for the circuit of Fig. 88 according to embodiments of the invention;
Fig. 90 ein schematisches Diagramm einer Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unter Verwendung eines 101,1 MHz-Takts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;90 is a schematic diagram of a circuit for down-converting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal using a 101.1 MHz clock according to an embodiment of the invention;
Fig. 91 Simulationswellenformen für die Schaltung von Fig. 90 gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Fig. 91 shows simulation waveforms for the circuit of Fig. 90 according to embodiments of the invention;
Fig. 92 ein schematisches Diagramm der Schaltung von Fig. 86, die mit einer FSK-Quelle verbunden ist, die mit einer Baudrate von 500 kBaud zwischen 913 und 917 MHz umschaltet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 92 is a schematic diagram of the circuit of Fig. 86 connected to an FSK source that switches between 913 and 917 MHz at a baud rate of 500 kBaud, according to an embodiment of the invention;
Fig. 93 die Original-FSK-Wellenf orm 9202 und die abwärtsgewandelte Wellenform 9204 am Ausgang der Lastimpedanzanpassungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 93 shows the original FSK waveform 9202 and the down-converted waveform 9204 at the output of the load impedance matching circuit according to an embodiment of the invention;
Fig. 94A ein exemplarisches Energieübertragungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;94A illustrates an exemplary energy transfer system in accordance with an embodiment of the invention;
Figuren 94B-C exemplarische Zeitdiagramme für das exemplarische System von Fig. 94A;Figures 94B-C are exemplary timing diagrams for the exemplary system of Figure 94A;
Fig. 95 ein exemplarisches Umleitungsnetzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;95 illustrates an exemplary redirection network in accordance with an embodiment of the present invention;
Fig. 96 ein exemplarisches Umleitungsnetzwerk gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;96 illustrates an exemplary redirection network in accordance with an embodiment of the present invention;
Fig. 97 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung ;Fig. 97 an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 98A eine exemplarische Echtzeit-Pulsbreitensteuerungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98A illustrates an exemplary real-time pulse width control circuit according to an embodiment of the invention;
Fig. 98B ein Zeitdiagramm eines exemplarischen Taktsignals für eine Echtzeit-Pulsbreitensteuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98B is a timing diagram of an exemplary clock signal for real-time pulse width control according to an embodiment of the invention;
Fig. 98C ein Zeitdiagramm eines exemplarischen optionalen Freigabesignals für eine Echtzeit-Pulsbreitensteuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98C is a timing diagram of an exemplary optional enable signal for real-time pulse width control according to an embodiment of the invention;
Fig. 98D ein Zeitdiagramm eines invertierten Taktsignals für eine Echtzeit-Pulsbreitensteuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98D is a timing diagram of an inverted clock signal for real-time pulse width control according to an embodiment of the invention;
Fig. 98E ein Zeitdiagramm eines exemplarischen verzögerten Taktsignals für eine Echtzeit-Pulsbreitensteuerung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98E is a timing diagram of an exemplary delayed clock signal for real-time pulse width control according to an embodiment of the invention;
Fig. 98F ein Zeitdiagramm eines exemplarischen Energie-Übertragungssignals mit Impulsen mit in Echtzeit gesteuerten Pulsbreiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;98F is a timing diagram of an exemplary energy transfer signal having pulses with real-time controlled pulse widths according to an embodiment of the invention;
Fig. 99 ein Blockdiagramm eines differentiellen Systems, in dem nicht-invertierte torgesteuerte Übertragungseinheiten verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 99 is a block diagram of a differential system using non-inverted gated transfer units according to an embodiment of the invention;
Fig. 100 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 100 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 101 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 101 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 102 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 102 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 103 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 103 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 104 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 104 shows an exemplary embodiment of the invention;
• · • ·• · • ·
Fig. 105 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 105 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 106 eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 106 shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 107A ein Zeitdiagramm für die exemplarische Ausführungsform von Fig. 103;Fig. 107A is a timing diagram for the exemplary embodiment of Fig. 103;
Fig. 107B ein Zeitdiagramm für die exemplarische Ausführungsform von Fig. 104;Fig. 107B is a timing diagram for the exemplary embodiment of Fig. 104;
Fig. 108A ein Zeitdiagramm für die exemplarische Ausführungsform von Fig. 105;Fig. 108A is a timing diagram for the exemplary embodiment of Fig. 105;
Fig. 108B ein Zeitdiagramm für die exemplarische Ausführungsform von Fig. 106;Fig. 108B is a timing diagram for the exemplary embodiment of Fig. 106;
Fig. 109A eine exemplarische Ausführungsform der Erfindung; Fig. 109A shows an exemplary embodiment of the invention;
Fig. 109B Gleichungen zum erfindungsgemäßen Bestimmen der Ladungsübertragung;Fig. 109B Equations for determining charge transfer according to the invention;
Fig. 109C erf indungs&sfgr;Jemäße Beziehungen zwischen einer Kapazitätsaufladung und einer Pulsbreite;Fig. 109C shows inventive relationships between a capacitance charge and a pulse width;
Fig. 109D erf indungscfemäße Beziehungen zwischen einer Kapazitätsaufladung und einer Pulsbreite;Fig. 109D shows inventive relationships between a capacitance charge and a pulse width;
Fig. 109E erfindungsgemäß verwendete Gleichungen zum Darstellen der Beziehung zwischen der Leistung und der Aufladung; Fig. 109E shows equations used in the present invention to represent the relationship between power and charging;
Fig. 109F erfindungsgemäß verwendete Gleichung zum Bestimmen der Durchlaß- oder Einfügungsdämpfung;Fig. 109F is an equation used in accordance with the invention to determine the passband or insertion loss;
Fig. HOA ein Aliasing-Modul 11000 mit einer Single-FET-Konfiguration; Fig. HOA an aliasing module 11000 with a single FET configuration;
Fig. HOB ein Diagramm zum Darstellen der FET-Leitfähigkeit als Funktion der Spannung VGS;Fig. HOB is a diagram showing FET conductance as a function of voltage V GS ;
Fig. HlA-C dem Aliasing-Modul 11000 zugeordnete Signalwellenformen;Fig. 1A-C show signal waveforms associated with the aliasing module 11000;
Fig. 112 ein Aliasing-Modul 11200 mit einer komplementären FET-Konfiguration;Fig. 112 an aliasing module 11200 with a complementary FET configuration;
Figuren 113A-E dem Aliasing-Modul 11200 zugeordnete SignalweIlenformen;Figures 113A-E illustrate signal waveforms associated with aliasing module 11200;
Fig. 114 ein Aliasing-Modul 11400;Fig. 114 an aliasing module 11400;
Fig. 115 ein Aliasing-Modul 11500;Fig. 115 an aliasing module 11500;
Fig. 116 ein Aliasing-Modul 11602;Fig. 116 an aliasing module 11602;
Fig. 117 ein Aliasing-Modul 11702;Fig. 117 an aliasing module 11702;
Figuren 118-120 dem Aliasing-Modul 11602 zugeordnete SignalweIlenformen;Figures 118-120 show signal waveforms associated with the aliasing module 11602;
Figuren 121-123 dem Aliasing-Modul 11702 zugeordnete Signalwellenformen;Figures 121-123 show signal waveforms associated with the aliasing module 11702;
Fig. 124A ein Blockdiagramm eines Splitters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;124A is a block diagram of a splitter according to an embodiment of the invention;
Fig. 124B ein detaillierteres Diagramm eines Splitters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;124B is a more detailed diagram of a splitter according to an embodiment of the invention;
Fig. 124C und 124D dem Verteiler der Figuren 124A und 124B zugeordnete exemplarische Wellenformen;Figures 124C and 124D illustrate exemplary waveforms associated with the manifold of Figures 124A and 124B;
Fig. 124E ein Blockdiagramm einer I/Q-Schaltung mit einem Splitter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 124E is a block diagram of an I/Q circuit with a splitter according to an embodiment of the invention;
Figuren 124F-124J dem Diagramm von Fig. 124A zugeordnete exemplarische Wellenformen;Figures 124F-124J illustrate exemplary waveforms associated with the diagram of Figure 124A;
Fig. 125 ein Blockdiagramm eines Schaltmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;Fig. 125 is a block diagram of a switching module according to an embodiment of the invention;
Fig. 126A ein Implementierungsbeispiel des Blockdiagramms von Fig. 125;Fig. 126A is an implementation example of the block diagram of Fig. 125;
Figuren 126B-126Q der Schaltung von 126A zugeordnete exemplarische Wellenformen;Figures 126B-126Q illustrate exemplary waveforms associated with the circuit of 126A;
Fig. 127A ein anderes Implementierungtsbeispiel des Blockdiagramms von Fig. 125;Fig. 127A shows another implementation example of the block diagram of Fig. 125;
Figuren 127B-Q der Schaltung von Fig. 127A zugeordnete exemplarische Wellenformen;Figures 127B-Q illustrate exemplary waveforms associated with the circuit of Figure 127A;
Fig. 128A eine exemplarische MOS-FET-Ausführungsform der Erfindung;Fig. 128A shows an exemplary MOS-FET embodiment of the invention;
Fig. 128B eine exemplarische MOS-FET-Ausführungsform der Erfindung;Fig. 128B shows an exemplary MOS-FET embodiment of the invention;
Fig. 128C eine exemplarische MOS-FET-Ausführungsform der Erfindung;Fig. 128C shows an exemplary MOS-FET embodiment of the invention;
129A ein anderes Implementierungsbeispiel des Blockdiagramms von Fig. 125;129A shows another implementation example of the block diagram of Fig. 125;
129B-129Q der Schaltung von Fig. 127A zugeordnete exemplarische Wellenformen;129B-129Q are exemplary waveforms associated with the circuit of Fig. 127A;
Fig. 130 und 131 amplituden- und pulsbreitenmodulierte Sender gemäß Ausführungsformen der Erfindung;130 and 131 show amplitude and pulse width modulated transmitters according to embodiments of the invention;
Figuren 132A-D und 133-134 dem amplituden- und pulsbreitenmodulierten Sender zugeordnete exemplarische Signaldiagramme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;Figures 132A-D and 133-134 show exemplary signal diagrams associated with the amplitude and pulse width modulated transmitter according to embodiments of the invention;
Figur 135 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Empfängers zum Wiedergewinnen der amplituden- oder pulsbreitenmodulierten Information;Figure 135 is a block diagram of an embodiment of a receiver for recovering the amplitude or pulse width modulated information;
Fig. 136A-G einem Wellenformgenerator zugeordnete exemplarische
Signaldiagramme gemäß Ausführungsformen der Erfindung; Fig. 136A-G exemplary waveform generator associated
Signal diagrams according to embodiments of the invention;
Figuren 137-139 exemplarische schematische Diagramme zum Darstellen verschiedener Schaltungen, die im Empfänger von Fig. 135 verwendet werden;Figures 137-139 are exemplary schematic diagrams illustrating various circuits used in the receiver of Figure 135;
Figuren 140-143 Zeit- und Frequenzbereichdiagramme alternativer Senderausgangswellenformen;Figures 140-143 Time and frequency domain diagrams of alternative transmitter output waveforms;
Figuren 144 und 145 differentielle Empfänger gemäß Ausführungsformen der Erfindung; undFigures 144 and 145 show differential receivers according to embodiments of the invention; and
Figuren 146 und 147 Zeit- und Frequenzbereiche für ein schmalbandiges/konstantes Trägersignal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.Figures 146 and 147 show time and frequency domains for a narrowband/constant carrier signal according to an embodiment of the invention.
Inhaltsangabe
I. EinfuhrungTable of contents
I. Introduction
1. Allgemeine Terminologie1. General terminology
1.1 Modulation1.1 Modulation
1.1.1 Amplitudenmodulation1.1.1 Amplitude modulation
1.1.2 Frequenzmodulation1.1.2 Frequency modulation
1.1.3 Phasenmodulation1.1.3 Phase modulation
1.2 Demodulation1.2 Demodulation
2. Übersicht der Erfindung2. Overview of the invention
2.1 Aspekte der Erfindung2.1 Aspects of the invention
2.2 Abwärtswandlung durch Undersampling2.2 Downconversion by undersampling
2.2.1 Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal2.2.1 Downconversion to an intermediate frequency (IF) signal
2.2.2 Direct-to-Data-Abwärtswandlung2.2.2 Direct-to-data downconversion
2.2.3 Modulationsumsetzung2.2.3 Modulation implementation
2.3 Abwärts Wandlung durch Energieübertragung2.3 Downward conversion through energy transfer
2.3.1 Abwärtswandlung in Zwischenfrequenz (ZF) -signal2.3.1 Down-conversion to intermediate frequency (IF) signal
2.3.2 Direct-to-Data-Abwärtswandlung2.3.2 Direct-to-data downconversion
2.3.3 Modulationsumsetzung2.3.3 Modulation implementation
2.4 Bestimmen der Aliasing-Rate2.4 Determining the aliasing rate
3. Vorteile der Erfindung unter Verwendung eines exemplarischen herkömmlichen Empfängers für Vergleichszwecke3. Advantages of the invention using an exemplary conventional receiver for comparison purposes
II. UndersamplingII. Undersampling
1. Abwärtswandlung eines EM-Trägersignals in ein EM-Zwischenfrequenzsignal durch Undersampling des EM-Trägersignals mit der Aliasing-Rate1. Downconversion of an EM carrier signal into an EM intermediate frequency signal by undersampling the EM carrier signal with the aliasing rate
1.1 High-Level-Beschreibung1.1 High-level description
1.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.1.1 Description of the functionality
1.1.2 Beschreibung der Struktur1.1.2 Description of the structure
1.2 Exemplarische Ausführungsformen1.2 Exemplary embodiments
1.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Amplitudenmodulation 1.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.1 First exemplary embodiment: Amplitude modulation 1.2.1.1 Description of the functionality
1.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal1.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
1.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal 1.2.1.2 Beschreibung der Struktur1.2.1.1.2 Digital AM carrier signal 1.2.1.2 Description of the structure
1.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Frequenzmodulation1.2.2 Second exemplary embodiment: frequency modulation
1.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.2.1 Description of the functionality
1.2.2.1.1 Analoges FM-Trägersignal1.2.2.1.1 Analog FM carrier signal
1.2.2.1.2 Digitales FM-Trägersignal1.2.2.1.2 Digital FM carrier signal
1.2.2.2 Beschreibung der Struktur1.2.2.2 Description of the structure
1.2.3 Dritte exemplarische Ausfuhrungsform: Phasenmodulation1.2.3 Third exemplary embodiment: phase modulation
1.2.3.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.3.1 Description of the functionality
1.2.3.1.1 Analoges PM-Trägersi gnal1.2.3.1.1 Analog PM carrier signal
1.2.3.1.2 Digitales PM-Trägersignal1.2.3.1.2 Digital PM carrier signal
1.2.3.2 Beschreibung der Struktur1.2.3.2 Description of the structure
1.2.4 Andere Ausführungsformen
1.3 Implementierungsbeispiele1.2.4 Other embodiments
1.3 Implementation examples
2. Direkte Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein Basisbandsignal (Direct-to-Data) 2. Direct downconversion of an EM signal into a baseband signal (direct-to-data)
2.1 High-Level-Beschreibung2.1 High-level description
2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.1.1 Description of the functionality
2.1.2 Beschreibung der Struktur2.1.2 Description of the structure
2.2 Exemplarische Ausführungsformen2.2 Exemplary embodiments
2.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Amplitudenmodulation2.2.1 First exemplary embodiment: Amplitude modulation
2.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.1.1 Description of the functionality
2.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal2.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
2.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal2.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
2.2.1.2 Beschreibung der Struktur2.2.1.2 Description of the structure
2.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Phasenmodulation2.2.2 Second exemplary embodiment: phase modulation
2.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.2.1 Description of the functionality
2.2.2.1.1 Analoges PM-Trägersignal2.2.2.1.1 Analog PM carrier signal
2.2.2.1.2 Digitales PM-Trägersignal2.2.2.1.2 Digital PM carrier signal
2.2.2.2 Beschreibung der Struktur2.2.2.2 Description of the structure
2.2.3 Andere Ausführungsformen2.2.3 Other embodiments
2.3 Implementierungsbeispiele2.3 Implementation examples
3. Modulationsumsetzung3. Modulation implementation
3.1 High-Level-Beschreibung3.1 High-level description
3.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.1.1 Description of the functionality
3.1.2 Beschreibung der Struktur3.1.2 Description of the structure
3.2 Exemplarische Ausführungsformen3.2 Exemplary embodiments
3.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein PM-Signal3.2.1 First exemplary embodiment: Downconversion of an FM signal into a PM signal
3.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.1.1 Description of the functionality
3.2.1.2 Beschreibung der Struktur3.2.1.2 Description of the structure
3.2.2 Zweite exemplarische Ausführungsform: Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein AM-Signal3.2.2 Second exemplary embodiment: Downconversion of an FM signal into an AM signal
3.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.2.1 Description of the functionality
3.2.2.2 Beschreibung der Struktur3.2.2.2 Description of the structure
3.2.3 Andere exemplarische Ausführungsformen3.2.3 Other exemplary embodiments
3.3 Implementierungsbeispiele3.3 Implementation examples
4. Implementierungsbeispiele4. Implementation examples
4.1 Das Undersampling-System als Abtast-Halte-System4.1 The undersampling system as a sample-and-hold system
4.1.1 Das Abtast-Halte-System als Schaltmodul und Haltemodul4.1.1 The sample-hold system as a switching module and holding module
4.1.2 Das Abtast-Halte-System als Folgeumschaltemodul4.1.2 The sample-and-hold system as a sequence switching module
4.1.3 Implementierungsbeispiele des Schaltmoduls4.1.3 Implementation examples of the switching module
4.1.4 Implementierungsbeispiele des Haltemoduls4.1.4 Implementation examples of the holding module
4.1.5 Optionales Undersampling-Signalmodul4.1.5 Optional undersampling signal module
4.2 Das Undersampling-System als invertierte Abtast-Halte-Schaltung4.2 The undersampling system as an inverted sample-and-hold circuit
4.3 Andere Implementierungen4.3 Other implementations
5. Optionale Optimierungen des Undersampling-Prozesses mit einer Aliasing-Rate5. Optional optimizations of the undersampling process with an aliasing rate
5.1 Verdoppeln der Aliasing-Rate (Far) des Undersampling-Signals5.1 Doubling the aliasing rate (Far) of the undersampling signal
5.2 Differentielle Implementierungen5.2 Differential implementations
5.2.1 Differential-Input-to-Differential-Output5.2.1 Differential input to differential output
5.2.2 Single-Input-to-Differential-Output5.2.2 Single input to differential output
5.2.3 Differential-Input-to-Single-Output5.2.3 Differential input to single output
5.3 Glätten des abwärtsgewandelten Signals5.3 Smoothing the down-converted signal
5.4 Lastimpedanz und Ein-/Ausgangs-Pufferung5.4 Load impedance and input/output buffering
5.5 Modifizierung des Undersampling-Signals durch Rückkopplung5.5 Modification of the undersampling signal by feedback
III. Abwärtswandlung durch EnergieübertragungIII. Downconversion through energy transfer
0.1 Energieübertragung im Vergleich zu Undersampling 0.1.1 Übersicht des Undersampling-Prozesses0.1 Energy transfer versus undersampling 0.1.1 Overview of the undersampling process
0.1.1.1 Wirkungen einer Verminderung der Lastimpedanz 0.1.1.2 Wirkungen einer Erhöhung des Haltekapazitätswertes 0.1.2 Einführung in die Energieübertragung0.1.1.1 Effects of reducing the load impedance 0.1.1.2 Effects of increasing the holding capacitance value 0.1.2 Introduction to energy transfer
1. Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein ZF-EM-Signal durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate1. Downconversion of an EM signal into an IF EM signal by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate
1.1 High-Level-Beschreibung1.1 High-level description
1.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.1.1 Description of the functionality
1.1.2 Beschreibung der Struktur1.1.2 Description of the structure
1.2 Exemplarische Ausführungsformen1.2 Exemplary embodiments
1.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Amplitudenmodulation1.2.1 First exemplary embodiment: Amplitude modulation
1.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.1.1 Description of the functionality
1.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal1.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
1.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal1.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
1.2.1.2 Beschreibung der Struktur1.2.1.2 Description of the structure
1.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Frequenzmodulation1.2.2 Second exemplary embodiment: frequency modulation
1.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.2.1 Description of the functionality
1.2.2.1.1 Analoges FM-Trägersignal1.2.2.1.1 Analog FM carrier signal
1.2.2.1.2 Digitales FM-Trägersignal1.2.2.1.2 Digital FM carrier signal
1.2.2.2 Beschreibung der Struktur1.2.2.2 Description of the structure
1.2.3 Dritte exemplarische Ausführungsform: Phasenmodulation1.2.3 Third exemplary embodiment: phase modulation
1.2.3.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.3.1 Description of the functionality
1.2.3.1.1 Analoges PM-Trägersignal1.2.3.1.1 Analog PM carrier signal
1.2.3.1.2 Digitales PM-Trägersignal1.2.3.1.2 Digital PM carrier signal
1.2.3.2 Beschreibung der Struktur1.2.3.2 Description of the structure
1.2.4 Andere Ausführungsformen1.2.4 Other embodiments
1.3 Implementierungsbeispiele1.3 Implementation examples
2. Direkte Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal durch Energieübertragung vom EM-Signal2. Direct downconversion of an EM signal into a demodulated baseband signal by energy transfer from the EM signal
2.1 High-Level-Beschreibung2.1 High-level description
2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.1.1 Description of the functionality
2.1.2 Beschreibung der Struktur2.1.2 Description of the structure
2.2 Exemplarische Ausführungsformen2.2 Exemplary embodiments
2.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Amplitudenmodulation 2.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.1 First exemplary embodiment: Amplitude modulation 2.2.1.1 Description of the functionality
2.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal2.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
2.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal 2.2.1.2 Beschreibung der Struktur2.2.1.1.2 Digital AM carrier signal 2.2.1.2 Description of the structure
2.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Phasenmodulation2.2.2 Second exemplary embodiment: phase modulation
2.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.2.1 Description of the functionality
2.2.2.1.1 Analoges PM-Trägersignal2.2.2.1.1 Analog PM carrier signal
2.2.2.1.2 Digitales PM-Trägersignal2.2.2.1.2 Digital PM carrier signal
2.2.2.2 Beschreibung der Struktur2.2.2.2 Description of the structure
2.2.3 Andere Ausfuhrungsformen 2.3 Implementierungsbeispiele2.2.3 Other embodiments 2.3 Implementation examples
3. Modulationsumsetzung3. Modulation implementation
3.1 High-Level-Beschreibung3.1 High-level description
3.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.1.1 Description of the functionality
3.1.2 Beschreibung der Struktur3.1.2 Description of the structure
3.2 Exemplarische Ausführungsformen3.2 Exemplary embodiments
3.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Abwärts Wandlung eines FM-Signals in ein PM-Signal3.2.1 First exemplary embodiment: Down-conversion of an FM signal into a PM signal
3.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.1.1 Description of the functionality
3.2.1.2 Beschreibung der Struktur3.2.1.2 Description of the structure
3.2.2 Zweite exemplarische Ausführungsform: Abwärts Wandlung eines FM-Signals in ein AM-Signal3.2.2 Second exemplary embodiment: Down-conversion of an FM signal into an AM signal
3.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.2.1 Description of the functionality
3.2.2.2 Beschreibung der Struktur3.2.2.2 Description of the structure
3.2.3 Andere exemplarische Ausführungsformen3.2.3 Other exemplary embodiments
3.3 Implementierungsbeispiele3.3 Implementation examples
4. Implementierungsbeispiele4. Implementation examples
4.1 Das Energieübertragungssystem als torgesteuertes Übertragungssystem4.1 The energy transmission system as a gate-controlled transmission system
4.1.1 Das torgesteuerte Übertragungssystem als Schaltmodul und Speichermodul4.1.1 The gate-controlled transmission system as a switching module and storage module
4.1.2 Das torgesteuerte Übertragungssystem als Folgeumschaltemodul4.1.2 The gate-controlled transmission system as a sequential switching module
4.1.3 Implementierungsbeispiele des Schaltmoduls4.1.3 Implementation examples of the switching module
4.1.4 Implementierungsbeispiele des Speichermoduls4.1.4 Implementation examples of the storage module
4.1.5 Optionales Energieübertragungssignalmodul4.1.5 Optional power transfer signal module
4.2 Das Energieübertragungssystem als invertiertes torgesteuertes Übertragungssystem 4.2 The energy transmission system as an inverted gate-controlled transmission system
4.2.1 Das invertierte torgesteuerte Übertragungssystem als Schaltmodul und Speichermodul4.2.1 The inverted gate-controlled transmission system as a switching module and storage module
4.3 Rail-to-Rail-Operation für verbesserten Dynamikbereich4.3 Rail-to-rail operation for improved dynamic range
4.3.1 Einfuhrung4.3.1 Introduction
4.3.2 Komplementäre UFT-Struktur für verbesserten Dynamikbereich4.3.2 Complementary UFT structure for improved dynamic range
4.3.3 Konfigurationen mit Vorspannung4.3.3 Preloaded configurations
4.3.4 Simulationsbeispiele4.3.4 Simulation examples
4.4 Optimierte Schaltstrukturen4.4 Optimized switching structures
4.4.1 Splitter in CMOS4.4.1 Splitters in CMOS
4.4.2 I/Q-Schaltung4.4.2 I/Q circuit
4.5 Exemplarische I- und Q-Implementierungen4.5 Exemplary I and Q implementations
4.5.1 Schalter mit verschiedenen Größen4.5.1 Switches with different sizes
4.5.2 Verminderung der Schaltergesamtfläche4.5.2 Reduction of the total switch area
4.5.3 Ladungsträgerinjektionskompensation4.5.3 Charge carrier injection compensation
4.5.4 Überlappte Kapazität4.5.4 Overlapped capacity
4.6 Andere Implementierungen4.6 Other implementations
5. Optionale Optimierungen der Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate5. Optional optimizations of energy transfer with an aliasing rate
5.1 Verdoppeln der Aliasing-Rate (Far) des Energieübertragungssignals5.1 Doubling the aliasing rate (Far) of the energy transfer signal
5.2 Differentielle Implementierungen5.2 Differential implementations
5.2.1 Ein Beispiel zum Darstellen der differentiellen Energieübertragung5.2.1 An example to illustrate differential energy transfer
5.2.1.1 Differential-Input-to-Differential-Output5.2.1.1 Differential input to differential output
5.2.1.2 Single-Input-to Differential-Output5.2.1.2 Single input to differential output
5.2.1.3 Differential-Input-to-Single-Output5.2.1.3 Differential input to single output
5.2.2 Spezifische alternative Ausführungsformen5.2.2 Specific alternative embodiments
5.2.3 Spezifische Beispiele von Optimierungen und Konfigurationen für invertierte und nicht-invertierte differentielle Konstruktionen5.2.3 Specific examples of optimizations and configurations for inverted and non-inverted differential designs
5.3 Glätten des abwärtsgewandelten Signals5.3 Smoothing the down-converted signal
5.4 Impedanzanpassung5.4 Impedance matching
5.5 Offene Schwingkreise und Resonanzstrukturen5.5 Open resonant circuits and resonance structures
5.6 Konzepte zur Ladungs- und Energieübertragung5.6 Concepts for charge and energy transfer
5.7 Optimieren und Einstellen der nicht-geringfügigen Pulsbreite/-dauer (Zeitfenster) 5.7 Optimizing and adjusting the non-minor pulse width/duration (time window)
5.7.1 Verändern der Eingangs- und Ausgangsimpedanzen5.7.1 Changing the input and output impedances
5.7.2 Echtzeit-Pulsbreitensteuerung5.7.2 Real-time pulse width control
5.8 Hinzufügen eines Umleitungsnetzwerks5.8 Adding a redirection network
,W.2,W.2
5.9 Modifizieren des Energieübertragungssignals unter Verwendung einer Rückkopplung5.9 Modifying the energy transfer signal using feedback
5.10 Andere Implementierungen5.10 Other implementations
6. Exemplarische Energieübertragungs-Abwärtswandler6. Exemplary power transfer buck converters
IV. Weitere AusfuhrungsformenIV. Further embodiments
V. ZusammenfassungV. Summary
1. Allgemeine Terminologie1. General terminology
Zur Erläuterung wird die Funktionsweise der Erfindung häufig durch Ablaufdiagramme dargestellt, z.B. durch das Ablauf diagramm 1201 in Fig. 12A. Die Verwendung von Ablaufdiagrammen dient jedoch lediglich zur Erläuterung und ist nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen. Die Erfindung ist beispielswweise nicht auf die durch die Ablaufdiagramme dargestellein) Ausführungsform(en) der Funktionsweise beschränkt. Stattdessen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung alternative Funktionsweisen ersichtlich. Außerdem sollte die Verwendung von Ablaufdiagrammen nicht als Einschränkung der Erfindung auf eine diskrete oder digitale Betriebsweise verstanden werden. In der Praxis kann, wie für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist, die Erfindung durch eine diskrete oder kontinuierliche Betriebsweise oder eine Kombination davon realisiert werden. Außerdem dient der durch die Ablaufdiagramme dargestellte Steurablauf lediglich zur Erläuterung. Wie für Fachleute ersichtlich ist, sind innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung auch andere Steuerabläufe möglich. Außerdem kann die Schrittfolge in verschiedenen Ausführungsformen verschieden sein.For explanation, the operation of the invention is often illustrated by flow charts, e.g., by flow chart 1201 in Fig. 12A. However, the use of flow charts is for illustration only and is not to be understood in a limiting sense. For example, the invention is not limited to the embodiment(s) of operation illustrated by the flow charts. Instead, alternative modes of operation will be apparent to those skilled in the art based on the present description. Furthermore, the use of flow charts should not be understood as limiting the invention to a discrete or digital mode of operation. In practice, as will be apparent to those skilled in the art based on the present description, the invention may be implemented by a discrete or continuous mode of operation, or a combination thereof. Furthermore, the control flow illustrated by the flow charts is for illustration only. As will be apparent to those skilled in the art, other control flows are possible within the scope of the present invention. Furthermore, the sequence of steps may be different in different embodiments.
In diesem Abschnitt werden verschiedene in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdrücke beschrieben. Die Beschreibung dieses Abschnitts dient lediglich zur Darstellung und zum besseren Verständnis und ist nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen. Die Bedeutung dieser Ausdrücke wird für Fachleute basierend auf der Gesamtheit der vorliegenden Beschreibung offensichtlich sein. Diese Ausdrücke werden in der gesamten Beschreibung gegebenenfalls mit weiteren Details diskutiert.This section describes various terms used in the present application. The description of this section is for illustration and understanding purposes only and is not intended to be limiting. The meaning of these terms will be apparent to those skilled in the art based on the entirety of this specification. These terms are discussed in further detail throughout the specification where appropriate.
Der hierin verwendete Ausdruck "moduliertes Trägersignal" bezeichnet ein Trägersignal, das durch ein Basisbandsignal moduliert ist.As used herein, the term "modulated carrier signal" refers to a carrier signal that is modulated by a baseband signal.
Der hierin verwendete Ausdruck "unmoduliertes Trägersignal" bezeichnet ein Signal mit einer Amplitude, die mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Frequenz und Phase oszilliert .As used herein, the term "unmodulated carrier signal" means a signal having an amplitude that oscillates at a substantially uniform frequency and phase.
Der hierin verwendete Ausdruck "Basisbandsignal" bezeichnet ein Informationssignal, das beispielsweise analoge Informationssignale, digitale Informationssignale und Gleichspannungs (DC) -informationssignale aufweist.As used herein, the term "baseband signal" refers to an information signal including, for example, analog information signals, digital information signals, and direct current (DC) information signals.
Der hierin verwendete Ausdruck "Trägersignal" bezeichnet, falls nicht anders spezifiziert, modulierte Trägersignale und unmodulierte Trägersignale.The term "carrier signal" as used herein refers to modulated carrier signals and unmodulated carrier signals unless otherwise specified.
Der hierin verwendete Ausdruck "elektromagnetisches (EM) Signal" bezeichnet ein Signal im EM-Spektrum. Das EM-Spektrum enthält alle Frequenzen von mehr als null Hertz. EM-Signale weisen im allgemeinen Wellen auf, die durch Änderungen des elektrischen und magnetischen Feldes gekennzeichnet sind. Solche Wellen können sich in einem beliebigen Medium ausbreiten, sowohl in natürlichen als auch in künstlichen, z.B. in Luft, im Weltraum, in einem Draht, einem Kabel, in Flüssigkeiten, in einem Wellenleiter, in einem Mikrostreifen, einer Streifenleitung, einer Lichtleitfaser, usw. Falls nicht anders angegeben, sind alle hierin diskutierten Signale EM-Signale, auch wenn sie nicht explizit als solche bezeichnet sind.As used herein, the term "electromagnetic (EM) signal" refers to a signal in the EM spectrum. The EM spectrum includes all frequencies greater than zero hertz. EM signals generally comprise waves characterized by changes in the electric and magnetic fields. Such waves may propagate in any medium, both natural and artificial, e.g., air, space, a wire, a cable, liquids, a waveguide, a microstrip, a stripline, an optical fiber, etc. Unless otherwise stated, all signals discussed herein are EM signals, even if not explicitly labeled as such.
Der hierin verwendete Ausdruck "Zwischenfrequenz (ZF) signal" bezeichnet ein EM-Signal, das einem anderen EM-Signal im wesentlichen ähnlich ist, außer daß das ZF-Signal eine niedrigere Frequenz hat als das andere Signal. Eine ZF-Signalfrequenz kann eine beliebige Frequenz über 0 Hz sein. Falls nicht anders angegeben, werden die Ausdrücke niedrige-As used herein, the term "intermediate frequency (IF) signal" means an EM signal that is substantially similar to another EM signal except that the IF signal has a lower frequency than the other signal. An IF signal frequency can be any frequency above 0 Hz. Unless otherwise specified, the terms low-
re Frequenz, Zwischenfrequenz, und ZF hierin austauschbar verwendet.re frequency, intermediate frequency, and IF are used interchangeably herein.
Der hierin verwendete Ausdruck "Analogsignal" bezeichnet ein Signal, das konstant oder kontinuierlich veränderlich ist, im Gegensatz zu einem Signal, das sich zwischen diskreten Zuständen ändert.As used herein, the term "analog signal" refers to a signal that is constant or continuously varying, as opposed to a signal that changes between discrete states.
Der hierin verwendete Ausdruck "Basisbandsignal" bezeichnet ein Frequenzband, das durch ein beliebiges allgemeines Informationssignal besetzt ist, das übertragen und/oder empfangen werden soll.As used herein, the term "baseband signal" means a frequency band occupied by any general information signal to be transmitted and/or received.
Der hierin verwendete Ausdruck "Basisbandsignal" bezeichnet ein beliebiges allgemeines Informationssignal, das übertragen und/oder empfangen werden soll.As used herein, the term "baseband signal" means any general information signal to be transmitted and/or received.
Der hierin verwendete Ausdruck "Trägerfrequenz" bezeichnet die Frequenz eines Trägersignals. Typischerweise ist dies die Mittenfrequenz eines Sendesignals, das im allgemeinen moduliert ist.As used herein, the term "carrier frequency" refers to the frequency of a carrier signal. Typically, this is the center frequency of a transmitted signal, which is generally modulated.
Der hierin verwendete Ausdruck "Trägersignal" bezeichnet eine EM-Welle mit mindestens einer Kenngröße, die durch Modulation veränderbar ist, so daß es Information durch Modulation übertragen kann.As used herein, the term "carrier signal" means an EM wave having at least one characteristic that is variable by modulation so that it can carry information by modulation.
Der hierin verwendete Ausdruck "demoduliertes Basisbandsignal" bezeichnet ein Signal, das durch Verarbeitung eines modulierten Signals erhalten wird. In einigen Fällen wird das demodulierte Basisbandsignal beispielsweise durch Demodulieren eines modulierten Zwischenfrequenz (ZF)
signals erhalten, das durch Abwärtswandeln eines modulierten Trägersignals erhalten wird. In einem anderen Fall ist dies ein Signal, das durch einen kombinierten Abwärtswandlungs- und Demodulationsschritt erhalten wird.The term "demodulated baseband signal" as used herein means a signal obtained by processing a modulated signal. In some cases, the demodulated baseband signal is obtained, for example, by demodulating a modulated intermediate frequency (IF)
signal obtained by down-converting a modulated carrier signal. In another case, this is a signal obtained by a combined down-conversion and demodulation step.
Der hierin verwendete Ausdruck "Digitalsignal" bezeichnet ein Signal, das sich, im Gegensatz zu einem kontinuierlichen Signal, zwischen diskreten Zuständen ändert. Bei-As used herein, the term "digital signal" refers to a signal that changes between discrete states, as opposed to a continuous signal.
spielsweise kann die Spannung eines Digitalsignals zwischen diskreten Pegeln umschalten.For example, the voltage of a digital signal can switch between discrete levels.
Der Ausdruck "elektromagnetisches (EM) Spektrum" bezeichnet ein Spektrum, das Wellen aufweist, die durch Änderungen des elektrischen und magnetischen Feldes gekennzeichnet sind. Solche Wellen können sich in einem beliebigen natürlichen und künstlichen Übertragungsmedium ausbreiten, z.B. in Luft, im Weltraum, in einem Draht, einem Kabel, einer Flüssigkeit, einem Wellenleiter, einem Mikrostreifen, einer Streifenleitung, einer Lichtleitfaser, usw. Das EM-Spektrum ebthält alle Frequenzen von mehr als null Hertz.The term "electromagnetic (EM) spectrum" refers to a spectrum that includes waves characterized by changes in the electric and magnetic fields. Such waves can propagate in any natural or artificial transmission medium, such as air, space, a wire, a cable, a liquid, a waveguide, a microstrip, a stripline, an optical fiber, etc. The EM spectrum includes all frequencies greater than zero hertz.
Der hierin verwendete Ausdruck "elektromagnetisches (EM) Signal" bezeichnet ein Signal im EM-Spektrum. Es wird auch allgemein als EM-Welle bezeichnet. Falls nicht anders angegeben, sind alle hierin diskutierten Signale EM-Signale, auch wenn diese nicht explizit als solche bezeichnet sind.As used herein, the term "electromagnetic (EM) signal" refers to a signal in the EM spectrum. It is also commonly referred to as an EM wave. Unless otherwise stated, all signals discussed herein are EM signals, even if they are not explicitly labeled as such.
Der hierin verwendete Ausdruck "modulierendes Basisbandsignal" bezeichnet ein beliebiges allgemeines Informationssignal, das zum Modulieren eines oszillierenden Signals oder eines Trägersignals verwendet wird.As used herein, the term "modulating baseband signal" refers to any general information signal used to modulate an oscillating signal or a carrier signal.
1.1 Modulation1.1 Modulation
Es ist häufig vorteilhaft, elektromagnetische (EM) Signale bei höheren Frequenzen zu übertragen. Diese weisen Basisbandsignale auf, z.B. digitale Dateninformationssignale und analoge Informationssignale. Ein Basisbandsignal kann unter Verwendung des Basisbandsignals zu einem höherfrequenten EM-Signal aufwärtsgewandelt werden, um ein höherfrequentes Trägersignal Fc zu modulieren. Wenn ein solches Basisbandsignal auf diese Weise verwendet wird, wird es hierin als modulierendes Basisbandsignal FMB bezeichnet.It is often advantageous to transmit electromagnetic (EM) signals at higher frequencies. These include baseband signals, e.g., digital data information signals and analog information signals. A baseband signal can be upconverted to a higher frequency EM signal using the baseband signal to modulate a higher frequency carrier signal F c . When such a baseband signal is used in this way, it is referred to herein as a modulating baseband signal F MB .
Durch Modulation werden dem Trägersignal Fc Änderungen aufgeprägt, die Informationen im modulierenden Basisbandsignal FMB darstellen. Die Änderungen können Amplitudenänderungen, Frequenzänderungen, Phasenänderungen, usw. oder eine Kombination davon sein. Das erhaltene Signal wird hierin als moduliertes Trägersignal FMC bezeichnet. Das modulierte Trägersignal FMC weist das durch das modulierende Basisbandsignal FMB modulierte Trägersignal Fc auf, z.B.:By modulation, changes are imposed on the carrier signal F c which represent information in the modulating baseband signal F MB . The changes can be amplitude changes, frequency changes, phase changes, etc. or a combination thereof. The resulting signal is referred to herein as modulated carrier signal F MC . The modulated carrier signal F MC comprises the carrier signal F c modulated by the modulating baseband signal F MB , e.g.:
FMB kombiniert mit Fc "^ FMcF MB combined with Fc "^ F M c
Das modulierte Trägersignal FMC oszilliert bei oder in der Nähe der Frequenz des Trägersignals Fc und kann daher effizient übertragen werden.The modulated carrier signal F MC oscillates at or near the frequency of the carrier signal F c and can therefore be transmitted efficiently.
Fig. 1 zeigt einen exemplarischen Modulator 110, wobei das Trägersignal Fc durch das modulierende Basisbandsignal FMB moduliert wird, wodurch das modulierte Trägersignal FMc erzeugt wird.Fig. 1 shows an exemplary modulator 110, wherein the carrier signal F c is modulated by the modulating baseband signal F MB , thereby generating the modulated carrier signal F M c .
Das modulierende Basisbandsignal FMB kann ein analoges Basisbandsignal, ein digitales Basisbandsignal oder eine Kombination davon sein.The modulating baseband signal F MB can be an analog baseband signal, a digital baseband signal or a combination thereof.
Fig. 2 zeigt das modulierende Basisbandsignal FMB als ein exemplarisches analoges modulierendes Basisbandsignal 210. Das exemplarische analoge modulierende Basisbandsignal 210 kann einen beliebigen Typ analoger Information darstellen, z.B. Sprachdaten, Musikdaten, Bilddaten, usw. Die Amplitude des analogen modulierenden Basisbandsignals 210 ändert sich zeitlich.Fig. 2 shows the modulating baseband signal F MB as an exemplary analog modulating baseband signal 210. The exemplary analog modulating baseband signal 210 may represent any type of analog information, e.g., voice data, music data, image data, etc. The amplitude of the analog modulating baseband signal 210 varies over time.
Digitale Information weist mehrere diskrete Zustände auf. Zur einfacheren Beschreibung werden digitale Informationssignale nachstehend als Signale mit zwei diskreten Zuständen diskutiert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.Digital information has multiple discrete states. For ease of description, digital information signals are discussed below as signals having two discrete states. However, the invention is not limited to this embodiment.
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Fig. 3 zeigt das modulierende Basisbandsignal FMB als exemplarisches digitales modulierendes Basisbandsignal 310. Das digitale modulierende Basisbandsignal 310 kann einen beliebigen Digitaldatentyp darstellen, z.B. digitale Computerinformation und digitalisierte analoge Information. Das digitale modulierende Basisbandsignal 310 weist einen ersten Zustand 312 und einen zweiten Zustand 314 auf. In einer ersten Ausführungsform stellt der erste Zustand 312 einen Binärzustand 0 und der zweite Zustand 314 einen Binärzustand 1 dar. Alternativ stellt der erste Zustand 312 den Binärzustand 1 und der zweite Zustand 314 den Binärzustand 0 dar. Während der gesamten restlichen Beschreibung wird der erstgenannten Regel gefolgt, gemäß der der erste Zustand 312 den Binärzustand null und der zweite Zustand 314 den Binärzustand eins darstellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Der erste Zustand 312 wird daher hierin als Low-Zustand und der zweite Zustand 314 als High-Zustand bezeichnet.Fig. 3 shows the modulating baseband signal F MB as an exemplary digital modulating baseband signal 310. The digital modulating baseband signal 310 may represent any type of digital data, e.g., digital computer information and digitized analog information. The digital modulating baseband signal 310 has a first state 312 and a second state 314. In a first embodiment, the first state 312 represents a binary state 0 and the second state 314 represents a binary state 1. Alternatively, the first state 312 represents the binary state 1 and the second state 314 represents the binary state 0. Throughout the remainder of the description, the former rule is followed, according to which the first state 312 represents the binary state zero and the second state 314 represents the binary state one. However, the invention is not limited to this embodiment. The first state 312 is therefore referred to herein as the low state and the second state 314 as the high state.
Das digitale modulierende Basisbandsignal 310 kann sich zwischen dem ersten Zustand 312 und dem zweiten Zustand 314 mit einer in Bit/s gemessenen Daten- oder Baudrate ändern.The digital modulating baseband signal 310 may change between the first state 312 and the second state 314 at a data or baud rate measured in bits/s.
Das Trägersignal Fc wird durch das modulierende Basisbandsignal FMB durch ein beliebiges Modulationsverfahren moduliert, z.B. durch Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM), Phasenmodulation (PM), usw. oder durch eine beliebige Kombination davon. Nachstehend werden Beispiele für Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation und Phasenmodulation des analogen modulierenden Basisbandsignals 210 und des digitalen modulierenden Basisbandsignals 310 bezüglich des Trägersignals Fc beschrieben. Die Beispiele werden verwendet, um die Beschreibung der Erfindung zu unterstützen. Die Erfindung ist nicht auf oder durch die Beispiele beschränkt.The carrier signal F c is modulated by the modulating baseband signal F MB by any modulation method, e.g., amplitude modulation (AM), frequency modulation (FM), phase modulation (PM), etc., or any combination thereof. Examples of amplitude modulation, frequency modulation, and phase modulation of the analog modulating baseband signal 210 and the digital modulating baseband signal 310 with respect to the carrier signal F c are described below. The examples are used to assist in describing the invention. The invention is not limited to or by the examples.
Fig. 4 zeigt das Trägersignal Fc als ein Trägersignal 410. Im Beispiel von Fig. 4 ist das Trägersignal 410 als 900 MHz-Trägersignal dargestellt. Alternativ kann das Trägersignal 400 eine beliebige andere Frequenz aufweisen. Nachstehend werden exemplarische Modulationsschemas unter Verwendung von in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Signalbeispielen dargestellt.Fig. 4 shows the carrier signal F c as a carrier signal 410. In the example of Fig. 4, the carrier signal 410 is shown as a 900 MHz carrier signal. Alternatively, the carrier signal 400 may have any other frequency. Example modulation schemes are shown below using signal examples shown in Figs. 2, 3 and 4.
1.1.1 Amplitudenmodulation1.1.1 Amplitude modulation
Bei der Amplitudenmodulation (AM) ist die Amplitude des modulierten Trägersignals FMC eine Funktion der Amplitude des modulierenden Basisbandsignals FMB. Die Figuren 5A-5C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen zur Amplitudenmodulation des Trägersignals 410 mit dem analogen modulierenden Basisbandsignal 210. Die Figuren 6A-6C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen zur Amplitudenmodulation des Trägersignals 410 mit dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310.In amplitude modulation (AM), the amplitude of the modulated carrier signal F MC is a function of the amplitude of the modulating baseband signal F MB . Figures 5A-5C show examples of timing diagrams for amplitude modulation of the carrier signal 410 with the analog modulating baseband signal 210. Figures 6A-6C show examples of timing diagrams for amplitude modulation of the carrier signal 410 with the digital modulating baseband signal 310.
Fig. 5A zeigt das analoge modulierende Basisbandsignal 210. Fig. 5b zeigt das Trägersignal 410. Fig. 5C zeigt ein analoges AM-Trägersignal 516, das erzeugt wird, wenn das Trägersignal 410 unter Verwendung des analogen modulierenden Basisbandsignals 210 amplitudenmoduliert wird. Der Ausdruck "analoges AM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein analoges Signal ist.Fig. 5A shows the analog modulating baseband signal 210. Fig. 5b shows the carrier signal 410. Fig. 5C shows an analog AM carrier signal 516 that is generated when the carrier signal 410 is amplitude modulated using the analog modulating baseband signal 210. The term "analog AM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is an analog signal.
Das analoge AM-Trägersignal 516 oszilliert mit der Frequenz des Trägersignals 410. Die Amplitude des analogen AM-Trägersignals 516 folgt der Amplitude des analogen modulierenden Basisbandsignals 210, d.h., daß die im analogen modulierenden Basisbandsignal 210 enthaltene Information im analogen AM-Trägersignal 516 aufrechterhalten wird.The analog AM carrier signal 516 oscillates at the frequency of the carrier signal 410. The amplitude of the analog AM carrier signal 516 follows the amplitude of the analog modulating baseband signal 210, i.e., the information contained in the analog modulating baseband signal 210 is maintained in the analog AM carrier signal 516.
:34;:34;
Fig. 6A zeigt das digitale modulierende Basisbandsignal 310. Fig. 6B zeigt das Trägersignal· 410. Fig. 6C zeigt ein digitales AM-Trägersignal 616, das erzeugt wird, wenn das Trägersignal 410 unter Verwendung des digitaien modulierenden Basisbandsignals 310 amplitudenmoduiiert wird. Der Ausdruck "digitales AM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein digitales Signal ist.Fig. 6A shows the digital modulating baseband signal 310. Fig. 6B shows the carrier signal 410. Fig. 6C shows a digital AM carrier signal 616 that is generated when the carrier signal 410 is amplitude modulated using the digital modulating baseband signal 310. The term "digital AM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is a digital signal.
Das digitale AM-Trägersignal· 616 oszilliert mit der Frequenz des Trägersignais 4W. Die Ampiitude des digitalen AM-Trägersignais 616 folgt der Amplitude des digitalen modulierenden Basisbandsignais 310, d.h., daß die im digitalen modulierenden Basisbandsignal· 310 enthaltene Information im digitalen AM-Trägersignal 616 aufrechterhalten wird. Wenn das digitale modulierende Basisbandsignal 310 Zustände ändert, ändert das digitale AM-Signal 616 Amplituden. Die digitale Amplitudenmodulation wird häufig als Amplitudenumtastung (ASK) bezeichnet, wobei die beiden Ausdrücke in der gesamten Beschreibung austauschbar verwendet werden.The digital AM carrier signal 616 oscillates at the frequency of the carrier signal 4W. The amplitude of the digital AM carrier signal 616 follows the amplitude of the digital modulating baseband signal 310, i.e., the information contained in the digital modulating baseband signal 310 is maintained in the digital AM carrier signal 616. As the digital modulating baseband signal 310 changes states, the digital AM signal 616 changes amplitudes. Digital amplitude modulation is often referred to as amplitude shift keying (ASK), with the two terms being used interchangeably throughout this specification.
1.1.2 Frequenzmodulation1.1.2 Frequency modulation
Bei der Frequenzmoduiation (FM) ändert sich die Frequenz des moduiierten Trägersignais FMC al·s Funktion der Ampiitude des moduiierenden Basisbandsignais FMB. Die Figuren &Iacgr;&Agr;-IC zeigen Beispieie von Zeitdiagrammen für die Frequenzmodulation des Trägersignals 410 mit dem analogen modulierenden Basisbandsignal 210. Die Figuren 8A-8C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen für die Frequenzmodulation des Trägersignals 410 mit dem digitalen moduiierenden Basisbandsignal· 3iO.In frequency modulation (FM), the frequency of the modulated carrier signal F MC changes as a function of the amplitude of the modulating baseband signal F MB . Figures 8A -8C show examples of timing diagrams for the frequency modulation of the carrier signal 410 with the analog modulating baseband signal 210. Figures 8A-8C show examples of timing diagrams for the frequency modulation of the carrier signal 410 with the digital modulating baseband signal 3iO.
Fig. 7A zeigt das analoge modulierende Basisbandsignal 210. Fig. 7B zeigt das Trägersignal 410. Fig. 7C zeigt einFig. 7A shows the analog modulating baseband signal 210. Fig. 7B shows the carrier signal 410. Fig. 7C shows a
analoges FM-Trägersignal 716, das erzeugt wird, wenn das Trägersignal 410 unter Verwendung des analogen modulierenden Basisbandsignals 210 frequenzmoduliert wird. Der Ausdruck "analoges FM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein analoges Signal ist.analog FM carrier signal 716 that is generated when the carrier signal 410 is frequency modulated using the analog modulating baseband signal 210. The term "analog FM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is an analog signal.
Die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 ändert sich als Funktion von Amplitudenänderungen des analogen Basisbandsignals 210. Im dargestellten Beispiel ändert sich die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 proportional zur Amplitude des analogen modulierenden Basisbandsignals 210. Daher sind zu einem Zeitpunkt ti die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 und die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 maximal. Zu einem Zeitpunkt t3 sind die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 und die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 minimal.The frequency of the analog FM carrier signal 716 changes as a function of amplitude changes of the analog baseband signal 210. In the example shown, the frequency of the analog FM carrier signal 716 changes proportionally to the amplitude of the analog modulating baseband signal 210. Therefore, at a time t1, the amplitude of the analog baseband signal 210 and the frequency of the analog FM carrier signal 716 are maximum. At a time t3, the amplitude of the analog baseband signal 210 and the frequency of the analog FM carrier signal 716 are minimum.
Die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 ist typischerweise um die Frequenz des Trägersignals 410 zentriert. Daher ist zu einem Zeitpunkt t2, wenn beispielsweise die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 sich in der Mitte befindet, die hierin durch null Volt dargestellt ist, die Frequenz des analogen FM-Trägersignals 716 der Frequenz des Trägersignals 410 im wesentlichen gleich.The frequency of the analog FM carrier signal 716 is typically centered about the frequency of the carrier signal 410. Therefore, at time t2, for example, when the amplitude of the analog baseband signal 210 is at the center, represented herein by zero volts, the frequency of the analog FM carrier signal 716 is substantially equal to the frequency of the carrier signal 410.
Fig. 8A zeigt das digitale modulierende Basisbandsignal 310. Fig. 8B zeigt das Trägersignal 410. Fig. 8C zeigt ein digitales FM-Trägersignal 816, das erzeugt wird, wenn das Trägersignal 410 unter Verwendung des digitalen modulierenden Basisbandsignals 310 frequenzmoduliert wird. Der Ausdruck "digitales FM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein digitales Signal ist.Fig. 8A shows the digital modulating baseband signal 310. Fig. 8B shows the carrier signal 410. Fig. 8C shows a digital FM carrier signal 816 that is generated when the carrier signal 410 is frequency modulated using the digital modulating baseband signal 310. The term "digital FM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is a digital signal.
Die Frequenz des digitalen FM-Trägersignals 816 ändert sich als Funktion von Amplitudenänderungen des digitalen mo-The frequency of the digital FM carrier signal 816 changes as a function of amplitude changes of the digital mo-
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dulierenden Basisbandsignals 310. Im dargestellten Beispiel ändert sich die Frequenz des digitalen FM-Trägersignals 816 proportional zur Amplitude des digitalen modulierenden Basisbandsignals 310. Daher ist zwischen Zeitpunkten tO und ti und zwischen Zeitpunkten t2 und t4, wenn die Amplitude des digitalen Basisbandsignals 310 sich im zweiten Zustand mit dem höheren Amplitudenwert befindet, die Frequenz des digitalen FM-Trägersignals 816 maximal. Zwischen den Zeitpunkten ti und t2, wenn die Amplitude des digitalen Basisbandsignals 310 sich im ersten Zustand mit dem niedrigeren Amplitudenwert befindet, ist die Frequenz des digitalen FM-Trägersignals 816 minimal. Die digitale Frequenzmodulation wird häufig als Frequenzumtastung (FSK) bezeichnet, wobei beide Ausdrücke in der gesamten Beschreibung austauschbar verwendet werden.modulating baseband signal 310. In the example shown, the frequency of the digital FM carrier signal 816 changes proportionally to the amplitude of the digital modulating baseband signal 310. Therefore, between times t0 and ti and between times t2 and t4, when the amplitude of the digital baseband signal 310 is in the second state with the higher amplitude value, the frequency of the digital FM carrier signal 816 is maximum. Between times ti and t2, when the amplitude of the digital baseband signal 310 is in the first state with the lower amplitude value, the frequency of the digital FM carrier signal 816 is minimum. Digital frequency modulation is often referred to as frequency shift keying (FSK), with both terms being used interchangeably throughout the description.
Typischerweise ist die Frequenz des digitalen FM-Trägersignals 816 um die Frequenz des Trägersignals 410 zentriert, und die maximalen und minimalen Frequenzen sind bezüglich der Mittenfrequenz gleichermaßen versetzt. Es können andere Ausführungsformen verwendet werden, zur einfacheren Beschreibung wird jedoch dieser Regel gefolgt.Typically, the frequency of the digital FM carrier signal 816 is centered about the frequency of the carrier signal 410, and the maximum and minimum frequencies are equally offset from the center frequency. Other embodiments may be used, but for ease of description, this rule is followed.
1.1.3 Phasenmodulation1.1.3 Phase modulation
Bei der Phasenmodulation (PM) ändert sich die Phase des modulierten Trägersignals FMC als Funktion der Amplitude des modulierenden Basisbandsignals FMB. Die Figuren 9A-9C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen für die Phasenmodulation des Trägersignals 410 mit dem analogen modulierenden Basisbandsignal 210. Die Figuren 10A-10C zeigen Beispiele von Zeitdiagrammen für die Phasenmodulation des Trägersignals 410 mit dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310.In phase modulation (PM), the phase of the modulated carrier signal F MC changes as a function of the amplitude of the modulating baseband signal F MB . Figures 9A-9C show examples of timing diagrams for the phase modulation of the carrier signal 410 with the analog modulating baseband signal 210. Figures 10A-10C show examples of timing diagrams for the phase modulation of the carrier signal 410 with the digital modulating baseband signal 310.
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Fig. 9A zeigt das analoge modulierende Basisbandsignal 210. Fig. 9B zeigt das Trägersignal 410. Fig. 9C zeigt ein analoges PM-Trägersignal 916, das durch Phasenmodulation des Trägersignals 410 mit dem analogen modulierenden Basisbandsignal 210 erzeugt wird. Der Ausdruck "analoges PM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein analoges Signal ist.Fig. 9A shows the analog modulating baseband signal 210. Fig. 9B shows the carrier signal 410. Fig. 9C shows an analog PM carrier signal 916 generated by phase modulating the carrier signal 410 with the analog modulating baseband signal 210. The term "analog PM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is an analog signal.
Im allgemeinen ist die Frequenz des analogen PM-Trägersignals 916 der Frequenz des Trägersignals 410 im wesentlichen gleich. Die Phase des analogen PM-Trägersignals 916 ändert sich jedoch mit Amplitudenänderungen des analogen modulierenden Basisbandsignals 210. Für einen relativen Vergleich ist das Trägersignal 410 in Fig. 9C durch eine gestrichelte Linie dargestellt.In general, the frequency of the analog PM carrier signal 916 is substantially equal to the frequency of the carrier signal 410. However, the phase of the analog PM carrier signal 916 changes with amplitude changes of the analog modulating baseband signal 210. For relative comparison, the carrier signal 410 is shown by a dashed line in FIG. 9C.
Die Phase des analogen PM-Trägersignals 916 ändert sich als Funktion von Amplitudenänderungen des analogen Basisbandsignals 210. Im dargestellten Beispiel ist die Phase des analogen PM-Trägersignals 916 um einen durch die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 bestimmten Änderungswert verzögert. Wenn die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 z.B. zu einem Zeitpunkt ti maximal ist, ist das analoge PM-Trägersignal 916 in Phase mit dem Trägersignal 410. Zwischen den Zeitpunkten ti und t3, wenn die Amplitude des analogen Basisbandsignals 210 auf eine minimale Amplitude abnimmt, ist die Phase des analogen PM-Trägersignals 916 bezüglich der Phase des Trägersignals 410 verzögert, bis sie zu einem Zeitpunkt t3 eine maximale Phasenverschiebung erreicht. Im dargestellten Beispiel ist die Phasenänderung als eine Phasenänderung von etwa 180 Grad dargestellt. Es kann eine beliebige geeignete Phasenänderung verwendet werden, die auf eine beliebige Weise als Funktion des Basisbandsignals verändert wird.The phase of the analog PM carrier signal 916 changes as a function of amplitude changes of the analog baseband signal 210. In the example shown, the phase of the analog PM carrier signal 916 is delayed by a change amount determined by the amplitude of the analog baseband signal 210. For example, when the amplitude of the analog baseband signal 210 is maximum at a time t1, the analog PM carrier signal 916 is in phase with the carrier signal 410. Between times t1 and t3, when the amplitude of the analog baseband signal 210 decreases to a minimum amplitude, the phase of the analog PM carrier signal 916 is delayed with respect to the phase of the carrier signal 410 until it reaches a maximum phase shift at a time t3. In the example shown, the phase change is shown as a phase change of approximately 180 degrees. Any suitable phase change may be used, varied in any way as a function of the baseband signal.
• · I COl > t &igr;• · I COl > t &igr;
Fig. 1OA zeigt das digitale modulierende Basisbandsignal 310. Fig. 1OB zeigt das Trägersignal 410. Fig. IOC zeigt ein digitales PM-Trägersignal 1016, das durch Phasenmodulation des Trägersignals 410 mit dem digitalen Basisbandsignals 310 erzeugt wird. Der Ausdruck "digitales PM-Trägersignal" wird hierin verwendet, um anzuzeigen, daß das modulierende Basisbandsignal ein digitales Signal ist.Fig. 10A shows the digital modulating baseband signal 310. Fig. 10B shows the carrier signal 410. Fig. 10C shows a digital PM carrier signal 1016 generated by phase modulating the carrier signal 410 with the digital baseband signal 310. The term "digital PM carrier signal" is used herein to indicate that the modulating baseband signal is a digital signal.
Die Frequenz des digitalen PM-Tägersignals 1016 ist der Frequenz des Trägersignals 410 gleich. Die Phase des digitalen PM-Trägersignals 1016 ändert sich als Funktion von Amplitudenänderungen des digitalen Basisbandsignals 310. Im dargestellten Beispiel ist, wenn das digitale Basisbandsignal 310 sich im ersten Zustand 312 befindet, das digitale Trägersignal 1016 bezüglich dem Trägersignal 410 phasenverschoben. Wenn das digitale Basisbandsignal 310 sich im zweiten Zustand 314 befindet, ist das digitale PM-Trägersignal 1016 in Phase mit dem Trägersignal 410. Daher ist zwischen den Zeitpunkten ti und t2, wenn die Amplitude des digitalen Basisbandsignals 310 sich im ersten Zustand 312 befindet, das digitale PM-Trägersignal 1016 bezüglich dem Trägersignal 410 phasenverschoben. Zwischen den Zeitpunkten t0 und ti und zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 ist, wenn die Amplitude des digitalen Basisbandsignals 310 sich im zweiten Zustand 314 befindet, das digitale PM-Trägersignal 1016 in Phase mit dem Trägersignal 410.The frequency of the digital PM carrier signal 1016 is equal to the frequency of the carrier signal 410. The phase of the digital PM carrier signal 1016 changes as a function of amplitude changes of the digital baseband signal 310. In the example shown, when the digital baseband signal 310 is in the first state 312, the digital carrier signal 1016 is out of phase with the carrier signal 410. When the digital baseband signal 310 is in the second state 314, the digital PM carrier signal 1016 is in phase with the carrier signal 410. Therefore, between times t1 and t2, when the amplitude of the digital baseband signal 310 is in the first state 312, the digital PM carrier signal 1016 is out of phase with the carrier signal 410. Between times t0 and t1 and between times t2 and t4, when the amplitude of the digital baseband signal 310 is in the second state 314, the digital PM carrier signal 1016 is in phase with the carrier signal 410.
Im dargestellten Beispiel ist die Phasenverschiebung zwischen den Zeitpunkten ti und t3 als Phasenverschiebung von etwa 180 Grad dargestellt. Es kann jedoch eine beliebige Phasenverschiebung verwendet werden, die auf eine beliebige Weise als Funktion des Basisbandsignals verändert wird. Eine digitale Phasenmodulation wird häufig als Phasenumtastung (PSKj bezeichnet, und die beiden Ausdrücke werden in der gesamten Beschreibung austauschbar verwendet.In the example shown, the phase shift between times ti and t3 is shown as a phase shift of about 180 degrees. However, any phase shift can be used, varied in any way as a function of the baseband signal. Digital phase modulation is often referred to as phase shift keying (PSKj), and the two terms are used interchangeably throughout the specification.
• '* MO» > r I *• '* MO» > r I *
1.2 Demodulation1.2 Demodulation
Wenn das modulierte Trägersignal FMC empfangen wird, kann es demoduliert werden, um das modulierende Basisbandsignal FMB zu extrahieren. Aufgrund der typischerweise hohen Frequenz des modulierten Trägersignals FMC ist es jedoch im allgemeinen nicht praktisch, das Basisbandsignal FMB direkt vom modulierten Trägersignal FMC zu demodulieren. Stattdessen muß das modulierte Trägersignal FMC in ein niedrigerfrequentes Signal abwärtsgewandelt werden, das das ursprüngliche modulierende Basisbandsignal enthält.When the modulated carrier signal F MC is received, it can be demodulated to extract the modulating baseband signal F MB . However, due to the typically high frequency of the modulated carrier signal F MC, it is generally not practical to demodulate the baseband signal F MB directly from the modulated carrier signal F MC . Instead, the modulated carrier signal F MC must be down-converted to a lower frequency signal containing the original modulating baseband signal.
Wenn ein moduliertes Träghersignal in ein niedrigerfrequentes Signal abwärtsgewandelt wird, wird das niedrigerfrequente Signal hierin als Zwischenfrequenz (ZF) -signal FIF bezeichnet. Das ZF-Signal FIF oszilliert mit einer beliebigen Frequenz oder in einem beliebigen Frequenzband unterhalb der Frequenz des modulierten Trägersignals FMC. Die Abwärtswandlung des Signals FMC in das Signal FIF wird dargestellt durch:When a modulated carrier signal is down-converted to a lower frequency signal, the lower frequency signal is referred to herein as an intermediate frequency (IF) signal F IF . The IF signal F IF oscillates at any frequency or in any frequency band below the frequency of the modulated carrier signal F MC . The down-conversion of the signal F MC to the signal F IF is represented by:
Nachdem das Signal FMC in das modulierte ZF-Signal FIF abwärtsgewandelt wurde, kann FIF in ein Basisbandsignal FDMB demoduliert werden, wie durch:After the signal F MC is down-converted to the modulated IF signal F IF , F IF can be demodulated into a baseband signal F DMB as given by:
FiF -^ FDMB FiF -^ F DMB
dargestellt. FDMB soll dem modulierenden Basisbandsignal FMB im wesentlichen ähnlich sein, wodurch dargestellt wird, daß das modulierende Basisbandsignal FMB im wesentlichen wiedergewinnbar ist.F DMB is intended to be substantially similar to the modulating baseband signal F MB , thereby illustrating that the modulating baseband signal F MB is substantially recoverable.
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In der gesamten Beschreibung wird vorausgesetzt, daß die vorliegende Erfindung mit einem beliebigen EM-Signaltyp implementierbar ist, z.B. mit modulierten Trägersignalen und unmodulierten Trägersignalen. Die vorstehenden Beispiele modulierter Trägersignale dienen lediglich zur Erläuterung. Die Beispiele sind auf vielfach modifizierbar. Beispielsweise kann ein Trägersignal mit mehreren der vorstehend beschriebenen Modulationstypen moduliert werden. Ein Trägersignal kann auch mit mehreren Basisbandsignalen moduliert werden, z.B. mit analogen Basisbandsignalen, digitalen Basisbandsignalen und Kombinationen von analogen und digitalen Basisbandsignalen.Throughout the description, it is assumed that the present invention can be implemented with any type of EM signal, e.g., modulated carrier signals and unmodulated carrier signals. The above examples of modulated carrier signals are for illustrative purposes only. The examples can be modified in many ways. For example, a carrier signal can be modulated with several of the modulation types described above. A carrier signal can also be modulated with several baseband signals, e.g., analog baseband signals, digital baseband signals, and combinations of analog and digital baseband signals.
2. Übersicht der Erfindung2. Overview of the invention
Herkömmliche Signalverarbeitungstechniken folgen dem Nyquist-Theorem, das darstellt, daß, um ein abgetastetes Signal genau zu reproduzieren oder wiederzugewinnen, das Signal mit einer Rate abgetastet werden muß, die größer ist als die doppelte Frequenz des abgetasteten Signals. Wenn ein Signal mit einer geringeren Rate als die doppelte Frequenz oder mit genau der doppelten Frequenz des Signals abgetastet wird, wird dies als Undersampling oder Unterabtastung oder Aliasing des Signals bezeichnet. In der herkömmlichen Signalverarbeitung wird daher Undersampling und Aliasing vermieden, um ein abgetastetes Signal genau zu reproduzieren.Conventional signal processing techniques follow the Nyquist theorem, which states that to accurately reproduce or recover a sampled signal, the signal must be sampled at a rate greater than twice the frequency of the sampled signal. When a signal is sampled at a rate less than twice the frequency or at exactly twice the frequency of the signal, it is called undersampling or aliasing the signal. Therefore, in conventional signal processing, undersampling and aliasing are avoided in order to accurately reproduce a sampled signal.
2.1 Aspekte der Erfindung2.1 Aspects of the invention
Im Gegensatz zur herkömmlichen Kenntnis wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zum Abwärtswandeln eines elektromagnetischen (EM) Signals durch Aliasing des EM-Signals bereitgestellt. Aliasing ist allge-Contrary to conventional knowledge, the present invention provides a method and system for down-converting an electromagnetic (EM) signal by aliasing the EM signal. Aliasing is generally
mein in den Figuren 4 5A durch das Bezugszeichen 4 502 dargestellt. my represented in Figures 4 5A by the reference numeral 4 502.
Durch Verwenden eines Trägers und Aliasing des Trägers mit einer Aliasing-Rate kann der Träger erfindungsgemäß in niedrigere Frequenzen abwärtsgewandelt werden. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, daß für eine ausreichende Reproduktion nicht der Träger Gegenstand des Interesses ist, sondern das niedrigerfrequente Basisbandsignal. Der Frequenzanteil des Basisbandsignals erfüllt das Nyquist-Kriterium, obwohl sein Träger aliased sein kann, so daß die Basisbandinformation ausreichend reproduzierbar ist.By using a carrier and aliasing the carrier at an aliasing rate, the carrier can be down-converted to lower frequencies according to the invention. One aspect of the present invention is that for sufficient reproduction it is not the carrier that is of interest, but the lower frequency baseband signal. The frequency component of the baseband signal satisfies the Nyquist criterion, although its carrier may be aliased, so that the baseband information is sufficiently reproducible.
Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm 1201, das ein Verfahren zum Aliasing eines WEM-Signals zum Erzeugen eines abwärtsgewandelten Signals darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1202, in dem das EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1204 wird ein Aliasing-Signal mit einer Aliasing-Rate empfangen. In Schritt 1206 wird das EM-Signal aliased, um das EM-Signal abwärtszuwandeln. Der hierin verwendete Ausdruck Aliasing bezeichnet sowohl die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate als auch die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Energieübertragung vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate. Diese Konzepte werden nachstehend beschrieben.12 shows a flow chart 1201 illustrating a method of aliasing a WEM signal to produce a down-converted signal. Processing begins in step 1202 where the EM signal is received. In step 1204, an aliased signal is received at an aliasing rate. In step 1206, the EM signal is aliased to down-convert the EM signal. As used herein, the term aliasing refers to both down-converting an EM signal by undersampling the EM signal at an aliasing rate and down-converting an EM signal by transferring energy from the EM signal at the aliasing rate. These concepts are described below.
Fig. 13 zeigt ein Blockdiagramm eines allgemeinen Aliasing-system 1302 mit einem Aliasing-Modul 1306. In einer Ausführungsform arbeitet das Aliasing-System 1302 gemäß dem Ablaufdiagramm 1201. In Schritt 1202 empfängt das Aliasing-Modul 1306 beispielsweise ein EM-Signal 1304. In Schritt 1204 empfängt das Aliasing-Modul 1306 ein Aliasing-Signal 1310. In Schritt 1206 wird das EM-Signal 1304 im Aliasing-Modul 1306 in ein abwärtsgewandeltes Signal 1308 abwärtsgewandelt. Das allgemeine Aliasing-System 1302 kann auch ver-Fig. 13 shows a block diagram of a general aliasing system 1302 with an aliasing module 1306. In one embodiment, the aliasing system 1302 operates according to the flow diagram 1201. For example, in step 1202, the aliasing module 1306 receives an EM signal 1304. In step 1204, the aliasing module 1306 receives an aliasing signal 1310. In step 1206, the EM signal 1304 is downconverted in the aliasing module 1306 into a downconverted signal 1308. The general aliasing system 1302 can also be used.
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wendet werden, um ein beliebiges der Ablaufdiagramme 1207, 1213 und 1219 zu implementieren.used to implement any of flowcharts 1207, 1213, and 1219.
In einer Ausführungsform wird das EM-Signal erfindungsgemäß in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal abwärtsgewandelt. Fig. 12B zeigt ein Ablaufdiagramm 1207, das ein Verfahren zum Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate zum Abwärtswandeln des EM-Signals in ein ZF-Signal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1208, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1210 wird ein Aliasing-Signal mit einer Aliasingrate F^ empfangen. In Schritt 1212 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in ein ZF-Signal abwärtszuwandeln.In one embodiment, the EM signal is down-converted to an intermediate frequency (IF) signal in accordance with the invention. Figure 12B shows a flow diagram 1207 illustrating a method of undersampling the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal. Processing begins in step 1208 where an EM signal is received. In step 1210, an aliasing signal is received at an aliasing rate F^. In step 1212, the EM signal is sub-sampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal.
In einer anderen Ausführungsform wird durch das EM-Signal erfindungsgemäß in ein demoduliertes Basisbandinformationssignal abwärtsgewandelt. Fig. 12C zeigt ein Ablaufdiagramm 1213, das ein Verfahren zum Abwärtswandeln des EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1214, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1216 wird ein Aliasing-Signal mit einer Aliasingrate F^ empfangen. In Schritt 1218 wird das EM-Signal in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt. Das demodulierte Basisbandsignal kann ohne weitere Abwärt swandlung oder Demodulation verarbeitet werden.In another embodiment, the EM signal is downconverted to a demodulated baseband information signal in accordance with the invention. Figure 12C shows a flow chart 1213 illustrating a method for downconverting the EM signal to a demodulated baseband signal. Processing begins in step 1214 where an EM signal is received. In step 1216, an aliasing signal having an aliasing rate F^ is received. In step 1218, the EM signal is downconverted to a demodulated baseband signal. The demodulated baseband signal can be processed without further downconversion or demodulation.
In einer anderen Ausführungsform ist das EM-Signal ein frequenzmoduliertes (FM) Signal, das in ein Nicht-FM-Signal abwärtsgewandelt wird, z.B. in ein phasenmoduliertes (PM) Signal oder ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal. Fig. 12D zeigt ein Ablaufdiagramm 1219, das ein Verfahren zum Abwärtswandeln des FM-Signals in ein Nicht-FM-Signal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1220, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1222 wird ein Aliasing-Signal mit einer Aliasingrate empfangen. In Schritt 1224 wird das FM-Signal in ein Nicht-FM-Signal abwärtsgewandelt.In another embodiment, the EM signal is a frequency modulated (FM) signal that is down-converted to a non-FM signal, such as a phase modulated (PM) signal or an amplitude modulated (AM) signal. Figure 12D shows a flowchart 1219 illustrating a method for down-converting the FM signal to a non-FM signal. Processing begins in step 1220 where an EM signal is received. In step 1222, an aliasing signal is received at an aliasing rate. In step 1224, the FM signal is down-converted to a non-FM signal.
Erfindungsgemäß wird ein beliebiger EM-Signaltyp abwärtsgewandelt, z.B. ein moduliertes Trägersignal oder ein unmoduliertes Trägersignal. Zur einfacheren Beschreibung wird die Erfindung im weiteren Verlauf unter Verwendung modulierter Trägersignale als Beispiele beschreiben. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung und der Beispiele ersichtlich, daß die Erfindung auch so implementierbar ist, daß von Trägersignalen verschiedene Signale abwärtsgewandelt werden können. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.According to the invention, any type of EM signal is down-converted, e.g. a modulated carrier signal or an unmodulated carrier signal. For ease of description, the invention will be described below using modulated carrier signals as examples. It will be apparent to those skilled in the art from the present description and examples that the invention can also be implemented in such a way that signals other than carrier signals can be down-converted. The invention is not limited to the exemplary embodiments described above.
In einer Ausführungsform wird die Abwärtswandlung durch Undersampling eines EM-Signals realisiert. Dies wird nachstehend allgemein in Abschnitt 1.2.2 und ausführlich in Abschnitt II und seinen Unterabschnitten beschrieben. In einer anderen Ausführungsform wird die Abwärtswandlung durch Übertragen nicht-geringfügiger Energiemengen von einem EM-Signal realisiert. Dies wird nachstehend allgemein in Abschnitt 1.2.3 und ausführlich in Abschnitt III beschrieben.In one embodiment, the down-conversion is realized by undersampling an EM signal. This is described generally in Section 1.2.2 below and in detail in Section II and its subsections. In another embodiment, the down-conversion is realized by transferring non-trivial amounts of energy from an EM signal. This is described generally in Section 1.2.3 below and in detail in Section III.
2.2 Abwärtswandlung durch Undersampling2.2 Downconversion by undersampling
Der hierin verwendete Ausdruck "Aliasing" bezeichnet sowohl die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate als auch die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Energieübertragung vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate. Nachstehend werden Verfahren zum Undersampling eines EM-Signals zum Abwärtswandeln des EM-Signals in einer Übersicht beschrieben. Fig. 14A zeigt ein Ablaufdiagramm 1401, das ein Verfahren zum Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate zum Abwärtswandeln des EM-Signals darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1402, in dem ein EM-Signal empfangen wird.As used herein, the term "aliasing" refers to both down-converting an EM signal by undersampling the EM signal at an aliasing rate and down-converting an EM signal by transferring energy from the EM signal at the aliasing rate. Methods of undersampling an EM signal to down-convert the EM signal are described below in overview. Figure 14A shows a flowchart 1401 illustrating a method of undersampling the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal. Processing begins in step 1402 where an EM signal is received.
In Schritt 1404 wird ein Undersampling-Signal mit einer Aliasing-Rate empfangen. In Schritt 1406 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal abwärts zuwandeln.In step 1404, an undersampled signal is received at an aliasing rate. In step 1406, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to downconvert the EM signal.
Die Abwärtswandlung durch Undersampling ist in Fig. 45A durch das Bezugszeichen 4504 dargestellt und wird in Abschnitt II ausführlicher beschrieben.The downconversion by undersampling is illustrated in Figure 45A by reference numeral 4504 and is described in more detail in Section II.
2.2.1 Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal2.2.1 Downconversion to an intermediate frequency (IF) signal
In einer Ausführungsfrom wird das EM-Signals mit einer Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in ein niedrigerfrequentes oder Zwischenfrequenz (ZF) -signal abwärtszuwandeln. Das EM-Signal kann ein moduliertes Trägersignal oder ein unmoduliertes Trägersignal sein. In einem exemplarischen Beispiel wird ein moduliertes Trägersignal FMC in ein ZF-Signal FIF abwärtsgewandelt.In one embodiment, the EM signal is subsampled at an aliasing rate to down-convert the EM signal to a lower frequency or intermediate frequency (IF) signal. The EM signal may be a modulated carrier signal or an unmodulated carrier signal. In an exemplary example, a modulated carrier signal F MC is down-converted to an IF signal F IF .
Fig. 14B zeigt ein Ablaufdiagramm 1407, das ein Verfahren zum Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate zum Abärtswandeln des EM-Signals in ein ZF-Signal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal mit einer Aliasingrate empfangen. In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in ein ZF-Signal abwärtszuwandeln.14B shows a flowchart 1407 illustrating a method of undersampling the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal. Processing begins at step 1408 where an EM signal is received. At step 1410, an undersampling signal at an aliasing rate is received. At step 1412, the EM signal is undersampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4508 dargestellt und wird in Abschnitt II. 1 beschrieben.This embodiment is shown generally by reference numeral 4508 in Figure 45B and is described in Section II.1.
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I * J ·I * J ·
2.2.2 Direct-to-Data-Abwärtswandlung2.2.2 Direct-to-data downconversion
In einer anderen Ausführungsform wird ein EM-Signal durch Undersamp.ling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt (Direct-to-Data-Abwärtswandlung). Das EM-Signal kann ein moduliertes EM-Signal oder ein unmoduliertes EM-Signal sein. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das EM-Signal ein moduliertes Trägersignal FMC, das direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB abwärtsgewandelt wird.In another embodiment, an EM signal is directly downconverted to a demodulated baseband signal by undersampling the EM signal at an aliasing rate (direct-to-data downconversion). The EM signal may be a modulated EM signal or an unmodulated EM signal. In an exemplary embodiment, the EM signal is a modulated carrier signal F MC that is directly downconverted to a demodulated baseband signal F DMB .
Fig. 14C zeigt ein Ablaufdiagramm 1413, das ein Verfahren zum Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate zum direkten Abärtswandeln des EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal mit einer Aliasingrate empfangen. In Schritt 1418 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal direkt in ein Basisband-Informationssignal abwärtszuwandeln.14C shows a flowchart 1413 illustrating a method of undersampling the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal directly to a demodulated baseband signal. Processing begins at step 1414 where an EM signal is received. At step 1416, an undersampled signal at an aliasing rate is received. At step 1418, the EM signal is undersampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal directly to a baseband information signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4510 dargestellt und wird in Abschnitt II.2 beschrieben.This embodiment is shown generally by reference numeral 4510 in Figure 45B and is described in Section II.2.
2.2.3 Modulationsumsetzung2.2.3 Modulation implementation
In einer anderen Ausführungsfrom wird ein frequenzmoduliertes (FM) Trägersignal FFMC durch Undersampling des FM-Trägersignals FFMC in ein Nicht-FM-Signal F(NON-fm) gewandelt.In another embodiment, a frequency modulated (FM) carrier signal F FMC is converted into a non-FM signal F (NON -fm) by undersampling the FM carrier signal F FMC .
Fig. 14D zeigt ein Ablaufdiagramm 1419, das ein Verfahren zum Undersampling eines FM-Signals zum Abärtswandeln desFig. 14D shows a flowchart 1419 illustrating a method for undersampling an FM signal to convert the
FM-Signals in ein Nicht-FM-Signal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1420, in dem das FM-Signal empfangen wird. In Schritt 1422 wird das FM-Signal mit einer Aliasingrate unterabgetastet, um das FM-Signal in ein Nicht-FM-Signal umzuwandeln. Das FM-Signal kann beispielsweise unterabgetastet werden, um es in ein PM-Signal oder ein AM-Signal umzuwandeln.FM signal to a non-FM signal. Processing begins in step 1420 where the FM signal is received. In step 1422, the FM signal is subsampled at an aliasing rate to convert the FM signal to a non-FM signal. For example, the FM signal may be subsampled to convert it to a PM signal or an AM signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4512 dargestellt und wird in Abschnitt II.3 beschrieben.This embodiment is shown generally by reference numeral 4512 in Figure 45B and is described in Section II.3.
2.3 Abwärtswandlung durch Energieübertragung2.3 Downconversion through energy transfer
Der hierin verwendete Ausdruck "Aliasing" bezeichnet sowohl die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Undersampling des EM-Signals mit einer Aliasing-Rate als auch die Abwärtswandlung eines EM-Signals durch Übertragen nichtgeringfügiger Energiemengen vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate. Nachstehend werden Verfahren zum Übertragen von Energie von einem EM-Signal zum Abwärtswandeln des EM-Signals in einer Übersicht beschrieben. Ausführlichere Beschreibungen werden in Abschnitt III bereitgestellt.As used herein, the term "aliasing" refers to both down-converting an EM signal by under-sampling the EM signal at an aliasing rate and down-converting an EM signal by transferring non-trivial amounts of energy from the EM signal at the aliasing rate. Methods for transferring energy from an EM signal to down-convert the EM signal are described in overview below. More detailed descriptions are provided in Section III.
Fig. 46A zeigt ein Ablaufdiagramm 4601, das ein Verfahren zur Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate zum Abwärtswandeln des EM-Signals darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4602, in dem ein EM-Signal empfancjen wird. In Schritt 4604 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate aufweist. In Schritt 4606 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal abwärtszuwandeln.46A shows a flow chart 4601 illustrating a method for transferring energy from the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal. Processing begins at step 4602 where an EM signal is received. At step 4604, an energy transfer signal having an aliasing rate is received. At step 4606, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal.
Die Abwärtswandlung durch Energieübertragung ist in Fig. 45A durch das Bezugszeichen 4506 dargestellt und wird in Abschnitt III ausführlicher beschrieben.The down conversion by energy transfer is illustrated in Figure 45A by reference numeral 4506 and is described in more detail in Section III.
UL. ,: UL. ,:
2.3.1 Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal2.3.1 Downconversion to an intermediate frequency (IF) signal
In einer Ausführungsform wird das EM-Signal durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate in ein niedrigerfrequentes oder Zwischenfrequenz (ZF) -signal abwärtsgewandelt. Das EM-Signal kann ein moduliertes Trägersignal oder ein unmoduliertes Trägersignal sein. In einem exemplarischen Beispiel wird ein moduliertes Trägersignal FMC in ein ZF-Signal FiF abwärtsgewandelt.In one embodiment, the EM signal is down-converted to a lower frequency or intermediate frequency (IF) signal by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate. The EM signal may be a modulated carrier signal or an unmodulated carrier signal. In an exemplary example, a modulated carrier signal F MC is down-converted to an IF signal Fi F .
Fmc ■> F1F Fmc ■> F 1F
Fig. 46B zeigt ein Ablaufdiagramm 4607, das ein Verfahren zur Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate zum Abwärtswandeln des EM-Signals in ein ZF-Signal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate aufweist. In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in ein ZF-Signal abwärtszuwandeln.Figure 46B shows a flow chart 4607 illustrating a method for transferring energy from the EM signal at an aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal. Processing begins at step 4608 where an EM signal is received. At step 4610, an energy transfer signal having an aliasing rate is received. At step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an IF signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4514 dargestellt und wird in Abschnitt III. I ausführlicher beschrieben.This embodiment is shown generally by reference numeral 4514 in Figure 45B and is described in more detail in Section III.I.
2.3.2 Direct-to-Data-Ab wärts Wandlung2.3.2 Direct-to-data downconversion
In einer anderen Ausführungsform wird das EM-Signal durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform wird hierin als Direct-to-Data-Abwärtswandlung bezeichnet. Das EM-Signal kann ein moduliertes Trägersignal oder ein unmoduliertes Trägersignal sein.In another embodiment, the EM signal is down-converted to a demodulated baseband signal by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate. This embodiment is referred to herein as direct-to-data down-conversion. The EM signal may be a modulated carrier signal or an unmodulated carrier signal.
In einem exemplarischen Beispiel ist das EM-Signal das moduliertes Trägersignal FMC und wird direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB abwärtsgewandelt.In an exemplary example, the EM signal is the modulated carrier signal F MC and is directly downconverted into a demodulated baseband signal F DMB .
Fmc "^ FDMB Fmc "^ F DMB
Fig. 46C zeigt ein Ablaufdiagramm 4613, das ein Verfahren zur Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate zum direkten Abwärtswandeln des EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal darstellt. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. In Schritt 4616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate aufweist. In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in ein Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Figure 46C shows a flow chart 4613 illustrating a method for transferring energy from the EM signal having an aliasing rate to directly down-convert the EM signal to a demodulated baseband signal. Processing begins at step 4614 where an EM signal is received. At step 4616, an energy transfer signal having an aliasing rate is received. At step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to directly down-convert the EM signal to a baseband signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4516 dargestellt und wird in Abschnitt III.2 ausführlicher beschrieben.This embodiment is illustrated generally by reference numeral 4516 in Figure 45B and is described in more detail in Section III.2.
2.3.3 Modulationsumsetzung2.3.3 Modulation implementation
In einer anderen Ausführungsform wird ein frequenzmoduliertes (FM) Trägersignal Fj-mc durch Energieübertragung vom FM-Trägersignal F^c mit einer Aliasing-Rate in ein Nicht-FM-Signal F(N0N_FM) abwärtsgewandelt.In another embodiment, a frequency modulated (FM) carrier signal Fj-mc is down-converted to a non-FM signal F (N0N _ FM) by transferring energy from the FM carrier signal F^c at an aliasing rate.
Das FM-Trägersignal FFMc kann beispielsweise in ein phasenmoduliertes (PM) Signal oder in ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal umgewandelt werden. Fig. 46D zeigt ein Ablaufdiagramm 4 619, das ein Verfahren zur Energieübertragung von einem FM-Signal darstellt, um es in ein Nicht-FM-Signal umzuwandeln. In Schritt 4620 wird das FM-Signal empfangen. In Schritt 4622 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eineThe FM carrier signal F FM c may be converted, for example, into a phase modulated (PM) signal or into an amplitude modulated (AM) signal. Fig. 46D shows a flow chart 4619 illustrating a method for transferring energy from an FM signal to convert it to a non-FM signal. In step 4620, the FM signal is received. In step 4622, an energy transfer signal is received which has a
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Aliasing-Rate aufweist. In Fig. 46D wird in Schritt 4612 wird Energie vom FM-Signal übertragen, um es in ein Nicht-FM-Signal umzuwandeln. Beispielsweise kann Energie von einem FSK-Signal übertragen werden, um es in ein PSK-Signal oder in ein ASK-Signal umzuwandeln.aliasing rate. In Fig. 46D, in step 4612, energy is transferred from the FM signal to convert it to a non-FM signal. For example, energy may be transferred from an FSK signal to convert it to a PSK signal or to an ASK signal.
Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4518 dargestellt und wird in Abschnitt III.3 ausführlicher beschrieben.This embodiment is illustrated generally by reference numeral 4518 in Figure 45B and is described in more detail in Section III.3.
2.4 Bestimmung der Aliasing-Rate2.4 Determination of the aliasing rate
Gemäß der Definition von Aliasing ist die Aliasing-Rate der doppelten Frequenz des EM-Trägersignals gleich oder kleiner als diese. Vorzugsweise ist die Aliasing-Rate wesentlich niedriger als die Frequenz des Trägersignals. Die Aliasing-Rate ist vorzugsweise mehr als doppelt so groß wie die höchste Frequenzkomponente des zu reproduzierenden modulierenden Basisbandsignals FMB. Die vorstehenden Anforderungen sind in Gl. (1) dargestellt.According to the definition of aliasing, the aliasing rate is equal to or less than twice the frequency of the EM carrier signal. Preferably, the aliasing rate is substantially lower than the frequency of the carrier signal. Preferably, the aliasing rate is more than twice the highest frequency component of the modulating baseband signal F MB to be reproduced. The above requirements are shown in Eq. (1).
2-Fmc ^ Far > 2 (höchste Frequenzkomponente von Fmb) Gl. (1)2-Fmc ^ Far > 2 (highest frequency component of Fmb) Eq. (1)
D.h., Durch Verwenden eines Träegrs und Aliasing des Trägers mit einer Aliasing-Rate kann der Träger erfindungsgemäß in niedrigere Frequenzen abwärtsgewandelt werden. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist, daß für eine ausreichende Reproduktion nicht der Träger Gegenstand des Interesses ist, sondern stattdessen das niedrigerfrequente Basisbandsignal. Der Frequenzanteil des Basisbandsignals erfüllt das Nyquist-Kriterium, obwohl sein Träger aliased sein kann, so daß die Basisbandinformation ausreichend reproduzierbar istThat is, by using a carrier and aliasing the carrier with an aliasing rate, the carrier can be down-converted to lower frequencies according to the invention. An important aspect of the invention is that for sufficient reproduction, it is not the carrier that is of interest, but instead the lower frequency baseband signal. The frequency component of the baseband signal satisfies the Nyquist criterion, although its carrier may be aliased, so that the baseband information is sufficiently reproducible.
·5&thgr;·5&thetas;
entweder als das modulierende ZF-Trägersignal Fjp oder als das demodulierte Direct-to-Data-Basisbandsignal FDMB.either as the modulating IF carrier signal Fjp or as the demodulated direct-to-data baseband signal F DMB .
Die erfindungsgemäßen Beziehungen zwischen der Frequenz eines EM-Trägersignals, der Aliasing-Rate und der Zwischenfrequenz des abwärtsgewandelten Signals sind in Gl. (2) dargestellt. The inventive relationships between the frequency of an EM carrier signal, the aliasing rate and the intermediate frequency of the down-converted signal are shown in Eq. (2).
Fc = II-FaRIFiF Gl. (2)Fc = II-FaRIFiF Eq. (2)
Wobei:Where:
Fc die Frequenz des EM-Trägersignals, das aliased werden soll;
FAR die Aliasing-Rate;F c is the frequency of the EM carrier signal to be aliased;
F AR is the aliasing rate;
&eegr; eine Harmonische oder Subharmonische der Aliasing-Rate (im allgemeinen ist &eegr; =0,5, 1, 2, 3, 4, ...); und FiF die Zwischenfrequenz des abwärtsgewandelten Signals bezeichnen.η is a harmonic or subharmonic of the aliasing rate (in general, η =0.5, 1, 2, 3, 4, ...); and FiF is the intermediate frequency of the down-converted signal.
Wenn (n-F^) sich Fc nähert, nähert sich FIF null. Dies ist ein spezieller Fall, in dem ein EM-Signal direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt wird. Dieser spezielle Fall wird hierin als Direct-to-Data-Abwärtswandlung bezeichnet. Die Direct-to-Data-Abwärtswandlung wird in späteren Abschnitten beschrieben.As (nF^) approaches F c , F IF approaches zero. This is a special case where an EM signal is downconverted directly to a demodulated baseband signal. This special case is referred to herein as direct-to-data downconversion. Direct-to-data downconversion is described in later sections.
In den folgenden Abschnitten werden High-Level-Beschreibungen, exemplarische Ausführungsformen und exemplarische Implementierungen der vorstehenden und anderer Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.The following sections present high-level descriptions, exemplary embodiments, and exemplary implementations of the foregoing and other embodiments of the invention.
3. Vorteile der Erfindung unter Verwendung eines exemplarischen herkömmlichen Empfangers für Vergleichszwecke3. Advantages of the invention using an exemplary conventional receiver for comparison purposes
Fig. 11 zeigt ein exemplarisches herkömmliches Empfängersystems 1102. Das herkömmliche System 1102 wird darge-Fig. 11 shows an exemplary conventional receiver system 1102. The conventional system 1102 is shown
stellt, um die Funktionsunterschiede zwischen herkömmlichen Systemen und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. to illustrate the functional differences between conventional systems and the advantages of the present invention.
Das exemplarische herkömmliche Empfängersystem 1102 empfängt ein elektromagnetisches (EM) Signal 1104 über eine Antenne 1106. Das EM-Signal 1104 kann mehrere EM-Signale aufweisen, z.B. modulierte Trägersignale. Das EM-Signal 1104 weist beispielsweise ein oder mehr Hochfrequenz- (HF) EM-Signale auf, z.B. ein moduliertes 900 MHz-Trägersignal. Hö~ herfrequente HF-Signale, z.B. 900 MHz-Signale können im allgemeinen durch herkömmliche Signalprozessoren nicht direkt verarbeitet werden. Stattdessen werden höherfrequente HF-Signale typischerweise für eine Verarbeitung in niedrigerfrequente Zwischenfrequenz (ZF) -signale abwärtsgewandelt. Das EM-Signal 1104 wird durch das Empfängersystem 1102 in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal 1108n abwärtsgewandelt, das einem Signalprozessor 1110 zugeführt werden kann. Wenn das EM-Signal 1104 ein moduliertes Trägersignal aufweist, weist der Signalprozessor 1110 normalerweise einen Demodulator auf, der das ZF-Signal 1108n in ein Basisband-Informationssignal (demoduliertes Basisbandsignal) demoduliert .The exemplary conventional receiver system 1102 receives an electromagnetic (EM) signal 1104 via an antenna 1106. The EM signal 1104 may comprise multiple EM signals, e.g., modulated carrier signals. For example, the EM signal 1104 comprises one or more radio frequency (RF) EM signals, e.g., a modulated 900 MHz carrier signal. Higher frequency RF signals, e.g., 900 MHz signals, generally cannot be processed directly by conventional signal processors. Instead, higher frequency RF signals are typically downconverted to lower frequency intermediate frequency (IF) signals for processing. The EM signal 1104 is downconverted by the receiver system 1102 into an intermediate frequency (IF) signal 1108n, which may be provided to a signal processor 1110. If the EM signal 1104 comprises a modulated carrier signal, the signal processor 1110 typically comprises a demodulator that demodulates the IF signal 1108n into a baseband information signal (demodulated baseband signal).
Das Empfängersystem 1102 weist eine HF-Stufe 1112 und eine oder mehrere ZF-Stufen 1114 auf. Die HF-Stufe 1112 empfängt das EM-Signal 1104. Die HF-Stufe 1112 weist die Antenne 1106 auf, die das EM-Signal 1104 empfängt.The receiver system 1102 includes an RF stage 1112 and one or more IF stages 1114. The RF stage 1112 receives the EM signal 1104. The RF stage 1112 includes the antenna 1106 that receives the EM signal 1104.
Durch die eine oder mehreren ZF-Stufen 1114a-1114n wird das EM-Signal 1104 stufenweise in niedrigere Zwischenfrequenzen abwärtsgewandelt. Jede der einen oder mehreren ZF-Stufen 1114a-1114n weist einen Mischer 1118a-1118n auf, der ein EM-Eingangssignal 1116 in ein niedrigerfrequentes ZF-Signal abwärtswandelt. Durch die kaskadenförmige Anordnung des einen oder der mehreren Mischer 1118a-1118n wird das EM-The one or more IF stages 1114a-1114n stepwise downconvert the EM signal 1104 to lower intermediate frequencies. Each of the one or more IF stages 1114a-1114n includes a mixer 1118a-1118n that downconverts an EM input signal 1116 to a lower frequency IF signal. The cascade arrangement of the one or more mixers 1118a-1118n downconverts the EM
Signal 1104 stufenweise in ein gewünschtes ZF-Signal 1108n abwärtsgewandelt.Signal 1104 is gradually down-converted into a desired IF signal 1108n.
Im Betrieb mischt jeder der einen oder mehreren MischerDuring operation, each of the one or more mixers
1118 ein EM-Eingangssignal 1116 mit einem Empfangsoszillator (LO) -signal 1119, das durch einen Empfangsoszillator (LO) 1120 erzeugt wird. Durch das Mischen werden Summen- und Differenzsignale des EM-Eingangssignals 1116 und des LO-Signals1118 an EM input signal 1116 with a local oscillator (LO) signal 1119 generated by a local oscillator (LO) 1120. By mixing, sum and difference signals of the EM input signal 1116 and the LO signal
1119 erzeugt. Beispielsweise wird durch Mischen eines EM-Eingangssignals 1116a, das eine Frequenz von 900 MHz aufweist, mit einem LO-Signal 1119a, das eine Frequenz von 830 MHz aufweist, ein Summensignal mit einer Frequenz von 900 MHz + 830 MHz = 1,73 GHz und ein Differenzsignal mit einer Frequenz von 900 MHz - 830 MHz = 70 MHz erhalten.1119. For example, by mixing an EM input signal 1116a having a frequency of 900 MHz with an LO signal 1119a having a frequency of 830 MHz, a sum signal having a frequency of 900 MHz + 830 MHz = 1.73 GHz and a difference signal having a frequency of 900 MHz - 830 MHz = 70 MHz are obtained.
Im Beispiel von Fig. 11 erzeugen der eine oder die mehreren Mischer 1118 Summen- und Differenzsignale für alle Signalkomponenten im EM-Eingangssignal 1116. Wenn beispielsweise das EM-Signal 1116a ein zweites EM-Signal mit einer Frequenz von 760 MHz aufweist, erzeugt der Mischer ein zweites Summensignal mit einer Frequenz von 760 MHz + 830 MHz = 1,59 MHz und ein zweites Differenzsignal mit einer Frequenz von 830 MHz - 760 MHz = 70 MHz. In diesem Beispiel werden durch Mischen zweier EM-Eingangssignale, die Frequenzen von 900 MHz bzw. 760 MHz aufweisen, mit einem LO-Signal mit einer Frequenz von 830 MHz zwei ZF-Signale mit einer Frequenz von 70 MHz erhalten.In the example of Figure 11, the one or more mixers 1118 generate sum and difference signals for all signal components in the EM input signal 1116. For example, if the EM signal 1116a includes a second EM signal having a frequency of 760 MHz, the mixer generates a second sum signal having a frequency of 760 MHz + 830 MHz = 1.59 MHz and a second difference signal having a frequency of 830 MHz - 760 MHz = 70 MHz. In this example, by mixing two EM input signals having frequencies of 900 MHz and 760 MHz, respectively, with an LO signal having a frequency of 830 MHz, two IF signals having a frequency of 70 MHz are obtained.
Im allgemeinen ist es sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die beiden 70 MHz-Signale zu trennen. Stattdessen sind jedem Mischer 1118 ein oder mehrere Filter 1122 und 1123 vorgeschaltet, um unerwünschte Frequenzen herauszufiltern, die auch als Bildfrequenzen bekannt sind. Die Filter 1122 und 1123 können verschiedene Filtertopologien und anordnungen, z.B. Bandpaßfilter, einen oder mehrere Hochpaß-In general, it is very difficult, if not impossible, to separate the two 70 MHz signals. Instead, each mixer 1118 is preceded by one or more filters 1122 and 1123 to filter out unwanted frequencies, also known as frame frequencies. The filters 1122 and 1123 can have various filter topologies and arrangements, e.g. bandpass filters, one or more highpass
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filter, einen oder mehrere Tiefpaßfilter, Kombinationen davon, usw. aufweisen.filter, one or more low-pass filters, combinations thereof, etc.
Typischerweise dämpfen oder reduzieren der eine oder die mehreren Mischer 1118 und der eine oder die mehreren Filter 1122 und 1123 die Stärke des EM-Signals 1104. Beispielsweise reduziert ein typischer Mischer die EM-Signalstärke um 8 bis 12 dB. Ein typisches Filter reduziert die EM-Signalstärke um 3 bis 6 dB.Typically, the one or more mixers 1118 and the one or more filters 1122 and 1123 attenuate or reduce the strength of the EM signal 1104. For example, a typical mixer reduces the EM signal strength by 8 to 12 dB. A typical filter reduces the EM signal strength by 3 to 6 dB.
Dadurch sind dem einen bzw. den mehreren Filtern 1123 und 1122a-1122n ein oder mehrere rauscharme oder Low-Noise-Verstärker (LNA) 1121 bzw. 1124a-1124n vorgeschaltet. Die rauscharmen oder Low-Noise-Verstärker und die Filter können auch in umgekehrter Folge angeordnet sein. Die Low-Noise-Verstärker kompensieren Verluste in den Mischern 1118, den Filtern 1122 und 1123 und in anderen Komponenten, indem die EM-Signalstärke vor dem Filtern und Mischen erhöht wird. Typischerweise wird durch jeden Low-Noise-Verstärker eine Verstärkung von 15 bis 20 dB erhalten.Thus, the one or more filters 1123 and 1122a-1122n are preceded by one or more low-noise amplifiers (LNA) 1121 and 1124a-1124n, respectively. The low-noise amplifiers and the filters may also be arranged in reverse order. The low-noise amplifiers compensate for losses in the mixers 1118, the filters 1122 and 1123, and other components by increasing the EM signal strength prior to filtering and mixing. Typically, a gain of 15 to 20 dB is obtained from each low-noise amplifier.
Die Low-Noise-Verstärker benötigen jedoch eine hohe Betriebsleistung. Höherfrequente Low-Noise-Verstärker benötigen mehr Leistung als niedrigerfrequente Low-Noise-Verstärker. Wenn das Empfängersystem 1102 ein tragbares System sein soll, z.B. ein Mobiltelefonempfänger, verbrauchen die Low-Noise-Verstärker einen wesentlichen Teil der Gesamtleistung. However, the low-noise amplifiers require high operating power. Higher frequency low-noise amplifiers require more power than lower frequency low-noise amplifiers. If the receiver system 1102 is to be a portable system, e.g., a cell phone receiver, the low-noise amplifiers consume a significant portion of the total power.
Bei höheren Frequenzen wird die Stärke des EM-Signals 1104 durch Impedanzfehlanpassungen zwischen den verschiedenen Stufen reduziert. Um die über das Empfängersystem 1102 übertragene Leistung zu optimieren, sollte jede Komponente bezüglich benachbarten Komponenten impedanzangepaßt sein. Weil keine zwei Komponenten exakt gleiche Impedanzkenngrößen haben, muß selbst für Komponenten, die mit hohen Toleranzen hergestellt sind, für jedes Empfängersystem 1102 die Impe-At higher frequencies, the strength of the EM signal 1104 is reduced by impedance mismatches between the various stages. To optimize the power transmitted through the receiver system 1102, each component should be impedance matched with respect to neighboring components. Because no two components have exactly the same impedance characteristics, even for components manufactured to high tolerances, the impedance of each receiver system 1102 must be
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danzanpassung häufig individuell feinabgeglichen werden. Dadurch ist die Impedanzanpassung in herkömmlichen Empfängern tendentiell arbeitsaufwendig. Für die Impedanzanpassung sind ein wesentlicher zusätzlicher Zeit- und ein zusätzlicher Aufwandwand sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Herstellung herkömmlicher Empfänger erforderlich. Weil viele der Komponenten, z.B. Low-Noise-Verstärker, Filter und Impedanzanpassungsschaltungen hochgradig frequenzabhängig sind, ist ein für eine Anwendung konstruierter Empfänger im allgemeinen für andere Anwendungen ungeeignet. Stattdessen muß ein neuer Empfänger konstruiert werden, der neue Schaltungen zur Impedanzanpassung zwischen vielen der Komponenten erfordert .impedance matching often has to be fine-tuned individually. As a result, impedance matching in conventional receivers tends to be labor intensive. Impedance matching requires a significant amount of additional time and effort in both the design and manufacture of conventional receivers. Because many of the components, e.g. low-noise amplifiers, filters and impedance matching circuits, are highly frequency dependent, a receiver designed for one application is generally unsuitable for other applications. Instead, a new receiver must be designed, requiring new impedance matching circuits between many of the components.
Herkömmliche Empfängerkomponenten sind typischerweise anstatt auf einem einzelnen IC-Substrat auf mehreren IC-Substraten angeordnet. Dies ist teilweise der Fall, weil kein einzelnes Substrat existiert, das für HF-, ZF- und Baissbandfrequenzen optimal ist. Andere Faktoren können die Gesamtzahl der Komponenten, ihre verschiedenen Größen und ihre verschiedenen Impedanzkenngrößen, usw. sein. Häufig ist von einem Chip zum nächsten eine weitere Signalverstärkung erforderlich. Für Implementierungen auf mehreren Substraten ergeben sich daher zusätzlich zu den Kosten der ICs selbst viele weitere Kosten.Conventional receiver components are typically arranged on multiple IC substrates rather than on a single IC substrate. This is partly because no single substrate exists that is optimal for RF, IF and baseband frequencies. Other factors may include the total number of components, their different sizes and their different impedance characteristics, etc. Often, additional signal amplification is required from one chip to the next. Therefore, multiple substrate implementations incur many additional costs in addition to the cost of the ICs themselves.
Für herkömmliche Empfänger sind daher viele Komponenten erforderlich, ihre Konstruktion und Herstellung ist schwierig und zeitaufwendig, und sie benötigen eine wesentliche externe Leistung, um ausreichende Signalpegel aufrechtzuerhalten. Daher ist die Konstruktion, Herstellung und Verwendung herkömmlicher Empfänger teuer.Therefore, conventional receivers require many components, are difficult and time-consuming to design and manufacture, and require substantial external power to maintain sufficient signal levels. Therefore, conventional receivers are expensive to design, manufacture, and use.
In einer Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung so implementiert, daß viele, wenn nicht gar alle Komponenten zwischen der Antenne 1106 und dem Signalprozessor 1110 durchIn one embodiment, the present invention is implemented such that many, if not all, of the components between the antenna 1106 and the signal processor 1110 are
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ein Aliasing-Modul ersetzt werden, das ein universelles Frequenzumsetzungs (UFT) -modul aufweist. Das UFT-Modul ist in der Lage, einen breiten Bereich von EM-Signalfrequenzen unter Verwendung sehr weniger Komponenten abwärtszuwandeln. Das UFT-Modul ist einfach konstruierbar und herstellbar und benötigt eine geringe externe Leistung. Die UFT-Konstruktion ist für verschiedene Frequenzen oder Frequenzbereiche leicht anpaßbar. Beispielsweise kann die UFT-Konstruktion leicht und mit einem-relativ geringen Aufwand impedanzangepaßt werden. In einer erfindungsgemäßen Direct-to-Data-Ausführungsform, in der ein EM-Signal direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal· abwärtsgewandelt wird, wird erfindungsgemäß auch das Erfordernis für einen Demodulator im Signalprozessor 1110 eliminiert.an aliasing module comprising a universal frequency conversion (UFT) module. The UFT module is capable of down-converting a wide range of EM signal frequencies using very few components. The UFT module is simple to design and manufacture and requires little external power. The UFT design is easily adaptable to different frequencies or frequency ranges. For example, the UFT design can be easily impedance matched with relatively little effort. In a direct-to-data embodiment of the invention in which an EM signal is down-converted directly to a demodulated baseband signal, the invention also eliminates the need for a demodulator in the signal processor 1110.
Wenn die Erfindung in einem Empfängersystem implementiert wird, z.B. im Empfängersystem 1102, wird der Leistungsverbrauch erheblich reduziert, und der Rauschabstand wesentlich erhöht.When the invention is implemented in a receiver system, e.g., receiver system 1102, power consumption is significantly reduced and signal-to-noise ratio is significantly increased.
In einer Ausführungsform kann die Erfindung für spezifische Anwendungen leicht implementiert und angepaßt werden, und die Impedanzanpassungsschaltungen können leicht berechnet und implementiert werden. Dadurch ist, wenn die Erfindung als Empfänger impiementiert ist, z.B. als Empfänger 1102, keine spezielle Erfahrung für den Impedanzabgleich erforderlich .In one embodiment, the invention can be easily implemented and adapted for specific applications, and the impedance matching circuits can be easily calculated and implemented. Thus, when the invention is implemented as a receiver, e.g., as receiver 1102, no special expertise is required for impedance matching.
In herkömmlichen Empfängern weisen Komponenten in den ZF-Abschnitten ca. 80 bis 90% der Gesamtkomponenten des Empfängers auf. Durch die UFT-Konstruktion werden der (die) ZF-Abschnitt(e) eliminiert, wodurch die ca. 80 bis 90% der Gesamtkomponenten herkömmlicher Empfänger eliminiert werden.In conventional receivers, components in the IF sections comprise approximately 80 to 90% of the total components of the receiver. The UFT design eliminates the IF section(s), thereby eliminating the approximately 80 to 90% of the total components of conventional receivers.
Andere Vorteile der Erfindungen sind beispielsweise:Other advantages of the inventions include:
Die Erfindung kann als Empfänger mit nur einem Empfangsoszillator implementiert werden;The invention can be implemented as a receiver with only one local oscillator;
Die Erfindung kann als Empfänger mit nur einem niedrigerfrequenten Empfangsoszillator implementiert werden;The invention can be implemented as a receiver with only one low-frequency local oscillator;
Die Erfindung kann als Empfänger unter Verwendung weniger Filter implementiert werden;The invention can be implemented as a receiver using few filters;
Die Erfindung kann als Empfänger unter Verwendung von Filtern mit einheitlicher Verzögerung implementiert werden;The invention can be implemented as a receiver using uniform delay filters ;
Die Erfindung kann als Empfänger implementiert werden, der Frequenzen ändern und verschiedene Modulationsformate empfangen kann, ohne daß Hardwareänderungen erforderlich sind;The invention can be implemented as a receiver that can change frequencies and receive different modulation formats without requiring hardware changes;
Die Erfindung kann auch als Frequenzaufwärtswandler in einem EM-Signalsender implementiert werden;The invention can also be implemented as a frequency upconverter in an EM signal transmitter;
Die Erfindung kann auch als Kombination aus einem Aufwärtswandler (Sender) und einem Abwärtswandler (Empfänger) implementiert werden, die hierin auch als Transceiver bezeichnet wird;The invention can also be implemented as a combination of an upconverter (transmitter) and a downconverter (receiver), also referred to herein as a transceiver;
Die Erfindung kann in einer differentiellen Konfiguration implementiert werden, wodurch größere Rauschabstände erhalten werden;The invention can be implemented in a differential configuration, thereby obtaining larger signal-to-noise ratios;
Ein erfindungsgemäß konstruierter Empfänger kann auf einem einzelnen IC-Substrat implementiert werden, z.B. auf einem IC-Substrat auf Siliciumbasis;A receiver constructed according to the invention can be implemented on a single IC substrate, e.g. on a silicon-based IC substrate;
Ein erfindungsgemäß konstruierter und auf einem einzelnen IC-Substrat, z.B. auf einem IC-Substrat auf Siliciumbasis, implementierter Empfänger kann EM-Signale von Frequenzen im GHz-Bereich abwärtswandeln;A receiver constructed in accordance with the invention and implemented on a single IC substrate, e.g. a silicon-based IC substrate, can down-convert EM signals from frequencies in the GHz range;
Ein erfindungsgemäß konstruierter Empfänger hat über einen breiten Frequenzbereich ein relativ flaches Ansprechverhalten. Beispielsweise weist ein erfindungsgemäß konstruierter Empfänger, der für einen Betrieb bei etwa 800 MHz geeignet ist, in einer Ausführungsform in einem Frequenzbereich von 100 MHz bis 1 GHz ein relativ flaches Ansprechver-A receiver constructed according to the invention has a relatively flat response over a wide frequency range. For example, a receiver constructed according to the invention suitable for operation at about 800 MHz has, in one embodiment, a relatively flat response in a frequency range from 100 MHz to 1 GHz.
halten auf (d.h. plus oder minus wenige dB Leistung) . Dies wird hierin als Breitbandempfänger bezeichnet; undhold on (i.e. plus or minus a few dB of power). This is referred to herein as a wideband receiver; and
Ein erfindungsgemäß konstruierter Empfänger kann mehrere durch einen Benutzer wählbare Impedanzanpassungsmodule aufweisen, die jeweils für ein anderes breites Frequenzband konstruiert sind und verwendet werden können, um ein ultrabreites Frequenzband abzutasten.A receiver constructed in accordance with the invention may include a plurality of user-selectable impedance matching modules, each designed for a different wide frequency band, which may be used to scan an ultra-wide frequency band.
II. Abwärtswandlung durch UndersamplingII. Downconversion by undersampling
1. Abwärtswandllung eines EM-Trägersignals in ein EM-Zwischenfrequenzsignal durch Undersampling des EM-Trägersignals mit der Aliasing-Rate1. Downconversion of an EM carrier signal into an EM intermediate frequency signal by undersampling the EM carrier signal with the aliasing rate
In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein EM-Signal durch Undersampling des EM-Signals in ein ZF-Signal abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B durch das Bezugszeichen 4508 dargestellt.In one embodiment of the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal by undersampling the EM signal. This embodiment is illustrated in Fig. 45B by reference numeral 4508.
Diese Ausführungsform kann mit modulierten und unmodulierten Signalen implementiert werden. Die Ausführungsform wird hierin exemplarisch unter Verwendung des modulierten Trägersignals FMC in Fig. 1 beschrieben. In dem Beispiel wird das modulierte Trägersignal FMC in ein ZF-Signal FIF abwärtsgewandelt. Das ZF-Signal FiF kann dann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden, um ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB zu erhalten. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiges EM-Signal, z.B. ein moduliertes Trägersignal und ein unmoduliertes Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.This embodiment can be implemented with modulated and unmodulated signals. The embodiment is described herein by way of example using the modulated carrier signal F MC in Fig. 1. In the example, the modulated carrier signal F MC is down-converted to an IF signal F IF . The IF signal F iF can then be demodulated by any conventional demodulation technique to obtain a demodulated baseband signal F DMB . Those skilled in the art will appreciate from the present description that the invention can be implemented to down-convert any EM signal, eg a modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
In den folgenden Abschnitten werden exemplarische Verfahren zum Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das ZF-Signal FIF gemäß Ausführungsformen der ErfindungIn the following sections, exemplary methods for downconverting the modulated carrier signal F MC into the IF signal F IF according to embodiments of the invention are described.
beschrieben. Es werden auch exemplarische strukturelle Ausführungsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.Also described are exemplary structural embodiments for implementing the methods. However, the invention is not limited to the specific embodiments described below. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that equivalent implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, beispielhafte Ausführungsformen und Implementierungsbeispiele .The following sections include a high-level description, example embodiments, and implementation examples.
1.1 High-Level-Beschreibung1.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung der erfindungsgemäßen Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein ZF-Signal FiF bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum Undersampling eines modulierten Trägersignals FMC, um es in ein ZF-Signal FiF abwärtszuwandeln, in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Diese strukturelle Implementierung wird hierin zur Erläuterung beschrieben und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen in diesem Abschnitt eine beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung, ersichtlich.Through this section (including its subsections), a high-level description of the inventive downconversion of an EM signal into an IF signal Fi F is provided. In particular, an operational method for undersampling a modulated carrier signal F MC to downconvert it into an IF signal Fi F is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. This structural implementation is described herein for illustration and is not intended to be limiting. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
1.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.1.1 Description of the functionality
Fig. 14B zeigt ein Ablaufdiagramm 1407, das ein exemplarisches Verfahren zum Undersampling eines EM-Signals zum Abwärtswandeln des EM-Signals in ein Zwischenfrequenzsignal FIF darstellt. Das im Ablaufdiagramm 1407 dargestellte exemplarische Verfahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 14 01 von Fig. 14A.14B shows a flow diagram 1407 illustrating an exemplary method for undersampling an EM signal to down-convert the EM signal to an intermediate frequency signal F IF . The exemplary method illustrated in flow diagram 1407 is an embodiment of the flow diagram 1401 of FIG. 14A.
Für die vorliegende Erfindung ist jedes und sind alle Kombinationen von Modulationstechniken anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale AM-Trägersignal 616 verwendet, um eine High-Level-Beschreibung der Funktionsweise der Erfindung darzustellen. Durch die folgenden Abschnitte werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für exemplarische AM-, FM- und PM-Ausführungsformen bereitgestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger EM-Signaltyp, einschließlich jeglicher Form eines modulierten Trägersignals und eines unmodulierten Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.Any and all combinations of modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital AM carrier signal 616 is used to provide a high-level description of how the invention works. Detailed timing diagrams and descriptions for exemplary AM, FM and PM embodiments are provided throughout the following sections. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention can be implemented to down-convert any type of EM signal, including any form of modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
Das im Ablaufdiagramm 1407 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-Beschreibung unter Verwendung des digitalen AM-Trägersignals 616 von Fig. 6C dargestellt. Das digitale AM-Trägersignal 6116 ist in Fig. 15A zur Verdeutlichung erneut dargestellt. Fig. 15E zeigt einen Abschnitt 1510 des AM-Trägersignals 616 zwischen Zeitpunkten ti und t2 in einem expandierten Maßstab.The method illustrated in flow diagram 1407 is illustrated below in a high-level description using the digital AM carrier signal 616 of FIG. 6C. The digital AM carrier signal 6116 is shown again in FIG. 15A for clarity. FIG. 15E shows a portion 1510 of the AM carrier signal 616 between times ti and t2 in an expanded scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Schritt 1408 ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt.Processing begins in step 1408 where an EM signal is received. Step 1408 is represented by the digital AM carrier signal 616.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate F^ aufweist. Fig. 15B zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signals 1502, das eine FolgeIn step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F^ . Fig. 15B shows an exemplary undersampling signal 1502 having a sequence
oder Kette von Pulsen 1504 mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Dauer zu null hin tendiert. Die Pulse 1504 wiederholen sich mit der Aliasing- oder Pulswiederholungsrate. Nachstehend werden Aliasing-Raten diskutiert.or train of pulses 1504 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 1504 repeat at the aliasing or pulse repetition rate. Aliasing rates are discussed below.
In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Wenn ein EM-Signal in ein ZF-Signal abwärtsgewandelt wird, wird die Zwischenfrequenz durch die Frequenz oder die Aliasing-Rate der Pulse 1504 festgelegt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an intermediate frequency signal F IF . When down-converting an EM signal to an IF signal, the intermediate frequency is determined by the frequency or aliasing rate of the pulses 1504.
Fig. 15C zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes treppen- oder stufenförmiges AM-Zwischenfrequenzsignal 1506. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1506 ist dem AM-Trägersignal 616 ähnlich, außer daß das AM-Zwischenf requenzsignal 1506 eine niedrigere Frequenz hat als das AM-Trägersignal 616. Das AM-Trägersignal 615 wurde dadurch in das AM-Zwischenfrequenzsignal 1506 abwärtsgewandelt. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1506 kann durch Einstellen der Aliasing-Rate bei einer beliebigen Frequenz unterhalb der Frequenz des AM-Trägersignals 616 erzeugt werden.Fig. 15C shows a staircase or step-shaped AM intermediate frequency signal 1506 produced by the down-conversion process. The AM intermediate frequency signal 1506 is similar to the AM carrier signal 616 except that the AM intermediate frequency signal 1506 has a lower frequency than the AM carrier signal 616. The AM carrier signal 615 has thereby been down-converted to the AM intermediate frequency signal 1506. The AM intermediate frequency signal 1506 can be produced by setting the aliasing rate at any frequency below the frequency of the AM carrier signal 616.
Fig. 15D zeigt das AM-Zwischenfrequenzsignal 1506 als ein gefiltertes Ausgangssignal 1508. In einer alternativen Ausfürhungsform wird erfindungsgemäß ein stufenförmiges, ein ungefiltertes oder ein teilgefiltertes Ausgangssignal ausgegeben. Die Auswahl zwischen gefilterten, teilgefilterten und ungefilterten Ausgangssignalen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.Fig. 15D shows the AM intermediate frequency signal 1506 as a filtered output signal 1508. In an alternative embodiment, the invention provides a stepped, unfiltered, or partially filtered output signal. The choice between filtered, partially filtered, and unfiltered output signals is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Zwischenfrequenz des abwärtsgewandelten Signals FIF, das in diesem Beispiel das AM-Zwischenfrequenzsignal 1506 ist, kann gemäß Gl. (2) bestimmt werden, die nachstehend zur Vereinfachung wiedergegeben ist.The intermediate frequency of the down-converted signal F IF , which in this example is the AM intermediate frequency signal 1506, can be determined according to Eq. (2), which is reproduced below for simplicity.
Gl. (2)Eq. (2)
Eine geeignete Aliasing-Rate FAR kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Nachstehend wird ein exemplarisches Verfahren zum Bestimmen der FAR dargestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, wie geeignete Aliasing-Raten für EM-Signale auch für von den hierin beschriebenen modulierten Trägersignalen verschiedenen Signalen bestimmbar sind.A suitable aliasing rate F AR can be determined in various ways. An exemplary method for determining the F AR is presented below. Those skilled in the art will appreciate from this description how suitable aliasing rates for EM signals can also be determined for signals other than the modulated carrier signals described herein .
Das Ablaufdiagramm 1701 in Fig. 17 zeigt ein exemplarisches Verfahren zum Bestimmen einer Aliasing-Rate FnR. Durch einen Konstrukteur oder anhand der Anwendung kann jedoch festgelegt werden, daß die Werte in einer von der dargestellten Folge verschiedenen Folge bestimmt werden. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1702, in dem die Frequenz des EM-Signals bestimmt oder ausgewählt wird. Die Frequenz des FM-Trägersignals 616 kann beispielsweise 901 MHz betragen.Flowchart 1701 in Figure 17 shows an exemplary method for determining an aliasing rate F n R. However, a designer or application may specify that the values be determined in a different sequence than that shown. Processing begins in step 1702 where the frequency of the EM signal is determined or selected. For example, the frequency of the FM carrier signal 616 may be 901 MHz.
In Schritt 1704 wird die Zwischenfrequenz bestimmt oder aus&sfgr;[ewählt. Diese ist die Frequenz, in die das EM-Signal abwärtsgewandelt wird. Die Zwischenfrequenz kann so festgelegt oder ausgewählt werden, daß sie einer Frequenzanforderung eines stromabwärts angeordneten Demodulators angepaßt ist. Die Zwischenfrequenz kann beispielsweise 1 MHz betragen.In step 1704, the intermediate frequency is determined or selected. This is the frequency to which the EM signal is down-converted. The intermediate frequency may be determined or selected to match a frequency requirement of a downstream demodulator. For example, the intermediate frequency may be 1 MHz.
In Schritt 1706 wird die Aliasing-Rate (oder werden die Aliasing-Raten) bestimmt, mit der (denen) das EM-Signal in die in Schritt 1704 spezifizierte Zwischenfrequenz abwärtsgewandelt wird.In step 1706, the aliasing rate (or rates) at which the EM signal is down-converted to the intermediate frequency specified in step 1704 are determined.
Gl. (2) kann umgeschrieben werden in Gl. (3):Eq. (2) can be rewritten as Eq. (3):
&pgr;-Far = Fc ± F[F Gl. (3)π-Far = Fc ± F [F Eq. (3)
Diese Gleichung kann umgeschrieben werden in Gl. (4):This equation can be rewritten as Eq. (4):
n = MIk Gl. (4) n = MIk Eq. (4)
FarFar
oder in Gl. (5):or in Eq. (5):
l. (5)l. (5)
± Fif) kann als Differenzwert Fqiff definiert werden, wie in Gl. (6) dargestellt:± Fif) can be defined as the difference value Fqiff, as shown in Eq. (6):
(Fc±F1F) = FDIFF Gl. (6)(Fc±F 1F ) = F DIFF Eq. (6)
Gl. (4) kann umgeschrieben werden in Gl. (7):Eq. (4) can be rewritten as Eq. (7):
&eegr; = ^EE- Gl. (7)η = ^EE- Eq. (7)
FarFar
Gemäß Gl. (7) ist ersichtlich, daß FDIFF für einen vorgegebenen Wert &eegr; und einen konstanten Wert für FAR konstant ist. Für den Fall FDXFF = Fc - FIF und für einen konstanten Wert FDIFF nimmt FiF, wenn Fc zunimmt, notwendigerweise zu. Für den Fall FDIFF = Fc + FIF und für einen konstanten Wert FDIFF nimmt FIF, wenn Fc zunimmt, notwendigerweise ab. Im letztgenannten Fall FDIFF = Fc + Fif entsprechen jegliche Phasen- oder Frequenzänderungen von Fc umgekehrten oder invertierten Phasenoder Frequenzänderungen von FIF. Dies wird erwähnt, um zu verdeutlichen, daß, wenn FDIFF = Fc + FIF verwendet wird, durch den vorstehend erwähnten Effekt das Phasen- und Fre-According to equation (7), it can be seen that F DIFF is constant for a given value η and a constant value of F AR . For the case F DXFF = F c - F IF and for a constant value of F DIFF , when F c increases, Fi F necessarily increases. For the case F DIFF = F c + F IF and for a constant value of F DIFF , when F c increases, F IF necessarily decreases. In the latter case, F DIFF = F c + Fif, any phase or frequency changes of Fc correspond to reversed or inverted phase or frequency changes of F IF . This is mentioned to clarify that when F DIFF = F c + F IF is used, the phase and frequency
quenzverhalten des modulierten Zwischenfrequenzsignals FIF beeinflußt wird.frequency behavior of the modulated intermediate frequency signal F IF is influenced.
Die Gleichungen (2) bis (7) können für jeden gültigen Wert von &eegr; gelöst werden. Ein geeigneter Wert &eegr; kann für jede vorgegebene Differenzfrequenz FDIFF und für jede gewünschte Aliasing-Rate FAR(gewünscht) bestimmt werden. Die Gleichungen (2) bis (7) können verwendet werden, um eine bestimmte Harmonische zu identifizieren, die der gewünschten Aliasing-Rate FAR{gewünscht) am nächsten liegt, die das gewünschte Zwischenfrequenzsignal FIF erzeugen wird.Equations (2) through (7) can be solved for any valid value of η. An appropriate value of η can be determined for any given difference frequency F DIFF and for any desired aliasing rate F AR ( desired ). Equations (2) through (7) can be used to identify a particular harmonic closest to the desired aliasing rate F AR (desired) that will produce the desired intermediate frequency signal F IF .
Nachstehend wird ein Beispiel zum Bestimmen eines geeigneten Wertes &eegr; für eine vorgegebene Differenzfrequenz FDIFF und für eine gewünschte Aliasing-Rate FAR(gewünscht) dargestellt. Zur einfacheren Beschreibung wird im nachstehenden Beispiel lediglich der Fall (Fc - FIF) dargestellt.An example of determining an appropriate value η for a given difference frequency F DIFF and for a desired aliasing rate F AR(desired ) is shown below. For ease of description, only the case (F c - F IF ) is shown in the example below.
F -F FF-F F
n _ C 1IF _ 1DIFF n _ C 1 IF _ 1 DIFF
F FF F
AR(gewünscht) l AR(gewünscht)AR(desired) l AR(desired)
Die gewünschte Aliasing-Rate FAR(geWünscht) kann beispielsweise 140 MHz betragen. Unter Verwendung der vorstehenden Beispiele, in denen die Trägerfrequenz 901 MHz und die Zwischenfrequenz 1 MHz beträgt, wird ein Anfangswert von &eegr; bestimmt als:For example, the desired aliasing rate F A R( g e Desired ) may be 140 MHz. Using the above examples where the carrier frequency is 901 MHz and the intermediate frequency is 1 MHz, an initial value of η is determined as:
901MHz-IMHz 900 ^,901MHz-IMHz 900 ^,
&eegr; = = = 6,4η = = = 6.4
140 MHz 140140MHz 140
Der Anfangswert 6,4 kann auf den nächsten gültigen Wert n, der vorstehend definiert wurde als (0,5, 1, 2, 3, ...) auf- oder abgerundet werden. In diesem Beispiel wird der Wert 6,4The initial value 6.4 can be rounded up or down to the next valid value n, which was defined above as (0.5, 1, 2, 3, ...). In this example, the value 6.4
auf 6,0 abgerundet, und dieser Wert wird für den Fall = FDIFF in Gl. (5) eingesetzt.rounded down to 6.0, and this value is used for the case = F DIFF in Eq. (5).
F -FF-F
rAR ~ r AR ~
901MHz-IMHz 900MHz 1&iacgr;&Lgr;.«,901MHz-IMHz 900MHz 1&iacgr;&Lgr; .”,
Far= &zgr; = &zgr; = 150 MHz Far= ζ = ζ = 150 MHz
D.h., durch Undersampling eines 901 MHz-EM-Trägersignals mit 150 MHz wird ein Zwischenfrequenzsignal mit einer Frequenz von 1 MHz erzeugt. Wenn das unterabgetastete EM-Trägersignal ein moduliertes Träegrsignal ist, wird das Zwischenfrequenzsignal ebenfalls im wesentlichen die Modulation aufweisen. Das modulierte Zwischenfrequenzsignal kann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.That is, by undersampling a 901 MHz EM carrier signal at 150 MHz, an intermediate frequency signal with a frequency of 1 MHz is generated. If the undersampled EM carrier signal is a modulated carrier signal, the intermediate frequency signal will also have substantially the modulation. The modulated intermediate frequency signal can be demodulated by any conventional demodulation technique.
Alternativ kann, anstatt von einer gewünschten Aliasing-Rate zu beginnen, eine Liste geeigneter Aliasing-Raten aus der modifizierten Form von Gl. (5) bestimmt werden, indem eine Lösung für verschiedene Werte von &eegr; bestimmt wird. Beispiellösungen sind nachstehend dargestellt.Alternatively, instead of starting from a desired aliasing rate, a list of suitable aliasing rates can be determined from the modified form of Eq. (5) by determining a solution for various values of η. Example solutions are shown below.
_ (Fc - Fff) _ FDffF _ 901 MHz -1 MHz _ 900 MHz
&eegr; &eegr; &eegr; &eegr;_ (F c - F ff ) _ F DffF _ 901 MHz -1 MHz _ 900 MHz
&eegr;&eegr;&eegr;&eegr;
Lösung für &eegr; =0,5, 1, 2, 3, 4, 5 und 6:Solution for &eegr; =0.5, 1, 2, 3, 4, 5 and 6:
900 MHz/0,5 = 1,8 GHz (d.h., zweite Harmonische, wie in Fig. 25A durch 2502 dargestellt);
900 MHz/1 = 900 MHz (d.h., Grundfrequenz, wie in Fig. 25B durch 2504 dargestellt);
900 MHz/2 = 450 MHz (d.h., zweite Subharmonische, wie in Fig. 25C durch 2506 dargestellt);
900 MHz/3 = 300 MHz (d.h., dritte Subharmonische, wie in Fig. 25D durch 2508 dargestellt);
900 MHz/4 = 225 MHz (d.h., vierte Subharmonische, wie in Fig. 25E durch 2510 dargestellt);900 MHz/0.5 = 1.8 GHz (i.e., second harmonic, as represented by 2502 in Fig. 25A);
900 MHz/1 = 900 MHz (i.e., fundamental frequency, as represented by 2504 in Fig. 25B);
900 MHz/2 = 450 MHz (i.e., second subharmonic, as represented by 2506 in Fig. 25C);
900 MHz/3 = 300 MHz (i.e., third subharmonic, as represented by 2508 in Fig. 25D);
900 MHz/4 = 225 MHz (i.e., fourth subharmonic, as represented by 2510 in Fig. 25E);
900 MHz/5 = 180 MHz (d.h., fünfte Subharmonische, wie in Fig. 25F durch 2512 dargestellt);
900 MHz/6 = 150 MHz (d.h., sechste Subharmonische, wie in Fig. 25G durch 2514 dargestellt);900 MHz/5 = 180 MHz (i.e., fifth subharmonic, as represented by 2512 in Fig. 25F);
900 MHz/6 = 150 MHz (i.e., sixth subharmonic, as represented by 2514 in Fig. 25G);
Die vorstehend beschriebenen Schritte können für den Fall (Fc + FIF) auf ähnliche Weise ausgeführt werden. Die Ergebnisse können mit den im Fall von (Fc - FIF) erhaltenen Ergebnissen verglichen werden, um zu bestimmen, wodurch ein besseres Ergebnis für eine Anwendung erhalten wird.The steps described above can be carried out in a similar manner for the case (F c + F IF ). The results can be compared with the results obtained in the case of (F c - F IF ) to determine which gives a better result for an application.
In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein EM-Signal in ein relativ standardmäßige Zwischenfrequenzsignal mit einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz bis 200 MHz abwärtsgewandelt. In einer anderen Ausfürhunggform, die hierin als Small-Offset-Implementierung bezeichnet wird, wird erfindungsgemäß ein EM-Signal in ZF-Signal mit einer relativ niedrigen Frequenz von beispielsweise weniger als 100 kHz abwärtsgewandelt. In einer anderen Ausführungsform, die hierin als Large-Offset-Implementierung bezeichnet wird, wird ein EM-Signal erfindungsgemäß in ein ZF-Signal mit einer relativ höheren Frequenz von z.B. mehr als 200 MHz abwärtsgewandelt .In one embodiment, according to the invention, an EM signal is down-converted to a relatively standard intermediate frequency signal with a frequency of, for example, 100 kHz to 200 MHz. In another embodiment, referred to herein as a small offset implementation, according to the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal with a relatively low frequency of, for example, less than 100 kHz. In another embodiment, referred to herein as a large offset implementation, according to the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal with a relatively higher frequency of, for example, more than 200 MHz.
Durch die verschiedenen Offset-Implementierungen werden Auswahlmöglichkeiten für verschiedene Anwendungen bereitgestellt. Im allgemeinen können Anwendungen mit einer niedrigeren Datenrate bei niedrigeren Zwischenfrequenzen betrieben werden. Durch höhere Zwischenfrequenzen kann jedoch eine größere Informationsmenge für eine vorgegebene Modulationstechnik unterstützt werden.The different offset implementations provide choices for different applications. In general, lower data rate applications can operate at lower intermediate frequencies. However, higher intermediate frequencies can support a larger amount of information for a given modulation technique.
Erfindungsgemäß wählt ein Konstrukteur eine optimale Info2:mationsbandbreite für eine Anwendung und eine optimale Zwischenfrequenz zum Unterstützen des Basisbandsignals aus. Die Zwischenfrequenz sollte ausreichend hoch sein, um dieAccording to the invention, a designer selects an optimal information bandwidth for an application and an optimal intermediate frequency to support the baseband signal. The intermediate frequency should be sufficiently high to
Bandbreite des modulierenden Basisbandsignals FMB zu unterstützen. Bandwidth of the modulating baseband signal F MB .
Im allgemeinen nimmt die Frequenz des abwärtsgewandelten ZF-Signals ab, wenn die Aliasing-Rate sich einer Harmonischen oder Subharmonischen der Frequenz des EM-Signals nähert. Ähnlicherweise nimmt die Frequenz des ZF-Signals zu, wenn die Aliasing-Rate sich von einer Harmonischen oder Subharmonischen der Frequenz des EM-Signals entfernt.In general, the frequency of the down-converted IF signal decreases as the aliasing rate approaches a harmonic or subharmonic of the EM signal frequency. Similarly, the frequency of the IF signal increases as the aliasing rate moves away from a harmonic or subharmonic of the EM signal frequency.
Aliased Frequenzen treten ober- und unterhalb jeder Harmonischen der Aliasing-Frequenz auf. Um eine Beimischung oder Abbildung anderer Aliasing-Frequenzen in das Band der Aliasing-Frequenz (ZF) von Interesse zu vermeiden, liegt die Zwischenfrequenz vorzugsweise nicht in der Nähe der halben Aliasing-Rate.Aliased frequencies occur above and below each harmonic of the aliasing frequency. To avoid mixing or mapping other aliasing frequencies into the band of the aliasing frequency (IF) of interest, the intermediate frequency is preferably not near half the aliasing rate.
Wie in Implementierungsbeispielen nachstehend beschrieben ist, wird durch ein Aliasing-Modul, das ein erfindungsgemäß konstruiertes universelles Frequenzumsetzungs (UFT)
modul aufweist, ein breiter Flexibilitätsbereich für die Frequenzauswahl bereitgestellt, so daß es für einen breiten Anwendungsbereich geeignet ist. Herkömmliche Systeme bieten oder ermöglichen diesen Flexibilitätsgrad bezüglich der Frequenzauswahl nicht leicht.As described in implementation examples below, an aliasing module using a universal frequency conversion (UFT)
module, a wide range of flexibility in frequency selection is provided, making it suitable for a wide range of applications. Conventional systems do not easily provide or enable this level of flexibility in frequency selection.
1.1.2 Beschreibung der Struktur1.1.2 Description of the structure
Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm eines Undersampling-Systems 1602 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Undersampling-System 1602 ist eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 von Fig. 13. Das Undersampling-System 1602 weist ein Undersampling-Modul 1606 auf. Das Undersampling-Modul 1606 empfängt das EM-Signal 1304 und ein Undersampling-Signal 1604, das Undersampling-Impulse mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, derenFig. 16 shows a block diagram of an undersampling system 1602 according to an embodiment of the invention. The undersampling system 1602 is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 of Fig. 13. The undersampling system 1602 includes an undersampling module 1606. The undersampling module 1606 receives the EM signal 1304 and an undersampling signal 1604 comprising undersampling pulses with slight pulse widths whose
dauer gegen null tendiert und die bei einer Frequenz auftreten, die der Aliasing-Rate FAR gleicht. Das Undersampling-Signal 1604 ist eine exemplarische Ausführungsform des Aliasing-Signals 1310. Das EM-Signal 1304 wird durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate FAR des Undersampling-Signals 1604 unterabgetastet. Das Undersampling-System 1602 gibt ein abwärtsgewandeltes Signal 1308A aus.duration tending toward zero and occurring at a frequency equal to the aliasing rate F AR . The undersampling signal 1604 is an exemplary embodiment of the aliasing signal 1310. The EM signal 1304 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate F AR of the undersampling signal 1604. The undersampling system 1602 outputs a downconverted signal 1308A.
Vorzugsweise wird das EM-Signal 1304 durch das Undersampling-Modul 1606 unterabgetastet, um es auf die im Ablaufdiagramm 1407 von Fig. 14B dargestellte Weise in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablaufdiagramms 1407 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich. In einer Ausführungsform wird die Aliasing-Rate FAR des Undersampling-Signals 1604 auf die in Abschnitt II.1.1.1 beschriebene Weise ausgewählt, so daß das EM-Trägersignal 1304 durch das Undersampling-Modul 1606 unterabgetastet und das Zwischenfrequenzsignal FiF erzeugt wird.Preferably, the EM signal 1304 is undersampled by the undersampling module 1606 to downconvert it to the intermediate frequency signal F IF in the manner illustrated in the flowchart 1407 of FIG. 14B. Other structural embodiments for carrying out the steps of the flowchart 1407 are possible within the scope of the invention. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein. In one embodiment, the aliasing rate F AR of the undersampling signal 1604 is selected in the manner described in Section II.1.1.1 so that the EM carrier signal 1304 is undersampled by the undersampling module 1606 and the intermediate frequency signal FiF is generated.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme in den Figuren 15A-D beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das AM-Signal 616 (Fig. 15A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 1502 (Fig. 15B). In Schritt 1412 wird das AM-Signal 616 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 1502 oder einem Vielfachen davon unterabgetastet, um das AM-Trägersignal 616 in das Zwischenfrequenzsignal 1506 abwärtszuwandeln (Fig. 15D).The operation of the undersampling system 1602 is described below with reference to the flowchart 1407 and timing diagrams in Figures 15A-D. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the AM signal 616 (Figure 15A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 1502 (Figure 15B). In step 1412, the AM signal 616 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 1502 or a multiple thereof to down-convert the AM carrier signal 616 to the intermediate frequency signal 1506 (Figure 15D).
* * &igr; ■Oe &igr; > &igr;* * &igr; ■Oe &igr; > &igr;
Beispielhafte Implementierungen des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Example implementations of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2 Exemplarische Ausführungsformen1.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en), die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen. In this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Das im Ablaufdiagramm 1407 von Fig. 14B dargestellte Verfahren zum Abwärtswandeln des EM-Signals 1304 in ein Zwischenfrequenzsignal F1F kann mit einem beliebigen EM-Signaltyp implementiert werden, z.B. mit unmodulierten EM-Trägersignalen und modulierten EM-Trägersignalen, z.B. mit AM-, FM-, PM-Trägersignalen, usw. oder einer beliebigen Kombination davon. Nachstehend wird die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1407 von Fig. 14B für AM-, FM- und PM-Träcfersignale beschrieben. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.The method illustrated in flowchart 1407 of FIG. 14B for downconverting EM signal 1304 to an intermediate frequency signal F 1F may be implemented with any type of EM signal, e.g., unmodulated EM carrier signals and modulated EM carrier signals, e.g., AM, FM, PM carrier signals, etc., or any combination thereof. The processing of flowchart 1407 of FIG. 14B is described below for AM, FM, and PM carrier signals. The following exemplary descriptions are provided to illustrate the present invention. The present invention is not limited by or to the following exemplary embodiments.
1.2.1 Erste exemplarische Ausfuhrungsform: Amplitudenmodulation
1.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.1 First exemplary embodiment: amplitude modulation
1.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1407 in Fig. 14B für das in Fig. 5C dargestellte analoge AM-Trägersignal 516 und für das in Fig. 6C dargestellte digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben.The exemplary processing of the flowchart 1407 in Fig. 14B for the analog AM carrier signal 516 shown in Fig. 5C and for the digital AM carrier signal 616 shown in Fig. 6C is described below.
1.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal1.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B ein Verfahren zum Abwärtswandeln des analogen AM-Trägersignals 516 in Fig. 5C in ein analoges AM-Zwischenfrequenzsignal beschrieben. Das analoge AM-Trägersignal 516 ist zur Vereinfachung in Fig. 19A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge AM-Träcfersignal 516 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 19B stellt ein analoges AM-Trägersignal 1904 einen Abschnitt des analogen AM-Trägersignals 516 in einem expandieirten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the analog AM carrier signal 516 in FIG. 5C to an analog AM intermediate frequency signal is described below with reference to the flow chart 1407 in FIG. 14B. The analog AM carrier signal 516 is shown again in FIG. 19A for simplicity. In this example, the analog AM carrier signal 516 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 19B, an analog AM carrier signal 1904 represents a portion of the analog AM carrier signal 516 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem das EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge AM-Trägersignal 516 in Fig. 19A dargestellt.Processing begins in step 1408 by receiving the EM signal, which is represented by the analog AM carrier signal 516 in Figure 19A.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen,das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 19C zeigt ein Undersampling-Signal 1906 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 19B. Das Undersampling-Signal 1906 weist eine Folge von Pulsen 1907 mit geringfügigen Pulsbreiten auf,, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 1907 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausge-In step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 19C shows an undersampling signal 1906 at approximately the same time scale as in Figure 19B. The undersampling signal 1906 comprises a sequence of pulses 1907 with slight pulse widths whose duration tends toward zero. The pulses 1907 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above.
wählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate Fp^ bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.is chosen. In general, the aliasing rate Fp^ when downconverting to an intermediate frequency signal is essentially equal to a harmonic or, more typically, a subharmonic of the difference frequency F DIFF . In this example, the aliasing rate is about 450 MHz.
In Schritt 1412 wird das EM-Signals mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 19B durch Undersampling-Punkte 1905 dargestellt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . Step 1412 is illustrated in Fig. 19B by undersampling points 1905.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von einem AM-Trägersignal 516 versetzt ist, "durchwandern" die Undersampling-Punkte 1905 das analoge AM-Trägersignal 516. In diesem Beispiel "durchwandern" die Undersampling-Punkte 1905 das analoge AM-Trägersignal 516 etwa mit einer Rate von 1 MHz. D.h., die Undersampling-Punkte 1905 erscheinen in aufeinanderfolgender Zyklen des AM-Trägersignals 516 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Undersampling-Punkte 1905 verschiedene Amplitudenwerte des analogen AM-Signals 516 erfaßt. Beispielsweise weist der Undersampling-Punkt 1905A einen größeren Amplitudenwert auf als der Undersampling-Punkt 1905B.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from an AM carrier signal 516, the undersampling points 1905 "walk through" the analog AM carrier signal 516. In this example, the undersampling points 1905 "walk through" the analog AM carrier signal 516 at approximately a rate of 1 MHz. That is, the undersampling points 1905 appear at different positions in successive cycles of the AM carrier signal 516. Therefore, different amplitude values of the analog AM signal 516 are captured by the undersampling points 1905. For example, the undersampling point 1905A has a larger amplitude value than the undersampling point 1905B.
In Fig. 19D sind die Undersampling-Punkte 1905 mit Spannungspunkten 1908 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 1908 ein analoges AM-Zwischenfrequenzsignal 1910. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 1908 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Figure 19D, undersampling points 1905 are correlated with voltage points 1908. In one embodiment, voltage points 1908 form an AM intermediate frequency analog signal 1910. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 1908 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 19E stellt ein AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 das AM-Zwischenfrequenzsignal 190 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 19E das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 als gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 19E, an AM intermediate frequency signal 1912 represents the AM intermediate frequency signal 190 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 19E shows the AM intermediate frequency signal 1912 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 ist dem AM-Trägersignal 516 im wesentlichen ähnlich, außer daß das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 kann durch eine beliebige herkömmliche AM-Demodulationstechnik demoduliert werden.The AM intermediate frequency signal 1912 is substantially similar to the AM carrier signal 516, except that the AM intermediate frequency signal 1912 has an intermediate frequency of 1 MHz. The AM intermediate frequency signal 1912 may be demodulated by any conventional AM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1910 in Fig. 19D und das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 in Fig. 19E zeigen beispielsweise, daß das AM-Trägersignal 516 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency down-conversion method in accordance with the present invention. For example, AM intermediate frequency signal 1910 in FIG. 19D and AM intermediate frequency signal 1912 in FIG. 19E illustrate that AM carrier signal 516 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal1.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen AM-Trägersignals 616 in Fig. 6C in ein digitales AM-Zwischenfrequenzsignal beschrieben. Das digitale AM-Trägersignal 616 ist zur Vereinfachung in Fig. 18A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale AM-Trägersignal 616 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 18B stellt ein AM-Trägersignal 1804 einen Abschnitt desA method for down-converting the digital AM carrier signal 616 in FIG. 6C to a digital AM intermediate frequency signal is described below with reference to the flow chart 1407 in FIG. 14B. The digital AM carrier signal 616 is shown again in FIG. 18A for simplicity. In this example, the digital AM carrier signal 616 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 18B, an AM carrier signal 1804 represents a portion of the
AM-Trägersignals 616 von einem Zeitpunkt tO zu einem Zeitpunkt ti in einem expandierten Zeitmaßstab dar.AM carrier signal 616 from a time tO to a time ti in an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das AM-Trägersignal 616 in Fig. 18A dargestellt.Processing begins in step 1408 where an EM signal is received. This is represented by the AM carrier signal 616 in Figure 18A.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 18C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 1806 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 18B. das Undersampling-Signal 1806 weist eine Folge von Pulsen 1807 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Zeitdauer gegen null tendiert. Die Pulse 1807 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate Far bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.In step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 18C shows an exemplary undersampling signal 1806 at approximately the same time scale as Figure 18B. The undersampling signal 1806 comprises a train of pulses 1807 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 1807 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic or more typically a subharmonic of the difference frequency F DIFF when downconverted to an intermediate frequency signal. In this example, the aliasing rate is approximately 450 MHz.
In Schritt 1412 wird das EM-Signals mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 18B durch Undersampling-Punkte 1805 dargestellt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . Step 1412 is illustrated in Fig. 18B by undersampling points 1805.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von einem AM-Trägersignal 616 versetzt ist, durchwandern die Undersampling-Punkte 1805 das AM-Trägersignal 616. D.h., die Undersampling-Punkte 1805 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des AM-Trägersignals 616 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Undersampling-Punkte 1805 verschiedene Amplitudenwerte des AM-Signals 616 erfaßt. In diesem Beispiel "durchwandern" die Undersampling-Punkte 1805 das AM-Trägersignal 616 etwa mit einer Rate von 1 MHz. Beispiels-Because a harmonic of the aliasing rate is offset from an AM carrier signal 616, the undersampling points 1805 traverse the AM carrier signal 616. That is, the undersampling points 1805 appear at different positions in successive cycles of the AM carrier signal 616. Therefore, different amplitude values of the AM signal 616 are captured by the undersampling points 1805. In this example, the undersampling points 1805 "traverse" the AM carrier signal 616 at a rate of approximately 1 MHz. Example-
weise weist der Undersampling-Punkt 1805A einen größeren Amplitudenwert auf als der Undersampling-Punkt 1805B.For example, the undersampling point 1805A has a larger amplitude value than the undersampling point 1805B.
In Fig. 18D sind die Undersampling-Punkte 1805 mit Spannungspunkten 1808 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 1805 ein AM-Zwischenfrequenzsignal 1810. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 1808 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Figure 18D, undersampling points 1805 are correlated with voltage points 1808. In one embodiment, voltage points 1805 form an AM intermediate frequency signal 1810. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 1808 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 18E stellt ein AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 das AM-Zwischenfrequenzsignal 1810 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 18E das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 als gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 18E, an AM intermediate frequency signal 1812 represents the AM intermediate frequency signal 1810 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 18E shows the AM intermediate frequency signal 1812 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 ist dem AM-Trägersignal 616 im wesentlichen ähnlich, außer daß das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 kann durch eine beliebige herkömmliche AM-Demodulationstechnik demoduliert werden.The AM intermediate frequency signal 1812 is substantially similar to the AM carrier signal 616, except that the AM intermediate frequency signal 1812 has an intermediate frequency of 1 MHz. The AM intermediate frequency signal 1812 may be demodulated by any conventional AM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Beispielsweise zeigen das AM-Zwischenfrequenzsignal 1810 in Fig. 18D und das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 in Fig. 18E, daß das AM-Trägersignal 616 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency downconversion method according to the present invention. For example, AM intermediate frequency signal 1810 in FIG. 18D and AM intermediate frequency signal 1812 in FIG. 18E illustrate that AM carrier signal 616 has been successfully downconverted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.1.2 Beschreibung der Struktur1.2.1.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das analoge AM-Trägersignal 516 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 19A-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das AM-Trägersignal 516 (Fig. 19A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 1906 (Fig. 19C). In Schritt 1412 wird das AM-Trägersignal 516 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 1906 unterabgetastet, um es in das AM-Zwischenfrequenzsignal 1912 abwärtszuwandeln (Fig. 19E).The operation of the undersampling system 1602 for the analog AM carrier signal 516 is described below with reference to the flowchart 1407 and the timing diagrams of Figures 19A-E. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the AM carrier signal 516 (Figure 19A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 1906 (Figure 19C). In step 1412, the AM carrier signal 516 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 1906 to downconvert it to the AM intermediate frequency signal 1912 (Figure 19E).
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das digitale AM-Trägersignal 616 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 18A-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das AM-Trägersignal 616 (Fig. 18A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 1806 (Fig. 18C) . In Schritt 1412 wird das AM-Trägersignal 616 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 1806 unterabgetastet, um es in das AM-Zwischenfrequenzsignal 1812 abwärtszuwandeln (Fig. 18E).The operation of the undersampling system 1602 for the digital AM carrier signal 616 is described below with reference to the flowchart 1407 and the timing diagrams of Figures 18A-E. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the AM carrier signal 616 (Figure 18A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 1806 (Figure 18C). In step 1412, the AM carrier signal 616 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 1806 to downconvert it to the AM intermediate frequency signal 1812 (Figure 18E).
Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Frequenzmodulation
1.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.2 Second exemplary embodiment: frequency modulation
1.2.2.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die Funktionsweise der exemplarischen Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1407 in Fig. 14B für das in Fig. 7C dargestellte analoge FM-Trägersignal 716 und für das in Fig. 8C dargestellte digitale FM-Trägersignal 816 dargestellt. The following illustrates the operation of the exemplary processing of the flow chart 1407 in Fig. 14B for the analog FM carrier signal 716 shown in Fig. 7C and for the digital FM carrier signal 816 shown in Fig. 8C.
1.2.2.1.1 Analoges FM-Trägersignal1.2.2.1.1 Analog FM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des analogen FM-Trägersignals 716 in ein analoges FM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B beschrieben. Das analoge FM-Trägersignal 716 ist in Fig. 2OA zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge FM-Trägersignal 716 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 2OB stellt ein FM-Trägersignal 2004 einen Abschnitt des analogen FM-Trägersignals 716 von einem Zeitpunkt ti zu einem Zeitpunkt t3 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the analog FM carrier signal 716 to an analog FM intermediate frequency signal is described below with reference to the flow chart 1407 in FIG. 14B. The analog FM carrier signal 716 is shown again in FIG. 20A for simplicity. In this example, the analog FM carrier signal 716 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 20B, an FM carrier signal 2004 represents a portion of the analog FM carrier signal 716 from a time ti to a time t3 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FM-Trägersignal 716 in Fig. 2OA dargestellt.Processing begins in step 1408 where an EM signal is received. This is represented by the FM carrier signal 716 in Fig. 20A.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 2OC zeigt ein Undersampling-Signal 2006 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 2OB. Das Undersampling-Signal 2006 weist eine Folge von Pulsen 2007 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Zeitdauer gegen null tendiert. Die Pulse 2007 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-RateIn step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 20C shows an undersampling signal 2006 at approximately the same time scale as in Fig. 20B. The undersampling signal 2006 comprises a sequence of pulses 2007 with slight pulse widths whose duration tends toward zero. The pulses 2007 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate is
FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz Fdiff im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel, in dem das FM-Trägersignal 716 um 901 MHz zentriert ist, beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.F AR when downconverted to an intermediate frequency signal of a harmonic or, more typically, a subharmonic of the difference frequency Fdiff is essentially equal. In this example, where the FM carrier signal 716 is centered at 901 MHz, the aliasing rate is approximately 450 MHz.
In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FjF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 2OB durch Undersampling-Punkte 2005 dargestellt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal Fj F. Step 1412 is represented in Fig. 20B by undersampling points 2005.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate vom FM-Trägersignal 716 versetzt ist, erscheinen die Undersampling-Punkte 2005 in aufeinanderfolgenden Zyklen des unterabgetasteten FM-Trägersignals 716 an verschiedenen Positionen. D.h., die Undersampling-Punkte 2005 durchwandern das Signal 716. Daher werden durch die Undersampling-Punkte 2005 verschiedene Amplitudenwerte des FM-Trägersignals 716 erfaßt.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the FM carrier signal 716, the undersampling points 2005 appear at different positions in successive cycles of the subsampled FM carrier signal 716. That is, the undersampling points 2005 traverse the signal 716. Therefore, different amplitude values of the FM carrier signal 716 are detected by the undersampling points 2005.
In Fig. 2OD sind die Undersampling-Punkte 2005 mit Spannungspunkten 2008 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 2005 ein analoges FM-Zwischenfrequenzsignal 2010. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 2008 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben. In Fig. 20D, the undersampling points 2005 are correlated with voltage points 2008. In one embodiment, the voltage points 2005 form an analog FM intermediate frequency signal 2010. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 2008 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 2OE stellt ein FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 das FM-Zwischenfrequenzsignal 2010 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 2OE das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nichtIn Fig. 2OE, an FM intermediate frequency signal 2012 represents the FM intermediate frequency signal 2010 after a filtering process in a compressed time scale. Although Fig. 2OE shows the FM intermediate frequency signal 2012 as a filtered output signal, according to the invention the output signal does not have to
gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.filtered or smoothed. Instead, the output signal can be adapted for different applications.
Das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 ist dem FM-Trägersignal 716 im wesentlichen ähnlich, außer daß das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 kann durch eine beliebige herkömmliche FM-Demodulationstechnik demoduliert werden.The FM intermediate frequency signal 2012 is substantially similar to the FM carrier signal 716, except that the FM intermediate frequency signal 2012 has an intermediate frequency of 1 MHz. The FM intermediate frequency signal 2012 may be demodulated by any conventional FM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 2010 in Fig. 2OD und das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 in Fig. 2OE zeigen beispielsweise, daß das FM-Trägersignal 716 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency down-conversion method according to the invention. For example, FM intermediate frequency signal 2010 in FIG. 20D and FM intermediate frequency signal 2012 in FIG. 20E show that FM carrier signal 716 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.2.1.2 Digitales FM-Trägersignal1.2.2.1.2 Digital FM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen FM-Trägersignals 816 in ein digitales FM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B beschrieben. Das digitale FM-Trägersignal 816 ist in Fig. 21A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale FM-Trägersignal 816 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 21B stellt ein FM-Trägersignal 2104 einen Abschnitt des FM-Trägersignals 816 von einem Zeitpunkt ti zu einem Zeitpunkt t3 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the digital FM carrier signal 816 to a digital FM intermediate frequency signal will now be described with reference to the flow chart 1407 in FIG. 14B. The digital FM carrier signal 816 is shown again in FIG. 21A for simplicity. In this example, the digital FM carrier signal 816 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 21B, an FM carrier signal 2104 represents a portion of the FM carrier signal 816 from a time ti to a time t3 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem das EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FM-Trägersignal· 816 in Fig. 21A dargestellt.Processing begins in step 1408 by receiving the EM signal, which is represented by the FM carrier signal 816 in Figure 21A.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 21C zeigt ein Undersampling-Signal 2106 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 21B. Das Undersampling-Signal 2106 weist eine Folge von Pulsen 2107 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 2107 wiederholein sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel, in dem das FM-Trägersignal 816 um 901 MHz zentriert ist, wird eine Aliasing-Rate von etwa 450 MHz ausgewählt, was eine Subharmonische von 900 MHz ist, die um 1 MHz von der Mittenfrequenz des FM-Trägersignals 816 versetzt ist.In step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 21C shows an undersampling signal 2106 at approximately the same time scale as in Figure 21B. The undersampling signal 2106 comprises a train of pulses 2107 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 2107 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic or more typically a subharmonic of the difference frequency F DIFF when downconverted to an intermediate frequency signal. In this example, where the FM carrier signal 816 is centered at 901 MHz, an aliasing rate of approximately 450 MHz is selected, which is a subharmonic of 900 MHz offset by 1 MHz from the center frequency of the FM carrier signal 816.
In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 21B durch Undersampling-Punkte 2105 dargestellt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . Step 1412 is illustrated in Fig. 21B by undersampling points 2105.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate vom FM-Trägersignal 816 versetzt ist, erscheinen die Undersampling-Punkte 2105 in aufeinanderfolgenden Zyklen des FM-Trägersignals 816 an verschiedenen Positionen. D.h., die Undersampling-Punkte 2105 durchwandern das Signal 816. Daher werden durch die Undersampling-Punkte 2105 verschiedene Amplituden des digitalen AM-Signals 516 erfaßt.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the FM carrier signal 816, the undersampling points 2105 appear at different positions in successive cycles of the FM carrier signal 816. That is, the undersampling points 2105 traverse the signal 816. Therefore, different amplitudes of the digital AM signal 516 are detected by the undersampling points 2105.
In Fig. 21D sind die Undersampling-Punkte 2105 mit Spannungspunkten 2108 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 2108 ein digitales FM-Zwischenfrequenzsignal 2110. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder SpannungspunktIn Fig. 21D, the undersampling points 2105 are correlated with voltage points 2108. In one embodiment, the voltage points 2108 form a digital FM intermediate frequency signal 2110. This can be realized in many ways. For example, each voltage point
2108 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.2108 at a relatively constant level until the next voltage point is received. This produces a stepped output signal which may be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 21E stellt ein FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 das FM-Zwischenfrequenzsignal 2110 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 21E das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 21E, an FM intermediate frequency signal 2112 represents the FM intermediate frequency signal 2110 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 21E shows the FM intermediate frequency signal 2112 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 ist dem FM-Trägersignal 816 im wesentlichen ähnlich, außer daß das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 kann durch eine beliebige herkömmliche FM-Demodulationstechnik demoduliert werden.The FM intermediate frequency signal 2112 is substantially similar to the FM carrier signal 816, except that the FM intermediate frequency signal 2112 has an intermediate frequency of 1 MHz. The FM intermediate frequency signal 2112 may be demodulated by any conventional FM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Beispielsweise zeigen das FM-Zwischenfrequenzsignal 2110 in Fig. 21D und das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 in Fig. 21E, daß das FM-Trägersignal 816 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency down-conversion method according to the present invention. For example, FM intermediate frequency signal 2110 in FIG. 21D and FM intermediate frequency signal 2112 in FIG. 21E illustrate that FM carrier signal 816 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.2.21.2.2.2
Beschreibung der StrukturDescription of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das analoge FM-Trägersignal 716 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 20A-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Un-The operation of the undersampling system 1602 for the analog FM carrier signal 716 is described below with reference to the flow chart 1407 and the timing diagrams of Figures 20A-E. In step 1408, the undersampling system 1602 receives
dersampling-Modul 1606 das FM-Trägersignal 716 (Fig. 20A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 2006 (Fig. 20C). In Schritt 1412 wird das FM-Trägersignal 716 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 2006 unterabgetastet, um das FM-Trägersignal 716 in das FM-Zwischenfrequenzsignal 2012 abwärtszuwandeln (Fig. 20E).dersampling module 1606 receives the FM carrier signal 716 (Fig. 20A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 2006 (Fig. 20C). In step 1412, the FM carrier signal 716 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 2006 to downconvert the FM carrier signal 716 to the FM intermediate frequency signal 2012 (Fig. 20E).
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das digitale FM-Trägersignal 816 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 2IA-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das FM-Trägersignal 816 (Fig. 21A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 2106 (Fig. 21C) . In Schritt 1412 wird das FM-Trägersignal 816 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 2106 unterabgetastet, um das FM-Trägersignal 816 in das FM-Zwischenfrequenzsignal 2112 abwärtszuwandeln (Fig. 21E).The operation of the undersampling system 1602 for the digital FM carrier signal 816 is described below with reference to the flowchart 1407 and timing diagrams of Figures 21A-E. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the FM carrier signal 816 (Figure 21A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 2106 (Figure 21C). In step 1412, the FM carrier signal 816 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 2106 to down-convert the FM carrier signal 816 to the FM intermediate frequency signal 2112 (Figure 21E).
Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.3 Dritte exemplarische Ausiuhrungsform: Phasenmodulation 1.2.3.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.3 Third exemplary embodiment: phase modulation 1.2.3.1 Description of the function
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1407 in Fig. 14B für das in Fig. 9C dargestellte analoge PM-Trägersignal 916 und für das in Fig. IOC dargestellte digitale PM-Trägersignal 1016 beschrieben.The exemplary processing of the flow chart 1407 in Fig. 14B for the analog PM carrier signal 916 shown in Fig. 9C and for the digital PM carrier signal 1016 shown in Fig. 10C is described below.
1.2.3.1.1 Analoges PM-Trägersignal1.2.3.1.1 Analog PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des analogen PM-Trägersignals 916 in ein analoges PM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B beschrieben. Das analoge PM-Trägersignal 916 ist in Fig. 23A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge PM-Trägersignal 916 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 23B stellt ein PM-Trägersignal 2304 einen Abschnitt des analogen PM-Trägersignals 916 von einem Zeitpunkt ti zu einem Zeitpunkt t3 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the analog PM carrier signal 916 to an analog PM intermediate frequency signal is described below with reference to the timing diagram 1407 in FIG. 14B. The analog PM carrier signal 916 is shown again in FIG. 23A for simplicity. In this example, the analog PM carrier signal 916 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 23B, a PM carrier signal 2304 represents a portion of the analog PM carrier signal 916 from a time ti to a time t3 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung zum Abwärtswandeln des PM-Trägersignals 916 in ein PM-Zwischenfrequenzsignal beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist in Fig. 23A durch das analoge PM-Trägersignal 916 dargestellt. Processing for down-converting the PM carrier signal 916 to a PM intermediate frequency signal begins in step 1408 by receiving an EM signal. This is represented in Figure 23A by the analog PM carrier signal 916.
In Schritt 1410 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate Fm aufweist. Fig. 23C zeigt ein Undersampling-Signal 2306 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 23B. Das Undersampling-Signal 2306 weist eine Folge von Pulsen 2307 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 2307 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDiFF im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.In step 1410, an undersampling signal is received having an aliasing rate F m . Figure 23C shows an undersampling signal 2306 at approximately the same time scale as Figure 23B. The undersampling signal 2306 comprises a train of pulses 2307 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 2307 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F D i FF when downconverted to an intermediate frequency signal. In this example, the aliasing rate is approximately 450 MHz.
In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfre-In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to convert the EM signal into the intermediate frequency
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querizsignal FJF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 23B durch Undersampling-Punkte 2305 dargestellt.cross-signal F JF . Step 1412 is illustrated in Fig. 23B by undersampling points 2305.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von einem PM-Trägersignal 916 versetzt ist, erscheinen die Undersampling-Punkte 2305 in aufeinanderfolgenden Zyklen des PM-Träqjersignals 916 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Undersampling-Punkte verschiedene Amplitudenwerte des PM-Trägersignals 916 erfaßt.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from a PM carrier signal 916, the undersampling points 2305 appear at different positions in successive cycles of the PM carrier signal 916. Therefore, different amplitude values of the PM carrier signal 916 are detected by the undersampling points.
In Fig. 23D sind Spannungspunkte 2308 mit den Undersampling-Punkten 2305 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 2308 ein analoges PM-Zwischenfrequenzsignal 2310. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 2308 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Figure 23D, voltage points 2308 are correlated with undersampling points 2305. In one embodiment, voltage points 2308 form an analog PM intermediate frequency signal 2310. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 2308 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 23E stellt ein analoges PM-ZF-Signal 2312 das analoge PM-ZF-Signal 2310 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 23E das PM-Zwischenfrequenzsignal 2312 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 23E, an analog PM IF signal 2312 represents the analog PM IF signal 2310 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 23E shows the PM IF signal 2312 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das analoge PM-Zwischenfrequenzsignal 2312 ist dem analogen PM-Trägersignal 916 im wesentlichen ähnlich, außer daß das analoge PM-Zwischenfrequenzsignal 2312 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das analoge PM-Zwischenf requenzsignal 2312 kann durch eine beliebige herkömmliche PM-Demodulationstechnik demoduliert werden.The analog PM intermediate frequency signal 2312 is substantially similar to the analog PM carrier signal 916, except that the analog PM intermediate frequency signal 2312 has an intermediate frequency of 1 MHz. The analog PM intermediate frequency signal 2312 may be demodulated by any conventional PM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungs-The drawings referred to herein show a frequency down-conversion device according to the invention.
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verfahren. Das analoge PM-Zwischenfrequenzsignal 2310 in Fig.. 23D und das analoge PM-Zwischenfrequenzsignal 2312 in Fig.. 23E zeigen, daß das analoge PM-Trägersignal 2316 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The analog PM intermediate frequency signal 2310 in Fig. 23D and the analog PM intermediate frequency signal 2312 in Fig. 23E show that the analog PM carrier signal 2316 has been successfully downconverted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.3.1.2 Digitales PM-Trägersignal1.2.3.1.2 Digital PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen PM-Trägersignals 1016 in ein digitales PM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 in Fig. 14B beschrieben. Das digitale PM-Trägersignal 1016 ist in Fig. 22A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale PM-Trägersignal 1016 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 22B stellt ein PM-Trägersignal 2204 einen Abschnitt des PM-Trägersignals 1016 von einem Zeitpunkt ti zu einem Zeitpunkt t3 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the digital PM carrier signal 1016 to a digital PM intermediate frequency signal is described below with reference to the timing diagram 1407 in FIG. 14B. The digital PM carrier signal 1016 is shown again in FIG. 22A for simplicity. In this example, the digital PM carrier signal 1016 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 22B, a PM carrier signal 2204 represents a portion of the PM carrier signal 1016 from a time ti to a time t3 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1408, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist in Fig. 22A durch das digitale PM-Trägersignal 1016 dargestellt.Processing begins in step 1408 where an EM signal is received. This is represented in Fig. 22A by the digital PM carrier signal 1016.
In Schritt 1408 wird ein Undersampling-Signal empfangen,, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 22C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 2206 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 22B. Das Undersampling-Signal 2206 weist eine Folge von Pulsen 2207 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 2207 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subhar-In step 1408, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 22C shows an exemplary undersampling signal 2206 at approximately the same time scale as in Fig. 22B. The undersampling signal 2206 comprises a train of pulses 2207 with slight pulse widths whose duration tends toward zero. The pulses 2207 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is a harmonic or, more typically, a subharmony when downconverting to an intermediate frequency signal.
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monischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.monic of the difference frequency F DIFF . In this example, the aliasing rate is about 450 MHz.
In Schritt 1412 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. Schritt 1412 ist in Fig. 22B durch Undersampling-Punkte 2205 dargestellt.In step 1412, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . Step 1412 is illustrated in Fig. 22B by undersampling points 2205.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate vom PM-Trägersignal 1016 versetzt ist, erscheinen die Undersampling-Punkte 2205 in aufeinanderfolgender Zyklen des PM-Trägersignals 1016 an verschiedenen Positionen.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the PM carrier signal 1016, the undersampling points 2205 appear at different positions in successive cycles of the PM carrier signal 1016.
In Fig. 22D sind Spannungspunkte 2208 mit den Undersampling-Punkten 2205 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 2208 ein digitales PM-Zwischenfrequenzsignal 2210. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 2208 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben. In Fig. 22D, voltage points 2208 are correlated with undersampling points 2205. In one embodiment, voltage points 2208 form a digital PM intermediate frequency signal 2210. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 2208 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 22E stellt ein digitales PM-Zwischenfrequenzsignal 2212 das digitale PM-Zwischenfrequenzsignal 2210 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 22E das PM-Zwischenfrequenzsignal 2212 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 22E, a digital PM intermediate frequency signal 2212 represents the digital PM intermediate frequency signal 2210 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 22E shows the PM intermediate frequency signal 2212 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das PM-Zwischenfrequenzsignal 2212 ist dem PM-Trägersignal 1016 im wesentlichen ähnlich, außer daß das PM-Zwischenf requenzsignal 2212 eine Zwischenfrequenz von 1 MHz aufweist. Das digitale PM-Trägersignal 2212 kann durch eineThe PM intermediate frequency signal 2212 is substantially similar to the PM carrier signal 1016, except that the PM intermediate frequency signal 2212 has an intermediate frequency of 1 MHz. The digital PM carrier signal 2212 may be
beliebige herkömmliche PM-Demodulationstechnik demoduliert werden.any conventional PM demodulation technique.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Beispielsweise zeigen das digitale PM-Zwischenfrequenzsignal 2210 in Fig. 22D und das digitale PM-Zwischenfrequenzsignal 2212 in Fig. 22E, daß das digitale PM-Trägersignal 1016 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency down-conversion method according to the present invention. For example, digital PM intermediate frequency signal 2210 in FIG. 22D and digital PM intermediate frequency signal 2212 in FIG. 22E illustrate that digital PM carrier signal 1016 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.3.2 Beschreibung der Struktur1.2.3.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das analoge PM-Trägersignal 916 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 23A-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das PM-Trägersignal 916 (Fig. 23A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 2306 (Fig. 23C). In Schritt 1412 wird das PM-Trägersignal 916 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 2306 unterabgetastet, um das PM-Trägersignal 916 in das PM-Zwischenfrequenzsignal 2312 abwärtszuwandeln (Fig. 23E).The operation of the undersampling system 1602 for the analog PM carrier signal 916 is described below with reference to the flowchart 1407 and timing diagrams of Figures 23A-E. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the PM carrier signal 916 (Figure 23A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 2306 (Figure 23C). In step 1412, the PM carrier signal 916 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 2306 to down-convert the PM carrier signal 916 to the PM intermediate frequency signal 2312 (Figure 23E).
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das digitale PM-Trägersignal 1016 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1407 und die Zeitdiagramme der Figuren 22A-E beschrieben. In Schritt 1408 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das PM-Trägersignal 1016 (Fig. 22A) . In Schritt 1410 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 2206 (Fig. 22C) . In Schritt 1412 wird das PM-Trägersignal 1016 durch das Undersampling-Modul 1606The operation of the undersampling system 1602 for the digital PM carrier signal 1016 is described below with reference to the flowchart 1407 and the timing diagrams of Figures 22A-E. In step 1408, the undersampling module 1606 receives the PM carrier signal 1016 (Figure 22A). In step 1410, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 2206 (Figure 22C). In step 1412, the PM carrier signal 1016 is
mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 2206 unterabgetastet, um das PM-Trägersignal 1016 in das PM-Zwischenfrequenzsignal 2212 abwärtszuwandeln (Fig. 22E) .subsampled at the aliasing rate of the undersampling signal 2206 to downconvert the PM carrier signal 1016 into the PM intermediate frequency signal 2212 (Fig. 22E).
Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.4 Andere Ausführungsformen1.2.4 Other embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausführungsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen. Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein may be implemented within the scope of the present invention. Examples of implementations of the undersampling module 1606 are presented in Sections 4 and 5 below.
1.3 Implementierungsbeispiele1.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Die Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).Sections 4 and 5 below describe exemplary operational and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. The implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the example implementations described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
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2. Direkte Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein Basisbandsignal (Direct-to-Data) 2. Direct downconversion of an EM signal into a baseband signal (direct-to-data)
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein EM-Basisbandsignal durch Undersampling des EM-Signals direkt in ein Basisband abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform wird hierin als Direct-to-Data-Abwärtswandlung bezeichnet und ist in Figur 45B durch das Bezugszeichen 4510 dargestellt.In one embodiment of the invention, an EM baseband signal is downconverted directly to baseband by undersampling the EM signal. This embodiment is referred to herein as direct-to-data downconversion and is illustrated in Figure 45B by reference numeral 4510.
Diese Ausführungsform kann mit modulierten und unmodulierten EM-Signalen implementiert werden. Die Ausführungsform wird hierin exemplarisch unter Verwendung des modulierten Trägersignals FMC in Fig. 1 beschrieben. In dem Beispiel wird das modulierte Trägersignal FMc direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB abwärtsgewandelt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiges EM-Signal, z.B. ein moduliertes Trägersignal oder ein unmoduliertes Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.This embodiment can be implemented with modulated and unmodulated EM signals. The embodiment is described herein by way of example using the modulated carrier signal F MC in Fig. 1. In the example, the modulated carrier signal F M c is directly downconverted to a demodulated baseband signal F DMB . It will be apparent to those skilled in the art from the present description that the invention can be implemented such that any EM signal, eg a modulated carrier signal or an unmodulated carrier signal, can be downconverted.
In den folgenden Abschnitten werden exemplarische Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMB beschrieben. Es werden auch exemplarische strukturelle Ausführungsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.In the following sections, exemplary methods for directly down-converting the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DMB are described. Exemplary structural embodiments for implementing the methods are also described. However, the invention is not limited to the specific embodiments described below. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that equivalent implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, exemplarische Ausführungsformen und Implementierungsbeispiele .The following sections include a high-level description, exemplary embodiments, and implementation examples.
2.1 High-Level-Beschreibung2.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung der erfindungsgemäßen direkten Abwärtswandlung des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMB bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMB in einer High-Levelbeschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Diese strukturelle Implementierung wird hierin zur Erläuterung beschrieben und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen in diesem Abschnitt eine beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.Through this section (including its subsections), a high-level description of the inventive direct downconversion of the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DMB is provided. In particular, an operating method for directly downconverting the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DMB is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. This structural implementation is described herein for illustration and is not intended to be limiting. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.1.1 Description of the functionality
Fig. 14C zeigt ein Ablaufdiagramm 1413, das ein exemplarisches Verfahren zum direkten Abwärtswandeln eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB darstellt. Das im Ablaufdiagramm 1413 dargestellte exemplarische Ver-Fig. 14C shows a flowchart 1413 illustrating an exemplary method for directly downconverting an EM signal into a demodulated baseband signal F DMB . The exemplary method illustrated in the flowchart 1413
fahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 1401 von Fig. 14A.driving is an embodiment of the flowchart 1401 of Figure 14A.
Für die vorliegende Erfindung ist ein beliebiges und sind alle Kombinationen von Modulationsverfahren anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale AM-Trägersignal 616 für eine High-Level-Beschreibung der Erfinduncj verwendet. In den folgenden Abschnitten werden exemplarische AM-, und PM-Ausführungsformen ausführlich beschrieben. Bezüglich Frequenzmodulation (FM) erfolgen besondere Betrachtungen, die nachstehend im Abschnitt II.3 separat behandelt werden. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger EM-Signaltyp, einschließlich jeglicher Form eines modulierten Trägersignals und eines unmodulierten Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.Any and all combinations of modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital AM carrier signal 616 is used for a high-level description of the invention. In the following sections, exemplary AM and PM embodiments are described in detail. Special considerations are made with respect to frequency modulation (FM), which are discussed separately below in Section II.3. Those skilled in the art will appreciate from the present description that the invention can be implemented to down-convert any type of EM signal, including any form of modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
Das im Ablaufdiagramm 1413 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-beschreibung unter Verwendung des digitalen AM-Trägersignals 616 von Fig. 6C dargestellt. Das digitale AM-Trägersignal 616 ist in Fig. 33A zur Verdeutlichung erneut dargestellt.The method illustrated in flow diagram 1413 is illustrated below in a high-level description using the digital AM carrier signal 616 of Figure 6C. The digital AM carrier signal 616 is shown again in Figure 33A for clarity.
Die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1413 beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Schritt 1414 ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt.Processing of flowchart 1413 begins in step 1414 where an EM signal is received. Step 1414 is represented by digital AM carrier signal 616.
In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 33B zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signals 3302, das eine Folge von Pulsen 3303 mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3303 wiederholen sich mit der Aliasing- oder Pulswiederholungsrate. Die Aliasing-Rate wird gemäß Gl. (2) bestimmt, die nachstehend zur Vereinfachung erneut dargestellt ist.In step 1416, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 33B shows an exemplary undersampling signal 3302 having a train of pulses 3303 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 3303 repeat at the aliasing or pulse repetition rate. The aliasing rate is determined according to Eq. (2), which is re-illustrated below for simplicity.
Gl. (2)Eq. (2)
Wenn ein EM-Signal direkt in ein Basisbandsignal abwärtsgewandelt wird (d.h. FIF = O), wird Gleichung 2:If an EM signal is downconverted directly to a baseband signal (ie F IF = O), equation 2 becomes:
Fc = n-FAR Gl. (8)Fc = n-FAR Eq. (8)
Um das AM-Signal 616 direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln, ist die Aliasing-Rate der Frequenz des AM-Signals 616 oder einer Harmonischen oder Subharmonischen davon im wesentlichen gleich. Obwohl die Aliasing-Rate zu niedrig ist, um eine Rekonstruktion höherfrequenter Komponenten des AM-Signals 616 (d.h. der Trägerfrequenz) zu ermöglichen, ist sie hoch genug, um das niedrigerfrequente modulierende Basisbandsignal 310 im wesentlichen zu rekonstruieren. To down-convert the AM signal 616 directly to a demodulated baseband signal, the aliasing rate is substantially equal to the frequency of the AM signal 616 or a harmonic or subharmonic thereof. Although the aliasing rate is too low to allow reconstruction of higher frequency components of the AM signal 616 (i.e., the carrier frequency), it is high enough to substantially reconstruct the lower frequency modulating baseband signal 310.
In Schritt 1418 wird das EM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. Fig. 33C zeigt ein stufenförmiges demoduliertes Basisbandsignal 3304, das durch den direkten Abwärtswandlungsprozeß erzeugt wird. Das demodulierte Basisbandsignal 3304 ist dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310 in Fig. 3 ähnlich.In step 1418, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to directly downconvert it to the demodulated baseband signal F DMB . FIG. 33C shows a stepped demodulated baseband signal 3304 produced by the direct downconversion process. The demodulated baseband signal 3304 is similar to the digital modulating baseband signal 310 in FIG. 3.
Fig. 33D zeigt ein gefiltertes demoduliertes Basisbandsignal 3306, das aus dem stufenförmigen Basisbandsignal 3304 erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß kann daher ein gefiltertes Ausgangssignal, ein teilgefiltertes Ausgangssignal oder ein relativ ungefiltertes stufenförmiges Ausgangssignal erzeugt werden. Die Wahl zwischen einem gefilterten, einem teilgefilterten und einem nichtgefilterten Ausgangssignal wird allgemein durch die Konstruktion festgelegt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.Fig. 33D shows a filtered demodulated baseband signal 3306 that can be generated from the stepped baseband signal 3304. Thus, the invention can generate a filtered output signal, a partially filtered output signal, or a relatively unfiltered stepped output signal. The choice between a filtered, partially filtered, and unfiltered output signal is generally determined by the design, which depends on the application of the invention.
2.1.2 Beschreibung der Struktur2.1.2 Description of the structure
Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm eines Undersainpling-Systems 1602 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Undersampling-System 1602 ist eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 von Fig. 13.16 shows a block diagram of an undersampling system 1602 according to an embodiment of the invention. The undersampling system 1602 is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 of FIG. 13.
In einer Direct-to-Data-Ausführungsform ist die Frequenz des Undersampling-Signals 1604 einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen des EM-Signals 1304 im wesentlichen gleich. Vorzugsweise wird das EM-Signal 1304 durch das Undersampling-Modul 1606 unterabgetastet, um es auf die im Ablaufdiagramm 1413 dargestellte Weise direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablaufdiagramms 1413 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.In a direct-to-data embodiment, the frequency of the undersampled signal 1604 is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the EM signal 1304. Preferably, the EM signal 1304 is undersampled by the undersampling module 1606 to directly downconvert it to the demodulated baseband signal F DMB in the manner illustrated in flowchart 1413. Other structural embodiments for carrying out the steps of flowchart 1413 are possible within the scope of the invention. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Aliasing-Systems 1602 für das digitale AM-Trägersignal 616 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 und die Zeitdiagramme in den Figuren 33A-D beschrieben. In Schritt 1414 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das AM-Trägersignal 616 (Fig. 33A). In Schritt 1416 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3302 (Fig. 33B) . In Schritt 1418 wird das AM-Trägersignal 616 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3302 unterabgetastet, um das AM-Trägersignal 616 direkt in das in Fig. 33C dargestellte demodulierte Basisbandsignal 3304 oder in das in Fig. 33D dargestellte gefilterte demodulierte Basisbandsignal 3306 abwärtszuwandeln.The operation of the aliasing system 1602 for the digital AM carrier signal 616 is described below with reference to the flowchart 1413 and timing diagrams in Figures 33A-D. In step 1414, the undersampling module 1606 receives the AM carrier signal 616 (Figure 33A). In step 1416, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3302 (Figure 33B). In step 1418, the AM carrier signal 616 is undersampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3302 to downconvert the AM carrier signal 616 directly to the demodulated baseband signal 3304 shown in FIG. 33C or to the filtered demodulated baseband signal 3306 shown in FIG. 33D.
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Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
2.2 Exemplarische Ausfiihrungsformen2.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en), die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausfiihrungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibuncf ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen. In this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Das im Ablaufdiagramm 1413 von Fig. 14C dargestellte Verfahren zum Abwärtswandeln des EM-Signals 1304 in das demodulierte Basisbandsignal FDMB kann mit einem beliebigen EM-Signaltyp implementiert werden, z.B. mit modulierten Trägersignalen, wie beispielsweise mit AM-, PM-Trägersignalen, usw., oder mit einer beliebigen Kombination davon. Nachstehend wird die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1413 von Fig. 14C für AM-, und PM-Trägersignale beschrieben. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindunqf ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischem Ausführungsformen beschränkt.The method illustrated in flowchart 1413 of FIG. 14C for downconverting the EM signal 1304 to the demodulated baseband signal F DMB may be implemented with any type of EM signal, e.g., modulated carrier signals such as AM, PM carrier signals, etc., or any combination thereof. The processing of flowchart 1413 of FIG. 14C is described below for AM and PM carrier signals. The following exemplary descriptions are provided to illustrate the present invention. The present invention is not limited by or to the following exemplary embodiments.
2.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Amplitudenmodulation
2.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.1 First exemplary embodiment: Amplitude modulation
2.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1413 in Fig. 14C für das in Fig. 5C dargestellte analoge AM-Trägersignal 516 und für das in Fig. 6C dargestellte digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben.The exemplary processing of the flow chart 1413 in Fig. 14C for the analog AM carrier signal 516 shown in Fig. 5C and for the digital AM carrier signal 616 shown in Fig. 6C is described below.
2.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal2.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 in Fig. 14C ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des analogen AM-Trägersignals 516 in ein demoduliertes Basisbandsignal beschrieben. Das analoge AM-Trägersignal 516 ist zur Vereinfachung in Fig. 35A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge AM-Trägersignal 516 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 35B stellt ein analoges AM-Trägersignal 3504 einen Abschnitt des analogen AM-Trägersignals 516 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for directly downconverting the analog AM carrier signal 516 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the flow chart 1413 in FIG. 14C. The analog AM carrier signal 516 is shown again in FIG. 35A for simplicity. In this example, the analog AM carrier signal 516 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 35B, an analog AM carrier signal 3504 represents a portion of the analog AM carrier signal 516 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge AM-Trägersignal 516 in Fig. 19A dargestellt.Processing begins in step 1414 where an EM signal is received. This is represented by the analog AM carrier signal 516 in Figure 19A.
In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 35C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 3506 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 35B. Das Undersampling-Signal 3506 weist eine Folge von Pulsen 3507 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3507 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer direkten Abwärtswandlung in ein demo-In step 1416, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 35C shows an exemplary undersampling signal 3506 at approximately the same time scale as in Fig. 35B. The undersampling signal 3506 comprises a train of pulses 3507 with slight pulse widths whose duration tends toward zero. The pulses 3507 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is low when directly downconverting to a demo-
duliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen des unterabgetasteten Signals im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.modulated baseband signal is essentially equal to a harmonic or, more typically, a subharmonic of the subsampled signal. In this example, the aliasing rate is about 450 MHz.
In Schritt 1418 wird das EM-Signals mit der Aliasing-Rate? unterabgetastet, um es direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. Schritt 1418 ist in Fig. 35B durch Ündersampling-Punkte 3505 dargestellt. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 516 im wesentlichen gleich ist, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige aliased Komponente ist das Basisbandsignal.In step 1418, the EM signal is subsampled at the aliasing rate ? to downconvert it directly to the demodulated baseband signal F DMB . Step 1418 is illustrated in Figure 35B by subsampling points 3505. Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of the signal 516, substantially no intermediate frequency signal is generated. The only aliased component is the baseband signal.
In Fig. 35D sind Spannungspunkte 3508 mit den Undersampling-Punkten 3505 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 3508 ein demoduliertes Basisbandsignal 3510. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 3508 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Figure 35D, voltage points 3508 are correlated with undersampling points 3505. In one embodiment, voltage points 3508 form a demodulated baseband signal 3510. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 3508 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 35E stellt ein demoduliertes Basisbandignal 3512 das demodulierte Basisbandsignal 3510 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 35E das demodulierte Basisbandsignal 3512 als gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 35E, a demodulated baseband signal 3512 represents the demodulated baseband signal 3510 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 35E shows the demodulated baseband signal 3512 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be adapted for various applications.
Das demodulierte Basisbandsignal 3512 ist dem modulierenden Basisbandsignal 210 im wesentlichen ähnlich. Das demodulierte Basisbandsignal 3512 kann durch eine beliebigeThe demodulated baseband signal 3512 is substantially similar to the modulating baseband signal 210. The demodulated baseband signal 3512 can be modulated by any
Signalverarbeitungstechnik(en) ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation demoduliert werden.signal processing technique(s) without further downconversion or demodulation.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled to optimize the demodulated baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
Im vorstehenden Beispiel erscheinen die Undersampling-Punkte 3505 an positiven Positionen des AM-Trägersignals 516. Alternativ können die Undersampling-Punkte 3505 an anderen Positionen, z.B. an negativen Punkten, des analogen AM-Trägersignals 516 erscheinen. Wenn die Undersampling-Punkte 3505 an negativen Punkten des AM-Trägersignals 516 erscheinen, ist das erhaltene demodulierte Basisbandsignal bezüglich dem modulierenden Basisbandsignal 210 invertiert.In the above example, the undersampling points 3505 appear at positive positions of the AM carrier signal 516. Alternatively, the undersampling points 3505 may appear at other positions, e.g., at negative points, of the analog AM carrier signal 516. When the undersampling points 3505 appear at negative points of the AM carrier signal 516, the resulting demodulated baseband signal is inverted with respect to the modulating baseband signal 210.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Direct-to-Data-Abwärtswandlungsverfahren. Das demodulierte Basisbandsignal 3510 in Fig. 35D und das demodulierte Basisbandsignal 3512 in Fig. 35E zeigen beispielsweise, daß das AM-Trägersignal 516 erfolgreich in das demodulierte Basisbandsignal 3510 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a direct-to-data downconversion method according to the present invention. For example, demodulated baseband signal 3510 in FIG. 35D and demodulated baseband signal 3512 in FIG. 35E illustrate that AM carrier signal 516 has been successfully downconverted to demodulated baseband signal 3510 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
2.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal2.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 in Fig. 14C ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des digitalen AM-Trägersignals 616 in ein demoduliertes Basisbandsignal beschrieben. Das digitale AM-Trägersignal 616 ist zur Vereinfachung in Fig. 36A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale AM-Trägersignal 616 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 36B stellt einA method for directly downconverting the digital AM carrier signal 616 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the flow chart 1413 in Fig. 14C. The digital AM carrier signal 616 is shown again in Fig. 36A for simplicity. In this example, the digital AM carrier signal 616 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In Fig. 36B, a
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digitales AM-Trägersignal 3604 einen Abschnitt des digitalen AM-Trägersignals 616 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.digital AM carrier signal 3604 represents a portion of the digital AM carrier signal 616 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt.Processing begins in step 1414 where an EM signal is received. This is represented by the digital AM carrier signal 616.
In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal empfangen,, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 36C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 3606 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 36B. Das Undersampling-Signal 3606 weist eine Folge von Pulsen 3607 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3607 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen des unterabgetasteten Signals gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.In step 1416, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 36C shows an exemplary undersampling signal 3606 at approximately the same time scale as Figure 36B. The undersampling signal 3606 comprises a train of pulses 3607 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 3607 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR when downconverted to a demodulated baseband signal is equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the undersampled signal. In this example, the aliasing rate is about 450 MHz.
In Schritt 1418 wird das EM-Signals mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. Schritt 1418 ist in Fig. 36B durch Undersampling-Punkte 3605 dargestellt. Weil die Aliasing-Rate dem AM-Trägersignal 616 oder einer harmonischen oder Subharmonischen seiner Frequenz im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal.In step 1418, the EM signal is subsampled at the aliasing rate to downconvert it directly to the demodulated baseband signal F DMB . Step 1418 is represented in Figure 36B by undersampling points 3605. Because the aliasing rate is substantially equal to the AM carrier signal 616 or a harmonic or subharmonic of its frequency, substantially no intermediate frequency signal is generated. The only significant aliased component is the baseband signal.
In Fig. 36D sind Spannungspunkte 3608 mit den Undersampling-Punkte 3605 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 3608 ein demoduliertes Basisbandsignal 3610. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 3608 auf einem re-In Fig. 36D, voltage points 3608 are correlated with undersampling points 3605. In one embodiment, voltage points 3608 form a demodulated baseband signal 3610. This can be realized in many ways. For example, each voltage point 3608 can be on a re-
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lativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.relatively constant level until the next voltage point is received. This produces a stepped output signal which can be smoothed or filtered if necessary, as described below.
In Fig. 36E stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 3612 das demodulierte Basisbandsignal 3610 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 36E das demodulierte Basisbandsignal 3612 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 36E, a demodulated baseband signal 3612 represents the demodulated baseband signal 3610 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 36E shows the demodulated baseband signal 3612 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das demodulierte Basisbandsignal 3612 ist dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310 im wesentlichen ähnlich. Das demodulierte analoge Basisbandsignal 3612 kann ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation durch eine beliebige herkömmliche Signalverarbeitungstechnik(en) verarbeitet werden. The demodulated baseband signal 3612 is substantially similar to the digital modulating baseband signal 310. The demodulated analog baseband signal 3612 may be processed by any conventional signal processing technique(s) without further downconversion or demodulation.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled to optimize the demodulated baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
Im vorstehenden Beispiel erscheinen die Undersampling-Punkte 3605 an positiven Positionen des Signalabschnitts 3604. Alternativ können die Undersampling-Punkte 3605 an anderen Positionen, z.B. an negativen Positionen, des Signalabschnitts 3604 erscheinen. Wenn die Undersampling-Punkte 3605 an negativen Positionen erscheinen, ist das erhaltene demodulierte Basisbandsignal bezüglich dem modulierenden Basisbandsignal 310 invertiert.In the above example, the undersampling points 3605 appear at positive positions of the signal portion 3604. Alternatively, the undersampling points 3605 may appear at other positions, e.g., at negative positions, of the signal portion 3604. If the undersampling points 3605 appear at negative positions, the resulting demodulated baseband signal is inverted with respect to the modulating baseband signal 310.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungs-The drawings referred to herein show a frequency down-conversion device according to the invention.
verfahren. Das demodulierte Basisbandsignal 3610 in Fig. 36D und das demodulierte Basisbandsignal 3612 in Fig. 36E zeigen beispielsweise, daß das digitale AM-Trägersignal 616 erfolgreich in das demodulierte Basisbandsignal 3610 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.For example, demodulated baseband signal 3610 in FIG. 36D and demodulated baseband signal 3612 in FIG. 36E show that digital AM carrier signal 616 was successfully downconverted to demodulated baseband signal 3610 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
2.2.1.2 Beschreibung der Struktur2.2.1.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Moduls 1606 für das analoge AM-Trägersignal 516 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 und die Zeitdiagramme der Figuren 35A-E beschrieben. In Schritt 1414 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das analoge AM-Trägersignal 516 (Fig. 35A) . In Schritt 1416 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3506 (Fig. 35C) . In Schritt 1418 wird das analoge AM-Trägersignal 516 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3506 unterabgetastet, um das AM-Trägersignal 516 direkt in das in Fig. 35D dargestellte demodulierte analoge Basisbandsignal 3510 oder das in Fig. 35E dargestellte gefilterte demodulierte analoge Basisbandsignal 3512 abwärtszuwandeln. The operation of the undersampling module 1606 for the analog AM carrier signal 516 is described below with reference to the flowchart 1413 and the timing diagrams of Figures 35A-E. In step 1414, the undersampling module 1606 receives the analog AM carrier signal 516 (Figure 35A). In step 1416, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3506 (Figure 35C). In step 1418, the analog AM carrier signal 516 is undersampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3506 to downconvert the AM carrier signal 516 directly to the demodulated analog baseband signal 3510 shown in FIG. 35D or the filtered demodulated analog baseband signal 3512 shown in FIG. 35E.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das digitale AM-Trägersignal 616 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 und die Zeitdiagramme der Figuren 36A-E beschrieben. In Schritt 1414 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das digitale AM-Trägersignal 616 (Fig. 36A). In Schritt 1416 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3606 (Fig. 36C) . In Schritt 1418 wird das digitale AM-Trägersignal 616 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3606 unterabgetastet, um das digitale AM-The operation of the undersampling system 1602 for the digital AM carrier signal 616 is described below with reference to the flow chart 1413 and the timing diagrams of Figures 36A-E. In step 1414, the undersampling module 1606 receives the digital AM carrier signal 616 (Figure 36A). In step 1416, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3606 (Figure 36C). In step 1418, the digital AM carrier signal 616 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3606 to obtain the digital AM
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Trägersignal 616 in das in Fig. 36D dargestellte demodulierte digitale Basisbandsignal 3610 oder in das in Fig. 36E dargestellte gefilterte demodulierte digitale Basisbandsignal 3612 abwärtszuwandeln.carrier signal 616 into the demodulated digital baseband signal 3610 shown in Fig. 36D or into the filtered demodulated digital baseband signal 3612 shown in Fig. 36E.
Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in sections 4 and 5 below.
2.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Phasenmodulation 2.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.2 Second exemplary embodiment: phase modulation 2.2.2.1 Description of the function
Nachstehend wird die Funktionsweise der exemplarischen Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1413 in Fig. 14C für das in Fig.. 9C dargestellte analoge PM-Trägersignal 916 und für das in Fig. IOC dargestellte digitale PM-Trägersignal 1016 dargestellt. The following illustrates the operation of the exemplary processing of the flow chart 1413 in Fig. 14C for the analog PM carrier signal 916 shown in Fig. 9C and for the digital PM carrier signal 1016 shown in Fig. 10C.
2.2.2.1.1 Analoges PM-Trägersignal2.2.2.1.1 Analog PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des analogen PM-Trägersignals 916 in ein demoduliertes Basisbandsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 in Fig. 14C beschrieben. Das analoge PM-Trägersignal 916 ist in Fig., 37A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge PM-Trägersignal 916 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 37B stellt ein analoges PM-Trägersignal 3704 einen Abschnitt des analogen PM-Trägersignals 916 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for directly downconverting the analog PM carrier signal 916 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the timing diagram 1413 in FIG. 14C. The analog PM carrier signal 916 is shown again in FIG. 37A for simplicity. In this example, the analog PM carrier signal 916 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 37B, an analog PM carrier signal 3704 represents a portion of the analog PM carrier signal 916 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge PM-Trägersignal 916 dargestellt.Processing begins in step 1414 where an EM signal is received. This is represented by the analog PM carrier signal 916.
In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal empfangen,, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 37C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 3706 in ungefähr demIn step 1416, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 37C shows an exemplary undersampling signal 3706 in approximately the
gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 37B. Das Undersampling-Signal 3706 weist eine Folge von Pulsen 3707 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3707 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer direkte Abwärtswandlung in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Frequenz des unterabgetasteten Signals gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 4 50 MHz.same time scale as in Fig. 37B. The undersampling signal 3706 comprises a train of pulses 3707 with slight pulse widths tending to zero in duration. The pulses 3707 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR for a direct downconversion to a demodulated baseband signal is equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the frequency of the undersampled signal. In this example, the aliasing rate is about 4 50 MHz.
In Schritt 1418 wird das analoge PM-Trägersignal 916 mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Schritt 1418 ist in Fig. 37B durch Undersampling-Punkte 3705 dargestellt.In step 1418, the analog PM carrier signal 916 is subsampled at the aliasing rate to downconvert it directly to a demodulated baseband signal. Step 1418 is illustrated in Figure 37B by undersampling points 3705.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 916 oder einer Harmonischen oder Subharmonischen davon im wesentlichen gleicht, wird kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal.Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of signal 916 or a harmonic or subharmonic thereof, no intermediate frequency signal is produced. The only significant aliased component is the baseband signal.
In Fig. 37D sind Spannungspunkte 3708 mit den Undersampling-Punkten 3705 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 3708 ein demoduliertes Basisbandsignel 3710. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 3708 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Figure 37D, voltage points 3708 are correlated with undersampling points 3705. In one embodiment, voltage points 3708 form a demodulated baseband signal 3710. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 3708 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 37E stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 3712 das demodulierte Basisbandsignal 3710 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. ObwohlIn Fig. 37E, a demodulated baseband signal 3712 represents the demodulated baseband signal 3710 after a filtering operation in a compressed time scale. Although
Fig. 37&Egr; das demodulierte Basisbandsignal 3712 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.Fig. 37ε shows the demodulated baseband signal 3712 as a filtered output signal, according to the invention the output signal does not have to be filtered or smoothed. Instead the output signal can be adapted for different applications.
Das demodulierte Basisbandsignal 3712 ist ist dem analogen modulierenden Basisbandsignal 210 im wesentlichen ähnlich. Das demodulierte Basisbandsignal 3712 kann ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation verarbeitet werden.The demodulated baseband signal 3712 is substantially similar to the analog modulating baseband signal 210. The demodulated baseband signal 3712 can be processed without further downconversion or demodulation.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte Basisbandsignal auf Wunsch hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled in order to optimize the demodulated baseband signal in terms of amplitude output values or polarity, if desired.
Im vorstehenden Beispiel erscheinen die Undersampling-Punkte 3705 an positiven Positionen des analogen PM-Trägersignals 916. Alternativ können die Undersampling-Punkte 3705 an anderen Positionen, z.B. an negativen Positionen, des analogen PM-Trägersignals 916 erscheinen. Wenn die Undersampling-Punkte 3705 an negativen Positionen des analogen PM-Trägersignals 916 erscheinen, ist das erhaltene demodulierte Basisbandsignal bezüglich dem modulierenden Basisbandsignal 210 invertiert.In the above example, the undersampling points 3705 appear at positive positions of the analog PM carrier signal 916. Alternatively, the undersampling points 3705 may appear at other positions, e.g., at negative positions, of the analog PM carrier signal 916. When the undersampling points 3705 appear at negative positions of the analog PM carrier signal 916, the resulting demodulated baseband signal is inverted with respect to the modulating baseband signal 210.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Direct-to-Data-Abwärtswandlungsverfahren. Das demodulierte Basisbandsignal 3710 in Fig.. 37D und das demodulierte Basisbandsignal 3712 in Fig. 37E zeigen beispielsweise, daß das analoge PM-Trägersignal 916 erfolgreich in das demodulierte Basisbandsignal 3710 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a direct-to-data downconversion method according to the present invention. For example, demodulated baseband signal 3710 in FIG. 37D and demodulated baseband signal 3712 in FIG. 37E illustrate that analog PM carrier signal 916 has been successfully downconverted to demodulated baseband signal 3710 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
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2.2.2.1.2 Digitales PM-Trägersignal2.2.2.1.2 Digital PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des digitalen PM-Trägersignals 1016 in ein demoduliertes Basisbandsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 in Fig. 14C beschrieben. Das digitale PM-Trägersignal 1016 ist in Fig. 38A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale PM-Trägersignal 1016 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 38B stellt ein digitales PM-Trägersignal 3804 einen Abschnitt des digitalen PM-Trägersignals 1016 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for directly downconverting the digital PM carrier signal 1016 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the timing diagram 1413 in FIG. 14C. The digital PM carrier signal 1016 is shown again in FIG. 38A for simplicity. In this example, the digital PM carrier signal 1016 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 38B, a digital PM carrier signal 3804 represents a portion of the digital PM carrier signal 1016 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 1414, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das digitale PM-Träcjersignal 1016 dargestellt.Processing begins in step 1414 where an EM signal is received. This is represented by the digital PM carrier signal 1016.
In Schritt 1416 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate Far aufweist. Fig. 38C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 3806 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 38B. Das Undersampling-Signal 3806 weist eine Folge von Pulsen 3807 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3807 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder Pulswiederholungsrate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate Far bei einer direkten Abwärtswandlung in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Frequenz des unterabgetasteten Signals gleich. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 450 MHz.In step 1416, an undersampling signal is received having an aliasing rate Far. Figure 38C shows an exemplary undersampling signal 3806 at approximately the same time scale as Figure 38B. The undersampling signal 3806 comprises a train of pulses 3807 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 3807 repeat at the aliasing rate or pulse repetition rate determined or selected as described above. In general, when directly downconverted to a demodulated baseband signal, the aliasing rate Far is equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the frequency of the undersampled signal. In this example, the aliasing rate is about 450 MHz.
In Schritt 1418 wird das digitale PM-Trägersignal 1016 mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Dies ist in Fig. 38B durch Undersampling-Punkte 3705 dargestellt.In step 1418, the digital PM carrier signal 1016 is subsampled at the aliasing rate to downconvert it directly to a demodulated baseband signal. This is illustrated in Figure 38B by undersampling points 3705.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 1016 im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt.Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of signal 1016, essentially no intermediate frequency signal is generated.
In Fig. 38D sind Spannungspunkte 3808 mit den Undersampling-Punkten 3805 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 3808 ein demoduliertes Basisbandsignal 3810. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 3808 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben.In Figure 38D, voltage points 3808 are correlated with undersampling points 3805. In one embodiment, voltage points 3808 form a demodulated baseband signal 3810. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 3808 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 38E stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 3812 das demodulierte Basisbandsignal 3810 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 38E das demodulierte Basisbandsignal 3812 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden.In Fig. 38E, a demodulated baseband signal 3812 represents the demodulated baseband signal 3810 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 38E shows the demodulated baseband signal 3812 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for various applications.
Das demodulierte Basisbandsignal 3812 ist dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310 im wesentlichen ähnlich. Das demodulierte Basisbandsignal 3812 kann ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation verarbeitet werden.The demodulated baseband signal 3812 is substantially similar to the digital modulating baseband signal 310. The demodulated baseband signal 3812 can be processed without further downconversion or demodulation.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled to optimize the demodulated baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
Im vorstehenden Beispiel erscheinen die Undersampling-Punkte 3805 an positiven Positionen des digitalen PM-Trägersignals 1016. Alternativ können die Undersampling-Punkte 3805 an anderen Positionen, z.B. an negativen Positionen, des digitalen PM-Trägersignals 1016 erscheinen. WennIn the above example, the undersampling points 3805 appear at positive positions of the digital PM carrier signal 1016. Alternatively, the undersampling points 3805 may appear at other positions, e.g. at negative positions, of the digital PM carrier signal 1016. If
die Undersampling-Punkte 3805 an negativen Positionen des digitalen PM-Trägersignals 1016 erscheinen, ist das erhaltene demodulierte Basisbandsignal bezüglich dem modulierenden Basisbandsignal 310 invertiert.the undersampling points 3805 appear at negative positions of the digital PM carrier signal 1016, the obtained demodulated baseband signal is inverted with respect to the modulating baseband signal 310.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Frequenzabwärtswandlungsverfahren. Das demodulierte Basisbandsignal 3810 in Fig. 38D und das demodulierte Basisbandsignal 3812 in Fig. 38E zeigen, daß das digitale PM-Trägersignal 1016 erfolgreich in das demodulierte Basisbandsignal 3810 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a frequency down-conversion method according to the present invention. The demodulated baseband signal 3810 in FIG. 38D and the demodulated baseband signal 3812 in FIG. 38E show that the digital PM carrier signal 1016 has been successfully down-converted to the demodulated baseband signal 3810 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
2.2.2.2 Beschreibung der Struktur2.2.2.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das analoge PM-Trägersignal 916 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 und die Zeitdiagramme der Figuren 37A-E beschrieben. In Schritt 1414 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das analoge PM-Trägersignal 916 (Fig. 37A) . In Schritt 1416 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3706 (Fig. 37C) . In Schritt 1418 wird das analoge PM-Trägersignal 916 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3706 unterabgetastet, um das PM-Trägersignal 916 in das in Fig. 37D dargestellte demodulierte analoge Basisbandsignal 3710 oder in das in Fig. 37E dargestellte gefilterte demodulierte analoge Basisbandsignal 3712 abwärtszuwandeln.The operation of the undersampling system 1602 for the analog PM carrier signal 916 is described below with reference to the flowchart 1413 and timing diagrams of Figures 37A-E. In step 1414, the undersampling module 1606 receives the analog PM carrier signal 916 (Figure 37A). In step 1416, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3706 (Figure 37C). In step 1418, the analog PM carrier signal 916 is undersampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3706 to downconvert the PM carrier signal 916 to the demodulated analog baseband signal 3710 shown in FIG. 37D or the filtered demodulated analog baseband signal 3712 shown in FIG. 37E.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 für das digitale PM-Trägersignal 1016 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1413 und die Zeitdiagramme der Figuren 38A-E beschrieben. In Schritt 1414 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das digitale PM-Trägersignal 1016The operation of the undersampling system 1602 for the digital PM carrier signal 1016 is described below with reference to the flowchart 1413 and the timing diagrams of Figures 38A-E. In step 1414, the undersampling module 1606 receives the digital PM carrier signal 1016
.· .· . :&idiagr;&dgr;5!. i.· .· . :&idiagr;&dgr;5!. i
(Fig. 38A) . In Schritt 1416 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3806 (Fig. 38C) . In Schritt 1418 wird das digitale PM-Trägersignal 1016 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3806 unterabgetastet, um das digitale PM-Trägersignal 1016 in das in Fig. 38D dargestellte demodulierte digitale Basisbandsignal 3810 oder in das in Fig. 38E dargestellte gefilterte demodulierte digitale Basisbandsignal 3812 abwärtszuwandeln.(Fig. 38A). In step 1416, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3806 (Fig. 38C). In step 1418, the digital PM carrier signal 1016 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3806 to downconvert the digital PM carrier signal 1016 to the demodulated digital baseband signal 3810 shown in Fig. 38D or the filtered demodulated digital baseband signal 3812 shown in Fig. 38E.
2.2.3 Andere Ausfuhrungsformen2.2.3 Other embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausfühurngsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausfuhrungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein can be implemented within the scope of the present invention.
2.3 Implementierungsbeispiele2.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder strukturelle Implementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Die Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sindSections 4 and 5 below describe exemplary functional and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. The implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the specific implementation examples described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention.
(z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).(e.g. equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
3. Modulationsumsetzung3. Modulation implementation
In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein FM-Trägersignal Ffmc durch Undersampling des FM-Trägersignals Ffmc in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B durch das Bezugszeichen 4512 dargestellt.In one embodiment of the invention, an FM carrier signal Ffmc is down-converted to a non-FM signal F (NO n-fm) by undersampling the FM carrier signal Ffmc. This embodiment is illustrated in Fig. 45B by reference numeral 4512.
In einer exemplarischen Ausführungsform wird das FM-In an exemplary embodiment, the FM
Trägersignal FFMC in ein phasenmoduliertes (PM) Signal FPM abwärtsgewandelt. In einer anderen exemplarischen Ausführuncfsform wird das FM-Trägersignal Ffmc in ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal Fm abwärtsgewandelt. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Das abwärtsgewandelte Signal kann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden, um ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB zu erhalten.Carrier signal F FMC is down-converted into a phase modulated (PM) signal F PM . In another exemplary embodiment, the FM carrier signal Ffmc is down-converted into an amplitude modulated (AM) signal F m . The invention is not limited to these embodiments. The down-converted signal may be demodulated by any conventional demodulation technique to obtain a demodulated baseband signal F DMB .
Die Erfindung ist mit einem beliebigen FM-Signaltyp implementierbar. Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen zum Abwärtswandeln eines Frequenzumtastungs (FSK)
signals in ein Nicht-FSK-Signal beschrieben. FSK-Signale sind eine Untergruppe von FM-Signalen, wobei ein FM-Signal zwischen zwei oder mehr Frequenzen umschaltet. Frequenzumtastung (FSK) wird typischerweise für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet, z.B. für das digitale modulierende Basisbandsignal 310 in Fig. 3. In Fig. 8 ist das digitale FM-Signal 816 beispielsweise ein FSK-Signal, das zwischen einer oberen Frequenz und einer unteren Frequenz umschaltet, was Amplitudenänderungen im digitalen modulieren-The invention can be implemented with any FM signal type. Exemplary embodiments for downconverting a frequency shift keying (FSK)
signals into a non-FSK signal. FSK signals are a subset of FM signals where an FM signal switches between two or more frequencies. Frequency shift keying (FSK) is typically used for digital modulating baseband signals, e.g., for the digital modulating baseband signal 310 in Fig. 3. For example, in Fig. 8, the digital FM signal 816 is an FSK signal that switches between an upper frequency and a lower frequency, which causes amplitude changes in the digital modulating
den Basisbandsignal 310 entspricht. Das FSK-Signal 816 wird in nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen verwendet.corresponds to the baseband signal 310. The FSK signal 816 is used in exemplary embodiments below.
In einem ersten Beispiel wird das FSK-Signale 816 mit einer Aliasing-Rate unterabgetastet, die auf einer Mittenfrequenz zwischen der oberen und der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert. Wenn die Aliasing-Rate auf der Mittenfrequenz basiert, wird das FSK-Signal 816 in ein Phasenumtastungs (PSK) -signal abwärtsgewandelt. PSK-Signale sind eine Untergruppe phasenmodulierter Signale, wobei ein PM-Signal zwischen zwei oder mehreren Phasen umschaltet. Phasenumtastung (PSK) wird typischerweise für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet. In Fig. 10 ist das digitale PM-Signal 1016 beispielsweise ein PSK-Signal, das zwischen zwei Phasen umschaltet. Das PSK-Signal 1016 kann durch eine beliebige herkömmliche PSK-Demodulationstechnik demoduliert werden.In a first example, the FSK signal 816 is subsampled at an aliasing rate based on a center frequency between the upper and lower frequencies of the FSK signal 816. When the aliasing rate is based on the center frequency, the FSK signal 816 is down-converted to a phase shift keying (PSK) signal. PSK signals are a subset of phase modulated signals where a PM signal switches between two or more phases. Phase shift keying (PSK) is typically used for digital modulating baseband signals. For example, in Figure 10, the digital PM signal 1016 is a PSK signal that switches between two phases. The PSK signal 1016 may be demodulated by any conventional PSK demodulation technique.
In einer zweiten exemplarischen Ausführungsform wird das FSK-Signal 816 mit einer Aliasing-Rate unterabgetastet, die entweder auf der oberen Frequenz oder auf der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert. Wenn die Aliasing-Rate auf der oberen Frequenz oder auf der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert, wird das FSK-Signal 816 in ein Amplitudenumtastungs (ASK) -signal abwärtsgewandelt. ASK-Signale sind eine Untergruppe amplitudenmodulierter Signale, wobei ein AM-Signal zwischen zwei oder mehr Amplituden umschaltet. Amplitudenumtastung (ASK) wird typischerweis für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet. In Fig. 6 ist beispielseise das digitale AM-Signal 616 ein ASK-Signal, das zwischen einer ersten Amplitude und einer zweiten Amplitude umschaltet. Das ASK-Signal 616 kann durch eine beliebige herkömmliche ASK-Demodulationstechnik demoduliert werden.In a second exemplary embodiment, the FSK signal 816 is subsampled at an aliasing rate based on either the upper frequency or the lower frequency of the FSK signal 816. If the aliasing rate is based on the upper frequency or the lower frequency of the FSK signal 816, the FSK signal 816 is down-converted to an amplitude shift keying (ASK) signal. ASK signals are a subset of amplitude modulated signals where an AM signal switches between two or more amplitudes. Amplitude shift keying (ASK) is typically used for digital modulating baseband signals. For example, in FIG. 6, the digital AM signal 616 is an ASK signal that switches between a first amplitude and a second amplitude. The ASK signal 616 can be demodulated by any conventional ASK demodulation technique.
In den folgenden Abschnitten werden Verfahren zum Undersampling eines FM-Trägersignals FFMc beschrieben, um es inThe following sections describe methods for undersampling an FM carrier signal F FM c in order to convert it into
1&Ggr;1Γ;
ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtszuwandeln. Außerdem werden exemplarische strukturelle Ausführungsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.down-convert a non-FM signal F (NO n-fm). In addition, exemplary structural embodiments for implementing the methods are described. The invention is not limited to the specific embodiments described below. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that equivalent implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, beispielhafte Äusführungsformen und Implementierungsbeispiele .The following sections contain a high-level description, example embodiments, and implementation examples.
3.1 High-Level-Beschreibung3.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung des Undersamplings des FM-Trägersignals FFM zum erfindungsgemäßen Abwärtswandeln des FM-Trägersignals in ein Nicht-FM-Signal F(NON-FM) bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum Abwärtswandeln des FM-Trägersignals FMC in das Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) i-n einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Diese strukturelle Implementierung wird hierin zur Erläuterung beschrieben und soll nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen in diesem Abschnitt eine beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind fürThrough this section (including its subsections) a high-level description is provided of undersampling the FM carrier signal F FM for down-converting the FM carrier signal to a non-FM signal F(NON-FM) according to the invention. In particular, an operating method for down-converting the FM carrier signal F MC to the non-FM signal F (NO n-fm) is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. This structural implementation is described herein for illustration purposes and is not to be taken in a limiting sense. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations are for
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Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Those skilled in the art will appreciate the benefits of this description.
3.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.1.1 Description of the functionality
Fig. 14D zeigt ein Ablaufdiagramm 1419, das ein exemplarisches Verfahren zum Abwärtswandeln eines FM-Trägersignals FFMC in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) darstellt. Das im Ablaufdiagramm 1419 dargestellte exemplarische Verfahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 1401 von Fig. 14A.14D shows a flow diagram 1419 illustrating an exemplary method for down-converting an FM carrier signal F FMC to a non-FM signal F( NO n-fm). The exemplary method illustrated in flow diagram 1419 is an embodiment of the flow diagram 1401 of FIG. 14A.
Für die vorliegende Erfindung ist jedes und sind alle Formen von Frequenzmodulationstechniken anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale FM-Träger (FSK)
signal 816 verwendet, um eine High-Level-Beschreibung der Funktionsweise der Erfindung darzustellen. Durch die folgenden Abschnitte werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für das FSK-Signal 816 bereitgestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger FM-Trägersignaltyp abwärtsgewandelt werden kann.Any and all forms of frequency modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital FM carrier (FSK)
signal 816 is used to provide a high-level description of how the invention works. Detailed timing diagrams and descriptions for the FSK signal 816 are provided throughout the following sections. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention can be implemented to down-convert any type of FM carrier signal.
Das im Ablaufdiagramm 1419 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-Beschreibung zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 von Fig. 8C in ein PSK-Signal dargestellt. Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 39A zur Vereinfachung erneut dargestellt.The process illustrated in flow diagram 1419 is illustrated below with a high-level description for down-converting the FSK signal 816 of Figure 8C to a PSK signal. The FSK signal 816 is shown again in Figure 39A for simplicity.
Die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1419 beginnt in Schritt 1420, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer oberen Frequenz 3910 und einer unteren Frequenz 3912 um. In einer exemplarischen Ausführungsform beträgt die obere Frequenz 3910 etwa 901 MHz und die untere Frequenz 3912 etwa 899 MHz.Processing of flowchart 1419 begins in step 1420 where an FM signal is received. FSK signal 816 switches between an upper frequency 3910 and a lower frequency 3912. In an exemplary embodiment, upper frequency 3910 is about 901 MHz and lower frequency 3912 is about 899 MHz.
In Schritt 1422 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 39B zeigt einIn step 1422, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 39B shows a
Beispiel eines Undersampling-Signals 3902, das eine Folge von Pulsen 3903 mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3903 wiederholen sich mit der Aliasing- oder Pulswiederholungsrate.Example of an undersampled signal 3902 comprising a train of pulses 3903 with slight pulse widths whose duration tends to zero. The pulses 3903 repeat at the aliasing or pulse repetition rate.
Wenn ein FM-Trägersignal Ffmc in ein Nicht-FM-Signal F(NON-FM) abwärtsgewandelt wird, gleicht die Aliasing-Rate im wesentlichen einer im FM-Signal enthaltenen Frequenz oder einer Harmonischen oder Subharmonischen davon. In dieser Übersichtdarstellung einer exemplarischen Ausführungsform, in der das FSK-Signal 816 in ein PSK-Signal abwärtsgewandelt wird, basiert die Aliasing-Rate auf einer Mittenfrequenz zwischen der oberen Frequenz 3110 und der unteren Frequenz 3912. Für dieses Beispiel beträgt die Mittenfrequenz etwa 900 MHz. In einer nachstehend beschriebenen anderen Ausführungsform, in der das FSK-Signal 816 in ein ASK-Signal abwärtsgewandelt werden soll, basiert die Aliasing-Rate nicht auf der Mittenpositon sondern entweder auf der oberen Frequenz 3910 oder auf der unteren Frequenz 3912.When an FM carrier signal Ffmc is down-converted to a non-FM signal F(NON-FM), the aliasing rate is substantially equal to a frequency contained in the FM signal or a harmonic or subharmonic thereof. In this overview of an exemplary embodiment in which the FSK signal 816 is down-converted to a PSK signal, the aliasing rate is based on a center frequency between the upper frequency 3110 and the lower frequency 3912. For this example, the center frequency is approximately 900 MHz. In another embodiment described below in which the FSK signal 816 is to be down-converted to an ASK signal, the aliasing rate is not based on the center position but on either the upper frequency 3910 or the lower frequency 3912.
In Schritt 1424 wird das FM-Signal FFMC mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um das FM-Trägersignal F^c in das Nicht-FM-Signal F(N0N_FM) abwärtszuwandeln. Schritt 1424 ist in Fig. 39C dargestellt, die ein stufenförmiges PSK-Signal 3904 zeigt, das durch einen Modulationsumsetzungsprozeß erzeugt wird.In step 1424, the FM signal F FMC is subsampled at the aliasing rate to down-convert the FM carrier signal F^c to the non-FM signal F (N0N _ FM ). Step 1424 is illustrated in Fig. 39C, which shows a stepped PSK signal 3904 generated by a modulation conversion process.
Wenn die obere Frequenz 3910 unterabgetastet wird, weist das PSK-Signal 3904 eine Frequenz von etwa 1 MHz auf und wird als Phasenreferenz verwendet. Wenn die untere Frequenz 3912 unterabgetastet wird, hat das PSK-Signal 3904 eine Frequenz von 1 MHz und ist bezüglich der Phasenreferenz um 180 Grad phasenverschoben.When the upper frequency 3910 is subsampled, the PSK signal 3904 has a frequency of approximately 1 MHz and is used as a phase reference. When the lower frequency 3912 is subsampled, the PSK signal 3904 has a frequency of 1 MHz and is 180 degrees out of phase with respect to the phase reference.
Fig. 39D zeigt ein PSK-Signal 3906 als ein gefilterte Version des PSK-Signals 3904. Erfindungsgemäß kann daher einFig. 39D shows a PSK signal 3906 as a filtered version of the PSK signal 3904. According to the invention, therefore, a
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gefiltertes oder ein teilgefiltertes Ausgangssignal oder ein relativ ungefiltertes stufenförmiges Ausgangssignal erzeugt werden. Die Auswahl zwischen einem gefilterten, einem teilgefilterten und einem ungefilterten Ausgangssignal wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.filtered or partially filtered output signal or a relatively unfiltered stepped output signal can be generated. The choice between a filtered, partially filtered and unfiltered output signal is generally determined by the design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled to optimize the downconverted signal in terms of amplitude output values or polarity.
Nachstehend werden detaillierte exemplarische Ausführungsformen zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein PSK-Signal und zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein ASK-Signal beschrieben.Detailed exemplary embodiments for down-converting an FSK signal to a PSK signal and for down-converting an FSK signal to an ASK signal are described below.
3.1.2 Beschreibung der Struktur3.1.2 Description of the structure
Fig. 16 zeigt ein Blockdiagramm des Undersampling-Systems 1602 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Undersampling-System 1602 weist ein Undersampling-Modul 1606 auf. Das Undersampling-System 1602 ist eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 in Fig. 13.16 shows a block diagram of the undersampling system 1602 according to an embodiment of the invention. The undersampling system 1602 includes an undersampling module 1606. The undersampling system 1602 is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 in FIG. 13.
In der Moluationsumsetzungsausführungsform ist das EM-Signal 1304 ein FM-Trägersignal, und durch das Undersampling-Modul 1606 wird das FM-Trägersignal mit einer Frequenz unterabgetastet, die einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer Frequenz des FM-Signals im wesentlichen gleicht. Vorzugsweise wird das FM-Trägersignal FMC durch das Undersampling-Modul 1606 unterabgetastet, um es auf eine im Ablaufdiagramm 1419 dargestellte Weise in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zumIn the molecular conversion embodiment, the EM signal 1304 is an FM carrier signal, and the undersampling module 1606 subsamples the FM carrier signal at a frequency substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency of the FM signal. Preferably, the FM carrier signal F MC is subsampled by the undersampling module 1606 to downconvert it to a non-FM signal F (NO n-fm) in a manner illustrated in flow diagram 1419. Other structural embodiments for
Ausführen der Schritte des Ablaufdiagramms 1419 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich.Performing the steps of flowchart 1419 is possible. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1419 und die Zeitdiagramme in den Figuren 39A-D beschrieben. In Schritt 1420 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das FSK-Signal 816. In Schritt 1422 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 3902. In Schritt 1424 wird das FSK-Signal 816 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 3902 unterabgetastet, um das FSK-Signal 816 in das PSK-Signal 3904 oder 3906 abwärtszuwandeln.The operation of the undersampling system 1602 is described below with reference to the flowchart 1419 and timing diagrams in Figures 39A-D. In step 1420, the undersampling module 1606 receives the FSK signal 816. In step 1422, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 3902. In step 1424, the FSK signal 816 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 3902 to down-convert the FSK signal 816 to the PSK signal 3904 or 3906.
Implementierungsbeispiele des Undersampling-Moduls 1606 werden im nachstehenden Abschnitt 4 dargestellt.Implementation examples of the undersampling module 1606 are presented in Section 4 below.
3.2 Exemplarische Ausfuhrungsformen3.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en) , die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen. In this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Das im Ablaufdiagramm 1419 von Fig. 14D dargestellte Verfahren zum Abwärtswandeln eines FM-Trägersignals Ff7150 in ein Nicht-FM-Signal F(N0N_FM) kann mit einem beliebigen FM-Trägersignaltyp implementiert werden, z.B. mit FSK-Signalen. Nachstehend wird das Ablaufdiagramm 1419 zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein PSK-Signal und zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein ASK-Signal ausführlich beschrieben. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.The method illustrated in the flowchart 1419 of FIG. 14D for down-converting an FM carrier signal Ff 7150 to a non-FM signal F (N0N _ FM ) can be implemented with any type of FM carrier signal, such as FSK signals. The flowchart 1419 for down-converting an FSK signal to a PSK signal and for down-converting an FSK signal to an ASK signal is described in detail below. The following exemplary descriptions are provided to clarify the present invention. The present invention is not limited by or to the following exemplary embodiments.
3.2.1 Erste exemplarische Ausführungsform: Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein PM-Signal3.2.1 First exemplary embodiment: Downconversion of an FM signal into a PM signal
3.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 1419 in Fig. 14D zum Abwärtswandeln des in Fig. 8C dargestellten FSK-Signals 816 in ein PSK-Signal beschrieben. Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 4OA zur Vereinfachung erneut dargestellt.The exemplary processing of the flow chart 1419 in Fig. 14D for down-converting the FSK signal 816 shown in Fig. 8C to a PSK signal is described below. The FSK signal 816 is shown again in Fig. 40A for simplicity.
Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer ersten Frequenz 4006 und einer zweiten Frequenz 4008 um. In der exemplarischen Ausführungsform ist die erste Frequenz 4006 niedriger als die zweite Frequenz 4008. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Frequenz 4006 höher als die zweite Frequenz 4008. In diesem Besipiel beträgt die erste Frequenz etwa 899 MHz und die zweite Frequenz 4008 etwa 901 MHz.The FSK signal 816 switches between a first frequency 4006 and a second frequency 4008. In the exemplary embodiment, the first frequency 4006 is lower than the second frequency 4008. In an alternate embodiment, the first frequency 4006 is higher than the second frequency 4008. In this example, the first frequency is about 899 MHz and the second frequency 4008 is about 901 MHz.
Fig. 4OB zeigt einen FSK-Signalabschnitt 4004, der einen Abschnitt des FSK-Signals 816 in einem expandierten Zeitmaßstab darstellt.Fig. 40B shows an FSK signal portion 4004 representing a portion of the FSK signal 816 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein PSK-Signal beginnt in Schritt 1420, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FSK-Signal 816 dargestellt.Processing to down-convert the FSK signal 816 to a PSK signal begins in step 1420 by receiving an FM signal, represented by the FSK signal 816.
In Schritt 1422 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate F^ aufweist. Fig. 4OC zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 4007 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 4OB. Das Undersampling-Signal 4007 weist eine Folge von Pulsen 4009 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 4009 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Äliasing-Rate einer Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein Nicht-FM-Signal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer im FM-Signal enthaltenen Frequenz im wesentlichen gleich.In step 1422, an undersampling signal is received having an aliasing rate F^. Figure 40C shows an exemplary undersampling signal 4007 at approximately the same time scale as Figure 40B. The undersampling signal 4007 comprises a train of pulses 4009 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The pulses 4009 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate of downconversion of an FM signal to a non-FM signal is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency contained in the FM signal.
In diesem Beispiel, in dem ein FSK-Signal in ein PSK-Signal abwärtsgewandelt wird, ist die Aliasing-Rate einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Mittenfrequenz zwischen den Frequenzen 4006 und 4008 im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel, in dem die erste Frequenz 4006 899 MHz und die zweite Frequenz 4008 901 MHz beträgt, beträgt die Mittenfrequenz etwa 900 MHz. Geeignete Aliasing-Raten sind 1,8 GHz, 900 MHz, 450 MHz, usw. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 4008 etwa 450 MHz.In this example, where an FSK signal is downconverted to a PSK signal, the aliasing rate of a harmonic, or more typically a subharmonic, of the center frequency is substantially the same between frequencies 4006 and 4008. In this example, where the first frequency 4006 is 899 MHz and the second frequency 4008 is 901 MHz, the center frequency is about 900 MHz. Suitable aliasing rates are 1.8 GHz, 900 MHz, 450 MHz, etc. In this example, the aliasing rate of the undersampled signal 4008 is about 450 MHz.
In Schritt 1424 wird das FM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es in das Nicht-FM-Signal F(N0N_FM) abwärtszuwandeln. Schritt 1424 ist in Fig. 4OB durch Undersampling-Punkte 4005 dargestellt. Die Undersampling-In step 1424, the FM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert it to the non-FM signal F( N0N _ FM) . Step 1424 is illustrated in Fig. 40B by undersampling points 4005. The undersampling
Punkte 4005 erscheinen mit der Aliasing-Rate der Impulse 4009.Points 4005 appear with the aliasing rate of pulses 4009.
In Fig. 4OD sind Spannungspunkte 4010 mit den Undersampling-Punkten 4005 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 4010 ein PSK-Signal 4012. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 4010 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben wird.In Fig. 40D, voltage points 4010 are correlated with undersampling points 4005. In one embodiment, voltage points 4010 form a PSK signal 4012. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 4010 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This provides a stepped output signal that may optionally be smoothed or filtered as described below.
Wenn die erste Frequenz 4006 unterabgetastet wird, weist das PSK-Signal 4012 eine Frequenz von etwa 1 MHz auf und wird als Phasenreferenz verwendet. Wenn die zweite Frequenz 4008 unterabgetastet wird, weist das PSK-Signal 4012 eine Frequenz von 1 MHz auf und ist bezüglich der Phasenreferenz um 180 Grad phasenverschoben.When the first frequency 4006 is subsampled, the PSK signal 4012 has a frequency of approximately 1 MHz and is used as a phase reference. When the second frequency 4008 is subsampled, the PSK signal 4012 has a frequency of 1 MHz and is 180 degrees out of phase with respect to the phase reference.
In Fig. 40E stellt das PSK-Signal 4014 das PSK-Signal 4012 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 40E das PSK-Signal 4012 als gefiltertes Ausgangssignal 4014 zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden. Das PSK-Signal 4014 kann durch eine beliebige herkömmliche Phasendemodulationstechnik demoduliert werden.In Fig. 40E, PSK signal 4014 represents PSK signal 4012 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 40E shows PSK signal 4012 as filtered output signal 4014, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for different applications. PSK signal 4014 can be demodulated by any conventional phase demodulation technique.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled to optimize the downconverted signal in terms of amplitude output values or polarity.
Im vorstehenden Beispiel erscheinen die Undersampling-Punkte 4005 an positiven Positionen des FSK-Signals 816. Alternativ können die Undersampling-Punkte 4005 an anderen Po-In the above example, the undersampling points 4005 appear at positive positions of the FSK signal 816. Alternatively, the undersampling points 4005 may appear at other positions.
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sitionen, z.B. an negativen Positionen, des FSK-Signals 816 erscheinen. Wenn die Undersampling-Punkte 4005 an negativen Positionen des FSK-Signals 816 erscheinen, ist das erhaltene PSK-Signal bezüglich dem PSK-Signal 4014 invertiert.positions, e.g., at negative positions, of the FSK signal 816. When the undersampling points 4005 appear at negative positions of the FSK signal 816, the obtained PSK signal is inverted with respect to the PSK signal 4014.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Modulationsumsetzungsverfahren. Beispielsweise stellt das in Fig. 40E dargestellte PSK-Signal 4014 dar, daß das FSK-Signal 816 erfolgreich in das PSK-Signal 4012 und 4014 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a modulation conversion method according to the present invention. For example, PSK signal 4014 shown in Figure 40E illustrates that FSK signal 816 has been successfully downconverted to PSK signals 4012 and 4014 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
3.2.1.2 Beschreibung der Struktur3.2.1.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Systems 1602 zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein PSK-Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1419 und die Zeitdiagramme der Figuren 40A-E beschrieben. In Schritt 1420 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das FSK-Signal 816 (Fig. 40A). In Schritt 1422 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 4007 (Fig. 40C) . In Schritt 1424 wird das FSK-Signal 816 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 4007 unterabgetastet, um das FSK-Signal 816 in das in Fig. 4OD dargestellte PSK-Signal 4012 oder das in Fig. 4OE dargestellte PSK-Signal 4014 abwärtszuwandeln.The operation of the undersampling system 1602 for down-converting the FSK signal 816 to a PSK signal is described below with reference to the flowchart 1419 and timing diagrams of Figures 40A-E. In step 1420, the undersampling module 1606 receives the FSK signal 816 (Figure 40A). In step 1422, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 4007 (Figure 40C). In step 1424, the FSK signal 816 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 4007 to down-convert the FSK signal 816 into the PSK signal 4012 shown in Fig. 40D or the PSK signal 4014 shown in Fig. 40E.
3.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein AM-Signal3.2.2 Second exemplary embodiment: Downconversion of an FM signal into an AM signal
3.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.2.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms von Fig. 14D zum Abwärtswandeln des in Fig. 8C dargestellten FSK-Signals 816 in ein ASK-Signal beschrieben. Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 4IA zur Vereinfachung erneut dargestellt.The exemplary processing of the flow chart of Fig. 14D for down-converting the FSK signal 816 shown in Fig. 8C to an ASK signal is described below. The FSK signal 816 is shown again in Fig. 4IA for simplicity.
Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer ersten Frequenz 4106 und einer zweiten Frequenz 4108 um. In der exemplarischen Ausführungsform ist die erste Frequenz 4106 niedrig€;r als die zweite Frequenz 4108. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Frequenz 4106 höher als die zweite Frequenz 4108. In diesem Besipiel beträgt die erste Frequenz 4106 etwa 899 MHz und die zweite Frequenz 4108 etwa 901 MHz.The FSK signal 816 switches between a first frequency 4106 and a second frequency 4108. In the exemplary embodiment, the first frequency 4106 is lower than the second frequency 4108. In an alternate embodiment, the first frequency 4106 is higher than the second frequency 4108. In this example, the first frequency 4106 is about 899 MHz and the second frequency 4108 is about 901 MHz.
Fig. 41B zeigt einen FSK-Signalabschnitt 4104, der einen Abschnitt des FSK-Signals 816 in einem expandierten Zeitmaßstab darstellt.Figure 41B shows an FSK signal portion 4104 representing a portion of the FSK signal 816 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein ASK-Signal beginnt in Schritt 1420, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FSK-Signal 816 dargestellt.Processing to down-convert the FSK signal 816 to an ASK signal begins in step 1420 by receiving an FM signal, represented by the FSK signal 816.
In Schritt 1422 wird ein Undersampling-Signal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 41C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 4107 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 42B. Das Undersampling-Signal 4107 weist eine Folge von Pulsen 4109 mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 4109 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder PuIs-In step 1422, an undersampling signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 41C shows an exemplary undersampling signal 4107 at approximately the same time scale as in Fig. 42B. The undersampling signal 4107 comprises a sequence of pulses 4109 with slight pulse widths whose duration tends toward zero. The pulses 4109 repeat at the aliasing rate or pulse
Wiederholungsrate. Die Aliasing-Rate wird gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt.Repetition rate. The aliasing rate is determined or selected as described above.
Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate bei einer Abwärtswandlung eines FM-Signal in ein Nient-FM-Signal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer Frequenz des FM-Signals im wesentlichen gleich. Wenn ein FSK-Signal 816 in ein ASK-Signal abwärtsgewandelt wird, ist die Aliasing-Rate einer Harmonischen der ersten Frequenz 4106 oder der zweiten Frequenz 4108 und typischer einer Subharmonischen der ersten Frequenz 4106 oder der zweiten Frequenz 4103 im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel, in dem die erste Frequenz 4106 899 MHz und die zweite Frequenz 4108 901 MHz beträgt, beträgt, kann die Aliasing-Rate einer Harmonischen oder einer Subharmonischen von 899 MHz oder 901 MHz im wesentlichen gleich sein. In diesem Beispiel beträgt die Aliasing-Rate etwa 449,5 MHz, was einer Subharmonischen der ersten Frequenz 4106 entspricht.In general, when downconverting an FM signal to a non-FM signal, the aliasing rate of a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency of the FM signal is substantially equal. When downconverting an FSK signal 816 to an ASK signal, the aliasing rate of a harmonic of the first frequency 4106 or the second frequency 4108 and more typically a subharmonic of the first frequency 4106 or the second frequency 4103 is substantially equal. In this example, where the first frequency 4106 is 899 MHz and the second frequency 4108 is 901 MHz, the aliasing rate of a harmonic or subharmonic of 899 MHz or 901 MHz may be substantially equal. In this example, the aliasing rate is about 449.5 MHz, which corresponds to a subharmonic of the first frequency 4106.
In Schritt 1424 wird das FM-Signal mit der Aliasing-Rate unterabgetastet, um es in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtszuwandeln. Schritt 1424 ist in Fig. 41B durch Undersampling-Punkte 4105 dargestellt. Die Undersampling-Punkte erscheinen mit der Aliasing-Rate der Pulse 4109. Wenn die erste Frequenz 4106 unterabgetastet wird, erscheinen die Aliasing-Pulse 4109 und die Undersampling-Punkte 4105 in aufeinanderfolgenden Zyklen des FSK-Signals 816 an der gleichen Position. Dadurch wird ein relativ konstanter Ausgangssignalpegel erzeugt. Wenn jedoch die zweite Frequenz 4108 unterabgetastet wird, erscheinen die Aliasing-Pulse 4109 und die Undersampling-Impulse 4005 in aufeinanderfolgenden Zyklen des FSK-Signals 816 an verschiedenen Positionen. Dadurch wird ein mit einer Frequenz von etwa (901 MHz -899 MHz) = 2 MHz oszillierendes Muster erzeugt.In step 1424, the FM signal is subsampled at the aliasing rate to down-convert it to a non-FM signal F( NO n-fm). Step 1424 is represented in Figure 41B by undersampling points 4105. The undersampling points appear at the aliasing rate of the pulses 4109. When the first frequency 4106 is subsampled, the aliasing pulses 4109 and the undersampling points 4105 appear at the same position in successive cycles of the FSK signal 816. This produces a relatively constant output signal level. However, when the second frequency 4108 is subsampled, the aliasing pulses 4109 and the undersampling pulses 4005 appear at different positions in successive cycles of the FSK signal 816. This produces a pattern oscillating at a frequency of approximately (901 MHz -899 MHz) = 2 MHz.
In Fig. 41D sind Spannungspunkte 4110 mit den Undersampling-Punkten 4105 korreliert. In einer Ausführungsform bilden die Spannungspunkte 4110 ein ASK-Signal 4112. Dies kann auf viele Weisen realisiert werden. Beispielsweise kann jeder Spannungspunkt 4110 auf einem relativ konstanten Pegel gehalten werden, bis der nächste Spannungspunkt empfangen wird. Dadurch wird ein stufenförmiges Ausgangssignal erhalten,, das gegebenenfalls geglättet oder gefiltert werden kann, wie nachstehend beschrieben.In Fig. 41D, voltage points 4110 are correlated with undersampling points 4105. In one embodiment, voltage points 4110 form an ASK signal 4112. This can be accomplished in many ways. For example, each voltage point 4110 can be maintained at a relatively constant level until the next voltage point is received. This results in a stepped output signal that can optionally be smoothed or filtered as described below.
In Fig. 41E stellt ein ASK-Signal 4114 das PSK-Signal 4112 nach einem Filtervorgang in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Obwohl Fig. 41E das ASK-Signal 4114 als ein gefiltertes Ausgangssignal zeigt, muß das Ausgangssignal erfindungsgemäß nicht gefiltert oder geglättet werden. Stattdessen kann das Ausgangssignal für verschiedene Anwendungen angepaßt werden. Das ASK-Signal 4114 kann durch eine beliebige herkömmliche Amplitudendemodulationstechnik demoduliert werden.In Fig. 41E, an ASK signal 4114 represents the PSK signal 4112 after a filtering operation on a compressed time scale. Although Fig. 41E shows the ASK signal 4114 as a filtered output signal, according to the invention, the output signal does not need to be filtered or smoothed. Instead, the output signal can be tailored for different applications. The ASK signal 4114 can be demodulated by any conventional amplitude demodulation technique.
Die Aliasing-Rate des Undersampling-Signals wird während der Abwärtswandlung von einem FM- in ein AM-Signal vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the undersampling signal is preferably controlled during downconversion from an FM to an AM signal in order to optimize the demodulated baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
In einer alternativen Ausführungsform basiert die Aliasing-Rate auf der zweiten Freguenz, und das erhaltene ASK-Signal ist bezüglich dem ASK-Signal 4114 invertiert.In an alternative embodiment, the aliasing rate is based on the second frequency and the obtained ASK signal is inverted with respect to the ASK signal 4114.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeicfen ein erfindungsgemäßes Modulationsumsetzungsverfahren. Beispielsweise stellt das in Fig. 41E dargestellte ASK-Signal 4114 dar, daß das FSK-Signal 816 erfolgreich in das ASK-Signal 4114 abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a modulation conversion method according to the present invention. For example, the ASK signal 4114 shown in Figure 41E illustrates that the FSK signal 816 has been successfully downconverted to the ASK signal 4114 while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
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3.2.2.2 Beschreibung der Struktur3.2.2.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Undersampling-Sy st ems 1602 zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein ASK--Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1419 und die Zeitdiagramme der Figuren 4IA-E beschrieben. In Schritt 1420 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das FSK-Signal 816 (Fig. 41A). In Schritt 1422 empfängt das Undersampling-Modul 1606 das Undersampling-Signal 4107 (Fig. 41C) . In Schritt 1424 wird das FSK-Signal 816 durch das Undersampling-Modul 1606 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 4107 unterabgetastet, um das FSK-Signal 816 in das in Fig. 41D dargestellte ASK-Signal 4112 oder das in Fig. 41E dargestellte ASK-Signal 4114 abwärtszuwandeln.The operation of the undersampling system 1602 for down-converting the FSK signal 816 to an ASK signal is described below with reference to the flowchart 1419 and timing diagrams of Figures 41A-E. In step 1420, the undersampling module 1606 receives the FSK signal 816 (Figure 41A). In step 1422, the undersampling module 1606 receives the undersampling signal 4107 (Figure 41C). In step 1424, the FSK signal 816 is subsampled by the undersampling module 1606 at the aliasing rate of the undersampling signal 4107 to down-convert the FSK signal 816 into the ASK signal 4112 shown in Fig. 41D or the ASK signal 4114 shown in Fig. 41E.
3.2.3 Andere exemplarische Ausführungsformen3.2.3 Other exemplary embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausfühurngsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein can be implemented within the scope of the present invention.
3.3 Implementierungsbeispiele3.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehuncj stehen. Die Implementierungen dienen lediglich zur Er-Sections 4 and 5 below describe exemplary functional and/or operational and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. The implementations are for illustrative purposes only.
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läuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).elucidation and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the specific implementation examples described herein. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
4. Implementierungsbeispiele4. Implementation examples
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) in den vorstehenden Unterabschnitten beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Diese Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.. ) .This section (and its subsections) describes exemplary functional and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described in the preceding subsections. These implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the implementation examples described herein. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
Fig. 13 zeigt ein allgemeines Aliasing-System 1302 mit einem Aliasing-Modul 1306. Fig. 16 zeigt ein Undersampling-System 1602 mit einem Undersampling-Modul 1606. Das Undersampling-Modul 1606 empfängt ein Undersampling-Signal 1604, das eine Aliasing-Rate FnR aufweist. Das Undersampling-Signal 1604 weist eine Folge von Pulsen mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Dauer gegen null tendiert. Die Pulse 3903 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAr. DasFig. 13 shows a general aliasing system 1302 with an aliasing module 1306. Fig. 16 shows an undersampling system 1602 with an undersampling module 1606. The undersampling module 1606 receives an undersampling signal 1604 having an aliasing rate F n R. The undersampling signal 1604 has a sequence of pulses with slight pulse widths whose duration tends to zero. The pulses 3903 repeat at the aliasing rate F A r. The
Undersampling-System 1602 ist eine exemplarische Implementierung des allgemeinen Aliasing-Systems 1303. Das Undersampling-System 1602 gibt ein abwärtsgewandeltes Signal 1308A aus.Undersampling system 1602 is an exemplary implementation of general aliasing system 1303. Undersampling system 1602 outputs a downconverted signal 1308A.
Fig. 26A zeigt ein exemplarisches Abtast-Halte-System 2602, das eine exemplarische Implementierung des Undersampling-Systems 1602 ist. Das Abtast-Haltesystem 2602 wird nachstehend beschrieben.26A shows an exemplary sample and hold system 2602 that is an exemplary implementation of the undersampling system 1602. The sample and hold system 2602 is described below.
Fig. 26B zeigt ein exemplarisches invertiertes Abtast-Halte-System 2606, das eine alternative exemplarische Implementierung des Undersampling-Systems 1602 ist. Das invertierte Abtast-Halte-System 2606 wird nachstehend beschrieben.. Figure 26B shows an exemplary inverted sample and hold system 2606 that is an alternative exemplary implementation of the undersampling system 1602. The inverted sample and hold system 2606 is described below.
4.1 Das Undersampling-System als Abtast-Halte-System4.1 The undersampling system as a sample-and-hold system
Fig. 26A zeigt ein Blockdiagramm des Abtast-Halte-Systems 2602, das eine exemplarische Ausführungsform des Undersampling-Moduls 1606 von Fig. 16 ist, das eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Moduls 1306 von Fig. 13 ist.26A shows a block diagram of the sample and hold system 2602, which is an exemplary embodiment of the undersampling module 1606 of FIG. 16, which is an exemplary embodiment of the general aliasing module 1306 of FIG. 13.
Das Abtast-Halte-System 2602 weist ein Abtast-Halte-Modul 2604 auf, das das EM-Signal 1304 und das Undersampling-Signal 1604 empfängt. Das EM-Signal wird durch das Abtast-Halte-Modul 2604 mit der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 1604 unterabgetastet, wie in den vorstehenden Abschnitten unter Bezug auf die Ablaufdiagramme 1401 in Fig. 14A, 1407 in Fig. 14B, 1413 in Fig. 14C und 1419 in Fig. 14D beschrieben wurde. Das Undersampling-System 1602 gibt ein abwärtsgewandeltes Signal 1308A aus.The sample and hold system 2602 includes a sample and hold module 2604 that receives the EM signal 1304 and the undersampling signal 1604. The EM signal is subsampled by the sample and hold module 2604 at the aliasing rate of the undersampling signal 1604, as described in the preceding sections with reference to the timing diagrams 1401 in FIG. 14A, 1407 in FIG. 14B, 1413 in FIG. 14C, and 1419 in FIG. 14D. The undersampling system 1602 outputs a downconverted signal 1308A.
Fig. 27 zeigt ein Undersampling-System 2701 als ein Abtast-Halte-System, das eine exemplarische Implementierung des Undersampling-Systems 2602 ist. Das Undersampling-SystemFig. 27 shows an undersampling system 2701 as a sample-and-hold system, which is an exemplary implementation of the undersampling system 2602. The undersampling system
2701 weist ein Schaltmodul 2702 und ein Haltemodul 2706 auf. Das Undersampling-Modul 2701 wird nachstehend beschrieben.2701 includes a switch module 2702 and a hold module 2706. The undersampling module 2701 is described below.
Fig. 24A zeigt ein Undersampling-System 2401 als ein Folcjeumschalte-Undersampling-System, das eine alternative Implementierung des Undersampling-Systems 2602 ist. Das FoI-geumschalte-Undersampling-System 2401 wird nachstehend beschrieben. 24A shows an undersampling system 2401 as a sequence-switched undersampling system, which is an alternative implementation of the undersampling system 2602. The sequence-switched undersampling system 2401 is described below.
4.1.1 Das Abtast-Halte-System als Schaltmodul und Haltemodul4.1.1 The sample-hold system as a switching module and holding module
Fig. 27 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des Abtast-Halte-Moduls 2604 von Fig. 26A. In der exemplarischen Ausführungsform weist das Abtast-Halte-Modul 2604 ein Schaltmodul 2702 und ein Haltemodul 2706 auf.27 shows an exemplary embodiment of the sample and hold module 2604 of FIG. 26A. In the exemplary embodiment, the sample and hold module 2604 includes a switch module 2702 and a hold module 2706.
Vorzugsweise wird das EM-Signal 1304 durch das Schaltmodul 2702 und das Haltemodul 2706 unterabgetastet, um es auf eine beliebige der in den Ablaufdiagrammen 1401, 1407, 1413 und 1419 dargestellten Weisen abwärtszuwandeln. Beispielsweise kann das Abtast-Halte-Modul 2604 ein beliebiges der vorstehend beschriebenen modulierten Trägersignale, z.B. das analoge AM-Signal 516, das digitale AM-Signal 616, das analoge FM-Signal 716, das digitale FM-Signal 816, das analoge PM-Signal 916, das digitale PM-Signal 1016, usw. und jegliche Kombinationen davon empfangen und unterabtasten.Preferably, the EM signal 1304 is subsampled by the switch module 2702 and the hold module 2706 to downconvert it in any of the manners illustrated in flow diagrams 1401, 1407, 1413, and 1419. For example, the sample and hold module 2604 may receive and subsample any of the modulated carrier signals described above, e.g., the analog AM signal 516, the digital AM signal 616, the analog FM signal 716, the digital FM signal 816, the analog PM signal 916, the digital PM signal 1016, etc., and any combinations thereof.
Das EM-Signal 1304 wird durch das Schaltmodul 2702 und das Haltemodul 2706 in Abhängigkeit von der Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal, ein demoduliertes Basisbandsignal oder gemäß einem anderen Modulationsschema abwärtsgewandelt .The EM signal 1304 is down-converted by the switch module 2702 and the hold module 2706 into an intermediate frequency signal, a demodulated baseband signal, or according to another modulation scheme depending on the aliasing rate.
Nachstehend werden anhand eines Beispiels die Funktionsweise des Schaltmoduls 2702 und des Haltemoduls zum Abwärtswandeln des EM-Signals 1304 in ein Zwischenfrequenzsi-The following example describes the operation of the switch module 2702 and the hold module for down-converting the EM signal 1304 into an intermediate frequency signal.
22 100122 1001
gnal unter Bezug auf das Ablauf diagramm 1407 und die exemplarischen Zeitdiagramme in den Figuren 79A-F beschrieben.gnal with reference to the flow chart 1407 and the exemplary timing diagrams in Figures 79A-F.
In Schritt 1408 empfängt das Schaltmodul 2702 das EM-Signal 1304 (Fig. 79A). In Schritt 1410 empfängt das Schaltmodul 1702 das Undersampling-Signal 1604 (Fig. 79C) . In Schritt 1412 wirken das Schaltmodul 2702 und das Haltemodul 2706 zusammen, um das EM-Signal 1304 unterabzutasten und in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtszuwandeln. D.h., im Schritt 1412 schließt das Schaltmodul 2702 während jedes Undersampling-Pulses, um das EM-Signal 1304 zum Haltemodul 2706 zu koppeln. In einer Ausführungsform schließt das Schaltmodul 2702 bei Anstiegsflanken der Pulse. In einer alternativen Ausführungsform schließt das Schaltmodul 2702 bei Abfallflanken der Pulse. Wenn das EM-Signal 1304 zum Haltemodul 2706 gekoppelt wird, wird die Amplitude des EM-Signals 1304 durch das Haltemodul 2706 erfaßt. Das Haltemodul 2706 ist so konstruiert, daß es die Amplitude des EM-Signals 1304 innerhalb des durch jeden der Pulse mit geringfügiger Pulsbreite vorgegebenen kurzen Zeitrahmens erfaßt und hält. Fig. 79B zeigt das EM-Signal 1304 nach dem Undersampling-Prozeß.In step 1408, the switching module 2702 receives the EM signal 1304 (Fig. 79A). In step 1410, the switching module 1702 receives the undersampling signal 1604 (Fig. 79C). In step 1412, the switching module 2702 and the holding module 2706 cooperate to undersample and downconvert the EM signal 1304 to an intermediate frequency signal. That is, in step 1412, the switching module 2702 closes during each undersampling pulse to couple the EM signal 1304 to the holding module 2706. In one embodiment, the switching module 2702 closes on rising edges of the pulses. In an alternative embodiment, the switching module 2702 closes on falling edges of the pulses. When the EM signal 1304 is coupled to the hold module 2706, the amplitude of the EM signal 1304 is captured by the hold module 2706. The hold module 2706 is designed to capture and hold the amplitude of the EM signal 1304 within the short time frame specified by each of the pulses with a slight pulse width. Figure 79B shows the EM signal 1304 after the undersampling process.
Das Haltemodul 2706 hält im wesentlichen jede unterabgetastete Amplitude bis zu einem nachfolgenden Undersampling-Puls (Fig. 79D). Das Haltemodul 2706 gibt die unterabgetasteten Amplituden als das abwärtsgewandelte Signal 1308A aus. Das Haltemodul 2706 kann das abwärtsgewandelte Signal 1308A als ein ungefiltertes Signal, z.B. als ein stufenförmiges Signal (Fig. 79E), als ein gefiltertes abwärtsgewandeltes Signal (Fig. 79F) oder als ein teilgefiltertes abwärtsgewandeltes Signal ausgeben.The hold module 2706 essentially holds each subsampled amplitude until a subsequent undersampling pulse (Fig. 79D). The hold module 2706 outputs the subsampled amplitudes as the downconverted signal 1308A. The hold module 2706 may output the downconverted signal 1308A as an unfiltered signal, e.g., as a stepped signal (Fig. 79E), as a filtered downconverted signal (Fig. 79F), or as a partially filtered downconverted signal.
4.1.2 Das Abtast-Halte-System als ein Folgeumschaltemodul4.1.2 The sample-and-hold system as a sequence switching module
22 · lö-0122 · lö-01
Fig. 24A zeigt ein Folgeumschalte-Undersampling-System 2401, das eine alternative Implementierung des Undersampling-Systems 2602 ist.Figure 24A shows a sequence switching undersampling system 2401, which is an alternative implementation of the undersampling system 2602.
Vorzugsweise wird das EM-Signal 1304 durch das Folgeumschalte-Undersampling-System 2401 unterabgetastet, um es auf eine beliebige der in den Ablaufdiagrammen 1401, 1407, 1413 und 1419 dargestellten Weisen abwärtszuwandeln. Beispielsweise kann das Abtast-Halte-Modul 2604 ein beliebiges der vorstehend beschriebenen unmodulierten oder modulierten Trägersignale, z.B. das analoge AM-Signal 516, das digitale AM-Signal 616, das analoge FM-Signal 716, das digitale FM-Signal 816, das analoge PM-Signal 916, das digitale PM-Signal 1016, usw. und jegliche Kombinationen davon empfangen und unterabtasten.Preferably, the EM signal 1304 is subsampled by the sequence undersampling system 2401 to downconvert it in any of the manners illustrated in flow diagrams 1401, 1407, 1413, and 1419. For example, the sample and hold module 2604 may receive and subsample any of the unmodulated or modulated carrier signals described above, e.g., the analog AM signal 516, the digital AM signal 616, the analog FM signal 716, the digital FM signal 816, the analog PM signal 916, the digital PM signal 1016, etc., and any combinations thereof.
Das EM-Signal 1304 wird durch das Folgeumschalte-Undersampling-System 2401 in Abhängigkeit von der Aliasing-Rate in ein Zwischenfrequenzsignal, ein demoduliertes Basisbandsignal oder gemäß einem anderen Modulationsschema abwärtsgewandelt .The EM signal 1304 is down-converted by the sequential switching undersampling system 2401 into an intermediate frequency signal, a demodulated baseband signal, or according to another modulation scheme depending on the aliasing rate.
Fig. 24A zeigt einen Folgeumschalteschalter 2402. Der Folcjeumschalteschalter 2402 weist einen normal offenen Schalter 2404 und einen normal geschlossenen Schalter 2406 auf. Der normal ofene Schalter 2404 wird durch das Undersampling-Signal 1604 gesteuert, wie vorstehend beschrieben. Der normal geschlossene Schalter 2406 wird durch ein Entkoppluncjs- oder Trennsignal 2412 gesteuert. In einer Ausführungsform wird das Entkopplungs- oder Trennsignal 2412 vom Undersampling-Signal 1604 erzeugt. Alternativ wird das Undersampling-Signal 1604 vom Entkopplungs- oder Trennsignal 2412 erzeugt. Alternativ wird das Entkopplungs- oder Trennsignal 2412 unabhängig vom Undersampling-Signal 1604 erzeugt. Das Folgeumschaltemodul 2402 entkoppelt oder trennt24A shows a sequence switching switch 2402. The sequence switching switch 2402 includes a normally open switch 2404 and a normally closed switch 2406. The normally open switch 2404 is controlled by the undersampling signal 1604, as described above. The normally closed switch 2406 is controlled by a decoupling or separation signal 2412. In one embodiment, the decoupling or separation signal 2412 is generated from the undersampling signal 1604. Alternatively, the undersampling signal 1604 is generated from the decoupling or separation signal 2412. Alternatively, the decoupling or separation signal 2412 is generated independently of the undersampling signal 1604. The sequence switching module 2402 decouples or separates
einen Abtast-Halteeingang 2408 im wesentlichen von einem Abtast-Halte-Ausgang 2410.a sample and hold input 2408 substantially from a sample and hold output 2410.
Fig. 24B zeigt ein exemplarisches Zeitdiagramm des Undersampling-Signals 1604, das den normal offenen Schalter 2404 steuert. Fig. 24C zeigt ein exemplarisches Zeitdiagramm des Entkopplungs- oder Trennsignals 2412, das den normal geschlossenen Schalter 2406 steuert. Nachstehend wird die Funktionsweise des Folgeumschaltemoduls 2402 unter Bezug auf die exemplarischen Zeitdiagramme der Figuren 24B und 24C beschrieben .Figure 24B shows an exemplary timing diagram of the undersampling signal 1604 controlling the normally open switch 2404. Figure 24C shows an exemplary timing diagram of the decoupling or isolation signal 2412 controlling the normally closed switch 2406. The operation of the sequence switching module 2402 is described below with reference to the exemplary timing diagrams of Figures 24B and 24C.
Vor einem Zeitpunkt t0 sind der normal offene Schalter 2404 und der normal geschlossene Schalter 2406 auf ihre normalen Zustände eingestellt.Before a time t0, the normally open switch 2404 and the normally closed switch 2406 are set to their normal states.
Zum Zeitpunkt t0 öffnet das Entkopplungs- oder Trennsignal 2412 in Fig. 24C den normal geschlossenen Schalter 2406. Dann, unmittelbar nach dem Zeitpunkt t0, sind der normal offene Schalter 2404 und der normal geschlossene Schalter 2406 offen, und der Eingang 2408 ist vom Ausgang 2410 entkoppelt bzw. getrennt.At time t0, the decoupling or disconnecting signal 2412 in Figure 24C opens the normally closed switch 2406. Then, immediately after time t0, the normally open switch 2404 and the normally closed switch 2406 are open and the input 2408 is decoupled or disconnected from the output 2410.
Zu einem Zeitpunkt ti schließt das Undersampling-Signal 1604 in Fig. 24B den normal offenen Schalter 2404 kurzzeitig. Dadurch wird das EM-Signal 1304 zum Haltemodul 2416 gekoppelt. At a time ti, the undersampling signal 1604 in Fig. 24B momentarily closes the normally open switch 2404. This couples the EM signal 1304 to the hold module 2416.
Vor einem Zeitpunkt t2 öffnet das Undersampling-Signal 1604 in Fig. 24B den normal offenen Schalter 2404. Dadurch wird das EM-Signal 1304 aus dem Haltemodul 2416 ausgekoppelt. Before a time t2, the undersampling signal 1604 in Fig. 24B opens the normally open switch 2404. This decouples the EM signal 1304 from the hold module 2416.
Zum Zeitpunkt t2 schließt das Entkopplungs- oder Trennsignal 2412 in Fig. 24C den normal geschlossenen Schalter 2406. Dadurch wird das Haltemodul 2416 zum Ausgang 2410 gekoppelt .At time t2, the decoupling or disconnect signal 2412 in Fig. 24C closes the normally closed switch 2406. This couples the holding module 2416 to the output 2410.
Das Folgeumschalte-Undersampling-System 2401 weist ein Haltemodul 2416 auf, das dem Haltemodul 2706 von Fig. 27The sequence switching undersampling system 2401 includes a holding module 2416 which is similar to the holding module 2706 of Fig. 27
ähnlich sein kann. Durch das Folgeumschalte-Undersampling-Systern 2401 wird das EM-Signal 1304 auf eine ähnliche Weise abwärtsgewandelt wie unter Bezug auf das Undersampling-System 2702 von Fig. 27 beschrieben wurde.The sequence switching undersampling system 2401 downconverts the EM signal 1304 in a similar manner as described with reference to the undersampling system 2702 of FIG. 27.
4.1.3 Implementierungsbeispiele des Schaltmoduls4.1.3 Implementation examples of the switching module
Das Schaltmodul 2702 von Fig. 27 und die Schaltmodule 2404 und 2406 von Fig. 24A können ein beliebiger Schalterelementtyp sein, der vorzugsweise im geschlossenen Zustand eine relativ geringe und im offenen Zustand eine relativ hohe Impedanz aufweist. Die Schaltmodule 2702, 2404 und 2406 können durch normal offene oder normal geschlossene Schalter implementiert werden. Das Schalterelement muß kein ideales Schalterelement sein. Fig. 28B zeigt die Schaltmodule 2702, 2404 und 2406 beispielsweise als ein Schaltmodul 2 810.The switching module 2702 of FIG. 27 and the switching modules 2404 and 2406 of FIG. 24A may be any type of switching element, preferably having a relatively low impedance when closed and a relatively high impedance when open. The switching modules 2702, 2404, and 2406 may be implemented by normally open or normally closed switches. The switching element need not be an ideal switching element. For example, FIG. 28B shows the switching modules 2702, 2404, and 2406 as a switching module 2810.
Das Schalterelement 2810 (z.B. die Schaltmodule 2702, 2404 und 2406) können durch einen beliebigen geeigneten Schalterelementtyp implementiert werden, z.B. durch mechanische, elektrisch, optische Schalterelemente, usw. und Kombinationen davon. Solche Elemente sind z.B. Transistorschalterelemente, Diodenschalterelemente, Relaisschalterelemente, optische Schalterelemente, Mikromaschinenschalterelemente, usw.The switch element 2810 (e.g., switch modules 2702, 2404, and 2406) may be implemented by any suitable type of switch element, e.g., mechanical, electrical, optical switch elements, etc., and combinations thereof. Such elements include, for example, transistor switch elements, diode switch elements, relay switch elements, optical switch elements, micromachine switch elements, etc.
In einer Ausführungsform kann das Schaltmodul 2810 als Transitor implementiert sein, z.B. als ein Feldeffekttransistor (FET), ein bipolarer Transistor oder ein beliebiges anderes Durchschalteelement.In one embodiment, the switching module 2810 may be implemented as a transistor, e.g., as a field effect transistor (FET), a bipolar transistor, or any other switching element.
In Fig. 28A ist das Schaltmodul 2810 als ein FET 2802 dargestellt. Der FET 2802 kann ein beliebiger FET-Typ sein, z.B. ein MOSFET, ein JFET, ein GaAsFET, usw. Der FET 2802 weist eine Gate-Elektrode 2804, eine Source-Elektrode 2806In Fig. 28A, the switching module 2810 is shown as a FET 2802. The FET 2802 can be any type of FET, e.g. a MOSFET, a JFET, a GaAsFET, etc. The FET 2802 has a gate electrode 2804, a source electrode 2806
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und eine Drain-Elektrode 2808 auf. Die Gate-Elektrode 2804 empfängt das Undersampling-Signal 1604 zum Steuern der Schaltfunktion zwischen der Source-Elektrode 2806 und der Drain-Elektrode 2808. Im allgemeinen sind die Source-Elei<trode 2806 und die Drain-Elektrode 2808 austauschbar.and a drain electrode 2808. The gate electrode 2804 receives the undersampling signal 1604 for controlling the switching function between the source electrode 2806 and the drain electrode 2808. In general, the source electrode 2806 and the drain electrode 2808 are interchangeable.
Die Darstellung des Schaltmoduls 2810 als FET 2802 in Fig. 28A dient lediglich zur Erläuterung. Es könnte jedes geeignete Element mit Schalteigenschaften verwendet werden, um das Schaltmodul 2810 zu implementieren (z.B. die Schaltmodule 2702, 2404 und 2406), wie für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.The representation of the switching module 2810 as FET 2802 in Figure 28A is for illustrative purposes only. Any suitable element with switching characteristics could be used to implement the switching module 2810 (e.g., switching modules 2702, 2404, and 2406), as will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
In Fig. 28C ist das Schaltmodul 2810 als Diodenschalter 2812 dargestellt, der als Element mit zwei Anschlüssen wirkt, wenn das Undersampling-Signal 1604 zum Ausgang 2813 gekoppelt wird.In Fig. 28C, the switching module 2810 is shown as a diode switch 2812, which acts as a two-terminal element when the undersampling signal 1604 is coupled to the output 2813.
In Fig. 28D ist das Schaltmodul 2810 als Diodenschalter 2814 dargestellt, der als Element mit zwei Anschlüssen wirkt, wenn das Undersampling-Signal 1604 zum Ausgang 2815 gekoppelt wird.In Fig. 28D, the switching module 2810 is shown as a diode switch 2814, which acts as a two-terminal element when the undersampling signal 1604 is coupled to the output 2815.
4.1.4 Implementierungsbeispiel des Haltemoduls4.1.4 Implementation example of the holding module
Die Haltemodule 2706 und 2416 erfassen und halten vorzugsweise die Amplitude des ursprünglichen, unbeeinflußten EM-Signals 1304 innerhalb des kurzen Zeitrahmens jedes der Undersampling-Signalimpulse mit geringfügiger Pulsbreite.The hold modules 2706 and 2416 preferably capture and hold the amplitude of the original, unaffected EM signal 1304 within the short time frame of each of the undersampled, slightly pulse width signal pulses.
In einer exemplarischen Ausführungsform sind die Haltemodule 2706 und 2416 als ein reaktives Haltemodul 2901 in Fig.. 29A implementiert, obwohl die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Ein reaktives Haltemodul ist ein Haltemodul, das eine oder mehrere reaktive elektrische Komponenten verwendet, um auf die Amplitude des EM-Signals 1304 vorzugsweise schnell anzusprechen. Reaktive elektrischeIn an exemplary embodiment, the holding modules 2706 and 2416 are implemented as a reactive holding module 2901 in Fig. 29A, although the invention is not limited to this embodiment. A reactive holding module is a holding module that uses one or more reactive electrical components to preferably quickly respond to the amplitude of the EM signal 1304. Reactive electrical
Komponenten sind beispielsweise Kapazitäten und induktive Bauelemente.Components include capacitors and inductive components.
In einer Ausführungsform weisen die Haltemodule 2706 und 2416 ein oder mehrere kapazitive Haltelemente auf, wie in Fig. 29B als kapazitives Haltemodul 2902 dargestellt. In Fig. 29C ist das kapazitive Haltemodul 2902 als eine oder mehrere Kapazitäten dargestellt, die allgemein durch als Kapazität (Kapazitäten) 2904 dargestellt sind. Es wird in Erinnerung gerufen, daß es Aufgabe der Haltemodule 2706 und 2416 ist, sich schnell auf die Amplitude des EM-Signals 1304 aufzuladen. Gemäß den Prinzipien von Kapazitäten kann, weil die geringfügige Pulsbreite der Undersampling-Pulse zeitlich gegen null geht, der Kapazitätswert der Kapazität 2904 gegen null Farad tendieren. Exemplarische Kapazitätswerte für die Kapazität 2904 können im Bereich von einigen zehn Picofarad bis Bruchteilen von Picofarad liegen. Ein Anschluß 2906 dient als Ausgang des Abtast-Haltemoduls 2604. Das kapazitive Haltemodul 2902 stellt die Undersampling-Pulse am Anschluß 2906 bereit, wo sie als Spannungswert meßbar sind. Fig. 29F zeigt das kapazitive Abtast-Halte-Modul 2902 mit einer Serienkapazität 2912, die in einem invertierten Abtast-Halt-System verwendbar ist, wie nachstehend beschrieben wird.In one embodiment, the holding modules 2706 and 2416 include one or more capacitive holding elements, as shown in Figure 29B as capacitive holding module 2902. In Figure 29C, the capacitive holding module 2902 is shown as one or more capacitances, generally represented by capacitance(s) 2904. Recall that the purpose of the holding modules 2706 and 2416 is to quickly charge to the amplitude of the EM signal 1304. According to the principles of capacitances, because the slight pulse width of the undersampling pulses approaches zero over time, the capacitance value of capacitance 2904 may tend toward zero farads. Example capacitance values for capacitance 2904 may range from tens of picofarads to fractions of picofarads. A terminal 2906 serves as the output of the sample and hold module 2604. The capacitive hold module 2902 provides the undersampling pulses at terminal 2906 where they are measurable as a voltage value. Figure 29F shows the capacitive sample and hold module 2902 with a series capacitance 2912 which is usable in an inverted sample and hold system as described below.
In einer alternativen Ausführungsform können die Haltemodule 2706 und 2416 ein oder mehrere induktive Halteelemente aufweisen, wie in Fig. 29D als induktives Haltemodul 2908 dargestellt ist.In an alternative embodiment, the holding modules 2706 and 2416 may include one or more inductive holding elements, as shown in Figure 29D as inductive holding module 2908.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Haltemodule 2706 und 2416 eine Kombination aus einem oder mehreren kapazitiven Halteelementen und einem oder mehreren induktiven Halteelementen auf, wie in Fig. 29E als kapazitives/induktives Haltemodul 2910 dargestellt ist.In an alternative embodiment, the holding modules 2706 and 2416 comprise a combination of one or more capacitive holding elements and one or more inductive holding elements, as shown in Figure 29E as capacitive/inductive holding module 2910.
Fig. 29G zeigt ein integriertes Undersampling-System, das implementierbar ist, um das EM-Signal 1304 abwärtszuwqandeln, wie in den Figuren 79A-F dargestellt und unter Bezug auf diese Figuren beschrieben wird.Figure 29G shows an integrated undersampling system that can be implemented to downconvert the EM signal 1304 as shown in Figures 79A-F and described with reference to those figures.
4.1.5 Optionales Undersampling-Signalmodul4.1.5 Optional undersampling signal module
Fig. 30 zeigt ein Undersampling-System 3001, das eine exemplarische Ausführungsform des Undersampling-Systems 1602 ist. Das Undersampling-System 3001 weist ein optionales Undersampling-Signalmodul 3002 auf, das eine beliebige von verschiedenartigen Funktionen oder Kombinationen von. Funktionen ausführen kann, z.B. das Undersampling-Signal 1604 erzeugen kann.30 shows an undersampling system 3001 that is an exemplary embodiment of the undersampling system 1602. The undersampling system 3001 includes an optional undersampling signal module 3002 that can perform any of various functions or combinations of functions, e.g., can generate the undersampling signal 1604.
In einer Ausführungsform weist das optionale Undersampling-Signalmodul 3002 einen Pulsbreitengenerator auf, wobei ein Beispiel eines Pulsbreitengenerators in Fig. 29J als Pulsbreitengenerator 2920 dargestellt ist. Der Pulsbreitengenerator 2920 erzeugt Pulse 2926 mit geringfügigen Pulsbreiten aus einem Eingangssignal 2924. Das Eingangssignal 2924 kann ein beliebiger periodischer Signaltyp sein, z.B. ein sinusförmiges Signal, ein Rechtecksignal, ein Sägezahnsignal, usw. Nachstehend werden Systeme zum Erzeugen des Eingangssignals 2924 beschrieben.In one embodiment, the optional undersampling signal module 3002 includes a pulse width generator, an example of a pulse width generator being shown in Figure 29J as pulse width generator 2920. The pulse width generator 2920 generates pulses 2926 having slight pulse widths from an input signal 2924. The input signal 2924 may be any type of periodic signal, e.g., a sinusoidal signal, a square wave signal, a sawtooth wave signal, etc. Systems for generating the input signal 2924 are described below.
Die Breite der Pulse 2926 ist durch die durch die Abzweigung 2922 des Pulsbreitengenerators 2920 erhaltene Verzögerung bestimmt. Im allgemeinen nehmen die Toleranzanforderungen des Pulsbreitengenerators 2920 zu, wenn die gewünschte Pulsbreite abnimmt. D.h., um für eine vorgegebene EM-Eingangssignalfrequenz Pulse mit vernachlässignaren Pulsbreiten zu erzeugen, sind für die im exemplarischen Pulsbreitengenerator 2920 verwendeten Komponenten größere Reaktionszeiten erforderlich, die typischerweise durch teurereThe width of the pulses 2926 is determined by the delay obtained by the tap 2922 of the pulse width generator 2920. In general, the tolerance requirements of the pulse width generator 2920 increase as the desired pulse width decreases. That is, to generate pulses with negligible pulse widths for a given EM input signal frequency, longer response times are required for the components used in the exemplary pulse width generator 2920, which are typically provided by more expensive
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Elemente erhalten werden, z.B. durch Galliumarsenid (GaAs) elemente, und ähnliche Elemente.Elements can be obtained, e.g. by gallium arsenide (GaAs) elements, and similar elements.
Die exemplarische Logik und die Implementierung des Pulsbreitengenerators 2920 dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die tatsächlich verwendete Logik kann verschiedene Formen annehmen. Der exemplarische Pulsbreitengenerator 2920 weist einen optionalen Invertierer 2928 auf, der daregstellt ist, um eine Polaritätskonsistenz mit anderen hierin dargestellten Beispielen zu ermöglichen. Ein Implementierungsbeispiel des Pulsbreitengenerators 2920 ist in Fig. 29K dargestellt.The exemplary logic and implementation of pulse width generator 2920 are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. The actual logic used may take a variety of forms. The exemplary pulse width generator 2920 includes an optional inverter 2928 which is provided to enable polarity consistency with other examples presented herein. An example implementation of pulse width generator 2920 is shown in Figure 29K.
Weitere Beispiele der Pulsbreitenerzeugungslosik sind in den Figuren 29H und 291 dargestellt. Fig. 29H zeigt einen Anstiegstlankenpulsgenerator 2940, der Pulse 2926 bei Anstiegsflanken des Eingangssignals 2924 erzeugt. Fig. 291 zeigt einen Abfallflankenpulsgenerator 2950, der Pulse 2926 bei Abfallflanken des Eingangssignals 2924 erzeugt.Further examples of pulse width generation logic are shown in Figures 29H and 29I. Figure 29H shows a rising edge pulse generator 2940 that generates pulses 2926 on rising edges of the input signal 2924. Figure 29I shows a falling edge pulse generator 2950 that generates pulses 2926 on falling edges of the input signal 2924.
In einer Ausführungsform wird das Eingangssignal 2924 extern vom Undersampling-Signalmodul 3002 erzeugt, wie in Fig. 30 dargestellt. Alternativ wird das Eingangssignal 2924 durch das Undersampling-Signalmodul 3002 intern erzeugt. Das Eingangssignal 2924 kann durch einen Oszillator erzeugt werden,, wie in Fig. 29L durch einen Oszillator 2930 dargestellt ist. Der Oszillator 2930 kann eine interne oder eine externe Vorrichtung des Undersampling-Moduls 3002 sein. Der Oszillator 2930 kann eine externe Vorrichtung des Undersampling-Moduls 3001 sein.In one embodiment, the input signal 2924 is generated externally from the undersampling signal module 3002, as shown in FIG. 30. Alternatively, the input signal 2924 is generated internally by the undersampling signal module 3002. The input signal 2924 may be generated by an oscillator, as shown in FIG. 29L by an oscillator 2930. The oscillator 2930 may be an internal or external device of the undersampling module 3002. The oscillator 2930 may be an external device of the undersampling module 3001.
Der Typ der durch das Undersampling-System 3001 ausgeführten Abwärtswandlung ist abhängig von der Aliasing-Rate des Undersampling-Signals 1604, die durch die Frequenz der Pulse 2926 bestimmt ist. Die Frequenz der Pulse 2926 ist durch die Frequenz des Eingangssignals 2924 bestimmt. Wenn beispielsweise die Frequenz des Eingangssignals 2924 einerThe type of down-conversion performed by the undersampling system 3001 depends on the aliasing rate of the undersampling signal 1604, which is determined by the frequency of the pulses 2926. The frequency of the pulses 2926 is determined by the frequency of the input signal 2924. For example, if the frequency of the input signal 2924 of a
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Harmonischen oder Subharmonischen des EM-Signals 1304 im wesentlichen gleicht, wird das EM-Signal 1304 direkt in ein Basisbandsignal· abwärtsgewandeit (wenn z.B. das EM-Signal ein AM-Signal oder ein PM-Signal ist) oder von einem FM- in ein Nicht-FM-Signal umgewandelt. Wenn die Frequenz des Eingangssignals 2924 einer Harmonischen oder Subharmonischen einer Differenzfrequenz im wesentlichen gleicht, wird das EM-Signal 1304 in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt. If the frequency of the input signal 2924 substantially equals a harmonic or subharmonic of the EM signal 1304, the EM signal 1304 is down-converted directly to a baseband signal (e.g., if the EM signal is an AM signal or a PM signal) or converted from an FM to a non-FM signal. If the frequency of the input signal 2924 substantially equals a harmonic or subharmonic of a difference frequency, the EM signal 1304 is down-converted to an intermediate frequency signal.
Das optionale Undersampling-Signalmodul 3002 ist in Hardware, Software, Firmware oder eine beliebige Kombination davon implementierbar.The optional 3002 undersampling signal module can be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof.
4.2 Das Undersampling-System als invertierte Abtast-Halte-Schaltung4.2 The undersampling system as an inverted sample-and-hold circuit
Fig. 26B zeigt ein exemplarisches Abtast-Haltesystem 2606, das eine alternative exemplarische Implementierung des Undersampling-Moduls 1602 ist.Figure 26B shows an exemplary sample and hold system 2606, which is an alternative exemplary implementation of the undersampling module 1602.
Fig. 42 zeigt ein invertiertes Abtast-Haltesystem 4201, das ein Implementierungsbeispiel des invertierten Abtast-Halte-Systems 2606 in Fig. 26B ist. Das Abtast-Halte-System 4201 weist ein Abtast-Halte-Modul 4202 mit einem Schaltmodul 4204 und einem Haltemodul· 4206 auf. Das Schal·tmodul· 4204 ist wie vorstehend unter Bezug auf die Figuren 28A-D beschrieben implementierbar.Fig. 42 shows an inverted sample-and-hold system 4201, which is an implementation example of the inverted sample-and-hold system 2606 in Fig. 26B. The sample-and-hold system 4201 includes a sample-and-hold module 4202 with a switch module 4204 and a hold module 4206. The switch module 4204 can be implemented as described above with reference to Figs. 28A-D.
Das Haltemodul· 4206 ist wie vorstehend unter Bezug auf die Figuren 29A-F für die Haltemodule 2706 und 2416 beschrieben impiementierbar. In der dargestellten Ausführungsform weist das Haitemodul· 4206 einen oder mehrere Kapazitäten 4208 auf. Der (die) Kapazität (en) 4208 werden so ausgewählt, daß höhere Frequenzkomponenten des EM-Signals 1304 unabhängig vom Zustand des Schaltmodul·s 4202 über einen Anschluß 4210 durchgelassen werden. Die Kapazität 4202 spei-The holding module 4206 is implementable as described above with reference to Figures 29A-F for the holding modules 2706 and 2416. In the illustrated embodiment, the holding module 4206 includes one or more capacitors 4208. The capacitor(s) 4208 are selected to pass higher frequency components of the EM signal 1304 through a terminal 4210 regardless of the state of the switching module 4202. The capacitor 4202 stores
chert während der Aliasing-Pulse des Undersampling-Signals 1604 Ladung vom EM-Signal 1304, und das Signal am Anschluß 4210 ist anschließend um ein mit der in der Kapazität 4208 gespeicherten Ladung in Beziehung stehendes Maß verschoben.saves charge from EM signal 1304 during the aliasing pulses of undersampling signal 1604, and the signal at terminal 4210 is subsequently shifted by an amount related to the charge stored in capacitor 4208.
Die Funktionsweise des invertierten Abtast-Haltesystems 4201 ist in den Figuren 34A-F dargestellt. Fig. 34A zeigt ein exemplarisches EM-Signal 1304. Fig. 34B zeigt das EM-Signal 1304 nach dem Undersampling-Prozeß. Fig. 34C zeigt das Undersampling-Signal 1606, das eine Folge von Aliasing-Pulsen mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist.The operation of the inverted sample and hold system 4201 is illustrated in Figures 34A-F. Figure 34A shows an exemplary EM signal 1304. Figure 34B shows the EM signal 1304 after the undersampling process. Figure 34C shows the undersampling signal 1606 which comprises a train of aliased pulses with slight pulse widths.
Fig. 34D zeigt ein exemplarisches abwärtsgewandeltes Signal 1308. Fig. 34E zeigt das abwärtsgewandelte Signal 3308A in einem komprimierten Zeitmaßstab. Weil das Haltemodul 4206 ein Serienelement ist, sind die höheren Frequenzen (z.B. HF-Frequenzen) des EM-Signals 1304 auf dem abwärtsgewandelten Signal sichtbar. Diese können herausgefiltert werden, wie in Fig. 34F dargestellt.Figure 34D shows an exemplary down-converted signal 1308. Figure 34E shows the down-converted signal 3308A in a compressed time scale. Because the hold module 4206 is a series element, the higher frequencies (e.g., RF frequencies) of the EM signal 1304 are visible on the down-converted signal. These can be filtered out as shown in Figure 34F.
Das invertierte Abtast-Haltesystem 4201 kann verwendet werden, um einen beliebigen EM-Signaltyp, z.B. modulierte Trägersignale und unmodulierte Trägersignale, in ZF-Signale und demodulierte Basisbandsignale abwärtszuwandeln.The 4201 inverted sample and hold system can be used to down-convert any type of EM signal, such as modulated carrier signals and unmodulated carrier signals, into IF signals and demodulated baseband signals.
4.3 Andere Implementierungen4.3 Other implementations
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen dienen zur Erläuterung. Diese Implementierungen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen Implementierungen abweichen.The implementations described above are illustrative. These implementations are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention that differ slightly or substantially from the implementations described herein.
5. Optionale Optimierungen des Undersampling-Prozesses mit einer Aliasing-Rate5. Optional optimizations of the undersampling process with an aliasing rate
Die in den vorstehenden Abschnitten beschriebenen Verfahren und Systeme können optional durch ein oder mehrere Verfahren und Systeme optimiert werden, wie nachstehend beschrieben. The methods and systems described in the preceding sections may optionally be optimized by one or more methods and systems as described below.
5.1 Verdoppeln der Aliasing-Rate (Far) des Undersampling-Signals5.1 Doubling the aliasing rate (Far) of the undersampling signal
In einer Ausführungsform weist das optionale Undersampling-Signalmodul 3002 von Fig. 30 ein Pulsgeneratormodul auf, das Aliasing-Impulse mit einer Vielfachen der Frequenz der oszillierenden Quelle erzeugt, z.B. mit der doppelten Frequenz der oszillierenden Quelle. Das Eingangssignal 2926 kann eine beliebige geeignete oszillierende Quelle sein.In one embodiment, the optional undersampling signal module 3002 of FIG. 30 includes a pulse generator module that generates aliasing pulses at a multiple of the frequency of the oscillating source, e.g., twice the frequency of the oscillating source. The input signal 2926 may be any suitable oscillating source.
Fig. 31 zeigt eine exemplarische Schaltung 3102, die ein Verdopplerausgangssignal 3104 (Fig. 31 und 43B) erzeugt, das als Undersampling-Signal 1604 verwendbar ist. Die exemplarische Schaltung 3102 erzeugt Pulse bei Anstiegs- und Abfallflanken des oszillierenden Eingangssignals 3106 von Fig. 31B. Das oszillierende Eingangssignal 3106 ist eine Ausführungsform eines optionalen Eingangssignals 2926. Die Schaltung 3102 kann als ein Pulsgenerator und Aliasing-Raten-(far) Verdoppler implementiert sein, der dem Undersampling-Modul 1606 von Fig. 30 das Undersampling-Signal 1604 zuführt. 31 shows an exemplary circuit 3102 that generates a doubler output signal 3104 (FIGS. 31 and 43B) that is usable as undersampling signal 1604. The exemplary circuit 3102 generates pulses at rising and falling edges of the oscillating input signal 3106 of FIG. 31B. The oscillating input signal 3106 is one embodiment of an optional input signal 2926. The circuit 3102 may be implemented as a pulse generator and aliasing rate ( f ar) doubler that provides the undersampling signal 1604 to the undersampling module 1606 of FIG. 30.
Die Aliasing-Rate entspricht der doppelten Frequenz des oszillierenden Eingangssignals FOsc 3106, wie durch die nachfolgende Gl. (9) dargestellt.The aliasing rate corresponds to twice the frequency of the oscillating input signal F O sc 3106, as shown by the following equation (9).
Gl. (9)Eq. (9)
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Die Pulsbreite der Aliasing-Pulse ist durch die durch einen ersten Invertierer 3108 von Fig. 31 erhaltene Verzögerung bestimmt. Wenn die Verzögerung zunimmt, nimmt die Pulsbreite zu. Es ist ein zweiter Invertierer 3112 dargestellt, der dazu dient, die Polaritätkonsistenz bezüglich an anderer Stelle beschriebener Beispiele aufrechtzuerhalten. In einer alternativen Ausführungsform ist der Invertierer 3112 weggelassen. Die Pulse haben vorzugsweise geringfügige Pulsbreiten, deren Dauer gegen null tendiert. Das Verdopplerausgangssignal 3104 kann weiter geeignet angepaßt werden, um ein Schaltmodul durch Pulse mit geringfügigen Pulsbreiten zu steuern. Die Schaltung 3102 kann durch eine integrierte Schaltung, diskret, durch eine Äquivalenzlogikschaltung oder eine beliebige geeignete Fertigungstechnik implementiert werden.The pulse width of the aliasing pulses is determined by the delay obtained by a first inverter 3108 of Figure 31. As the delay increases, the pulse width increases. A second inverter 3112 is shown which serves to maintain polarity consistency with respect to examples described elsewhere. In an alternative embodiment, inverter 3112 is omitted. The pulses preferably have marginal pulse widths whose duration tends toward zero. Doubler output signal 3104 may be further adapted to drive a switching module by pulses having marginal pulse widths. Circuit 3102 may be implemented by an integrated circuit, discretely, by an equivalent logic circuit, or by any suitable manufacturing technique.
5.2 Differentialimplementierungen5.2 Differential implementations
Die Erfindung ist durch verschiedene differentielle Konfigurationen implementierbar. Differentielle Konfiguratinen sind zum Reduzieren des Gleichphasenrauschens geeignet. Dies kann in Empfängersystemen geeignet sein, in denen durch beabsichtigte oder zufällige Strahler, z.B. Mobiltelefone, CB-Funkgeräte, elektrische Geräte, usw. eine Gleichphaseninterferenz verursacht wird. Differentielle Konfigurationen sind außerdem geeignet zum Reduzieren jeglichen Gleichphasenrauschens, das durch Ladungsträgerinjektion des Schalters im Schaltmodul oder aufgrund des Designs und der Konstruktion des Systems verursacht werden, in dem die Erfindung verwendet wird. Jegliche Spurensignale, die in gleicher Größe und gleicher Phase in beide Eingangsanschlüsse der Erfindung induziert werden, werden wesentlich reduziert oder eliminiert. Einige differentielle Konfigurationen, z.B. einigeThe invention is implementable by various differential configurations. Differential configurations are useful for reducing in-phase noise. This may be useful in receiver systems where in-phase interference is caused by intentional or accidental radiators, e.g., cellular phones, CB radios, electrical equipment, etc. Differential configurations are also useful for reducing any in-phase noise caused by carrier injection of the switch in the switching module or due to the design and construction of the system in which the invention is used. Any trace signals induced in equal magnitude and phase into both input terminals of the invention are substantially reduced or eliminated. Some differential configurations, e.g., some
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der nachstehend dargestellten Konfigurationen, sind auch geeignet zum Erhöhen der Spannung und/oder zum Erhöhen der Leistung des abwärtsgewandelten Signals 1308A. Das nachstehend dargestellte Beispiel eines differentiellen Undersampling-Moduls dient lediglich zur Erläuterung der Erfinfung und soll die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß alternative Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw.) der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen.the configurations shown below are also suitable for increasing the voltage and/or increasing the power of the down-converted signal 1308A. The example of a differential undersampling module shown below is merely illustrative of the invention and is not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc.) of the embodiments described herein. The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Fig. 44A zeigt ein exemplarisches differentielles System 4402, das im Undersampling-Modul 1606 angeordnet sein kann. Das differentielle System 4202 weist eine invertierte Undersampling-Konfiguration auf, die der unter Bezug auf Fig. 42 beschriebenen Konfiguration ähnlich ist. Das differentielle System 4402 weist Eingänge 4404 und 4406 und Ausgänge 4408 und 4410 auf. Das differentielle System 4402 weist ein erstes invertiertes Abtast-Halte-Modul 4412 mit einem Haltemodul 4414 und einem Schaltmodul 4416 auf. Das differentielle System 4402 weist außerdem ein zweites invertiertes Abtast-Halte-Modul 4418 mit einem Haltemodul· 4420 und dem Schaltmodul 4416 auf, das es mit dem Abtast-Halte-Modul 4 412 gemeinsam verwendet.44A shows an exemplary differential system 4402 that may be disposed in the undersampling module 1606. The differential system 4402 has an inverted undersampling configuration similar to the configuration described with reference to FIG. 42. The differential system 4402 has inputs 4404 and 4406 and outputs 4408 and 4410. The differential system 4402 has a first inverted sample and hold module 4412 with a hold module 4414 and a switch module 4416. The differential system 4402 also has a second inverted sample and hold module 4418 with a hold module 4420 and the switch module 4416 that it shares with the sample and hold module 4412.
Einer der Eingänge 4404 und 4406 oder beide Eingänge sind mit einer EM-Signalquelle verbunden. Die Eingänge können mit einer EM-Signalquel·l·e verbunden sein, wobei die Eingangsspannungen an den Eingängen 4404 und 4406 im wesentlichen die gleiche Amplitude aufweisen, jedoch um 180 Grad voneinander phasenverschoben sind. Alternativ kann, wenn keine doppelten Eingänge verfügbar sind, einer der Eingänge 4404 und 4406 mit Masse verbunden sein.One or both of the inputs 4404 and 4406 are connected to an EM signal source. The inputs may be connected to an EM signal source, with the input voltages at inputs 4404 and 4406 having substantially the same amplitude but 180 degrees out of phase with each other. Alternatively, if duplicate inputs are not available, one of the inputs 4404 and 4406 may be connected to ground.
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Im Betrieb werden, wenn das Schaltmodul 4416 geschlossen ist, die Haltemodule 4414 und 4420 in Serie geschaltet sind und vorausgesetzt wird, daß sie ähnliche Kapazitätswerte aufweisen, die Haltemodule auf gleiche Amplitudenwerte, jedoch mit entgegengesetzten Polaritäten aufgeladen. Wenn das Schaltmodul 4416 offen ist, ist die Spannung am Ausgang 4408 auf den Eingang 4404 bezogen, und die Spannung am Ausgang 4410 ist auf die Spannung am Eingang 4406 bezogen.In operation, when the switch module 4416 is closed, the latch modules 4414 and 4420 are connected in series, and assuming they have similar capacitance values, the latch modules are charged to equal amplitude values but with opposite polarities. When the switch module 4416 is open, the voltage at the output 4408 is referenced to the input 4404, and the voltage at the output 4410 is referenced to the voltage at the input 4406.
Die Spannungen an den Ausgängen 4408 und 4410 weisen eine Teilspanung auf, die von der in den Haltemodulen 4414 bzw. 4420 gespeicherten Ladung erhalten wird, wenn das Schaltmodul 4416 geschlossen war. Die Teilspannungen an den Ausgängen 4408 und 4410, die von der gespeicherten Ladung erhalten werden, haben im wesentlichen die gleiche Amplitude, sie sind jedoch relativ zueinander um 180 Grad phasenverschoben .The voltages at outputs 4408 and 4410 comprise a partial voltage obtained from the charge stored in holding modules 4414 and 4420, respectively, when switching module 4416 was closed. The partial voltages at outputs 4408 and 4410 obtained from the stored charge have substantially the same amplitude, but they are 180 degrees out of phase with each other.
Die Spannungen an den Ausgängen 4408 und 4410 weisen außerdem Spannungswelligkeit- oder Rauschanteile auf, die durch die Schaltfunktion des Schaltmoduls 4416 erzeugt werden. Weil das Schaltmodul jedoch zwischen den beiden Ausgängen angeordnet ist, erscheint das durch das Schaltmodul erzeugte Rauschen an den Ausgängen 4408 und 4410 im wesentlichen gleichermaßen und relativ zueinander phasengleich. Dadurch können die Spannungswelligkeiten durch Invertieren der Spannung an einem der Ausgänge 4408 oder 4410 und Addieren der Spannung zur Spannung am anderen Ausgang im wesentlichen herausgefiltert werden. Außerdem wird jegliches Rauschen, das durch irgendwelche anderen Rauschquellen mit im wesentlichen gleicher Amplitude und gleicher Phase auf die Eingangsanschlüsse 4404 und 4406 gekoppelt wird, tendentiell auf die gleiche Weise gelöscht.The voltages at outputs 4408 and 4410 also include voltage ripple or noise components generated by the switching function of switching module 4416. However, because the switching module is located between the two outputs, the noise generated by the switching module appears at outputs 4408 and 4410 substantially equal and in phase relative to each other. This allows the voltage ripples to be substantially filtered out by inverting the voltage at one of outputs 4408 or 4410 and adding the voltage to the voltage at the other output. In addition, any noise coupled to input terminals 4404 and 4406 by any other noise sources of substantially equal amplitude and phase will tend to be canceled in the same manner.
Das differentielle System 4402 ist effektiv, wenn es mit einem Differential-Frontend (Eingänge) und einem Diffe-The 4402 differential system is effective when used with a differential front end (inputs) and a differential
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rential-Backend (Ausgänge) verwendet wird. Es kann auch in den folgenden Konfigurationen verwendet werden, z.B.:rential backend (outputs). It can also be used in the following configurations, e.g.:
a) Single-Input-Frontend und Differential-Backend; unda) single-input frontend and differential backend; and
b) Differential-Frontend und Single-Output-Backend.
Beispiele dieser Systeme werden nachstehend beschrieben.. b) Differential frontend and single output backend.
Examples of these systems are described below.
5.2.1 Differential-Input-to-Di fferential-Output5.2.1 Differential input to differential output
Fig. 44B zeigt das differentielle System 4402, wobei die Eingänge 4404 und 4406 mit gleichen bzw. entgegengesetzten EM-Signalquellen verbunden sind, die hierin als Dipolantennen 4424 und 4426 dargestellt sind. In dieser Ausführungsform werden, wenn eines der Ausgangssignale 4408 oder 4410 invertiert und zum anderen Ausgangssignal addiert wird, das durch das Schaltmodul 4416 erzeugte Gleichphasenrauschen und anderes an den Eingangsanschlüssen 4404 und 4406 vorhandenes Gleichphasenrauschen tendentiell im wesentlichen gelöscht. Figure 44B shows the differential system 4402 with the inputs 4404 and 4406 connected to equal and opposite EM signal sources, respectively, shown herein as dipole antennas 4424 and 4426. In this embodiment, when one of the output signals 4408 or 4410 is inverted and added to the other output signal, the in-phase noise generated by the switching module 4416 and other in-phase noise present at the input terminals 4404 and 4406 tend to be substantially cancelled.
5.2.2 Single-Input-to-Differential-Output5.2.2 Single input to differential output
Fig. 44C zeigt das differentielle System 4402, wobei der Eingang 4404 mit einer EM-Signalquelle verbunden ist, z.B. mit einer Monopolantenne 4428, und der Eingang 4406 mit Masse verbunden ist.Fig. 44C shows the differential system 4402 with the input 4404 connected to an EM signal source, e.g., a monopole antenna 4428, and the input 4406 connected to ground.
Fig. 44E zeigt ein exemplarischens Single-Input-to-Differential-Output-Empfänger/Abwärtswandlersystem 4436. das System 4436 weist das difefrentielle System 4402 auf, wobei der Eingang 4406 mit Masse verbunden ist. Der Eingang 4404 ist mit einer EM-Signalquelle 4438 verbunden.Figure 44E shows an exemplary single input to differential output receiver/downconverter system 4436. System 4436 includes differential system 4402 with input 4406 connected to ground. Input 4404 is connected to an EM signal source 4438.
Die Ausgangssignale 4408 und 4410 werden zu einer differentiellen Schaltung 4444 gekoppelt, z.B. zu einem Filter, der vorzugsweise eines der Ausgangssignale 4408 oder 4410 invertiert und es zu dem anderen Ausgangssignal 4408 oder 4410 addiert. Dadurch wird das durch das Schaltmodul 4416 erzeugte Gleichphasenrauschen im wesentlichen gelöscht. Die differentielle Schaltung 4444 filtert vorzugsweise die höheren Frequenzkomponenten des EM-Signals 1304, die die Haltemodule 4414 und 4420 durchlaufen. Das erhaltene gefilterte Signal wird als das abwärtgewandelte Signal 1308A ausgegeben. The output signals 4408 and 4410 are coupled to a differential circuit 4444, e.g., a filter, which preferably inverts one of the output signals 4408 or 4410 and adds it to the other output signal 4408 or 4410. This substantially cancels the in-phase noise generated by the switching module 4416. The differential circuit 4444 preferably filters the higher frequency components of the EM signal 1304 that pass through the holding modules 4414 and 4420. The resulting filtered signal is output as the down-converted signal 1308A.
5.2.3 Differential-Input-to-Single Output5.2.3 Differential Input to Single Output
Fig. 44D zeigt das differentielle System 4402, wobei die Eingänge 4404 und 4406 mit gleichen bzw. entgegengesetzten EM-Signalquellen verbunden sind, die hierin als Dipolantennen 4430 und 4432 dargestellt sind. Das Ausgangssignal wird am Anschluß 4408 erhalten.Figure 44D shows the differential system 4402 with inputs 4404 and 4406 connected to equal and opposite EM signal sources, respectively, shown herein as dipole antennas 4430 and 4432. The output signal is obtained at terminal 4408.
5.3 Glätten des abwärtsgewandelten Signals5.3 Smoothing the down-converted signal
Das abwärtsgewandelte Signal 1308A kann gegebenenfalls durch Filtern geglättet werden. Die differentielle Schaltung 4444,r die in Fig. 44E als Filter implementiert ist, stellt lediglich ein Beispiel dar. Eine Filterfunktion kann in jeder der beschriebenen Ausführungsformen durch Hardware-, Firmware- und Softwareimplementierungen realisiert werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.The down-converted signal 1308A may be smoothed by filtering if desired. The differential circuit 4444 implemented as a filter in Figure 44E is merely an example. A filter function may be implemented in any of the described embodiments by hardware, firmware, and software implementations as is known in the art.
5.4 Lastimpedanz und EinVAusgangs-Pufferung5.4 Load impedance and input/output buffering
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Einige der Kenngrößen des abwärtsgewandelten Signals 1303A sind abhängig von den Kenngrößen einer mit dem abwärtsgewandelten Signal 1308A gekoppelten Last. In einer Ausführungsform wird z.B., wenn das abwärtsgewandelte Signal 1308A mit einer Hochimpedanzlast gekoppelt ist, die Ladung, die einem Haltemodul, dem Haltemodul 2706 von Fig. 27 oder 2416 von Fig. 24A, während eines Pulses zugeführt wird, im allcfemeinen bis zum nächsten Puls durch das Haltemodul gehalten. Dadurch wird eine im wesentlichen stufenförmige Darstellung des abwärtsgewandelten Signals 1308A erhalten, wie beispielsweise in Fig. IbC dargestellt. Eine Hochimpedanzlast ermöglicht es dem Undersampling-System 1606, die Spannung des ursprünglichen, unbeeinflußten Eingangssignals exakt darzustellen.Some of the characteristics of the down-converted signal 1303A are dependent on the characteristics of a load coupled to the down-converted signal 1308A. For example, in one embodiment, when the down-converted signal 1308A is coupled to a high impedance load, the charge applied to a holding module, the holding module 2706 of FIG. 27 or 2416 of FIG. 24A, during a pulse is generally held by the holding module until the next pulse. This results in a substantially stepped representation of the down-converted signal 1308A, such as shown in FIG. 1bC . A high impedance load enables the undersampling system 1606 to accurately represent the voltage of the original, unaffected input signal.
Das abwärtsgewandelte Signal 1308A kann gegebenenfalls durch einen Hochimpedanzverstärker gepuffert werden.The down-converted signal 1308A can be buffered by a high-impedance amplifier if necessary.
Alternativ oder zusätzlich zum Puffern des abwärtsgewandelten Signals 1308A kann das EM-Eingangssignal durch einen Low-Noise-Verstärker gepuffert oder verstärkt werden.Alternatively, or in addition to buffering the down-converted signal 1308A, the EM input signal may be buffered or amplified by a low-noise amplifier.
5.5 Modifizierung des Undersampling-Signals durch Rückkopplung5.5 Modification of the undersampling signal by feedback
Fig. 30 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 3001, in dem das abwärtsgewandelte Signal 1308 als Rückkopplungssignal 3006 zum Steuern verschiedener Kenngrößen des Undersampling-Moduls 1606 zum Modifizieren des abwärtsgewandelten Signals 1308A verwendet wird.30 shows an embodiment of a system 3001 in which the down-converted signal 1308 is used as a feedback signal 3006 for controlling various characteristics of the undersampling module 1606 for modifying the down-converted signal 1308A.
Im allgemeinen ändert sich die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308A als Funktion der Frequenz- und der Phasenunterschiede zwischen dem EM-Signal 1304 und dem Undersampling-Signal 1604. In einer Ausführungsform wird das abwärtsgewandelte Signal 1308A als Rückkopllunggssignal 3006 zum Steuern der Frequenz- und Phasenbeziehung zwischen demIn general, the amplitude of the down-converted signal 1308A varies as a function of the frequency and phase differences between the EM signal 1304 and the undersampling signal 1604. In one embodiment, the down-converted signal 1308A is used as a feedback signal 3006 for controlling the frequency and phase relationship between the
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EM-Signal 1304 und dem Undersampling-Signal 1604 verwendet. Dies kann unter Verwendung des in Fig. 32A dargesteltlen exemplarischen Blockdiagramms ausgeführt werden. Die in Fig. 32A dargestellte exemplarische Schaltung kann im Undersampling-Signalmodul 3002 angeordnet sein. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß inerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind. In dieser Äusführunqjsform wird zur Verdeutlichung ein Zustandsrechner verwendet, wodurch die Erfindung jedoch nicht eingeschränkt werden soll.EM signal 1304 and undersampling signal 1604. This may be accomplished using the exemplary block diagram shown in Figure 32A. The exemplary circuit shown in Figure 32A may be located in undersampling signal module 3002. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention. In this embodiment, a state machine is used for illustration, but the invention is not intended to be limited thereby.
Im Beispiel von Fig. 32A liest der Zustandsrechner 3204 einen A/D-Wandler 3202 und steuert einen D/A-Wandler (DAC) 3206. In einer Ausführungsform weist der Zustandsrechenr 3204 zwei Speicherstellen, Previous und Current auf, um die Ergebnisse des Lesevorgangs des A/D-Wandlers 3202 zu speichern und abzurufen. In einer Ausführungsform verwendet der Zustandsrechner 3204 mindestens ein Speicherflag.In the example of Figure 32A, the state machine 3204 reads an A/D converter 3202 and controls a digital-to-analog converter (DAC) 3206. In one embodiment, the state machine 3204 has two memory locations, Previous and Current , to store and retrieve the results of the read of the A/D converter 3202. In one embodiment, the state machine 3204 uses at least one memory flag.
Der D/A-Wandler DAC 3206 steuert einen Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO 3208. Der VCO 3208 steuert einen Frequenzeingang eines Pulsgenerators 3210, der in einer Ausführungsform dem in Fig. 29J dargestellten Pulsgenerator im wesentlichen ähnlich ist. Der Pulsgenerator 3210 erzeugt das Undersampling-Signal 1604.The digital-to-analog converter DAC 3206 controls an input of a voltage controlled oscillator VCO 3208. The VCO 3208 controls a frequency input of a pulse generator 3210, which in one embodiment is substantially similar to the pulse generator shown in Figure 29J. The pulse generator 3210 generates the undersampling signal 1604.
In einer Ausführungsfom führt der Zustandsrechner 3204 eine Verarbeitung gemäß dem Zustandsrechnerablaufdiagramm 3220 von Fig. 32B aus. Diese Verarbeitung dient dazu, die Frequenz- und Phasenbeziehung zwischen dem Undersampling-Signal 1604 und dem EM-Signal 1304 zu modifizieren, um die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308A im wesentlichen auf einem optimalen Pegel zu halten.In one embodiment, state machine 3204 performs processing in accordance with state machine flow diagram 3220 of Figure 32B. This processing serves to modify the frequency and phase relationship between undersampling signal 1604 and EM signal 1304 to maintain the amplitude of downconverted signal 1308A at substantially an optimal level.
Es kann veranlaßt werden, daß die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308A sich mit der Amplitude desThe amplitude of the down-converted signal 1308A can be caused to vary with the amplitude of the
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Undersampling-Signals 1604 ändert. In einer Ausführungsform, in der das Schaltmodul 2702 ein FET ist, wie in Fig. 28A dargestellt, wobei die Gate-Elektrode 2804 das Undersampling-Signal 1604 empfängt, kann die Amplitude des Undersampling-Signals 1604 den "EIN-" Widerstand des FET bestimmen, der die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308A beeinflußt. Das in Fig. 32C dargestellte Undersampling-Signalmodul 3002 kann eine Analogschaltung sein, die eine automatische Verstärkungssteuerungsfunktion ermöglicht. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind.Undersampling signal 1604. In an embodiment where the switching module 2702 is a FET as shown in Figure 28A, with the gate electrode 2804 receiving the undersampling signal 1604, the amplitude of the undersampling signal 1604 may determine the "ON" resistance of the FET, which affects the amplitude of the down-converted signal 1308A. The undersampling signal module 3002 shown in Figure 32C may be an analog circuit that enables an automatic gain control function. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention.
III. Abwärtswandlung durch EnergieübertragungIII. Downconversion through energy transfer
Durch die erfindungsgemäßen Energieübertragungsausführungsformen werden höhere Rauschabstände und eine höhere Empfindlichkeit für sehr kleine Signale bereitgestellt, und wird ermöglicht, daß das abwärtsgewandelte Signal niedrigere Impedanzlasten ohne Unterstützung betreiben kann. Die erfindungsgemäßen Energieübertragungsaspekte sind in den Figuren 45A und 45B allgemein durch das Bezugszeichen 4506 dargestellt. Nachstehend werden grundsätzliche Beschreibungen darüber, wie dies realisiert werden kann, schrittweise dargestellt, beginnend mit einem Vergleich mit einem Undersampling-System. The power transfer embodiments of the present invention provide higher signal to noise ratios and higher sensitivity to very small signals, and allow the down-converted signal to drive lower impedance loads without assistance. The power transfer aspects of the present invention are generally illustrated by reference numeral 4506 in Figures 45A and 45B. Basic descriptions of how this can be accomplished are presented step by step below, beginning with a comparison to an undersampling system.
0.1 Energieübertragung im Vergleich zu Undersampling0.1 Energy transfer compared to undersampling
Im vorstehenden Abschnitt II wurden Verfahren und Systeme zum Abwärtswandeln eines EM-Signals durch Undersampling beschrieben. Die Undersampling-Systeme verwenden ein durch ein Undersampling-Signal gesteuertes Abtast-Halte-In Section II above, methods and systems for down-converting an EM signal by undersampling were described. The undersampling systems use a sample-and-hold circuit controlled by an undersampling signal.
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System. Das Undersampling-Signal weist eine Folge von Pulsen mit geringfügigen Pulsbreiten auf, deren dauer gegen null tendiert. Die Pulse mit geringfügigen Pulsbreiten minimieren die vom EM-Signal übertragene Energiemenge. Dadurch wird das unterabgetastete EM-Signal vor Störungen oder Zerstörung geschützt. Durch die Pulse mit geringfügiger Pulsbreite wird außerdem veranlaßt, daß das Abtast-Halte-System ein Hochimpedanzsystem ist. Ein Vorteil des Undersampling-Prozesses ist, daß der Hochimpedanzeingang eine exakte Spannungsrekonstruktion des unterabgetasteten EM-Signals ermöglicht. Die in Abschnitt II beschriebenen Verfahren und Systeme sind für viele Situationen geeignet, z.B. zum Überwachen von EM-Signalen, ohne sie zu stören oder zu zerstören.system. The undersampling signal comprises a train of pulses with small pulse widths tending to zero in duration. The small pulse widths minimize the amount of energy carried by the EM signal. This protects the undersampled EM signal from being disturbed or destroyed. The small pulse widths also cause the sample and hold system to be a high impedance system. An advantage of the undersampling process is that the high impedance input allows accurate voltage reconstruction of the undersampled EM signal. The methods and systems described in Section II are suitable for many situations, such as monitoring EM signals without disturbing or destroying them.
Weil die in Abschnitt II beschriebenen Undersampling-Systeme nur geringfügige Energiemengen übertragen, sind sie nicht für alle Situationen geeignet. Beispielsweise sind in der Funkkommunikation empfangene Hochfrequenz (HF) -signale typischerweise sehr schwach und müssem verstärkt werden, um sie vom Rauschen zu unterscheiden. Die durch die in Abschnitt II beschriebenen Undersampling-Systeme übertragenen geringfügigen Energiemengen sind möglicherweise nicht ausreichend, um empfangene HF-Signale vom Rauschen zu unterscheiden. Because the undersampling systems described in Section II transmit only small amounts of energy, they are not suitable for all situations. For example, in radio communications, received radio frequency (RF) signals are typically very weak and must be amplified to distinguish them from noise. The small amounts of energy transmitted by the undersampling systems described in Section II may not be sufficient to distinguish received RF signals from noise.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden nachstehend Verfahren und Systeme zum Abwärtswandeln von EM-Signalen durch Übertragen nicht-geringfügiger Energiemengen von den EM-Signalen beschrieben. Die erhaltenen abwärtsgewandelten Signale haben eine ausreichende Energie, um zu ermöglichen, daß die abwärtsgewandelten Signale von Rauschen unterscheidbar sind. Die erhaltenen abwärtsgewandelten Signale haben außerdem ausreichend Energie, um Schaltungen mit niedrigerer Impedanz ohne Pufferung zu betreiben.In accordance with one aspect of the invention, methods and systems are described below for down-converting EM signals by transferring non-trivial amounts of energy from the EM signals. The resulting down-converted signals have sufficient energy to enable the down-converted signals to be distinguishable from noise. The resulting down-converted signals also have sufficient energy to operate lower impedance circuits without buffering.
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Nachstehend wird die Abwärtswandlung durch Energieübertragung schrittweise eingeführt, um sie vom Undersampling-Verfahren zu unterscheiden. Die Einführung beginnt mit weiteren Beschreibungen des Undersamplung-Verfahrens.Below, downconversion by energy transfer is introduced step by step to distinguish it from undersampling. The introduction begins with further descriptions of the undersampling technique.
0.1.1 Übersicht des Undersampling-Prozesses0.1.1 Overview of the undersampling process
Fig. 78A zeigt ein exemplarisches Undersampling-System 7802 zum Abwärtswandeln eines EM-Eingangssignals 7804. Das Undersampling-System 7802 weist ein Schaltmodul 7806 und ein als Haltekapazität 7808 dargestelltes Haltemodul auf. Ein Undersampling-Signal 7810 steuert das Schaltmodul 7806. Das Undersampling-Signal 7810 weist eine Folge von Pulsen mit geringfügigen Pulsbreiten auf, die zeitlich gegen null tendieren. Die geringfügige Pulsbreite oder -dauer kann zum Undersampling eines 900 MHz-Signals beispielsweise im Bereich von 1 - 10 ps liegen. Es kann auch eine beliebige andere geeignete geringfügige Pulsdauer verwendet werden, wenn eine exakte Reproduktion der ursprünglichen, unbeeinflußten Eingangssignalspannung erwünscht ist, ohne daß die ursprüngliche Eingangssignalspannung wesentlich beeinflußt wird.Figure 78A shows an exemplary undersampling system 7802 for down-converting an EM input signal 7804. The undersampling system 7802 includes a switching module 7806 and a holding module shown as a holding capacitor 7808. An undersampling signal 7810 controls the switching module 7806. The undersampling signal 7810 includes a train of pulses with minute pulse widths that tend toward zero in time. The minute pulse width or duration may be in the range of 1-10 ps for undersampling a 900 MHz signal, for example. Any other suitable minute pulse duration may be used if an exact reproduction of the original, unaffected input signal voltage is desired without significantly affecting the original input signal voltage.
In einer Undersampling-Umgebung weist die Haltekapazität 7808 vorzugsweise einen niedrigen Kapazitätswert auf. Dadurch kann die Haltekapazität 7808, sich während der geringfügigen Pulsbreiten der Undersampling-Signalimpulse im wesentlichen auf die Spannung des EM-Eingangssignals 7804 aufladen. In einer Ausführungsform hat die Haltekapazität 7808 beispielsweise einen Wert im Bereich von 1 pF. Es können andere geeignete Kapazitätswerte verwendet werden, um im wesentlichen die Spanung des ursprünglichen unbeeinflußten Eingangssignals zu erhalten. Für bestimmte Effekte können verschiedene Kapazitäten verwendet werden, wie nachstehend beschrieben. Das Undersampling-System ist mit einer LastIn an undersampling environment, the holding capacitance 7808 preferably has a low capacitance value. This allows the holding capacitance 7808 to charge substantially to the voltage of the EM input signal 7804 during the small pulse widths of the undersampling signal pulses. For example, in one embodiment, the holding capacitance 7808 has a value in the range of 1 pF. Other suitable capacitance values may be used to substantially maintain the voltage of the original unaffected input signal. Different capacitances may be used for particular effects, as described below. The undersampling system is connected to a load
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7812 gekoppelt. In Fig. 78&Bgr; ist die Last 7812 von Fig. 78A als Hochimpedanzlast 7818 dargestellt. Eine Hochimpedanzlast ist eine Last, die für eine Ausgangstreiberimpedanz des Systems für eine vorgegebene Ausgangsfrequenz relativ unbedeutend ist. Die Hochimpedanzlast 7818 ermöglicht es der Haltekapazität 7808, die während der Undersampling-Impulse akkumulierte Ladung im wesentlichen zu halten.7812. In Fig. 78B, load 7812 of Fig. 78A is shown as high impedance load 7818. A high impedance load is a load that is relatively insignificant to an output drive impedance of the system for a given output frequency. High impedance load 7818 allows holding capacitance 7808 to substantially hold the charge accumulated during the undersampling pulses.
Die Figuren 79A-F zeigen exemplarische Zeitdiagramme für das Undersampling-System 7802. Fig. 79A zeigt ein exemplarisches EM-Eingangssignal 7804.Figures 79A-F show exemplary timing diagrams for the undersampling system 7802. Figure 79A shows an exemplary EM input signal 7804.
Fig. 79C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 7810, das Pulse 7904 mit geringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Dauer gegen null tendiert.Fig. 79C shows an exemplary undersampling signal 7810 having pulses 7904 with slight pulse widths whose duration tends toward zero.
Fig. 79B zeigt die geringfügigen Effekte des unterabgetasteten EM-Eingangssignals 7804, gemessen an einem Anschluß 7814 des Undersampling-Systems 7802. In Fig. 79B sind geringfügige Störungen 7902 mit den Pulsen des Undersampling-Signals 7810 korreliert. In dieser Ausführungsform erscheinen die geringfügigen Störungen 7902 in aufeinanderfolgenden Zyklen des EM-Eingangssignals 7804 an verschiedenen Positionen. Dadurch wird das EM-Eingangssignal abwärtsgewandelt. Die geringfügigen Störungen 7902 stellen geringfügige Energiemengen in der Form einer zur Haltekapazität 7808 übertragenen Ladung dar.Figure 79B shows the minor effects of the undersampled EM input signal 7804 measured at a terminal 7814 of the undersampling system 7802. In Figure 79B, minor perturbations 7902 are correlated with the pulses of the undersampling signal 7810. In this embodiment, the minor perturbations 7902 appear at different positions in successive cycles of the EM input signal 7804. This downconverts the EM input signal. The minor perturbations 7902 represent minor amounts of energy in the form of charge transferred to the holding capacitance 7808.
Wenn die Last 7812 eine Hochimpedanzlast ist, entlädt sich die Haltekapazität 7808 zwischen Pulsen 7904 nicht wesentlich. Dadurch wird der abgetastete Spannungswert durch die Ladung, die während eines Pulses 7904 zur Haltekapazität 7808 übertragen wird, am Anschluß 7816 bis zum nächsten Puls 7904 im wesentlichen konstant "gehalten". Wenn die Spannung des EM-Eingangssignals 7804 sich zwischen Pulsen 7904 ändert, erreicht die Haltekapazität 7808 im wesentlichen den neuen Spannungswert, und die am Anschluß 7816 erhaltenenWhen the load 7812 is a high impedance load, the holding capacitance 7808 does not discharge significantly between pulses 7904. As a result, the sampled voltage value is "held" substantially constant at terminal 7816 until the next pulse 7904 by the charge transferred to the holding capacitance 7808 during a pulse 7904. When the voltage of the EM input signal 7804 changes between pulses 7904, the holding capacitance 7808 essentially reaches the new voltage value and the voltage obtained at terminal 7816
Spannungswerte bilden ein stufenförmiges Muster, wie in Fig. 79D dargestellt.Voltage values form a step-like pattern as shown in Fig. 79D.
Fig. 7 9E zeigt die stufenförmige Spannung von Fig. 7 9D in einem komprimierten Zeitmaßstab. Die in Fig. 79E dargestellte stufenförmige Spannung kann gefiltert werden, um das in Fig. 79F dargestellte Signal zu erzeugen. Die in den Figuren 79D, E und F dargestellten Signale weisen im wesentlichen alle Basisbandkenngrößen des EM-Eingangssignals 7804 von Fig. 79A auf, außer daß die in den Figuren 79D, E und F dargestellten Signale erfolgreich abwärtsgewandelt wurden.Fig. 79E shows the stepped voltage of Fig. 79D on a compressed time scale. The stepped voltage shown in Fig. 79E can be filtered to produce the signal shown in Fig. 79F. The signals shown in Figs. 79D, E and F have substantially all of the baseband characteristics of the EM input signal 7804 of Fig. 79A, except that the signals shown in Figs. 79D, E and F have been successfully downconverted.
Der Spanungspegel der in den Figuren 79E und 79F dargestellten Signale entspricht im wesentlichen dem Spannungspegel des EM-Eingangssignals 7804. Das EM-Eingangssignal 7804 wird daher durch das Undersampling-System 7802 abwärtsgewandelt,, wobei die Spannung geeignet reproduziert und das EM-Eingangssignal 7804 nicht wesentlich beeinflußt wird. Die am Ausgang verfügbare Leistung ist relativ geringfügig (z.B.: V2/R; ~5 mV und 1 &Mgr;&OHgr;) , vorausgesetzt, daß das EM-Eingangssignal 7804 in einer HF-Umgebung typischerweise eine Treiberimpedanz von 50 &OHgr; (z.B.: V2/R; ~5 mV und 50 &OHgr;) aufweist .The voltage level of the signals shown in Figures 79E and 79F is substantially the same as the voltage level of the EM input signal 7804. The EM input signal 7804 is therefore down-converted by the undersampling system 7802, which reproduces the voltage appropriately and does not significantly affect the EM input signal 7804. The power available at the output is relatively small (e.g., V 2 /R; ~5 mV and 1 μΩ), given that the EM input signal 7804 typically has a drive impedance of 50 Ω (e.g., V 2 /R; ~5 mV and 50 Ω) in an RF environment.
0.1.1.1 Wirkungen einer Verminderung der Lastimpedanz0.1.1.1 Effects of reducing the load impedance
Nachstehend werden Wirkungen der Verminderung der Impedanz der Last 7812 beschrieben. Die Figuren 80A-E zeigen exemplarische Zeitdiagramme für das Undersampling-System 7802, wenn die Last 7812 eine Last mit einer relativ niedrigen Impedanz ist, d.h. mit einer Impedanz, die für eine vorgegebene Ausgangsfrequenz bezüglich der Ausgangstreiberimpedanz des Systems relativ bedeutend ist.Effects of reducing the impedance of the load 7812 are described below. Figures 80A-E show exemplary timing diagrams for the undersampling system 7802 when the load 7812 is a relatively low impedance load, i.e., having an impedance that is relatively significant for a given output frequency with respect to the output driver impedance of the system.
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Fig. 8OA zeigt ein exemplarisches EM-Eingangssignal 7804, das dem in Fig. 79A dargestellten Signal im wesentlichen ähnlich ist.Fig. 8OA shows an exemplary EM input signal 7804 that is substantially similar to the signal shown in Fig. 79A.
Fig. 80C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 7810 mit Pulsen 8004 mit geringfügigen Pulsbreiten, deren Dauer gegen null tendiert. Das in Fig. 8OC dargestellte exemplarische Undersampling-Signal 7810 ist dem in Fig. 79C dargestellten Signal im wesentlichen ähnlich.80C shows an exemplary undersampling signal 7810 having pulses 8004 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The exemplary undersampling signal 7810 shown in FIG. 80C is substantially similar to the signal shown in FIG. 79C.
Fig. 8OB zeigt geringfügige Wirkungen auf das unterabgetastete EM-Eingangssignal 7804, gemessen an einem Anschluß 7814 des Undersampling-Systems 7802. In Fig. 8OB sind geringfügige Störungen 8002 mit den Pulsen 8004 des Under sampling-Signals 7810 von Fig. 8OC korreliert. In diesem Beispiel erscheinen die geringfügigen Störungen 8002 in aufeinanderfolgenden Zyklen des EM-Eingangssignals 7804 an verschiedenen Positionen. Dadurch wird das EM-Eingangssignal 7804 abwärtsgewandelt. Die geringfügigen Störungen 8002 stellen geringfügige Energiemengen in der Form von Ladung dar, die zur Haltekapazität 7808 übertragen wird.Fig. 80B shows minor effects on the undersampled EM input signal 7804 measured at a terminal 7814 of the undersampling system 7802. In Fig. 80B, minor perturbations 8002 are correlated with the pulses 8004 of the undersampling signal 7810 of Fig. 80C. In this example, the minor perturbations 8002 appear at different positions in successive cycles of the EM input signal 7804. This downconverts the EM input signal 7804. The minor perturbations 8002 represent minor amounts of energy in the form of charge transferred to the holding capacitance 7808.
Wenn die Last 7812 eine Niedrigimpedanzlast ist, wird die Haltekapazität 7808 durch die Last zwischen Pulsen 8004 (Fig. 80C) wesentlich entladen. Dadurch kann die Haltekapazität 7808 die Spannung des ursprünglichen EM-Eingangssignals 7804, anders als im Fall von Fig. 79D, nicht geeignet erreichen oder "halten". Stattdessen erscheint die Ladung als das in Fig. 8OD dargestellte Ausgangssignal.If the load 7812 is a low impedance load, the holding capacitance 7808 is substantially discharged by the load between pulses 8004 (Fig. 80C). As a result, the holding capacitance 7808 cannot adequately reach or "hold" the voltage of the original EM input signal 7804, unlike in the case of Fig. 79D. Instead, the charge appears as the output signal shown in Fig. 80D.
Fig. 8OE zeigt das Ausgangssignal von Fig. 80D in einem komprimierten Zeitmaßstab. Das Ausgangssignal von Fig. 80E kann gefiltert werden, um das in Fig. 8OF dargestellte Signal zu erzeugen. Das in Fig. 8OF dargestellte abwärtsgewandelte Signal ist dem in Fig. 79F dargestellten abwärtsgewandelten Signal im wesentlichen ähnlich, außer daß das in Fig. 80F dargestellte Signal eine wesentlich kleinere AmplitudeFig. 80E shows the output signal of Fig. 80D on a compressed time scale. The output signal of Fig. 80E can be filtered to produce the signal shown in Fig. 80F. The down-converted signal shown in Fig. 80F is substantially similar to the down-converted signal shown in Fig. 79F, except that the signal shown in Fig. 80F has a much smaller amplitude.
aufweist als das in Fig. 79F dargestellte Signal. Dies ist der Fall, weil die niedrige Impedanz der Last 7812 verhindert, daß die Haltekapazität 7808 die Spannung des ursprünglichen EM-Eingangssignals 7804 im wesentlichen erreicht oder "hält". Daher kann durch das in Fig. 80F dargestellte abwärtsgewandlete Signal keine optimale Spannungsreproduktion erhalten werden, und das Signal weist am Ausgang eine relativ geringe verfügbare Leistung auf (z.B.: V /R; -200 &mgr;&ngr; und 2 kQ), vorausgesetzt, daß das EM-Eingangssignal 7804 in einer HF-Umgebung typischerweise eine Treiberimpedanz von 50 &OHgr; (z.B.: V2/R; ~5 mV und 50 &OHgr;) aufweist.than the signal shown in Fig. 79F. This is because the low impedance of the load 7812 prevents the holding capacitance 7808 from substantially reaching or "holding" the voltage of the original EM input signal 7804. Therefore, optimal voltage reproduction cannot be obtained by the down-converted signal shown in Fig. 80F and the signal has relatively low available power at the output (e.g.: V /R; -200 µV and 2 kΩ), given that the EM input signal 7804 typically has a drive impedance of 50 Ω (e.g.: V 2 /R; ~5 mV and 50 Ω) in an RF environment.
0.1.1.2 Wirkungen einer Erhöhung des Haltekapazitäts-0.1.1.2 Effects of increasing the holding capacity
wertesworth
Nachstehend werden Wirkungen einer Erhöhung der Werte der Haltekapazitäten 7808 beschrieben, während eine Niedrigimpedanzlast 7812 bertieben werden muß. Die Figuren 8IA-F zeigen exemplarische Zeitdiagramme für das Undersampling-System 7802, wenn die Haltekapazität 7808 einen größeren Wert im Bereich von beispielsweise 18 pF aufweist.Described below are effects of increasing the values of the holding capacitances 7808 while driving a low impedance load 7812. Figures 8IA-F show exemplary timing diagrams for the undersampling system 7802 when the holding capacitance 7808 has a larger value in the range of, for example, 18 pF.
Fig. 81A zeigt ein exemplarisches EM-Eingangssignal 7804, das dem in den Figuren 79A und 8OA dargestellten Signal im wesentlichen ähnlich ist.Figure 81A shows an exemplary EM input signal 7804 that is substantially similar to the signal shown in Figures 79A and 80A.
Fig. 81C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 7810 mit Pulsen 8104 mit geringfügigen Pulsbreiten, deren dauer gegen null tendiert. Das in Fig. 81C dargestellte exemplarische Undersampling-Signal 7810 ist dem in den Figuren 79C und 8OC dargestellten Signal im wesentlichen ähnlich.81C shows an exemplary undersampling signal 7810 having pulses 8104 with slight pulse widths tending toward zero in duration. The exemplary undersampling signal 7810 shown in FIG. 81C is substantially similar to the signal shown in FIGS. 79C and 80C.
Fig. 81B -zeigt die geringfügigen Wirkungen auf das unterabgetastete EM-Eingangssignal 7804, gemessen an einem Anschluß 7814 des Undersampling-Systems 7802. In Fig. 81B sindFig. 81B -shows the minor effects on the undersampled EM input signal 7804 measured at a terminal 7814 of the undersampling system 7802. In Fig. 81B,
geringfügige Störungen 8102 mit den Pulsen 8104 des Undersarapling-Signals 7810 von Fig. 81C korreliert. Bei genauer Prüfung erscheinen die geringfügigen Störungen 8102 in aufeinanderfolgender Zyklen des EM-Eingangssignals 7804 an verschiedenen Positionen. Dadurch wird das EM-Eingangssignal 7804 abwärtsgewandelt. Die geringfügigen Störungen 8102 stellen geringfügige Energiemengen in der Form einer zur Haltekapazität 7808 übertragenen Ladung dar.minor perturbations 8102 are correlated with the pulses 8104 of the undersampling signal 7810 of Fig. 81C. Upon close inspection, the minor perturbations 8102 appear at different positions in successive cycles of the EM input signal 7804. This downconverts the EM input signal 7804. The minor perturbations 8102 represent minor amounts of energy in the form of charge transferred to the holding capacitance 7808.
Fig. 81D zeigt die am Anschluß 7816 gemessene Spannung, die dadurch erhalten wird, daß die Haltekapazität 7808 während, der durch die geringfügigen Pulsbreiten der in Fig. 81C dargestellten Impulse 8104 definierten Zeitfenster versucht, die Spannung des ursprünglichen EM-Eingangssignals zu erreichen und zu "halten", dabei jedoch versagt.Figure 81D shows the voltage measured at terminal 7816 as the holding capacitance 7808 attempts to reach and "hold" the voltage of the original EM input signal during the time windows defined by the minute pulse widths of the pulses 8104 shown in Figure 81C, but fails to do so.
Wie erwähnt, wird, wenn die Last 7812 eine Niedrigimpedanzlast ist, die Haltekapazität 7808 durch die Last zwischen Pulsen 8104 (Fig. 81C) wesentlich entladen, wobei dieser Fall in den Figuren 81D und E dargestellt ist. Dadurch kann die Haltekapazität 7808 die Spannung des ursprünglichen EM-Eingangssignals 7804, anders als im Fall von Fig. 79D, nicht geeignet erreichen oder "halten". Stattdessen erscheint die Ladung als das in Fig. 81D dargestellte Ausgangssignal. As mentioned, when the load 7812 is a low impedance load, the holding capacitance 7808 is substantially discharged by the load between pulses 8104 (Fig. 81C), which case is illustrated in Figs. 81D and E. As a result, the holding capacitance 7808 cannot properly reach or "hold" the voltage of the original EM input signal 7804, unlike in the case of Fig. 79D. Instead, the charge appears as the output signal illustrated in Fig. 81D.
Fig. 81E zeigt das abwärtsgewandelte Signal 8106 in einem komprimierten Zeitmaßstab. Die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 8106 ist wesentlich kleiner als die Amplitude des in den Figuren 8OD und 80E dargestellten abwärtsgewandelten Signals. Dies ergibt sich aufgrund des höheren Kapazitätswertes der Haltekapazität 7808. Im allgemeinen ist mit zunehmendem Kapazitätswert mehr Ladung erforderlich, um die Spannung für ein durch eine vorgegebene Pulsbreite definiertes Zeitfenster zu erhöhen. Aufgrund der geringfügigen Pulsbreite der Impulse 8104 von Fig. 81C ist nicht genügendFig. 81E shows the down-converted signal 8106 on a compressed time scale. The amplitude of the down-converted signal 8106 is much smaller than the amplitude of the down-converted signal shown in Figs. 80D and 80E. This is due to the higher capacitance value of the holding capacitance 7808. In general, as the capacitance value increases, more charge is required to increase the voltage for a time window defined by a given pulse width. Due to the small pulse width of the pulses 8104 of Fig. 81C, there is not enough
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Zeit verfügbar, um wesentliche Energiemengen oder Ladung vom EM-Eingangssignal 7804 zur Haltekapazität 7808 zu übertragen.. Dadurch sind die durch die Haltekapazität 7808 erzeugten Amplituden wesentlich kleiner als die Amplituden des in den Figuren 80D und 80E dargestellten abwärtsgewandelten Signals. Time is available to transfer significant amounts of energy or charge from the EM input signal 7804 to the holding capacitance 7808. As a result, the amplitudes produced by the holding capacitance 7808 are substantially smaller than the amplitudes of the down-converted signal shown in Figures 80D and 80E.
In den Figuren 80E und 80F kann durch das ungefilterte oder gefilterte Ausgangssignal keine optimale Spannungsreproduktion erhalten werden, und das Signal weist eine relativ vernachlässigbare Leistung auf, die am Ausgang (z.B.: V2/R; -150 &mgr;&ngr; und 2 kQ) verfügbar ist, falls das EM-Eingangssignal 7804 in einer HF-Umgebung typischerweise eine Treiberimpedanz von 50 &OHgr; (z.B.: V2/R; ~5 mV und 50 &OHgr;) aufweist .In Figures 80E and 80F, if the EM input signal 7804 typically has a driver impedance of 50 Ω (eg: V 2 /R; ~5 mV and 50 Ω) in an RF environment, optimal voltage reproduction cannot be obtained from the unfiltered or filtered output signal and the signal has relatively negligible power available at the output (eg: V 2 /R; -150 μV and 2 kΩ).
D.h., Undersampling-Systeme, z.B. das in Fig. 78 dargestellte Undersampling-System 7802, sind zum Abwärtswandeln von EM-Signalen mit einer relativ exakten Spannungsreproduktion geeignet. Außerdem beeinflussen sie das ursprüngliche EM-Eingangssignal nur geringfügig. Wie vorstehend dargestellt, sind die Undersampling-Systeme, z.B. das in Fig. 78 dargestellte Undersampling-System 7802, für eine Energieübertragung oder zum Betreiben von Lasten mit niedrigeren Impedanzen nicht gut geeignet.That is, undersampling systems, such as the 7802 undersampling system shown in Fig. 78, are suitable for down-converting EM signals with relatively accurate voltage reproduction. In addition, they have little effect on the original EM input signal. As shown above, the undersampling systems, such as the 7802 undersampling system shown in Fig. 78, are not well suited for power transfer or for driving loads with lower impedances.
0.1.2 Einführung in die Energieübertragung0.1.2 Introduction to energy transfer
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft die Energieübertragung von einem EM-Signal unter Verwendung eines Energieübertragungssignals an Stelle eines Undersampling-Signals. Anders als Undersampling-Signale, die Pulse mit geringfügigen Pulsbreiten aufweisen, weist das Energieübertragungssignal eine Folge von Pulsen mit nicht-geringfügigenOne embodiment of the invention relates to energy transfer from an EM signal using an energy transfer signal instead of an undersampling signal. Unlike undersampling signals, which comprise pulses with marginal pulse widths, the energy transfer signal comprises a sequence of pulses with non-marginal
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Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Dadurch steht für die Energieübertragung von einem EM-Eingangssignal mehr Zeit zur Verfügung. Ein direkter Vorteil besteht darin, daß die Eingangsimpedanz des Systems reduziert ist, so daß praktische Impedanzanpassungsschaltugnen implementierbar sind, um die Energieübertragung und dadurch den Gesamtwirkungsgrad weiter zu verbessern. Durch die nicht-geringfügige übertragene Energie werden der Rauschabstand und das Ansprechverhalten auf sehr schwache Signale wesentlich verbessert und wird ermöglicht, daß das abwärtsgewandelte Signal Lasten mit niedrigerer Impedanz ohne Unterstützung betreiben kann. Signale, für die dies besonders vorteilhaft ist, sind beispielsweise Nidrigleistungssignale, typischerweise HF-Signale. Ein Vorteil einer nicht-geringfügigen Pulsbreite ist, daß Phasenrauschen im Energieübertragungssignal keinen so wesentlichen Effekt auf das abwärtsgewandelte Ausgangssignal hat wie das Phasenrauschen des Undersampling-Signals oder das Phasenrauschen eines herkömmlichen Abtastsignals auf ihre jeweiligen Ausgangssignale haben.Pulse widths tending away from zero in duration, allowing more time for energy to be transferred from an EM input signal. A direct benefit is that the input impedance of the system is reduced, allowing practical impedance matching circuits to be implemented to further improve energy transfer and thereby overall efficiency. The non-de minimis energy transferred significantly improves signal-to-noise ratio and response to very weak signals, and allows the down-converted signal to drive lower impedance loads without assistance. Examples of signals for which this is particularly advantageous include low-power signals, typically RF signals. One benefit of a non-de minimis pulse width is that phase noise in the energy transfer signal does not have as significant an effect on the down-converted output signal as the phase noise of the undersampled signal or the phase noise of a conventional sampling signal have on their respective output signals.
Fig. 82A zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssystem 8202 zum Abwärtswandeln eines EM-Eingangssignals 8204. Das Energieübertragungssystem 8202 weist ein Schaltmodul 8206 und ein als Speicherkapazität 8208 dargestelltes Speichermodul auf. Die hierin verwendeten Ausdrücke "Speichermodul" und "Speicherkapazität" sind von den Ausdrücken "Haltemodul" bzw. "Haltekapazität" zu unterscheiden. Die vorstehend dargestellten Haltemodule und Haltekapazitäten kennzeichnen Systeme, die geringfügige Energiemengen von einem unterabgetasteten EM-Eingangssignal speichern, mit der Absicht, einen Spannungswert zu "halten". Speichermodule und Speicherkapazitäten kennzeichnen dagegen Systeme, die nichtgeringfügige Energiemengen von einem EM-Eingangssignal speichern. 82A shows an exemplary energy transfer system 8202 for down-converting an EM input signal 8204. The energy transfer system 8202 includes a switching module 8206 and a storage module shown as storage capacitance 8208. As used herein, the terms "storage module" and "storage capacitance" are to be distinguished from the terms "holding module" and "holding capacitance," respectively. The holding modules and holding capacitances shown above indicate systems that store small amounts of energy from a subsampled EM input signal with the intent of "holding" a voltage value. In contrast, storage modules and storage capacitances indicate systems that store non-small amounts of energy from an EM input signal.
Das Energieübertragungssystem 8202 empfängt ein Energieübertragungssignal 8210, das das Schaltmodul 8206 steuert.. Das Energieübertragungssignal 8210 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von weg tendiert. Die nichtgeringfügigen Pulsbreiten können eine beliebige Dauer aufweisen. Die nicht-geringfügigen Pulsbreiten können beispielsweise der halben Periode des EM-Eingangssignals entsprechen. Alternativ können die nicht-geringfügigen Pulsbreiten einem beliebigen anderen Bruchteil einer Periode des EM-Eingangssignals entsprechen oder einem Vielfachen einer Periode plus einem Bruchteil. In einer exemplarischen Ausführungsform hat das EM-Eingangssignal eine Frequenz von etwa 900 MHz, und die nicht-geringfügige Pulsbreite beträgt etwa 550 ps. Es kann eine beliebige andere geeignete nichtgeringfügige Pulsdauer verwendet werden.The energy transfer system 8202 receives an energy transfer signal 8210 that controls the switching module 8206. The energy transfer signal 8210 comprises a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths that trend away from . The non-minor pulse widths may have any duration. For example, the non-minor pulse widths may correspond to half the period of the EM input signal. Alternatively, the non-minor pulse widths may correspond to any other fraction of a period of the EM input signal, or a multiple of a period plus a fraction. In an exemplary embodiment, the EM input signal has a frequency of about 900 MHz and the non-minor pulse width is about 550 ps. Any other suitable non-minor pulse duration may be used.
In einer Energieübertragungsumgebung weist das Speichermodul, das in Fig. 82 als eine Speicherkapazität 8208 dargestellt ist, vorzugsweise einen Kapazitätswert auf, gemäß dem die übertragene Leistung handhabbar ist, und gemäß dem während des durch eine nicht-geringfügige Pulsbreite definierten Zeitfensters eine nicht-geringfügige Energie- oder Leistungsmenge übertragbar ist. Dadurch kann die Speicherkapazität 8208 vom EM-Eingangssignal 8204 übertragene Energie speichern, ohne daß die exakte Reproduktion des ursprünglichen, nicht beeinflußten Spannungspegels des EM-Eingangssignals 8204 wesentlich berücksichtigt werden muß. In einer Ausführungsform hat die Speicherkapazität 8208 beispielsweise einen Kapazitätswert im Bereich von 18 pF. Es können andere geeignete Kapazitätswerte und Speichermodule verwendet werden.In a power transfer environment, the storage module, shown in Figure 82 as a storage capacitance 8208, preferably has a capacitance value that can handle the power transferred and that can transfer a non-trivial amount of energy or power during the time window defined by a non-trivial pulse width. This allows the storage capacitance 8208 to store energy transferred by the EM input signal 8204 without significant consideration of exactly reproducing the original, unaffected voltage level of the EM input signal 8204. For example, in one embodiment, the storage capacitance 8208 has a capacitance value in the range of 18 pF. Other suitable capacitance values and storage modules may be used.
Ein Vorteil des Energieübertragungssystems 8202 besteht darin, daß, auch wenn das EM-Eingangssignal 8204 ein sehrAn advantage of the energy transfer system 8202 is that, even if the EM input signal 8204 is a very
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schwaches Signal ist, das Energieübertragungssystem 8202 ausreichend Energie vom EM-Eingangssignal 8204 überträgt, so daß das EM-Eingangssignal effizient abwärtsgewandelt werden kann.weak signal, the energy transfer system 8202 transfers sufficient energy from the EM input signal 8204 so that the EM input signal can be efficiently down-converted.
Das Energieübertragungssystem 8202 ist mit einer Last 8212 gekoppelt. Wie vorstehend in einer Übersicht des Undersampling-Systems dargestellt, können diese Lasten in Hochimpedanzlasten oder Niedrigimpedanzlasten eingeordnet werden. Eine Hochimpedanzlast ist eine Last, die für eine Auscjangstreiberimpedanz des Systems für eine vorgegebene Ausgangsfrequenz relativ unbedeutend ist. Eine Niedrigimpedan2:last ist eine Last, die relativ bedeutend ist. Ein anderer Vorteil des Energieübertragungssystems 8202 besteht darin, daß die nicht geringfügigen übertragenen Energiemengen dem Energieübertragungssystem 8202 ermöglichen, Lasten zu betreiben, die in Undersampling-Systemen und herkömmlichen Abtastsystemen ansonsten als Niedrigimpedanzlasten eingeordnet werden. D.h., die nicht geringfügigen übertragenen Energiemengen gewährleisten, daß die Speicherkapazität 8208 auch für Lasten mit niedrigerer Impedanz ausreichend Energie oder Ladung aufnimmt und hält, um die Last 8202 zu betreiben. Dies wird nachstehend in den Zeitdiagrammen der Figuren 83A-F dargestellt.The energy transfer system 8202 is coupled to a load 8212. As shown above in an overview of the undersampling system, these loads can be classified as high impedance loads or low impedance loads. A high impedance load is a load that is relatively insignificant to an output driver impedance of the system for a given output frequency. A low impedance load is a load that is relatively significant. Another advantage of the energy transfer system 8202 is that the non-trivial amounts of energy transferred enable the energy transfer system 8202 to drive loads that would otherwise be classified as low impedance loads in undersampling systems and conventional sampling systems. That is, the non-trivial amounts of energy transferred ensure that the storage capacitance 8208 will accept and hold sufficient energy or charge to drive the load 8202 even for lower impedance loads. This is illustrated below in the timing diagrams of Figures 83A-F.
Figuren 83A-F zeigen exemplarische Zeitdiagramme für das Energieübertragungssystem 8202 in Fig. 82. Fig. 83A zeicjt ein exemplarisches EM-Eingangssignal 8302.Figures 83A-F show exemplary timing diagrams for the energy transfer system 8202 in Figure 82. Figure 83A shows an exemplary EM input signal 8302.
Fig. 83C zeigt ein exemplarisches Undersampling-Signal 8304 mit Energieübertragungsimpulsen 8306 mit nicht geringfügigen Pulsbreiten, deren Dauer von null weg tendiert.Fig. 83C shows an exemplary undersampling signal 8304 with energy transfer pulses 8306 with non-negligible pulse widths whose duration tends away from zero.
Fig. 83B zeigt die Wirkungen auf das EM-Eingangssignal 8302, gemessen an einem Anschluß 8214 in Fig. 82A, wenn nicht-geringfügige Energiemengen von ihm übertragen werden. In Fig. 83B sind nicht-geringfügige Störungen 8308 mit denFig. 83B shows the effects on the EM input signal 8302 measured at a terminal 8214 in Fig. 82A when non-trivial amounts of energy are transferred from it. In Fig. 83B, non-trivial disturbances 8308 are associated with the
Energieübertragungsimpulsen 8306 in Fig. 83C korreliert. In diesem Beispiel erscheinen die nicht geringfügigen Störungen 8303 in aufeinanderfolgenden Zyklen des EM-Eingangssignals 8302 an verschiedenen Positionen. Die nicht-geringfügigen Störungen 8308 stellen nicht-geringfügige übertragene Energiemengen in der Form von Ladung dar, die zur Speicherkapazität 8208 von Fig. 82 übertragen wird.Energy transfer pulses 8306 in Fig. 83C. In this example, the non-minor perturbations 8303 appear at different positions in successive cycles of the EM input signal 8302. The non-minor perturbations 8308 represent non-minor amounts of transferred energy in the form of charge transferred to the storage capacitance 8208 of Fig. 82.
Fig. 83D zeigt ein abwärtsgewandeltes Signal 8310, das durch vom EM-Eingangssignal 8302 übertragene Energie gebildet wird.Fig. 83D shows a down-converted signal 8310 formed by energy transferred from the EM input signal 8302.
Fig. 83E zeigt das abwärtsgewandelte Signal 8310 in einem komprimierten Maßstab. Das abwärtsgewandelte Signal 8310 kann gefiltert werden, um das in Fig. 83F dargestellte abwärtsgewandelte Signal 8312 zu erzeugen. Das abwärtsgewandelte Signal 8312 ist dem in Fig. 79F dargestellten abwärtsgewandelten Signal ähnlich, außer daß das abwärtsgewandelte Signal 8312 wesentlich mehr Leistung aufweist (z.B.: V2/R; etwa (~) 2 mV und 2 kQ) , als das in Fig. 79F dargestellte abwärtsgewandelte Signal (z.B.: V2/R; -5 mV und 1 &Mgr;&OHgr;) . Dadurch können die abwärtsgewandelten Signale 8310 und 8312 Lasten mit niedrigerer Impedanz effizient betreiben, vorausgesetzt, daß das EM-Eingangssignal 8204 in einer HF-Umgebung typischerweise eine Treiberimpedanz von 50 &OHgr; (z.B.: V2/R; ~583E shows the down-converted signal 8310 in a compressed scale. The down-converted signal 8310 can be filtered to produce the down-converted signal 8312 shown in FIG. 83F. The down-converted signal 8312 is similar to the down-converted signal shown in FIG. 79F, except that the down-converted signal 8312 has significantly more power (eg: V 2 /R; about (~) 2 mV and 2 kΩ) than the down-converted signal shown in FIG. 79F (eg: V 2 /R; -5 mV and 1 μΩ). This allows the down-converted signals 8310 and 8312 to efficiently drive lower impedance loads, provided that the EM input signal 8204 in an RF environment typically has a driver impedance of 50 Ω (eg: V 2 /R; ~5
mV und 50 &OHgr;) aufweist.mV and 50 Ω).
Die Energieübertragungsaspekte der Erfindung sind allgemein durch das Bezugszeichen 4506 in den Figuren 45A und 45B dargestellt.The energy transfer aspects of the invention are generally illustrated by reference numeral 4506 in Figures 45A and 45B.
1. Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein ZF-EM-Zwischenfrequenzsignal durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate1. Downconversion of an EM signal into an IF EM intermediate frequency signal by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate
In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein EM-Signal durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliaising-Rate auf ein ZF-Signal abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B durch das Bezugszeichen 4514 darciestellt.In one embodiment of the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate. This embodiment is illustrated in Figure 45B by reference numeral 4514.
Diese Ausführungsform ist mit einem beliebigen EM-Signaltyp implementierbar, z.B. mit modulierten Trägersignal oder unmodulierten Trägersignalen. Diese Ausführungsform wird hierin unter Verwendung des modulierten Trägersignals FMC von Fig. 1 als Beispiel beschrieben. In dem Beispiel wird ein moduliertes Trägersignal FMC in ein Zwischenfrequenz (ZF) -signal Fx F abwärtsgewandelt. Das Zwischenfrequenzsignal Fx F kann unter Verwendung herkömmlicher Demodulationstechniken in ein Basisbandsignal FDMB demoduliert werden. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiges EM-Sigrial, z.B. ein moduliertes Trägersignal und ein unmoduliertes Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.This embodiment is implementable with any type of EM signal, e.g., modulated carrier signal or unmodulated carrier signal. This embodiment is described herein using the modulated carrier signal F MC of Fig. 1 as an example. In the example, a modulated carrier signal F MC is down-converted to an intermediate frequency (IF) signal F x F. The intermediate frequency signal F x F can be demodulated to a baseband signal F DMB using conventional demodulation techniques. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention is implementable to down-convert any EM signal, e.g., a modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
In den folgenden Abschnitten werden Verfahren zum Abwärtswandeln eines EM-Signals in ein ZF-Signal FIF durch Energieübertragung vom EM-Signal mit einer Aliasing-Rate beschrieben. Es werden auch exemplarische strukturelle Ausführunqjsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.In the following sections, methods for down-converting an EM signal to an IF signal F IF by transferring energy from the EM signal at an aliasing rate are described. Exemplary structural embodiments for implementing the methods are also described. However, the invention is not limited to the specific embodiments described below. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that equivalent implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, exemplarische Ausführungsformen und Implementierungsbeispiele .The following sections include a high-level description, exemplary embodiments, and implementation examples.
1.1 High-Level-Beschreibung1.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung der erfindungsgemäßen Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein ZF-Signal Fjf durch Energieübertragung bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das modulierte ZF-Trägersignal F1F durch Energieübertragung in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Diese strukturelle Implementierung wird hierin zur Erläuterung beschrieben und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen in diesem Abschnitt eine beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.Through this section (including its subsections), a high-level description of the inventive downconversion of an EM signal to an IF signal Fjf by energy transfer is provided. In particular, an operating method for downconverting the modulated carrier signal F MC to the modulated IF carrier signal F 1F by energy transfer is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. This structural implementation is described herein for illustration and is not intended to be limiting. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
1.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.1.1 Description of the functionality
Fig. 46B zeigt ein Ablauf diagramm 4607, das ein exemplarisches Verfahren zum Abwärtswandeln eines EM-Signals in ein Zwischenfrequenzsignal FXF durch Energieübertragung vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate darstellt. Das im Ablaufdiagramm 4607 dargestellte exemplarische Verfahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 4601 von Fig. 46A.46B shows a flow diagram 4607 illustrating an exemplary method for down-converting an EM signal to an intermediate frequency signal F XF by transferring energy from the EM signal at the aliasing rate. The exemplary method illustrated in flow diagram 4607 is an embodiment of the flow diagram 4601 of FIG. 46A.
Für die vorliegende Erfindung ist ein beliebiges und sind alle Kombinationen von Modulationsverfahren anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale AM-Trägersignal 616 für eine High-Level-Funktionsbeschreibung der Erfindung verwendet. Durch die folgenden Abschnitte werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für Beispiele von AM-, FM- und PM-Ausführungsformen bereitgestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger EM-Signaltyp, einschließlich jeglicher Form eines modulierten Trägersignals und eines unmodulierten Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.Any and all combinations of modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital AM carrier signal 616 is used for a high-level functional description of the invention. Detailed timing diagrams and descriptions for examples of AM, FM and PM embodiments are provided throughout the following sections. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention can be implemented to down-convert any type of EM signal, including any form of modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
Das im Ablaufdiagramm 4607 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-Beschreibung unter Verwendung des digitalen AM-Trägersignals 616 von Fig. 6C dargestellt. Durch die folgenden Abschnitte werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für Beispiele von AM-, FM- und PM-Ausführungsformen bereitgestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger EM-Signaltyp, einschließlich jeglicher Form eines modulierten Trägersignals und eines unmodulierten Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.The method illustrated in flow diagram 4607 is illustrated below with a high-level description using the digital AM carrier signal 616 of FIG. 6C. Detailed flow diagrams and descriptions are provided throughout the following sections for example AM, FM, and PM embodiments. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention can be implemented to down-convert any type of EM signal, including any form of modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Schritt 4608 ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt. Das digitale AM-Trägersignal 616 von Fig. 6C ist in Fig. 47A zur Vereinfachung erneut dargestellt. Fig. 47E zeigt einen Abschnitt des digitalen AM-Trägersignals 616 in einem expandierten Zeitmaßstab. Processing begins in step 4608 where an EM signal is received. Step 4608 is represented by the digital AM carrier signal 616. The digital AM carrier signal 616 of FIG. 6C is re-illustrated in FIG. 47A for simplicity. FIG. 47E shows a portion of the digital AM carrier signal 616 on an expanded time scale.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 47B zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 4702. Das Ener-In step 4610, an energy transfer signal is received that has an aliasing rate F AR . Fig. 47B shows an exemplary energy transfer signal 4702. The energy
gieübertragungssignal 4702 weist eine Folge von Energieübertracjungsimpulsen 4704 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten 4701 auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Pulsbreiten 4701 können im allgemeinen eine von der Periode des EM-Signals verschiedene, beliebige Dauer haben. Beispielsweise können die Pulsbreiten 4701 größer oder kleiner sein als eine Periode des EM-Signals. Daher können die Pulsbreiten 4701 etwa 1/10, 1/4, 1/2, 3/4, usw. oder einem beliebigen anderen Bruchteil der Periode des EM-Signals entsprechen. Alternativ können die Pulsbreiten 4701 einer oder mehreren Perioden des EM-Signals plus 1/10, 1/4, 1/2, 3/4, usw. oder einem beliebigen anderen Bruchteil einer Peride des EM-Signals entsprechen. Die Pulsbreiten 4701 können basierend auf einem oder mehreren von verschiedenen Kriterien optimiert werden, wie in folgenden Abschnitten beschrieben wird.Energy transfer signal 4702 comprises a train of energy transfer pulses 4704 having non-minor pulse widths 4701 whose duration tends away from zero. Pulse widths 4701 may generally have any duration other than the period of the EM signal. For example, pulse widths 4701 may be greater or less than a period of the EM signal. Therefore, pulse widths 4701 may be approximately 1/10, 1/4, 1/2, 3/4, etc., or any other fraction of the period of the EM signal. Alternatively, pulse widths 4701 may be one or more periods of the EM signal plus 1/10, 1/4, 1/2, 3/4, etc., or any other fraction of a period of the EM signal. The 4701 pulse widths can be optimized based on one or more of various criteria, as described in the following sections.
Die Energieübertragungsimpulse 4704 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate. Eine geeignete Aliasing-Rate kann wie nachstehend beschrieben bestimmt oder ausgewählt werden. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate, wenn ein EM-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wird, einer Differenzfrequenz, die nachstehend beschrieben wird, oder einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz im wesentlichen gleich.The energy transfer pulses 4704 repeat at the aliasing rate. A suitable aliasing rate can be determined or selected as described below. In general, when an EM signal is down-converted to an intermediate frequency signal, the aliasing rate is substantially equal to a difference frequency, described below, or a harmonic or, more typically, a subharmonic of the difference frequency.
In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FXF abwärtszuwandeln. Fig. 47C zeigt die übertragene Energie 4706, die während der Energieübertragungsimpulse 4704 vom EM-Signal übertragen wird. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von der Frequenz des AM-Signals 616 versetzt ist, durchwandern die Pulse 4704 das AM-Signal 6116 mit der versetzten oder Offset-Frequenz. Durch das "Durchwandern" des AM-Signals 616 bildet die übertragene Energie 4706 ein AM-Zwischenfrequenzsignal 4706, das dem AM-In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F XF . Figure 47C shows the transferred energy 4706 transferred from the EM signal during the energy transfer pulses 4704. Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the frequency of the AM signal 616, the pulses 4704 traverse the AM signal 6116 at the offset frequency. By "traversing" the AM signal 616, the transferred energy 4706 forms an AM intermediate frequency signal 4706 that corresponds to the AM
Trägersignal 616 ähnlich ist, außer daß das AM-Zwischenfrequenzsignal eine niedrigere Frequenz aufweist als das AM-Trägersignal 616. Das AM-Trägersignal 616 kann durch Einstellen der Aliasing-Rate FAR in eine beliebige Frequenz unterhalb derjenigen des AM-Trägersignals 616 abwärtsgewandelt werde, wie nachstehend beschrieben wird.carrier signal 616 except that the AM intermediate frequency signal has a lower frequency than the AM carrier signal 616. The AM carrier signal 616 can be down-converted to any frequency below that of the AM carrier signal 616 by adjusting the aliasing rate F AR as described below.
Fig. 47D zeigt das AM-Zwischenfrequenzsignal 4706 als ein gefiltertes Ausgangssignal 4708. In einer alternativen Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein stufenförmiges oder ungefiltertes Ausgangssignal ausgegeben. Die Wahl zwischen einem gefilterten, einem teilgefilterten und einem nichtgefilterten Ausgangssignal wird allgemein durch die Konstruktion festgelegt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt .Fig. 47D shows the AM intermediate frequency signal 4706 as a filtered output signal 4708. In an alternative embodiment, a stepped or unfiltered output signal is output according to the invention. The choice between a filtered, a partially filtered and an unfiltered output signal is generally determined by the design, which depends on the application of the invention.
Die Zwischenfrequenz des abwärtsgewandelten Signals FXF, das in deisem Beispiel das Zwischenfrequenzsignal 4706 und 4703 ist, kann gemäß Gl. (2) bestimmt werden, die nachstehend zur Vereinfachung erneut dargestellt wird.The intermediate frequency of the down-converted signal F XF , which in this example is the intermediate frequency signal 4706 and 4703, can be determined according to Eq. (2), which is repeated below for simplicity.
Gl. (2)Eq. (2)
Eine geeignete Aliasing-Rate F^ kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Ein exemplarisches Verfahren zum bestimmen der Aliasing-Rate FAR ist nachstehend dargestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, wie geeignete Aliasing-Raten für EM-Signale bestimmt werden, auch für Signale, die von den hierin spezifisch beschriebenen modulierten Trägersignalen verschieden sind.A suitable aliasing rate F^ can be determined in several ways. An exemplary method for determining the aliasing rate F AR is shown below. Those skilled in the art will appreciate from this description how to determine suitable aliasing rates for EM signals, even for signals other than the modulated carrier signals specifically described herein.
In Fig. 48 zeigt ein Ablauf diagramm 4801 eine exemplarische Verarbeitung zum Bestimmen einer Aliasing-Rate FAR. Durch einen Konstrukteur kann jedoch bestimmt werden, oderIn Fig. 48, a flow chart 4801 shows an exemplary processing for determining an aliasing rate F AR . However, a designer may determine or
durch die Anwendung kann vorgegeben sein, daß die Werte in einer von der dargestellten Folge verschiedenen Folge bestimmt werden. Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4802, in dem die Frequenz des EM-Signals bestimmt oder ausgewählt wird. Die Frequenz des AM-Trägersignals 616 kann beispielsweise 901 MHz betragen.The application may specify that the values be determined in a sequence different from that shown. Processing begins in step 4802 where the frequency of the EM signal is determined or selected. For example, the frequency of the AM carrier signal 616 may be 901 MHz.
In Schritt 4804 wird die Zwischenfrequenz bestimmt oder ausgewählt. Dies ist die Frequenz, in die das EM-Signal abwärtsgewandelt wird. Die Zwischenfrequenz kann so festgelegt oder gewählt werden, daß sie einer Frequenzanforderung eines stromabwärts angeordneten Demodulators angepaßt ist. Die Zwischenfrequenz kann beispielsweise 1 MHz betragen.In step 4804, the intermediate frequency is determined or selected. This is the frequency to which the EM signal is down-converted. The intermediate frequency may be determined or selected to match a frequency requirement of a downstream demodulator. For example, the intermediate frequency may be 1 MHz.
In Schritt 4806 wird die Aliasing-Rate oder werden die Aliasing-Raten bestimmt, durch die das EM-Signal in das in Schritt 4804 spezifizierte ZF-Signal abwärtsgewandelt wird.In step 4806, the aliasing rate or rates by which the EM signal is down-converted to the IF signal specified in step 4804 are determined.
Gl. (2) kann umgeschrieben werden in Gl. (3):Eq. (2) can be rewritten as Eq. (3):
= Fc ± FIF Gl. (3)= Fc ± F IF Eq. (3)
Diese Gleichung kann umgeschrieben werden in Gl. (4):This equation can be rewritten as Eq. (4):
Gl. (4)Eq. (4)
oder in Gl. (5):or in Eq. (5):
— Gl. (5)—Eq. (5)
± Fif) kann als Differenzwert Fqiff definiert werden, wie in Gl. (6) dargestellt:± Fif) can be defined as the difference value Fqiff, as shown in Eq. (6):
(Fc±FIF) = FDIFF Gl. (6)(Fc±F IF ) = F DIFF Eq. (6)
Gl. (4) kann umgeschrieben werden in Gl. (7):Eq. (4) can be rewritten as Eq. (7):
^ Gl. (7)^ Eq. (7)
rAR r AR
Gemäß Gl. (7) ist ersichtlich, daß FDIFF für einen vorgegebenen Wert &eegr; und einen konstanten Wert für FAR konstant ist. Für den Fall FDIFF = Fc - FIF und für einen konstanten Wert Fdiff nimmt FIF, wenn Fc zunimmt, notwendigerweise zu. Für den Fall FDIFF = Fc + Fif und für einen konstanten Wert FDjFF nimmt FIF, wenn Fc zunimmt, notwendigerweise ab. Im letztgenannten Fall FDIFF = Fc + FIF entsprechen jegliche Phasen- oder Frequenzänderungen von Fc einer umgekehrten oder invertierten Phasen- oder Frequenzänderung von FIF. Dies wird erwähnt, um zu verdeutlichen, daß, wenn FDIFF = Fc - FIF verwendet wird, durch den vorstehend erwähnten Effekt das Phasen- und Frequenzverhalten des modulierten Zwischenfrequenzsignals FIF beeinflußt wird.According to equation (7), it can be seen that F DIFF is constant for a given value η and a constant value of F AR . For the case F DIFF = F c - F IF and for a constant value of Fdiff , as F c increases, F IF necessarily increases. For the case F DIFF = F c + Fif and for a constant value of F D j FF , as Fc increases, F IF necessarily decreases. In the latter case F DIFF = F c + F IF , any phase or frequency changes of F c correspond to an inverse or inverted phase or frequency change of F IF . This is mentioned to clarify that when F DIFF = F c - F IF is used, the phase and frequency behavior of the modulated intermediate frequency signal F IF is influenced by the above-mentioned effect.
Die Gleichungen (2) bis (7) können für jeden zulässigen Wert von &eegr; gelöst werden. Ein geeigneter Wert &eegr; kann für jede vorgegebene Differenzfrequenz FDJFF und für jede gewünschte Aliasing-Rate FAR(gewünscht) bestimmt werden. Die Gleichungen (2) bis (7) können verwendet werden, um eine bestimmte Harmonische zu identifizieren, die der gewünschten Aliasing-Rate FAR(gewünscht) am nächsten liegt, die das gewünschte Zwischenfrequenzsignal FIE- erzeugen wird.Equations (2) to (7) can be solved for any permissible value of η. An appropriate value of η can be determined for any given difference frequency F DJFF and for any desired aliasing rate F AR(desired) . Equations (2) to (7) can be used to identify a particular harmonic closest to the desired aliasing rate F AR(desired ) that will produce the desired intermediate frequency signal F IE - .
Nachstehend wird ein Beispiel zum Bestimmen eines geeigneten Wertes &eegr; für eine vorgegebene Differenzfrequenz FDiFF und für eine gewünschte Aliasing-Rate FAR(gewünscht) dargestellt. Zur einfacheren Beschreibung wird im nachstehenden Beispiel lediglich der Fall (Fc - FIF) dargestellt.An example of determining an appropriate value η for a given difference frequency F D i FF and for a desired aliasing rate F AR(desired) is shown below. For ease of description, only the case (F c - F IF ) is shown in the example below.
F -F FF-F F
C1IF _ l C 1 IF _ l
DIFFDIFF
F FF F
AR(gewünscht) AR(gewünscht)AR(desired) AR(desired)
Die gewünschte Aliasing-Rate FAR(gewünscht) kann beispielsweise 140 MHz betragen. Unter Verwendung der vorstehenden Beispiele, in denen die Trägerfrequenz 901 MHz und die Zwischenfrequenz 1 MHz beträgt, wird der Anfangswert von &eegr; bestimmt als:For example, the desired aliasing rate F AR(desired) may be 140 MHz. Using the above examples where the carrier frequency is 901 MHz and the intermediate frequency is 1 MHz, the initial value of η is determined as:
901MHz-IMHz 900 CA 901MHz-IMHz 900 CA
&eegr; = = = 6,4η = = = 6.4
140 MHz 140140MHz 140
Der Anfangswert 6,4 kann auf den nächsten gültigen Wert n, der vorstehend definiert wurde als z.B. (0,5, 1, 2, 3, ...) auf- oder abgerundet werden. In diesem Beispiel wird der Wert 6,4 auf 6,0 abgerundet, und dieser Wert wird für den Fall (Fc - FIF) = FDIFF in Gl. (5) eingesetzt.The initial value 6.4 can be rounded up or down to the next valid value n defined above as e.g. (0.5, 1, 2, 3, ...). In this example, the value 6.4 is rounded down to 6.0 and this value is substituted into Eq. (5) for the case (F c - F IF ) = F DIFF .
F -FF-F
_, 901MHz-IMHz 900MHz &igr;&sfgr;&eegr;&lgr;/&Ggr;&ugr;
Far = Z = Z = 150&Mgr;&EEgr;&zgr;_, 901MHz-IMHz 900MHz &igr;&sfgr;&eegr;&lgr;/&Ggr;&ugr;
Far = Z = Z = 150µ&EEgr;&zgr;
D.h., durch Energieübertragung von einem 901 MHz-EM-Trägersignals mit einer Frequenz von 150 MHz wird ein Zwischenfrequenzsignal mit einer Frequenz von 1 MHz erzeugt. Wenn das EM-Trägersignal ein moduliertes Trägersignal ist, wird das Zwischenfrequenzsignal ebenfalls im wesentlichen die Modulation aufweisen. Das moduleirte Zwischenfrequenzsignal kann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.That is, by transferring energy from a 901 MHz EM carrier signal having a frequency of 150 MHz, an intermediate frequency signal having a frequency of 1 MHz is generated. If the EM carrier signal is a modulated carrier signal, the intermediate frequency signal will also substantially exhibit the modulation. The modulated intermediate frequency signal can be demodulated by any conventional demodulation technique.
Alternativ kann, anstatt von einer gewünschten Aliasing-Rate zu beginnen, eine Liste geeigneter Aliasing-Raten aus der modifizierten Form von Gl. (5) bestimmt werden, indem eine Lösung für verschiedene Werte von &eegr; bestimmt wird. Beispiellösungen sind nachstehend dargestellt.Alternatively, instead of starting from a desired aliasing rate, a list of suitable aliasing rates can be determined from the modified form of Eq. (5) by determining a solution for various values of η. Example solutions are shown below.
- (fc-fif) _ Fdiff _ 901MHz-IMHz __ 900MHz
&eegr; &eegr; &eegr; &eegr;- ( f c- f if) _ F diff _ 901MHz-IMHz __ 900MHz
&eegr;&eegr;&eegr;&eegr;
Lösung für &eegr; =0,5, 1, 2, 3, 4, 5 und 6:Solution for &eegr; =0.5, 1, 2, 3, 4, 5 and 6:
900 MHz/0,5 = 1,8 GHz (d.h., zweite Harmonische);
900 MHz/1 = 900 MHz (d.h., Grundfrequenz);
900 MHz/2 = 450 MHz (d.h., zweite Subharmonische);
900 MHz/3 = 300 MHz (d.h., dritte Subharmonische);
900 MHz/4 = 225 MHz (d.h., vierte Subharmonische);
900 MHz/5 = 180 MHz (d.h., fünfte Subharmonische);
900 MHz/6 = 150 MHz (d.h., sechste Subharmonische).900 MHz/0.5 = 1.8 GHz (ie, second harmonic);
900 MHz/1 = 900 MHz (ie, fundamental frequency);
900 MHz/2 = 450 MHz (ie, second subharmonic);
900 MHz/3 = 300 MHz (ie, third subharmonic);
900 MHz/4 = 225 MHz (ie, fourth subharmonic);
900 MHz/5 = 180 MHz (ie, fifth subharmonic);
900 MHz/6 = 150 MHz (i.e., sixth subharmonic).
Die vorstehend beschriebenen Schritte können für den Fall (Fc + FiF) auf ähnliche Weise ausgeführt werden. Die Ergebnisse können mit den im Fall von (Fc - FIF) erhaltenen Ergebnissen verglichen werden, um zu bestimmen, welches Ergebnis für eine Anwendung geeigneter ist.The steps described above can be carried out in a similar manner for the case (Fc + Fi F ). The results can be compared with the results obtained in the case of (F c - F IF ) to determine which result is more suitable for an application.
In einer Ausführungsform wird erfindungsgemäß ein EM-Signal in ein relativ standardmäßiges ZF-Signal mit einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz bis 200 MHz abwärtsgewandelt. In einer anderen Ausführungsform, die hierin als Small-Offset-Implementierung bezeichnet wird, wird erfindungsgemäß ein EM-Signal in ein ZF-Signal mit einer relativ niedrigen Frequenz von beispielsweise weniger als 100 kHz abwärtsgewandelt. In einer anderen Ausführungsform, die hierin als Large-Offset-Implementierung bezeichnet wird, wird ein EM-Signal erfindungsgemäß in ein ZF-Signal mit einer relativ höheren Frequenz von z.B. mehr als 200 MHz abwärtsgewandelt .In one embodiment, according to the invention, an EM signal is down-converted to a relatively standard IF signal having a frequency of, for example, 100 kHz to 200 MHz. In another embodiment, referred to herein as a small offset implementation, according to the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal having a relatively low frequency of, for example, less than 100 kHz. In another embodiment, referred to herein as a large offset implementation, according to the invention, an EM signal is down-converted to an IF signal having a relatively higher frequency of, for example, more than 200 MHz.
Durch die verschiedenen Offset-Implementierungen werden Auswahlmöglichkeiten für verschiedene Anwendungen bereitgestellt. Im allgemeinen können Anwendungen mit einer niedrigeren Datenrate bei niedrigeren Zwischenfrequenzen betrieben werden. Durch höhere Zwischenfrequenzen kann jedoch eine größere Informationsmenge für ein vorgegebenes Modulationsverfahren unterstützt werden.The different offset implementations provide choices for different applications. In general, lower data rate applications can operate at lower intermediate frequencies. However, higher intermediate frequencies can support a larger amount of information for a given modulation scheme.
Erfindungsgemäß wählt ein Konstrukteur eine optimale Informationsbandbreite für eine Anwendung und eine optimale Zwischenfrequenz zum Unterstützen des Basisbandsignals aus. Die Zwischenfrequenz sollte ausreichend hoch sein, um die Bandbreite des modulierenden Basisbandsignals FMB zu unterstützen. According to the invention, a designer selects an optimal information bandwidth for an application and an optimal intermediate frequency to support the baseband signal. The intermediate frequency should be sufficiently high to support the bandwidth of the modulating baseband signal F MB .
Im allgemeinen nimmt die Frequenz des abwärtsgewandelten ZF-Signals ab, wenn die Aliasing-Rate sich einer Frequenz einer Harmonischen oder Subharmonischen des EM-Signals nähert. Ähnlicherweise nimmt die Frequenz des abwärtsgewandelten ZF-Signals ab, wenn die Aliasing-Rate sich von einer Frequenz einer Harmonischen oder Subharmonischen des EM-Signals entfernt.In general, the frequency of the down-converted IF signal decreases as the aliasing rate approaches a harmonic or subharmonic frequency of the EM signal. Similarly, the frequency of the down-converted IF signal decreases as the aliasing rate moves away from a harmonic or subharmonic frequency of the EM signal.
Aliased Frequenzen treten ober- und unterhalb jeder Harmonischen der Aliasing-Frequenz auf. Am eine Beimischung oder Abbildung anderer Aliasing-Frequenzen in das Band der Aliasing-Frequenz (ZF) von Interesse zu vermeiden, sollte sich die Zwischenfrequenz vorzugsweise nicht in der Nähe der halben Aliasing-Rate befinden.Aliased frequencies occur above and below each harmonic of the aliasing frequency. To avoid mixing or mapping other aliasing frequencies into the band of the aliasing frequency (IF) of interest, the intermediate frequency should preferably not be near half the aliasing rate.
Wie in Implementierungsbeispielen nachstehend beschrieben wird, wird durch ein Aliasing-Modul, das ein erfindungsgemäß konstruiertes universelles Frequenzumsetzungs (UFT) modul aufweist, ein breiter Flexibilitätsbereich in der Frequenzauswahl bereitgestellt, so daß es für einen breiten Anwendungsbereich geeignet ist. Herkömmliche Systeme bieten oder ermöglichen diesen Flexibilitätsgrad in der Frequenzauswahl nicht leicht.As described in implementation examples below, an aliasing module comprising a universal frequency translation (UFT) module constructed in accordance with the invention provides a wide range of flexibility in frequency selection, making it suitable for a wide range of applications. Conventional systems do not readily provide or enable this level of flexibility in frequency selection.
1.1.2 Beschreibung der Struktur1.1.2 Description of the structure
Fig. 63 zeigt ein Blockdiagramm eines Energieübertragungssystems 6302 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Energieübertragungssystem 6302 ist eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 von Fig. 13. Das Energieübertragungssystem 6302 weist ein Energieübertragungsmodul 630 6 auf. Das Energieübertragungsmodul 6306 empfängt das EM-Signal 1304 und ein Energieübertragungssignal 6304, das eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten aufweist, derenFig. 63 shows a block diagram of an energy transfer system 6302 according to an embodiment of the invention. The energy transfer system 6302 is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 of Fig. 13. The energy transfer system 6302 comprises an energy transfer module 6306. The energy transfer module 6306 receives the EM signal 1304 and an energy transfer signal 6304 comprising a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths whose
Dauer von null weg tendiert und die bei einer Frequenz auftreten, die der Aliasing-Rate Fm gleicht. Das Energieübertragungssignal 6306 ist eine exemplarische Ausführungsform des Aliasing-Signals 1310 von Fig. 13. Das Energieübertragungsmodul 6306 überträgt Energie vom EM-Signal 1304 mit der Aliasing-Rate FAR des Energieübertragungssignals 6306.duration tending away from zero and occurring at a frequency equal to the aliasing rate F m . The energy transfer signal 6306 is an exemplary embodiment of the aliasing signal 1310 of Fig. 13. The energy transfer module 6306 transfers energy from the EM signal 1304 at the aliasing rate F AR of the energy transfer signal 6306.
Vorzugsweise überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom EM-Signal 1304, um es auf die im Ablaufdiagramm 4607 von Fig. 46B dargestellte Weise in das Zwischenfrequenzsignal FiF abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfancfs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablaufdiagramms 4607 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich.Preferably, the energy transfer module 6304 transfers energy from the EM signal 1304 to down-convert it to the intermediate frequency signal Fi F in the manner illustrated in the flow diagram 4607 of FIG. 46B. Other structural embodiments for carrying out the steps of the flow diagram 4607 are possible within the scope of the invention. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Beziug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme in den Figuren 47A-E beschrieben. In Schritt 4608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das AM-Trägersignal 616. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 4702. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate, um das AM-Trägersignal 616 in das Zwischenfrequenzsignal 4706 oder 4708 abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 6302 is described below with reference to the flowchart 4607 and the timing diagrams in Figures 47A-E. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the AM carrier signal 616. In step 4610, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 4702. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the AM carrier signal 616 at the aliasing rate to down-convert the AM carrier signal 616 to the intermediate frequency signal 4706 or 4708.
Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6302 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt. Implementation examples of the energy transfer module 6302 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2 Exemplarische Ausfuhrungsformen1.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en), die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen.. In this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Das Verfahren zum Abwärtswandeln des EM-Signals 1304 durch Energieübertragung kann mit einem beliebigen EM-Signaltyp implementiert werden, z.B. mit modulierten EM-Trägersignalen und unmodulierten EM-Trägersignalen. Beispielsweise kann das Verfahren gemäß dem Ablaufdiagramm 4601 implementiert werden, um AM-, FM, PM-Trägersignale, usw. oder eine beliebige Kombination davon abwärtszuwandeln. Nachstehend wird die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4 601 von Fig. 46A zum Abwärtswandeln von AM-, FM- und PM-Signalen beschrieben. Die beschriebenen Abwärtswandlungsverfahren schließen eine Abwärtswandlung in Zwischenfrequenzsignale, eine direkte Abwärtswandlung in demodulierte Basisbandsignale und eine Abwärtswandlung von FM-Signalen in Nicht-FM-Signalen ein. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.The method for downconverting the EM signal 1304 by energy transfer can be implemented with any type of EM signal, such as modulated EM carrier signals and unmodulated EM carrier signals. For example, the method according to flowchart 4601 can be implemented to downconvert AM, FM, PM carrier signals, etc., or any combination thereof. The processing of flowchart 4601 of FIG. 46A for downconverting AM, FM, and PM signals is described below. The downconversion methods described include downconversion to intermediate frequency signals, direct downconversion to demodulated baseband signals, and downconversion of FM signals to non-FM signals. The exemplary descriptions below are provided to illustrate the present invention. The present invention is not limited by or to the exemplary embodiments below.
1.2.1 Erste exemplarische Ausfuhrungsform: Amplitudenmodulation
1.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.1 First exemplary embodiment: amplitude modulation
1.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4607 in Fig. 46B für das in Fig. 5C dargestellte analoge AM-Trägersignal 516 und für das in Fig. 6C dargestellte digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben.The exemplary processing of the flow chart 4607 in Fig. 46B for the analog AM carrier signal 516 shown in Fig. 5C and for the digital AM carrier signal 616 shown in Fig. 6C will be described below.
1.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal1.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 von Fig. 46B ein Verfahren zum Abwärtswandeln des analogen AM-Trägersignals 516 von Fig. 5C in ein analoges AM-Zwischenfrequenzsignal beschrieben. Das analoge AM-Träqjersignal 516 ist zur Vereinfachung in Fig. 5OA erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge AM-Träcjersignal 516 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig.. 5OB stellt ein analoges AM-Trägersignal 5004 einen Abschnitt des analogen AM-Trägersignals 516 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the analog AM carrier signal 516 of FIG. 5C to an analog AM intermediate frequency signal is described below with reference to the flow chart 4607 of FIG. 46B. The analog AM carrier signal 516 is shown again in FIG. 50A for simplicity. In this example, the analog AM carrier signal 516 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 50B, an analog AM carrier signal 5004 represents a portion of the analog AM carrier signal 516 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem das EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge AM-Trägersignal 516 dargestellt.Processing begins in step 4608 where the EM signal is received. This is represented by the analog AM carrier signal 516.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 5OC zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5006 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 5OB. das Energieübertragungssignal 5006 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5007 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5007 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAR,In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Fig. 50C shows an exemplary energy transfer signal 5006 at approximately the same time scale as in Fig. 50B. The energy transfer signal 5006 comprises a train of energy transfer pulses 5007 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 5007 repeat at the aliasing rate F AR ,
die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich.which is determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR when downconverting to an intermediate frequency signal is substantially equal to a harmonic or, more typically, a subharmonic of the difference frequency F DIFF .
In Schritt 4612 wird Energie mit der Aliasing-Rate vom EM-Signals übertragen, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. In Fig. 5OD zeigt ein beeinflußtes analoges AM-Trägersignal 5008 Effekte der Energieübertragung vom analogen AM-Trägersignal 516 mit der Aliasing-Rate. Das beeinflußte analoge AM-Trägersignal 5008 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 5OB und 5OC dargestellt.In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . In Fig. 50D, an affected analog AM carrier signal 5008 shows effects of energy transfer from the analog AM carrier signal 516 at the aliasing rate. The affected analog AM carrier signal 5008 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 50B and 50C.
Fig. 5OE zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes AM-Zwischenfrequenzsignal 5012. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5012 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Fig. 50E shows a down-converted AM intermediate frequency signal 5012 produced by the down-conversion process. The AM intermediate frequency signal 5012 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das abwärtsgewandelte Signal 5012 weist Abschnitte 5010A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5007 in Fig. 5OC korreliert sind, und Abschnitte 5010B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5007. Die Abschnitte 5010A stellen Energie dar, die vom analogen AM-Signal 516 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5010A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5007 geschlossen ist. Die Abschnitte 5010B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5010B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach Energieübertragungsimpulsen 5007 geöffnet ist.The down-converted signal 5012 has portions 5010A correlated with the energy transfer pulses 5007 in Figure 50C and portions 5010B between the energy transfer pulses 5007. The portions 5010A represent energy transferred from the analog AM signal 516 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 5010A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5007. The portions 5010B represent energy stored in a storage device to continue driving the load. The portions 5010B appear when the switching module is opened after energy transfer pulses 5007.
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Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate vom analogen AM-Trägersignal 516 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5007 das analoge AM-Trägersignal 516 mit der Differenzfrequenz FDIFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5007 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des AM-Trägersignals 516 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5007 verschiedene Energiemengen vom analogen AM-Signals 516 erfaßt, wie durch Abschnitte 5010A dargestellt, wodurch das AM-Zwischenfrequenzsignal 5012 eine Oszillationsfrequenz FIF erhält. Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the analog AM carrier signal 516, the energy transfer pulses 5007 "traverse" the analog AM carrier signal 516 at the difference frequency F DIFF . That is, the energy transfer pulses 5007 appear at different positions in successive cycles of the AM carrier signal 516. Therefore, different amounts of energy are captured by the energy transfer pulses 5007 from the analog AM signal 516, as represented by portions 5010A, thereby giving the AM intermediate frequency signal 5012 an oscillation frequency F IF .
In Fig. 5OF stellt ein AM-Zwischenfrequenzsignal 5014 das AM-Zwischenfrequenzsignal 5012 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 5OG stellt ein AM-Zwischenf requenzsignal 5016 eine gefilterte Version des AM-Zwischenf requenzsignals 5014 dar. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5016 ist dem AM-Trägersignal 5016 im wesentlichen ähnlich, außer daß das AM-Zwischenfrequenzsignal 516 eine Zwischenfrequenz aufweist. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5016 kann dann durch eine beliebige herkömmliches Demodulationstechnik demoduliert werden.In FIG. 50F, an AM intermediate frequency signal 5014 represents the AM intermediate frequency signal 5012 in a compressed time scale. In FIG. 50G, an AM intermediate frequency signal 5016 represents a filtered version of the AM intermediate frequency signal 5014. The AM intermediate frequency signal 5016 is substantially similar to the AM carrier signal 5016 except that the AM intermediate frequency signal 5016 has an intermediate frequency. The AM intermediate frequency signal 5016 may then be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte AM-Zwischenfrequenzsignal 5014, das gefilterte AM-Zwischenf requenzsignal 5016, ein teilgefiltertes AM-Zwischenf requenzsignal·, ein stufenförmiges Ausgangssignal·, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl· zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention can output the unfiltered AM intermediate frequency signal 5014, the filtered AM intermediate frequency signal 5016, a partially filtered AM intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Signaie, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die AM-Zwischenfrequenzsignale 5014 in Fig. 5OF und 5016 in Fig. 5OG dar, daß das AM-Trägersignal 516 erfol·greich in ein Zwischenfrequenzsignal· abwärtsgewan-The signals referred to herein represent frequency down-conversion in accordance with the invention. For example, AM intermediate frequency signals 5014 in Fig. 50F and 5016 in Fig. 50G represent that AM carrier signal 516 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal.
delt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal1.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4 607 von Fig. 4 6B ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen AM-Trägersignals 616 in ein digitales AM-Zwischenfrequenzsignal beschrieben. Das digitale AM-Trägersignal 616 ist zur Vereinfachung in Fig. 51A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale AM-Trägersignal 616 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 51B stellt ein digitales AM-Trägersignal 5104 einen Abschnitt des digitalen AM-Trägersignals 616 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the digital AM carrier signal 616 to a digital AM intermediate frequency signal is described below with reference to the flow chart 4607 of FIG. 46B. The digital AM carrier signal 616 is shown again in FIG. 51A for simplicity. In this example, the digital AM carrier signal 616 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 51B, a digital AM carrier signal 5104 represents a portion of the digital AM carrier signal 616 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt.Processing begins in step 4608 where an EM signal is received. This is represented by the digital AM carrier signal 616.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 51C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5106 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 51B. Das Energieübertragungssignal 5106 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5107 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten 5109 auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5107 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich.In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 51C shows an exemplary energy transfer signal 5106 at approximately the same time scale as in Figure 51B. The energy transfer signal 5106 comprises a train of energy transfer pulses 5107 with non-minor pulse widths 5109 tending away from zero in duration. The energy transfer pulses 5107 repeat at the aliasing rate F AR determined or selected as described above. In general, the aliasing rate when downconverting to an intermediate frequency signal is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F DIFF .
In Schritt 4612 wird Energie mit der Aliasing-Rate vom EM-Signals übertragen, um das EM-Signal in das Zwischenfre-In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to convert the EM signal into the intermediate frequency
quenzsignal FXF abwärtszuwandeln. In Fig. 51D zeigt ein beeinflußtes digitales AM-Trägersignal 5108 Effekte der Energieübertragung vom digitalen AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate FAr. Das beeinflußte digitale AM-Trägersignal 5108 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 51B und 51C dargestellt.frequency signal F XF . In Fig. 51D, an influenced digital AM carrier signal 5108 shows effects of energy transfer from the digital AM carrier signal 616 at the aliasing rate F A r. The influenced digital AM carrier signal 5108 is shown on substantially the same time scale as in Figs. 51B and 51C.
Fig. 51E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes AM-Zwischenfrequenzsignal 5112. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5112 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 51E shows a down-converted AM intermediate frequency signal 5112 produced by the down-conversion process. The AM intermediate frequency signal 5112 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das abwärtsgewandelte Signal 5112 weist Abschnitte 5110A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5107 in Fig. 51C korreliert sind, und Abschnitte 5110B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5107. Die Abschnitte 5110A stellen Energie dar, die vom digitalen AM-Trägersignal 616 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5110A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5107 geschlossen ist. Die Abschnitte 5110B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5110B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5107 geöffnet ist.The down-converted signal 5112 has portions 5110A correlated with the energy transfer pulses 5107 in Figure 51C and portions 5110B between the energy transfer pulses 5107. The portions 5110A represent energy transferred from the digital AM carrier signal 616 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 5110A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5107. The portions 5110B represent energy stored in a storage device to continue driving the load. The portions 5110B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 5107.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate vom AM-Trägersignal 616 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5107 das digitale AM-Trägersignal 616 mit der Differenzfrequenz FDIFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5107 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des digitalen AM-Trägersignals 616 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5107 verschiedene Energiemengen vom digitalen AM-Trägersignal 616Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the AM carrier signal 616, the energy transfer pulses 5107 "travel" the digital AM carrier signal 616 at the difference frequency F DIFF . That is, the energy transfer pulses 5107 appear at different positions in successive cycles of the digital AM carrier signal 616. Therefore, different amounts of energy are transferred from the digital AM carrier signal 616 by the energy transfer pulses 5107.
erfaßt, wie durch Abschnitte 5110A dargestellt, wodurch das AM-Zwischenfrequenzsignal 5112 eine Oszillationsfrequenz FIF erhält.detected as represented by portions 5110A, thereby giving the AM intermediate frequency signal 5112 an oscillation frequency F IF .
In Fig. 51F stellt ein AM-Zwischenfrequenzsignal 5114 das AM-Zwischenfrequenzsignal 5112 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 51G stellt ein AM-Zwischenfrequenzsignal 5116 eine gefilterte Version des AM-Zwischenfrequenzsignals 5114 dar. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5116 ist dem AM-Trägersignal 616 im wesentlichen ähnlich, außer daß das AM-Zwischenfrequenzsignal 5116 eine Zwischenfrequenz aufweist. Das AM-Zwischenfrequenzsignal 5116 kann dann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.In FIG. 51F, an AM intermediate frequency signal 5114 represents the AM intermediate frequency signal 5112 in a compressed time scale. In FIG. 51G, an AM intermediate frequency signal 5116 represents a filtered version of the AM intermediate frequency signal 5114. The AM intermediate frequency signal 5116 is substantially similar to the AM carrier signal 616, except that the AM intermediate frequency signal 5116 has an intermediate frequency. The AM intermediate frequency signal 5116 may then be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte AM-Zwischenfrequenzsignal 5114, das gefilterte AM-Zwischenfrequenzsignal 5116, ein teilgefiltertes AM-Zwischenfrequenzsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention can output the unfiltered AM intermediate frequency signal 5114, the filtered AM intermediate frequency signal 5116, a partially filtered AM intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Signale, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die AM-Zwischenfrequenzsignale 5114 in Fig. 51F und 5116 in Fig. 51G dar, daß das AM-Trägersignal 616 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The signals referred to herein represent frequency down-conversion in accordance with the present invention. For example, AM intermediate frequency signals 5114 in FIG. 51F and 5116 in FIG. 51G represent that AM carrier signal 616 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.1.21.2.1.2
Beschreibung der StrukturDescription of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das analoge AM-Trägersignal 516 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme derThe operation of the energy transfer system 6302 for the analog AM carrier signal 516 is described below with reference to the flow chart 4607 and the timing diagrams of the
Figuren 50A-G beschrieben. In Schritt 4608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das analoge AM-Trägersignal 516. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5006. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom analogen AM-Trägersignal 516 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5006, um das analoge AM-Trägersignal 516 in das AM-Zwischenfrequenzsignal 5012 abwärtszuwandeln.Figures 50A-G. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the analog AM carrier signal 516. In step 4610, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 5006. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the analog AM carrier signal 516 at the aliasing rate of the energy transfer signal 5006 to down-convert the analog AM carrier signal 516 to the AM intermediate frequency signal 5012.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das digitale AM-Trägersignal 616 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 1401 und die Zeitdiagramme der Figuren 51A-G beschrieben. In Schritt 4608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das digitale AM-Trägersignal 616. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5106. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom digitalen AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5106, um das digitale AM-Trägersignal 616 in das AM-Zwischenfrequenzsignal 5112 abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 6302 for the digital AM carrier signal 616 is described below with reference to the flowchart 1401 and the timing diagrams of Figures 51A-G. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the digital AM carrier signal 616. In step 4610, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 5106. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the digital AM carrier signal 616 at the aliasing rate of the energy transfer signal 5106 to down-convert the digital AM carrier signal 616 to the AM intermediate frequency signal 5112.
Beispielhafte Ausführungsformen des Energieübertragungsmoduls 6304 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Example embodiments of the energy transfer module 6304 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.2 Zweite exemplarische Ausführungsform: Frequenzmodulation
1.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.2 Second exemplary embodiment: frequency modulation
1.2.2.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die Funktionsweise der exemplarischen Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4607 von Fig. 46B für das in Fig. 7C dargestellte analoge FM-Trägersignal 716 und für das in Fig. 8C dargestellte digitale FM-Trägersignal 816 dargestellt.The following illustrates the operation of the exemplary processing of the flow chart 4607 of FIG. 46B for the analog FM carrier signal 716 shown in FIG. 7C and for the digital FM carrier signal 816 shown in FIG. 8C.
1.2.2.1.1 Analoges FM-Trägersignal1.2.2.1.1 Analog FM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des in Fig. 7C dargestellten analogen FM-Trägersignals 716 in ein FM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 in Fig. 46B beschrieben. Das analoge FM-Trägersignal 716 ist in Fig. 52A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge FM-Trägersignal 716 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 52B stellt ein analoges FM-Trägersignal 5204 einen Abschnitt des analogen FM-Trägersignals 716 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the analog FM carrier signal 716 shown in FIG. 7C to an FM intermediate frequency signal will now be described with reference to the timing diagram 4607 in FIG. 46B. The analog FM carrier signal 716 is shown again in FIG. 52A for simplicity. In this example, the analog FM carrier signal 716 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 52B, an analog FM carrier signal 5204 represents a portion of the analog FM carrier signal 716 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge FM-Trägersignal 716 dargestellt.Processing begins in step 4608 where an EM signal is received. This is represented by the analog FM carrier signal 716.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 52C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5206 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 52B. Das Energieübertragungssignal 5206 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5207 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5207 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate Far bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischerweise einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich.In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 52C shows an exemplary energy transfer signal 5206 at approximately the same time scale as Figure 52B. The energy transfer signal 5206 comprises a train of energy transfer pulses 5207 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 5207 repeat at the aliasing rate F AR determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or typically a subharmonic, of the difference frequency F DIFF when downconverted to an intermediate frequency signal.
In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. In Fig. 52D zeigt ein beeinflußtes analoges FM-Trägersignal 5208 Effekte der Ener-In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an intermediate frequency signal F IF . In Fig. 52D, an affected analog FM carrier signal 5208 shows effects of the energy
gieübertragung vom analogen FM-Trägersignal 716 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte analoge FM-Trägersignal 5208 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 52B und 52C dargestellt.energy transfer from the analog FM carrier signal 716 at the aliasing rate F AR . The influenced analog FM carrier signal 5208 is shown at substantially the same time scale as in Figures 52B and 52C.
Fig. 52E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes FM-Zwischenfrequenzsignal 5212. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 5212 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 52E shows a down-converted FM intermediate frequency signal 5212 produced by the down-conversion process. The FM intermediate frequency signal 5212 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das abwärtsgewandelte Signal 5212 weist Abschnitte 5210A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5207 in Fig. 52C korreliert sind, und Abschnitte 5210B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5207. Die Abschnitte 5210A stellen Energie dar, die vom analogen FM-Trägersignal 716 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben. Die Abschnitte 5210A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5207 geschlossen ist. Die Abschnitte 5210B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um eine Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5210B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5207 geöffnet ist.The down-converted signal 5212 has portions 5210A correlated with the energy transfer pulses 5207 in Figure 52C and portions 5210B between the energy transfer pulses 5207. The portions 5210A represent energy transferred from the analog FM carrier signal 716 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 5210A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5207. The portions 5210B represent energy stored in a storage device to continue driving a load. The portions 5210B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 5207.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von einem analogen FM-Trägersignal 716 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5207 das analoge FM-Trägersignal 716 mit der Differenzfrequenz FDiFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5207 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des analogen FM-Trägersignals 716 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5207 verschiedene Energiemengen vom analogen FM-Trägersignal 716 erfaßt, wie durch Abschnitte 5210 dargestellt, wodurchBecause a harmonic of the aliasing rate is offset from an analog FM carrier signal 716, the energy transfer pulses 5207 "travel" the analog FM carrier signal 716 at the difference frequency F D i FF . That is, the energy transfer pulses 5207 appear at different positions in successive cycles of the analog FM carrier signal 716. Therefore, different amounts of energy are captured by the energy transfer pulses 5207 from the analog FM carrier signal 716, as represented by portions 5210, thereby
das FM-Zwischenfrequenzsignal 5212 eine Oszillationsfrequenz F1F erhält.the FM intermediate frequency signal 5212 receives an oscillation frequency F 1F .
In Fig. 52F stellt ein analoges FM-Zwischenf requenzsignal 5214 das FM-Zwischenfrequenzsignal 5212 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 52G stellt ein FM-Zwischenfrequenzsignal 5216 eine gefilterte Version des FM-Zwischenfrequenzsignals 5214 dar. Das FM-Zwischenf requenzsignal 5216 ist dem analogen FM-Trägersignal 716 im wesentlichen ähnlich, außer daß das FM-Zwischenf requenzsignal 5216 eine Zwischenfrequenz aufweist. Das FM-Zwischenf requenzsignal 5216 kann dann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden. In FIG. 52F, an analog FM intermediate frequency signal 5214 represents the FM intermediate frequency signal 5212 in a compressed time scale. In FIG. 52G, an FM intermediate frequency signal 5216 represents a filtered version of the FM intermediate frequency signal 5214. The FM intermediate frequency signal 5216 is substantially similar to the analog FM carrier signal 716, except that the FM intermediate frequency signal 5216 has an intermediate frequency. The FM intermediate frequency signal 5216 may then be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte FM-Zwischenfrequenzsignal 5214, das gefilterte FM-Zwischenf requenzsignal 5216, ein teilgefiltertes FM-Zwischenfrequenzsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention can output the unfiltered FM intermediate frequency signal 5214, the filtered FM intermediate frequency signal 5216, a partially filtered FM intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Signale, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die FM-Zwischenfrequenzsignale 5214 in Fig. 52F und 5216 in Fig. 52G dar, daß das FM-Trägersignal 716 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The signals referred to herein represent frequency down-conversion in accordance with the present invention. For example, FM intermediate frequency signals 5214 in FIG. 52F and 5216 in FIG. 52G represent that FM carrier signal 716 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.2.1.2 Digitales FM-Trägersignal1.2.2.1.2 Digital FM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen FM-Trägersignals 816 von Fig. 8C unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 in Fig. 46B beschrieben. Das digita-A method for down-converting the digital FM carrier signal 816 of Fig. 8C will be described with reference to the flow chart 4607 in Fig. 46B. The digital
Ie FM-Trägersignal 816 ist in Fig. 53A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale FM-Trägersignal 816 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 53B stellt ein digitales FM-Trägersignal 5304 einen Abschnitt des digitalen FM-Trägersignals 816 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.The FM carrier signal 816 is shown again in Fig. 53A for simplicity. In this example, the digital FM carrier signal 816 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In Fig. 53B, a digital FM carrier signal 5304 represents a portion of the digital FM carrier signal 816 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4 608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das digitale FM-Trägersignal 816 dargestellt.Processing begins in step 4 608 where an EM signal is received. This is represented by the digital FM carrier signal 816.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate F^r aufweist. Fig. 53C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5306 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 53B. Das Energieübertragungssignal 5306 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5307 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten 5309 auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5307 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDiFF im wesentlichen gleich.In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F^r. Figure 53C shows an exemplary energy transfer signal 5306 at approximately the same time scale as Figure 53B. The energy transfer signal 5306 comprises a train of energy transfer pulses 5307 with non-minor pulse widths 5309 tending away from zero in duration. The energy transfer pulses 5307 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F D i FF when downconverted to an intermediate frequency signal.
In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. In Fig. 53D zeigt ein beeinflußtes digitales FM-Trägersignal 5308 Effekte der Energieübertragung vom digitalen FM-Trägersignal 816 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte digitale FM-Trägersignal 5308 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 53B und 53C dargestellt.In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an intermediate frequency signal F IF . In Fig. 53D, an influenced digital FM carrier signal 5308 shows effects of energy transfer from the digital FM carrier signal 816 at the aliasing rate F AR . The influenced digital FM carrier signal 5308 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 53B and 53C.
Fig. 53E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes FM-Zwischenfrequenzsignal 5312.Fig. 53E shows a down-converted FM intermediate frequency signal 5312 generated by the down-conversion process.
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Das abwärtsgewandelte Signal 5312 weist Abschnitte 5310A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5307 von Fig. 53C korreliert sind, und Abschnitte 5310B zwischen den Eenrgieübertragungsimpulsen 5307. Das abwärtsgewandelte Signal 5312 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.The down-converted signal 5312 has portions 5310A correlated with the energy transfer pulses 5307 of Figure 53C and portions 5310B between the energy transfer pulses 5307. The down-converted signal 5312 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Die Abschnitte 5310A stellen Energie dar, die vom digitalen FM-Trägersignal 816 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5310A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5307 geschlossen ist.Sections 5310A represent energy transferred from digital FM carrier signal 816 to a storage device while simultaneously driving an output load. Sections 5310A appear when a switching module is closed by energy transfer pulses 5307.
Die Abschnitte 5310B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um eine Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5310B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5307 geöffnet ist.Sections 5310B represent energy stored in a storage device to continue operating a load. Sections 5310B appear when the switching module is opened after energy transfer pulses 5307.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von der Frequenz des digitalen FM-Trägersignal 816 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5307 das digitale FM-Trägersignal 816 mit der Differenzfrequenz FDIFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5307 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des digitalen FM-Trägersignals 816 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5307 verschiedene Energiemengen vom digitalen FM-Trägersignal 816 erfaßt, wie durch Abschnitte 5310 dargestellt, wodurch das FM-Zwischenfrequenzsignal 5312 eine Oszillationsfrequenz FXF erhält.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the frequency of the digital FM carrier signal 816, the energy transfer pulses 5307 "traverse" the digital FM carrier signal 816 at the difference frequency F DIFF . That is, the energy transfer pulses 5307 appear at different positions in successive cycles of the digital FM carrier signal 816. Therefore, different amounts of energy are captured by the energy transfer pulses 5307 from the digital FM carrier signal 816, as represented by portions 5310, thereby giving the FM intermediate frequency signal 5312 an oscillation frequency F XF .
In Fig. 53F stellt ein digitales FM-Zwischenfrequenzsignal 5314 das FM-Zwischenfrequenzsignal 5312 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 53G stellt ein FM-Zwischenf requenzsignal 5316 eine gefilterte Version des FM-In Fig. 53F, a digital FM intermediate frequency signal 5314 represents the FM intermediate frequency signal 5312 in a compressed time scale. In Fig. 53G, an FM intermediate frequency signal 5316 represents a filtered version of the FM
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Zwischenfrequenzsignals 5314 dar. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 5316 ist dem digitalen FM-Trägersignal 816 im wesentlichen ähnlich, außer daß das FM-Zwischenfrequenzsignal 5316 die Zwischenfrequenz aufweist. Das FM-Zwischenfrequenzsignal 5316 kann dann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.intermediate frequency signal 5314. FM intermediate frequency signal 5316 is substantially similar to digital FM carrier signal 816 except that FM intermediate frequency signal 5316 has the intermediate frequency. FM intermediate frequency signal 5316 may then be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte FM-Zwischenfrequenzsignal 5314, das gefilterte FM-Zwischenf requenzsignal 5316, ein teilgefiltertes FM-Zwischenfrequenzsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention can output the unfiltered FM intermediate frequency signal 5314, the filtered FM intermediate frequency signal 5316, a partially filtered FM intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Signale, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die FM-Zwischenfrequenzsignale 5314 in Fig. 53F und 5316 in Fig. 53G dar, daß das FM-Trägersignal 816 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird·The signals referred to herein represent frequency downconversion in accordance with the invention. For example, FM intermediate frequency signals 5314 in FIG. 53F and 5316 in FIG. 53G represent that FM carrier signal 816 has been successfully downconverted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.2.21.2.2.2
Beschreibung der StrukturDescription of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das analoge FM-Trägersignal 716 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme der Figuren 52A-G beschrieben. In Schritt 4 608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das analoge FM-Trägersignal 716. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6306 das Energieübertragungssignal 5206. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom analogen FM-Trägersignal 716 mit der Aliasing-Rate des Energie-The operation of the energy transfer system 6302 for the analog FM carrier signal 716 is described below with reference to the flow chart 4607 and the timing diagrams of Figures 52A-G. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the analog FM carrier signal 716. In step 4610, the energy transfer module 6306 receives the energy transfer signal 5206. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the analog FM carrier signal 716 at the aliasing rate of the energy
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Übertragungssignals 5206, um das analoge FM-Trägersignal 716 in das FM-Zwischenfrequenzsignal 5212 abwärtszuwandeln.transmission signal 5206 to down-convert the analog FM carrier signal 716 into the FM intermediate frequency signal 5212.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das digitale FM-Trägersignal 816 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme der Figuren 53A-G beschrieben. In Schritt 4 608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das digitale FM-Trägersignal 816. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5306. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom digitalen FM-Trägersignal 816 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5306, um das digitale FM-Trägersignal 816 in das FM-Zwischenfrequenzsignal 5212 abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 6302 for the digital FM carrier signal 816 is described below with reference to the flow chart 4607 and the timing diagrams of Figures 53A-G. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the digital FM carrier signal 816. In step 4610, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 5306. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the digital FM carrier signal 816 at the aliasing rate of the energy transfer signal 5306 to down-convert the digital FM carrier signal 816 to the FM intermediate frequency signal 5212.
Exemplarische Ausführungsformen des Energieübertragungsmoduls 6304 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Exemplary embodiments of the energy transfer module 6304 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.3 Dritte exemplarische Ausführungsform: Phasenmodulation
1.2.3.1 Beschreibung der Funktionsweise1.2.3 Third exemplary embodiment: phase modulation
1.2.3.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die Funktionsweise der exemplarischen Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4607 in Fig. 46B für das in Fig. 9C dargestellte analoge PM-Trägersignal 916 und für das in Fig. IOC dargestellte digitale PM-Trägersignal 1016 dargestellt. The following illustrates the operation of the exemplary processing of the flow chart 4607 in Fig. 46B for the analog PM carrier signal 916 shown in Fig. 9C and for the digital PM carrier signal 1016 shown in Fig. 10C.
1.2.3.1.1 Analoges PM-Trägersignal1.2.3.1.1 Analog PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des analogen PM-Trägersignals 916 von Fig. 9C in ein analoges PM-Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 von Fig. 46B beschrieben. Das analoge PM-Trägersignal 916 ist in Fig. 54A zur Vereinfachung erneut dargestellt. InA method for down-converting the analog PM carrier signal 916 of Fig. 9C into an analog PM intermediate frequency signal will be described below with reference to the flow chart 4607 of Fig. 46B. The analog PM carrier signal 916 is shown again in Fig. 54A for simplicity. In
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diesem Beispiel oszilliert das analoge PM-Trägersignal 916 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 54B stellt ein analoges PM-Trägersignal 5404 einen Abschnitt des analogen PM-Trägersignals 916 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.In this example, analog PM carrier signal 916 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In Figure 54B, analog PM carrier signal 5404 represents a portion of analog PM carrier signal 916 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge PM-Trägersignal 916 dargestellt.Processing begins in step 4608 where an EM signal is received. This is represented by the analog PM carrier signal 916.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 54C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5406 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 54B. Das Energieübertragungssignal 5406 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5407 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5407 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich.In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 54C shows an exemplary energy transfer signal 5406 at approximately the same time scale as Figure 54B. The energy transfer signal 5406 comprises a train of energy transfer pulses 5407 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 5407 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F DIFF when downconverted to an intermediate frequency signal.
In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in das Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. In Fig. 54D zeigt ein beeinflußtes analoges PM-Trägersignal 5408 Effekte der Energieübertragung vom analogen PM-Trägersignal 916 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte analoge PM-Trägersignal 5408 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 54B und 54C dargestellt.In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to the intermediate frequency signal F IF . In Figure 54D, an affected analog PM carrier signal 5408 shows effects of energy transfer from the analog PM carrier signal 916 at the aliasing rate F AR . The affected analog PM carrier signal 5408 is shown at substantially the same time scale as in Figures 54B and 54C.
Fig. 54E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes PM-Zwischenfrequenzsignal 5412. Das abwärtsgewandelte PM-Zwischenfrequenzsignal 5412 weist Abschnitte 5410A auf, die mit den Energieübertragungsimpul-Fig. 54E shows a down-converted PM intermediate frequency signal 5412 generated by the down-conversion process. The down-converted PM intermediate frequency signal 5412 has portions 5410A associated with the energy transfer pulses
sen 5407 von Fig. 54C korreliert sind, und Abschnitte 5410B zwischen den Eenrgieübertragungsimpulsen 5407. Das abwärtsgewandelte Signal 5412 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.sen 5407 of Fig. 54C, and portions 5410B between the energy transfer pulses 5407. The down-converted signal 5412 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Die Abschnitte 5410A stellen Energie dar, die vom analogen PM-Trägersignal 916 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5410A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5407 geschlossen ist.Sections 5410A represent energy transferred from analog PM carrier signal 916 to a storage device while simultaneously driving an output load. Sections 5410A appear when a switching module is closed by energy transfer pulses 5407.
Die Abschnitte 5410B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5410B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5407 geöffnet ist.Sections 5410B represent energy stored in a storage device to continue operating the load. Sections 5410B appear when the switching module is opened after energy transfer pulses 5407.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von der Frequenz des analogen PM-Trägersignal 916 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5407 das analoge PM-Trägersignal 916 mit der Differenzfrequenz FDIFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5407 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des analogen PM-Trägersignals 916 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5407 verschiedene Energiemengen vom analogen PM-Trägersignal 916 erfaßt, wie durch Abschnitte 5410 dargestellt, wodurch das PM-Zwischenfrequenzsignal 5412 eine Oszillationsfrequenz F1F erhält.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the frequency of the analog PM carrier signal 916, the energy transfer pulses 5407 "traverse" the analog PM carrier signal 916 at the difference frequency F DIFF . That is, the energy transfer pulses 5407 appear at different positions in successive cycles of the analog PM carrier signal 916. Therefore, different amounts of energy are captured by the energy transfer pulses 5407 from the analog PM carrier signal 916, as represented by portions 5410, thereby giving the PM intermediate frequency signal 5412 an oscillation frequency F 1 F .
In Fig. 54F stellt ein analoges PM-Zwischenfrequenzsignal 5414 das PM-Zwischenfrequenzsignal 5412 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 54G stellt ein PM-Zwischenf requenzsignal 5416 eine gefilterte Version des PM-Zwischenf requenzsignals 5414 dar. Das PM-Zwischenfrequenzsignal 5416 ist dem analogen PM-Trägersignal 916 im wesent-In Fig. 54F, an analog PM intermediate frequency signal 5414 represents the PM intermediate frequency signal 5412 in a compressed time scale. In Fig. 54G, a PM intermediate frequency signal 5416 represents a filtered version of the PM intermediate frequency signal 5414. The PM intermediate frequency signal 5416 is substantially similar to the analog PM carrier signal 916.
lichen ähnlich, außer daß das PM-Zwischenfrequenzsignal 5416 eine Zwischenfrequenz aufweist. Das PM-Zwischenfrequenzsignal 5416 kann dann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.except that the PM intermediate frequency signal 5416 has an intermediate frequency. The PM intermediate frequency signal 5416 can then be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte PM-Zwischenfrequenzsignal 5414, das gefilterte PM-Zwischenfrequenzsignal 5416, ein teilgefiltertes PM-Zwischenfrequenzsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention can output the unfiltered PM intermediate frequency signal 5414, the filtered PM intermediate frequency signal 5416, a partially filtered PM intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Signale, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die PM-Zwischenfrequenzsignale 5414 in Fig. 54F und 5416 in Fig. 54G dar, daß das PM-Trägersignal 916 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The signals referred to herein represent frequency down-conversion in accordance with the present invention. For example, PM intermediate frequency signals 5414 in FIG. 54F and 5416 in FIG. 54G represent that PM carrier signal 916 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.3.1.2 Digitales PM-Trägersignal1.2.3.1.2 Digital PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen PM-Trägersignals 1016 von Fig. IOC in ein digitales PM-Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4307 in Fig. 46B beschrieben. Das digitale PM-Trägersignal 1016 ist in Fig. 55A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale PM-Trägersignal 1016 mit einer Frequenz von etwa 901 MHz. In Fig. 55B stellt ein digitales PM-Trägersignal 5504 einen Abschnitt des digitalen PM-Trägersignals 1016 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the digital PM carrier signal 1016 of FIG. 10C to a digital PM signal is described below with reference to the timing diagram 4307 in FIG. 46B. The digital PM carrier signal 1016 is shown again in FIG. 55A for simplicity. In this example, the digital PM carrier signal 1016 oscillates at a frequency of about 901 MHz. In FIG. 55B, a digital PM carrier signal 5504 represents a portion of the digital PM carrier signal 1016 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4608, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das PM-Trägersignal 1016 dargestellt.Processing begins in step 4608 where an EM signal is received. This is represented by the PM carrier signal 1016.
In Schritt 4610 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate Fm aufweist. Fig. 55C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5506 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 55B. Das Energieübertragungssignal 5506 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5507 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten 5509 auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5507 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung in ein Zwischenfrequenzsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIFF im wesentlichen gleich.In step 4610, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F m . Figure 55C shows an exemplary energy transfer signal 5506 at approximately the same time scale as Figure 55B. The energy transfer signal 5506 comprises a train of energy transfer pulses 5507 with non-minor pulse widths 5509 tending away from zero in duration. The energy transfer pulses 5507 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F DIFF when downconverted to an intermediate frequency signal.
In Schritt 4612 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal FIF abwärtszuwandeln. In Fig. 55D zeigt ein beeinflußtes digitales PM-Trägersignal 5508 Effekte der Energieübertragung vom digitalen PM-Trägersignal 1016 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte digitale PM-Trägersignal 5508 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 55B und 55C dargestellt.In step 4612, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal to an intermediate frequency signal F IF . In Fig. 55D, an influenced digital PM carrier signal 5508 shows effects of energy transfer from the digital PM carrier signal 1016 at the aliasing rate F AR . The influenced digital PM carrier signal 5508 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 55B and 55C.
Fig. 55E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes PM-Zwischenfrequenzsignal 5512. Das abwärtsgewandelte PM-Zwischenfrequenzsignal 5512 weist Abschnitte 5510A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5507 von Fig. 55C korreliert sind, und Abschnitte 5510B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5507. Das abwärtsgewandelte Signal 5512 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 55E shows a down-converted PM intermediate frequency signal 5512 produced by the down-conversion process. The down-converted PM intermediate frequency signal 5512 has portions 5510A correlated with the energy transfer pulses 5507 of Figure 55C and portions 5510B between the energy transfer pulses 5507. The down-converted signal 5512 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Die Abschnitte 5510A stellen Energie dar, die vom digitalen PM-Trägersignal 1016 zu einer SpeichereinrichtungThe portions 5510A represent energy transferred from the digital PM carrier signal 1016 to a storage device
•··· ·m •··· · m
übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5510A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5507 geschlossen ist.while simultaneously operating an output load. Sections 5510A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5507.
Die Abschnitte 5510B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um eine Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5510B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5507 geöffnet ist.Sections 5510B represent energy stored in a storage device to continue operating a load. Sections 5510B appear when the switching module is opened after energy transfer pulses 5507.
Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate von der Frequenz des digitalen PM-Trägersignal 716 versetzt ist, "durchwandern" die Energieübertragungsimpulse 5507 das digitale PM-Trägersignal 1016 mit der Differenzfrequenz FDIFF. D.h., die Energieübertragungsimpulse 5507 erscheinen in aufeinanderfolgenden Zyklen des digitalen PM-Trägersignals 1016 an verschiedenen Positionen. Daher werden durch die Energieübertragungsimpulse 5507 verschiedene Energiemengen vom digitalen PM-Trägersignal 1016 erfaßt, wie durch Abschnitte 5510 dargestellt, wodurch das PM-Zwischenfrequenzsignal 5512 eine Oszillationsfrequenz FIF erhält.Because a harmonic of the aliasing rate is offset from the frequency of the digital PM carrier signal 716, the energy transfer pulses 5507 "traverse" the digital PM carrier signal 1016 at the difference frequency F DIFF . That is, the energy transfer pulses 5507 appear at different positions in successive cycles of the digital PM carrier signal 1016. Therefore, different amounts of energy are captured by the energy transfer pulses 5507 from the digital PM carrier signal 1016, as represented by portions 5510, thereby giving the PM intermediate frequency signal 5512 an oscillation frequency F IF .
In Fig. 55F stellt ein digitales PM-Zwischenfrequenzsignal 5514 das PM-Zwischenfrequenzsignal 5512 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. In Fig. 55G stellt ein PM-Zwischenf requenzsignal 5516 eine gefilterte Version des PM-Zwischenf requenzsignals 5514 dar. Das PM-Zwischenfrequenzsignal 5516 ist dem digitalen PM-Trägersignal 1016 im wesentlichen ähnlich, außer daß das PM-Zwischenfrequenzsignal 5516 eine Zwischenfrequenz aufweist. Das PM-Zwischenfrequenzsignal 5516 kann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.In FIG. 55F, a digital PM intermediate frequency signal 5514 represents the PM intermediate frequency signal 5512 in a compressed time scale. In FIG. 55G, a PM intermediate frequency signal 5516 represents a filtered version of the PM intermediate frequency signal 5514. The PM intermediate frequency signal 5516 is substantially similar to the digital PM carrier signal 1016, except that the PM intermediate frequency signal 5516 has an intermediate frequency. The PM intermediate frequency signal 5516 may be demodulated by any conventional demodulation technique.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte PM-Zwischenfrequenzsignal 5514, das gefilterte PM-Zwischenf requenzsignal 5516, ein teilgefiltertes PM-By the present invention, the unfiltered PM intermediate frequency signal 5514, the filtered PM intermediate frequency signal 5516, a partially filtered PM
Zwischenfrequenzsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.intermediate frequency signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by the design, which depends on the application of the invention.
Die Signale, auf die hierin Bezug genommen wird, stellen eine erfindungsgemäße Frequenzabwärtswandlung dar. Beispielsweise stellen die PM-Zwischenfrequenzsignale 5514 in Fig. 55F und 5516 in Fig. 55G dar, daß das PM-Trägersignal 1016 erfolgreich in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The signals referred to herein represent frequency down-conversion in accordance with the present invention. For example, PM intermediate frequency signals 5514 in FIG. 55F and 5516 in FIG. 55G represent that PM carrier signal 1016 has been successfully down-converted to an intermediate frequency signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
1.2.3.2 Beschreibung der Struktur1.2.3.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das analoge PM-Trägersignal 916 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme der Figuren 54A-G beschrieben. In Schritt 4608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das analoge PM-Trägersignal 916. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5406. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom analogen PM-Trägersignal 916 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5406, um das analoge PM-Trägersignal 916 in das PM-Zwischenfrequenzsignal 5412 abwärtszuwandeln.The operation of the power transfer system 6302 for the analog PM carrier signal 916 is described below with reference to the flowchart 4607 and the timing diagrams of Figures 54A-G. In step 4608, the power transfer module 6304 receives the analog PM carrier signal 916. In step 4610, the power transfer module 6304 receives the power transfer signal 5406. In step 4612, the power transfer module 6304 transfers power from the analog PM carrier signal 916 at the aliasing rate of the power transfer signal 5406 to down-convert the analog PM carrier signal 916 to the intermediate frequency PM signal 5412.
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 für das digitale .PM-Trägersignal 1016 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4607 und die Zeitdiagramme der Figuren 55A-G beschrieben. In Schritt 4608 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das digitale PM-Trägersignal 1016. In Schritt 4610 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5506. In Schritt 4612 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom di-The operation of the energy transfer system 6302 for the digital PM carrier signal 1016 is described below with reference to the flow chart 4607 and the timing diagrams of Figures 55A-G. In step 4608, the energy transfer module 6304 receives the digital PM carrier signal 1016. In step 4610, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 5506. In step 4612, the energy transfer module 6304 transfers energy from the digital PM carrier signal 1016 to the energy transfer module 6304.
gitalen PM-Trägersignal 1016 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5506, um das digitale PM-Trägersignal 1016 in das PM-Zwischenfrequenzsignal 5512 abwärtszuwandeln.digital PM carrier signal 1016 at the aliasing rate of the power transfer signal 5506 to down-convert the digital PM carrier signal 1016 to the PM intermediate frequency signal 5512.
Beispielhafte Ausführungsformen des Energieübertragungsmoduls 6304 werden in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Example embodiments of the energy transfer module 6304 are presented in sections 4 and 5 below.
1.2.4 Andere Ausfuhrungsformen1.2.4 Other embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausfühurngsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen. Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6304 sind in den nachfolgenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein may be implemented within the scope of the present invention. Examples of implementations of the energy transfer module 6304 are presented in Sections 4 and 5 below.
1.3 Implementierungsbeispiele1.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Diese Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalenteSections 4 and 5 below describe exemplary operational and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. These implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the specific implementation examples described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent
Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).implementations, extensions, changes and modifications to the implementations, etc.).
2. Direkte Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal durch Energieübertragung vom EM-Signal2. Direct downconversion of an EM signal into a demodulated baseband signal by energy transfer from the EM signal
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein EM-Basisbandsignal durch Energieübertragung vom EM-Signal direkt in ein Basisband abwärtsgewandelt. Diese Ausführungsform wird hierin als Direct-to-Data-Abwärtswandlung bezeichnet und ist in Figur 45B durch das Bezugszeichen 4516 dargestellt. In one embodiment of the invention, an EM baseband signal is downconverted directly to baseband by transferring energy from the EM signal. This embodiment is referred to herein as direct-to-data downconversion and is illustrated in Figure 45B by reference numeral 4516.
Diese Ausführungsform kann mit modulierten und unraodulierten EM-Signalen implementiert werden. Die Ausführungsform wird hierin beispielhaft unter Verwendung des modulierten Trägersignals FMC von Fig. 1 beschrieben. In dem Beispiel wird das modulierte Trägersignal FMC direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB abwärtsgewandelt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiges EM-Signal, z.B. ein moduliertes Trägersignal und ein unmoduliertes Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.This embodiment can be implemented with modulated and unmodulated EM signals. The embodiment is described herein by way of example using the modulated carrier signal F MC of Fig. 1. In the example, the modulated carrier signal F MC is directly downconverted to a demodulated baseband signal F DMB . It will be apparent to those skilled in the art from the present description that the invention can be implemented such that any EM signal, eg a modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal, can be downconverted.
In den folgenden Abschnitten werden Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMb beschrieben. Es werden auch exemplarische strukturelle Ausführungsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Im-In the following sections, methods for directly downconverting the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DM b are described. Exemplary structural embodiments for implementing the methods are also described. However, the invention is not limited to the specific embodiments described below. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that equivalent implementations can be made within the scope of the present invention.
plementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, beispielhafte Ausführungsformen und Implementierungsbeispiele .The following sections include a high-level description, example embodiments, and implementation examples.
2.1 High-Level-Beschreibung2.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung der Energieübertragung vom modulierten Trägersignals FMC zum erfindungsgemäßen direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMB bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in das demodulierte Basisbandsignal FDMb in einer High-Level-beschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Die strukturelle Implementierung wird hierin lediglich zur Erläuterung beschrieben und soll nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen eine in diesem Abschnitt beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Through this section (including its subsections), a high-level description is provided of the energy transfer from the modulated carrier signal F MC for directly down-converting the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DMB according to the invention. In particular, an operating method for directly down-converting the modulated carrier signal F MC into the demodulated baseband signal F DM b is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. The structural implementation is described herein for illustration purposes only and is not intended to be taken in a limiting sense. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.1.1 Description of the functionality
Fig. 46C zeigt ein Ablauf diagramm 4613, das ein exemplarisches Verfahren zum Übertragen von Energie vom modu-Fig. 46C shows a flow chart 4613 illustrating an exemplary method for transferring energy from the module
• ··
t ·t ·
lierten Trägersignal FMC zum direkten Abwärtswandeln des modulierten Trägersignals FMC in ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB darstellt. Das im Ablaufdiagramm 4613 dargestellte exemplarische Verfahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 4601 von Fig. 46A.lated carrier signal F MC to directly down-convert the modulated carrier signal F MC to a demodulated baseband signal F DMB . The exemplary method illustrated in flowchart 4613 is an embodiment of flowchart 4601 of FIG. 46A.
Für die vorliegende Erfindung ist ein beliebiges und sind alle Kombinationen von Modulationstechniken anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale AM-Trägersignal 616 für eine High-Level-Beschreibung der Erfindung verwendet. Durch die folgenden Abschnitte werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für Beispiele von AM-, und PM-Ausführungsformen bereitgestellt. Bezüglich Frequenzmodulation (FM) werden besondere Betrachtungen angestellt, die nachstehend im Abschnitt III.3 separat behandelt werden. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger EM-Signaltyp, einschließlich jeglicher Form eines modulierten Trägersignals und eines unmodulierten Trägersignal, abwärtsgewandelt werden kann.Any and all combinations of modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital AM carrier signal 616 is used for a high-level description of the invention. The following sections provide detailed timing diagrams and descriptions for examples of AM and PM embodiments. Special considerations are made with respect to frequency modulation (FM), which are discussed separately below in Section III.3. Those skilled in the art will appreciate from the present description that the invention can be implemented to down-convert any type of EM signal, including any form of modulated carrier signal and an unmodulated carrier signal.
Das im Ablaufdiagramm 4613 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-Beschreibung unter Verwendung des digitalen AM-Trägersignals 616 von Fig. 6C dargestellt. Das digitale AM-Trägersignal 616 ist in Fig. 56A zur Vereinfachung erneut dargestellt.The method illustrated in flow diagram 4613 is illustrated below with a high-level description using the digital AM carrier signal 616 of Figure 6C. The digital AM carrier signal 616 is shown again in Figure 56A for simplicity.
Die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4 613 beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Schritt 4613 ist durch das digitale AM-Trägersignal 616 dargestellt.Processing of flowchart 4 613 begins in step 4614 where an EM signal is received. Step 4613 is represented by the digital AM carrier signal 616.
In Schritt 4616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FnR aufweist. Fig. 56B zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5602, das eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5604 mit nichtgeringfügigen Pulsbreiten aufweist, deren Pulsbreiten 5606In step 4616, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F n R . Fig. 56B shows an exemplary energy transfer signal 5602 having a sequence of energy transfer pulses 5604 with non-minor pulse widths whose pulse widths 5606
für die Energieübertragung optimiert sind. Die optimierten Pulsbreiten 5606 sind nicht-geringfügig und tendieren von null weg.are optimized for energy transfer. The optimized pulse widths 5606 are non-marginal and tend away from zero.
Die nicht-geringfügigen Pulsbreiten 5606 können eine von der Periode des EM-Signals verschiedene beliebige Breite oder eine einem Vielfachen der Periode des EM-Signals entsprechende Breite haben. Beispielsweise können die nichtgeringfügigen Pulsbreiten 5606 kleiner sein als die Periode des EM-Signals 616, ihre Breite kann z.B. 1/8, 1/4, 1/2, 3/4, usw. der Periode des Signals 616 entsprechen. Alternativ können die nicht-geringfügigen Pulsbreiten 5606 größer sein als die Periode des Signals 616. Die Breite und die Amplitude der Pulse 5606 kann basierend auf einem oder mehreren von verschiedenen Kriterien optimiert werden, wie in nachfolgenden Abschnitten beschrieben wird.The non-minor pulse widths 5606 may have any width other than the period of the EM signal or a width that is a multiple of the period of the EM signal. For example, the non-minor pulse widths 5606 may be less than the period of the EM signal 616, e.g., their width may be 1/8, 1/4, 1/2, 3/4, etc. of the period of the signal 616. Alternatively, the non-minor pulse widths 5606 may be greater than the period of the signal 616. The width and amplitude of the pulses 5606 may be optimized based on one or more of various criteria, as described in subsequent sections.
Die Energieübertragungsimpulse 5604 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate oder einer Pulswiederholungsrate. Die Aliasing-Rate ist gemäß Gl. (2) bestimmt, die nachstehend zur Vereinfachung erneut dargestellt wird.The energy transfer pulses 5604 repeat at the aliasing rate or a pulse repetition rate. The aliasing rate is determined according to Eq. (2), which is repeated below for simplicity.
Gl. (2)Eq. (2)
Wenn ein EM-Signal direkt in ein Basisbandsignal ab wärtsgewandelt wird (d.h. FIF = 0), wird Gl. (2):If an EM signal is directly downconverted to a baseband signal (ie F IF = 0), Eq. (2) becomes:
Gl. (8)Eq. (8)
Um das AM-Signal 616 direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln, ist die Aliasing-Rate der Frequenz des AM-Signals 616 oder einer Harmonischen oder Subharmonischen davon im wesentlichen gleich. Obwohl die Aliasing-Rate zu niedrig ist, um eine Rekonstruktion höherfrequenter Korn-To down-convert the AM signal 616 directly into a demodulated baseband signal, the aliasing rate is substantially equal to the frequency of the AM signal 616 or a harmonic or subharmonic thereof. Although the aliasing rate is too low to allow reconstruction of higher frequency grains,
• · «lyj» «··• · «lyj» «··
ponenten des AM-Signals 616 (d.h. der Trägerfrequenz) zu ermöglichen, ist sie hoch genug, um das niedrigerfrequente modulierende Basisbandsignal 310 im wesentlichen zu rekonstruieren. components of the AM signal 616 (i.e., the carrier frequency), it is high enough to substantially reconstruct the lower frequency modulating baseband signal 310.
In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDmb abwärtszuwandeln. Fig. 56C zeigt ein demoduliertes Basisbandsignal 5610, das durch den direkten Abwärtswandlungsprozeß erzeugt wird. Das demodulierte Basisbandsignal 5610 ist dem digitalen modulierenden Basisbandsignal 310 von Fig. 3 ähnlich.In step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to directly down-convert the EM signal to the demodulated baseband signal F D mb . FIG. 56C shows a demodulated baseband signal 5610 produced by the direct down-conversion process. The demodulated baseband signal 5610 is similar to the digital modulating baseband signal 310 of FIG. 3.
Fig. 56D zeigt ein gefiltertes demoduliertes Basisbandsignal 5612, das aus dem demodulierten Basisbandsignal 5610 erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß kann daher ein gefiltertes Ausgangssignal, ein teilgefiltertes Ausgangssignal oder ein relativ ungefiltertes Ausgangssignal erzeugt werden. Die Wahl zwischen einem gefilterten, einem teilgefilterten und einem nichtgefilterten Ausgangssignal wird allgemein durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.56D shows a filtered demodulated baseband signal 5612 that may be generated from the demodulated baseband signal 5610. Thus, the invention may generate a filtered output signal, a partially filtered output signal, or a relatively unfiltered output signal. The choice between a filtered, partially filtered, and unfiltered output signal is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
2.1.2 Beschreibung der Struktur2.1.2 Description of the structure
In einer Ausführungsform überträgt das Energieübertragungssystem 6302 Energie von einem beliebigen EM-Signaltyp, z.B. von modulierten Trägersignalen und unmodulierten Trägersignalen, um das EM-Signal direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Vorzugsweise überträgt das Energieübertragungssystem 6302 Energie vom EM-Signal 1304, um es auf die im Ablauf diagramm 4613 dargestellte Weise in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablauf-In one embodiment, the energy transfer system 6302 transfers energy from any type of EM signal, e.g., modulated carrier signals and unmodulated carrier signals, to down-convert the EM signal directly to a demodulated baseband signal. Preferably, the energy transfer system 6302 transfers energy from the EM signal 1304 to down-convert it to a demodulated baseband signal in the manner illustrated in flow diagram 4613. Other structural embodiments for carrying out the steps of the flow diagram 4613 are within the scope of the invention.
diagramms 4613 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich.diagram 4613. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 und die Zeitdiagramme in den Figuren 56A-D für das digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben. In Schritt 4614 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das digitale AM-Trägersignal 616. In Schritt 4616 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5602. In Schritt 4618 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom digitalen AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate, um es direkt in das demodulierte Basisbandsignal 5610 abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 6302 is described below with reference to the flowchart 4613 and the timing diagrams in Figures 56A-D for the digital AM carrier signal 616. In step 4614, the energy transfer module 6304 receives the digital AM carrier signal 616. In step 4616, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 5602. In step 4618, the energy transfer module 6304 transfers energy from the digital AM carrier signal 616 at the aliasing rate to downconvert it directly to the demodulated baseband signal 5610.
Beispielhafte Implementierungen des Energieübertragungsmoduls 6302 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt.Example implementations of the energy transfer module 6302 are presented in sections 4 and 5 below.
2.2 Exemplarische Ausführungsformen2.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en) , die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazuIn this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and intended to
geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen. suitable to include these alternative embodiments.
Das im Ablaufdiagramm 4613 von Fig. 46C dargestellte Verfahren zum Abwärtswandeln des EM-Signals in das demodulierte Basisbandsignal FDMb kann mit verschiedenen Typen modulierter Trägersignale implementiert werden, z.B. mit AMund PM-Signalen oder einer beliebigen Kombination davon. Das Ablausfdiagramm 4613 von Fig. 46C wird nachstehend unter Bezug auf AM- und PM-Signale beschrieben. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.The method illustrated in the flowchart 4613 of FIG. 46C for down-converting the EM signal to the demodulated baseband signal F DM b can be implemented with various types of modulated carrier signals, e.g., AM and PM signals, or any combination thereof. The flowchart 4613 of FIG. 46C is described below with reference to AM and PM signals. The following exemplary descriptions serve to clarify the present invention. The present invention is not limited by or to the following exemplary embodiments.
2.2.1 Erste exemplarische Ausfuhrungsform: Amplitudenmodulation
2.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise2.2.1 First exemplary embodiment: amplitude modulation
2.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird die exemplarische Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4613 in Fig. 46C für das in Fig. 5C dargestellte analoge AM-Trägersignal 516 und für das in Fig. 6C dargestellte digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben.The exemplary processing of the flow chart 4613 in Fig. 46C for the analog AM carrier signal 516 shown in Fig. 5C and for the digital AM carrier signal 616 shown in Fig. 6C will be described below.
2.2.1.1.1 Analoges AM-Trägersignal2.2.1.1.1 Analog AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 von Fig. 46C ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des analogen AM-Trägersignals 516 von Fig. 5C in ein demoduliertes Basisbandsignal beschrieben. Das analoge AM-Trägersignal 516 ist zur Vereinfachung in Fig. 57A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge AM-Trägersignal 516 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 57B stellt ein analoges AM-Trägersignal 5704 einen Ab-A method for directly down-converting the analog AM carrier signal 516 of FIG. 5C to a demodulated baseband signal is described below with reference to the flow chart 4613 of FIG. 46C. The analog AM carrier signal 516 is shown again in FIG. 57A for simplicity. In this example, the analog AM carrier signal 516 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 57B, an analog AM carrier signal 5704 represents a down-
schnitt des analogen AM-Trägersignals 516 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.section of the analog AM carrier signal 516 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge AM-Trägersignal 516 dargestellt.Processing begins in step 4614 where an EM signal is received. This is represented by the analog AM carrier signal 516.
In Schritt 4616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 57C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5706 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 57B. Das Energieübertragungssignal 5706 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5707 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5707 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer direkten Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen des EM-Signals im wesentlichen gleich.In step 4616, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 57C shows an exemplary energy transfer signal 5706 at approximately the same time scale as Figure 57B. The energy transfer signal 5706 comprises a train of energy transfer pulses 5707 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 5707 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, when directly downconverting an EM signal to a demodulated baseband signal, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the EM signal.
In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. In Fig. 57D zeigt ein beeinflußtes analoges AM-Trägersignal 5708 Effekte der Energieübertragung vom analogen AM-Trägersignal 516 mit der Aliasing-Rate. Das beeinflußte analoge AM-Trägersignal 5708 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 57B und 57C dargestellt.In step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal directly to the demodulated baseband signal F DMB . In Fig. 57D, an affected analog AM carrier signal 5708 shows effects of energy transfer from the analog AM carrier signal 516 at the aliasing rate. The affected analog AM carrier signal 5708 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 57B and 57C.
Fig. 57E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes demoduliertes Basisbandsignal 5712. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 516 im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal· DasFig. 57E shows a downconverted demodulated baseband signal 5712 produced by the downconversion process. Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of the signal 516, substantially no intermediate frequency signal is produced. The only significant aliased component is the baseband signal. The
.* .* 197:.* .* 197:
demodulierte Basisbandsignal 5712 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.demodulated baseband signal 5712 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das demodulierte Basisbandsignalignal 5712 weist Abschnitte 5710A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5707 in Fig. 57C korreliert sind, und Abschnitte 5710B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5707. Die Abschnitte 5710A stellen Energie dar, die vom analogen AM-Signal 516 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5710A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5707 geschlossen ist. Die Abschnitte 5710B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5710B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5707 geöffnet ist.The demodulated baseband signal 5712 has portions 5710A correlated with the energy transfer pulses 5707 in Figure 57C and portions 5710B between the energy transfer pulses 5707. The portions 5710A represent energy transferred from the analog AM signal 516 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 5710A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5707. The portions 5710B represent energy stored in a storage device to continue driving the load. The portions 5710B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 5707.
In Fig. 57F stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 5716 eine gefilterte Version des demodulierten Basisbandsignals 5712 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Das demodulierte Basisbandsignal 5716 ist dem modulierenden Baasisbandsignal 210 im wesentlichen ähnlich und kann unter Verwendung einer beliebigen Signalverarbeitungstechnik ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation weiterverarbeitet werdenIn Fig. 57F, a demodulated baseband signal 5716 represents a filtered version of the demodulated baseband signal 5712 in a compressed time scale. The demodulated baseband signal 5716 is substantially similar to the modulating baseband signal 210 and can be further processed using any signal processing technique without further downconversion or demodulation.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 5712, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 5716, ein teilgefiltertes demoduliertes Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 5712, the filtered demodulated baseband signal 5716, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das demodulierte BasisbandsignalThe aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to ensure that the demodulated baseband signal
• ♦ · · W ·•♦ · · W ·
193193
hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.in terms of amplitude output values or polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes direktes Abwärtswandlungsverfahren. Die demodulierten Basisbandsignale 5712 in Fig. 57E und 5716 in Fig. 57F zeigen, daß das analoge AM-Trägersignal 516 direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a direct down-conversion method in accordance with the present invention. The demodulated baseband signals 5712 in FIG. 57E and 5716 in FIG. 57F illustrate that the analog AM carrier signal 516 has been directly down-converted to a demodulated baseband signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
2.2.1.1.2 Digitales AM-Trägersignal2.2.1.1.2 Digital AM carrier signal
Nachstehend wird unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 in Fig. 46C ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des digitalen AM-Trägersignals 616 in ein demoduliertes Basisbandsignal beschrieben. Das digitale AM-Trägersignal· 6l·6 ist zur Vereinfachung in Fig. 58A erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitaie AM-Trägersignal· 6l·6 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 58B stellt ein digitales AM-Trägersignal 5804 einen Abschnitt des digitalen AM-Trägersignals 616 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for directly downconverting the digital AM carrier signal 616 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the flow chart 4613 in FIG. 46C. The digital AM carrier signal 616 is shown again in FIG. 58A for simplicity. In this example, the digital AM carrier signal 616 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 58B, a digital AM carrier signal 5804 represents a portion of the digital AM carrier signal 616 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das digitaie AM-Trägersignal· 616 dargestellt.Processing begins in step 4614 where an EM signal is received. This is represented by the digital AM carrier signal 616.
In Schritt 4 616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 58C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal· 5806 in ungefähr dem gieichen Zeitmaßstab wie in Fig. 58B. Das Energieübertragungssignal· 5806 weist eine Foige von Energieübertragungsimpuisen 5807 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5807 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate,In step 4 616, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 58C shows an exemplary energy transfer signal 5806 at approximately the same time scale as in Figure 58B. The energy transfer signal 5806 comprises a sequence of energy transfer pulses 5807 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 5807 repeat at the aliasing rate,
die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer direkten Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen des EM-Signals gleich.which is determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F AR in a direct downconversion of an EM signal to a demodulated baseband signal is equal to a harmonic or, more typically, a subharmonic of the EM signal.
In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. In Fig. 58D zeigt ein beeinflußtes digitales ÄM-Trägersignal 5808 Effekte der Energieübertragung vom digitalen AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate Fp^. Das beeinflußte digitale AM-Trägersignal 5808 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 58B und 58C dargestellt.In step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal directly to the demodulated baseband signal F DMB . In Fig. 58D, an affected digital AM carrier signal 5808 shows effects of energy transfer from the digital AM carrier signal 616 at the aliasing rate Fp^. The affected digital AM carrier signal 5808 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 58B and 58C.
Fig. 58E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes demoduliertes Basisbandsignal 5812. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 616 im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal. Das demodulierte Basisbandsignal 5812 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 58E shows a demodulated baseband signal 5812 produced by the downconversion process. Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of signal 616, essentially no intermediate frequency signal is produced. The only significant aliased component is the baseband signal. The demodulated baseband signal 5812 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das demodulierte Basisbandsignalignal 5812 weist Abschnitte 5810A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5807 in Fig. 58C korreliert sind, und Abschnitte 5810B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5807. Die Abschnitte 5810A stellen Energie dar, die vom digitalen AM-Signal 616 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5810A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5807 geschlossen ist. Die Abschnitte 5810B stellen Energie dar, die in einer SpeichereinrichtungThe demodulated baseband signal 5812 has portions 5810A correlated with the energy transfer pulses 5807 in Figure 58C and portions 5810B between the energy transfer pulses 5807. The portions 5810A represent energy transferred from the digital AM signal 616 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 5810A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 5807. The portions 5810B represent energy stored in a storage device.
gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5810B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5807 geöffnet ist.is stored to continue operating the load. Sections 5810B appear when the switch module is opened after the energy transfer pulses 5807.
In Fig. 58F stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 5816 eine gefilterte Version des demodulierten Basisbandsignals 5812 in einem komprimierten Zeitmaßstab dardar. Das demodulierte Basisbandsignal 5816 ist dem modulierenden Baasisbandsignal 310 im wesentlichen ähnlich und kann unter Verwendung einer beliebigen Signalverarbeitungstechnik ohne weitere Abwärtswandlung ode Demodulation weiterverarbeitet werden.In Figure 58F, a demodulated baseband signal 5816 represents a filtered version of the demodulated baseband signal 5812 in a compressed time scale. The demodulated baseband signal 5816 is substantially similar to the modulating baseband signal 310 and may be further processed using any signal processing technique without further down-conversion or demodulation.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 5812, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 5816, ein teilgefiltertes demoduliertes Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 5812, the filtered demodulated baseband signal 5816, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to optimize the down-converted baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes direktes Abwärtswandlungsverfahren. Die demodulierten Basisbandsignale 5812 in Fig. 58E und 5816 in Fig. 58F zeigen, daß das digitale AM-Trägersignal 616 direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a direct downconversion method in accordance with the present invention. The demodulated baseband signals 5812 in FIG. 58E and 5816 in FIG. 58F illustrate that the digital AM carrier signal 616 has been directly downconverted to a demodulated baseband signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
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2.2.1.2 Beschreibung der Struktur2.2.1.2 Description of the structure
In einer Ausführungsform überträgt das Energieübertragungssystem 6304 vorzugsweise Energie vom EM-Signal, um es auf die im Ablaufdiagramm 4613 dargestellte Weise direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablaufdia gr amins 4613 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich.In one embodiment, the energy transfer system 6304 preferably transfers energy from the EM signal to down-convert it directly to a demodulated baseband signal in the manner illustrated in flowchart 4613. Other structural embodiments for carrying out the steps of flowchart 4613 are possible within the scope of the invention. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4 613 und die Zeitdiagramme in den Figuren 57A-F für das analoge AM-Trägersignal 516 beschrieben. In Schritt 4612 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das analoge AM-Trägersignal 516. In Schritt 4614 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das Energieübertragungssignal 5706. In Schritt 4618 überträgt das Energieübertragungsmodul 6404 Energie vom analogen AM-Trägersignal 516 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5706, um das analoge AM-Trägersignal 516 direkt in die demodulierten Basisbandsignale 5712 oder 5716 abwärtszuwandeln.The operation of the power transfer system 6302 is described below with reference to the flowchart 4613 and the timing diagrams in Figures 57A-F for the analog AM carrier signal 516. In step 4612, the power transfer module 6404 receives the analog AM carrier signal 516. In step 4614, the power transfer module 6404 receives the power transfer signal 5706. In step 4618, the power transfer module 6404 transfers power from the analog AM carrier signal 516 at the aliasing rate of the power transfer signal 5706 to down-convert the analog AM carrier signal 516 directly to the demodulated baseband signals 5712 or 5716.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6402 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 und die Zeitdiagramme in den Figuren 58A-F für das digitale AM-Trägersignal 616 beschrieben. In Schritt 4614 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das digitale AM-Trägersignal 616. In Schritt 4616 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das Energieübertragungssignal 5806. In Schritt 4618 überträgt das Energieübertragungsmodul 6404 Energie vom digitalen AM-Trägersignal 616 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5806, um das digitaleThe operation of the energy transfer system 6402 is described below with reference to the flow chart 4613 and the timing diagrams in Figures 58A-F for the digital AM carrier signal 616. In step 4614, the energy transfer module 6404 receives the digital AM carrier signal 616. In step 4616, the energy transfer module 6404 receives the energy transfer signal 5806. In step 4618, the energy transfer module 6404 transfers energy from the digital AM carrier signal 616 at the aliasing rate of the energy transfer signal 5806 to generate the digital
AM-Trägersignal 616 direkt in die demodulierten Basisbandsignale 5812 oder 5816 abwärtszuwandeln.AM carrier signal 616 directly into the demodulated baseband signals 5812 or 5816.
Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6302 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt. Implementation examples of the energy transfer module 6302 are presented in sections 4 and 5 below.
2.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Phasenmodulation2.2.2 Second exemplary embodiment: phase modulation
2.2.2.12.2.2.1
Beschreibung der FunktionsweiseDescription of how it works
Nachstehend wird die Funktionsweise der exemplarischen Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4613 in Fig. 46C für das in Fig. 9C dargestellte analoge PM-Trägersignal 916 und für das in Fig. IOC dargestellte digitale PM-Trägersignal 1016 dargestellt .The following illustrates the operation of the exemplary processing of the flow chart 4613 in Fig. 46C for the analog PM carrier signal 916 shown in Fig. 9C and for the digital PM carrier signal 1016 shown in Fig. 10C.
2.2.2.1.1 Analoges PM-Trägersignal2.2.2.1.1 Analog PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum direkten Abwärtswandeln des analogen PM-Trägersignals 916 in ein demoduliertes Basisbandsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 von Fig. 46C beschrieben. Das analoge PM-Trägersignal 916 ist in Fig. 59A zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das analoge PM-Trägersignal 916 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 59B stellt ein analoges PM-Trägersignal 5904 einen Abschnitt des analogen PM-Trägersignals 916 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for directly downconverting the analog PM carrier signal 916 to a demodulated baseband signal is described below with reference to the timing diagram 4613 of FIG. 46C. The analog PM carrier signal 916 is shown again in FIG. 59A for simplicity. In this example, the analog PM carrier signal 916 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 59B, an analog PM carrier signal 5904 represents a portion of the analog PM carrier signal 916 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das analoge PM-Trägersignal 916 dargestellt.Processing begins in step 4614 where an EM signal is received. This is represented by the analog PM carrier signal 916.
In Schritt 4616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate F^r aufweist. Fig. 59C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 5906 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 59B. Das Energie-In step 4616, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F^r. Fig. 59C shows an exemplary energy transfer signal 5906 at approximately the same time scale as in Fig. 59B. The energy
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Übertragungssignal 5906 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 5907 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 5907 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate Fm bei einer direkten Abwärtswandlung in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Differenzfrequenz FDIff im wesentlichen gleich.Transfer signal 5906 comprises a train of energy transfer pulses 5907 with non-minor pulse widths tending away from zero in duration. Energy transfer pulses 5907 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, the aliasing rate F m is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the difference frequency F DI ff when directly downconverted to a demodulated baseband signal.
In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. In Fig. 59D zeigt ein beeinflußtes analoges PM-Trägersignal 5908 Effekte der Energieübertragung vom analogen PM-Trägersignal 916 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte analoge PM-Trägersignal 5908 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 59B und 59C dargestellt.In step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal directly to the demodulated baseband signal F DMB . In Fig. 59D, an affected analog PM carrier signal 5908 shows effects of energy transfer from the analog PM carrier signal 916 at the aliasing rate F AR . The affected analog PM carrier signal 5908 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 59B and 59C.
Fig. 59E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes demoduliertes Basisbandsignal 5912. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 516 im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal. Das demodulierte Basisbandsignal 5912 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 59E shows a downconverted demodulated baseband signal 5912 produced by the downconversion process. Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of signal 516, essentially no intermediate frequency signal is produced. The only significant aliased component is the baseband signal. The demodulated baseband signal 5912 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das demodulierte Basisbandsignalignal 5912 weist Abschnitte 5910A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 5907 in Fig. 59C korreliert sind, und Abschnitte 5910B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 5907. Die Abschnitte 5910A stellen Energie dar, die vom analogen PM-Trägersignal 916 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, währendThe demodulated baseband signal 5912 has portions 5910A correlated with the energy transfer pulses 5907 in Fig. 59C and portions 5910B between the energy transfer pulses 5907. The portions 5910A represent energy transferred from the analog PM carrier signal 916 to a storage device while
gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 5910A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 5907 geschlossen ist. Die Abschnitte 5910B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 5910B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 5907 geöffnet ist.simultaneously driving an output load. Sections 5910A appear when a switching module is closed by energy transfer pulses 5907. Sections 5910B represent energy stored in a storage device to continue driving the load. Sections 5910B appear when the switching module is opened after energy transfer pulses 5907.
In Fig. 59F stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 5916 eine gefilterte Version des demodulierten Basisbandsignals 5912 in einem komprimierten Zeitmaßstab dardar. Das demodulierte Basisbandsignal 5916 ist dem modulierenden Basisbandsignal 210 im wesentlichen ähnlich und kann unter Verwendung einer beliebigen Signalverarbeitungstechnik ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation weiterverarbeitet werden.In Figure 59F, a demodulated baseband signal 5916 represents a filtered version of the demodulated baseband signal 5912 in a compressed time scale. The demodulated baseband signal 5916 is substantially similar to the modulating baseband signal 210 and may be further processed using any signal processing technique without further down-conversion or demodulation.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 5912, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 5916, ein teilgefiltertes demoduliertes Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 5912, the filtered demodulated baseband signal 5916, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Basisbandsignal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to optimize the down-converted baseband signal in terms of amplitude output values or polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes direktes Abwärtswandlungsverfahren. Die demodulierten Basisbandsignale 5912 in Fig. 59E und 5916 in Fig. 59F zeigen beispielsweise, daß das analoge AM-Trägersignal 916 erfolgreich in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine aus-The drawings referred to herein illustrate a direct down-conversion method according to the invention. For example, demodulated baseband signals 5912 in Fig. 59E and 5916 in Fig. 59F show that analog AM carrier signal 916 has been successfully down-converted to a demodulated baseband signal, for an
reichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechter wird.sufficient reconstruction maintains sufficient baseband information.
2.2.2.1.2 Digitales PM-Trägersignal2.2.2.1.2 Digital PM carrier signal
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des digitalen PM-Trägersignals 1016 von Fig. 6C in ein demoduliertes Basisbandsignal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 in Fig. 46C beschrieben. Das digitale PM-Trägersignal 1016 ist in Fig. 6OA zur Vereinfachung erneut dargestellt. In diesem Beispiel oszilliert das digitale PM-Trägersignal 1016 mit einer Frequenz von etwa 900 MHz. In Fig. 6OB stellt ein digitales PM-Trägersignal 6004 einen Abschnitt des digitalen PM-Trägersignals 1016 in einem expandierten Zeitmaßstab dar.A method for down-converting the digital PM carrier signal 1016 of FIG. 6C to a demodulated baseband signal is described below with reference to the timing diagram 4613 in FIG. 46C. The digital PM carrier signal 1016 is shown again in FIG. 60A for simplicity. In this example, the digital PM carrier signal 1016 oscillates at a frequency of about 900 MHz. In FIG. 60B, a digital PM carrier signal 6004 represents a portion of the digital PM carrier signal 1016 on an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4614, in dem ein EM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das PM-Trägersignal 1016 dargestellt.Processing begins in step 4614 where an EM signal is received. This is represented by the PM carrier signal 1016.
In Schritt 4616 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate Far aufweist. Fig. 6OC zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 6006 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 6OB. Das Energieübertragungssignal 6006 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 6007 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 6007 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung eines EM-Signals in ein demoduliertes Basisbandsignal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Frequenz des EM-Signals im wesentlichen gleich.In step 4616, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . FIG. 60C shows an exemplary energy transfer signal 6006 at approximately the same time scale as FIG. 60B. The energy transfer signal 6006 comprises a train of energy transfer pulses 6007 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 6007 repeat at the aliasing rate determined or selected as described above. In general, when downconverting an EM signal to a demodulated baseband signal, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of the frequency of the EM signal.
In Schritt 4618 wird Energie vom EM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um das EM-Signal direkt in das demodulierte Basisbandsignal FDMB abwärtszuwandeln. In Fig. 6OD zeigt ein beeinflußtes digitales PM-Trägersignal 6008 Effekte der Energieübertragung vom digitalen PM-Trägersignal 1016 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte digitale PM-Trägersignal 6008 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 6OB und 6OC dargestellt.In step 4618, energy is transferred from the EM signal at the aliasing rate to down-convert the EM signal directly to the demodulated baseband signal F DMB . In Fig. 60D, an influenced digital PM carrier signal 6008 shows effects of energy transfer from the digital PM carrier signal 1016 at the aliasing rate F AR . The influenced digital PM carrier signal 6008 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 60B and 60C.
Fig. 6OE zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes demoduliertes Basisbandsignal 6012. Weil eine Harmonische der Aliasing-Rate der Frequenz des Signals 1016 im wesentlichen gleicht, wird im wesentlichen kein Zwischenfrequenzsignal erzeugt. Die einzige wesentliche aliased Komponente ist das Basisbandsignal. Das demodulierte Basisbandsignal 6012 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert.Figure 60E shows a downconverted demodulated baseband signal 6012 produced by the downconversion process. Because a harmonic of the aliasing rate is substantially equal to the frequency of signal 1016, essentially no intermediate frequency signal is produced. The only significant aliased component is the baseband signal. The demodulated baseband signal 6012 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das demodulierte Basisbandsignal 6012 weist Abschnitte 6010A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 6007 in Fig. 6OC korreliert sind, und Abschnitte 6010B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 6007. Die Abschnitte 6010A stellen Energie dar, die vom digitalen PM-Trägersignal 1016 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 6010A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 6007 geschlossen ist. Die Abschnitte 6010B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 6010B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 6007 geöffnet ist.The demodulated baseband signal 6012 has portions 6010A correlated with the energy transfer pulses 6007 in Figure 60C and portions 6010B between the energy transfer pulses 6007. The portions 6010A represent energy transferred from the digital PM carrier signal 1016 to a storage device while simultaneously driving an output load. The portions 6010A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 6007. The portions 6010B represent energy stored in a storage device to continue driving the load. The portions 6010B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 6007.
In Fig. 6OF stellt ein demoduliertes Basisbandsignal 6016 eine gefilterte Version des demodulierten Basisbandsignals 6012 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Das demo-In Fig. 6OF, a demodulated baseband signal 6016 represents a filtered version of the demodulated baseband signal 6012 in a compressed time scale. The demo-
dulierte Basisbandsignal 6016 ist dem modulierenden Basisbandsignal 310 im wesentlichen ähnlich und kann unter Verwendung einer beliebigen Signalverarbeitungstechnik ohne weitere Abwärtswandlung oder Demodulation weiterverarbeitet werden.The modulated baseband signal 6016 is substantially similar to the modulating baseband signal 310 and can be further processed using any signal processing technique without further down-conversion or demodulation.
Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 6012, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 6016, ein teilgefiltertes demoduliertes Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 6012, the filtered demodulated baseband signal 6016, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte und der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the power transfer signal is preferably controlled to optimize the down-converted signal in terms of amplitude output values and polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes direktes Abwärtswandlungsverfahren. Die demodulierten Basisbandsignale 6012 in Fig. 6OE und 6016 in Fig. 6OF zeigen beispielsweise, daß das digitale AM-Trägersignal 1016 erfolgreich in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a direct down-conversion method in accordance with the present invention. For example, demodulated baseband signals 6012 in FIG. 60E and 6016 in FIG. 60F illustrate that digital AM carrier signal 1016 has been successfully down-converted to a demodulated baseband signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
2.2.2.22.2.2.2
Beschreibung der StrukturDescription of the structure
In einer Ausführungsform überträgt das Energieübertragungssystem 6302 vorzugsweise Energie von einem EM-Signal, um es auf die im Ablaufdiagramm 4613 dargestellte Weise direkt in ein demoduliertes Basisbandsignal abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ab-In one embodiment, the energy transfer system 6302 preferably transfers energy from an EM signal to down-convert it directly to a demodulated baseband signal in the manner illustrated in the flow diagram 4613. Other structural embodiments for carrying out the steps of down-converting are within the scope of the invention.
.· 208.· 208
laufdiagramms 1413 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.flow diagram 1413. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4613 und die Zeitdiagramme in den Figuren 59A-F für das analoge PM-Trägersignal 916 beschrieben. In Schritt 4614 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das analoge PM-Trägersignal 916. In Schritt 4616 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 5906. In Schritt 4618 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom analogen PM-Trägersignal 916 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 5906, um das analoge PM-Trägersignal 916 direkt in die demodulierten Basisbandsignale 5912 oder 5916 abwärtszuwandeln.The operation of the power transfer system 6302 is described below with reference to the flowchart 4613 and the timing diagrams in Figures 59A-F for the analog PM carrier signal 916. In step 4614, the power transfer module 6304 receives the analog PM carrier signal 916. In step 4616, the power transfer module 6304 receives the power transfer signal 5906. In step 4618, the power transfer module 6304 transfers power from the analog PM carrier signal 916 at the aliasing rate of the power transfer signal 5906 to down-convert the analog PM carrier signal 916 directly to the demodulated baseband signals 5912 or 5916.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4 613 und die Zeitdiagramme in den Figuren 60A-F für das digitale PM-Trägersignal 1016 beschrieben. In Schritt 4614 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das digitale PM-Trägersignal 1016. In Schritt 4616 empfängt das Energieübertragungsmodul 6404 das Energieübertragungssignal 6006. In Schritt 4618 überträgt das Energieübertragungsmodul 6404 Energie vom digitalen PM-Trägersignal 1016 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 6006, um das digitale PM-Trägersignal 1016 direkt in die demodulierten Basisbandsignale 6012 oder 5016 abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 6302 is described below with reference to the flowchart 4613 and the timing diagrams in Figures 60A-F for the digital PM carrier signal 1016. In step 4614, the energy transfer module 6404 receives the digital PM carrier signal 1016. In step 4616, the energy transfer module 6404 receives the energy transfer signal 6006. In step 4618, the energy transfer module 6404 transfers energy from the digital PM carrier signal 1016 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6006 to down-convert the digital PM carrier signal 1016 directly to the demodulated baseband signals 6012 or 5016.
Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6302 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt. Implementation examples of the energy transfer module 6302 are presented in sections 4 and 5 below.
2.2.3 Andere Ausführungsformen2.2.3 Other embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausführungsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein can be implemented within the scope of the present invention.
2.3 Implementierungsbeispiele2.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Diese Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).Sections 4 and 5 below describe exemplary functional and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. These implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the implementation examples described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
3. Modulationsumsetzung3. Modulation implementation
In einer Ausführungsform wird ein FM-Trägersignal FFMc durch Energieübertragung vom FM-Trägersignal FFMC mit einer Aliasing-Rate in ein Nicht-FM-Signal F(N0n-FM) abwärtsgewan-In one embodiment, an FM carrier signal F FM c is down-converted to a non-FM signal F(N 0n -FM) by transferring energy from the FM carrier signal F FMC at an aliasing rate.
.* 2-io.* 2-io
delt. Diese Ausführungsform ist in Fig. 45B durch das Bezugszeichen 4518 dargestellt.delt. This embodiment is shown in Fig. 45B by the reference numeral 4518.
In einer exemplarischen Ausführungsform wird das FM-Trägersignal Fmc in ein phasenmoduliertes (PM) Signal FPM abwärtsgewandelt. In einer anderen exemplarischen Ausführungsform wird das FM-Trägersignal FFMC in ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal Fam abwärtsgewandelt. Das abwärtsgewandelte Signal kann durch eine beliebige herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden, um ein demoduliertes Basisbandsignal FDMB zu erhalten.In an exemplary embodiment, the FM carrier signal F mc is down-converted to a phase modulated (PM) signal F PM . In another exemplary embodiment, the FM carrier signal F FMC is down-converted to an amplitude modulated (AM) signal Fam . The down-converted signal may be demodulated by any conventional demodulation technique to obtain a demodulated baseband signal F DMB .
Die Erfindung ist mit einem beliebigen FM-Signaltyp implementierbar. Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen zum Abwärtswandeln eines Frequenzumtastungs (FSK) signals in ein Nicht-FSK-Signal beschrieben. FSK-Signale sind eine Untergruppe von FM-Signalen, wobei ein FM-Signal zwischen zwei oder mehr Frequenzen umschaltet. Frequenzumtastung (FSK) wird typischerweise für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet, z.B. für das digitale modulierende Basisbandsignal 310 in Fig. 3. In Fig. 8 ist das digitale FM-Signal 816 beispielsweise ein FSK-Signal, das zwischen einer oberen Frequnez und einer unteren Frequenz umschaltet, was Amplitudenänderungen im digitalen modulierenden Basisbandsignal 310 entspricht. Das FSK-Signal 816 wird in nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen verwendet.The invention is implementable with any type of FM signal. Example embodiments for down-converting a frequency shift keying (FSK) signal to a non-FSK signal are described below. FSK signals are a subset of FM signals where an FM signal switches between two or more frequencies. Frequency shift keying (FSK) is typically used for digital modulating baseband signals, e.g., for the digital modulating baseband signal 310 in FIG. 3. For example, in FIG. 8, the digital FM signal 816 is an FSK signal that switches between an upper frequency and a lower frequency, corresponding to amplitude changes in the digital modulating baseband signal 310. The FSK signal 816 is used in example embodiments below.
In einer ersten exemplarischen Ausführungsform wird Energie vom FSK-Signal 816 mit einer Aliasing-Rate übertragen, die auf einer Mittenfrequenz zwischen der oberen und der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert. Wenn die Aliasing-Rate auf der Mittenfrequenz basiert, wird das FSK-Signal 816 in ein Phasenumtastungs (PSK) -signal abwärtsgewandelt. PSK-Signale sind eine Untergruppe phasenmodulierter Signale, wobei ein PM-Signal zwischen zwei oder mehrerenIn a first exemplary embodiment, energy is transmitted from the FSK signal 816 at an aliasing rate based on a center frequency between the upper and lower frequencies of the FSK signal 816. When the aliasing rate is based on the center frequency, the FSK signal 816 is down-converted to a phase shift keying (PSK) signal. PSK signals are a subset of phase modulated signals where a PM signal is modulated between two or more
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Phasen umschaltet. Phasenumtastung (PSK) wird typischerweise für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet. In Fig. 10 ist das digitale PM-Signal 1016 beispielsweise ein PSK-Signal, das zwischen zwei Phasen umschaltet. Das PSK-Signal 1016 kann durch eine beliebige herkömmliche PSK-Demodulationstechnik demoduliert werden.Phase shift keying (PSK) is typically used for digital modulating baseband signals. For example, in Figure 10, the digital PM signal 1016 is a PSK signal that switches between two phases. The PSK signal 1016 can be demodulated by any conventional PSK demodulation technique.
In einer zweiten exemplarischen Ausführungsform wird Energie vom FSK-Signal 816 mit einer Aliasing-Rate übertragen, die entweder auf der oberen Frequenz oder auf der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert. Wenn die Aliasing-Rate auf der oberen Frequenz oder auf der unteren Frequenz des FSK-Signals 816 basiert, wird das FSK-Signal 816 in ein Amplitudenumtastungs (ASK) -signal abwärtsgewandelt. ASK-Signale sind eine Untergruppe amplitudenmodulierter Signale, wobei ein AM-Signal zwischen zwei oder mehr Amplituden umschaltet. Amplitudenumtastung (ASK) wird typischerweise für digitale modulierende Basisbandsignale verwendet. In Fig. 6 ist beispielsweise das digitale AM-Signal 616 ein ASK-Signal, das zwischen einer ersten Amplitude und einer zweiten Amplitude umschaltet. Das ASK-Signal 616 kann durch eine beliebige herkömmliche ASK-Demodulationstechnik demoduliert werden.In a second exemplary embodiment, energy is transmitted from the FSK signal 816 at an aliasing rate based on either the upper frequency or the lower frequency of the FSK signal 816. If the aliasing rate is based on the upper frequency or the lower frequency of the FSK signal 816, the FSK signal 816 is down-converted to an amplitude shift keying (ASK) signal. ASK signals are a subset of amplitude modulated signals where an AM signal switches between two or more amplitudes. Amplitude shift keying (ASK) is typically used for digital modulating baseband signals. For example, in Figure 6, the digital AM signal 616 is an ASK signal that switches between a first amplitude and a second amplitude. The ASK signal 616 may be demodulated by any conventional ASK demodulation technique.
In den folgenden Abschnitten werden Verfahren zum Übertragen von Energie von einem FM-Trägersignal FFMC beschrieben, um es in ein Nicht-FM-Signal F(N0N-FM) abwärtszuwandeln. Außerdem werden exemplarische strukturelle Ausführungsformen zum Implementieren der Verfahren beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. möglich sind.In the following sections, methods for transferring energy from an FM carrier signal F FMC to down-convert it to a non-FM signal F (N0N - FM) are described. In addition, exemplary structural embodiments for implementing the methods are described. The invention is not limited to the specific embodiments described below. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that equivalent implementations, extensions, changes, modifications, etc. are possible within the scope of the present invention.
Die folgenden Abschnitte beinhalten eine High-Level-Beschreibung, exemplarische Ausführungsformen und Implementierungsbeispiele. The following sections include a high-level description, exemplary embodiments, and implementation examples.
3.1 High-Level-Beschreibung3.1 High-level description
Durch diesen Abschnitt (einschließlich seiner Unterabschnitte) wird eine High-Level-Beschreibung der Energieübertragung vom FM-Trägersignal F fm zum erfindungsgemäßen Abwärtswandeln des FM-Trägersignals in ein Nicht-FM-Signal F(NON-FM) bereitgestellt. Insbesondere wird ein Betriebsverfahren zum Abwärtswandeln des FM-Trägersignals FMC in das Nicht-FM-Signal F(Non-fm) in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Außerdem wird eine strukturelle Implementierung dieses Verfahrens in einer High-Level-Beschreibung dargestellt. Diese strukturelle Implementierung wird hierin zur Erläuterung beschrieben und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Insbesondere kann das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren unter Verwendung einer beliebigen Anzahl struktureller Implementierungen realisiert werden, von denen in diesem Abschnitt eine beschrieben wird. Die Details solcher strukturellen Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.Through this section (including its subsections), a high-level description is provided of the energy transfer from the FM carrier signal F fm for down-converting the FM carrier signal to a non-FM signal F(NON-FM) according to the invention. In particular, an operating method for down-converting the FM carrier signal F MC to the non-FM signal F (N on-fm) is presented in a high-level description. In addition, a structural implementation of this method is presented in a high-level description. This structural implementation is described herein for illustration and is not intended to be limiting. In particular, the method described in this section may be realized using any number of structural implementations, one of which is described in this section. The details of such structural implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
3.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.1.1 Description of the functionality
Fig. 46D zeigt ein Ablaufdiagramm 4619, das ein exemplarisches Verfahren zum Abwärtswandeln eines FM-Trägersignals Ffmc in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) darstellt. Das im Ablaufdiagramm 4619 dargestellte exemplarische Verfahren ist eine Ausführungsform des Ablaufdiagramms 4 601 von Fig. 46A.46D shows a flow diagram 4619 illustrating an exemplary method for down-converting an FM carrier signal Ffmc to a non-FM signal F (NO n-fm). The exemplary method illustrated in flow diagram 4619 is an embodiment of the flow diagram 4601 of FIG. 46A.
Für die vorliegende Erfindung ist jedes und sind alle Formen von Frequenzmodulationstechniken anwendbar. Zur einfacheren Beschreibung wird das digitale FM-Träger (FSK) signal 816 verwendet, um die Betriebs- oder Funktionsweise der Erfindung in einer High-Level-Beschreibung darzustellen. In den folgenden Abschnitten werden detaillierte Ablaufdiagramme und Beschreibungen für das FSK-Signal 816 bereitgestellt. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die Erfindung so implementierbar ist, daß ein beliebiger FM-Signaltyp abwärtsgewandelt werden kann.Any and all forms of frequency modulation techniques are applicable to the present invention. For ease of description, the digital FM carrier (FSK) signal 816 is used to illustrate the operation of the invention in a high-level description. Detailed timing diagrams and descriptions for the FSK signal 816 are provided in the following sections. Those skilled in the art will appreciate from this description that the invention can be implemented to down-convert any type of FM signal.
Das im Ablaufdiagramm 4619 dargestellte Verfahren wird nachstehend anhand einer High-Level-Beschreibung zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 von Fig. 8C in ein PSK-Signal dargestellt. Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 84C zur Vereinfachung erneut dargestellt.The process illustrated in flow diagram 4619 is illustrated below with a high-level description of down-converting the FSK signal 816 of Figure 8C to a PSK signal. The FSK signal 816 is shown again in Figure 84C for simplicity.
Die Verarbeitung des Ablaufdiagramms 4619 beginnt in Schritt 4620, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FSK-Signal 816 dargestellt. Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer ersten Frequenz 8410 und einer zweiten Frequenz 8412 um. Die erste Frequenz 8410 kann höher oder niedriger sein als die zweite Frequenz 8412. In einer exemplarischen Ausführungsform beträgt die erste Frequenz 8410 etwa 899 MHz und die zweite Frequenz 8412 etwa 901 MHz.Processing of flowchart 4619 begins in step 4620 where an FM signal is received. This is represented by FSK signal 816. FSK signal 816 switches between a first frequency 8410 and a second frequency 8412. First frequency 8410 may be higher or lower than second frequency 8412. In an exemplary embodiment, first frequency 8410 is about 899 MHz and second frequency 8412 is about 901 MHz.
In Schritt 4622 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 84B zeigt ein Beispiel eines Energieübertragungssignals 8402, das eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 8403 mit nichtgeringfügigen Pulsbreiten 8405 aufweist, deren Dauer von null weg tendiert.In step 4622, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 84B shows an example of an energy transfer signal 8402 comprising a train of energy transfer pulses 8403 with non-minor pulse widths 8405 whose duration tends away from zero.
Die Energieübertragungsimpulse 8403 wiederholen sichThe energy transfer pulses 8403 repeat
mit der Aliasing-Rate FAR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Wenn ein FM-with the aliasing rate F AR determined or selected as described above. If an FM
Trägersignal Ffmc in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtsgewandelt wird, gleicht die Aliasing-Rate im allgemeinen einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer im FM-Signal enthaltenen Frequenz. In dieser Übersichtdarstellung einer exemplarischen Ausführungsform, in der das FSK-Signal 816 in ein PSK-Signal abwärtsgewandelt werden soll, gleicht die Aliasing-Rate im wesentlichen einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Mittenfrequenz zwischen der ersten Frequenz 8410 und der zweiten Frequenz 8412. Für das vorliegende Beispiel beträgt die Mittenfrequenz etwa 900 MHz.When the carrier signal Ffmc is down-converted to a non-FM signal F( NO n-fm), the aliasing rate generally equals a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency contained in the FM signal. In this overview of an exemplary embodiment in which the FSK signal 816 is to be down-converted to a PSK signal, the aliasing rate generally equals a harmonic, or more typically a subharmonic, of the center frequency between the first frequency 8410 and the second frequency 8412. For the present example, the center frequency is approximately 900 MHz.
In Schritt 4 624 wird Energie vom FM-Signal FFMC mit der Aliasing-Rate übertragen, um das FM-Trägersignal FFMC in das Nicht-FM-Signal F(N0N-fm) abwärtszuwandeln. Fig. 84C zeigt ein PSK-Signal 8404, das durch den Modulationsumsetzungsprozeß erzeugt wird.In step 4 624, energy is transferred from the FM signal F FMC at the aliasing rate to down-convert the FM carrier signal F FMC to the non-FM signal F( N0N -fm). Fig. 84C shows a PSK signal 8404 generated by the modulation conversion process.
Wenn die zweite Frequenz 8412 unterabgetastet wird, weist das PSK-Signal 8404 eine Frequenz von etwa 1 MHz auf und wird als Phasenreferenz verwendet. Wenn die erste Frequenz 8410 unterabgetastet wird, hat das PSK-Signal 8404 eine Frequenz von 1 MHz und ist bezüglich der Phasenreferenz um 180 Grad phasenverschoben.When the second frequency 8412 is subsampled, the PSK signal 8404 has a frequency of approximately 1 MHz and is used as a phase reference. When the first frequency 8410 is subsampled, the PSK signal 8404 has a frequency of 1 MHz and is 180 degrees out of phase with respect to the phase reference.
Fig. 84D zeigt ein PSK-Signal 8406, das eine gefilterte Version des PSK-Signals 8404 ist. Erfindungsgemäß kann daher ein gefiltertes oder ein teilgefiltertes Ausgangssignal oder ein relativ ungefiltertes stufenförmiges Ausgangssignal erzeugt werden. Die Auswahl zwischen einem gefilterten, einem teilgefilterten und einem ungefilterten Ausgangssignal wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt.Fig. 84D shows a PSK signal 8406 which is a filtered version of the PSK signal 8404. Thus, the invention may produce a filtered or partially filtered output signal or a relatively unfiltered stepped output signal. The choice between a filtered, partially filtered and unfiltered output signal is generally determined by design, which depends on the application of the invention.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hin-The aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to bias the down-converted signal
sichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.in terms of amplitude output values or polarity.
Nachstehend werden detaillierte exemplarische Ausführungsformen zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein PSK-Signal und zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein ASK-Signal beschrieben.Detailed exemplary embodiments for down-converting an FSK signal to a PSK signal and for down-converting an FSK signal to an ASK signal are described below.
3.1.2 Beschreibung der Struktur3.1.2 Description of the structure
Fig. 63 zeigt das Energieübertragungssystem 6302 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Energieübertragungssystem 6302 weist das Energieübertragungsmodul 6304 auf. Das Energieübertragungssystem 6302 ist eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 von Fig. 13.63 shows the energy transfer system 6302 according to an embodiment of the invention. The energy transfer system 6302 includes the energy transfer module 6304. The energy transfer system 6302 is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 of FIG. 13.
In der Moluationsumsetzungsausführungsform ist das EM-Signal 1304 ein FM-Trägersignal FFMC, und das Energieübertragungsmodul 6304 überträgt Energie vom FM-Trägersignal mit einer Frequenz, die einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer Frequenz innerhalb des FM-Frequenzbandes entspricht. Vorzugsweise überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom FM-Trägersignal FpMc um es auf eine im Ablaufdiagramm 4619 dargestellte Weise in ein Nicht-FM-Signal F(NOn-fm) abwärtszuwandeln. Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind andere strukturelle Ausführungsformen zum Ausführen der Schritte des Ablaufdiagramms 4619 möglich. Die Details der anderen strukturellen Ausführungsformen sind für Fachleute basierend auf der hierin dargestellten Beschreibung ersichtlich.In the molecular conversion embodiment, the EM signal 1304 is an FM carrier signal F FMC , and the energy transfer module 6304 transfers energy from the FM carrier signal at a frequency corresponding to a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency within the FM frequency band. Preferably, the energy transfer module 6304 transfers energy from the FM carrier signal FpMc to downconvert it to a non-FM signal F (NO n-fm) in a manner illustrated in flow diagram 4619. Other structural embodiments for carrying out the steps of flow diagram 4619 are possible within the scope of the invention. The details of the other structural embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the description presented herein.
Nachstehend wird die Betriebs- oder Funktionsweise des Energieübertragungssystems 6302 unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4619 und die Zeitdiagramme in den Figuren 84A-D be-The operation or functioning of the energy transfer system 6302 is described below with reference to the flow chart 4619 and the timing diagrams in Figures 84A-D.
schrieben. In Schritt 4620 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das FSK-Signal 816. In Schritt 4622 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 8402. In Schritt 4624 überträgt das Energieübertragungsmodul 6304 Energie vom FSK-Signal 816 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 8402, um das FSK-Signal 816 in das PSK-Signal 8404 oder 8406 abwärtszuwandeln.In step 4620, the energy transfer module 6304 receives the FSK signal 816. In step 4622, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 8402. In step 4624, the energy transfer module 6304 transfers energy from the FSK signal 816 at the aliasing rate of the energy transfer signal 8402 to down-convert the FSK signal 816 to the PSK signal 8404 or 8406.
Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6302 werden in den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 dargestellt. Implementation examples of the energy transfer module 6302 are presented in sections 4 and 5 below.
3.2 Exemplarische Ausfuhrungsformen3.2 Exemplary embodiments
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten) werden verschiedene, mit dem (den) Verfahren und der (den) Struktur(en), die vorstehend beschrieben wurden, in Beziehung stehende Ausführungsformen dargestellt. Diese Ausführungsformen werden hierin zur Erläuterung beschrieben und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf diese ausführungsformen beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen. In this section (and its subsections), various embodiments related to the method(s) and structure(s) described above are presented. These embodiments are described herein for illustrative purposes and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art based on the present description that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
Das Verfahren zum Abwärtswandeln eines FM-Trägersignals FFMC in ein Nicht-FM-Signal F(N0N_FM), das im Ablauf diagramm 4619 von Fig. 46D dargestellt ist, kann mit einem beliebigen FM-Trägersignaltyp implementiert werden, z.B. mit FSK-Signalen. Nachstehend wird das Ablaufdiagramm 4 619 zum Abwärtswandeln eines FSK-Signals in ein PSK-Signal und zum Ab-The method for down-converting an FM carrier signal F FMC into a non-FM signal F (N0N _ FM ) shown in the flow chart 4619 of Fig. 46D can be implemented with any type of FM carrier signal, e.g. with FSK signals. The flow chart 4619 for down-converting an FSK signal into a PSK signal and for down-converting a FSK signal into a PSK signal is shown below.
wärtswandeln eines FSK-Signals in ein ASK-Signal ausführlich beschrieben. Die nachstehenden exemplarischen Beschreibungen dienen dazu, die vorliegende Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch oder auf die nachstehenden exemplarischen Ausführungsformen beschränkt.Converting an FSK signal into an ASK signal is described in detail. The following exemplary descriptions serve to clarify the present invention. The present invention is not limited by or to the following exemplary embodiments.
3.2.1 Erste exemplarische Ausfuhrungsform: Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein PM-Signal3.2.1 First exemplary embodiment: Downconversion of an FM signal into a PM signal
3.2.1.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.1.1 Description of the functionality
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des in Fig. 8C dargestellten FSK-Signals 816 in ein PSK-Signal unter Bezug das Ablaufdiagramm 4619 von Fig. 46D beschrieben. A method for down-converting the FSK signal 816 shown in Fig. 8C into a PSK signal will be described below with reference to the flowchart 4619 of Fig. 46D.
Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 61A zur Vereinfachung erneut dargestellt. Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer ersten Frequenz 6106 und einer zweiten Frequenz 6108 um. In der exemplarischen Ausführungsform ist die erste Frequenz 6106 niedriger als die zweite Frequenz 6108. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Frequenz 6106 höher als die zweite Frequenz 6108. In diesem Besipiel beträgt die erste Frequenz 6106 etwa 899 MHz und die zweite Frequenz 6108 etwa 901 MHz.The FSK signal 816 is shown again in Figure 61A for simplicity. The FSK signal 816 switches between a first frequency 6106 and a second frequency 6108. In the exemplary embodiment, the first frequency 6106 is lower than the second frequency 6108. In an alternate embodiment, the first frequency 6106 is higher than the second frequency 6108. In this example, the first frequency 6106 is about 899 MHz and the second frequency 6108 is about 901 MHz.
Fig. 61B zeigt einen FSK-Signalabschnitt 6104, der einen Abschnitt des FSK-Signals 816 in einem expandierten Zeitmaßstab darstellt.Figure 61B shows an FSK signal portion 6104 representing a portion of the FSK signal 816 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4 620, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FSK--Signal 816 dargestellt.Processing begins in step 4 620 where an FM signal is received. This is represented by the FSK signal 816.
In Schritt 4622 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAr aufweist. Fig. 61C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 6107 in unge-In step 4622, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F A r. Fig. 61C shows an exemplary energy transfer signal 6107 in approx.
fähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 61B. Das Energieübertragungssignal 6107 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 6109 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 6109 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate bei einer Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein Nicht-FM-Signal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer im FM-Signal enthaltenen Frequenz im wesentlichen gleich.about the same time scale as in Fig. 61B. The energy transfer signal 6107 comprises a train of energy transfer pulses 6109 with non-minor pulse widths tending away from zero in duration. The energy transfer pulses 6109 repeat at the aliasing rate F AR determined or selected as described above. In general, when downconverting an FM signal to a non-FM signal, the aliasing rate is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency contained in the FM signal.
In diesem Beispiel, in dem ein FSK-Signal in ein PSK-Signal abwärtsgewandelt wird, ist die Aliasing-Rate einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der Mittenfrequenz zwischen den Frequenzen 6106 und 6108 im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel, in dem die erste Frequenz 6106 899 MHz und die zweite Frequenz 6108 901 MHz beträgt, beträgt die Mittenfrequenz etwa 900 MHz. Geeignete Aliasing-Raten sind 1,8 GHz, 900 MHz, 450 MHz, usw.In this example, where an FSK signal is downconverted to a PSK signal, the aliasing rate of a harmonic, or more typically a subharmonic, of the center frequency is substantially the same between frequencies 6106 and 6108. In this example, where the first frequency 6106 is 899 MHz and the second frequency 6108 is 901 MHz, the center frequency is approximately 900 MHz. Suitable aliasing rates are 1.8 GHz, 900 MHz, 450 MHz, etc.
In Schritt 4624 wird Energie vom FM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um es in das Nicht-FM-Signal F(NON-FM) abwärtszuwandeln. In Fig. 61D zeigt ein beeinflußtes FSK-Signal 6118 Effekte der Energieübertragung vom FSK-Signal 816 mit der Aliasing-Rate Far. Das beeinflußte FSK-Signal 6118 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 61B und 61C dargestellt.In step 4624, energy is transferred from the FM signal at the aliasing rate to down-convert it to the non-FM signal F(NON-FM). In Fig. 61D, a biased FSK signal 6118 shows effects of energy transfer from the FSK signal 816 at the aliasing rate Far. The biased FSK signal 6118 is shown at substantially the same time scale as in Figs. 61B and 61C.
Fig. 61E zeigt ein durch den Modulationsumsetzungsprozeß erzeugtes PSK-Signal 6112. Das PSK-Signal 6112 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert. Figure 61E shows a PSK signal 6112 generated by the modulation conversion process. The PSK signal 6112 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das PSK-Signal 6112 weist Abschnitte 6110A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 6107 in Fig. 61C korreliertThe PSK signal 6112 has portions 6110A that correlate with the energy transfer pulses 6107 in Fig. 61C
sind. Das PSK-Signal 6112 weist auch Abschnitte 6110B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 6109 auf. Die Abschnitte 6110A stellen Energie dar, die vom FSK-Signal 816 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 6110A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 6109 geschlossen wird. Die Abschnitte 6110B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 6110B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 6107 geöffnet ist.The PSK signal 6112 also includes portions 6110B between the energy transfer pulses 6109. The portions 6110A represent energy transferred from the FSK signal 816 to a storage device while simultaneously operating an output load. The portions 6110A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 6109. The portions 6110B represent energy stored in a storage device to continue operating the load. The portions 6110B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 6107.
In Fig. 61F stellt ein PSK-Signal 6114 eine gefilterte Version des PSK-Signals 6112 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 6112, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 6114, ein teilgefiltertes demodulierte Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt. Die PSK-Signale 6112 und 6114 können durch eine herkömmliche Demodulationstechnik demoduliert werden.In Fig. 61F, a PSK signal 6114 represents a filtered version of the PSK signal 6112 in a compressed time scale. The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 6112, the filtered demodulated baseband signal 6114, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention. The PSK signals 6112 and 6114 may be demodulated by a conventional demodulation technique.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to optimize the down-converted signal in terms of amplitude output values or polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Modulationsumsetzungsverfahren. Beispielsweise stellen die in Fig. 61E dargestellten PSK-Signale 6112 und die in Fig. 61F dargestellten PSK-Signale 6114 dar, daß das FSK-Signal 816 erfolgreich in ein PSK-Signal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichendeThe drawings referred to herein illustrate a modulation conversion method according to the invention. For example, the PSK signals 6112 shown in Fig. 61E and the PSK signals 6114 shown in Fig. 61F illustrate that the FSK signal 816 has been successfully down-converted to a PSK signal, providing sufficient
t ·
mt ·
m
• ··
Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.reconstruction while maintaining sufficient baseband information.
3.2.1.2 Beschreibung der Struktur3.2.1.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 1602 zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein PSK-Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4619 und die Zeitdiagramme der Figuren 61A-E beschrieben. In Schritt 4620 empfängt das Energieübertragungsmodul 1606 das FSK-Signal 816 (Fig. 61A). In Schritt 4622 empfängt das Energieübertragungsmodul 1606 das Energieübertragungssignal 6107 (Fig. 61C). In Schritt 4624 überträgt das Energieübertragungsmodul 1606 Energie vom FSK-Signal 816 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 6107, um das FSK-Signal 816 in das PSK-Signal 6112 von Fig. 61E oder das PSK-Signal 6114 von Fig. 61F abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 1602 for down-converting the FSK signal 816 to a PSK signal is described below with reference to the flowchart 4619 and the timing diagrams of Figures 61A-E. In step 4620, the energy transfer module 1606 receives the FSK signal 816 (Figure 61A). In step 4622, the energy transfer module 1606 receives the energy transfer signal 6107 (Figure 61C). In step 4624, the energy transfer module 1606 transfers energy from the FSK signal 816 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6107 to down-convert the FSK signal 816 to the PSK signal 6112 of Figure 61E or the PSK signal 6114 of Figure 61F.
3.2.2 Zweite exemplarische Ausfuhrungsform: Abwärtswandlung eines
FM-Signals in ein AM-Signal3.2.2 Second exemplary embodiment: Down-conversion of a
FM signal into an AM signal
3.2.2.1 Beschreibung der Funktionsweise3.2.2.1 Description of the functionality
Nachstehend wird ein Verfahren zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 von Fig. 8C in ein ASK-Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4619 von Fig. 46D beschrieben.A method for down-converting the FSK signal 816 of FIG. 8C into an ASK signal will be described below with reference to the flowchart 4619 of FIG. 46D.
Das FSK-Signal 816 ist in Fig. 62A zur Vereinfachung erneut dargestellt. Das FSK-Signal 816 schaltet zwischen einer ersten Frequenz 6206 und einer zweiten Frequenz 6208 um. In der exemplarischen Ausführungsform ist die erste Frequenz 6206 niedriger als die zweite Frequenz 6208. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Frequenz 6206 höher als die zweite Frequenz 6208. In diesem Beispiel beträgt dieThe FSK signal 816 is shown again in Fig. 62A for simplicity. The FSK signal 816 switches between a first frequency 6206 and a second frequency 6208. In the exemplary embodiment, the first frequency 6206 is lower than the second frequency 6208. In an alternative embodiment, the first frequency 6206 is higher than the second frequency 6208. In this example, the
erste Frequenz 6206 etwa 899 MHz und die zweite Frequenz 6208 etwa 901 MHz.first frequency 6206 about 899 MHz and the second frequency 6208 about 901 MHz.
Fig. 62B zeigt einen FSK-Signalabschnitt 6204, der einen Abschnitt des FSK-Signals 816 in einem expandierten Zeitmaßstab zeigt.Figure 62B shows an FSK signal portion 6204 showing a portion of the FSK signal 816 in an expanded time scale.
Die Verarbeitung beginnt in Schritt 4620, in dem ein FM-Signal empfangen wird. Dieses ist durch das FSK-Signal 816 dargestellt.Processing begins in step 4620 where an FM signal is received. This is represented by the FSK signal 816.
In Schritt 4622 wird ein Energieübertragungssignal empfangen, das eine Aliasing-Rate FAR aufweist. Fig. 62C zeigt ein exemplarisches Energieübertragungssignal 6207 in ungefähr dem gleichen Zeitmaßstab wie in Fig. 62B. Das Energieübertragungssignal 6207 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen 6209 mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse 6209 wiederholen sich mit der Aliasing-Rate FAR, die gemäß der vorstehenden Beschreibung bestimmt oder ausgewählt wird. Im allgemeinen ist die Aliasing-Rate FAR bei einer Abwärtswandlung eines FM-Signals in ein Nicht-FM-Signal einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen einer im FM-Signal enthaltenen Frequenz im wesentlichen gleich.In step 4622, an energy transfer signal is received having an aliasing rate F AR . Figure 62C shows an exemplary energy transfer signal 6207 at approximately the same time scale as Figure 62B. The energy transfer signal 6207 comprises a train of energy transfer pulses 6209 with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses 6209 repeat at the aliasing rate F AR determined or selected as described above. In general, when downconverting an FM signal to a non-FM signal, the aliasing rate F AR is substantially equal to a harmonic, or more typically a subharmonic, of a frequency contained in the FM signal.
In diesem Beispiel, in dem ein FSK-Signal in ein ASK-Signal abwärtsgewandelt wird, ist die Aliasing-Rate einer Harmonischen oder typischer einer Subharmonischen der ersten Frequenz 6206 oder der zweiten Frequenz 6208 im wesentlichen gleich. In diesem Beispiel kann, wenn die erste Frequenz 6206 899 MHz und die zweite Frequenz 6208 901 MHz beträgt, die Aliasing-Rate einer Harmonischen oder Subharmonischen von 899 MHz oder 901 MHz im wesentlichen gleich sein.In this example, where an FSK signal is down-converted to an ASK signal, the aliasing rate of a harmonic or, more typically, a subharmonic of the first frequency 6206 or the second frequency 6208 is substantially the same. In this example, if the first frequency 6206 is 899 MHz and the second frequency 6208 is 901 MHz, the aliasing rate of a harmonic or subharmonic of 899 MHz or 901 MHz may be substantially the same.
In Schritt 4624 wird Energie vom FM-Signal mit der Aliasing-Rate übertragen, um es in das Nicht-FM-SignalIn step 4624, energy is transferred from the FM signal at the aliasing rate to convert it into the non-FM signal
• · · ■· · ■
• ··
FM) abwärtszuwandeln. In Fig. 62D zeigt ein beeinflußtes FSK-Signal 6218 Effekte der Energieübertragung vom FSK-Signal 816 mit der Aliasing-Rate FAR. Das beeinflußte FSK-Signal 6218 ist im wesentlichen im gleichen Zeitmaßstab wie in den Figuren 62B und 62C dargestellt.FM). In Fig. 62D, an affected FSK signal 6218 shows effects of energy transfer from the FSK signal 816 at the aliasing rate F AR . The affected FSK signal 6218 is shown on substantially the same time scale as in Figs. 62B and 62C.
Fig. 62E zeigt ein durch den Modulationsumsetzungsprozeß erzeugtes ASK-Signal 6212. Das ASK-Signal 6212 ist mit einer willkürlichen Lastimpedanz dargestellt. Lastimpedanzoptimierungen werden nachstehend in Abschnitt 5 diskutiert. Figure 62E shows an ASK signal 6212 generated by the modulation conversion process. The ASK signal 6212 is shown with an arbitrary load impedance. Load impedance optimizations are discussed below in Section 5.
Das ASK-Signal 6212 weist Abschnitte 6210A auf, die mit den Energieübertragungsimpulsen 6209 in Fig. 62C korreliert sind. Das ASK-Signal 6212 weist auch Abschnitte 6210B zwischen den Energieübertragungsimpulsen 6209 auf. Die Abschnitte 6210A stellen Energie dar, die vom FSK-Signal 816 zu einer Speichereinrichtung übertragen wird, während gleichzeitig eine Ausgangslast betrieben wird. Die Abschnitte 6210A erscheinen, wenn ein Schaltmodul durch die Energieübertragungsimpulse 6207 geschlossen ist. Die Abschnitte 6210B stellen Energie dar, die in einer Speichereinrichtung gespeichert wird, um die Last weiterzubetreiben. Die Abschnitte 6210B erscheinen, wenn das Schaltmodul nach den Energieübertragungsimpulsen 6207 geöffnet ist.The ASK signal 6212 has portions 6210A that are correlated with the energy transfer pulses 6209 in Figure 62C. The ASK signal 6212 also has portions 6210B between the energy transfer pulses 6209. The portions 6210A represent energy transferred from the FSK signal 816 to a storage device while simultaneously operating an output load. The portions 6210A appear when a switching module is closed by the energy transfer pulses 6207. The portions 6210B represent energy stored in a storage device to continue operating the load. The portions 6210B appear when the switching module is opened after the energy transfer pulses 6207.
In Fig. 62F stellt ein ASK-Signal 6214 eine gefilterte Version des ASK-Signals 6212 in einem komprimierten Zeitmaßstab dar. Durch die vorliegende Erfindung kann das ungefilterte demodulierte Basisbandsignal 6212, das gefilterte demodulierte Basisbandsignal 6214, ein teilgefiltertes demodulierte Basisbandsignal, ein stufenförmiges Ausgangssignal, usw. ausgegeben werden. Die Auswahl zwischen diesen Ausführungsformen wird im allgemeinen durch die Konstruktion bestimmt, die von der Anwendung der Erfindung abhängt. DieIn Fig. 62F, an ASK signal 6214 represents a filtered version of the ASK signal 6212 in a compressed time scale. The present invention may output the unfiltered demodulated baseband signal 6212, the filtered demodulated baseband signal 6214, a partially filtered demodulated baseband signal, a stepped output signal, etc. The choice between these embodiments is generally determined by design, which depends on the application of the invention. The
ASK-Signale 6212 und 6214 können durch eine herkömmliche Demodulationstechnik deraoduliert werden.ASK signals 6212 and 6214 can be derodulated by a conventional demodulation technique.
Die Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals wird vorzugsweise gesteuert, um das abwärtsgewandelte Signal hinsichtlich der Amplitudenausgangswerte bzw. der Polarität zu optimieren.The aliasing rate of the energy transfer signal is preferably controlled to optimize the down-converted signal in terms of amplitude output values or polarity.
Die Zeichnungen, auf die hierin Bezug genommen wird, zeigen ein erfindungsgemäßes Modulationsumsetzungsverfahren. Beispielsweise stellen das in Fig. 62E dargestellte ASK-Signal 6212 und das in Fig. 62F dargestellte ASK-Signal 6214 dar, daß das FSK-Signal 816 erfolgreich in ein ASK-Signal abwärtsgewandelt wurde, wobei für eine ausreichende Rekonstruktion eine ausreichende Basisbandinformation aufrechterhalten wird.The drawings referred to herein illustrate a modulation conversion method according to the present invention. For example, ASK signal 6212 illustrated in FIG. 62E and ASK signal 6214 illustrated in FIG. 62F illustrate that FSK signal 816 has been successfully downconverted to an ASK signal while maintaining sufficient baseband information for adequate reconstruction.
3.2.2.2 Beschreibung der Struktur3.2.2.2 Description of the structure
Nachstehend wird die Funktionsweise des Energieübertragungssystems 1602 zum Abwärtswandeln des FSK-Signals 816 in ein ASK-Signal unter Bezug auf das Ablaufdiagramm 4619 und die Zeitdiagramme der Figuren 62A-F beschrieben. In Schritt 4 620 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das FSK-Signal 816 (Fig. 62A). In Schritt 4622 empfängt das Energieübertragungsmodul 6304 das Energieübertragungssignal 6207 (Fig. 62C) . In Schritt 4624 überträgt das Energieübertragungsmodil 6304 Energie vom FSK-Signal 818 mit der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 6207, um das FSK-Signal 816 in das ASK-Signal 6212 von Fig. 62E oder das ASK-Signal 6214 von Fig. 62F abwärtszuwandeln.The operation of the energy transfer system 1602 for down-converting the FSK signal 816 to an ASK signal is described below with reference to the flow chart 4619 and the timing diagrams of Figures 62A-F. In step 4620, the energy transfer module 6304 receives the FSK signal 816 (Figure 62A). In step 4622, the energy transfer module 6304 receives the energy transfer signal 6207 (Figure 62C). In step 4624, the energy transfer module 6304 transfers energy from the FSK signal 818 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6207 to down-convert the FSK signal 816 to the ASK signal 6212 of Figure 62E or the ASK signal 6214 of Figure 62F.
3.2.3 Andere exemplarische Ausfuhrungsformen3.2.3 Other exemplary embodiments
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausfühurngsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein can be implemented within the scope of the present invention.
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden Implementierungsbeispiele des Energieübertragungsmoduls 6302 dargestellt. Sections 4 and 5 below provide implementation examples of the energy transfer module 6302.
3.3 Implementierungsbeispiele3.3 Implementation examples
In den nachstehenden Abschnitten 4 und 5 werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) vorstehend beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Diese Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw. ) .Sections 4 and 5 below describe exemplary functional and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described above. These implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the specific implementation examples described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
4. Implementierungsbeispiele4. Implementation examples
In diesem Abschnitt (und seinen Unterabschnitten werden exemplarische Funktions- bzw. Betriebs- und/oder Strukturimplementierungen beschrieben, die mit den (dem) in den vorstehenden Unterabschnitten beschriebenen Verfahren und/oder Ausführungsformen in Beziehung stehen. Diese Implementierungen dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht im einschränkenden Sinn verstanden werden. Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Implementierungsbeispiele beschränkt. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind (z.B. äquivalente Implementierungen, Erweiterungen, Änderungen und Modifikationen der Implementierungen, usw.).This section (and its subsections) describes exemplary functional and/or structural implementations related to the methods and/or embodiments described in the preceding subsections. These implementations are for illustrative purposes only and are not to be taken in a limiting sense. The invention is not limited to the implementation examples described herein. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention (e.g., equivalent implementations, extensions, changes and modifications of the implementations, etc.).
Fig. 63 zeigt ein Energieübertragungssystem 6302, das eine exemplarische Ausführungsform des allgemeinen Aliasing-Systems 1302 von Fig. 13 ist. Das Energieübertragungssystem 6302 weist ein Energieübertragungsmodul 6304 auf, das das EM-Signal 1304 und ein Energieübertragungssignal 6306 empfängt. Das Energieübertragungssignal 6306 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse wiederholen sich mit einer Aliasing-Rate FAR.63 shows an energy transfer system 6302 that is an exemplary embodiment of the general aliasing system 1302 of FIG. 13. The energy transfer system 6302 includes an energy transfer module 6304 that receives the EM signal 1304 and an energy transfer signal 6306. The energy transfer signal 6306 includes a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses repeat at an aliasing rate F AR .
Das Energieübertragungsmodul 6304 überträgt Energie vom EM-Signal 1304 mit der Aliasing-Raten des Energieübertragungssignals 6306, wie in den vorstehenden Abschnitten unter Bezug auf die Ablaufdiagramme 4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C und 4619 in Fig. 46D beschrieben wurde. Das Energieübertragungsmodul 6304 gibt ein abwärtsgewan-The energy transfer module 6304 transfers energy from the EM signal 1304 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6306, as described in the previous sections with reference to the flow charts 4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C, and 4619 in Fig. 46D. The energy transfer module 6304 outputs a down-converted
deltes Signal 1308B aus, das nicht-geringfügige Energiemengen aufweist, die vom EM-Signal 1304 übertragen werden.enhanced signal 1308B having non-trivial amounts of energy carried by EM signal 1304.
Fig. 64A zeigt ein exemplarisches torgeseteurtes Übertragungssystem 6402, das ein Beispiel des Energieübertragungssystems 6302 ist. Das torgesteuerte Übertragungssysetm 6402 weist ein torgesetuertes Übertragungsmodul 6404 auf, das nachstehend beschrieben ist.64A shows an exemplary gated transmission system 6402 that is an example of the power transmission system 6302. The gated transmission system 6402 includes a gated transmission module 6404, which is described below.
Fig. 64B zeigt ein exemplarisches invertiertes torgesteuertes Übertragungssystem 6406, das ein alternatives Beispiel des Energieübertragungssystems 6302 ist. Das invertierte torgesteuerte Übertragungssystem 6406 weist ein invrtiertes torgesteuertes Übertragungsmodul· 6408 auf, das nachstehend beschrieben ist.64B shows an exemplary inverted gated transfer system 6406, which is an alternate example of the power transfer system 6302. The inverted gated transfer system 6406 includes an inverted gated transfer module 6408, which is described below.
4.1 Das Energieübertragungssystem als torgesteuertes Übertragungssystem4.1 The energy transmission system as a gate-controlled transmission system
Fig. 64A zeigt das exemplarische torgesteuerte Übertragungssystem 6402, das eine exemplarische Implementieung des Energieübertragungssystems 6302 ist. Das torgesteuerte Übertragungssystem 6402 weist das torgesteuerte Übertragungsmodul 6404 auf, das das EM-Signal 1304 und das Energieübertragungssignal 6306 empfängt. Das Energieübertragungssignal 6306 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse wiederholen sich mit einer Aliasing-Rate FAR.64A shows the exemplary gated transfer system 6402, which is an exemplary implementation of the energy transfer system 6302. The gated transfer system 6402 includes the gated transfer module 6404 that receives the EM signal 1304 and the energy transfer signal 6306. The energy transfer signal 6306 includes a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses repeat at an aliasing rate F AR .
Das torgesteuerte Übertragungsmodul· 6404 überträgt Energie vom EM-Signai l·304 mit der Aiiasing-Rate des Energieübertragungssignais 6306, wie in den vorstehenden Abschnitten unter Bezug auf die Abiaufdiagramme 4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C und 4619 in Fig. 46D beschrieben wurde. Das torgesteuerte Übertragungsmodul 6404 gibt das abwärtsgewandeites Signal· i308B aus, das nicht-The gated transfer module 6404 transfers energy from the EM signal 304 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6306 as described in the previous sections with reference to the flow charts 4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C and 4619 in Fig. 46D. The gated transfer module 6404 outputs the downconverted signal 308B which is non-
geringfügige Energiemengen aufweist, die vom EM-Signal 1304 übertragen wurden.small amounts of energy transmitted by EM signal 1304.
4.1.1 Das torgesteuerte Übertragungssystem als Schaltmodul und Speichermodul4.1.1 The gate-controlled transmission system as a switching module and storage module
Fig. 65 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des torgesteuerten Übertragunsgmoduls 6404 mit einem Schaltmodul 6502 und einem Speichermodul 6506. Das Schaltmodul 6502 und das Speichermodul 6506 übertragen vorzugsweise Energie vom EM-Signal 1304, um es auf eine beliebige der in den Ablaufdiagrammen 4601 von Fig. 46A, 4607 von Fig. 46B, 4613 von Fig. 46C und 4619 von Fig. 46D dargestellten Weisen abwärtszuwandeln. 65 shows an exemplary embodiment of the gated transmission module 6404 including a switching module 6502 and a memory module 6506. The switching module 6502 and the memory module 6506 preferably transfer energy from the EM signal 1304 to down-convert it in any of the ways illustrated in timing diagrams 4601 of FIG. 46A, 4607 of FIG. 46B, 4613 of FIG. 46C, and 4619 of FIG. 46D.
Nachstehend wird als Beispiel die Funktionsweise des Schaltmoduls 6502 und des Speichermoduls 6506 zum Abwärtswandeln des EM-Signals 1304 in ein Zwischenfrequenzsignal unter Bezug auf das Ablauf diagramm 4 607 und die exemplarischen Zeidiagramme in den Figuren 83A-F beschrieben.The operation of the switching module 6502 and the memory module 6506 for down-converting the EM signal 1304 to an intermediate frequency signal is described below by way of example with reference to the flow chart 607 and the exemplary timing diagrams in Figures 83A-F.
In Schritt 4 608 empfängt das Schaltmodul 6502 das EM-Signal 1304 (Fig. 83A). In Schritt 4610 empfängt das Schaltmodul 6502 das Energieübertragungssignal 6306 (Fig. 83C). In Schrit 4612 wirken das Schaltmodul 6502 und das Speichermodul 6506 zusammen, um Energie vom EM-Signal 1304 zu übertragen und es in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtszuwandeln. Im einzelnen schließt das Schaltmodul 6502 in Schritt 4612 während jedes Energieübertragungsimpulses, um das EM-Signal 1304 zum Speichermodul 6506 zu koppeln. In einer Ausführungsform schließt das Speichermodul 6502 bei Anstiegsflanken der Energieübertragungsimpulse. In einer alternativen Ausführungsform schließt das Speichermodul 6502 bei Abfallflanken der Energieübertragungsimpulse. Während das EM-Signal 1304 zum Speichermodul 6506 gekoppelt wird, werdenIn step 4608, the switching module 6502 receives the EM signal 1304 (FIG. 83A). In step 4610, the switching module 6502 receives the energy transfer signal 6306 (FIG. 83C). In step 4612, the switching module 6502 and the storage module 6506 cooperate to transfer energy from the EM signal 1304 and down-convert it to an intermediate frequency signal. Specifically, in step 4612, the switching module 6502 closes during each energy transfer pulse to couple the EM signal 1304 to the storage module 6506. In one embodiment, the storage module 6502 closes on rising edges of the energy transfer pulses. In an alternative embodiment, the storage module 6502 closes on falling edges of the energy transfer pulses. While the EM signal 1304 is coupled to the memory module 6506,
nicht-geringfügige Energiemengen vom EM-Signal 1304 zum Speichermodul 6506 übertragen. Fig. 83B zeigt das EM-Signal 1304, nachdem Energie von ihm übertragen wurde. Fig. 83D zeigt die im Speichermodul 6506 gespeicherte übertragene Energie. Das Speichermodul 6506 gibt die übertragene Enrgie als das abwärtsgewandelte Signal 1308B aus. Das Speichermodul 6506 kann das abwärtsgewandelte Signal 1308B als ein ungefiltertes Signal ausgeben, z.B. als das in Fig. 83E dargestellte Signal, oder als gefiltertes abwärtsgewandeltes Signal (Fig. 83F).non-trivial amounts of energy are transferred from the EM signal 1304 to the storage module 6506. Figure 83B shows the EM signal 1304 after energy has been transferred therefrom. Figure 83D shows the transferred energy stored in the storage module 6506. The storage module 6506 outputs the transferred energy as the down-converted signal 1308B. The storage module 6506 may output the down-converted signal 1308B as an unfiltered signal, e.g., as the signal shown in Figure 83E, or as a filtered down-converted signal (Figure 83F).
4.1.2 Das torgesteuerte Übertragungssystem als Folgeumschaltemodul4.1.2 The gate-controlled transmission system as a sequential switching module
Fig. 67A zeigt eine exemplarische Ausführungsform des torgesteuerten Übertragungsmoduls 6404 mit einem Folgeumschaltemodul 6702 und einem Speichermodul 6716. Das Folgeumschaltemodul 6702 und das Speichermodul 6716 übertragen vorzugsweise Energie vom EM-Signal 1304, um es auf eine beliebige der in den Ablaufdiagrammen 4 601 von Fig. 4 6A, 4 607 von Fig. 46B, 4613 von Fig. 46C und 4619 von Fig. 46D dargestellten Weisen abwärtszuwandeln.67A shows an exemplary embodiment of the gated transmission module 6404 with a sequence switching module 6702 and a memory module 6716. The sequence switching module 6702 and the memory module 6716 preferably transfer energy from the EM signal 1304 to down-convert it in any of the manners illustrated in timing diagrams 4601 of FIG. 46A, 4607 of FIG. 46B, 4613 of FIG. 46C, and 4619 of FIG. 46D.
In Fig. 67A weist das Folgeumschaltemodul 6702 einen normal offenen Schalter 6704 und einen normal geschlossenen Schalter 6706 auf. Der normal offene Schalter 6704 wird durch das Energieübertragungssignal· 6306 gesteuert. Der normal geschlossene Schalter 6706 wird durch ein Entkopplungsoder Trennsignal 6712 gesteuert. In einer Ausführungsform wird das Entkopplungs- oder Trennsignal 6712 vom Energieübertragungssignal 6306 erzeugt. Alternativ wird das Energieübertragungssignal 6306 vom Entkopplungs- oder Trennsignal 6712 erzeugt. Alternativ wird das Entkopplungs- oder Trennsignal 6712 unabhängig vom Energieübertragungssignal 6306 erzeugt. Das Folgeumschaltemodul 6702 entkoppelt oderIn Fig. 67A, the sequential switching module 6702 includes a normally open switch 6704 and a normally closed switch 6706. The normally open switch 6704 is controlled by the energy transfer signal 6306. The normally closed switch 6706 is controlled by a decoupling or disconnecting signal 6712. In one embodiment, the decoupling or disconnecting signal 6712 is generated from the energy transfer signal 6306. Alternatively, the energy transfer signal 6306 is generated from the decoupling or disconnecting signal 6712. Alternatively, the decoupling or disconnecting signal 6712 is generated independently of the energy transfer signal 6306. The sequential switching module 6702 decouples or
trennt einen Eingang 6708 im wesentlichen von einem Ausgang 6710.essentially separates an input 6708 from an output 6710.
Fig. 67B zeigt ein exemplarisches Zeitdiagramm des Energieübertragungssignals 6306, das den normal offenen Schalter 6704 steuert. Fig. 67C zeigt ein exemplarisches Zeitdiagramm des Entkopplungs- oder Trennsignals 6712, das den normal geschlossenen Schalter 6706 steuert. Nachstehend wird die Funktionsweise des Folgeumschaltemoduls 6702 unter Bezug auf die exemplarischen Zeitdiagramme der Figuren 67B und 67C beschrieben.Figure 67B shows an exemplary timing diagram of the energy transfer signal 6306 controlling the normally open switch 6704. Figure 67C shows an exemplary timing diagram of the decoupling or disconnection signal 6712 controlling the normally closed switch 6706. The operation of the sequence switching module 6702 is described below with reference to the exemplary timing diagrams of Figures 67B and 67C.
Vor einem Zeitpunkt t0 sind der normal offene Schalter 6704 und der normal geschlossene Schalter 6706 auf ihre normalen Zustände eingestellt.Before a time t0, the normally open switch 6704 and the normally closed switch 6706 are set to their normal states.
Zum Zeitpunkt tO öffnet das Entkopplungs- oder Trennsignal 6712 in Fig. 67C den normal geschlossenen Schalter 6706. Dann, unmittelbar nach dem Zeitpunkt t0, sind der normal offene Schalter 6704 und der normal geschlossene Schalter 6706 offen, und der Eingang 6708 ist vom Ausgang 6710 entkoppelt bzw. getrennt.At time tO, the decoupling or disconnecting signal 6712 in Fig. 67C opens the normally closed switch 6706. Then, immediately after time t0, the normally open switch 6704 and the normally closed switch 6706 are open and the input 6708 is decoupled or disconnected from the output 6710.
Zu einem Zeitpunkt ti schließt das Energieübertragungssignal· 6306 in Fig. 67B den normal· offenen Schalter 6704 für die nicht-geringfügige Dauer eines Impulses. Dadurch wird das EM-Signal 1304 zum Haltemodul· 6716 gekoppelt.At a time ti, the energy transfer signal 6306 in Fig. 67B closes the normally open switch 6704 for the non-trivial duration of a pulse. This couples the EM signal 1304 to the holding module 6716.
Vor einem Zeitpunkt t2 öffnet das Energieübertragungssignal· 6306 in Fig. 67B den normal· offenen Schaber 6704. Dadurch wird das EM-Signai 1304 vom Haltemodul 6716 ausgekoppelt .Before a time t2, the energy transfer signal 6306 in Fig. 67B opens the normally open scraper 6704. This decouples the EM signal 1304 from the holding module 6716.
Zum Zeitpunkt t2 schließt das Entkopplungs- oder Trennsignal 6712 in Fig. 67C den normal geschlossenen Schalter 6706. Dadurch wird das Haltemodul· 67l·6 mit dem Ausgang 6710 gekoppelt.At time t2, the decoupling or disconnecting signal 6712 in Fig. 67C closes the normally closed switch 6706. This couples the holding module 6716 to the output 6710.
Das Speichermodul 6716 ist dem Speichermodul 6506 von Fig. 65 ähniich. Das ' torgesteuerte Folgeumschalte-The memory module 6716 is similar to the memory module 6506 of Fig. 65. The gated sequence switching
• . i ?hriw . · · ·• . i ?hriw . · · ·
f1f1
Übertragungssystem 6701 wandelt das EM-Signal 1304 auf eine ähnliche Weise wie unter Bezug auf das torgesteuerte Übertragungssystem 6501 in Fig. 65 beschrieben abwärts.Transmission system 6701 downconverts EM signal 1304 in a similar manner as described with reference to gated transmission system 6501 in Figure 65.
4.1.3 Implementierungsbeispiele des Schaltmoduls4.1.3 Implementation examples of the switching module
Das Schaltmodul 6502 von Fig. 65 und die Schaltmodule 6704 und 6706 von Fig. 67A können ein beliebiges Schalterelement sein, das vorzugsweise im geschlossenen Zustand eine relativ geringe und im offenen Zustand eine relativ hohe Impedanz aufweist. Die Schaltmodule 6502, 6704 und 6706 können mit normal offenen oder normal geschlossenen Schaltern implementiert werden. Die Schaltmodule nüssen keine idealen Schaltmodule sein.The switch module 6502 of FIG. 65 and the switch modules 6704 and 6706 of FIG. 67A may be any switching element, preferably having a relatively low impedance when closed and a relatively high impedance when open. The switch modules 6502, 6704, and 6706 may be implemented with normally open or normally closed switches. The switch modules need not be ideal switch modules.
Fig. 66B zeigt die Schaltmodule 6502, 6704 und 6706 beispielsweise als ein Schaltmodul 6610. Das Schaltmodul 6610 (z.B. die Schaltmodule 6502, 6704 und 6706) kann durch einen beliebigen geeigneten Schalterelementtyp implementiert werden, z.B. durch mechanische Schalterelemente und elektrische Schalterelemente, optische Schalterelemente, usw. und Kombinationen davon. Solche Elemente sind z.B. Transistorschalterelemente, Diodenschalterelemente, Relaisschalterelemente, optische Schalterelemente, Mikromaschinenschalterelemente, usw.Fig. 66B shows the switching modules 6502, 6704, and 6706 as, for example, a switching module 6610. The switching module 6610 (e.g., the switching modules 6502, 6704, and 6706) may be implemented by any suitable type of switching element, e.g., mechanical switching elements and electrical switching elements, optical switching elements, etc., and combinations thereof. Such elements include, for example, transistor switching elements, diode switching elements, relay switching elements, optical switching elements, micromachine switching elements, etc.
In einer Ausführungsform kann das Schaltmodul 6610 als Transitor implementiert sein, z.B. als ein Feldeffekttransistor (FET), bipolarer Transistor oder beliebiges anderes geeignetes Schaltungsschalterelement.In one embodiment, the switching module 6610 may be implemented as a transistor, e.g., as a field effect transistor (FET), bipolar transistor, or any other suitable circuit switching element.
In Fig. 66A ist das Schaltmodul 6610 als ein FET 6602 dargestellt. Der FET 6602 kann ein beliebiger FET-Typ sein, z.B. ein MOSFET, ein JFET, ein GaAsFET, usw. Der FET 6602 weist eine Gate-Elektrode 6604, eine Source-Elektrode 6606 und eine Drain-Elektrode 6608 auf. Die Gate-Elektrode 6604In Fig. 66A, the switching module 6610 is shown as a FET 6602. The FET 6602 can be any type of FET, e.g., a MOSFET, a JFET, a GaAsFET, etc. The FET 6602 has a gate electrode 6604, a source electrode 6606, and a drain electrode 6608. The gate electrode 6604
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empfängt das Energieübertragungssignal 6306 zum Steuern der Schaltfunktion zwischen der Source-Elektrode 6606 und der Drain-Elektrode 6608. In einer Ausführungsform sind die Source-Elektrode 6606 und die Drain-Elektrode 6608 austauschbar .receives the energy transfer signal 6306 to control the switching function between the source electrode 6606 and the drain electrode 6608. In one embodiment, the source electrode 6606 and the drain electrode 6608 are interchangeable.
Die Darstellung des Schaltmoduls 6610 als FET 6602 in Fig. 66A dient lediglich zur Erläuterung. Es könnte jedes geeignete Element mit Schalteigenschaften verwendet werden, um das Schaltmodul 6610 zu implementieren (z.B. die Schaltmodule 6502, 6704 und 6706), wie für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.The representation of the switching module 6610 as FET 6602 in Figure 66A is for illustrative purposes only. Any suitable element with switching characteristics could be used to implement the switching module 6610 (e.g., switching modules 6502, 6704, and 6706), as will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
In Fig. 66C ist das Schaltmodul 6610 als DiodenschalterIn Fig. 66C, the switching module 6610 is designed as a diode switch
6612 dargestellt, der als Element mit zwei Anschlüssen wirkt, wenn das Energieübertragungssignal 6306 zum Ausgang6612, which acts as a two-terminal element when the energy transfer signal 6306 is applied to the output
6613 gekoppelt wird.6613 is coupled.
In Fig. 66D ist das Schaltmodul 6610 als DiodenschalterIn Fig. 66D, the switching module 6610 is designed as a diode switch
6614 dargestellt, der als Element mit zwei Anschlüssen wirkt, wenn das Energieübertragungssignal 6306 zum Ausgang6614, which acts as a two-terminal element when the energy transfer signal 6306 is applied to the output
6615 gekoppelt wird.6615 is coupled.
4.1.4 Implementierungsbeispiele des Speichermoduls4.1.4 Implementation examples of the storage module
Die Speichermodule 6506 und 6716 speichern nichtgeringfügige Energiemengen vom EM-Signal 1304. In einer exemplarischen Ausführungsform sind die Speichermodule 6506 und 6716 als ein reaktives Speichermodul 6801 in Fig. 68A implementiert, obwohl die Erfindung nicht auf diese Äusführungsform beschränkt ist. Ein reaktives Speichermodul ist ein Speichermodul, das ein oder mehrere reaktive elektrische Komponenten verwendet, um vom EM-Signal 1304 übertragene Energie zu speichern. Reaktive elektrische Komponenten sind beispielsweise Kapazitäten und Spulen.Storage modules 6506 and 6716 store non-trivial amounts of energy from EM signal 1304. In an exemplary embodiment, storage modules 6506 and 6716 are implemented as a reactive storage module 6801 in Figure 68A, although the invention is not limited to this embodiment. A reactive storage module is a storage module that uses one or more reactive electrical components to store energy transferred from EM signal 1304. Reactive electrical components include, for example, capacitors and inductors.
In einer Ausführungsform weisen die Speichermodule 6506 und 6716 ein oder mehrere kapazitive Speicherlemente auf, wie in Fig. 68B als kapazitives Speichermodul 6802 dargestellt. In Fig. 68C ist das kapazitive Speichermodul 6802 als eine oder mehrere Kapazitäten dargestellt, die allgemein durch eine Kapazität (Kapazitäten) 6804 dargestellt sind.In one embodiment, memory modules 6506 and 6716 include one or more capacitive storage elements, as shown in Figure 68B as capacitive storage module 6802. In Figure 68C, capacitive storage module 6802 is shown as one or more capacitances, generally represented by capacitance(s) 6804.
Es ist Aufgabe der Speichermodule 6506 und 6716, vom EM-Signal 1304 übertragene, nicht-geringfügige Energiemengen zu speichern. Die Amplitudenreproduktion des ursprünglichen, unbeeinflußten EM-Eingangssignals ist nicht notwendigerweise wesentlich. In einer Energieübertragungsumgebung weist das Speichermodul vorzugsweise die Fähigkeit auf, die übertragene Energie zu handhaben und eine nicht-geringfügige Energiemenge während eines durch die nicht-geringfügige Pulsbreite definierten Zeitfensters aufzunehmen.It is the function of the memory modules 6506 and 6716 to store non-trivial amounts of energy transferred by the EM signal 1304. Amplitude reproduction of the original, unaffected EM input signal is not necessarily essential. In a power transfer environment, the memory module preferably has the ability to handle the transferred energy and store a non-trivial amount of energy during a time window defined by the non-trivial pulse width.
Ein Anschluß 6806 dient als Ausgang des kapazitiven Speichermoduls 6802. Das kapazitive Speichermodul 6802 stellt die gespeicherte Energie am Anschluß 6806 bereit. Fig. 68F zeigt das kapazitive Speichermodul 6802 mit einer Serienkapazität 6812, die in einem nachstehend beschriebenen invertierten torgesteuerten Übertragungssystem verwendbar ist.A terminal 6806 serves as the output of the capacitive storage module 6802. The capacitive storage module 6802 provides the stored energy at the terminal 6806. Figure 68F shows the capacitive storage module 6802 with a series capacitance 6812 which can be used in an inverted gated transmission system described below.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Speichermodule 6506 und 6716 ein oder mehrere induktive Speicherelemente auf, wie in Fig. 68D als induktives Speichermodul 6808 dargestellt ist.In an alternative embodiment, memory modules 6506 and 6716 include one or more inductive memory elements, as shown in Figure 68D as inductive memory module 6808.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Speichermodule 6506 und 6716 eine Kombination aus einem oder mehreren kapazitiven Speicherelementen und einem oder mehreren induktiven Speicherelementen auf, wie in Fig. 68E als kapazitives/induktives Speichermodul 6810 dargestellt ist.In an alternative embodiment, memory modules 6506 and 6716 include a combination of one or more capacitive memory elements and one or more inductive memory elements, as shown in Figure 68E as capacitive/inductive memory module 6810.
Fig. 68G zeigt ein integriertes torgesteuertes Übertragungssystem 6818, das so implementierbar ist, daß das EM-Fig. 68G shows an integrated gated transmission system 6818 that can be implemented so that the EM
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Signal 1304 abwärtsgewandelt wird, wie in den Figuren 83A-F dargestellt und unter Bezug auf diese Figuren beschrieben.Signal 1304 is down-converted as shown in Figures 83A-F and described with reference to those figures.
4.1.5 Optionales Energieübertragungssignalmodul4.1.5 Optional power transfer signal module
Fig. 69 zeigt ein Energieübertragungssystem 6901, das eine exemplarische Ausführungsform des Energieübertragungssystems 6302 ist. Das Energieübertragungssystem 6901 weist ein optionales Energieübertragungssignalmodul 6902 auf, das eine beliebige von verschiedenartigen Funktionen oder Kombinationen von Funktionen ausführen kann, das z.B. das Energieübertragungssignal 6306 erzeugen kann.69 shows a power transfer system 6901 that is an exemplary embodiment of the power transfer system 6302. The power transfer system 6901 includes an optional power transfer signal module 6902 that can perform any of various functions or combinations of functions, for example, that can generate the power transfer signal 6306.
In einer Ausführungsform weist das optionale Energieübertragungssignalmodul 6902 einen Zeitfenster- oder Pulsbreitengenerator auf, wobei ein Beispiel eines Pulsbreitengenerators in Fig. 68J als Pulsbreitengenerator 6820 dargestellt ist. Der Pulsbreitengenerator 6820 erzeugt Pulse 6826 mit nicht-geringfügiger Pulsbreite von einem Eingangssignal 6824. Das Eingangssignal 6824 kann ein beliebiger periodischer Signaltyp sein, z.B. ein sinusförmiges Signal, eine Rechteckwelle, ein Sägezahnwelle, usw. Nachstehend werden Systeme zum Erzeugen des Eingangssignals 6824 beschrieben.In one embodiment, the optional energy transfer signal module 6902 includes a time window or pulse width generator, with an example of a pulse width generator being shown in Figure 68J as pulse width generator 6820. The pulse width generator 6820 generates non-marginal pulse width pulses 6826 from an input signal 6824. The input signal 6824 may be any type of periodic signal, e.g., a sinusoidal signal, a square wave, a sawtooth wave, etc. Systems for generating the input signal 6824 are described below.
Die Breite der Impulse 6826 ist durch die durch die Abzweigung 6822 des Pulsbreitengenerators 6820 erhaltene Verzögerung bestimmt. Im allgemeinen nehmen die Schwierigkeiten hinsichtlich der Implementierungs- oder Funktionsanforderungen an den Pulsbreitengenerator 6820 ab, wenn die gewünschte Pulsbreite größer ist. D.h., um für eine vorgegebene EM-Eingangssignalfrequenz Pulse mit nicht-gerinfügigen Pulsbreiten zu erzeugen, sind für die im exemplarischen Pulsbreitengenerator 6820 verwendeten Komponenten keine so schnellen Reaktionszeiten erforderlich wie in einem Un-The width of the pulses 6826 is determined by the delay obtained by the tap 6822 of the pulse width generator 6820. In general, the complexity of the implementation or functional requirements for the pulse width generator 6820 decreases as the desired pulse width is larger. That is, to generate pulses with non-insignificant pulse widths for a given EM input signal frequency, the components used in the exemplary pulse width generator 6820 do not require as fast response times as in a
dersampling-System, das mit der gleichen EM-Eingangssignalfrequenz betrieben wird.dersampling system operating at the same EM input signal frequency.
Die exemplarische Logik und Implementierung des Pulsbreitengenerators 6820 dienen lediglich zur Erläuterung und sollen nicht als Einschränkung verstanden werden. Die tatsächlich verwendete Logik kann verschiedene Formen annehmen. Der exemplarische Pulsbreitengenerator 6820 weist einen optionalen Invertierer 6828 auf, der dazu vorgesehen ist, eine Polaritätskonsistenz mit anderen hierin dargestellten Beispielen bereitzustellen.The exemplary logic and implementation of the pulse width generator 6820 are for illustrative purposes only and are not intended to be limiting. The actual logic used may take a variety of forms. The exemplary pulse width generator 6820 includes an optional inverter 6828 intended to provide polarity consistency with other examples presented herein.
Ein Implementierungsbeispiel des Pulsbreitengenerators 6820 ist in Fig. 68K dargestellt. Weitere Beispiele der Pulsbreitenerzeugungslogik sind in den Figuren 68H und 681 dargestellt. Fig. 68H zeigt einen Anstiegstlankenpulsgenerator 6840, der Pulse 6826 bei Anstiegsflanken des Eingangssignals 6824 erzeugt. Fig. 681 zeigt einen Abfallflankenpulsgenerator 6850, der Pulse 6826 bei Abfallflanken des Eingangssignals 6824 erzeugt.An implementation example of pulse width generator 6820 is shown in Figure 68K. Additional examples of pulse width generation logic are shown in Figures 68H and 68I. Figure 68H shows a rising edge pulse generator 6840 that generates pulses 6826 on rising edges of input signal 6824. Figure 68I shows a falling edge pulse generator 6850 that generates pulses 6826 on falling edges of input signal 6824.
In einer Ausführungsform wird das Eingangssignal 6824 extern vom Energieübertragungssignalmodul 6902 erzeugt, wie in Fig. 69 dargestellt. Alternativ wird das Eingangssignal 6824 durch das Energieübertragungssignalmodul 6902 intern erzeugt. Das Eingangssignal 6824 kann durch einen Oszillator erzeugt werden, wie in Fig. 68L durch einen Oszillator 6830 dargestellt ist. Der Oszillator 6830 kann eine interne oder eine externe Vorrichtung des Energieübertragungssignalmoduls 6902 sein. Der Oszillator 6830 kann eine externe Vorrichtung des Energieübertragungssystems 6901 sein. Das Ausgangssignal des Oszillators 6830 kann eine beliebige periodische Wellenform sein.In one embodiment, input signal 6824 is generated externally by energy transfer signal module 6902, as shown in Figure 69. Alternatively, input signal 6824 is generated internally by energy transfer signal module 6902. Input signal 6824 may be generated by an oscillator, as shown in Figure 68L by oscillator 6830. Oscillator 6830 may be an internal or external device of energy transfer signal module 6902. Oscillator 6830 may be an external device of energy transfer system 6901. The output signal of oscillator 6830 may be any periodic waveform.
Der Typ der durch das Energieübertragungssystem 6901 ausgeführten Abwärtswandlung ist abhängig von der Aliasing-Rate des Energieübertragungssignals 6306, die durch die Fre-The type of down-conversion performed by the energy transfer system 6901 depends on the aliasing rate of the energy transfer signal 6306, which is determined by the frequency
quenz der Pulse 6826 bestimmt ist. Die Frequenz der Pulse 6826 ist durch die Frequenz des Eingangssignals 6824 bestimmt. Wenn beispielsweise die Frequenz des Eingangssignals 6824 einer Harmonischen oder einer Subharmonischen des EM-Signals 1304 im wesentlichen gleicht, wird das EM-Signal 1304 direkt in ein Basisbandsignal abwärtsgewandelt (wenn z.B. das EM-Signal ein AM-Signal oder ein PM-Signal ist) oder vom FM- in ein Nicht-FM-Signal umgewandelt. Wenn die Frequenz des Eingangssignals 6824 einer Harmonischen oder einer Subharmonischen einer Differenzfrequenz im wesentlichen gleicht, wird das EM-Signal 1304 in ein Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt.quency of the pulses 6826. The frequency of the pulses 6826 is determined by the frequency of the input signal 6824. For example, if the frequency of the input signal 6824 is substantially equal to a harmonic or a subharmonic of the EM signal 1304, the EM signal 1304 is down-converted directly to a baseband signal (e.g., if the EM signal is an AM signal or a PM signal) or converted from FM to a non-FM signal. If the frequency of the input signal 6824 is substantially equal to a harmonic or a subharmonic of a difference frequency, the EM signal 1304 is down-converted to an intermediate frequency signal.
Das optionale Energieübertragungssignalmodul 6902 ist in Hardware, Software, Firmware oder eine beliebige Kombination davon implementierbar.The optional 6902 power transfer signal module can be implemented in hardware, software, firmware, or any combination thereof.
4.2 Das Energieübertragungssystem als invertiertes torgesteuertes Übertragungssystem 4.2 The energy transmission system as an inverted gate-controlled transmission system
Fig. 64B zeigt ein exemplarisches invertiertes torgesteuertes Übertragungssystem 6406, das ein Implementierungsbeispiel des Energieübertragungssystems 6302 ist. Das invertierte torgesteuerte Übertragungssystem 6406 weist ein invertiertes torgesteuertes Übertragungsmodul 6408 auf, das das EM-Signal 1304 und das Energieübertragungssignal 6306 empfängt. Das Energieübertragungssignal 6306 weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse wiederholen sich mit einer Aliasing-Rate FAR. Das invertierte torgesteuerte Übertragungsmodul 6408 überträgt Energie vom EM-Signal 1304 mit der Aliasing-Raten des Energieübertragungssignals 6306, wie in den vorstehenden Abschnitten unter Bezug auf die Ablaufdiagramme64B shows an exemplary inverted gated transfer system 6406 that is an implementation example of the energy transfer system 6302. The inverted gated transfer system 6406 includes an inverted gated transfer module 6408 that receives the EM signal 1304 and the energy transfer signal 6306. The energy transfer signal 6306 includes a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths whose duration tends away from zero. The energy transfer pulses repeat at an aliasing rate F AR . The inverted gated transfer module 6408 transfers energy from the EM signal 1304 at the aliasing rate of the energy transfer signal 6306, as described in the previous sections with reference to the timing diagrams.
4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C und 4619 in Fig. 46D beschrieben wurde. Das invertierte torgesteuerte Übertragungsmodul 6408 gibt ein abwärtsgewandeltes Signal 1308B aus, das nicht-geringfügige Energiemengen aufweist, die vom EM-Signal 1304 übertragen werden.4601 in Fig. 46A, 4607 in Fig. 46B, 4613 in Fig. 46C, and 4619 in Fig. 46D. The inverted gated transmission module 6408 outputs a down-converted signal 1308B having non-trivial amounts of energy transmitted from the EM signal 1304.
4.2.1 Das invertierte torgesteuerte Übertragungssystem als ein Schaltmodul und ein Speichermodul4.2.1 The inverted gated transmission system as a switching module and a storage module
Fig. 74 zeigt eine exemplarische Ausführungsform des invertierten torgesteuerten Übertragungsmoduls 6408 mit einem Schaltmodul 7404 und einem Speichermodul 7406. Das Schaltmodul 7404 und das Speichermodul 7406 übertragen vorzugsweise Energie vom EM-Signal 1304, um es auf eine beliebige der in den Ablaufdiagrammen 4601 von Fig. 46A, 4607 von Fig. 46B, 4613 von Fig. 46C und 4619 von Fig. 46D dargestellten Weise abwärtszuwandeln.74 shows an exemplary embodiment of the inverted gated transfer module 6408 including a switching module 7404 and a memory module 7406. The switching module 7404 and the memory module 7406 preferably transfer energy from the EM signal 1304 to down-convert it in any of the manners illustrated in timing diagrams 4601 of FIG. 46A, 4607 of FIG. 46B, 4613 of FIG. 46C, and 4619 of FIG. 46D.
Das Schaltmodul 7404 kann wie vorstehend unter Bezug auf die Figuren 66A-D dargestellt implementiert werden. Das Speichermodul 7406 kann wie vorstehend unter Bezug auf die Figuren 68A-F dargestellt implementiert werden.The switching module 7404 may be implemented as shown above with reference to Figures 66A-D. The memory module 7406 may be implemented as shown above with reference to Figures 68A-F.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Speichermodul 7206 eine oder mehrere Kapazitäten 7408 auf. Die Kapazität(en) 7408 werden so gewählt, daß höherfrequente Komponenten des EM-Signals 1304 unabhängig vom Zustand des Schaltmoduls 7404 zu einem Anschluß 7410 durchgelassen werden. Die Kapazität 7408 speichert nicht-geringfügige Energiemengen vom EM-Signal 1304. Anschließend ist das Signal am Anschluß 7410 um einen Offset-Wert versetzt, der mit der in der Kapazität 7408 gespeicherten Energie in Beziehung steht.In the illustrated embodiment, the storage module 7206 includes one or more capacitors 7408. The capacitor(s) 7408 are selected to pass higher frequency components of the EM signal 1304 to a terminal 7410 regardless of the state of the switching module 7404. The capacitor 7408 stores non-trivial amounts of energy from the EM signal 1304. The signal at terminal 7410 is then offset by an amount related to the energy stored in the capacitor 7408.
Die Funktionsweise des invertierten torgesteuerten Übertragungssystems 7401 ist in den Figuren 75A-F dargestellt. Fig. 75A zeigt das EM-Signal 1304. Fig. 75B zeigtThe operation of the inverted gated transmission system 7401 is shown in Figures 75A-F. Figure 75A shows the EM signal 1304. Figure 75B shows
das EM-Signal 1304, nachdem Energie von ihm übertragen wurde. Fig. 75C zeigt das Energieübertragungssignal 6306, das eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nichtgeringfügigen Pulsbreiten aufweist.the EM signal 1304 after energy has been transferred therefrom. Figure 75C shows the energy transfer signal 6306, which comprises a train of energy transfer pulses with non-minor pulse widths.
Fig. 75D zeigt ein exemplarisches abwärtsgewandeltes Signal 1308B. Fig. 75E zeigt das abwärtsgewandelte Signal 1308B in einem komprimierten Zeitmaßstab. Weil das Speichermodul 7406 ein Serienelement ist, sind die höheren Frequenzen (z.B. HF) des EM-Signals 1304 auf dem abwärtsgewandelten Signal sichtbar. Diese können herausgefiltert werden, wie in Fig. 75F dargestellt.Figure 75D shows an exemplary down-converted signal 1308B. Figure 75E shows the down-converted signal 1308B in a compressed time scale. Because the memory module 7406 is a series element, the higher frequencies (e.g., RF) of the EM signal 1304 are visible on the down-converted signal. These can be filtered out as shown in Figure 75F.
Das invertierte torgesteuerte Übertragungssystem 7401 kann verwendet werden, um einen beliebigen EM-Signaltyp, z.B. modulierte Trägersignale und unmodulierte Trägersignale, abwärtszuwandeln.The 7401 inverted gated transmission system can be used to down-convert any type of EM signal, such as modulated carrier signals and unmodulated carrier signals.
4.3 Rail-to-Rail-Operation für verbesserten Dynamikbereich
4.3.1 Einfuhrung4.3 Rail-to-rail operation for improved dynamic range
4.3.1 Introduction
Fig. HOA zeigt ein Aliasing-Modul 11000, das ein EM-Signal 11002 unter Verwendung eines Aliasing-Signals 11014 (das manchmal als Energieübertragungssignal bezeichnet wird) in ein abwärtsgewandeltes Signal 11012 abwärtszuwandeln. Das Aliasing-Modul 11000 ist ein Beispiel des Energieübertragungsmoduls 6304 von Fig. 63. Das Aliasing-Modul 11000 weist ein ÜFT-Modul 11004 und ein Speichermodul 11008 auf. Wie in Fig. HOA dargestellt, ist das UFT-Modul als 11004 n-Kanal-FET 11006 und das Speichermodul 11008 als Kapazität 11010 implementiert, wobei die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist.63. Aliasing module 11000 includes UFT module 11004 and memory module 11008. As shown in FIG. 63, UFT module 11004 is implemented as n-channel FET 11006 and memory module 11008 is implemented as capacitor 11010, but the invention is not limited to this embodiment.
Der FET 11006 empfängt das EM-Signal 11002 und das Aliasing-Signal 11014. In einer Ausführungsfrom weist dasThe FET 11006 receives the EM signal 11002 and the aliasing signal 11014. In one embodiment, the
Aliasing-Signal 11014 eine Folge von Pulsen mit nichtgeringfügigen Pulsbreiten auf, die sich mit einer Aliasing-Rate wiederholen. Die Aliasing-Rate kann eine Harmonische oder eine Subharmonische der Frequenz des EM-Signals 11002 sein. Der FET 11006 tastet das EM-Signal 11002 mit der Aliasing-Rate des Aliasing-Signals 11014 ab, um ein abwärtsgewandeltes Signal 11012 zu erzeugen. In einer Ausführungsform steuert das Aliasing-Signal 11014 die Gate-Elektrode des FET 11006, so daß der FET 11006 leitet (oder einschaltet), wenn die Gate-Source-Spannung (VGS) des FET größer ist als eine Schwellenspannung (VT) . Wenn der FET 11006 leitet, wird ein Kanal vom Source- zum Drain-Bereich des FET 11006 erzeugt, so daß Ladung vom EM-Signal 11002 zur Kapazität 11010 übertragen wird. Insbesondere ist die Leitfähigkeit (l/R) des FET 11006 als Funktion von VGS eine kontinuierliche Funktion, die bei VT einen geeigneten Pegel erreicht, wie in Fig. HOB dargestellt. Die durch die Kapazität 11010 während aufeinanderfolgender Abtastungen gespeicherte Ladung bildet das abwärtsgewandelte Signal 11012.Aliasing signal 11014 comprises a train of pulses having non-minor pulse widths that repeat at an aliasing rate. The aliasing rate may be a harmonic or a subharmonic of the frequency of EM signal 11002. FET 11006 samples EM signal 11002 at the aliasing rate of aliasing signal 11014 to produce down-converted signal 11012. In one embodiment, aliasing signal 11014 controls the gate of FET 11006 so that FET 11006 conducts (or turns on) when the gate-source voltage (V GS ) of the FET is greater than a threshold voltage (V T ). When FET 11006 conducts, a channel is created from the source to drain region of FET 11006 so that charge is transferred from EM signal 11002 to capacitor 11010. In particular, the conductance (l/R) of FET 11006 as a function of V GS is a continuous function reaching an appropriate level at V T as shown in Fig. 10B. The charge stored by capacitor 11010 during successive samples forms down-converted signal 11012.
Wie vorstehend beschrieben, leitet der n-Kanal-FET 11006, wenn VGS die Schwellenspannung VT überschreitet. Wie in Fig. HOA dargestellt, ist die Gate-Spannung des FET 11006 durch das Aliasing-Signal 11014 bestimmt, und die Source-Spannung ist durch das EM-Eingangssignal 11002 bestimmt. Das Aliasing-Signal 11014 besteht vorzugsweise aus mehreren Impulsen, deren Amplitude durch einen Systemdesignerer voraussagbar und einstellbar ist. Das EM-Signal 11002 wird jedoch typischerweise durch eine Kopplungsvorrichtung (z.B. eine Antenne) über ein Kommunikations- oder Übertragungsmedium empfangen. Daher kann die Amplitude des EM-Signals 11102 veränderlich sein und von mehreren Faktoren abhängen, z.B. von der Stärke des übertragenen Signals undAs described above, the n-channel FET 11006 conducts when V GS exceeds the threshold voltage V T . As shown in Fig. HOA, the gate voltage of the FET 11006 is determined by the aliasing signal 11014, and the source voltage is determined by the EM input signal 11002. The aliasing signal 11014 preferably consists of several pulses whose amplitude is predictable and adjustable by a system designer. However, the EM signal 11002 is typically received by a coupling device (e.g., an antenna) over a communication or transmission medium. Therefore, the amplitude of the EM signal 11102 may be variable and depend on several factors, e.g., the strength of the transmitted signal and
der Dämpfung des Kommunikations- oder Übertragungsmediums. Daher ist die Source-Spannung des FET 11006 nicht vollständig voraussagbar und wird daher Vqs und die Leitfähigkeit des FET 11006 beeinflussen.the attenuation of the communication or transmission medium. Therefore, the source voltage of the FET 11006 is not completely predictable and will therefore affect Vqs and the conductance of the FET 11006.
Fig. HlA zeigt ein Beipspiel des EM-Signal 11102, das an der Source-Elektrode des FET 11006 erscheint. Das EM-Signal 11102 weist einen Abschnitt 11104 mit einer relativ hohen Amplitude auf, wie dargestellt. Fig. HlB zeigt das Aliasing-Signal 11106 als ein Beispiel eines Aliasing Signals 11014, das die Gate-Elektrode des FET 11006 steuert. Fig. lllC zeigt die Spannung VGS 11108, die die Differenz zwischen der Gate- und der Source-Spannung darstellt, wie in den Figuren HlB bzw. HlA dargestellt ist. Der FET 11006 weist eine inhärente Schwellenspannung VT 11112 auf, wie in Fig. lllC dargestellt, oberhalb der der FET 11006 leitet. Vorzugsweise ist während jedes Pulses des Aliasing-Signals 11106 VGS > VT, so daß der FET 11006 leitet und während jedes Pulses des Aliasing-Signals 11106 Ladung vom EM-Signal 11102 zur Kapazität 11010 übertragen wird. Wie in Fig. HlC dargestellt, verursacht der Abschnitt 11104 des EM-Signals 11102, in dem das Signal eine hohe Amplitude aufweist, einen VGS-PuIs 11110, der VT 11112 nicht überschreitet, so daß der FET 11006 nicht wie gewünscht vollständig leitend wird. Daher kann die Qualität des erhaltenen Abtastwertes des EM-Signals 11102 beeinträchtigt sein, wodurch das abwärtsgewandelte Signal 11012 möglicherweise negativ beeinflußt wird.Fig. 11A shows an example of the EM signal 11102 appearing at the source of the FET 11006. The EM signal 11102 has a relatively high amplitude portion 11104 as shown. Fig. 11B shows the aliasing signal 11106 as an example of an aliasing signal 11014 controlling the gate of the FET 11006. Fig. 11C shows the voltage V GS 11108 representing the difference between the gate and source voltages as shown in Figs. 11B and 11A, respectively. The FET 11006 has an inherent threshold voltage V T 11112 as shown in Fig. 11C, above which the FET 11006 conducts. Preferably, during each pulse of the aliasing signal 11106, V GS > V T so that the FET 11006 conducts and during each pulse of the aliasing signal 11106, charge is transferred from the EM signal 11102 to the capacitor 11010. As shown in Fig. 1C, the portion 11104 of the EM signal 11102 where the signal has a high amplitude causes a V GS pulse 11110 that does not exceed V T 11112 so that the FET 11006 does not become fully conductive as desired. Therefore, the quality of the obtained sample of the EM signal 11102 may be compromised, possibly adversely affecting the down-converted signal 11012.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Leitfähigkeit des FET 11006 als Funktion von VGS mathematisch kontinuierlich und nicht scharf begrenzt. D.h., der FET 11006 wird nur marginal leitend sein, wenn er durch den Puls 11110 gesteuert: wird, auch wenn der Puls 11110 kleiner ist als VT 11112. Die Einfügungsdämpfung des FET 11006 wird jedoch im Vergleich zuAs mentioned above, the conductance of the FET 11006 as a function of V GS is mathematically continuous and not sharply limited. That is, the FET 11006 will only be marginally conductive when controlled by the pulse 11110: even if the pulse 11110 is smaller than V T 11112. However, the insertion loss of the FET 11006 will be significantly lower compared to
• ··
einem VGS-Impuls Hill, der größer ist als VT 11112, höher sein. Der durch ein Eingangssignal mit großer Amplitude verursachte Performanceverlust wird häufig als Clipping oder Kompression bezeichnet. Durch Clipping wird eine Störung im abwärtsgewandelten Signal 11012 verursacht, die eine geeignete Abwärtswandlung des EM-Eingangssignals 11102 nachteilig beeinflußt. Der Dynamikbereich steht in Beziehung mit dem Bereich der Eingangssignale, die geeignet abwärtsgewandelt werden können, ohne daß eine Störung in das abwärtsgewandelte Signal induziert wird. Je höher der Dynamikbereich eines Abwärtswandlungsschaltung ist, desto größer sind die Amplituden der Eingangssignale, die abwärtsgewandelt werden können, ohne daß eine Störung in das abwärtsgewandelte Signal iduziert wird.a V GS pulse Hill that is greater than V T 11112. The performance loss caused by a large amplitude input signal is often referred to as clipping or compression. Clipping causes noise in the downconverted signal 11012 that adversely affects proper downconversion of the EM input signal 11102. Dynamic range is related to the range of input signals that can be properly downconverted without noise being induced in the downconverted signal. The higher the dynamic range of a downconversion circuit, the greater the amplitudes of the input signals that can be downconverted without noise being induced in the downconverted signal.
4.3.2 Komplementäre UFT-Struktur für verbesserten Dynamikbereich4.3.2 Complementary UFT structure for improved dynamic range
Fig. 112 zeigt ein Aliasing-Modul 11200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das ein EM-Signal 11208 unter Verwendung eines Aliasing-Signals 11220 abwärtswandelt, um ein abwärtsgewandeltes Signal 11214 zu erzeugen. Das Aliasing-Modul 11200 ist in der Lage, im Vergleich zum Aliasing-Modul 11000 Eingangssignale über einen größeren Amplitudenbereich abwärtszuwandeln, so daß das Aliasing-Modul 11200 im Vergleich zum Aliasing-Modul 11000 einen besseren Dynamikbereich aufweist. Der Dynamikbereich ist verbessert, weil das Aliasing-Modul 11200 zwei UFT-Module aufweist, die mit komplementären FET-Bausteinen implementiert sind. D.h., ein FET ist ein n-Kanal-FET, und der andere FET ist ein p-Kanal-FET, so daß immer mindestens ein FET während eines Aliasing-Pulses leitend ist, vorausgesetzt, daß das Eingangssignal die Leistungsversorgungsgrenzwerte nicht überschreitet. Das Aliasing-Modul 11200 weist auf: eine Verzögerungseinrichtung112 shows an aliasing module 11200 according to an embodiment of the invention that downconverts an EM signal 11208 using an aliasing signal 11220 to produce a downconverted signal 11214. The aliasing module 11200 is capable of downconverting input signals over a larger range of amplitudes compared to the aliasing module 11000, so that the aliasing module 11200 has a better dynamic range compared to the aliasing module 11000. The dynamic range is improved because the aliasing module 11200 has two UFT modules implemented with complementary FET devices. That is, one FET is an n-channel FET and the other FET is a p-channel FET, so that at least one FET is always conducting during an aliasing pulse, provided that the input signal does not exceed the power supply limits. The aliasing module 11200 comprises: a delay device
11202, UFT-Module 11206, 11216, Knoten 11210, 11212 und einen Invertierer 11222. Der Invertierer 11222 ist mit Spannungsversorgungen V+ 11232 und V_ 11234 verbunden. Das UFT-Modul 11206 weist einen n-Kanal-FET 11204 und das UFT-Modul 11216 einen p-Kanal-FET 11218 auf.11202, UFT modules 11206, 11216, nodes 11210, 11212 and an inverter 11222. The inverter 11222 is connected to power supplies V + 11232 and V_ 11234. The UFT module 11206 has an n-channel FET 11204 and the UFT module 11216 has a p-channel FET 11218.
Wie erwähnt, wird das Aliasing-Modul 11200 mit zwei komplementären FETs betrieben, um den Dynamikbereich zu erweitern und jegliche Störungseffekte zu vermindern. Dies erfordert, daß zwei komplementäre Aliasing-Signale 11224 und 11226 vom Aliasing-Signal 11220 erzeugt werden, um die Abtastung durch die FETs 11218 bzw. 11204 zu steuern. Um dies zu erreichen, empfängt der Invertierer 11222 ein Aliasing-Signal 11220 und invertiert es, um ein Aliasing-Signal 11224 zu erzeugen, das den p-Kanal-FET 11218 steuert. Die Verzögerungseinrichtung 11202 verzögert das Aliasing-Signal 11220, um ein Aliasing-Signal 11226 zu erzeugen, wobei die Zeitverzögerung etwa der dem Invertierer 11222 zugeordneten Zeitverzögerung entspricht. Dadurch weisen die Aliasing-Signale 11224 und 11226 etwa komplementäre Amplituden auf.As mentioned, the aliasing module 11200 is operated with two complementary FETs to extend the dynamic range and reduce any spurious effects. This requires that two complementary aliasing signals 11224 and 11226 be generated from the aliasing signal 11220 to control sampling by the FETs 11218 and 11204, respectively. To accomplish this, the inverter 11222 receives an aliasing signal 11220 and inverts it to generate an aliasing signal 11224 that controls the p-channel FET 11218. The delay device 11202 delays the aliasing signal 11220 to generate an aliasing signal 11226, with the time delay approximately equal to the time delay associated with the inverter 11222. As a result, the aliasing signals 11224 and 11226 have approximately complementary amplitudes.
Der Knoten 11210 empfängt ein EM-Signal 11208 und führt EM-Signale 11227, 11228 den Source-Elektroden des n-Kanal-FET 11204 bzw. des p-Kanal-FET 11218 zu, wobei die EM-Signale 11227, 11228 im wesentlichen Kopien des EM-Signals 11208 sind. Der n-Kanal-FET 11204 tastet das EM-Signal 11227, gesteuert durch das Aliasing-Signal 11226, ab und erzeugt Abtastwerte 11236 an der Drain-Elektrode des FET 11204. Ähnlicherweise tastet der p-Kanal-FET 11218 das EM-Signal 11228, gesteuert durch das Aliasing-Signal 11224, ab und erzeugt Abtastwerte 11238 an der Drain-Elektrode des FET 11218. Der Knoten 11212 kombiniert die erhaltenen Ladungsabtastwerte zu Ladungsabtastwerten 11240, die durch eine Kapazität 11230 gespeichert werden. Die durch die Kapazität 11230 während aufeinanderfolgender Abtastungen gespeicherteNode 11210 receives EM signal 11208 and provides EM signals 11227, 11228 to the sources of n-channel FET 11204 and p-channel FET 11218, respectively, where EM signals 11227, 11228 are substantially copies of EM signal 11208. The n-channel FET 11204 samples the EM signal 11227 controlled by the aliasing signal 11226 and produces samples 11236 at the drain of the FET 11204. Similarly, the p-channel FET 11218 samples the EM signal 11228 controlled by the aliasing signal 11224 and produces samples 11238 at the drain of the FET 11218. The node 11212 combines the obtained charge samples into charge samples 11240 which are stored by a capacitor 11230. The charge stored by the capacitor 11230 during successive samples
Ladung bildet ein abwärtsgewandeltes Signal 11214. Das Aliasing-Modul 11200 bietet einen besseren Dynamikbereich als das Aliasing-Modul 11000, weil der n-Kanal-FET 11204 und der p-Kanal-FET 11214 komplementäre Elemente sind. Daher wird, wenn ein Element aufgrund eines EM-Eingangssignals 11208 mit großer Amplitude gesperrt ist, das andere Element leitend sein und das Eingangssignal abtasten, solange die Amplitude des Eingangssignals sich zwischen den Versorgungsspannungen V+ 11232 und V_ 11234 befindet. Dies wird durch Fachleute häufig als Rail-to-Rail-Operation bezeichnet.Charge forms a down-converted signal 11214. The aliasing module 11200 provides better dynamic range than the aliasing module 11000 because the n-channel FET 11204 and the p-channel FET 11214 are complementary elements. Therefore, when one element is turned off due to a large amplitude EM input signal 11208, the other element will be conductive and sample the input signal as long as the amplitude of the input signal is between the supply voltages V + 11232 and V_ 11234. This is often referred to by those skilled in the art as rail-to-rail operation.
Fig. 113A zeigt ein exemplarisches EM-Signal 11302, das ein Beispiel der EM-Signale 11227, 11228 ist, die den Source-Elektroden des n-Kanal-FET 11204 bzw. des p-Kanal-FET 11218 zugeführt werden. Wie dargestellt, weist das EM-Signal 11302 einen Abschnitt 11304 mit einer relativ hohen Amplitude auf, der Pulse 11303, 11305 aufweist. Fig. 113B zeigt das Aliasing-Signal 11306 als ein Beispiel des Aliasing-Signals 11226, das die Gate-Elektrode des n-Kanal-FET 11204 steuert. Ähnlicherweise zeigt Fig. 113D für den p-Kanal-FET das Aliasing-Signal 11314 als ein Beispiel des Aliasing-Signals 11224, das die Gate-Elektrode des p-Kanal-FET 11218 steuert. Das Aliasing-Signal 11314 ist bezüglich dem Aliasing-Signals 11306 amplitudenkomplementär.113A shows an exemplary EM signal 11302, which is an example of the EM signals 11227, 11228 provided to the source electrodes of the n-channel FET 11204 and the p-channel FET 11218, respectively. As shown, the EM signal 11302 has a relatively high amplitude portion 11304 comprising pulses 11303, 11305. FIG. 113B shows the aliasing signal 11306 as an example of the aliasing signal 11226 that controls the gate electrode of the n-channel FET 11204. Similarly, for the p-channel FET, Figure 113D shows the aliasing signal 11314 as an example of the aliasing signal 11224 that controls the gate of the p-channel FET 11218. The aliasing signal 11314 is amplitude complementary with respect to the aliasing signal 11306.
Fig. 113C zeigt die Spannung VGS 11308, die dem Unterschied zwischen der Gate- und der Source-Spannung des n-Kanal FET 11204 entspricht, die in den Figuren 113B bzw. 113A dargestellt sind. Fig. 113C zeigt auch die inhärente Schwellenspanung VT 11309 für den FET 11204, oberhalb der der FET 11204 leitet. Ähnlicherweise zeigt Fig. 113E die Spannung VGS 11316 für den p-Kanal-FET, die dem Unterschied zwischen der Gate- und der Source-Spannung des p-Kanal FET 11218 entspricht, die in den Figuren 113D bzw. 113A darge-Fig. 113C shows the voltage V GS 11308 corresponding to the difference between the gate and source voltages of the n-channel FET 11204 shown in Figs. 113B and 113A, respectively. Fig. 113C also shows the inherent threshold voltage V T 11309 for the FET 11204 above which the FET 11204 conducts. Similarly, Fig. 113E shows the voltage V GS 11316 for the p-channel FET corresponding to the difference between the gate and source voltages of the p-channel FET 11218 shown in Figs. 113D and 113A, respectively.
stellt sind. Fig. 113E zeigt außerdem die inhärente Schwellenspannung VT 11317 für den FET 11218, unterhalb der der FET 11218 leitet.Fig. 113E also shows the inherent threshold voltage V T 11317 for the FET 11218, below which the FET 11218 conducts.
Wie erwähnt, leitet der n-Kanal-FET 11204, wenn VGS As mentioned, the n-channel FET 11204 conducts when V GS
11308 größer ist als VT 11309, und der p-Kanal-FET 11218 leitet, wenn VGS 11316 kleiner ist als VT 11317. Wie in Fig. 113C dargestellt, leitet der n-Kanal-FET 11204 über den Bereich des in Fig. 113A dargestellten EM-Signals 11302 außer während des EM-Signalimpulses 11305, durch den ein entsprechender VGS-Impuls 11310 (Fig. 113C) erhalten wird, der VT 11308 is greater than V T 11309, and the p-channel FET 11218 conducts when V GS 11316 is less than V T 11317. As shown in Fig. 113C, the n-channel FET 11204 conducts over the range of the EM signal 11302 shown in Fig. 113A except during the EM signal pulse 11305, which results in a corresponding V GS pulse 11310 (Fig. 113C) that is V T
11309 nicht überschreitet. Der p-Kanal-FET 11218 leitet jedoch, weil der gleiche EM-Signalimpuls 11305 einen VGS-Impuls 11320 (Fig. 113E) erzeugt, der geeignet kleiner ist als derjenige von VT 11317 für den p-Kanal-FET. Daher wird der Abtastwert des EM-Signals 11302 durch den p-Kanal-FET 11218 geeignet aufgenommen, und in das abwärtsgewandelte Signal 11214 wird keine Störung induziert. Ähnlicherweise wird durch den EM-Signalimpuls 11303 ein VGS-Impuls 11322 (Fig. 113E) erhalten, der nicht dazu geeignet ist, den p-Kanal-FET 11218 vollständig leitend zu machen. Der n-Kanal-FET 11204 wird jedoch nicht vollständig leitend, weil durch den gleichen EM-Signalimpuls 11303 ein VGS-Impuls 11311 (Fig. 113C) erhalten wird, der wesentlich größer ist als VT 11309.11309. However, the p-channel FET 11218 conducts because the same EM signal pulse 11305 produces a V GS pulse 11320 (Fig. 113E) that is suitably smaller than that of V T 11317 for the p-channel FET. Therefore, the sample of the EM signal 11302 is suitably taken up by the p-channel FET 11218 and no noise is induced in the down-converted signal 11214. Similarly, a V GS pulse 11322 (Fig. 113E) is obtained by the EM signal pulse 11303 that is not sufficient to render the p-channel FET 11218 fully conductive. However, the n-channel FET 11204 does not become fully conductive because the same EM signal pulse 11303 produces a V GS pulse 11311 (Fig. 113C) that is much larger than V T 11309.
Wie vorstehend dargestellt, wird durch das Aliasing-Modul 11200 aufgrund der komplementären FET-Struktur ein besserer Dynamikbereich erhalten als durch das Aliasing-Modul 11000. Jedes Eingangssignal mit einer Amplitude innerhalb der Versorgungsspannungen V+ 11232 und V_ 11234 wird den FET 11204 und/oder den FET 11218 auf den leitenden Zustand schalten, wie durch die Figuren 113A - 113E dargestellt. Dies ist der Fall, weil jedes Eingangssignal, das eine Span-As shown above, a better dynamic range is obtained by the aliasing module 11200 than by the aliasing module 11000 due to the complementary FET structure. Any input signal with an amplitude within the supply voltages V + 11232 and V_ 11234 will switch the FET 11204 and/or the FET 11218 to the conducting state, as shown by Figures 113A-113E. This is because any input signal that has a voltage
nung VGS erzeugt, die den n-Kanal-FET 11204 sperrt, den p-Kanal-FET 11218 auf einen leitenden Zustand schaltet. Ähnlicherweise wird jedes Eingangssignal, das den p-Kanal-FET 11218 sperrt, den n-Kanal-FET 11204 auf einen leitenden Zustand schalten, so daß jegliche Störung des abwärtsgewandelten Signals vermieden wird.voltage V GS that turns off the n-channel FET 11204 will turn the p-channel FET 11218 into a conducting state. Similarly, any input signal that turns off the p-channel FET 11218 will turn the n-channel FET 11204 into a conducting state, thus avoiding any disturbance to the down-converted signal.
4.3.3 Konfiguration mit Vorspannung4.3.3 Configuration with preload
Fig. 114 zeigt ein Aliasing-Modul 11400, das eine alternative Ausführungsform des Moduls 11200 darstellt. Das Aliasing-Modul 11400 weist eine positive Spannungsversorgung (V+) 11402, Widerstände 11404, 11406 und Elemente im Aliasing-Modul 11200 auf. V+ 11402 und die Widerstände 11404, 11406 erzeugen eine positive Gleichspannung an einem Knoten 11405. Dies ermöglicht es dem Knoten 11405, eine angeschlossene Schaltung zu betreiben, die eine positive Versorgungsspannung benötigt, und ermöglicht eine unipolare Versorgung des Aliasing-Moduls 11400. Die positive Versorgungsspannung hat außerdem die Wirkung, daß der Gleichspannungspegel· des EM-Eingangssignals 11208 erhöht wird. Daher wird jedes Eingangssignal mit einer Amplitude zwischen V+ 11402 und Masse entweder den FET 11204 und/oder den FET 11218 veranlassen, auf den leitenden Zustand zu schalten, wie für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.Figure 114 shows an aliasing module 11400 which is an alternate embodiment of module 11200. Aliasing module 11400 includes positive voltage supply (V + ) 11402, resistors 11404, 11406 and elements within aliasing module 11200. V + 11402 and resistors 11404, 11406 produce a positive DC voltage at node 11405. This allows node 11405 to operate an attached circuit requiring a positive supply voltage and enables unipolar supply to aliasing module 11400. The positive supply voltage also has the effect of increasing the DC level of EM input signal 11208. Therefore, any input signal with an amplitude between V + 11402 and ground will cause either FET 11204 and/or FET 11218 to switch to the conducting state, as will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
Fig. 115 zeigt ein Aliasing-Modul 11500, das eine alternative Vorspannungskonfiguration des Aliasing-Moduls 11200 aufweist. Das Aliasing-Modul 11500 weist eine positive Spannungsversorgung 11502, eine negative Spannungsversorgung 11508, Widerstände 11504, 11506 und die Elemente im Aliasing-Modul 11200 auf. Durch die Verwendung sowohl einer positiven als auch einer negativen Versorgungsspannung kann amFig. 115 shows an aliasing module 11500 that includes an alternative bias configuration of the aliasing module 11200. The aliasing module 11500 includes a positive voltage supply 11502, a negative voltage supply 11508, resistors 11504, 11506, and the elements in the aliasing module 11200. By using both a positive and a negative supply voltage, the
Knoten 11505 eine beliebige Spannung zwischen V+ 11502 und V_ 11508 bereitgestellt werden. Dies ermöglicht es dem Knoten 11505 eine angeschlossene Schaltung zu betreiben, die eine positive oder eine negative Versorgungsspannung benötigt. Außerdem wird jedes Eingangssignal mit einer Amplitude zwischen den Versorgungsspannungen V+ 11502 und und V_ 11508 entweder den FET 11204 und/oder den FET 11218 veranlassen, auf den leitenden Zustand zu schalten, wie für Fachleute anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.Node 11505 may be provided with any voltage between V + 11502 and V_ 11508. This allows node 11505 to operate an attached circuit that requires a positive or negative supply voltage. Additionally, any input signal having an amplitude between supply voltages V + 11502 and V_ 11508 will cause either FET 11204 and/or FET 11218 to switch to the conducting state, as will be apparent to those skilled in the art from this description.
4.3.4 Simulationsergebnisse4.3.4 Simulation results
Wie erwähnt, weist ein Aliasing-Modul mit einer komplementären FET-Struktur im Vergleich zu einer Einzel- (oder unipolaren) FET-Konfiguration einen verbesserten Dynamikbereich auf. Dies wird durch Vergleichen der Signalwellenformen des Aliasing-Moduls 11602 (Fig. 116), das eine komplementäre FET-Struktur aufweist, mit denjenigen des Aliasing-Moduls 11702 (Fig. 117), das eine Einzel- (oder unipolare) FET-Struktur aufweist, näher erläutert.As mentioned, an aliasing module having a complementary FET structure has an improved dynamic range compared to a single (or unipolar) FET configuration. This is further illustrated by comparing the signal waveforms of the aliasing module 11602 (Fig. 116) having a complementary FET structure with those of the aliasing module 11702 (Fig. 117) having a single (or unipolar) FET structure.
Durch das Aliasing-Modul 11602 (Fig. 116) wird ein EM-Signal 11608 unter Verwendung eines Aliasing-Signals 11612 abwärtsgewandelt, um ein abwärtsgewandeltes Signal 11610 zu erzeugen. Das Aliasing-Modul 11602 hat eine komplementäre FET-Struktur und weist einen n-Kanal-FET 11604, einen p-Kanal-FET 11606, einen Invertierer 11614 und einen Aliasing-Signalgenerator 11608 auf. Das Aliasing-Modul 11602 wird durch eine Versorgungsschaltung 11616 vorgespannt, wie dargestellt. Durch ein Aliasing-Modul 11702 (Fig. 117) wird ein EM-Signal 11704 unter Verwendung eines Aliasing-Signals 11708 abwärtsgewandelt, um ein abwärtsgewandeltes Signal 11706 zu erzeugen. Das Aliasing-Modul 11702 weist ist eine Einzel-FET-Struktur mit einem n-Kanal-FET 11712 und einenThe aliasing module 11602 (Fig. 116) down-converts an EM signal 11608 using an aliasing signal 11612 to produce a down-converted signal 11610. The aliasing module 11602 has a complementary FET structure and includes an n-channel FET 11604, a p-channel FET 11606, an inverter 11614, and an aliasing signal generator 11608. The aliasing module 11602 is biased by a supply circuit 11616, as shown. An aliasing module 11702 (Fig. 117) downconverts an EM signal 11704 using an aliasing signal 11708 to produce a downconverted signal 11706. The aliasing module 11702 has a single FET structure with an n-channel FET 11712 and a
Aliasing-Signalgenerator 11714 auf und wird unter Verwendung einer Spannungsversorgungsschaltung 11710 vorgespannt.aliasing signal generator 11714 and is biased using a voltage supply circuit 11710.
Die Figuren 118-120 zeigen dem Aliasing-Modul 11602 zugeordnete Signalwellenformen, und die Figuren 121-123 zeigen dem Aliasing-Mosul 11702 zugeordnete Signalwellenformen. Die Figuren 118, 121 zeigen abwärtsgewandelte Signale 11610 bzw. 11706. Die Figuren 119, 122 zeigen das abgetastete EM-Signal 11608 bzw. 11704. Die Figuren 120, 123 zeigen die Aliasing-Signale 11612 bzw. 11708. Das Aliasing-Signal 11612 ist mit dem Aliasing-Signal 11708 identisch, damit die Module 11602 und 11702 geeigneter miteinander vergleichbar sind.Figures 118-120 show signal waveforms associated with aliasing module 11602, and Figures 121-123 show signal waveforms associated with aliasing module 11702. Figures 118, 121 show down-converted signals 11610 and 11706, respectively. Figures 119, 122 show sampled EM signal 11608 and 11704, respectively. Figures 120, 123 show aliasing signals 11612 and 11708, respectively. Aliasing signal 11612 is identical to aliasing signal 11708 to more conveniently compare modules 11602 and 11702.
Die EM-Signale 11608, 11704 sind Eingangssignale mit relativ großen Amplituden, die sich den Versorgungsspannungen von ±1,65 V nähern, wie in den Figuren 119 bzw. 122 dargestellt. In Fig. 119 stellen Abschnitte 11902 und 11904 des Signals 11608 eine Energieübertragung vom EM-Signal 11608 zum abwärtsgewandelten Signal 11610 durch das Aliasing-Modul 11602 dar. Der Abschnitt 11902 stellt die Energieübertragung in der Nähe der -1,65 V-Versorgungsspannung dar, und der Abschnitt 11904 stellt die Energieübertragung in der Nähe der +1,65 V-Versorgungsspannung dar. Die Symmetriequalität der Energieübertragung in der Nähe der Versorgungsspannungs-Rails zeigt an, daß mindestens einer der komplementären FETs 11604, 11606 das EM-Signal während jedes der Aliasing-Impulse 11612 geeignet abtastet. Dadurch wird ein abwärtsgewandeltes Signal 11610 mit minimalem Hochfrequenzrauschen erhalten, das zwischenThe EM signals 11608, 11704 are input signals with relatively large amplitudes approaching the supply voltages of ±1.65 V, as shown in Figures 119 and 122, respectively. In Fig. 119, portions 11902 and 11904 of signal 11608 represent energy transfer from EM signal 11608 to down-converted signal 11610 through aliasing module 11602. Portion 11902 represents energy transfer near the -1.65V supply voltage, and portion 11904 represents energy transfer near the +1.65V supply voltage. The symmetry quality of energy transfer near the supply voltage rails indicates that at least one of complementary FETs 11604, 11606 is properly sampling the EM signal during each of aliasing pulses 11612. This results in a down-converted signal 11610 with minimal high frequency noise that is between
-1,0 V und +1,0 V zentriert ist (d.h. eine vernachlässigbare Gleichspannungskomponente aufweist).-1.0 V and +1.0 V (i.e. has a negligible DC component).
Ähnlicherweise stellen in Fig. 122 Abschnitte 12202 und 12204 die Energieübertragung vom EM-Signal 11704 zum abwärtsgewandelten Signal 11706 durch das Aliasing-Modul 11702 (Einzel-FET-Konfiguration) dar. Der Abschnitt 12202 stelltSimilarly, in Fig. 122, sections 12202 and 12204 illustrate the energy transfer from the EM signal 11704 to the down-converted signal 11706 through the aliasing module 11702 (single FET configuration). Section 12202 illustrates
• ··
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die Energieübertragung in der Nähe der -1,65 V-Versorgungsspannung dar, und der Abschnitt 12204 stellt die Energieübertragung in der Nähe der +1,65 V-Versorgungsspannung dar. Durch einen Vergleich der Abschnitte 12202, 12204 mit den Abschnitten 11902, 11904 von Fig. 119 ist klar, daß die Energieübertragung in den Abschnitten 12202, 12204 in der Nähe der Versorgungsspannungs-Rails nicht so asymmetrisch ist wie diejenige in den Abschnitten 11902, 11904. Daher ist klar, daß das EM-Signal 11704 den Einzel-FET 11712 über einen Teil der Spur des Signals 11704 teilweise deaktiviert. Dadurch wird ein abwärtsgewandeltes Signal 11706 erhalten, das im Vergleich zum abwärtsgewandelten Signal 11610 einen größeren Hochfrequenzrauschanteil und eine wesentliche negative Gleichspannungskomponente aufweist.represents the energy transfer near the -1.65 V supply voltage, and section 12204 represents the energy transfer near the +1.65 V supply voltage. By comparing sections 12202, 12204 with sections 11902, 11904 of Fig. 119, it is clear that the energy transfer in sections 12202, 12204 near the supply voltage rails is not as asymmetric as that in sections 11902, 11904. Therefore, it is clear that EM signal 11704 partially disables single FET 11712 over a portion of the trace of signal 11704. This results in a down-converted signal 11706 that has a larger high frequency noise component and a significant negative DC component compared to the down-converted signal 11610.
Das abwärtsgewandelte Signal 11706 reflektiert eine Störung, die durch ein EM-Signal mit relativ großer Amplitude induziert wird, das den Einzel-FET 11712 im Aliasing-Modul 11702 deaktiviert. Das durch das Aliasing-Modul 11602 erzeugte abwärtsgewandelte Signal 11610 ist relativ störungsfrei. Dies ist der Fall, weil die komplementäre FET-Konfiguration im Aliasing-Modul 11602 in der Lage ist, Eingangssignale mit großen Amplituden zu handhaben, ohne eine Störung in das abwärtsgewandelte Signal 11610 zu induzieren. Daher weist die komplementäre FET-Konfiguration im Aliasing-Modul 11602 im Vergleich zur Einzel-FET-Konfiguration des Aliasing-Moduls 11702 einen besseren Dynamikbereich auf.The down-converted signal 11706 reflects a disturbance induced by a relatively large amplitude EM signal that disables the single FET 11712 in the aliasing module 11702. The down-converted signal 11610 generated by the aliasing module 11602 is relatively noise-free. This is because the complementary FET configuration in the aliasing module 11602 is able to handle large amplitude input signals without inducing a disturbance in the down-converted signal 11610. Therefore, the complementary FET configuration in the aliasing module 11602 has a better dynamic range compared to the single FET configuration of the aliasing module 11702.
4.4 Optimierte Schaltstrukturen
4.4.1 Splitter in CMOS4.4 Optimized switching structures
4.4.1 Splitters in CMOS
Fig. 124A zeigt eine Ausführungsform einer in CMOS implementierten Splitterschaltung 12400. Die AusführungsformFig. 124A shows an embodiment of a splitter circuit 12400 implemented in CMOS. The embodiment
22· X1M-M-22· X 1 MM-
dient lediglich zur Erläuterung und soll nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. In einer Ausführungsform wird die Splitterschaltung 12400 verwendet, um ein Empfangsoszillator (LO) -signal in zwei Oszillationssignale zu teilen, die etwa um 90° phasenverschoben sind. Das erste Oszillationssignal wird als I-Kanal-Oszillationssignal bezeichnet. Das zweite Oszillationssignal wird als Q-Kanal-Oszillationssignal bezeichnet. Das Q-Kanal-Oszillationssignal ist bezüglich dem I-Kanal-Oszillationssignal um etwa 90° phasenverzögert. Die Splitterschaltung 12400 weist einen ersten I-Kanal-Invertierer 12402, einen zweiten I-Kanal-Invertierer 12404, einen dritten I-Kanal-Invertierer 12406, einen ersten Q-Kanal-Invertierer 12408, einen zweiten Q-kanal-Invertierer 12410, ein I-Kanal-Flipflop 12412 und ein Q-Kanal-Flipflop 12414 auf.is for illustrative purposes only and should not be taken in a limiting sense. In one embodiment, splitter circuit 12400 is used to split a local oscillator (LO) signal into two oscillation signals that are approximately 90° out of phase. The first oscillation signal is referred to as the I-channel oscillation signal. The second oscillation signal is referred to as the Q-channel oscillation signal. The Q-channel oscillation signal is approximately 90° out of phase with the I-channel oscillation signal. The splitter circuit 12400 includes a first I-channel inverter 12402, a second I-channel inverter 12404, a third I-channel inverter 12406, a first Q-channel inverter 12408, a second Q-channel inverter 12410, an I-channel flip-flop 12412, and a Q-channel flip-flop 12414.
Die Figuren 124F-J zeigen exemplarische Wellenformen, die verwendet werden, um Signalbeziehungen der Splitterschaltung 12400 darzustellen. Die in den Figuren 124F-J dargestellten Wellenformen reflektieren ideale Verzögerungszeiten durch Komponenten der Splitterschaltung 12400. Ein LO-Signal 12416 ist in Fig. 124F dargestellt. Der erste, der zweite und der dritte I-Kanal-Invertierer 12402, 12404 und 12406 invertieren das LO-Signal 12416 dreimal, wodurch ein invertiertes LO-Signal 12418 ausgegeben wird, wie in Fig. 124G dargestellt. Der erste und der zweite Q-Kanal-Invertierer 12408 und 12410 invertieren das LO-Signal 12416 zweimal, wodurch ein nicht-invertiertes LO-Signal 12420 ausgegeben wird, wie in Fig. 124H dargestellt. Die Verzögerung durch den ersten, den zweiten und den dritten I-Kanal-Invertierer 12402, 12404 und 12406 ist derjenigen durch den ersten und den zweiten Q-Kanal-Invertierer 12408 und 12410 im wesentlichen gleich, so daß das invertierte LO-Signal 12418 und das nicht-invertierte LO-Signal 12420 um etwa 180°Figures 124F-J show exemplary waveforms used to illustrate signal relationships of splitter circuit 12400. The waveforms illustrated in Figures 124F-J reflect ideal delay times through components of splitter circuit 12400. An LO signal 12416 is illustrated in Figure 124F. The first, second, and third I-channel inverters 12402, 12404, and 12406 invert the LO signal 12416 three times, outputting an inverted LO signal 12418, as illustrated in Figure 124G. The first and second Q-channel inverters 12408 and 12410 invert the LO signal 12416 twice, outputting a non-inverted LO signal 12420, as illustrated in Figure 124H. The delay through the first, second and third I-channel inverters 12402, 12404 and 12406 is substantially equal to that through the first and second Q-channel inverters 12408 and 12410, so that the inverted LO signal 12418 and the non-inverted LO signal 12420 are approximately 180°
phasenverschoben sind. Die Betriebskenngrößen der Invertierer können angepaßt werden, um die geeigneten Verzögerungswerte zu erhalten, wie für Fachleute ersichtlich ist.out of phase. The operating characteristics of the inverters can be adjusted to obtain the appropriate delay values, as will be apparent to those skilled in the art.
Dem I-Kanal-Flipflop 12412 wird das invertierte LO-Signal 12418 zugeführt. Dem Q-Kanal-Flipflop 12414 wird das nicht-invertierte LO-Signal 12420 zugeführt. In der vorliegenden Ausführungsform sind das I-Kanal-Flipflop 12412 und das Q-Kanal-Flipflop 12414 flankengetriggerte Flipflops. Wenn eines der Flipflops an seinem Eingang eine Anstiegsflanke empfängt, ändert der Flipflopausgang seinen Zustand. Daher geben das I-Kanal-Flipflop 12412 und das Q-Kanal-Flipflop 12414 jeweils Signale aus, die etwa die Hälfte der Eingangssignalfrequenz aufweisen. Außerdem sind, wie für Fachleute ersichtlich ist, weil die Eingangssignale des I-Kanal-Flipflops 12412 und des Q-Kanal-Flipflops 12414 um etwa 180° phasenverschoben sind, ihre Ausgangssignale um etwa 90° phasenverschoben. Das I-Kanal-Flipflop 12412 gibt ein I-Kanal-Oszillationssignal 12422 aus, wie in Fig. 1241 dargestellt. Das Q-Kanal-Flipflop 12414 gibt ein Q-Kanal-Oszillationssignal 12424 aus, wie in Fig. 124J dargestellt. Das Q-Kanal-Oszillationssignal 12424 ist bezüglich dem I-Kanal-Oszillationssignal 12422 um 90° phasenverschoben, wie durch Vergleichen der Figuren 1241 und 124J ersichtlich ist.The I-channel flip-flop 12412 is supplied with the inverted LO signal 12418. The Q-channel flip-flop 12414 is supplied with the non-inverted LO signal 12420. In the present embodiment, the I-channel flip-flop 12412 and the Q-channel flip-flop 12414 are edge-triggered flip-flops. When either flip-flop receives a rising edge at its input, the flip-flop output changes state. Therefore, the I-channel flip-flop 12412 and the Q-channel flip-flop 12414 each output signals having approximately half the input signal frequency. In addition, as will be appreciated by those skilled in the art, because the input signals of I-channel flip-flop 12412 and Q-channel flip-flop 12414 are approximately 180° out of phase, their output signals are approximately 90° out of phase. I-channel flip-flop 12412 outputs I-channel oscillation signal 12422 as shown in Figure 124I. Q-channel flip-flop 12414 outputs Q-channel oscillation signal 12424 as shown in Figure 124J. Q-channel oscillation signal 12424 is 90° out of phase with I-channel oscillation signal 12422 as can be appreciated by comparing Figures 124I and 124J.
Fig. 124B zeigt eine detailliertere Schaltungsstruktur der Splitterschaltung 12400 von Fig. 124. Die Schaltungsblöcke von Fig. 124B, die denjenigen von Fig. 124A ähnlich sind, sind durch entsprechende Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren 124C-D zeigen exemplarische Ausgangswellenformen, die mit der Splitterschaltung 12400 von Fig. 124B in Beziehung stehen. Fig. 124C zeigt ein I-Kanal-Oszillationssignal 12422. Fig. 124D zeigt ein Q-Kanal-Oszillationssignal 12424. Wie durch Vergleichen der Figuren 124C und 124D ersichtlich ist, ist die Wellenform des Q-Kanal-OszillationssignalsFig. 124B shows a more detailed circuit structure of the splitter circuit 12400 of Fig. 124. The circuit blocks of Fig. 124B that are similar to those of Fig. 124A are designated by corresponding reference numerals. Figs. 124C-D show exemplary output waveforms related to the splitter circuit 12400 of Fig. 124B. Fig. 124C shows an I-channel oscillation signal 12422. Fig. 124D shows a Q-channel oscillation signal 12424. As can be seen by comparing Figs. 124C and 124D, the waveform of the Q-channel oscillation signal is
• · ,&igr;. *♦• · ,&igr;. *♦
12424 von Fig. 124D bezüglich der Wellenform des Q-Kanal-Oszillationssignals 12422 von Fig. 124C um etwa 90° phasenverschoben. 12424 of Fig. 124D is approximately 90° out of phase with respect to the waveform of the Q-channel oscillation signal 12422 of Fig. 124C.
Die Splitterschaltung 12400 in den Figuren 124A und 124B ist lediglich zur Erläuterung dargestellt. Die Splitterschaltung 12400 kann aus einer Kombination aus verschiedenartigen Logik- und Halbleiterbausteinen bestehen, wie für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.The splitter circuit 12400 in Figures 124A and 124B is shown for illustration purposes only. The splitter circuit 12400 may be comprised of a combination of various logic and semiconductor devices, as will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
4.4.2 I/Q-Schaltung4.4.2 I/Q circuit
Fig. 124E zeigt eine exemplarische Ausführungsform einer vollständigen I/Q-Schaltung 12426 in CMOS. Die I/Q-Schaltung 12426 weist eine vorstehend ausführlich beschriebene Splitterschaltung 12400 auf. Nachstehend werden I/Q-Implementierungen näher beschrieben, einschließlich der Anwendungen, auf die vorstehend verwiesen wurde.Figure 124E shows an exemplary embodiment of a complete I/Q circuit 12426 in CMOS. The I/Q circuit 12426 includes a splitter circuit 12400 described in detail above. I/Q implementations are described in more detail below, including the applications referenced above.
4.5 Exemplarische I- und Q-Implementierungen
4.5.1 Schalter mit verschiedenen Größen4.5 Exemplary I and Q implementations
4.5.1 Switches with different sizes
In einer Ausführungsform können die hierin diskutierten Schaltmodule als eine Serie von Schaltern implementeirt sein, die parallel als einziger Schalter funktionieren. Die Schalterserie kann aus Transistoren bestehen, z.B. aus Feldeffekttransistoren (FET), bipolaren Transistoren, oder aus beliebigen anderen geeigneten Schaltungsschalterelementen. Die Schalterserie kann aus einem Schalterelementtyp oder aus einer Kombination aus verschiedenen Schalterelementen bestehen. In one embodiment, the switching modules discussed herein may be implemented as a series of switches that function in parallel as a single switch. The switch series may consist of transistors, e.g., field effect transistors (FETs), bipolar transistors, or any other suitable circuit switching elements. The switch series may consist of one type of switching element or a combination of different switching elements.
Fig. 125 zeigt beispielsweise ein Schaltmodul 12500. In Fig. 125 ist das Schaltmodul als Serie von FETs 12502a-n dargestellt. Die FETs 12502a-n können ein beliebiger FET-Typ sein, z.B. ein MOSFET, ein JFET, ein GaAsFET, usw. Jeder der FETs 12502a-n weist, ähnlich wie der FET 2802 von Fig. 28A, eine Gate-Elektrode 12504a-n, eine Source-Elektrode 12506a-n und eine Drain-Elektrode 12508a-n auf. Die Serie von FETs 12502-n arbeiten parallel. Die Gate-Elektroden 12504a-n sind miteinander verbunden, die Source-Elektroden 12506a-n sind miteinander verbunden und die Drain-Elektroden 12508a-n sind miteinander verbunden. Jede der Gate-Elektroden 12504a-n empfängt das Steuersignal 1604, 8210, um die Schaltfunktion zwischen entsprechenden Source-Elektroden 12506a-n und Drain-Elektroden 12508a-n zu steuern. Im allgemeinen sind die entsprechenden Source-Elektroden 12506a-n und Drain-Elektroden 12508a-n der FETs 12502a-n austauschbar. Die Anzahl von FETs ist nicht begrenzt. Jegliche Begrenzung würde von der spezifischen Anwendung abhängen, und die Bezeichnung "a-n" soll in keinerlei Hinsicht als Einschränkung verstanden werden.For example, Fig. 125 shows a switching module 12500. In Fig. 125, the switching module is shown as a series of FETs 12502a-n. The FETs 12502a-n can be any type of FET, e.g., a MOSFET, a JFET, a GaAsFET, etc. Each of the FETs 12502a-n has a gate electrode 12504a-n, a source electrode 12506a-n, and a drain electrode 12508a-n, similar to the FET 2802 of Fig. 28A. The series of FETs 12502-n operate in parallel. The gate electrodes 12504a-n are connected together, the source electrodes 12506a-n are connected together, and the drain electrodes 12508a-n are connected together. Each of the gate electrodes 12504a-n receives the control signal 1604, 8210 to control the switching function between corresponding source electrodes 12506a-n and drain electrodes 12508a-n. In general, the corresponding source electrodes 12506a-n and drain electrodes 12508a-n of the FETs 12502a-n are interchangeable. The number of FETs is not limited. Any limitation would depend on the specific application and the designation "a-n" is not intended to be limiting in any way.
In einer Ausführungsform haben die FETs 12502a-n ähnliche Kenngrößen. In einer anderen Ausführungsform hat ein oder haben mehrere FETs 12502a-n andere Kenngrößen als die anderen FETs. Beispielsweise können die FETs 12502a-n verschiedene Größen aufweisen. In CMOS gilt allgemein: je größer ein Schalter ist (d.h., je größer die Fläche unter dem Gate- zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich ist), desto länger dauert der Einschaltvorgang. Die längere Einschaltdauer ergibt sich teilweise aufgrund einer in größeren Schaltern vorhandenen höheren Gate/Kanal- (gate to channel) Kapazität. Kleinere CMOS-Schalter schalten in kürzerer Zeit ein, sie haben jedoch einen höheren Kanalwiderstand. Größere CMOS-Schalter haben bezüglich kleineren CMOS-Schaltern einenIn one embodiment, the FETs 12502a-n have similar characteristics. In another embodiment, one or more of the FETs 12502a-n have different characteristics than the other FETs. For example, the FETs 12502a-n may have different sizes. In CMOS, in general, the larger a switch is (i.e., the larger the area under the gate between the source and drain regions), the longer it takes to turn on. The longer turn on time is due in part to a higher gate to channel capacitance present in larger switches. Smaller CMOS switches turn on in a shorter time, but they have a higher channel resistance. Larger CMOS switches have a
geringeren Kanalwiderstand. Durch verschiedene Einschaltkenngrößen oder -linien für verschiedene Schaltergrößen wird eine Flexibilität bei der Konstruktion der gesamten Schaltmodulstruktur bereitgestellt. Durch Kombinieren von kleineren Schaltern mit größeren Schaltern kann die Kanalleitfähigkeit der gesamten Schaltstruktur so angepaßt werden, daß vorgegebene Anforderungen erfüllt werden.lower channel resistance. By providing different turn-on characteristics or lines for different switch sizes, flexibility is provided in the design of the entire switch module structure. By combining smaller switches with larger switches, the channel conductance of the entire switch structure can be adjusted to meet specified requirements.
In einer Ausführungsform sind die FETs 12502a-n CMOS-Schalter mit relativ verschiedenen Größen. Der FET 12502 kann beispielsweise ein Schalter sein, der kleiner ist als die FETs 12502a-n. Der FET 12502b kann ein Schalter sein, der größer ist als der FET 12502a, jedoch kleiner als die FETs 12502c-n. Die Größen der FETs 12502c-n können auch relativ zueinander verschieden sein. Beispielsweise können zunehmend größere Schaltergrößen verwendet werden. Durch Ändern der Größen der FETs 12502a-n relativ zueinander kann die Einschaltkennlinie des Schaltmoduls entsprechend verändert werden. Beispielsweise kann die Einschaltkennlinie des Schaltmoduls so angepaßt werden, daß sie sich derjenigen eines idealen Schalters besser annähert. Alternativ kann das Schaltmodul so angepaßt werden, daß eine geformte Leitfähigkeitskurve erzeugt wird.In one embodiment, FETs 12502a-n are CMOS switches of relatively different sizes. For example, FET 12502 may be a switch that is smaller than FETs 12502a-n. FET 12502b may be a switch that is larger than FET 12502a, but smaller than FETs 12502c-n. The sizes of FETs 12502c-n may also be different relative to one another. For example, increasingly larger switch sizes may be used. By changing the sizes of FETs 12502a-n relative to one another, the turn-on characteristic of the switching module may be changed accordingly. For example, the turn-on characteristic of the switching module may be adjusted to more closely approximate that of an ideal switch. Alternatively, the switching module may be adjusted to produce a shaped conductance curve.
Indem die FETs 12502a-n so konfiguriert werden, daß einer oder mehrere der FETs eine relativ kleinere Größe aufweisen, kann durch ihre schnellere Einschaltkennlinie die Einschaltkennlinie des gesamten Schaltmoduls verbessert werden. Weil kleinere Schalter eine geringere Gate/Kanal-Kapazität aufweisen, können sie schneller einschalten als größere Schalter.By configuring the 12502a-n FETs so that one or more of the FETs are relatively smaller in size, their faster turn-on characteristics can improve the turn-on characteristics of the entire switch module. Because smaller switches have lower gate/channel capacitance, they can turn on faster than larger switches.
Indem die FETs 12502a-n so konfiguriert werden, daß einer oder mehrere der FETs eine relativ größere Größe aufweisen, kann durch ihren geringeren Kanalwiderstand auch die Einschaltkennlinie des gesamten Schaltmoduls verbessert wer-By configuring the 12502a-n FETs so that one or more of the FETs have a relatively larger size, the turn-on characteristic of the entire switching module can also be improved due to their lower channel resistance.
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den. Weil größere Schalter einen geringeren Kanalwiderstand aufweisen, können sie der gesamten Schaltstruktur einen neidrigeren Kanalwiderstand verleihen, auch wenn sie mit kleineren Schaltern kombiniert werden. Dadurch wird die Fähigkeit der gesamten Schaltstruktur verbessert, einen größeren Bereich von Lasten zu betreiben. Durch die Fähigkeit der Anpassung der Schaltergrößen relativ zueinander in der gesamten Schaltstruktur wird daher ermöglicht, daß die Operation der gesamten Schaltstruktur sich einem idealen Schalter besser annähert, oder können anwendungsspezifische Anforderungen erfüllt werden, oder können Kompromisse ausgeglichen werden, um spezifische Aufgaben zu ermöglichen, wie für Fachleute anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.Because larger switches have lower channel resistance, they can provide lower channel resistance to the overall switching structure even when combined with smaller switches. This improves the ability of the overall switching structure to drive a wider range of loads. The ability to adjust switch sizes relative to one another throughout the overall switching structure therefore allows the operation of the overall switching structure to more closely approximate an ideal switch, or to meet application-specific requirements, or to balance trade-offs to enable specific tasks, as will be apparent to those skilled in the art from this description.
Die Darstellung des Schaltmoduls als eine Serie von FETs 12502a-n in Fig. 125 dient lediglich zur Erläuterung. Es könnte jedes Element mit Schaltfunktionen verwendet werden, um das Schaltmodul zu implementieren (z.B. die Schaltmodule 2802, 2702, 2404 und 2406), wie für Fachleute anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist.The representation of the switching module as a series of FETs 12502a-n in Figure 125 is for illustrative purposes only. Any element with switching functions could be used to implement the switching module (e.g., switching modules 2802, 2702, 2404, and 2406), as will be apparent to those skilled in the art from this description.
4.5.2 Verminderung der Schaltergesamtfläche4.5.2 Reduction of the total switch area
Die Schaltungsleistung kann auch durch Reduzieren der Schaltergesamtfläche verbessert werden. Wie vorstehend beschrieben, weisen kleinere Schalter (d.h. Schalter mit einer kleineren Fläche unter dem Gate-Bereich zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich) eine kleinere Gate/Kanal-Kapazität auf als größere Schalter. Die geringere Gate/Kanal-Kapazität ermöglicht eine geringere Schaltungsempfindlichkeit für Rauschsignalstörungn. Fig. 126A zeigt eine Ausführungsform eines Schaltmoduls mit einer großen Gesamtschalterfläche. Das Schaltmodul von Fig. 126A weist 20 FETs 12602-12640 auf.Circuit performance can also be improved by reducing the overall switch area. As described above, smaller switches (i.e., switches with a smaller area under the gate region between the source and drain regions) have a smaller gate/channel capacitance than larger switches. The smaller gate/channel capacitance enables a lower circuit sensitivity to noise signal disturbances. Figure 126A shows an embodiment of a switch module with a large overall switch area. The switch module of Figure 126A includes 20 FETs 12602-12640.
Wie dargestellt, haben die FETs 12602-12640 die gleiche Größe (die Parameter "Wd" und "Ing" sind gleich) . Eine Eingangssignalquelle 12646 erzeugt das EM-Eingangssignal. Ein Pulsgenerator 12648 erzeugt das Energieübertragungssignal für die FETs 12602-12640. Ein Kapazität Cl ist das Speicherelement für das durch die FETs 12602-12640 abgetastete Eingangssignal. Die Figuren 126B-126Q zeigen dem Schaltmodul von Fig. 126A zugeordnete exemplarische Wellenformen. Fig. 126B zeigt ein empfangenes EM-Signal mit einer Frequenz von 1,01 GHz, das abgetastet und in ein 10 MHz-Zwischenfrequenzsignal abwärtsgewandelt werden soll. Fig. 126C zeigt ein Energieübertragungssignal, das eine Aliasing-Rate von 200 MHz aufweist und der Gate-Elektrode jedes der 20 FETs 12602-12640 zugeführt wird. Das Energieübertragungssignal weist eine Folge von Energieübertragungsimpulsen mit nicht-geringfügigen Pulsbreiten auf, deren Dauer von null weg tendiert. Die Energieübertragungsimpulse wiederholen sich mit der Aliasing-Rate. Fig. 126D zeigt das beeinflußte empfangene EM-Signal zum Darstellen von Effekten der Energieübertragung mit der Aliasing-Rate an einem Punkt 12642 von Fig. 126A. Fig. 126E zeigt ein durch den Abwärtswandlungsprozeß erzeugtes abwärtsgewandeltes Signal an einem Punkt 12644 von Fig. 126A.As shown, the FETs 12602-12640 are the same size (the "Wd" and "Ing" parameters are the same). An input signal source 12646 generates the EM input signal. A pulse generator 12648 generates the energy transfer signal for the FETs 12602-12640. A capacitor Cl is the storage element for the input signal sampled by the FETs 12602-12640. Figures 126B-126Q show exemplary waveforms associated with the switching module of Figure 126A. Figure 126B shows a received EM signal having a frequency of 1.01 GHz to be sampled and down-converted to a 10 MHz intermediate frequency signal. Fig. 126C shows a power transfer signal having an aliasing rate of 200 MHz applied to the gate of each of the 20 FETs 12602-12640. The power transfer signal comprises a train of power transfer pulses with non-minor pulse widths tending away from zero in duration. The power transfer pulses repeat at the aliasing rate. Fig. 126D shows the affected received EM signal for illustrating effects of power transfer at the aliasing rate at a point 12642 of Fig. 126A. Fig. 126E shows a down-converted signal produced by the down-conversion process at a point 12644 of Fig. 126A.
Fig. 126F zeigt das Frequenzspektrum des empfangenen 1,01 GHz-Signals. Fig. 126G zeigt das Frequenzspektrum des empfangenen Energieübertragungssignals. Fig. 126H zeigt das Frequenzspektrum des beeinflußten empfangenen EM-Signals an einem Punkt 12642 von Fig. 126A. Fig. 1261 zeigt das Frequenzspektrum des abwärtsgewandelten Signals an einem Punkt 12644 von Fig. 126A.Fig. 126F shows the frequency spectrum of the received 1.01 GHz signal. Fig. 126G shows the frequency spectrum of the received power transfer signal. Fig. 126H shows the frequency spectrum of the affected received EM signal at a point 12642 of Fig. 126A. Fig. 126I shows the frequency spectrum of the down-converted signal at a point 12644 of Fig. 126A.
Die Figuren 126J-126M zeigen außerdem die Frequenzspektren des empfangenen 1,01 GHz-EM-Signals, des empfangenen Energieübertragungssignals, des beeinflußten empfangenen EM-Figures 126J-126M also show the frequency spectra of the received 1.01 GHz EM signal, the received energy transfer signal, the influenced received EM
Signals am Punkt 12642 von Fig. 126A und des abwärtsgewandelten Signals am Punkt 12644 von Fig. 126A in einem bei 1,00 GHz zentrierten schmaleren Frequenzbereich. Wie in Fig. 126L dargestellt, existiert bei etwa 1,0 GHz auf dem beeinflußten empfangenen EM-Signal am Punkt 12642 von Fig. 126A ein Rauschsignalstörung. Diese Rauschsignalstörung kann durch die Schaltung abgestrahlt werden, wodurch eine Interferenz bei 1,0 GHz zu in der Nähe angeordneten Empfängern verursacht wird.signal at point 12642 of Fig. 126A and the down-converted signal at point 12644 of Fig. 126A in a narrower frequency range centered at 1.00 GHz. As shown in Fig. 126L, noise signal interference exists at about 1.0 GHz on the affected received EM signal at point 12642 of Fig. 126A. This noise signal interference may be radiated through the circuit, causing interference at 1.0 GHz to nearby receivers.
Die Figuren 126N-126Q zeigen die Frequenzspektren des empfangenen 1,01 GHz-EM-Signals, des empfangenen Energieübertragungssignals, des beeinflußten empfangenen EM-Signals am Punkt 12642 von Fig. 126A und des abwärtsgewandelten Signals am Punkt 12644 von Fig. 126A in einem in der Nähe von 10,0 MHz zentrierten schmalen Frequenzbereich. Fig. 126Q zeigt, daß bei 10 MHz ein Signal mit einer Amplitude von etwa 5 mV abwärtsgewandelt wurde.Figures 126N-126Q show the frequency spectra of the received 1.01 GHz EM signal, the received power transfer signal, the affected received EM signal at point 12642 of Figure 126A, and the downconverted signal at point 12644 of Figure 126A over a narrow frequency range centered near 10.0 MHz. Figure 126Q shows that at 10 MHz a signal with an amplitude of about 5 mV was downconverted.
Fig. 127A zeigt eine alternative Ausführungsform des Schaltmoduls, das nicht, wie in Fig. 126A dargestellt, 20 FETs 12602-12640, sondern 14 FETs 12702-12728 aufweist. Außerdem haben die FETs verschiedene Größen (einige der Parameter "Wd" und "Ing" unterscheiden sich zwischen den FETs).Fig. 127A shows an alternative embodiment of the switching module, which has 14 FETs 12702-12728 instead of 20 FETs 12602-12640 as shown in Fig. 126A. In addition, the FETs have different sizes (some of the parameters "Wd" and "Ing" differ between the FETs).
Die Figuren 127B-127Q, in denen dem Schaltmodul von Fig. 127A zugeordnete exemplarische Wellenformen dargestellt sind, entsprechen den ähnlich bezeichneten Figuren 126B-126Q. Wie in Fig. 127L dargestellt, existiert bei etwa 1,0 GHz eine Rauschsignalstörung mit einem kleineren Pegel als bei der gleichen Frequenz in Fig. 126L. Dies ist mit einem geringeren Schaltungsstrahlungspegel korreliert. Außerdem wurde, wie in Fig. 127Q dargestellt, die Rauschsignalstörung mit geringerem Pegel ohne Reduzierung des Umwandlungswirkungsgrades erhalten. Dies ist in Fig. 127Q durch das abwärtsgewandelte 5 mV-Signal bei etwa 10 MHz dargestellt.Figures 127B-127Q, which illustrate exemplary waveforms associated with the switching module of Figure 127A, correspond to the similarly labeled Figures 126B-126Q. As shown in Figure 127L, a lower level noise signal interference exists at about 1.0 GHz than at the same frequency in Figure 126L. This is correlated with a lower level of circuit radiation. In addition, as shown in Figure 127Q, the lower level noise signal interference was obtained without reducing the conversion efficiency. This is illustrated in Figure 127Q by the down-converted 5 mV signal at about 10 MHz.
Diese Spannung ist dem durch die Schaltung von Fig. 126A abwärtsgewandelten Pegel in wesentlichen gleich. Durch Vermindern der Anzahl von Schaltern, wodurch die Gesamtschalterfläche abnimmt, und durch schalterweises Reduzieren der Schalterfläche können parasitäre Schaltungskapazitäten reduziert werden, wie für Fachleute anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist. Dadurch kann insbesondere die Gate/Kanal-Gesamtkapazität reduziert werden, wodurch Rauschsignalstörungen mit geringerer Amplitude erhalten werden und die Schaltungsstrahlung reduziert wird.This voltage is substantially equal to the level down-converted by the circuit of Figure 126A. By reducing the number of switches, thereby decreasing the total switch area, and by reducing the switch area on a switch-by-switch basis, parasitic circuit capacitances can be reduced, as will be apparent to those skilled in the art from this description. In particular, this can reduce the total gate/channel capacitance, thereby obtaining lower amplitude noise signals and reducing circuit radiation.
Die vorstehende Darstellung der Schalter als FETs in den Figuren 126A-126Q und 127A-127Q dient lediglich zur Erläuterung. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden beschreibung ersichtlich, daß jedes Element mit Schaltfunktionen verwendbar ist, um das Schaltmodul zu implementieren.The above depiction of the switches as FETs in Figures 126A-126Q and 127A-127Q is for illustrative purposes only. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that any element having switching functions can be used to implement the switching module.
4.5.3 Ladungsträgerinj ektionskompensation4.5.3 Charge carrier injection compensation
In Ausführungsformen, in denen die hierin diskutierten Schaltmodule aus einer Serie paralleler Schalter bestehen, kann es in einigen Fällen wünschenswert sein, die Effekte der Ladungsträgerinjektion zu minimieren. Eine Minimierung der Ladungsträgerinjektion ist im allgemeinen wünschenswert, um die dadurch erhaltene unerwünschte Schaltungsstrahlung zu reduzieren. In einer Ausführungsform können unerwünschte Ladungsträgerinjektionseffekte durch die Verwendung komplementärer n-Kanal-MOSFETs und p-Kanal-MOSFETs reduziert werden. Sowohl in n-Kanal-MOSFETs als auch in p-Kanal-MOSFETs tritt nachteilig Ladungsträgerinjektion auf. Weil ihren jeweiligen Gate-Eektroden Signale mit entgegengesetzter Polarität zugeführt werden, um die Schalter ein- und auszuschalten, ist die erhaltene Ladungsträgerinjektion jedoch von entgegengesetzter Polarität. Daher können die n-Kanal-MOSFETs und dieIn embodiments where the switching modules discussed herein consist of a series of parallel switches, it may be desirable in some cases to minimize the effects of carrier injection. Minimizing carrier injection is generally desirable to reduce the unwanted circuit radiation resulting therefrom. In one embodiment, unwanted carrier injection effects can be reduced by using complementary n-channel MOSFETs and p-channel MOSFETs. Carrier injection adversely occurs in both n-channel MOSFETs and p-channel MOSFETs. However, because signals of opposite polarity are applied to their respective gate electrodes to turn the switches on and off, the resulting carrier injection is of opposite polarity. Therefore, the n-channel MOSFETs and the
p-Kanal-MOSFETs paarweise angeordnet werden, um ihre entsprechende Ladungsträgerinjektion zu kompensieren. Daher kann das Schaltmodul in einer Ausführungsform aus n-Kanal-MOSFETs und p-Kanal-MOSFETs bestehen, wobei die Größe der jeweiligen Elemente derart ist, daß die unerwünschten Effekte der Ladungsträgerinjektion minimiert werden.p-channel MOSFETs are arranged in pairs to compensate for their respective charge carrier injection. Therefore, in one embodiment, the switching module may consist of n-channel MOSFETs and p-channel MOSFETs, the size of the respective elements being such that the undesirable effects of charge carrier injection are minimized.
Fig. 129A zeigt eine alternative Ausführungsorm des Schaltmoduls, das nicht, wie in Fig. 126A dargestellt, 20 FETs 12602-12640, sondern 14 &eegr;-Kanal FETs 12902-12928 und 12 p-Kanal-FETs 12930-12952 aufweist. Die &eegr;-Kanal- und p-Kanal-FETs sind komplementär angeordnet. Außerdem weisen die FETs verschiedene Größe auf (einige der Parameter "Wd" und "Ing" sind zwischen den FETs verschieden).Fig. 129A shows an alternative embodiment of the switching module which has 14 η-channel FETs 12902-12928 and 12 p-channel FETs 12930-12952 instead of 20 FETs 12602-12640 as shown in Fig. 126A. The η-channel and p-channel FETs are arranged in a complementary manner. In addition, the FETs have different sizes (some of the parameters "Wd" and "Ing" are different between the FETs).
Die Figuren 129B-129Q, in denen dem Schaltmodul von Fig. 129A zugeordnete exemplarische Wellenformen dargestellt sind, entsprechen den ähnlich bezeichneten Figuren 126B-126Q. Wie in Fig. 129L dargestellt, existiert bei etwa 1,0 GHz eine Rauschsignalstörung mit einem kleineren Pegel als bei der gleichen Frequenz von Fig. 126L. Dies ist mit geringeren Schaltungsstrahlungspegeln korreliert. Außerdem wurde, wie in Fig. 129Q dargestellt, die Rauschsignalstörung mit geringerem Pegel ohne Reduzierung des Umwandlungswirkungsgrades erhalten. Dies ist in Fig. 129Q durch das abwärtsgewandelte etwa 5 mV-Signal bei etwa 10 MHz dargestellt. Diese Spannung ist dem durch die Schaltung von Fig. 126A abwärtsgewandelten Pegel im wesentlichen gleich. Durch komplementäres Anordnen der Schalter, was zu einer Verminderung der Ladungsträgerinjektion beiträgt, und durch schalterweises Anpassen der Schalterfläche können die Effekte der Ladungsträgerinjektion reduziert werden, wie für Fachleute anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist. Dadurch werden insbesonder Rauschsignalstörungn mit geringerer AmplitudeFigures 129B-129Q, which illustrate exemplary waveforms associated with the switching module of Figure 129A, correspond to similarly labeled Figures 126B-126Q. As shown in Figure 129L, a lower level noise signal interference exists at about 1.0 GHz than at the same frequency of Figure 126L. This is correlated with lower circuit radiation levels. In addition, as shown in Figure 129Q, the lower level noise signal interference was obtained without reducing conversion efficiency. This is illustrated in Figure 129Q by the down-converted about 5 mV signal at about 10 MHz. This voltage is substantially equal to the level down-converted by the circuit of Figure 126A. By arranging the switches in a complementary manner, which contributes to reducing the charge carrier injection, and by adjusting the switch area switch by switch, the effects of charge carrier injection can be reduced, as will be apparent to those skilled in the art from the present description. In particular, noise signal disturbances with a lower amplitude
und eine geringere unerwünschte Schaltungsstrahlung erhalten. and obtain less unwanted circuit radiation.
Die Verwendung der FETs in den Figuren 129A-126Q in der vorstehenden Beschreibung dient lediglich zur Erläuterung. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, wie Ladungsträgerinjektion in verschiedenen Transistortechnologien unter Verwendung von Transistorpaaren handhabbar ist.The use of the FETs in Figures 129A-126Q in the foregoing description is for illustrative purposes only. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, how charge injection can be handled in various transistor technologies using transistor pairs.
4.5.4 Überlappte Kapazität4.5.4 Overlapped capacity
Die bei der Fertigung von Halbleiterschaltungen, z.B. MOSFETs, verwendeten Prozesse weisen Einschränkungen auf. In einigen Fällen können diese Prozeßeinschränkungen zu Schaltungen führen, die nicht wunschgemäß ideal funktionieren. Beispielsweise kann ein nicht ideal hergestellter MOSFET parasitäre Kapazitäten aufweisen, die in einigen Fällen dazu führen können, daß die umgebende Schaltung Rauschen abstrahlt. Durch die Fertigung von Schaltungen mit Strukturen, die einer idealen Struktur möglichst nahe kommen, können Probleme einer nicht-idealen Schaltungsfunktion minimiert werden.The processes used to manufacture semiconductor circuits, such as MOSFETs, have limitations. In some cases, these process limitations can result in circuits that do not function as ideally as desired. For example, a non-ideally manufactured MOSFET may have parasitic capacitances that can, in some cases, cause the surrounding circuit to radiate noise. By manufacturing circuits with structures that are as close to an ideal structure as possible, problems of non-ideal circuit function can be minimized.
Fig. 128A zeigt einen Querschnitt eines exemplarischen n-Kanal-Verstärkungsmodus-MOSFET 12800 mit ideal geformten (n+)-Bereichen. Der MOSFET 12800 weist einen Gate-Kontakt 12802, einen Kanalbereich 12804, einen Source-Kontakt 12806, einen Source-Bereich 12808, einen Drain-Kontakt 12810, einen Drain-Bereich 12812 und einen Isolator 12814 auf. Der Source-Bereich 12808 und der Drain-Bereich 12812 sind durch pdotiertes Material des Kanalbereichs 12804 getrennt. In der Darstellung bestehen der Source-Bereich 12808 und der Drain-Bereich 12812 aus einem (n+)-Material. Das (n+)-Material wird typischerweise durch einen Ionenimplantations-/-dif-Fig. 128A shows a cross-section of an exemplary n-channel boost mode MOSFET 12800 with ideally shaped (n+) regions. The MOSFET 12800 includes a gate contact 12802, a channel region 12804, a source contact 12806, a source region 12808, a drain contact 12810, a drain region 12812, and an insulator 12814. The source region 12808 and the drain region 12812 are separated by p-doped material of the channel region 12804. In the illustration, the source region 12808 and the drain region 12812 are made of an (n+) material. The (n+) material is typically formed by an ion implantation/diffusion process.
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fusionsprozeß in das p-dotierte Material des Kanalbereichs 12804 implantiert. Ionenimplantations-/-diffusionsprozesse sind Fachleuten bekannt. Der Isolator 12814 isoliert den Gate-Kontakt 12802, der das p-dotierte Material überbrückt. Der Isolator 12814 weist im allgemeinen einen Metalloxidisolator auf. Der Kanalstrom zwischen dem Source-Bereich 12808 und dem Drain-Bereich 12812 für den MOSFET 12800 wird durch eine Spannung am Gate-Kontakt 12802 gesteuert.fusion process into the p-doped material of channel region 12804. Ion implantation/diffusion processes are known to those skilled in the art. Insulator 12814 insulates gate contact 12802, which bridges the p-doped material. Insulator 12814 generally comprises a metal oxide insulator. The channel current between source region 12808 and drain region 12812 for MOSFET 12800 is controlled by a voltage at gate contact 12802.
Nachstehend wird die Funktionsweise des MOSFET 12800 beschrieben. Wenn der dem Gate-Kontakt bzw. der Gate-Elektrode 12802 eine positive Spannung zugeführt wird, werden Elektronen im p-dotierten Material des Kanalbereichs 12804 zur Oberfläche unter dem Isolator 12814 gezogen, wodurch ein verbindender oberflächennaher Bereich aus ndotiertem Material zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich gebildet wird, ein sogenannter Kanal. Je größer die positive Spannung zwischen dem Gate-Kontakt 12806 und dem Source-Bereich 12808 ist, desto niedriger ist der Widerstand über den Bereich dazwischen.The operation of the MOSFET 12800 is described below. When a positive voltage is applied to the gate contact or gate electrode 12802, electrons in the p-doped material of the channel region 12804 are drawn to the surface beneath the insulator 12814, forming a connecting near-surface region of n-doped material between the source and drain regions, called a channel. The greater the positive voltage between the gate contact 12806 and the source region 12808, the lower the resistance across the region therebetween.
In Fig. 128A ist dargestellt, daß der Source-Bereich 12808 und der Drain-Bereich 12812 (n+)-Bereiche aufweisen, die durch den Ionenimplantationsprozeß als idealisierte rechteckige Bereiche ausgebildet sind. Fig. 128B zeigt einen Querschnitt eines exemplarischen n-Kanal-Verstärkungsmodus-MOSFET 12816 mit nicht-ideal geformten (n+)-Bereichen. Der Source-Bereich 12820 und der Drain-Bereich 12822 sind in der Darstellung als durch einen Ionenimplantationsprozeß unregelmäßig geformte Bereiche dargestellt. Aufgrund von Unsicherheiten im Ionenimplantations-/-diffusionsprozeß bilden der Source-Bereich 12820 und der Drain-Bereich 12822 in praktischen Anwendungen keine rechteckigen Bereiche, wie in Fig. 128A dargestellt. Fig. 128B zeigt einen Source-Bereich 12820 und einen Drain-Bereich 12822, die unregelmäßige Be-In Figure 128A, the source region 12808 and the drain region 12812 are shown to have (n+) regions formed as idealized rectangular regions by the ion implantation process. Figure 128B shows a cross-section of an exemplary n-channel boost mode MOSFET 12816 with non-ideally shaped (n+) regions. The source region 12820 and the drain region 12822 are shown as irregularly shaped regions by an ion implantation process. Due to uncertainties in the ion implantation/diffusion process, the source region 12820 and the drain region 12822 do not form rectangular regions in practical applications as shown in Figure 128A. Fig. 128B shows a source region 12820 and a drain region 12822, the irregular
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reiche bilden. Aufgrund dieser Prozeßunsicherheiten können außerdem die (n+)-Bereiche des Source-Bereichs 12820 und des Drain-Bereichs 12822 weiter als gewünscht in den p-dotierten Bereich des Kanalbereichs 12818 diffundieren und sich unter den Gate-Bereich 12802 erstrecken. Die Erweiterung des Source-Bereichs 12820 und des Drain-Bereichs 12822 unter dem Gate-Bereich 12802 ist als Source-Überlappung 12824 und Drain-Überlappung 12826 dargestellt. Die Source-Überlappung 12824 und die Drain-Überlappung 12826 sind in Fig. 128C ausführlicher dargestellt. Fig. 128C zeigt eine Draufsicht einer exemplarischen Konfiguration des MOSFET 12816. Die Source-Überlappung 12824 und die Drain-Überlappung 12826 können zu unerwünschten parasitären Kapazitäten zwischen dem Source-Bereich 12820 und dem Gate-Kontakt 12802 und zwischen dem Drain-Bereich 12822 und dem Gate-Kontakt 12802 führen. Diese unerwünschten parasitären Kapazitäten können Schaltungsfunktionen stören. Beispielsweise können die erhaltenen parasitären Kapazitäten Rauschsignalstörungen erzeugen, die durch die Schaltung abgestrahlt werden, wodurch unerwünschte elektromagnetische Interferenzen entstehen.regions. Additionally, due to these process uncertainties, the (n+) regions of source region 12820 and drain region 12822 may diffuse further than desired into the p-doped region of channel region 12818 and extend under gate region 12802. The extension of source region 12820 and drain region 12822 under gate region 12802 is shown as source overlap 12824 and drain overlap 12826. Source overlap 12824 and drain overlap 12826 are shown in more detail in Figure 128C. Figure 128C shows a top view of an exemplary configuration of the MOSFET 12816. The source overlap 12824 and the drain overlap 12826 may result in unwanted parasitic capacitances between the source region 12820 and the gate contact 12802 and between the drain region 12822 and the gate contact 12802. These unwanted parasitic capacitances may interfere with circuit functions. For example, the resulting parasitic capacitances may generate noise signal interference that radiates through the circuit, causing unwanted electromagnetic interference.
Wie in Fig. 128C dargestellt, kann ein exemplarischer MOSFET 12816 ein Gate-Pad 12828 aufweisen. Der Gate-Kontakt 12802 kann eine Gate-Erweiterung 12830 und eine Gate-Pad-Erweiterung aufweisen. Die Gate-Erweiterung 12830 ist ein ungenutzter Abschnitt des Gate-Kontakts 12802, der aufgrund der Metallimplantationsprozeßtoleranzgrenzen erforderlich ist. Die Gate-Pad-Erweiterung 12832 ist ein Abschnitt des Gate-Kontakts 12802, der zum Verbinden des Gate-Kontakts 12802 mit dem Gate-Pad 12828 erforderlich ist. Für den für das Gate-Pad 12828 erforderlichen Kontakt ist erforderlich, daß die Gate-Pad-Erweiterung 12832 eine von null verschiedene Länge aufweist, um den erhaltenen Kontakt vom Abschnitt zwischen dem Source-Bereich 12820 und dem Drain-BereichAs shown in Figure 128C, an exemplary MOSFET 12816 may include a gate pad 12828. The gate contact 12802 may include a gate extension 12830 and a gate pad extension. The gate extension 12830 is an unused portion of the gate contact 12802 required due to metal implantation process tolerance limits. The gate pad extension 12832 is a portion of the gate contact 12802 required to connect the gate contact 12802 to the gate pad 12828. The contact required for the gate pad 12828 requires that the gate pad extension 12832 have a non-zero length to separate the resulting contact from the portion between the source region 12820 and the drain region.
12822 zu trennen. Dadurch wird verhindert, daß der Gate-Kontakt 12802 einen Kurzschluß zum Kanal zwischen dem Source-Bereich 12820 und dem Drain-Bereich 12822 erzeugt (der Isolator 12814 von Fig. 128B ist in diesem Bereich sehr dünn) . Zwischen der Gate-Erweiterung 12830 und dem Substrat (der FET 12816 ist auf einem Substrat hergestellt) und zwischen der der Gate-Pad-Erweiterung 12832 und dem Substrat können sich unerwünschte parasitäre Kapazitäten bilden. Durch Vermindern der entsprechenden Flächen der Gateerweiterung 12830 und der Gate-Pad-Erweiterung 12832 können die hierdurch verursachten parasitären Kapazitäten reduziert werden. Daher berücksichtigen die Ausführungsformen die Unsicherheiten des Ionenimplantations-/-diffusionsprozesses. Für Fachleute ist ersichtlich, wie die Flächen der Gate-Erweiterung 12830 und der Gate-Pad-Erweiterung 12832 vermindert werden, um die durch sie verursachten parasitären Kapazitäten zu reduzieren.12822. This prevents the gate contact 12802 from creating a short to the channel between the source region 12820 and the drain region 12822 (the insulator 12814 of Fig. 128B is very thin in this region). Undesirable parasitic capacitances may form between the gate extension 12830 and the substrate (the FET 12816 is fabricated on a substrate) and between the gate pad extension 12832 and the substrate. By reducing the corresponding areas of the gate extension 12830 and the gate pad extension 12832, the parasitic capacitances caused thereby may be reduced. Therefore, the embodiments take into account the uncertainties of the ion implantation/diffusion process. Those skilled in the art will appreciate how the areas of the gate extension 12830 and the gate pad extension 12832 are reduced to reduce the parasitic capacitances they introduce.
Die Darstellung des n-Kanal-Verstärkungsmodus-MOSFET dient lediglich zur Erläuterung. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch auf Sperrschicht-MOSFETs und andere Transistortypen anwendbar ist.The illustration of the n-channel boost mode MOSFET is for illustrative purposes only. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that the present invention is also applicable to junction MOSFETs and other types of transistors.
4.6 Andere Implementierungen4.6 Other implementations
Die vorstehend beschriebenen Implementierungen dienen zur Erläuterung. Diese Implementierungen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen Implementierungen abweichein.The implementations described above are illustrative. These implementations are not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention that differ slightly or substantially from the implementations described herein.
5. Optionale Optimierungen der Energieübertragung mit einer Aliasing-Rate5. Optional optimizations of energy transfer with an aliasing rate
Die in den vorstehenden Abschnitten beschriebenen Verfahren und Systeme können durch eines oder mehrere der nachstehend beschriebenen Optimierungsverfahren oder -systeme optimiert werden.The methods and systems described in the preceding sections may be optimized by one or more of the optimization methods or systems described below.
5.1 Verdoppeln der Aliasing-Rate (Far) des Energieübertragungssignals5.1 Doubling the aliasing rate (Far) of the energy transfer signal
In einer Ausführungsform weist das optionale Energieübertragungssignalmodul 6902 von Fig. 69 ein Pulsgeneratormodul auf, das Aliasing-Pulse mit der doppelten Frequenz der Oszillationsqelle erzeugt. Das Eingangssignal 6828 kann eine beliebige geeignete Oszillationsquelle sein.In one embodiment, the optional energy transfer signal module 6902 of Figure 69 includes a pulse generator module that generates aliasing pulses at twice the frequency of the oscillation source. The input signal 6828 may be any suitable oscillation source.
Fig. 71 zeigt eine Schaltung 7102, die ein Verdopplerausgangssignal 7104 (Fig. 72B) erzeugt, das als Energieübertragungssignal 6306 verwendbar ist. Die Schaltung 7102 erzeugt Pulse sowohl bei Anstiegs- als auch bei Abfallflanken des Eingangsoszillationssignals 7106 von Fig. 712A. Die Schaltung 7102 kann als ein Pulsgenerator und Aliasing-Raten (Far) -verdoppler implementiert sein. Das Verdopplerausgangssignal 7104 kann als das Energieübertragungssignal 6306 verwendet werden.Figure 71 shows a circuit 7102 that generates a doubler output signal 7104 (Figure 72B) that can be used as the energy transfer signal 6306. The circuit 7102 generates pulses on both the rising and falling edges of the input oscillation signal 7106 of Figure 712A. The circuit 7102 can be implemented as a pulse generator and aliasing rate (FAR) doubler. The doubler output signal 7104 can be used as the energy transfer signal 6306.
Im Beispiel von Fig. 71 entspricht die Aliasing-Rate der doppelten Frequenz des Eingangsoszillationssignals FOsc 7106, wie durch die nachfolgende Gl. (9) dargestellt.In the example of Fig. 71, the aliasing rate corresponds to twice the frequency of the input oscillation signal F O sc 7106, as shown by the following equation (9).
Gl. (9)Eq. (9)
Die Pulsbreite der Aliasing-Pulse ist durch die Verzögerung durch einen ersten Invertierer 7108 von Fig. 71 bestimmt. Wenn die Verzögerung zunimmt, nimmt die PulsbreiteThe pulse width of the aliasing pulses is determined by the delay through a first inverter 7108 of Fig. 71. As the delay increases, the pulse width
zu. Es ist ein zweiter Invertierer 7112 dargestellt, der dazu dient, die Polaritätskonsistenz bezüglich an anderer Stelle beschriebener Beispiele aufrechtzuerhalten. In einer alternativen Ausführungsform ist der Invertierer 7112 weggelassen. Die Pulse haben vorzugsweise nicht-geringfügige Pulsbreiten, deren Dauer von null weg tendiert. Das Verdopplerausgangssignal 7104 kann weiter geeignet angepaßt werden, um ein Schaltmodul durch nicht-geringfügige Pulsbreiten anzusteuern. Die Schaltung 7102 kann durch eine integrierte Schaltung, diskret, durch eine Äquivalenzlogikschaltung oder eine beliebige geeignete Fertigungstechnik implementiert werden.A second inverter 7112 is shown which serves to maintain polarity consistency with respect to examples described elsewhere. In an alternative embodiment, inverter 7112 is omitted. The pulses preferably have non-trivial pulse widths whose duration tends away from zero. Doubler output signal 7104 may be further suitably adapted to drive a switching module by non-trivial pulse widths. Circuit 7102 may be implemented by an integrated circuit, discretely, by an equivalent logic circuit, or by any suitable manufacturing technique.
5.2 Differentielle Implementierungen5.2 Differential implementations
Die Erfindung ist durch verschiedene differentielle Konfigurationen implementierbar. Differentielle Konfiguratinen sind zum Reduzieren des Gleichphasenrauschens geeignet. Dies kann in Empfängersystemen geeignet sein, in denen durch beabsichtigte oder zufällige Strahler, z.B. Mobiltelefone, CB-Funkgeräte, elektrische Geräte, usw. eine Gleichphaseninterferenz verursacht werden kann. Differentielle Konfigurationen sind außerdem geeignet zum Reduzieren jeglichen Gleichphasenrauschens, das durch Ladungsträgerinjektion des Schalters im Schaltmodul oder aufgrund des Designs und der Konstruktion des Systems verursacht werden, in dem die Erfindung verwendet wird. Jegliche Spurensignale, die in gleicher Größe und gleicher Phase in beide Eingangsanschlüsse der Erfindung induziert werden, werden wesentlich reduziert oder eliminiert. Einige Differentielle Konfigurationen, z.B. einige der nachstehend dargestellten Konfigurationen, sind auch geeignet zum Erhöhen der Spannung und/oder zum Erhöhen der Leistung des abwärtsgewandelten Signals 1308A.The invention is implementable by various differential configurations. Differential configurations are useful for reducing in-phase noise. This may be useful in receiver systems where in-phase interference may be caused by intentional or accidental radiators, e.g., cellular phones, CB radios, electrical equipment, etc. Differential configurations are also useful for reducing any in-phase noise caused by carrier injection of the switch in the switching module or due to the design and construction of the system in which the invention is used. Any trace signals induced in equal magnitude and phase into both input terminals of the invention are substantially reduced or eliminated. Some differential configurations, e.g., some of the configurations shown below, are also useful for increasing the voltage and/or increasing the power of the down-converted signal 1308A.
Das differentielle System 4402 ist am effektivsten, wenn es mit einem differentiellen Frontend (Eingänge) und einem differentiellen Backend (Ausgänge) verwendet wird. Es kann z.B. auch in den folgenden Konfigurationen verwendet werden:The 4402 differential system is most effective when used with a differential front end (inputs) and a differential back end (outputs). It can also be used in the following configurations, for example:
a) Single-Input-Frontend und Differential-Backend; unda) single-input frontend and differential backend; and
b) Differential-Frontend und Single-Output-Backend.b) Differential frontend and single output backend.
Beispiele dieser Systeme werden nachstehend beschrieben, wobei ein erstes Beispiel ein spezifisches Verfahren darstellt, durch das Energie differentiell vom Eingang zum Ausgang übertragen wird.Examples of these systems are described below, with a first example representing a specific method by which energy is transferred differentially from input to output.
Das nachstehend beschriebene Beispiel eines differentiellen Energieübertragungsmoduls dient lediglich zur Erläuterung und soll die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß andere Ausführungsformen realisierbar sind (z.B. äquivalente Ausführungsformen, Erweiterungen, Änderungen, Modifikationen, usw. der hierin beschriebenen Ausführungsformen) . Die Erfindung ist dafür vorgesehen und dazu geeignet, diese alternativen Ausführungsformen einzuschließen.The example of a differential energy transfer module described below is for illustrative purposes only and is not intended to limit the invention. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that other embodiments are feasible (e.g., equivalent embodiments, extensions, changes, modifications, etc. of the embodiments described herein). The invention is intended and adapted to include these alternative embodiments.
5.2.1 Ein Beispiel zum Darstellen der differentiellen Energieübertragung5.2.1 An example to illustrate differential energy transfer
Fig. 76A zeigt ein differentielles System 7602, das im Energieübertragungsmodul 6304 angeordnet sein kann. Das differentielle System 7602 weist eine ähnliche invertierte torgesteuerte Übertragungskonstruktion auf wie die vorstehend unter Bezug auf Fig. 74 beschriebene Konstruktion. Das differentielle System 7602 weist Eingänge 7604 und 7606 und Ausgänge 7608 und 7610 auf. Das dif ferentielle System 7602 weist ein erstes invertiertes torgesteuertes Übertragungsmodul 7612 mit einem Speichermodul 7614 und einem SchaltmodulFig. 76A shows a differential system 7602 that may be arranged in the energy transfer module 6304. The differential system 7602 has a similar inverted gated transfer construction as the construction described above with reference to Fig. 74. The differential system 7602 has inputs 7604 and 7606 and outputs 7608 and 7610. The differential system 7602 has a first inverted gated transfer module 7612 with a storage module 7614 and a switching module
7616 auf. Das dif f erentielle System 7602 weist auch ein zweites invertiertes torgesteuertes Übertragungsmodul 7618 mit einem Speichermodul 7620 und dem Schaltmodul 7616 auf, das es mit dem invertierten torgesteuerten Übertragungsmodul 7 612 gemeinsam verwendet.7616. The differential system 7602 also includes a second inverted gated transfer module 7618 having a memory module 7620 and the switching module 7616 which it shares with the inverted gated transfer module 7612.
Einer der Eingänge 7604 und 7606 oder beide Eingänge sind mit einer EM-Signalquelle verbunden. Die Eingänge können mit einer EM-Signalquelle verbunden sein, wobei die Eingangsspannungen an den Eingängen 7604 und 7606 im wesentlichen die gleiche Amplitude aufweisen, jedoch um 180 Grad voneinander phasenverschoben sind. Alternativ kann, wenn keine zwei Eingangssignale verfügbar sind, einer der Eingänge 7604 und 7606 mit Masse verbunden sein.One or both of the inputs 7604 and 7606 are connected to an EM signal source. The inputs may be connected to an EM signal source, with the input voltages at inputs 7604 and 7606 having substantially the same amplitude but 180 degrees out of phase with each other. Alternatively, if two input signals are not available, one of the inputs 7604 and 7606 may be connected to ground.
Im Betrieb werden, wenn das Schaltmodul 7616 geschlossen ist und die Speichermodule 7614 und 7620 in Serie geschaltet sind, vorausgesetzt, daß sie ähnliche Kapazitätswerte aufweisen, die Speichermodule auf gleiche Pegel, jedoch mit entgegengesetzten Polaritäten aufgeladen. Wenn das Schaltmodul 7616 offen ist, ist die Spannung am Ausgang 7608 auf den Eingang 7604 bezogen, und die Spannung am Ausgang 7610 ist auf die Spannung am Eingang 7606 bezogen.In operation, when the switch module 7616 is closed and the memory modules 7614 and 7620 are connected in series, provided they have similar capacitance values, the memory modules are charged to equal levels but with opposite polarities. When the switch module 7616 is open, the voltage at the output 7608 is referenced to the input 7604 and the voltage at the output 7610 is referenced to the voltage at the input 7606.
Abschnitte der Signale an den Ausgängen 7608 und 7610 weisen Signale auf, die von Energie oder Ladung erhalten werden, die in den Speichermodulen 7614 bzw. 7620 gespeichert wurde, als das Schaltmodul 7616 geschlossen war. Die Abschnitte der Signale an den Ausgängen 7608 und 7610, die von der gespeicherten Ladung erhalten werden, haben im wesentlichen die gleiche Amplitude, sie sind jedoch relativ zueinander um 180 Grad phasenverschoben.Portions of the signals at outputs 7608 and 7610 comprise signals derived from energy or charge stored in storage modules 7614 and 7620, respectively, when switching module 7616 was closed. The portions of the signals at outputs 7608 and 7610 derived from the stored charge have substantially the same amplitude, but are 180 degrees out of phase with each other.
Abschnitte der Signale an den Ausgängen 7608 und 7610 weisen außerdem Spannungswelligkeiten oder Rauschen auf, die durch die Schaltfunktion des Schaltmoduls 7616 erzeugt werden. Weil das Schaltmodul jedoch zwischen den beiden Ausgän-Portions of the signals at outputs 7608 and 7610 also contain voltage ripples or noise generated by the switching function of the switch module 7616. However, because the switch module is connected between the two outputs,
gen 7608 und 7610 angeordnet ist, erscheint das durch das Schaltmodul erzeugte Rauschen an den Ausgängen im wesentlichen in gleicher Größe und relativ zueinander phasengleich. Dadurch können die Spannungswelligkeiten durch Invertieren der Spannung an einem der Ausgänge 7608 oder 7610 und Addieren des Signals zum Signal des anderen Ausgangs im wesentlichen gelöscht werden. Außerdem wird jegliches Rauschen, das durch irgendwelche anderen Rauschquellen mit im wesentlichen gleicher Amplitude und gleicher Phase in die Eingangsanschlüsse 7604 und 7606 induziertt wird, tendentiell auf die gleiche Weise kompensiert.7608 and 7610, the noise generated by the switching module appears at the outputs to be substantially equal in magnitude and in phase relative to each other. This allows the voltage ripples to be substantially cancelled by inverting the voltage at one of the outputs 7608 or 7610 and adding the signal to the signal from the other output. In addition, any noise induced into the input terminals 7604 and 7606 by any other noise sources of substantially equal amplitude and phase will tend to be cancelled in the same manner.
5.2.1.15.2.1.1
Differential-Input-to-Differential-OutputDifferential input to differential output
Fig. 76B zeigt das differentielle System 7602, wobei die Eingänge 7604 und 7606 mit gleichen bzw. entgegengesetzten EM-Signalquellen verbunden sind, die hierin als Dipolantennen 7624 und 7626 dargestellt sind. In dieser Äusführungsform werden, wenn eines der Signale der Ausgänge 7608 oder 7610 invertiert und zum Signal des anderen Ausgangs addiert wird, das durch das Schaltmodul 7616 erzeugte Gleichphasenrauschen und anderes an den Eingangsanschlüssen 7604 und 7606 vorhandenes Gleichphasenrauschen tendentiell im wesentlichen gelöscht.Figure 76B shows the differential system 7602 with the inputs 7604 and 7606 connected to equal and opposite EM signal sources, respectively, shown herein as dipole antennas 7624 and 7626. In this embodiment, when one of the signals from the outputs 7608 or 7610 is inverted and added to the signal from the other output, the in-phase noise generated by the switching module 7616 and other in-phase noise present at the input terminals 7604 and 7606 tend to be substantially cancelled.
5.2.1.25.2.1.2
Single-Input-to-Differential-OutputSingle input to differential output
Fig. 76C zeigt das differentielle System 7602, wobei der Eingang 7604 mit einer EM-Signalquelle verbunden ist, z.B. mit einer Monopolantenne 7628, und der Eingang 7606 mit Masse verbunden ist. In dieser Konfiguration entsprechen die Spannungen an den Ausgängen 7608 und 7610 etwa die HälfteFig. 76C shows the differential system 7602 with the input 7604 connected to an EM signal source, e.g. a monopole antenna 7628, and the input 7606 connected to ground. In this configuration, the voltages at the outputs 7608 and 7610 are approximately half
des Spannungswertes der Fig. 76B dargestellten Implementierung, vorausgesetzt, daß alle anderen Parameter gleich sind.the voltage value of the implementation shown in Fig. 76B, assuming that all other parameters are equal.
Fig. 76E zeigt ein exemplarischens Single-Input-to-Differential-Output-Empfänger/Abwärtswandlersystem 7636. Das System 7636 weist das differentielle System 7602 auf, wobei der Eingang 7606 wie in Fig. 76C mit Masse verbunden ist. Der Eingang 7604 ist über ein optionales Eingangsimpedanzanpassungssystem 7642 mit einer EM-Signalquelle 7638 verbunden. Die EM-Signalquellenimpedanz kann durch das Impedanzanpassungssystem 7642 angepaßt werden, wie nachstehend in Abschnitt 5 beschrieben wird.Figure 76E shows an exemplary single input to differential output receiver/downconverter system 7636. System 7636 includes differential system 7602 with input 7606 connected to ground as in Figure 76C. Input 7604 is connected to an EM signal source 7638 through an optional input impedance matching system 7642. The EM signal source impedance can be matched by impedance matching system 7642 as described below in Section 5.
Die Signale an den Ausgängen 7608 und 7610 werden einer differentiellen Schaltung 7644 zugeführt, z.B. einem Filter, das vorzugsweise eines der Signale der Ausgänge 7608 oder 7610 invertiert und es zu dem anderen Signal der Ausgänge 7608 oder 7610 addiert. Dadurch wird das durch das Schaltmodul 7616 erzeugte Gleichphasenrauschen im wesentlichen gelöscht. Die differentielle Schaltung 7644 filtert vorzugsweise höherfrequenten Komponenten des EM-Signals 1304, die die Speichermodule 7614 und 7620 durchlaufen. Das erhaltene gefilterte Signal wird als das abwärtgewandelte Signal 1308B ausgegeben.The signals at outputs 7608 and 7610 are fed to a differential circuit 7644, e.g., a filter, which preferably inverts one of the signals at outputs 7608 or 7610 and adds it to the other signal at outputs 7608 or 7610. This substantially cancels the in-phase noise generated by switching module 7616. Differential circuit 7644 preferably filters higher frequency components of EM signal 1304 passing through memory modules 7614 and 7620. The resulting filtered signal is output as down-converted signal 1308B.
5.2.1.3 Differential-Input-to-Single Output5.2.1.3 Differential Input to Single Output
Fig. 76D zeigt das Differential-Input-to-Single-Output-System 7629, wobei die Eingänge 7604 und 7606 des differentiellen Systems 7602 mit gleichen bzw. entgegengesetzten EM-Signal-Dipolantennen 7630 und 7632 verbunden sind. Im System 7629 werden die Gleichphasenrauschsignalspannungen nicht auf die gleiche Weise gelöscht wie in den vorstehend dargestellten Systemen. Das Ausgangssignal wird vom Anschluß 7608 zu einer Last 7648 gekoppelt.Fig. 76D shows the differential input to single output system 7629, with the inputs 7604 and 7606 of the differential system 7602 connected to equal and opposite EM signal dipole antennas 7630 and 7632, respectively. In system 7629, the in-phase noise signal voltages are not canceled in the same manner as in the systems shown above. The output signal is coupled from terminal 7608 to a load 7648.
5.2.2 Spezifische alternative Ausführungsformen5.2.2 Specific alternative embodiments
In spezifischen alternativen Ausführngsformen wird die vorliegende Erfindung unter Verwendung mehrerer torgesteuerter Übertragungsmodule implementiert, die durch ein gemeinsames Energieübertragungssignal gesteuert werden, wobei zwischen den Ausgängen der mehreren torgesteuerten Übertragungsmodule ein Speichermodul geschaltet ist. Fig. 99 zeigt beispielsweise ein differentielles System 9902 mit einem ersten und einem zweiten torgesteuerten Übertragungsmodul 9904 und 9906 und einem dazwischen geschalteten Speichermodul 9908. Die Funktionsweise des differentiellen Systems 9902 ist für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.In specific alternative embodiments, the present invention is implemented using a plurality of gated transfer modules controlled by a common power transfer signal, with a memory module connected between the outputs of the plurality of gated transfer modules. For example, Figure 99 shows a differential system 9902 having first and second gated transfer modules 9904 and 9906 and a memory module 9908 connected therebetween. The operation of the differential system 9902 will be apparent to those skilled in the art based on the present description.
Wie bei der in Abschnitt 5.5.1 und seinen Unterabschnitten beschriebenen ersten Implementierung kann das torgesteuerte differentielle Übertragungssystem 9902 mit einem Single Input, Differential-Inputs, einem Single-Output, Differential-Outputs und Kombinationen davon implementiert werden. Fig. 100 zeigt beispielsweise ein exemplarisches Single-Input-to-Differential-Output-System 10002.As with the first implementation described in Section 5.5.1 and its subsections, the gated differential transfer system 9902 may be implemented with a single input, differential inputs, a single output, differential outputs, and combinations thereof. For example, Figure 100 shows an exemplary single input to differential output system 10002.
Wenn eine Gleichphasenunterdrückung gewünscht ist, um das Eingangssignal vor verschiedenartigen Gleichphaseneffekten zu schützen, und wenn eine Gleichphasenunterdrückung zum Schützen des Ausgangssignals nicht erforderlich ist, kann eine Differential-Input-to-Single-Output-Implementierung verwendet werden. Fig. 102 zeigt ein exemplarisches Differential-to-Single-Ended-System 10202, in dem eine Symmetrierschaltung 10204 verwendet wird, um den Differential-Input zu erzeugen. Es sind auch andere Eingangskonfigurationen denkbar. Ein erster Ausgang 10206 ist mit einer LastIf in-phase rejection is desired to protect the input signal from various in-phase effects, and if in-phase rejection is not required to protect the output signal, a differential input-to-single-output implementation may be used. Fig. 102 shows an exemplary differential-to-single-ended system 10202 in which a balun 10204 is used to generate the differential input. Other input configurations are also conceivable. A first output 10206 is connected to a load
10208 verbunden. Ein zweiter Ausgang 10210 ist mit einem Massepunkt 10212 verbunden.10208. A second output 10210 is connected to a ground point 10212.
In einem Symmetriersystemsystem, in dem ein Single-Output-Signal von einem differentiellen System ohne Verwendung einer Symmetrierschaltung abgenommen wird, (d.h., wenn eines der Ausgangssignale geerdet ist), wird eine Dämpfung von etwa 6 dB erhalten. In der Konfiguration von Fig. 102 dient der Massepunkt 10212 jedoch einfach als Gleichspannungsreferenz für die Schaltung. Das System 10202 überträgt Ladung vom Eingang auf die gleiche Weise als wäre es ein vollständig differentielles System, wobei sein Umwandlungswirkungsgrad im allgemeinen nur durch die parasitäten Kapazitäten der verwendeten Schaltungskomponenten beeinflußt wird, z.B. durch die Rds(on) von FET-Schaltern, falls diese im Schaltmodul verwendet werden. D.h., die Ladungsübertragung wird auf die gleiche Weise fortgesetzt wie bei einer single ended Implementierung, wodurch die erforderliche single ended Masse für die Eingangsschaltung bereitgestellt wird, wenn das durch die Pulsbreite definierte Zeitfenster aktiv ist, wobei die Konfiguration jedoch noch immer derart ist, daß der Eingang differentiell ist, um bestimmte Gleichphasenunterdrückungsfunktionen und/oder eine Schnittstelle zwischen einem Differential-Input- und einem single ended Output-System zu ermöglichen.In a balun system where a single output signal is taken from a differential system without using a balun (i.e., where one of the output signals is grounded), an attenuation of about 6 dB is obtained. However, in the configuration of Fig. 102, the ground point 10212 simply serves as a DC reference for the circuit. The system 10202 transfers charge from the input in the same way as if it were a fully differential system, with its conversion efficiency generally only affected by the parasitic capacitances of the circuit components used, e.g., the Rds(on) of FET switches if used in the switching module. That is, charge transfer continues in the same manner as in a single ended implementation, providing the required single ended ground for the input circuit when the time window defined by the pulse width is active, but the configuration is still such that the input is differential to enable certain in-phase rejection functions and/or an interface between a differential input and a single ended output system.
5.2.3 Spezifische Beispiele von Optimierungen und Konfigurationen fur invertierte und nicht-invertierte differentielle Konstruktionen5.2.3 Specific examples of optimizations and configurations for inverted and non-inverted differential designs
Torgesteuerte Übertragungssysteme und invertierte torgesteuerte Übertragungssysteme können mit beliebigen von verschiedenartigen der dargestellten Optimierungen und Konfigurationen implementiert werden, z.B. mit Impedanzanpassung, offenen Schwingkreisen und Resonanzstrukturen, Umlei-Gated transmission systems and inverted gated transmission systems can be implemented with any of the various optimizations and configurations shown, e.g. with impedance matching, open circuits and resonance structures, bypass
VVVV
tungsnetzwerken, usw. Beispielsweise verwendet das differentielle System 10002 in Fig. 100 torgesteuerte Übertragungsmodule mit einem Eingangsimpedanzanpassungssystem 10004 und einem offenen Schwingkreis 10006 verwendet werden, die eine gemeinsame Kapazität verwenden. Ähnlicherweise verwendet das differentielle System 10102 in Fig. 101 ein invertiertes torgesteuertes Übertragungsmodul mit einem Eingangsimpedanzanpassungssystem 10104 und einem offenen Schwingkreis 10106, die eine gemeinsame Kapazität verwendentransmission networks, etc. For example, the differential system 10002 in Fig. 100 uses gated transmission modules with an input impedance matching system 10004 and an open circuit 10006 that use a common capacitance. Similarly, the differential system 10102 in Fig. 101 uses an inverted gated transmission module with an input impedance matching system 10104 and an open circuit 10106 that use a common capacitance.
5.3 Glätten des abwärtsgewandelten Signals5.3 Smoothing the down-converted signal
Das abwärtsgewandelte Signal 1308B kann durch Filtern gegebenenfalls geglättet werden. Die in Fig. 76E als Filter implementierte differentielle Schaltung 7644 stellt nur ein Beispiel dar. Dieses kann durch eine beliebige der beschriebenen Ausführungsformen durch Hardware-, Firmware- und Softwareimplementeirungen realisiert werden, wie für Fachleute ersichtlich ist.The down-converted signal 1308B may be smoothed by filtering if necessary. The differential circuit 7644 implemented as a filter in Figure 76E is only an example. This may be implemented by any of the described embodiments through hardware, firmware and software implementations, as will be apparent to those skilled in the art.
5.4 Impedanzanpassung5.4 Impedance matching
Das Energieübertragungsmodul weist Ein- und Ausgangsimpedanzen auf, die allgemein definiert sind durch (1) den Tastgrad des Schaltmoduls und (2) die Impedanz des Speichermoduls bei den Frequenzen von Interesse (z.B. bei den Frequenzen des EM-Eingangssignals und des Zwischenfrequenz-/Basisbandsignals). The energy transfer module has input and output impedances that are generally defined by (1) the duty cycle of the switching module and (2) the impedance of the storage module at the frequencies of interest (e.g., at the frequencies of the EM input signal and the intermediate frequency/baseband signal).
Beginnend mit einer Pulsbreite von etwa der halben Periode des EM-Signals, das als bevorzugte Ausführungsform abwärtsgewandelt wird, kann diese Pulsbreite (z.B. die "Schließzeit") vermindert werden. Wenn die Pulsbreite vermindert wird, nimmt die charakteristische Impedanz bzw. derStarting with a pulse width of approximately half the period of the EM signal, which is down-converted as a preferred embodiment, this pulse width (e.g. the "closing time") can be reduced. As the pulse width is reduced, the characteristic impedance or the
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Wellenwiderstand am Eingang und am Ausgang des Energieübertragungsmoduls zu. Alternativ nimmt, wenn die Pulsbreite von der halben Periode des abwärtsgewandelten EM-Signals ausgehend zunimmt, die Impedanz des Energieübertragungsmoduls ab.Characteristic impedance at the input and output of the energy transfer module increases. Alternatively, as the pulse width increases from half the period of the down-converted EM signal, the impedance of the energy transfer module decreases.
Einer der Schritte zum Bestimmen der charakteristischen Impedanz bzw. des Wellenwiderstands am Eingang des Energieübertragungsmoduls könnte darin bestehen, ihren/seinen Wert zu messen. In einer Ausführungsform beträgt die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand am Eingang des Energieübertragungsmoduls 300 &OHgr;. Es kann eine Impedanzanpassungsschaltung verwendet werden, um ein EM-Eingangssignal, das eine Quellenimpedanz von beispielsweise 50 &OHgr; aufweist, mit der Impedanz des Energieübertragungsmoduls von beispielsweise 300 &OHgr; zu koppeln. Diese Impedanzanpassung kann auf verschiedene Weisen realisiert werden, z.B. durch direktes Bereitstellen der erforderlichen Impedanz oder durch Verwendung einer Impedanzanpassungsschaltung, wie nachstehend beschrieben wird.One of the steps for determining the characteristic impedance at the input of the energy transfer module could be to measure its value. In one embodiment, the characteristic impedance at the input of the energy transfer module is 300 Ω. An impedance matching circuit can be used to couple an EM input signal having a source impedance of, for example, 50 Ω to the energy transfer module impedance of, for example, 300 Ω. This impedance matching can be realized in various ways, e.g. by directly providing the required impedance or by using an impedance matching circuit as described below.
Fig. 70 zeigt eine spezifische Ausführungsform, in der ein HF-Signal als Eingangssignal verwendet wird, wobei vorausgesetzt wird, daß die Impedanz 7012 eine relativ geringe Impedanz von z.B. etwa 50 &OHgr; ist und die Eingangsimpedanz 7016 etwa 300 &OHgr; beträgt, wobei eine Anfangskonfiguration für das Eingangsimpedanzanpassungsmodul 7006 ein induktives Element bzw. eine Spule 7306 und einen Kapazität 7308 aufweisen kann, die gemäß Fig. 73 konfiguriert sind. Das induktive Element 7306 und die Kapazität 7308 bilden ein L-Anpassungssystem, wobei die Berechnung der entsprechenden Werte Fachleuten bekannt ist.Fig. 70 shows a specific embodiment in which an RF signal is used as the input signal, assuming that the impedance 7012 is a relatively low impedance, e.g., about 50 Ω, and the input impedance 7016 is about 300 Ω, an initial configuration for the input impedance matching module 7006 may include an inductor 7306 and a capacitor 7308 configured as shown in Fig. 73. The inductor 7306 and the capacitor 7308 form an L-matching system, and the calculation of the corresponding values is known to those skilled in the art.
Die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand am Ausgang kann unter Berücksichtigung der gewünschten Ausgangsfrequenzen impedanzangepaßt werden. Einer derThe characteristic impedance or wave impedance at the output can be adjusted to suit the desired output frequencies. One of the
Schritte zum Bestimmen der charakteristischen Impedanz bzw. des Wellenwiderstands am Ausgang des Energieübertragungsmoduls könnte darin bestehen, seinen Wert zu messen. Zum Ausgleichen der sehr niedrigen Impedanz des Speichermoduls bei der Frequenz des EM-Eingangssignals sollte das Speichermodul eine Impedanz bei den gewünschten Ausgangsfrequenzen aufweisen, die vorzugsweise größer ist als die zu betreibende Last oder ihr gleicht (in einer Ausführungsform beträgt die Speichermodulimpedanz bei einer gewünschten Ausgangssignalfrequenz von 1 MHz 2 kQ, und diejenige der zu betreibenden Last 50 &OHgr;) . Ein weiterer Vorteil der Impedanzanpassung besteht darin, daß unerwünschte Signale auch durch die gleichen Komponenten herausgefiltert werden können.Steps to determine the characteristic impedance at the output of the energy transfer module could be to measure its value. To compensate for the very low impedance of the storage module at the frequency of the EM input signal, the storage module should have an impedance at the desired output frequencies that is preferably greater than or equal to the load to be driven (in one embodiment, the storage module impedance at a desired output signal frequency of 1 MHz is 2 kΩ and that of the load to be driven is 50 Ω). Another advantage of impedance matching is that unwanted signals can also be filtered out by the same components.
In einer Ausführungsform beträgt die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand am Ausgang des Energieübertragungsmoduls 2 kQ. Es kann eine Impedanzanpassungsschaltung verwendet werden, um das abwärtsgewandelte Signal, das beispielsweise eine Ausgangsimpedanz von 2 kQ aufweist, mit einer Last von z.B. 50 &OHgr; zu koppeln. Die Anpassung dieser Impedanzen kann auf verschiedene Weisen erfolgen, z.B. durch direktes Bereitstellen der erforderlichen Lastimpedanz oder durch Verwendung einer Impedanzanpassungsschaltung, wie nachstehend beschrieben wird.In one embodiment, the characteristic impedance at the output of the energy transfer module is 2 kΩ. An impedance matching circuit may be used to couple the down-converted signal, which has, for example, an output impedance of 2 kΩ, to a load of, for example, 50 Ω. The matching of these impedances may be done in various ways, e.g. by directly providing the required load impedance or by using an impedance matching circuit as described below.
Wenn eine Anpassung von einer hohen auf eine niedrige Impedanz erfolgt, können eine Kapazität 7314 und ein induktives Element 7316 wie in Fig. 73 dargestellt konfiguriert sein. Die Kapazität 7314 und das induktive Element 7316 bilden eine L-Anpassung, wobei die Berechnung der entsprechenden Werte für die Komponenten Fachleuten bekannt ist.When matching from high to low impedance, a capacitance 7314 and an inductive element 7316 may be configured as shown in Figure 73. The capacitance 7314 and the inductive element 7316 form an L-match, and the calculation of the corresponding values for the components is known to those skilled in the art.
Es wird vorausgesetzt, daß die Konfiguration des Eingangsimpedanzanpassungsmoduls 7006 und des Ausgangsimpedanzanpassungsmoduls 7008 erfindungsgemäß AnfangskonfigurationenIt is assumed that the configuration of the input impedance matching module 7006 and the output impedance matching module 7008 according to the invention are initial configurations
für die Impedanzanpassung sind. In einigen Fällen können die Anfangskonfigurationen ohne weitere Optimierung geeignet sein. In anderen Fällen können die Anfangskonfigurationen gemäß verschiedenen Konstruktionskriterien und -betrachtungen optimiert werden.for impedance matching. In some cases, the initial configurations may be suitable without further optimization. In other cases, the initial configurations may be optimized according to various design criteria and considerations.
Wenn andere optionale Optimierungsstrukturen und/oder komponenten verwendet werden, sollte ihre Wirkung auf die charakteristische Impedanz odeer den Wellenwiderstand des Energieübertragungsmoduls bei der Anpassung zusammen mit ihren eigenen ursprünglichen Kriterien berücksichtigt werden.If other optional optimization structures and/or components are used, their effect on the characteristic impedance or wave impedance of the power transfer module should be considered in the adaptation together with their own original criteria.
5.5 Offene Schwingkreise und Resonanzstrukturen5.5 Open resonant circuits and resonance structures
Resonante offene Schwingkreise und andere Resonanzstrukturen können verwendet werden, um die erfindungsgemäßen Energieübertragungseigenschaften oder -kenngrößen weiter zu optimieren. Beispielsweise können Resonanzstrukturen, die etwa bei der Eingangssignalfrequenz resonant sind, verwendet werden, um Energie vom Eingangssignal zu speichern, wenn der Schalter geöffnet ist, d.h., während einer Zeitdauer, in der man annehmen könnte, daß die Architektur ansonsten in ihrer maximalen möglichen Effizienz begrenzt wäre. Resonante offene Schwingkreise und andere Resonanztrukturen sind beispielsweise Oberflächenschallwellen (SAW) -filter, dieelektrische Resonatoren, Diplexer, Kapazitäten, induktive Elemente, usw.Resonant open circuits and other resonant structures can be used to further optimize the energy transfer properties or characteristics of the invention. For example, resonant structures that are resonant at about the input signal frequency can be used to store energy from the input signal when the switch is open, i.e., during a period of time during which one might expect the architecture to otherwise be limited in its maximum possible efficiency. Resonant open circuits and other resonant structures include, for example, surface acoustic wave (SAW) filters, dielectric resonators, diplexers, capacitors, inductive elements, etc.
Eine exemplarische Ausführungsform ist in Fig. 94A dargestellt. Zwei weitere Ausführungsformen sind in Fig. 88 und Fig. 97 dargestellt. Alternative Implementierungen sind für Fachleute basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Diese Implementierungen nutzen die Eigenschaften von seriellen und parallelen Resonanzschaltungen (offener Schwingkreise).An exemplary embodiment is shown in Fig. 94A. Two additional embodiments are shown in Fig. 88 and Fig. 97. Alternative implementations will be apparent to those skilled in the art based on the present description. These implementations utilize the properties of series and parallel resonant circuits (open tank circuits).
Fig. 94A zeigt parallele offene Schwingkreise in einer differentiellen Implementierung. Eine erste parallele Resonanzschaltung bzw. ein erster paralleler offener Schwingkreis besteht aus einer Kapazität 9438 und einem induktiven Element 9420 (offener Schwingkreis 1) . Ein zweiter offener Schwingkreis besteht aus einer Kapazität 9434 und einem i9nduktiven Element 9436 (offener Schwingkreis 2)Fig. 94A shows parallel open circuits in a differential implementation. A first parallel resonant circuit or a first parallel open circuit consists of a capacitor 9438 and an inductive element 9420 (open circuit 1). A second open circuit consists of a capacitor 9434 and an inductive element 9436 (open circuit 2).
Wie für Fachleute ersichtlich ist, wird durch parallele offene Schwingkreise bereitgestellt:As is obvious to experts, parallel open circuits provide:
eine niedrige Impedanz für Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz; a low impedance for frequencies below the resonance frequency;
eine niedrige Impedanz für Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz; unda low impedance for frequencies above the resonance frequency; and
eine hohe Impedanz für Frequenzen bei oder in der Nähe der Resonanzfrequenz.a high impedance for frequencies at or near the resonance frequency.
Im in Fig. 94A dargestellten Beispiel sind der erste und der zweite offene Schwingkreis bei etwa 920 MHz resonant. Bei oder in der Nähe der Resonanz ist die Impedanz dieser Schaltungen relativ hoch. Daher erscheinen beide offene Schwingkreise in der in Fig. 94A dargestellten Schaltungskonfiguration als Schaltungen mit relativ hoher Impedanz für die Eingangssignalfrequenz von 950 MHz, während sie gleichzeitig als Schaltungen mit einer relativ niedrigen Impedanz für Frequenzen im gewünschten Ausgangssignalfrequenzbereich von 50 MHz erscheinen.In the example shown in Fig. 94A, the first and second open tank circuits are resonant at about 920 MHz. At or near resonance, the impedance of these circuits is relatively high. Therefore, both open tank circuits in the circuit configuration shown in Fig. 94A appear as relatively high impedance circuits for the input signal frequency of 950 MHz, while simultaneously appearing as relatively low impedance circuits for frequencies in the desired output signal frequency range of 50 MHz.
Ein Energieübertragungssignal 9442 steuert einen Schalter 9414. Wenn das Energieübertragungssignal 9442 den Schalter 9414 steuert, um ihn zu öffnen und zu schließen, wird hochfrequenten Signalkomponenten nicht ermöglicht, den offenen Schwingkreis 1 oder den offenen Schwingkreis 2 zu durchlaufen. Den durch das System erzeugten niedrigfrequenten Signalkomponenten (in dieser Ausführungsform 50 MHz) wird jedoch ermöglicht, den offenen Schwingkreis 1 oder den offenenA power transfer signal 9442 controls a switch 9414. When the power transfer signal 9442 controls the switch 9414 to open and close it, high frequency signal components are not allowed to pass through the open circuit 1 or the open circuit 2. However, the low frequency signal components (50 MHz in this embodiment) generated by the system are allowed to pass through the open circuit 1 or the open circuit 2.
Schwingkreis 2 zu durchlaufen, wobei sie geringfügig gedämpft werden. Die Wirkung des offenen Schwingkreises 1 und des offenen Schwingkreises 2 besteht darin, das Eingangsund das Ausgangssignal vom gleichen Knoten weiter zu trennen, um eine stabilere Eingangs- und Ausgangsimpedanz zu erzeugen. Die Kapazitäten 9418 und 9440 dienen dazu, die Energie des 50 MHz-Ausgangssignals zwischen den Energieübertragungsimpulsen zu speichern.Tank 2, where they are slightly attenuated. The effect of Open Tank 1 and Open Tank 2 is to further separate the input and output signals from the same node to create a more stable input and output impedance. Capacitors 9418 and 9440 serve to store the energy of the 50 MHz output signal between the energy transfer pulses.
Eine weitere Energieübertragungsoptimierung wird bereitgestellt, indem ein induktives Element 9410 mit einer Kapazität 9412 in Serie geschaltet wird, wie dargestellt. Im dargestellten Beispiel beträgt die Serienresonanzfrequenz der Schaltungsanordnung etwa 1 GHz. Die Schaltung verbessert die Energieübertragungseigenschaften oder -kenngrößen des Systems. Das Verhältnis der Impedanz des induktiven Elements 9410 zur Impedanz der Speicherkapazität 9412 wird vorzugsweise relativ klein gehalten, so daß der Hauptteil der verfügbaren Energie während des Betriebs zur Speicherkapazität 9412 übertragen wird. Exemplarische Ausgangssignale A und B sind in den Figuren 94B bzw. 94C dargestellt.Further energy transfer optimization is provided by connecting an inductive element 9410 in series with a capacitor 9412, as shown. In the example shown, the series resonant frequency of the circuit arrangement is approximately 1 GHz. The circuit improves the energy transfer characteristics of the system. The ratio of the impedance of the inductive element 9410 to the impedance of the storage capacitor 9412 is preferably kept relatively small so that the majority of the available energy is transferred to the storage capacitor 9412 during operation. Exemplary output signals A and B are shown in Figures 94B and 94C, respectively.
In Fig. 94A bilden Schaltungskomponenten 9404 und 9406 ein Eingangsimpedanzanpassungssystem. Schaltungskomponenten 9432 und 9430 bilden ein Ausgangsimpedanzanpassungssystem für einen 50 &OHgr;-Widerstand 9428. Schaltungskomponenten 9422 und 9424 bilden ein zweites Ausgangsimpedanzanpassungssystem für einen 50 &OHgr;-Widerstand 9426. Die Kapazitäten 9408 und 9412 dienen als Speicherkapazitäten für die Ausführungsform. Eine Spannungsqelle 9446 und ein Widerstand 9402 erzeugen ein 950 MHz-Signal mit einer 50 &OHgr;-Ausgangsimpedanz, das als Eingangssignal zur Schaltung verwendet wird. Ein Schaltungselement 9416 weist einen 150 MHz-Oszillator und einen Puls-In Fig. 94A, circuit components 9404 and 9406 form an input impedance matching system. Circuit components 9432 and 9430 form an output impedance matching system for a 50 Ω resistor 9428. Circuit components 9422 and 9424 form a second output impedance matching system for a 50 Ω resistor 9426. Capacitors 9408 and 9412 serve as storage capacitances for the embodiment. A voltage source 9446 and a resistor 9402 generate a 950 MHz signal with a 50 Ω output impedance that is used as an input to the circuit. A circuit element 9416 includes a 150 MHz oscillator and a pulse
generator auf, die zum Erzeugen des Energieübertragungssignals 9442 verwendet werden.generator used to generate the energy transfer signal 9442.
Fig. 88 zeigt einen offenen Nebenschluß-Schwingkreis 8810 in einem Single-Ended-to-Single-Ended-System 8812. Fig. 97 zeigt einen ähnlichen offenen Nebenschluß-Schwingkreis 9710 in einem System 9712. Die offenen Schwingkreise 8810 ind 9710 vermindern die Treiberquellenimpedanz, wodurch das Übergangs- oder Einschwingverhalten verbessert wird. Die ofefnen Schwingkreise 8810 und 9710 sind in der Lage, Energie vom Eingangssignal zu speichern und eine niedrige Treiberquellenimpedanz bereitzustellen, um diese Energie während des gesamten Zeitfensters, in dem der Schalter geschlossen ist, zu übertragen. Der Schaltübergang kann so betrachtet werden, als sein Verhalten nicht nur durch die Eingangssignalfrequenz, sondern auch durch höherfrequente Komponenten oberhalb der Eingangssignalfrequenz beeinflußt ist (d.h. höhere Frequenzen als die Eingangssignalfrequenz sind auch in der Lage, den Schalter während des durch die Pulsbreite definierten Zeitfensters zu passieren). Resonanzschaltungen oder -Strukturen, z.B. die resonanten offenen Schwingkreise 8810 oder 9710, können dies ausnutzen, indem sie in der Lage sind, während des gesamten Schaltübergangs Energie zu übertragen (d.h., die Kapazität im resonanten offenen Schwingkreis erscheint während der Übergangsperiode des durch die Pulsbreite definierten Zeitfensters als niedrige Treiberquellenimpedanz) .Fig. 88 shows an open shunt tank circuit 8810 in a single-ended-to-single-ended system 8812. Fig. 97 shows a similar open shunt tank circuit 9710 in a system 9712. The open tank circuits 8810 and 9710 reduce the driver source impedance, thereby improving the transient response. The open tank circuits 8810 and 9710 are able to store energy from the input signal and provide a low driver source impedance to transfer that energy during the entire time window that the switch is closed. The switching transition can be viewed as having its behavior influenced not only by the input signal frequency, but also by higher frequency components above the input signal frequency (i.e., frequencies higher than the input signal frequency are also able to pass through the switch during the time window defined by the pulse width). Resonant circuits or structures, e.g. the 8810 or 9710 resonant open tank circuits, can exploit this by being able to transfer energy throughout the switching transition (i.e., the capacitance in the resonant open tank circuit appears as a low driver source impedance during the transition period of the time window defined by the pulse width).
Die vorstehend beschriebenen exemplarischen offenen Schwingkreise und Resonanzstrukturen dienen lediglich zur erläuterung und sollen die Erfindung nicht einschränken. Es können alternative Konfigurationen verwendet werden. Die diskutierten verschiedenen resonanten offenen Schwingkreise und Resonanzstrukturen können kombiniert oder unabhängig verwendet werden.The exemplary open circuits and resonant structures described above are for illustrative purposes only and are not intended to limit the invention. Alternative configurations may be used. The various resonant open circuits and resonant structures discussed may be used in combination or independently.
5.6 Konzepte zur Ladungs- und Energieübertragung5.6 Concepts for charge and energy transfer
Nachstehend werden Konzepte zur Ladungsübertragung unter Bezug auf die Figuren 109A-F beschrieben. Fig. 109A zeigt eine Schaltung 10902 mit einem Schalter S und einer Kapazität 10906 mit einem Kapazitätswert C. Der Schalter S wird durch ein Steuersignal 10908 gesteuert, das Pulse 10910 mit Pulsbreiten T aufweist.Charge transfer concepts are described below with reference to Figures 109A-F. Figure 109A shows a circuit 10902 with a switch S and a capacitor 10906 with a capacitance value C. The switch S is controlled by a control signal 10908 comprising pulses 10910 with pulse widths T.
In Fig. 109B stellt GL(IO) dar, daß die Ladung q der Kapazität, die einen Kapazitätwert C aufweist, z.B. der Kapazität 10906, der Spannung V über die Kapazität proportional ist, wobei:In Fig. 109B, GL(IO) represents that the charge q of the capacitance having a capacitance value C, e.g., the capacitance 10906, is proportional to the voltage V across the capacitance, where:
q = Ladung in Coulombq = charge in coulombs
C = Kapazität in FaradC = capacity in Farad
V = Spannung in VV = voltage in V
A = EingangssignalamplitudeA = input signal amplitude
Wenn die Spannung V durch Gl. (11) dargestellt wird, kann Gl. (10) in Gl. (12) umgeschrieben werden. Die Ladungsänderung Aq über die Zeit t ist in Gl. (13) durch Aq (t) dargestellt, was in Gl. (14) umgeschrieben werden kann. Unter Verwendung der trigonometrischen Summen-zu-Produkt-Identität von Gl. (15) kann Gl. (14) in Gl. (16) umgeschrieben werden, die in Gl. (17) umgeschrieben werden kann.If the voltage V is represented by Eq. (11), Eq. (10) can be rewritten as Eq. (12). The charge change Aq over time t is represented in Eq. (13) by Aq(t), which can be rewritten as Eq. (14). Using the trigonometric sum-to-product identity of Eq. (15), Eq. (14) can be rewritten as Eq. (16), which can be rewritten as Eq. (17).
Der Sinusausdruck in Gl. (11) ist eine Funktion nur der Pulsbreite T. Daher ist Aq(t) maximal, wenn T einem ungeradzahligen Vielfachen von &pgr; (d.h. &pgr;, 3&pgr;, 5&pgr;, ...) gleicht. Daher erfährt der Kapazität 10906 die größte Ladungsänderung, wenn die Pulsbreite T einem Wert von &pgr; oder einem Zeitintervall entspricht, das einer Änderung von 180° des sinusförmi-The sine term in Eq. (11) is a function of only the pulse width T. Therefore, Aq(t) is maximum when T is equal to an odd multiple of π (i.e. π, 3π, 5π, ...). Therefore, the capacitor 10906 experiences the largest change in charge when the pulse width T corresponds to a value of π or a time interval corresponding to a change of 180° of the sinusoidal
gen Eingangssignals entspricht. Wenn T dagegen gleich 2&pgr;, 4 &pgr;, 6&pgr;, ... gleicht, wird minimal Ladung übertargen.gen input signal. On the other hand, if T is equal to 2π, 4π, 6π, ..., minimal charge will be transferred.
Die Gleichungen (18), (19) und (20) werden für q(t) durch Integration von Gl. (10) gelöst, so daß die Ladung der Kapazität 10906 bezüglich der Zeit auf der gleichen Achse aufgetragen werden kann wie das sinusförmige Eingangssignal sin(t), wie im Graphen von Fig. 109C dargestellt. Wenn die Pulsbreite T abnimmt oder zu einem Null-Impuls hin tendiert, tendieren die Phase zwischen der Ladung der Kapazität C oder q(t) und sin(t) gegen null. Dies ist im Graphen von Fig. 109D dargestellt, die darstellt, daß die maximale Impulsladungsübertragung in der Nähe der Eingangsspannungsmaxima auftritt. Wie in diesem Graphen dargestellt ist, wird wesentlich weniger Ladung übertragen, wenn T abnimmt.Equations (18), (19) and (20) are solved for q(t) by integrating Equation (10) so that the charge on capacitor 10906 can be plotted with respect to time on the same axis as the sinusoidal input signal sin(t) as shown in the graph of Fig. 109C. As the pulse width T decreases or tends toward zero pulse, the phase between the charge on capacitor C or q(t) and sin(t) tends toward zero. This is shown in the graph of Fig. 109D which shows that the maximum pulse charge transfer occurs near the input voltage maxima. As shown in this graph, significantly less charge is transferred as T decreases.
Energie-/Ladungsbeziehungen sind in Gleichungen 21-26 von Fig. 109E dargestellt, wo dargestellt ist, daß die Leistung oder Energie zur Ladung proportional ist und die übertragene Ladung zur Einfügungsdämpfung umgekehrt proportional ist.Energy/charge relationships are shown in equations 21-26 of Figure 109E, where it is shown that the power or energy is proportional to the charge and the charge transferred is inversely proportional to the insertion loss.
Konzepte der Einfügungsdämpfung sind in Fig. 109F dargestellt. Im allgemeinen ist die Rauschfigur eines verlust- oder dämpfungsbehafteten passiven Elements der Einfügungsdämpfung des Elements numerisch gleich. Alternativ kann die Rauschfigur für ein beliebiges Element nicht kleiner sein als seine Einfügungsdämpfung. Die Einfügungsdämpfung kann durch Gl. (27) oder Gl. (28) dargestellt werden.Concepts of insertion loss are illustrated in Fig. 109F. In general, the noise figure of a lossy or attenuated passive element is numerically equal to the insertion loss of the element. Alternatively, the noise figure for any element cannot be less than its insertion loss. The insertion loss can be represented by Eq. (27) or Eq. (28).
Aus der vorstehenden Diskussion ist ersichtlich, daß, wenn die Pulsbreite T zunimmt, mehr Ladung vom Eingangssignal zur Kapazität 10906 übertragen wird, wodurch die Energieübertragung vom, Eingang- zum Ausgang zunimmt. Es hat sich, gezeigt, daß es nicht notwendig ist, die Eingangsspannung am Ausgang exakt zu reproduzieren, weil relative modu-From the above discussion, it is clear that as the pulse width T increases, more charge is transferred from the input signal to the capacitor 10906, thereby increasing the energy transfer from the input to the output. It has been shown that it is not necessary to exactly reproduce the input voltage at the output because relative modulation
lierte Amplituden- und Phaseninformationen in der übertragenen Energie aufrechterhalten werden.lated amplitude and phase information is maintained in the transmitted energy.
5.7 Optimieren und Einstellen der nicht-geringfügigen Pulsbreite/-dauer (Zeitfenster) 5.7 Optimizing and adjusting the non-minor pulse width/duration (time window)
5.7.1 Verändern der Eingangs- und Ausgangsimpedanzen5.7.1 Changing the input and output impedances
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Energieübertragungssignal 6306 von Fig. 63 dazu verwendet, die vom EM-Signal 1304 gesehene Eingangsimpedanz zu verändern und die Ausgangsimpedanz zu ändern, durch die eine Last betrieben wird. Nachstehend wird ein Beispiel dieser Ausführungsform unter Verwendung des in den Figuren 68G und 82A dargestellten torgesteuerten Übertragungsmoduls 6404 beschreiben. Das nachstehend beschriebene Verfahren ist nicht auf das torgesteuerte Übertragungsmodul 6404 beschränkt, sondern es kann auf alle Ausführungsformen des Energieübertragungsmoduls 6304 angewendet werden.In one embodiment of the invention, the energy transfer signal 6306 of Figure 63 is used to change the input impedance seen by the EM signal 1304 and change the output impedance through which a load is driven. An example of this embodiment will be described below using the gated transfer module 6404 shown in Figures 68G and 82A. The method described below is not limited to the gated transfer module 6404, but can be applied to all embodiments of the energy transfer module 6304.
Wenn in Fig. 82A der Schalter 8206 geschlossen ist, entspricht die Impedanz der Schaltung 8202 im wesentlichen der Impedanz einer Parallelschaltung aus dem als Speicherkapazität 8208 dargestellten Speichermodul und der Last 8212. Wenn der Schalter 8206 offen ist, nähert sich die Impedanz am Punkt 8214 dem Wert Unendlich. Daraus folgt, daß die mittlere Impedanz am Punkt 8214 von der Impedanz der Parallelschaltung aus dem als Speicherkapazität 8208 dargestellten Speichermodul und der Last 8212 bis zur höchsten bereitstellbaren Impedanz veränderbar ist, die erhalten wird, wenn der Schalter 8206 offen ist, indem das Verhältnis der Zeitdauer, in der der Schalter 8206 offen ist, zur Zeitdauer, in der der Schalter 8206 geschlossen ist, verändert wird. Weil der Schalter 8206 durch das Energieübertragungssignal 8210In Fig. 82A, when switch 8206 is closed, the impedance of circuit 8202 is substantially equal to the impedance of a parallel circuit of the storage module represented by storage capacitance 8208 and the load 8212. When switch 8206 is open, the impedance at point 8214 approaches infinity. It follows that the average impedance at point 8214 can be varied from the impedance of the parallel circuit of the storage module represented by storage capacitance 8208 and the load 8212 to the highest impedance obtainable when switch 8206 is open by varying the ratio of the time period that switch 8206 is open to the time period that switch 8206 is closed. Because switch 8206 is controlled by energy transfer signal 8210
;..28£&iacgr;. ; ..28£Î£.
gesteuert wird, kann die Impedanz am Punkt 8214 durch Steuern der Pulsbreite des Energieübertragungssignals in Verbindung mit der Aliasing-Rate verändert werden.controlled, the impedance at point 8214 can be varied by controlling the pulse width of the power transfer signal in conjunction with the aliasing rate.
Nachstehend wird ein exemplarisches Verfahren zum Ändern des Energieübertragungssignals 6306 von Fig. 63 unter Bezug auf Fig. 71 beschrieben, in der die Schaltung 7102 das Eingangsoszillationssignal 7106 empfängt und eine als Verdopplerausgangssignal 7104 dargestellte Pulsfolge ausgibt. Die Schaltung 7102 kann verwendet werden, um das Energieübertragungssignal 6306 zu erzeugen. Exemplarische Wellenformen des Signals 7104 sind in Fig. 72B dargestellt.An exemplary method for altering the energy transfer signal 6306 of FIG. 63 is described below with reference to FIG. 71, in which circuit 7102 receives the input oscillation signal 7106 and outputs a pulse train shown as doubler output signal 7104. Circuit 7102 may be used to generate the energy transfer signal 6306. Exemplary waveforms of signal 7104 are shown in FIG. 72B.
Es kann gezeigt werden, daß durch Verändern der Verzögerung des den Invertierer 7108 durchlaufenden Signals die Breite der Pulse im Verdopplerausgangssignal 7104 veränderbar ist. Durch Vergrößern der Verzögerung des den Invertierer 7108 durchlaufenden Signals nimmt die Breite der Pulse zu. Das den Invertierer 7108 durchlaufende Signal kann durch Einfügen eines R/C-Tiefpaßnetzwerks im Ausgang des Invertierers 7108 verzögert werden. Fachleuten sind andere Einrichtungen und Verfahren zum Ändern der Verzögerung des den Invertierer 7108 durchlaufenden Signals bekannt.It can be shown that by varying the delay of the signal passing through inverter 7108, the width of the pulses in the doubler output signal 7104 can be varied. By increasing the delay of the signal passing through inverter 7108, the width of the pulses increases. The signal passing through inverter 7108 can be delayed by inserting an R/C low-pass network in the output of inverter 7108. Other means and methods for varying the delay of the signal passing through inverter 7108 are known to those skilled in the art.
5.7.2 Echtzeit-Pulsbreitensteuerung5.7.2 Real-time pulse width control
In einer Ausführungsform wird die Pulsbreite/-dauer bzw. das Zeitfenster in Echtzeit eingestellt. Beispielsweise wird, wie in den Zeitdiagrammen der Figuren 98B-F dargestellt, ein Taktsignal 9814 (Fig. 98B) verwendet, um ein Energieübertragungssignal 9816 (Fig. 98F) zu erzeugen, das Energieübertragungsimpulse 9818 mit veränderlichen Pulsbreiten 9820 aufweist. In einer Ausführungsform ist das Taktsignal 9814 invertiert, wie durch das invertierte Taktsignal 9822 (Fig. 98D) dargestellt. Das Taktsignal 9814 wird außer-In one embodiment, the pulse width/duration or time window is adjusted in real time. For example, as shown in the timing diagrams of Figures 98B-F, a clock signal 9814 (Figure 98B) is used to generate an energy transfer signal 9816 (Figure 98F) that includes energy transfer pulses 9818 with varying pulse widths 9820. In one embodiment, the clock signal 9814 is inverted, as shown by the inverted clock signal 9822 (Figure 98D). The clock signal 9814 is also
dem verzögert, wie durch das verzögerte Taktsignal 9824 (Fig. 98E) dargestellt. Das invertierte Taktsignal 9814 und das verzögerte Taktsignal 9824 werden dann UND-verknüpft, wodurch ein Energieübertragungssignal 9816 erzeugt wird, das aktiv ist - Energieübertragungsimpulse 9818 - wenn das verzögerte Taktsignal 9824 und das invertierte Taktsignal 9822 beide aktiv sind. Die dem verzögerten Taktsignal 9824 mitgeteilte Verzögerung bestimmt im wesentlichen die Pulsbreite oder -dauer bzw. das Zeitfenster 9820. Durch Ändern der Verzögerung in Echtzeit werden die Pulsbreiten in Echtzeit eingestellt. which is delayed as represented by delayed clock signal 9824 (Fig. 98E). Inverted clock signal 9814 and delayed clock signal 9824 are then ANDed together to produce an energy transfer signal 9816 that is active - energy transfer pulses 9818 - when delayed clock signal 9824 and inverted clock signal 9822 are both active. The delay imparted to delayed clock signal 9824 essentially determines the pulse width or duration or time window 9820. By changing the delay in real time, the pulse widths are adjusted in real time.
In einer alternativen Implementierung wird das invertierte Taktsignal 9822 bezüglich dem ursprünglichen Taktsignal 9814 verzögert und dann mit dem ursprünglichen Taktsignal 9814 UND-verknüpft. Alternativ wird das ursprüngliche Taktsignal 9814 verzögert und dann invertiert, und das erhaltene Signal wird dann mit dem ursprünglichen Taktsignal 9814 UND-verknüpft.In an alternate implementation, the inverted clock signal 9822 is delayed with respect to the original clock signal 9814 and then ANDed with the original clock signal 9814. Alternatively, the original clock signal 9814 is delayed and then inverted, and the resulting signal is then ANDed with the original clock signal 9814.
Fig. 98A zeigt ein zum Enstellen von Pulsbreiten in Echtzeit geeignetes exemplarisches Echtzeit-Pulsbreitensteuerungssystem 9802. Das exemplarische Echtzeit-Pulsbreitensteuerungssystem 9802 weist eine RC-Schaltung 9804 mit einer spannungsveränderlichen Kapazität 9812 und einem Widerstand 9826 auf. Das Echtzeit-Pulsbreitensteuerungssystem 9802 weist außerdem einen Invertierer 9806 und ein UND-Glied 9808 auf. Das UND-Glied-9808 weist optional einen Enable-Eingang 9810 zum Freigeben/Sperren des UND-Gatters 9808 auf. Die RC-Schaltung 9804. Das Echtzeit-Pulsbreitensteuerungssystem 9802 weist optional einen Verstärker 9828 auf.98A shows an exemplary real-time pulse width control system 9802 suitable for adjusting pulse widths in real time. The exemplary real-time pulse width control system 9802 includes an RC circuit 9804 with a voltage-variable capacitance 9812 and a resistor 9826. The real-time pulse width control system 9802 also includes an inverter 9806 and an AND gate 9808. The AND gate 9808 optionally includes an enable input 9810 for enabling/disabling the AND gate 9808. The RC circuit 9804. The real-time pulse width control system 9802 optionally includes an amplifier 9828.
Nachstehend wird die Funktionsweise der Echtzeit-Pulsbreitensteurungsschaltung unter Bezug auf die Zeitdiagramme der Figuren 98B-F beschrieben. Das Echtzeit-The operation of the real-time pulse width control circuit is described below with reference to the timing diagrams of Figures 98B-F. The real-time
Pulsbreitensteuerungssystem 9802 empfängt das Eingangstaktsignal 9814, das dem Invertierer 9806 und der RC-Schaltung 9804 zugeführt wird. Der Invertierer 9806 gibt das invertierte Taktsignal 9822 aus und führt es dem UND-Glied 9808 zu. Die RC-Schaltung 9804 verzögert das Taktsignal 9814 und gibt das verzögerte Taktsignal 9824 aus. Die Verzögerung ist primär durch den Kapazitätswert der spannungsveränderlichen Kapazität 9812 bestimmt. Im allgemeinen nimmt die Verzögerung mit abnehmender Kapazität ab.Pulse width control system 9802 receives input clock signal 9814 which is applied to inverter 9806 and RC circuit 9804. Inverter 9806 outputs inverted clock signal 9822 and applies it to AND gate 9808. RC circuit 9804 delays clock signal 9814 and outputs delayed clock signal 9824. The delay is determined primarily by the capacitance value of voltage variable capacitance 9812. In general, the delay decreases as the capacitance decreases.
Das verzögerte Taktsignal 9824 wird optional durch den optionalen Verstärker 9828 verstärkt, bevor es dem UND-Glied 9808 zugeführt wird. Eine Verstärkung ist beispielsweise erwünscht, wenn die RC-Konstante der RC-Schaltung 9804 das Signal unter den Schwellenwert des UND-Gliedes 9808 dämpft.The delayed clock signal 9824 is optionally amplified by the optional amplifier 9828 before being fed to the AND gate 9808. Amplification is desired, for example, if the RC constant of the RC circuit 9804 attenuates the signal below the threshold of the AND gate 9808.
Das UND-Glied 9808 führt eine UND-Verknüpfung zwischen dem verzögerten Takt-Signal 9824, dem invertierten Taktsignal 9822 und dem optionalen Enable- oder Freigabesignal 9810 aus, um das Energieübertragungssignal 9816 zu erzeugen. Die Pulsbreiten 9820 werden durch Ändern der Spannung der spannungsveränderlichen Kapazität 9812 eingestellt.The AND gate 9808 ANDs the delayed clock signal 9824, the inverted clock signal 9822, and the optional enable signal 9810 to generate the energy transfer signal 9816. The pulse widths 9820 are adjusted by changing the voltage of the voltage-variable capacitor 9812.
In einer Ausführungsform werden die Pulsbreiten 9820 gesteuert, um die Energieübertragung zu optimieren. In einer Ausführungsform werden die Pulsbreiten 9820 beispielsweise gesteuert, um die Energieübertragung zu optimieren. Alternativ werden die Pulsbreiten 9820 für eine variable Verstärkungssteuerung gesteuert (z.B. für eine automatische Verstärkungssteuerung - AGC). In dieser Ausführungsform wird die übertragene Energie durch Reduzieren der Pulsbreiten 9820 reduziert.In one embodiment, the pulse widths 9820 are controlled to optimize energy transfer. For example, in one embodiment, the pulse widths 9820 are controlled to optimize energy transfer. Alternatively, the pulse widths 9820 are controlled for variable gain control (e.g., for automatic gain control - AGC). In this embodiment, the energy transferred is reduced by reducing the pulse widths 9820.
Wie anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich ist, können viele der dargestellten Zeitfenster- oder Pulsbreitenschaltungen und andere auf die vorstehend beschriebene Weise modifiziert werden (z.B. die Schaltungen in den Fi-As will be apparent from the present description, many of the illustrated time window or pulse width circuits and others may be modified in the manner described above (e.g., the circuits in the figures
guren 68H-K). Die Modifizierung oder Auswahl des Zeitfensters oder der Pulsbreite kann auf der Kosntruktionsebene erfolgen, so daß sie einen festen Wert in der Schaltung aufweist, oder sie kann in einer alternativen Ausführungsform dynamisch eingestellt werden, um verschiedene Konstruktionsziele zu kompensieren oder zu berücksichtigen, z.B. den Empfang von HF-Signalen mit einem höheren Wirkungsgrad, die in verschiedenen Betriebsbereichen auftreten, z.B. HF-Signale bei 900 MHz und 1,8 GHz.guren 68H-K). The modification or selection of the time window or pulse width can be done at the design level so that it has a fixed value in the circuit, or in an alternative embodiment it can be dynamically adjusted to compensate for or take into account different design goals, e.g. the reception of RF signals with a higher efficiency that occur in different operating regions, e.g. RF signals at 900 MHz and 1.8 GHz.
5.8 Hinzufugen eines Umleitungsnetzwerks5.8 Adding a redirection network
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Umleitungsnetzwerk hinzugefügt, um den Wirkungsgrad des Energieübertragungsmoduls zu verbessern. Ein solches Umleitungsnetzwerk kann als Einrichtung zum künstlichen Verbreitern der Pulsbreite betrachtet werden. Die Komponenten für ein Umleitungsnetzwerk werden so ausgewählt, daß das Umleitungsnetzwerk für Übergänge des Schaltmoduls eine wesentlich geringere Impedanz aufzuweisen scheint (d.h. bei Frequenzen, die größer sind als diejenige des empfangenen EM-Signals) und eine mittlere bis hohe Impedanz für das EM-Eingangssignal (z.B. mehr als 100 &OHgr; bei der HF-Frequenz).In one embodiment of the invention, a bypass network is added to improve the efficiency of the energy transfer module. Such a bypass network can be considered as a means for artificially broadening the pulse width. The components for a bypass network are selected such that the bypass network appears to have a substantially lower impedance for transitions of the switching module (i.e., at frequencies greater than that of the received EM signal) and a medium to high impedance for the EM input signal (e.g., greater than 100 Ω at the RF frequency).
Die Zeitdauer, in der das Eingangssignal nun mit der entgegengesetzten Seite des Schaltmoduls verbunden ist, ist aufgrund der durch dieses Netzwerk verursachten Formung größer, das in einfachen Implementierungen eine Kapazität oder eine Serienresonanzschaltung aus einem induktiven Element und einer Kapazität sein kann. Ein Netzwerk, das oberhalb der Eingangsfrequenz serienresonant ist, wäre eine typische Implementierung. Diese Formung verbessert den Umwandlungswirkungsgrad eines Eingangssignals,, das ansonsten, wenn nur die Pulsbreite des Energieübertragungssignals betrachtetThe amount of time the input signal is now connected to the opposite side of the switching module is longer due to the shaping caused by this network, which in simple implementations can be a capacitance or a series resonant circuit of an inductive element and a capacitance. A network that is series resonant above the input frequency would be a typical implementation. This shaping improves the conversion efficiency of an input signal that would otherwise be poor if only the pulse width of the power transfer signal were considered.
wird, eine relativ niedrige Frequenz aufweisen würde und damit nicht optimal wäre.would have a relatively low frequency and would therefore not be optimal.
Fig. 95 zeigt ein exemplarisches Umleitungsnetzwerk 9502 (das in diesem Fall als Kapazität 9512 dargestellt ist), das ein Schaltmodul 9504 umgeht. In dieser Ausführungsform erhöht das Umleitungsnetzwerk den Wirkungsgrad des Energieübertragungsmoduls, wenn beispielsweise kleinere als optimale Pulsbreiten für eine vorgegebene Eingangsfrequenz für das Energieübertragungssignal 9506 gewählt würden. Das Umleitungsnetzwerk 9502 könnte eine andere als die in Fig.95 shows an exemplary bypass network 9502 (shown in this case as capacitor 9512) that bypasses a switching module 9504. In this embodiment, the bypass network increases the efficiency of the energy transfer module if, for example, smaller than optimal pulse widths were chosen for a given input frequency for the energy transfer signal 9506. The bypass network 9502 could have a configuration other than that shown in FIG.
95 dargestellte Konfiguration aufweisen. Eine solche alternative Konstruktion zeigt Fig. 90. Ähnlicherweise zeigt Fig.95. Such an alternative construction is shown in Fig. 90. Similarly, Fig.
96 ein anderes exemplarisches Umleitungsnetzwerk 9602 mit einer Kapazität 9604.96 another exemplary redirection network 9602 with a capacity 9604.
Nachfolgend werden die Wirkungen einer minimierten Pulsbreite und der durch das Umleitungsnetzwerk erhaltene Vorteil diskutiert. Fig. 103 zeigt eine Anfangsschaltung mit einem 550 ps-Zeitfenster, ihr Ausgangssignal hat, wie in Fig. 107A dargestellt, eine Amplitude von 2,8 mVpp und wird einer 50 &OHgr;-Last zugeführt. Durch Ändern der Pulsbreite bzw. des Zeifensters auf 270 ps, wie in Fig. 104 dargestellt, wird, wie in Fig. 107B dargestellt, ein reduziertes Ausgangssignal mit einer Amplitude von 2,5 Vpp erhalten, das einer 50 &OHgr;-Last zugeführt wird. Um diese Dämpfung zu kompensieren, kann ein Umleitungsnetzwerk hinzugefügt werden; eine spezifische Ausführungsform eines Umleitungsnetzwerks ist in Fig. 105 dargestellt. Durch dieses hinzugefügte Netzwerk kann der 50 &OHgr;-Last nun ein Signal mit einer Amplitude von 3,2 Vpp zugeführt werden, wie in Fig. 108A dargestellt. Die Schaltung mit dem Umleitungsnetzwerk in Fig. 105 hatte außerdem drei Einstellwerte in der umgebenden Schaltung, um die durch durch das Umleitungsnetzwerk und das kleinereThe effects of a minimized pulse width and the benefit obtained by the bypass network are discussed below. Figure 103 shows an initial circuit with a 550 ps time window, its output signal has an amplitude of 2.8 mVpp as shown in Figure 107A and is applied to a 50 Ω load. By changing the pulse width or time window to 270 ps as shown in Figure 104, a reduced output signal with an amplitude of 2.5 Vpp is obtained as shown in Figure 107B and is applied to a 50 Ω load. To compensate for this attenuation, a bypass network can be added; a specific embodiment of a bypass network is shown in Figure 105. With this added network, the 50 Ω load can now be supplied with a signal with an amplitude of 3.2 Vpp, as shown in Fig. 108A. The circuit with the bypass network in Fig. 105 also had three settings in the surrounding circuit to compensate for the voltage drop generated by the bypass network and the smaller
Zeitfenster induzierten Impedanzänderungen zu kompensieren. Fig. 106 zeigt, daß diese in die Schaltung, jedoch ohne das Umleitungsnetzwerk, eingefügten Änderungen nicht zu dem erhöhten Wirkungsgrad führten, den die Ausführungsform von Fig. 105 mit dem Umleitunsgnetzwerk zeigte. Fig. 108B zeigt das Ergebnis der Verwendung der Schaltung von Fig. 106, in der einer 50 &OHgr;-Last nur ein Signal mit einer Amplitude von 1,88 Vpp zugeführt werden konnte.time window induced impedance changes. Figure 106 shows that these changes introduced into the circuit but without the bypass network did not result in the increased efficiency shown by the embodiment of Figure 105 with the bypass network. Figure 108B shows the result of using the circuit of Figure 106 in which only a signal with an amplitude of 1.88 Vpp could be applied to a 50 Ω load.
5.9 Modifizieren des Energieübertragungssignals unter Verwendung einer Rückkopplung5.9 Modifying the energy transfer signal using feedback
Fig. 69 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 6901, das ein abwärtsgewandeltes Signal 1308B als Rückkopplungssignal 6906 zum Steuern verschiedener Kenngrößen des Energieübertragungsmoduls 6304 zum Modifizieren des abwärtsgewandelten Signals 1308B aufweist.69 shows an embodiment of a system 6901 having a down-converted signal 1308B as a feedback signal 6906 for controlling various characteristics of the energy transfer module 6304 to modify the down-converted signal 1308B.
Im allgemeinen ändert sich die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308B als Funktion der Frequenz- und Phasenunterschiede zwischen dem EM-Signal 1304 und dem Energieübertragungssignal 6306. In einer Ausführungsform wird das abwärtsgewandelte Signal 1308B als Rückkopplungssignal 6906 zum Steuern der Frequenz- und Phasenbeziehung zwischen dem EM-Signal 1304 und dem Energieübertragungssignal 6306 verwendet. Dies kann unter Verwendung der exemplarischen Logik in Fig. 85A realisiert werden. Die exemplarische Schaltung in Fig. 85A kann im Energieübertragungssignalmodul 6902 angeordnet sein. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind. In dieser Ausführungsform wird als Beispiel ein Zustandsrechner verwendet.In general, the amplitude of the down-converted signal 1308B changes as a function of the frequency and phase differences between the EM signal 1304 and the energy transfer signal 6306. In one embodiment, the down-converted signal 1308B is used as the feedback signal 6906 to control the frequency and phase relationship between the EM signal 1304 and the energy transfer signal 6306. This may be accomplished using the exemplary logic in Figure 85A. The exemplary circuit in Figure 85A may be located in the energy transfer signal module 6902. Those skilled in the art will appreciate, based on the present description, that alternative implementations are possible within the scope of the present invention. In this embodiment, a state machine is used as an example.
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Im Beispiel von Fig. 85A liest ein Zustandsrechner 8504 einen A/D-Wandler 8502 und steuert einen D/A-Wandler DAC 8506. In einer Ausführungsform weist der Zustandsrechner 8504 2 Speicherstellen auf, Previous und Current, um die Leseergebnisse des A/D-Wandlers 8502 zu speichern und abzurufen. In einer Ausführungsform verwendet der Zustandsrechner 8504 mindestens ein Speichertlag.In the example of Figure 85A, a state machine 8504 reads an A/D converter 8502 and controls a DAC 8506. In one embodiment, the state machine 8504 has two memory locations, Previous and Current, to store and retrieve the reading results of the A/D converter 8502. In one embodiment, the state machine 8504 uses at least one memory location.
Der D/A-Wandler DAC 8506 steuert einen Eingang eines spannungsgesteurten Oszillators VCO 8508. Der spannungsgesteuerte Oszillator VCO 8508 steuert einen Frequenzeingang eines Pulsgenerators 8510, der in einer Ausführungsform dem in Fig. 68J dargestellten Pulsgenerator im wesentlichen ähnlich ist. Der Pulsgenerator 8510 erzeugt ein Energieübertragungssignal 6306.The DAC 8506 controls an input of a voltage controlled oscillator 8508. The voltage controlled oscillator 8508 controls a frequency input of a pulse generator 8510, which in one embodiment is substantially similar to the pulse generator shown in Figure 68J. The pulse generator 8510 generates an energy transfer signal 6306.
In einer Ausführungsform arbeitet der Zustandsrechner 8504 gemäß einem in Fig. 85B dargestellten Zustandsrechnerablaufdiagramm 8519. Ziel dieser Verarbeitung ist es, die Frequenz- und Phasenbeziehung zwischen dem Energieübertragungssignal 6306 und dem EM-Signal 1304 zu modifizieren, um die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308B im wesentlichen auf einem optimalen Pegel zu halten.In one embodiment, the state machine 8504 operates according to a state machine flow diagram 8519 shown in Figure 85B. The goal of this processing is to modify the frequency and phase relationship between the energy transfer signal 6306 and the EM signal 1304 to maintain the amplitude of the down-converted signal 1308B at substantially an optimal level.
Die Amplitude des abwärtsgewandelten Signals 1308B kann durch die Amplitude des Energieübertragungssignals 6306 verändert werden. In einer Ausführungsform, in der das Schaltmodul 6502 ein FET ist, wie in Fig. 66A dargestellt, wobei das Energieübertragungssignal 6306 der Gate-Elektrode 6604 zugeführt wird, kann durch die Amplitude des Energi.eübertragungssignals 6306 der "Ein" -Widerstand des FET bestimmt werden, der die Amplitude des abwärtsgewadnelten Signals 1308B beeinflußt. Das in Fig. 85C dargestellte Energieübertragungssignalmodul 6902 kann eine analoge Schaltung sein, die eine automatische Verstärkungssteuerungsfunktion ermöglicht. Für Fachleute ist basierend auf der vorliegendenThe amplitude of the down-converted signal 1308B may be varied by the amplitude of the energy transfer signal 6306. In an embodiment where the switching module 6502 is a FET as shown in FIG. 66A, with the energy transfer signal 6306 provided to the gate electrode 6604, the amplitude of the energy transfer signal 6306 may determine the "on" resistance of the FET, which affects the amplitude of the down-converted signal 1308B. The energy transfer signal module 6902 shown in FIG. 85C may be an analog circuit that enables an automatic gain control function. Those skilled in the art will appreciate based on the present invention.
Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung alternative Implementierungen möglich sind.description that alternative implementations are possible within the scope of the present invention.
5.10 Andere Implementierungen5.10 Other implementations
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Darstellung. Diese Ausführungsformen sollen die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist anhand der vorliegenden Beschreibung ersichtlich, daß innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung andere Ausführungsformen implementierbar sind, die geringfügig oder wesentlich von den hierin beschriebenen abweichen.The embodiments described above are for illustration purposes only. These embodiments are not intended to limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art from this description that other embodiments that differ slightly or substantially from those described herein can be implemented within the scope of the present invention.
6. Exemplarische Energieübertragungs-Abwärtswandler6. Exemplary power transfer buck converters
Nachstehend werden Implementierungsbeispiele zur Erläuterung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.Implementation examples are described below for illustrative purposes. The invention is not limited to these examples.
Fig. 86 zeigt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unter Verwendung eines 101,1 MHz-Taktes.Figure 86 shows a schematic diagram of an exemplary circuit for downconverting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal using a 101.1 MHz clock.
Fig. 87 zeigt exemplarische Simulationswellenformen für die Schaltung von Fig. 86. Die Wellenform 8602 ist das Eingangssignal der Schaltung und zeigt die durch den Schalterschließvorgang verursachten Störungen. Die Wellenform 8604 ist das ungefilterte Äusgangssignal der Speichereinheit. Die Wellenform 8606 ist das impedanzangepaßte Ausgangssignal des Abwärtswandlers in einem anderen Zeitmaßstab.Figure 87 shows exemplary simulation waveforms for the circuit of Figure 86. Waveform 8602 is the input to the circuit and shows the noise caused by the switch closure. Waveform 8604 is the unfiltered output of the memory unit. Waveform 8606 is the impedance matched output of the buck converter at a different time scale.
Fig. 88 zeigt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unter Verwendung eines 101,1 MHz-Taktes.Figure 88 shows a schematic diagram of an exemplary circuit for downconverting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal using a 101.1 MHz clock.
Die Schaltung weist zusätzlich einen offenen Schwingkreis zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades auf.The circuit also features an open circuit to improve conversion efficiency.
Fig. 89 zeigt exemplarische Simulationswellenformen für die Schaltung von Fig. 88. Die Wellenform 8802 ist das Eingangssignal der Schaltung und zeigt die durch den Schalterschließvorgang verursachten Störungen. Die Wellenform 8804 ist das ungefilterte Ausgangssignal der Speichereinheit. Die Wellenform 8806 ist das Ausgangssignal des Abwärtswandlers hinter der Impedanzanpassungsschaltung.Figure 89 shows exemplary simulation waveforms for the circuit of Figure 88. Waveform 8802 is the input to the circuit and shows the noise caused by the switch closing operation. Waveform 8804 is the unfiltered output of the storage unit. Waveform 8806 is the output of the buck converter after the impedance matching circuit.
Fig. 90 zeigt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen Schaltung zum Abwärtswandeln eines 915 MHz-Signals in ein 5 MHz-Signal unter Verwendung eines 101,1 MHz-Taktes. Die Schaltung weist eine Umleitungsschaltung zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades auf.Figure 90 shows a schematic diagram of an exemplary circuit for down-converting a 915 MHz signal to a 5 MHz signal using a 101.1 MHz clock. The circuit includes a bypass circuit to improve conversion efficiency.
Fig. 91 zeigt exemplarische Simulationswellenformen für die Schaltung von Fig. 90. Die Wellenform 9002 ist das Eingangssignal der Schaltung und zeigt die durch den Schalterschließvorgang verursachten Störungen. Die Wellenform 9004 ist das ungefilterte Ausgangssignal der Speichereinheit. Die Wellenform 9006 ist das Ausgangssignal des Abwärtswandlers hinter der Impedanzanpassungsschaltung.Figure 91 shows exemplary simulation waveforms for the circuit of Figure 90. Waveform 9002 is the input to the circuit and shows the noise caused by the switch closing operation. Waveform 9004 is the unfiltered output of the storage unit. Waveform 9006 is the output of the buck converter after the impedance matching circuit.
Fig. 92 zeigt ein schematisches Diagramm der exemplarischen Schaltung von Fig. 8 6, die mit einer FSK-Quelle verbunden ist, die mit einer Baudrate von 500 kBaud zwischen 913 MHz und 917 MHz umschaltet. Fig. 93 zeigt die ursprüngliche FSK-Wellenform 9202 und die abwärtsgewandelte Wellenform 9204 am Ausgang der Lastimpedanzanpassungsschaltung.Figure 92 shows a schematic diagram of the exemplary circuit of Figure 86 connected to an FSK source that switches between 913 MHz and 917 MHz at a baud rate of 500 kBaud. Figure 93 shows the original FSK waveform 9202 and the down-converted waveform 9204 at the output of the load impedance matching circuit.
IV. Weiter AusfiihrungsformenIV. Further embodiments
In disem Abschnitt werden weitere Aspekte/Ausführungsformen der Erfindung diskutiert.In this section, further aspects/embodiments of the invention are discussed.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Information zwischen einem Sender und einem Empfänger bereitgestellt, mit den Schritten: a) Übertragen einer ersten Folge von Signalen, die jeweils eine bekannte Periode aufweisen, mit einer ersten Wiederholungsrate vom Sender; b) einmaliges Abtasten jedes Signals in der ersten Folge von Signalen durch den Empfänger für ein vorgegebenes Zeitintervall, wobei die Abtastung der ersten Folge von Signalen mit einer zweiten Wiederholungsrate erfolgt, die sich um einen vorgegenenen Wert von der ersten Wiederholungsrate unterscheidet; und c) Erzeugen eines Ausgangssignals durch den Empfänger, das Signalpegel anzeigt, die in Schritt b) abgetastet wurden und eine Periode aufweist, die länger ist als die vorgegebene Periode eines übertragenen Signals.In one embodiment of the present invention there is provided a method of transmitting information between a transmitter and a receiver, comprising the steps of: a) transmitting a first sequence of signals, each having a known period, at a first repetition rate from the transmitter; b) sampling each signal in the first sequence of signals once for a predetermined time interval by the receiver, the sampling of the first sequence of signals occurring at a second repetition rate that differs from the first repetition rate by a predetermined value; and c) generating an output signal by the receiver indicative of signal levels sampled in step b) and having a period longer than the predetermined period of a transmitted signal.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Kommunikationssystem bereitgestellt, mit: a) einem Sender zum Übertragen einer ersten Folge von Signalen, die jeweils eine bekannte Periode aufweisen, mit einer vorgegebenen ersten Wiederholungsrate; b) einem Empfänger zum Empfangen der ersten Folge von Signalen, wobei der Empfänger eine Abtasteinrichtung zum einmaligen Abtasten des Signalpegels jedes Signals in der ersten Folge von Signalen für ein vorgegebenes Zeitintervall mit einer zweiten Wiederholungsrate aufweist, die sich um einen durch den Empfänger eingestellten vorgegenenen Wert von der ersten Wiederholungsrate unterscheidet. Der Empfänger weist eine erste Schaltung zum Erzeugen eines ersten Empfängerausgangssignals auf, das die abgetasteten Signalpegel anzeigt und eine Periode aufweist, die länger ist als ein Signal der ersten Folge von Signalen. Der Sender weist auf: einen Oszillator zum Erzeugen eines Oszillatorausgangssignals mit der ersten Wiederholungsrate, eine Schalteinrichtung zum Empfangen des Oszillator-In another embodiment of the invention, a communication system is provided, comprising: a) a transmitter for transmitting a first sequence of signals, each having a known period, at a predetermined first repetition rate; b) a receiver for receiving the first sequence of signals, the receiver comprising sampling means for sampling the signal level of each signal in the first sequence of signals once for a predetermined time interval at a second repetition rate that differs from the first repetition rate by a predetermined value set by the receiver. The receiver comprises a first circuit for generating a first receiver output signal indicative of the sampled signal levels and having a period that is longer than a signal of the first sequence of signals. The transmitter comprises: an oscillator for generating an oscillator output signal at the first repetition rate, switching means for receiving the oscillator
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ausgangssignals und zum selektiven Durchlassen des Oszillatorausgangssignals, eine Wellenformerzeugungseinrichtung zum Empfangen des Oszillatorausgangssignals zum Erzeugen eines Wellenformgeneratorausgangssignals mit einem Zeit- und einem Frequenzbereich, die durch die Wellenformerzeugungseinrichtung eingestellt werden.output signal and for selectively passing the oscillator output signal, a waveform generator for receiving the oscillator output signal to generate a waveform generator output signal having a time and a frequency range which are set by the waveform generator.
Die hierin beschriebene Ausführungsform der Erfindung umfaßt Einzel- oder Multi-Benutzer-Kommunikationssysteme, die kohärente Signale verwenden, um eine bessere System-Performance zu erhalten als durch herkömmliche Hochfrequenzverfahren, während die Kosten und die Komplexität reduziert werden. Die Konstruktion ermöglicht eine direkte Umwandlung von Hochfrequenzen in Basisbandkomponenten für eine Verarbeitung und ermöglicht eine hocheffiziente Unterdrückung von Signalen, die nicht mit einer bekannten oder gesteuerten Slew-Rate zwischen dem Sender und Taktoszillatoren des Empfängers in Beziehung stehen. Das System kann so konstruiert werden, daß Breitbandtechniken ausgenutzt werden, die seine Zuverlässigkeit weiter erhöhen und eine höhere Benutzerdichte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs ermöglichen. Die verwendete Technik ermöglicht es, daß das System als separates Sender-Empfänger-Paar oder als Transceiver konfiguriert werden kann.The embodiment of the invention described herein includes single or multi-user communications systems that use coherent signals to obtain better system performance than conventional radio frequency techniques while reducing cost and complexity. The design allows direct conversion of radio frequencies to baseband components for processing and enables highly efficient rejection of signals unrelated to a known or controlled slew rate between the transmitter and receiver clock oscillators. The system can be designed to exploit wideband techniques that further increase its reliability and enable higher user density within a given area. The technique used allows the system to be configured as a separate transmitter-receiver pair or as a transceiver.
Es ist eine grundsätzliche Aufgabe des vorliegenden Systems, eine neuartige Kommunikationstechnik zu ermöglichen, die sowohl auf Schmal- als auch auf Breitbandsysteme anwendbar ist. In der allgemeinsten Form sind alle Vorteile einer Breitbandkommunikation Teil des Systems, so daß erfindungsgemäß, anders als in herkömmlichen Breitbandkonstruktionen, keine komplizierten und teuren Schaltungen erforderlich sind. Das Kommunikationssystem verwendet kohärente Signale, um Information zu übertragen und zu empfangen, und besteht in seiner einfachsten Form aus einem Sender und einem Emp-It is a fundamental object of the present system to enable a new type of communication technology that is applicable to both narrowband and broadband systems. In its most general form, all the advantages of broadband communication are part of the system, so that, unlike in conventional broadband designs, no complicated and expensive circuits are required according to the invention. The communication system uses coherent signals to transmit and receive information and, in its simplest form, consists of a transmitter and a receiver.
fänger. Der Empfänger weist eine Schaltung auf, die seinen Hochfrequenzeingang in einer vorgegebenen zeitlichen Beziehung zum Sendeseignal ein- und ausschaltet. Dies wird ermöglicht, indem dem Taktoszillator des Senders und dem Taktoszillator des Empfängers ermöglicht wird, bei verschiedenen, jedoch bekannten Frequenzen zu arbeiten, um eine bekannte Slew-Rate zwischen den Oszillatoren zu erzeugen. Wenn die Slew-Rate im Vergleich zu den Taktoszillatorfrequenzen klein ist, wird die übertragene Wellenform zeitlich stabil erscheinen, d.h. kohärent (sich mit der vorgegebenen Slew-Rate bewegend), zum geschalteten Eingang des Empfängers. Die übertragene Wellenform ist die einzige Wellenform, die bezüglich dem Empfänger zeitlich stabil erscheinen wird, so daß das Eingangssignal des Empfängers gemittelt werden kann, um unerwünschte Signale wunschgemäß herauszufiltern. Durch diese Methodik wird das System ohne kompliziete Filter und komplexe Codier- und Decodierverfahren extrem selektiv und wird eine direkte Umwandlung von HF-Energie von einer Antenne oder einem Kabel in Basisbandfrequenzen mit einer minimalen Anzahl von Standardkomponenten ermöglicht, wodurch die Kosten und die Komplexität weiter reduziert werden. Die übertragene Wellenform kann ein konstantes Trägersignal (Schmalband) , ein gesteuertes Pulssignal (Breitband oder Ultra-Breitband) oder eine Kombination von beiden, z.B. eine gedämpfte sinusförmige Welle oder eine beliebige periodische Wellenform, sein, so daß das System so konstruierbar ist, daß im wesentlichen alle Breibandanforderungen erfüllt sind. Im System können einfache Standardmodulations- und -demodulationstechniken, z.B. AM- und Pulsbreitenmodulation, leicht verwendet werden.receiver. The receiver includes circuitry that turns its radio frequency input on and off in a predetermined temporal relationship to the transmitted signal. This is made possible by allowing the transmitter's clock oscillator and the receiver's clock oscillator to operate at different but known frequencies to produce a known slew rate between the oscillators. If the slew rate is small compared to the clock oscillator frequencies, the transmitted waveform will appear temporally stable, i.e., coherent (moving at the predetermined slew rate), to the switched input of the receiver. The transmitted waveform is the only waveform that will appear temporally stable with respect to the receiver, so that the receiver's input signal can be averaged to filter out unwanted signals as desired. This methodology makes the system extremely selective without complicated filters and complex coding and decoding procedures and allows direct conversion of RF energy from an antenna or cable to baseband frequencies with a minimal number of standard components, further reducing cost and complexity. The transmitted waveform can be a constant carrier signal (narrowband), a controlled pulse signal (wideband or ultra-wideband), or a combination of both, e.g. a damped sinusoidal wave or any periodic waveform, so that the system can be designed to meet essentially all broadband requirements. Simple standard modulation and demodulation techniques, e.g. AM and pulse width modulation, can be easily used in the system.
In Abhängigkeit von den Systemanforderungen, z.B. von der Informationsübertragungsgeschwindigkeit, der Prozeßverstärkung, und dem vorgesehenen Verwendungszweck kann eineDepending on the system requirements, e.g. the information transfer speed, the process gain, and the intended use, a
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geeignete von mehreren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gewählt werden. Die hierin diskutierte Ausführungsform wird das amplituden- und pulsbreitenmodulierte System sein. Es ist eines der einfachsten Implementierungen der Technologie und weist viele mit nachfolgenden Systemen gemeinsame Komponenten auf. Ein amplitudenmodulierter Sender besteht aus einem Sender-Taktoszillator, einem Multiplizieer, einem Wellenformgenerator und einem optionalen Verstärker. Die Sender-Taktoszillatorfrequenz kann durch verschiedene Resonanzschaltungen bestimmt werden, die z.B. ein induktives Element und eine Kapazität, einen Klermaikresonantor, einen SAW-Resonator oder einen Kristall aufweisen. Die Ausgangswellenform ist sinusförmig, obwohl durch Rechteckwellenoszillatoren eine identische Systemperformance erreicht würde.suitable of several preferred embodiments of the invention may be selected. The embodiment discussed herein will be the amplitude and pulse width modulated system. It is one of the simplest implementations of the technology and has many components in common with subsequent systems. An amplitude modulated transmitter consists of a transmitter clock oscillator, a multiplier, a waveform generator, and an optional amplifier. The transmitter clock oscillator frequency may be determined by various resonant circuits, including, for example, an inductive element and a capacitor, a crystal resonator, a SAW resonator, or a crystal. The output waveform is sinusoidal, although identical system performance would be achieved by square wave oscillators.
Die Multipliziererkomponente multipliziert das Sender-Taktoszillatorausgangssignal mit 0 oder 1 oder anderen Konstanten, Kl und K2, um das dem Wellenformgenerator zugeführte Oszillatorausgangssignal ein- und auszuschalten. In dieser Ausführungsform können die zugeführte Information digitale oder analoge Daten in Form einer Pulsbreitenmodulation sein. Der Multiplizierer ermöglicht, daß das Sender-Taktoszillatorausgangssignal am Wellenformgeneratoreingang vorhanden ist, wenn die zugeführte Information einen vorgegebenen Wert überschreitet. In diesem Zustand wird der Sender eine Ausgangswellenform erzeugen. Wenn die zugeführte Information einen vorgegebenen Wert unterschreitet, wird dem Wellenformgenerator kein Eingangssignal zugeführt, so daß keine Sender-Ausgangswellenform erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Wellenformgenerators bestimmt die Bandbreite des Systems im Frequenzbereich und damit die Anzahl der Benutzer, die Prozeßverstärkungsimmunität bezüglich Interferenz und die Gesamtzuverlässigkeit, den Emissionspegel bei einerThe multiplier component multiplies the transmitter clock oscillator output by 0 or 1 or other constants, K1 and K2, to turn on and off the oscillator output supplied to the waveform generator. In this embodiment, the supplied information may be digital or analog data in the form of pulse width modulation. The multiplier allows the transmitter clock oscillator output to be present at the waveform generator input when the supplied information exceeds a predetermined value. In this condition, the transmitter will produce an output waveform. When the supplied information falls below a predetermined value, no input signal is supplied to the waveform generator so that no transmitter output waveform is produced. The output of the waveform generator determines the bandwidth of the system in the frequency domain and hence the number of users, the process gain immunity to interference and the overall reliability, the emission level at a
beliebigen vorgegebenen Freguenz und die Antennen- oder Kabelanforderungen. Der Wellenformgenerator erzeugt in diesem Beispiel ein Einzyklusimpulsausgangssignal, das ein Ultra-Breitbandsignal im Frequenzbereich erzeugt. Eine optionale Verstärkerstufe verstärkt das Ausgangssignal des Wellenformgenerators auf einen gewünschten Leistungspegel.any given frequency and the antenna or cable requirements. The waveform generator in this example produces a single cycle pulse output signal that produces an ultra-wideband signal in the frequency domain. An optional amplifier stage amplifies the waveform generator output signal to a desired power level.
Der erfindungsgemäße amplituden- und pulsbreitenmodulierte Sender ist in den Figuren 130 und 131 durch das Bezugszeichen 13000 dargestellt. Der Sender-Taktoszillator 13002 ist ein quarzgesteuerter Oszillator, der bei einer Frequenz von 25 MHz arbeitet. Der Mutliplizierer 13004 weist ein NICHT-UND-Glied 13102 mit zwei Eingängen zum Torsteuern des Ausgangssignals des Oszillators 13002 zum Wellenformgenerator 13006 auf. Der Wellenformgenerator 13006 erzeugt ein in den Figuren 132D und 133 durch das Bezugszeichen 13208 dargestelltes Impulsausgangssignal, das ein in Figur 134 durch das Bezugszeichen 13402 dargestelltes Frequenzspektrum erzeugt. Der Verstärker 13008 ist optional. Das Ausgangssignal· des Senders 13000 wird einer Antenne oder einem Kabel 13010 zugeführt, das, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, gemäß den Verhältnissen auf verschiedene Weise geeignet konstruiert sein kann.The amplitude and pulse width modulated transmitter of the present invention is shown in Figures 130 and 131 by reference numeral 13000. The transmitter clock oscillator 13002 is a crystal controlled oscillator operating at a frequency of 25 MHz. The multiplier 13004 includes a two-input NAND gate 13102 for gating the output of the oscillator 13002 to the waveform generator 13006. The waveform generator 13006 produces a pulse output signal shown in Figures 132D and 133 by reference numeral 13208 which produces a frequency spectrum shown in Figure 134 by reference numeral 13402. The amplifier 13008 is optional. The output signal of the transmitter 13000 is applied to an antenna or cable 13010 which, as is known in the art, may be constructed in a variety of ways to suit the circumstances.
Die Figuren 132A-D und 133-134 zeigen die verschiedenen im Sender
13000 vorhandenen Signale. Das Ausgangssignal des Senders 13000 in Fig. 132A kann entweder ein sinusförmiges oder ein
Rechteckwellensignal 13202 sein, das einem Eingang des N-UND-Giiedes 13102 zugeführt wird. Das Tor 13102 empfängt außerdem ein Informationssignal 13204 in Fig. 132B, das in der dargestellten Ausführungsform ein digitales Signal ist. Das Ausgangssignal 13206 des Multiplizierers 13004 kann in Abhängigkeit vom Originalsignal· 13202 ein sinusförmiges oder ein Rechteckwellensignal sein. Der Wellenformgenerator 13006 erzeugt am Ausgang ein Einzyklusimpuissignai 13208. DieFigures 132A-D and 133-134 show the various transmitter
13000 signals. The output signal of the transmitter 13000 in Fig. 132A can be either a sinusoidal or a
The gate 13102 may be a square wave signal 13202 which is applied to an input of the N-AND gate 13102. The gate 13102 also receives an information signal 13204 in Fig. 132B which is a digital signal in the illustrated embodiment. The output signal 13206 of the multiplier 13004 may be a sinusoidal or a square wave signal depending on the original signal 13202. The waveform generator 13006 produces a single cycle pulse signal 13208 at the output. The
Spannung des Einzyklusimpulses 13210 ändert sich um einen statischen Wert 13212 und wird in 40 ns-Intervallen erzeugt. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Frequenz des Senders 13002 25 MHz, so daß während des gesamten Zeitintervalls, in dem das Tor 13102 "eingeschaltet" ist, alle 40 ns Einzyklusimpulse mit einer Frequenz von 1,0 GHz übertragen werden und den Ausgang des Sender-Oszillators 13002 passieren.Voltage of single cycle pulse 13210 varies by a static value 13212 and is generated at 40 ns intervals. In the illustrated embodiment, the frequency of transmitter 13002 is 25 MHz, so that during the entire time interval that gate 13102 is "on", single cycle pulses at a frequency of 1.0 GHz are transmitted and pass through the output of transmitter oscillator 13002 every 40 ns.
Fig. 135 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines Empfängers zum Wiedergewinnen der amplituden- oder pulsbreitenmodulierten Information, wobei der Empfänger aus einem Empfänger-Taktoszillator 13510, einem Wellenformgenerator 13508, einem HF-Schalter/Integrator 13506, einer Decodierschaltung 13514, zwei optionalen Verstärker-/Filterstufen 13504 und 13512, einem Antennen- oder Kabeleingang 13502 und einem Informationsausgang 13516 besteht. Die Frequenz des Empfänger-Taktoszillators 13510 kann durch verschiedene Resonanzschaltungen bestimmt werden, die z.B. ein induktives Element und eine Kapazität, einen Keramikresonantor, einen SAW-Resonator oder einen Quarz oder Kristall aufweisen. Wie im Fall des Senders ist der hierin dargestellte Oszillator 13510 ein Quarz- oder Kristalloszillator. Die Ausgangswellenform ist eine Rechteckwelle, obwohl durch einen Sinuswellenoszillator eine identische Systemperformance erreicht würde. Das Rechteckwellen-Taktoszillatorausgangssignal 13602 ist in Fig. 136AFigure 135 shows a block diagram of a preferred embodiment of a receiver for recovering the amplitude or pulse width modulated information, the receiver consisting of a receiver clock oscillator 13510, a waveform generator 13508, an RF switch/integrator 13506, a decoding circuit 13514, two optional amplifier/filter stages 13504 and 13512, an antenna or cable input 13502, and an information output 13516. The frequency of the receiver clock oscillator 13510 can be determined by various resonant circuits, including, for example, an inductive element and a capacitance, a ceramic resonator, a SAW resonator, or a quartz or crystal. As in the case of the transmitter, the oscillator 13510 shown herein is a quartz or crystal oscillator. The output waveform is a square wave, although identical system performance would be achieved by a sine wave oscillator. The square wave clock oscillator output signal 13602 is shown in Fig. 136A
dargestellt. Der Empfänger-Taktoszillator 13510 ist so konstruiert, daß er innerhalb eines Frequenzbereichs arbeitet, in dem ein bekannter Bereich von Slew-Raten bezüglich des Sender-Taktoszillators 13002 erzeugt wird. In dieser Ausführungsform beträgt die Frequenz des Sender-Taktoszillators 13002 25 MHZ, und der Empfänger-Taktoszillator 13510 gibt eine Frequenz zwischen 25,0003 MHzThe receiver clock oscillator 13510 is designed to operate within a frequency range that produces a known range of slew rates with respect to the transmitter clock oscillator 13002. In this embodiment, the frequency of the transmitter clock oscillator 13002 is 25 MHz and the receiver clock oscillator 13510 outputs a frequency between 25.0003 MHz
und 25,0012 MHz aus, wodurch eine Slew-Rate von + 300 bis +1200 Hz erzeugt wird.and 25.0012 MHz, producing a slew rate of + 300 to +1200 Hz.
Der Empfänger-Taktoszillator 13510 ist mit dem Wellenformgenerator 13508 verbunden, der das Oszillatorsignal in ein geeignetes Ausgangssignal formt, um die Zeitdauer einzustellen, in der der HF-Schalter 13506 ein- bzw. ausgeschaltet ist. Die Zeidauer, während der der HF-Schalter 13502 eingeschaltet ist, sollte kleiner sein als ein halber Zyklus (1/10 Zyklus ist bevorzugt) oder im Fall eines Einzelimpulses nicht breiter als die Pulsbreite der übertragenen Wellenform, da ansonsten die Signalverstärkung des Systems abnimmt. Beispiele sind in Tabelle Al dargestellt. Daher ist das Ausgangssignal des Wellenformgenerators 13508 ein Impuls mit einer geeigneten Pulsbreite, der einmal pro Zyklus des Empfänger-Taktoszillators 13510 auftritt. Das Ausgangssignal 13604 des Wellenformgenerators ist in
Fig. 136B dargestellt.The receiver clock oscillator 13510 is connected to the waveform generator 13508 which shapes the oscillator signal into an appropriate output signal to adjust the length of time the RF switch 13506 is on or off. The length of time the RF switch 13502 is on should be less than one-half cycle (1/10 cycle is preferred) or, in the case of a single pulse, no wider than the pulse width of the transmitted waveform, otherwise the signal gain of the system will decrease. Examples are shown in Table Al. Therefore, the output signal of the waveform generator 13508 is a pulse of an appropriate pulse width that occurs once per cycle of the receiver clock oscillator 13510. The output signal 13604 of the waveform generator is in
Fig. 136B.
Übertragene Wellenform Verstärkungsgrenzwert- Bevorzugte EinschaltzeitTransmitted Waveform Gain Limit Preferred On Time
EinschaltzeitSwitch-on time
Einzelner 1 ns-lmpuls 1ns 100 psSingle 1 ns pulse 1ns 100 ps
1 GHz- Ausgangssignal mit 1,2,3 ... usw. 500 ps 50 ps1 GHz output signal with 1,2,3 ... etc. 500 ps 50 ps
Zyklen 50 psCycles 50 hp
10 GHz-Ausgangssignal mit 1,2,3... usw. 5 ps
Zyklen10 GHz output signal with 1,2,3... etc. 5 ps
Cycles
Der HF-Schalter/Integrator 13506 tastet das HF-Signal 13606 ab, wie in pig. 136C dargestellt,
wenn das Wellenformgeneratorausgangssignal 13604 kleiner ist als ein vorgegebener Wert. Wenn das Wellenformgeneratorausgangssignal 13604 größer ist als ein vorgegebe-The RF switch/integrator 13506 samples the RF signal 13606 as shown in pig. 136C,
when the waveform generator output signal 13604 is less than a predetermined value. When the waveform generator output signal 13604 is greater than a predetermined
ner Wert, wird der HF-Schalter 13506 ein Hochimpedanzknoten und ermöglicht es dem Integrator, den letzten HF-Signal-Abtastwert 13606 bis zum nächsten Zyklus des Ausgangssignals des Wellenformgenerators 13508 zu halten. Der Integratorabschnitt des Schalters/Integrators 13506 ist so konstruiert, daß der Integrator schnell aufgeladen wird (fast attack) und mit einer gesteuerten Rate entladen wird (slow decay) . Durch diese Ausführungsform wird eine Unterdrückung unerwünschter Signale bereitgestellt und sie ist ein Faktor, der das Basisbandfrequenzverhalten des Systems bestimmt. Die Betriebsart der Schaltsteuerung ist von der tatsächlichen Hardwareimplementierung abhängig.ner value, the RF switch 13506 becomes a high impedance node and allows the integrator to hold the last RF signal sample 13606 until the next cycle of the output of the waveform generator 13508. The integrator portion of the switch/integrator 13506 is designed so that the integrator is charged quickly (fast attack) and discharged at a controlled rate (slow decay). This embodiment provides rejection of unwanted signals and is a factor that determines the baseband frequency response of the system. The mode of operation of the switch control depends on the actual hardware implementation.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Torsteuerungs- oder Abtastrate des Empfängers 13500 300 Hz höher als die 25 MHz-Übertragungsrate vom Sender 13000. Alternativ könnte die Abtastrate kleiner als die Übertragungsrate sein. Der Unterschied der Wiederholungsraten zwischen dem Sender 13000 und dem Empfänger 13500, d.h. die "Slew-Rate" beträgt 300 Hz und führt zu einer kontrollierten Verschiebung der Abtastimpulse bezüglich den übertragenen Impulsen, die daher für den Empfänger 13500 zeitlich "stabil" erscheinen. Nachstehend wird unter Bezug auf die Figuren 132A-D und 136A-G ein Beispiel für einen einfachen Fall eines Ausgangssignals 13608 (Fig. 136D) dargestellt, das zur Vereinfachung der Erläuterung aus vier Abtastwerten von vier HF-Eingangsimpulsen 13606 konstruiert wird. Wie ersichtlich ist, ist, indem die HF-Impulse 13605 abgetastet werden, die durchgelassen werden, wenn das Sender-Informationssignal 13204 (Fig. 132B) größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, das Signal 13608 eine Kopie eines Signals 13606, es ist jedoch in eine andere Zeitbasis abgebildet. In diesem Beispiel hat die neue Zeitbasis eine Perioden, die viermal länger ist als das Echtzeitsignal. Die Verwendung eines op-In one embodiment of the present invention, the gating or sampling rate of receiver 13500 is 300 Hz higher than the 25 MHz transmission rate from transmitter 13000. Alternatively, the sampling rate could be less than the transmission rate. The difference in repetition rates between transmitter 13000 and receiver 13500, i.e., the "slew rate," is 300 Hz and results in a controlled shift of the sampling pulses with respect to the transmitted pulses, which therefore appear "stable" in time to receiver 13500. Referring now to Figures 132A-D and 136A-G, an example of a simple case of an output signal 13608 (Figure 136D) is constructed from four samples of four RF input pulses 13606 for ease of explanation. As can be seen, by sampling the RF pulses 13605 that are passed when the transmitter information signal 13204 (Fig. 132B) is greater than a predetermined threshold, the signal 13608 is a copy of a signal 13606, but it is mapped to a different time base. In this example, the new time base has a period that is four times longer than the real-time signal. Using an op-
·· · It ·· W ·· · It ·· W
297 t 297 tons
tionalen Verstärkers/Filters 13512 führt zu einer weiteren Verfeinerung des Signals 13608, das in Fig. 136E
als Signal 13610 dargestellt ist.tional amplifier/filter 13512 leads to a further refinement of the signal 13608, which is shown in Fig. 136E
shown as signal 13610.
Eine Decodierschaltung 13514 extrahiert die im Sendesignal enthaltene Information und weist einen Gleichrichter auf, der das Signal 13608 oder 13610 gleichrichtet, um ein in Fig. 136G dargestelltes Signal 13612 bereitzustellen. Die in der Schaltung 13514 vorgesehene Generatorschaltung mit variablem Schwellenwert stellt einen Gleichspannungsschwellensignalpegel 13614 für das Signal 13610 bereit, der verwendet wird, um einen Zustand HIGH (Senderausgangssignal EIN) oder LOW (Senderausgangssignal AUS) zu bestimmen, und in Fig. 136G dargestellt ist. Das in Fig. 136F dargestellteA decoding circuit 13514 extracts the information contained in the transmit signal and includes a rectifier that rectifies the signal 13608 or 13610 to provide a signal 13612 shown in Fig. 136G. The variable threshold generator circuit included in circuit 13514 provides a DC threshold signal level 13614 for the signal 13610 that is used to determine a HIGH (transmitter output signal ON) or LOW (transmitter output signal OFF) state and is shown in Fig. 136G. The
fertige Ausgangssignal 13616 wird durch einen Ausgangsspannungsvergleicher in der Schaltung 13514 erzeugt, der die Signale 13612 und 13614 kombiniert, so daß, wenn das Signal 13612 einen höheren Spannungswert hat als das Signal 13614, das Informationsausgangssignal auf den Zusatnd HIGH schaltet. Daher stellt das Signal 13616 beispielsweise eine digitale "1" dar, nun bezüglich einer Zeitbasis, die in einem Verhältnis 1:4 bezüglich der Periode eines Originalsignals 13606 gedehnt ist. Obwohl durch diese Darstellung eine Frequenzreduktion von 4:1 erhalten wird, ist es manchmal wünschenswert, eine Reduktion von mehr als 50000:1 bereitzustellen; in der bevorzugten Ausführungsform wird eine Reduktion von 100000:1 oder mehr erreicht. Dadurch wird eine direkte Verschiebung von der HF-Eingangsfrequenz zu einem Niederfrequenzband erhalten, ohne daß eine teure Zwischenfrequenzschaltung erforderlich ist, die verwendet werden müßte, wenn in einer ersten Stufe lediglich eine 4:1-Umwandlung oder Umsetzung verwendet würde. In Tabelle A2 sind Informationen bezüglich der Zeitbasisumwandlung und Beispiele dargestellt .The final output signal 13616 is generated by an output voltage comparator in circuit 13514 which combines signals 13612 and 13614 such that when signal 13612 has a higher voltage value than signal 13614, the information output signal switches to the HIGH state. Thus, for example, signal 13616 represents a digital "1", now with respect to a time base stretched in a ratio of 1:4 with respect to the period of an original signal 13606. Although a frequency reduction of 4:1 is obtained by this representation, it is sometimes desirable to provide a reduction of more than 50,000:1; in the preferred embodiment, a reduction of 100,000:1 or more is achieved. This provides a direct shift from the RF input frequency to a low frequency band without the need for expensive intermediate frequency circuitry that would have to be used if only a 4:1 conversion or translation were used in a first stage. Information regarding time base conversion and examples are given in Table A2.
Einheiten:Units:
Is = 1; 1 ps = 1-1(&Ggr;12; 1 ns = 1·10~9; 1 &mgr;&egr; = 1·10~6;Is = 1; 1 ps = 1-1(G 12 ; 1 ns = 1·10~ 9 ; 1 με = 1·10~ 6 ;
1 MHz = I-&Igr;&Ogr;6; 1 kHz = 1·103 1 MHz = I-&Igr;&Ogr;6; 1 kHz = 1 10 3
Empfänger-Taktoszillatorfrequenz = 25,00003 MHz Sender-Taktoszillatorfrequenz = 25 MHzReceiver clock oscillator frequency = 25.00003 MHz Transmitter clock oscillator frequency = 25 MHz
Periode = -Period = -
Sender - TaktoszillatorfrequenzTransmitter - clock oscillator frequency
Periode = 40 nsPeriod = 40 ns
Slew-Rate = -Slew rate = -
(Empfanger - Taktoszillatorfrequenz) - (Sender - Taktoszillatorfrequenz)(Receiver - clock oscillator frequency) - (Transmitter - clock oscillator frequency)
Slew-Rate = 0,003 sSlew rate = 0.003 s
Zeitbasismultiplikator= Sekunden pro NanosekundeTime base multiplier = seconds per nanosecond
Periodeperiod
Zeitbasismultiplikator = 8,333·104 Beispiel 1:Time base multiplier = 8.333·10 4 Example 1 :
1 ns wird umgesetzt in 83,33 \is 1 ns is converted into 83.33 \is
Zeitbasis = (1 ns)■Zeitbasismultiplikator Zeitbasis = 83,33 &mgr;&egr;Time base = (1 ns)■Time base multiplier Time base = 83.33 με
2 GHz werden umgesetzt in 24 kHz, 2 GHz = 500 ps-Periode
Zeitbasis = (500 ps)·Zeitbasismultiplikator2 GHz is converted into 24 kHz, 2 GHz = 500 ps period
Timebase = (500 ps)·Timebase multiplier
Frequenz = Frequency =
ZeitbasisTime base
Frequenz = 24 kHzFrequency = 24 kHz
Tabelle &Aacgr;2Table &Aacgr;2
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist das bei "F" dargestellte Signal 13616 eine Periode von 83,33 ps, eine Frequenz von 12 KHz auf und wird für eine Slew-Rate von 300 Hz einmal für jeweils 3,3 ms erzeugt. D.h., das System wandelt ein 1 GHz-Sendesignal in ein 83,33 &mgr;&Bgr;-&Xgr;&iacgr;&sfgr;&eegr;&bgr;&Igr; um.In the preferred embodiment shown, the signal 13616 shown at "F" has a period of 83.33 ps, a frequency of 12 KHz, and is generated once every 3.3 ms for a slew rate of 300 Hz. That is, the system converts a 1 GHz transmit signal into an 83.33 μβ-λίδα signal.
Daher wird die während des Vorhandenseins eines "EIN"-Signals an der Informationseingangs-Torschaltung 13102 übertragene Folge von HF-Impulsen 13210 verwendet, um das Informationseingangssignal 13204 zu reproduzieren, indem die Impulsfolge am Empfänger 13500 abgetastet wird. Das System ist so konstruiert, daß eine geeignete Anzahl von HF-Eingangssignalen 13606 erzeugt wird, um eine Signalrekonstruktion zu ermöglichen.Therefore, the train of RF pulses 13210 transmitted during the presence of an "ON" signal at the information input gating circuit 13102 is used to reproduce the information input signal 13204 by sampling the pulse train at the receiver 13500. The system is designed to generate an appropriate number of RF input signals 13606 to enable signal reconstruction.
Eine optionale Verstärker-/Filterstufe (oder -stufen) 13504 und 13512 kann verwendet werden, um eine bessere Empfängerempfindlichkeit, Bandbreitensteuerung oder Signalkonditionierung für die Decodierschaltung 13514 bereitzustellen. Durch Auswahl eines geeigneten Zeitbasismultiplikators wird ein Signal am Ausgang des Integrators 13506 erhalten, das anstatt durch HF-Verstärker durch einen Operationsverstärker verstärkt und gefiltert werden kann, wodurch der Konstruktionsprozeß vereinfacht wird. Das bei "E" dargestellte Signal 13610 zeigt die Verwendung des Verstär-An optional amplifier/filter stage (or stages) 13504 and 13512 may be used to provide better receiver sensitivity, bandwidth control, or signal conditioning for the decoding circuit 13514. By selecting an appropriate time base multiplier, a signal is obtained at the output of the integrator 13506 that can be amplified and filtered by an operational amplifier instead of RF amplifiers, thus simplifying the design process. The signal 13610 shown at "E" illustrates the use of the amplifier.
kers/Filters 13512 (Fig. 137) . Der als die erste Stufe des Empfängers dargestellte, optionale HF-Verstärker 13504 sollte in der Konstruktion vorgesehen sein, wenn eine höhere Empfindlichkeit und/oder eine zusätzliche Filterverarbeitung erforderlich ist. Die Figuren 137-139 zeigen schematische Beispiele von Empfängern.kers/Filters 13512 (Fig. 137). The optional RF amplifier 13504, shown as the first stage of the receiver, should be included in the design if higher sensitivity and/or additional filtering processing is required. Figures 137-139 show schematic examples of receivers.
Die Figuren 140-143 zeigen verschiedene Impulsausgangssignale 14002 und 14202 und ihren entsprechenden Frequenzbereich bei 14102 und 14302. Wie in den Figuren 140 und 141 ersichtlich ist, erzeugt das Halbzyklussignal 14002 ein Spektrum, das in geringerem Maße interferenzbelastet ist als der Einzyklusimpuls von Fig. 133 und der 10-Zyklus-Impuls von Fig. 142. Die verschiedenen Ausgangssignale bestimmen die Systemimmunität bezüglich Interferenz, die Anzahl von Benutzern in einem vorgegebenen Bereich und die Kabel- und Antennenanforderungen. Die Figuren 133 und 134 zeigen exemplarische Impulsausgangssignale.Figures 140-143 show various pulse output signals 14002 and 14202 and their corresponding frequency range at 14102 and 14302. As can be seen in Figures 140 and 141, the half-cycle signal 14002 produces a spectrum that is less affected by interference than the one-cycle pulse of Figure 133 and the 10-cycle pulse of Figure 142. The various output signals determine the system immunity to interference, the number of users in a given area, and the cable and antenna requirements. Figures 133 and 134 show exemplary pulse output signals.
Die Figuren 144 und 145 zeigen exemplarische differentielle Empfängerkonstruktionen. Die Operation ist derjenigen des nicht-differentiellen Empfängers von Fig. 135 theoretisch ähnlich, außer daß durch die differentielle Technik aufgrund der Gleichphasenunterdrückung ein höherer Rauschabstand erhalten wird. Jedes Signal, das an beiden Eingängen des differentiellen Empfängers phasengleich induziert wird, wird durch den in den Figuren 144 und 145 dargestellten Differenzverstärker gedämpft, und umgekehrt wird jedes Signal, das einen Phasenunterschied zwischen den beiden Empfängereingängen erzeugt, verstärkt.Figures 144 and 145 show exemplary differential receiver designs. The operation is theoretically similar to that of the non-differential receiver of Figure 135, except that a higher signal-to-noise ratio is obtained by the differential technique due to in-phase rejection. Any signal induced in phase at both inputs of the differential receiver is attenuated by the differential amplifier shown in Figures 144 and 145, and conversely any signal producing a phase difference between the two receiver inputs is amplified.
Die Figuren 146 und 147 zeigen Zeit- und Frequenzbereiche eines schmalbandigen konstanten Trägersignals im Vergleich zu in der dargestellten Ausführungsform verwendeten ultrabreitbandigen Signalen.Figures 146 and 147 show time and frequency domains of a narrowband constant carrier signal compared to ultra-wideband signals used in the illustrated embodiment.
• ··
Claims (158)
einem Energieübertragungssignalgenerator;
einem durch den Energieübertragungssignalgenerator gesteuerten Schaltmodul;
einem mit dem Schaltmodul verbundenen Speichermodul; und
einer Schaltung zum effizienten Übertragen von Energie vom modulierten Trägersignal. 30. Apparatus for directly down-converting a modulated carrier signal into a demodulated baseband signal, comprising:
a power transfer signal generator;
a switching module controlled by the energy transfer signal generator;
a memory module connected to the switching module; and
a circuit for efficiently transferring energy from the modulated carrier signal.
(einer Frequenz des modulierten Trägersignals (1304) plus oder minus einer Frequenz des niedrigerfrequenten modulierten Trägersignals (4708; 5016; 5116; 5216; 5316; 5416; 5516))/n,
wobei n eine ganze Zahl ist; und
(a frequency of the modulated carrier signal ( 1304 ) plus or minus a frequency of the lower frequency modulated carrier signal ( 4708 ; 5016 ; 5116 ; 5216 ; 5316 ; 5416 ; 5516 ))/n,
where n is an integer; and
(einer Frequenz des modulierten Trägersignals (1304) plus oder minus einer Frequenz des niedrigerfrequenten modulierten Trägersignals (130%))/n,
wobei n eine ganze Zahl ist; und
(a frequency of the modulated carrier signal ( 1304 ) plus or minus a frequency of the lower frequency modulated carrier signal (130%))/n,
where n is an integer; and
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/176,022 US6061551A (en) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | Method and system for down-converting electromagnetic signals |
US09/293,095 US6580902B1 (en) | 1998-10-21 | 1999-04-16 | Frequency translation using optimized switch structures |
US09/293,342 US6687493B1 (en) | 1998-10-21 | 1999-04-16 | Method and circuit for down-converting a signal using a complementary FET structure for improved dynamic range |
DE19983663 | 1999-10-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE29924130U1 true DE29924130U1 (en) | 2001-12-20 |
Family
ID=27439004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29924130U Expired - Lifetime DE29924130U1 (en) | 1998-10-21 | 1999-10-20 | Device and system for downconverting an electromagnetic signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29924130U1 (en) |
-
1999
- 1999-10-20 DE DE29924130U patent/DE29924130U1/en not_active Expired - Lifetime
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