Patent DE-102021004785-A1 (DE)
Title: N-Pfad Filter als Zwischenfrequenz- und Frequenzumsetzer-Stufe eines Superhet Empfängers
Inventor: FIGOL GEORG
IPC: H04B1/26
Filed: 2021-09-22
Abstract: 1. N-Pfad Filter als Zwischenfrequenz- und Frequenzumsetzer-Stufe eines Superhet Empfängers2.1 Die Erfindung basiert auf dem bekannten N-Pfad Filter, entsprechend Fig.1 und Fig. 2. Dieses wird auf die Erfordernisse der Hochfrequenztechnik, insbesondere der Empfängertechnik angepasst. Die Nachteile von klassischen N-Pfad Filtern im Hinblick auf eine Anwendung in der Empfängertechnik liegen im Wesentlichen in der Überabtastung = Over-Sampling des Eingangssignals (1) mit der N-fachen Abtastrate, bezogen auf die Eingangsfrequenz f1, und dem damit verbundenen unerwünschten Übersprechen von Subharmonischen dieses Sampling-Taktes (8) in den Empfangspfad. Aufgrund der extrem hohen Dynamik von empfindlichen Empfängern von weit über 100 dB ist das N-Pfad Filter in seiner klassischen Form für diese Anwendung absolut ungeeignet. Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenen Nachteile folgendermaßen zu umgehen:2.2 Der Eingangs-Sampler (4), gemäß Fig. 3, wird im sogenannten Sub-Sampling Modus betrieben, d.h. seine Sampling-Rate liegt unterhalb der Eingangsfrequenz f1. Vorzugsweise beträgt die Sampling-Rate f1/(1+1/N), wenn f1 die Mittenfrequenz des Eingangssignals (1) ist. Damit fällt weder die Grundfrequenz der Sampling-Rate noch deren Harmonische in das Empfangsband f1+/-df des Filters. Aufgrund dieses langsamen Sub-Samplings ist auch die Generation des Sampling-Taktes (8) des Eingangs-Samplers einfacher, als beim N-fachen Over-Sampling.2.3 Das Eingangs-Sampling wird über den Sampler (4) mit kurzer Sampling Puls Dauer (27) betrieben. Zur Zwischenspeicherung der einzelnen Sampling-Werte befindet sich am Eingang zu jedem der N-Pfade daher eine Sample & Hold Stufe S&H (9)2.4 Der Ausgangs-Sampler (5) wird weiterhin im klassischen Over-Sampling Modus betrieben, aber die Samplingrate für den Ausgang wird im Gegensatz zum klassischen Fall so gewählt, dass die Ausgansfrequenz f2 des Filters deutlich unter seiner Eingangsfrequenz f1 liegt. Aufgrund der damit verbundenen niedrigen Samplingrate am Ausgangs-Sampler (5) wird dort auch das unerwünschte kapazitive Übersprechen des Sampling-Taktes (12) in den weiteren Empfangspfad, samt seiner Subharmonischen, stark gemindert. Die weitere Verstärkung bzw. Demodulation des Empfangssignals wird aufgrund der niedrigeren Ausgangsfrequenz f2 deutlich vereinfacht.2.5 Wenn die identischen N Pfade des Filters auch zusätzlich eine eigene Verstärkung aufweisen, verhält sich das N-Pfad Filter analog zu einem klassischen ZF-Empfängerpfad mit Eingangsmischer, verstärkender ZF und Ausgangsmischer: Das Eingangssignal (1) mit der Frequenz f1 +/-df wird für alle N Pfade bis auf 0 Hz +/- df „herunter gesampelt“ und gefiltert. Anschließend erfolgt wieder eine Konvertierung zu einem Ausgangssignal (7) mit einer deutlich niedrigeren Frequenz f2+/-df, als der Eingangsfrequenz f1+/-df.2.6 Werden die identischen N Tiefpässe (10) in ihren jeweiligen Pfaden als Switched Capacitor SC-Tiefpässe realisiert, so erhält man eine, in der Bandbreite variable ZF-Stufe, deren Durchlassbandbreite über das gemeinsame Clock-Taktsignal (11) aller N SC-Tiefpässe variiert werden kann. Es handelt sich damit um einen Clock-Takt definierten Empfänger, dessen Absolut-Bandbreite der doppelten Bandbreite der N identischen SC-Tiefpässe (10) entspricht.