專利名稱：被動無線接收器的制作方法
被動無線接收器
背景技術(shù)：
接收器系統(tǒng)通常接收輸入信號并且通過對該輸入信號進(jìn)行各種處理以生成一個(gè)或多個(gè)輸出信號。不同的接收器系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了取決于接收器系統(tǒng)的特定的應(yīng)用的變化的性能特性。示例性的性能特性包括頻率選擇性、接收器系統(tǒng)的功耗、噪聲系數(shù)、一分貝的壓縮點(diǎn)(PldB)、三階截取點(diǎn)(IP3)、動態(tài)范圍和對接收器系統(tǒng)內(nèi)的信號損壞(signal corruption)的抑制。傳統(tǒng)的接收器系統(tǒng)提供了對輸入信號的放大和頻率變換，同時(shí)消耗了來自可用的電源的大量的能量，特別是較早出現(xiàn)在RF信號路徑中(例如，最接近于天線)的部件。這些接收器在RF信號路徑上使用諸如低噪聲放大器(LNA)和/或整流混頻器等有源部件，以放大和/或變換由天線提供的輸入信號的頻率。諸如噪聲系數(shù)(NF)和線性度(通常由Pldb 和/或IP3表示)等針對這些有源部件的關(guān)鍵的性能度量具有取決于有源部件的功耗的基本限制，并且通常通過增加偏流和/或可用的電壓動態(tài)范圍上限來改善。當(dāng)期望較高的性能時(shí)，這些功率性能折衷導(dǎo)致較高的電流消耗，或者同樣地，當(dāng)期望較低的功率時(shí)，這些功率性能折衷導(dǎo)致較差的性能。相反，無源部件(例如，電感器、電容器、電阻器和開關(guān))提供較高的固有線性度并且消耗很少的功率或者不消耗功率。諸如由高品質(zhì)因數(shù)部件構(gòu)成的LC諧振器等一些無源網(wǎng)絡(luò)可以在較低的損耗并且因此較低的噪聲系數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)充分的電壓增益。此外，可以使用無源開關(guān)和電容器(例如，無源混頻器)來實(shí)現(xiàn)高度線性的低噪聲的頻率變換。在無源混頻器中，信號路徑保持無源，同時(shí)消耗最小的功率來激活并停用組成的開關(guān)。此外， 加工技術(shù)的進(jìn)步可提供需要較少的能量來激活和停用的較低阻抗的開關(guān)，從而改善無源混頻器中的功率/性能的折衷。因此，無源電路提供了以顯著降低的功耗在接收器前端中實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的有源部件的等效功能的機(jī)會。Ben W. Cook 等作者于 2006 年 12 月在 IEEE Journal of Solid-StateCircuits 的第 4 卷第 12 期發(fā)表的"Low-Power 2. 4-GHz Transceiver With Passive RX Front-End and 400-mV Supply”描述了使用實(shí)質(zhì)上無源的RF接收器信號路徑的已知的無線收發(fā)器。 該出版物公開了包括無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)的基本接收器，所述無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)是由外部天線驅(qū)動并且其后直接跟隨提供到基帶的頻率變換的無源切換混頻器。該接收器提供了信號放大和頻率變換，同時(shí)消耗了非常小的功率。由于對期望的應(yīng)用的不嚴(yán)格的性能要求，因此公開的接收器被設(shè)想以使功耗最小化并且通過非常低的電源電壓來支持操作。因此，如出版物中所指出的，對于期望的應(yīng)用而言魯棒性和性能并不關(guān)鍵，而使復(fù)雜性和功耗最小化是該項(xiàng)工作的焦點(diǎn)。該出版物中公開的無源電壓增益具有固定的中心頻率和固定的電壓增益。沒有進(jìn)行增益控制使接收器不能適應(yīng)大范圍的輸入信號，這對于無線數(shù)據(jù)應(yīng)用通常是需要的。在公開的工作中，無源切換混頻器是由自由運(yùn)轉(zhuǎn)的壓控振蕩器(VCO)來直接驅(qū)動的。因此，接收器的采樣頻率既未明確定義，也不穩(wěn)定，并且接收器不能自動地調(diào)諧到不同的RF通信信道并且接收來自不同的RF通信信道的信號。其次，因?yàn)樵赩CO與混頻器之間不存在隔離，因此混頻器的采樣頻率可受到由于RF輸入信號的耦合引起的牽引造成的損壞的影響。此外，驅(qū)動混頻器的VCO波形的正弦形狀與驅(qū)動相位之間的非重疊的要求相結(jié)合降低了通過接收器實(shí)現(xiàn)的線性度和噪聲性能。最后，在出版物中使用的無源切換混頻器不能實(shí)現(xiàn)大于 OdB的電壓增益，從而限制了整個(gè)RF增益，因而削弱了針對給定的功率分配可達(dá)到的靈敏度。很多應(yīng)用喜歡消耗盡量少的能量的接收器系統(tǒng)。例如，手持式無線數(shù)據(jù)設(shè)備通常喜歡較長的電池壽命，但是必須維持足夠的性能以遵從給定的無線通信標(biāo)準(zhǔn)。在這些應(yīng)用中，期望滿足性能指標(biāo)并且使用低功率無源電路而不是消耗電流的有源部件來提供信號放大和頻率變換的接收器系統(tǒng)。


圖1描繪了被動無線接收器的實(shí)施方式的框圖。圖2描繪了在被動無線接收器中包含的輸入電路的實(shí)施方式。圖3描繪了在被動無線接收器中包含的切換信號發(fā)生器的實(shí)施方式。圖4描繪了在切換信號發(fā)生器中包含的鎖相環(huán)的實(shí)施方式。圖5A至圖5E描繪了在切換信號發(fā)生器中包含的、執(zhí)行隔離和波形整形的電路的幾個(gè)實(shí)施方式。圖6描繪了一種用于處理接收的無線信號的示例性方法的流程圖。圖7A至圖7G描繪了可以在被動無線接收器中包含的輸入電路的幾個(gè)實(shí)施方式。圖8A至圖IOD描繪了動態(tài)切換電路和驅(qū)動這些動態(tài)切換電路的相關(guān)聯(lián)的時(shí)鐘波形的幾個(gè)實(shí)施方式。圖11描繪了可集成到CMOS集成電路內(nèi)的被動無線接收器的實(shí)施方式。在整個(gè)描述中，相同的參考數(shù)字可以用于指示相同的元件。
具體實(shí)施例方式圖1描繪了被動無線接收器100的實(shí)施方式的框圖。被動無線接收器100從天線102接收輸入信號，并且通過使用從天線輸入到輸出信號終端的無源信號路徑對該輸入信號進(jìn)行信號處理來生成一個(gè)或多個(gè)輸出信號，所述信號處理包括頻率變換到第二頻率。 被動無線接收器100的典型實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)了無源電壓的放大和頻率變換到更低的頻率(例如，降頻變換到基帶)。被動無線接收器100的輸出頻率是輸入信號頻率和在本文中描述的內(nèi)部生成的切換信號的頻率的函數(shù)。被動無線接收器100的輸出信號可以被發(fā)送到諸如傳統(tǒng)的模擬基帶電路等的執(zhí)行另外的信號處理的其它部件。包含在被動無線接收器100中的部件不會給輸出信號添加功率。相反，包含在輸出信號中的功率實(shí)質(zhì)上是由通過天線接收的輸入信號功率組成的。輸入信號是由天線102接收的，天線102是獲取周圍環(huán)境的電磁信號的無源部件。 這些周圍環(huán)境的電磁信號通常包括所關(guān)注的信號以及背景噪聲和其它信號。天線102可以是寬帶天線或窄帶天線，可以是單端的或差分的，并且可以具有任意阻抗值。天線102的典型阻抗值是50歐姆。由天線102接收的輸入信號被提供給輸入電路104。被動無線接收器100通過使用輸入電路104和動態(tài)切換電路106來對輸入信號進(jìn)行各種模擬處理操作，以生成一個(gè)或多個(gè)模擬輸出。輸入電路104是具有耦合到天線102 的輸入和通過動態(tài)切換電路106采樣的輸出的無源電子電路。如下面更詳細(xì)討論的，輸入電路104通常包括諧振電路，例如，LC電路或機(jī)電電路。輸入電路104通常在由動態(tài)切換電路106進(jìn)行頻率變換之前通過提供電壓增益、阻抗匹配和濾波，來調(diào)節(jié)輸入信號。動態(tài)切換電路106是提供被動無線接收器100的輸出信號的無源切換模擬電路。 動態(tài)切換電路106根據(jù)由本文所描述的切換信號發(fā)生器108提供的采樣頻率，來對輸入電路104的輸出信號進(jìn)行頻率變換。如下面更詳細(xì)討論的，動態(tài)切換電路106可以執(zhí)行另外的模擬信號處理，例如，濾波、信號求和或抽取。動態(tài)切換電路106使用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)和 /或電容器來對輸入電路104的輸出信號進(jìn)行采樣。切換信號發(fā)生器108被耦合，以創(chuàng)建并向動態(tài)切換電路106提供一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動信號。驅(qū)動信號在動態(tài)切換電路106中激活并停用開關(guān)。因此，切換信號發(fā)生器108的輸出確定動態(tài)切換電路106的采樣頻率。切換信號發(fā)生器108還執(zhí)行波形整形操作、隔離操作和自動頻率調(diào)諧操作。波形整形包括對諸如幅度、諧波含量和相位之間的重疊角度等切換信號波形特性的修改。自動頻率調(diào)諧操作提供穩(wěn)定的采樣頻率，從而將被動無線接收器 100調(diào)諧到適當(dāng)?shù)耐ㄐ判诺?。隔離防止被動無線接收器100的采樣頻率受到由天線102接收的信號或其它干擾源的影響。在被動無線接收器100的特定實(shí)施方式中，輸入信號具有明顯高于輸出信號的頻率。在該實(shí)施方式中，動態(tài)切換電路106將RF(射頻)通信信道中的輸入信號頻率變換到較低的頻率(例如，基帶)。在可替換的實(shí)施方式中，輸入信號和輸出信號可以具有任何相關(guān)聯(lián)的頻率。圖2描繪了在被動無線接收器100中包含的輸入電路104的實(shí)施方式。輸入電路 104提供了頻率選擇性以及處理較大的輸入信號(其包括期望的信號和干擾信號二者)的能力。由輸入電路104提供的增益控制影響了被動無線接收器100的動態(tài)范圍。為了改善被動無線接收器100承受寬范圍的輸入信號功率電平的能力，接收器具有動態(tài)地調(diào)節(jié)其在沿著信號路徑的一個(gè)或多個(gè)位置處的增益的能力。輸入電路104包括無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202，其從天線102接收輸入信號。無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202生成輸出信號(標(biāo)記為“IC輸出”)，該輸出信號被發(fā)送到在圖1中所示的動態(tài)切換電路106。此外，輸出信號被發(fā)送到信號強(qiáng)度測量系統(tǒng)210。頻率測量系統(tǒng)208測量網(wǎng)絡(luò)的中心頻率(例如，諧振頻率)，并且生成被發(fā)送到頻率控制206的頻率控制信號，所述頻率控制對無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202的頻率響應(yīng)進(jìn)行控制。頻率控制信號使無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202根據(jù)需要來調(diào)節(jié)其中心頻率。在特定的實(shí)施方式中，頻率測量系統(tǒng)208和頻率控制 206檢測并調(diào)節(jié)無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202的中心頻率以得到改善的性能。信號強(qiáng)度測量系統(tǒng)210測量輸出信號的幅度和/或功率水平，并且生成被發(fā)送到增益控制204的增益控制信號，所述增益控制對與無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202相關(guān)聯(lián)的增益進(jìn)行控制。增益控制信號使無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202根據(jù)需要來調(diào)節(jié)其增益。在特定的實(shí)施方式中，無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202在某些情況下可以具有正電壓增益、零電壓增益或負(fù)電壓增益(以dB為單位)?？梢赃B續(xù)地或間斷地對圖2中所示的測量部件和控制部件(例如，部件204、206、 208和210)進(jìn)行激活。此外，可以以連續(xù)的模擬方式或不連續(xù)的步進(jìn)方式來調(diào)節(jié)頻率和增益。除了使用無源部件實(shí)現(xiàn)的無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202以外，可以使用無源和/或有源的電子部件來實(shí)現(xiàn)圖2中所示的部件。雖然未在圖2中示出，但是一個(gè)或多個(gè)可選的無源部件可以在無源電壓增益網(wǎng)絡(luò) 202接收輸入信號之前處理輸入信號。這些可選的部件包括例如一個(gè)或多個(gè)接口網(wǎng)絡(luò)和/ 或一個(gè)或多個(gè)無源信號濾波器。干擾網(wǎng)絡(luò)包括平衡-不平衡變壓器(balun transformer) 和匹配網(wǎng)絡(luò)。無源信號濾波器包括陶瓷濾波器和表面聲波(SAW)濾波器。圖3描繪了在被動無線接收器100中包含的切換信號發(fā)生器108的實(shí)施方式。切換信號發(fā)生器108生成切換信號(標(biāo)記為SSG輸出)，所述切換信號對動態(tài)切換電路106中的開關(guān)進(jìn)行激活和停用。切換信號的頻率是通過可變頻率振蕩器304的輸出獲取的?？勺冾l率振蕩器304的頻率被控制和穩(wěn)定以提供整個(gè)系統(tǒng)的適當(dāng)操作。為了提供必要的頻率控制和穩(wěn)定，自動頻率合成器302改善了可變頻率振蕩器304的操作。在沒有這種頻率控制和穩(wěn)定的情況下，響應(yīng)于諸如時(shí)間、溫度、制造的可變性和不需要的干擾信號等因素，可變頻率振蕩器304的頻率將受其固有的頻率精度和穩(wěn)定性的影響。與操作時(shí)沒有這種自動頻率合成器的可變頻率振蕩器相比，自動頻率合成器302能夠以更高的精度和穩(wěn)定性來控制可變頻率振蕩器304的輸出頻率和/或相位。自動頻率合成器302自動地校正由可變頻率振蕩器304中的干擾引起的頻率誤差和相位誤差。在特定的實(shí)施方式中，自動頻率合成器 302能夠根據(jù)一個(gè)或多個(gè)控制信號來自動地調(diào)諧到新的頻率。切換信號發(fā)生器108還包括隔離模塊306和波形整形模塊308。隔離模塊306將可變頻率振蕩器304與切換信號和諸如在無源電壓增益網(wǎng)絡(luò)202的輸出端處存在的信號等其它不需要的信號以及諸如通過波形整形模塊308的切換動作在電源上引入的干擾等其它噪聲源進(jìn)行隔離。波形整形模塊308對諸如波形幅度、諧波含量和相位之間的重疊角度等與切換信號相關(guān)聯(lián)的波形進(jìn)行整形。在本文中討論了與隔離模塊306和波形整形模塊 308的實(shí)現(xiàn)有關(guān)的其它細(xì)節(jié)。圖4描繪了在切換信號發(fā)生器108中包含的鎖相環(huán)的實(shí)施方式。圖4中所示的部件實(shí)現(xiàn)了上面參照圖3所討論的自動頻率合成器302和可變頻率振蕩器304的功能。相位 /頻率檢測器402從分頻器408接收參考頻率信號(標(biāo)記為Fref)和反饋信號。Fref信號通常是從諸如來自晶體諧振振蕩器的參考信號等高精度的且穩(wěn)定的固定頻率的參考信號獲取的。在操作中，相位/頻率檢測器402可以執(zhí)行相位檢測和/或頻率檢測。相位/頻率檢測器402的輸出被提供給生成振蕩器控制信號的環(huán)路濾波器404。振蕩器控制信號是由生成振蕩器輸出信號(標(biāo)記為Rmt)的可變頻率振蕩器406接收的。振蕩器輸出信號還被提供給執(zhí)行除以N的操作的分頻器408。分頻器408的輸出被提供給相位/頻率檢測器 402的輸入。在圖4的實(shí)施方式中，當(dāng)在穩(wěn)態(tài)下操作時(shí)，振蕩器輸出信號(Fout)被定義為Rmt = N*Fref，其中，F(xiàn)ref是參考頻率信號。分頻器408提供了明確定義的可編程頻率模數(shù)N， 其可以實(shí)現(xiàn)為整數(shù)或分?jǐn)?shù)。輸出信號的頻率i^out是通過改變在分頻器408中使用的N值來控制的。圖4表示自動頻率合成器的特定實(shí)現(xiàn)。自動頻率合成器的可替換的實(shí)現(xiàn)包括延遲鎖定環(huán)配置或頻率鎖定環(huán)配置。圖5A至圖5E描繪了在切換信號發(fā)生器中包含的執(zhí)行隔離和波形整形的電路的幾個(gè)實(shí)施方式。圖5A示出了執(zhí)行隔離的示例性緩沖器502。緩沖器502接收振蕩器輸出信號并且生成切換信號(標(biāo)記為SSG輸出)。緩沖器502能夠執(zhí)行以下功能中的一個(gè)或多個(gè)功能信號隔離、信號緩沖、信號屏蔽和功率/地分離、避開或解耦。圖5B示出了執(zhí)行帶有可選的緩沖的波形整形的系統(tǒng)的實(shí)施方式。波形整形模塊 504接收振蕩器輸出信號并且生成切換信號(SSG輸出)。一個(gè)或多個(gè)可選的緩沖器506和 508可以耦合到波形整形模塊504的輸入和/或輸出。波形整形模塊504能夠調(diào)節(jié)其輸出信號的各種特性，例如，信號幅度、信號波形形狀、相位特征和時(shí)序特征。此外，波形整形模塊504可以提供以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)信號隔離、信號緩沖、信號屏蔽和功率/地分離、 避開或解耦。圖5C示出了執(zhí)行帶有可選的波形整形和可選的緩沖的頻率分離的系統(tǒng)的實(shí)施方式。頻率分離器(frequency s印arator) 510接收振蕩器輸出信號并生成切換信號(SSG輸出)?？蛇x的波形整形模塊512可以進(jìn)一步調(diào)整SSG輸出。此外，一個(gè)或多個(gè)可選的緩沖器 514,516和518可以耦合到頻率分離器510的輸入和/或輸出。頻率分離器510提供了頻率分離，以使可變頻率振蕩器和動態(tài)切換電路以不同的頻率操作，從而改善可變頻率振蕩器與動態(tài)切換電路之間的隔離。頻率分離器510可以實(shí)現(xiàn)為分頻器、混頻器或者分頻器與混頻器的組合。當(dāng)頻率分離器510與可選的波形整形模塊512和一個(gè)或多個(gè)緩沖器(例如，514、516和518) —起使用時(shí)，該系統(tǒng)進(jìn)一步改善了信號隔離并且提供了對期望的信號幅度、信號波形形狀以及信號頻率、相位和時(shí)間特征的控制。圖5D示出了具有自動頻率調(diào)諧、波形整形以及經(jīng)由頻率分離和緩沖的隔離的完整的切換信號發(fā)生器的特定實(shí)現(xiàn)。圖5D的實(shí)施方式包括相位/頻率檢測器520、充電泵 522、可變頻率振蕩器524、可變分頻器M6和σ-Δ調(diào)制器528。部件520、522、524、5洸和 528共同地表示實(shí)現(xiàn)自動頻率調(diào)諧的鎖相環(huán)。緩沖器530接收可變頻率振蕩器524的輸出信號，并且在可變頻率振蕩器與切換信號發(fā)生器輸出端之間提供隔離。固定的分頻器532分離可變頻率振蕩器524的輸出頻率以提供另外的隔離，并且產(chǎn)生具有如圖5Ε的時(shí)序圖中所示的正交相位關(guān)系的四個(gè)輸出。邏輯門534、536、538和540形成波形整形電路，所述波形整形電路接收固定的分頻器532的四個(gè)正交輸出，并且產(chǎn)生具有正交相位關(guān)系的四個(gè)非重疊脈沖。如本文所描述的，許多無源動態(tài)切換網(wǎng)絡(luò)使用非重疊的脈沖來實(shí)現(xiàn)改善的性能。圖6描繪了用于處理接收的無線信號的示例性方法600的流程圖。首先，通過天線來接收無線信號(方框60幻。輸入電路接收無線信號并且調(diào)節(jié)所接收的信號(方框604)。 輸入電路根據(jù)所接收的信號來生成第一輸出信號(方框606)。切換信號發(fā)生器生成一個(gè)或多個(gè)控制信號，所述控制信號以采樣頻率來對動態(tài)切換電路中的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制(方框608)。動態(tài)切換電路對第一輸出信號進(jìn)行頻率變換以生成第二輸出信號(方框 610)。然后，將第二輸出信號發(fā)送到使用該輸出信號的其它系統(tǒng)或部件。圖7Α至圖7G描繪了可以包含在被動無線接收器中的輸入電路的幾個(gè)實(shí)施方式。 這些輸入電路是圖1中所示的輸入電路104的實(shí)施例。如本文所討論的，示例性的輸入電路具有多種特性，例如，輸入/輸出(單端的或差分的)的性質(zhì)、頻率選擇性(例如，寬帶、 調(diào)諧共振或調(diào)諧非共振)以及可達(dá)到的無源電壓增益。
圖7A示出了差分抽頭的電容器諧振電路702的實(shí)施方式。電路702具有差分輸入(Vin)和差分輸出(Vout)，是調(diào)諧的諧振器，并且具有很大的無源電壓增益。電路702的中心頻率(fj是由電感器L以及電容器C1和C2的串聯(lián)組合的值來確定的。中心頻率(fQ) 是由以下等式給出的 對于特定的頻率而言，可以通過增大C2到C1的相對大小來增加電路702的增益和電路的品質(zhì)因數(shù)⑴)。為了計(jì)算電路702的電壓增益(Av)、輸出阻抗(R。)和噪聲系數(shù)(F)， 使用包含諧振器的損耗和輸入源的阻抗的電路模型。圖7B示出了示例性的電路模型。對于電路702的典型實(shí)施方式而言，電路中的主要損耗源是輸入源( )的阻抗以及電感器的串聯(lián)阻抗αυ。在其它實(shí)施方式中，電容器中的固有損耗也可能很大。為了簡化以下等式， 等效的電容器品質(zhì)因數(shù)(Qe)被定義為包括由電源阻抗(Rs)貢獻(xiàn)的損耗，其中，ω是角頻率。 Qc的值被如下計(jì)算。 電路702在諧振時(shí)的輸出阻抗是實(shí)數(shù)(例如，沒有虛數(shù)部分)，并且其幅度由以下
坐=^A屮
寸工、圣口 QQ ο 電路702的電壓增益(Av)是頻率的函數(shù)，并且在網(wǎng)絡(luò)的中心頻率處最大。因此，噪聲系數(shù)隨著更高的電感器品質(zhì)因數(shù)而改善。同樣地，電壓增益喜歡較高的電感器品質(zhì)因數(shù)以及較高的電感值。本文所描述的其它諧振LC網(wǎng)絡(luò)的特征都類似地依賴于電感和品質(zhì)因數(shù)。電路702可以并入集成電路(IC)或其它部件中。電路702可以在較寬范圍的頻率和電壓增益進(jìn)行調(diào)諧。電路702的可替換的實(shí)施方式提供了單端的輸入/輸出而不是差分的輸入/輸出，或者可以提供單端到差分的變換。圖7C示出了稱作諧振π -網(wǎng)絡(luò)的具有LC濾波電路(trap)的電路704的實(shí)施方式。電路704具有單端的輸入(Vin)和單端的輸出(Vout)，是調(diào)諧的諧振器，并且具有很大的電壓增益。電路704的“π-網(wǎng)絡(luò)”部分包括電感器L1和電容器C1和(2。電路704的 "LC濾波電路”部分包括電感器L2和電容器C3。LC濾波電路用作陡峭的帶阻濾波器，其通常處于比通帶更高的頻率處，并且通常處于通帶的諧波處。由LC濾波電路提供的阻帶以L2 和仏的串聯(lián)諧振頻率為中心。在可替換的實(shí)施方式中，多個(gè)LC濾波電路可以連接到電路輸入的兩端上。 電路702在中心頻率處的噪聲系數(shù)是通過以下等式給出的。
如果電路的串聯(lián)諧振處于比通帶更高的頻率處，則當(dāng)頻率位于通帶內(nèi)時(shí)，LC濾波電路將呈現(xiàn)電容性阻抗，并與C2并聯(lián)，因而影響通帶的中心頻率。電路704可以在較寬范圍的頻率和電壓增益上調(diào)諧，并且在LC濾波電路的諧振頻率附近提供增強(qiáng)的抑制性。圖7D示出了稱作寬帶平衡-不平衡遞升的變壓器的電路706的實(shí)施方式。電路 706具有單端的輸入(Vin)和差分的輸出(Vout)。電路是寬帶的而不是調(diào)諧的，并且可以被配置為提供很大的電壓增益。電路706的電壓增益是由與變壓器708相關(guān)聯(lián)的比率η 1 來確定的。電路706在期望差分輸出的寬帶應(yīng)用中特別有用。電路706可以單獨(dú)地使用或者與諸如圖7Α中所示的電路702等差分輸入無源電路結(jié)合使用。圖7Ε示出了稱作抽頭電容器機(jī)電諧振器的電路710的實(shí)施方式。電路710具有單端的輸入(Vin)和單端的輸出(Vout)，是調(diào)諧的諧振器，并且具有很大的電壓增益。電路 710具有兩個(gè)諧振模式-串聯(lián)諧振模式和并聯(lián)諧振模式。電路710的通帶以電路的并聯(lián)諧振模式為中心，在此可以實(shí)現(xiàn)電壓增益。與串聯(lián)諧振相比，并聯(lián)諧振具有略高的頻率。串聯(lián)諧振是通過Ls和Cs的值來確定的，而并聯(lián)諧振是由LS、CS和Cp的值來確定的。電路710包括機(jī)電諧振器712。可以對電容器C1和C2進(jìn)行調(diào)節(jié)，以對通帶內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)的電壓增益進(jìn)行調(diào)諧，并且可以提供對諧振頻率的精細(xì)微調(diào)。電路710在窄帶或固定頻率的應(yīng)用中特別有用， 這是因?yàn)?，其頻率不是廣泛可調(diào)的，并且它具有較窄的且穩(wěn)定的通帶，所述通帶在阻帶中具有陡峭的抑制性。當(dāng)使用諸如圖7A和圖7B中所示的輸入電路等可被較廣地調(diào)諧的輸入電路時(shí)，期望自動地檢測并調(diào)節(jié)通帶的中心頻率，以得到最佳的性能。在圖7F中所示的一個(gè)實(shí)施方式中，中心頻率是通過在輸入電路中建立振蕩并且數(shù)在諸如由時(shí)鐘信號(CLK)提供的時(shí)段等預(yù)定的參考時(shí)間段發(fā)生的振蕩的循環(huán)數(shù)量來確定的。然后，通過在電路中啟用或停用切換電容器來調(diào)節(jié)中心頻率，直到獲得參考時(shí)段的期望的循環(huán)計(jì)數(shù)為止。該振蕩的生成、檢測和其頻率的調(diào)節(jié)通常是作為間斷的且離線的校準(zhǔn)來執(zhí)行的，例如，當(dāng)接收器沒有接收數(shù)據(jù)時(shí)。 在校準(zhǔn)期間，振蕩器720的有源核連接到諧振無源網(wǎng)絡(luò)上，從而在其固有諧振處引起振蕩。 計(jì)數(shù)器722與振蕩器的頻率成比例地增加其數(shù)字輸出。頻率校準(zhǔn)有限的狀態(tài)機(jī)7M運(yùn)行校準(zhǔn)算法，該校準(zhǔn)算法將通過時(shí)鐘信號(CLK)的已知頻率建立的時(shí)間間隔處的計(jì)數(shù)值進(jìn)行重復(fù)地比較，并且調(diào)節(jié)可調(diào)的電容器7 和7 直到它收斂于可接受的頻率為止。圖7G描繪了圖2的信號強(qiáng)度測量系統(tǒng)210和增益控制204部件的一個(gè)實(shí)施方式。 其目的是控制無源電壓增益，以使輸出信號電壓電平保持在由線性度要求設(shè)置的預(yù)定閾值以下。輸出信號的峰值電壓電平的檢測通常是作為較短的間斷的校準(zhǔn)來執(zhí)行的，例如，在接收操作開始時(shí)。峰值電壓電平是使用RF峰值檢測器730來測量的，并且使用有源電壓比較器732將其與期望的最大電壓電平進(jìn)行比較。然后，通過改變連接到無源諧振網(wǎng)絡(luò)上的電阻器734，來調(diào)節(jié)無源接收器網(wǎng)絡(luò)的增益并且因此其輸出端處的信號幅度水平。對阻抗進(jìn)行降低增加了無源網(wǎng)絡(luò)的損耗，這有效地減小了其電壓增益。幅度控制有限狀態(tài)機(jī)736運(yùn)行校準(zhǔn)算法，該校準(zhǔn)算法根據(jù)電壓比較器的輸出來重復(fù)地調(diào)節(jié)阻抗，直到它收斂于可接受的峰值電壓電平為止。也可以通過改變C1到C2的相對大小，來調(diào)節(jié)圖7G中所示的諧振網(wǎng)絡(luò)的電壓增益，盡管該增益調(diào)整的方法可能使網(wǎng)絡(luò)的中心頻率改變。圖8A至圖IOB描繪了動態(tài)切換電路及其相關(guān)聯(lián)的采樣時(shí)鐘波形的幾種實(shí)施方式。 動態(tài)切換電路的功能是生成輸出信號，所述輸出信號是所述動態(tài)切換電路從輸入電路接收的信號的頻率變換形式。動態(tài)切換電路可以提供其它信號處理功能，例如，抽取、電壓增益和離散或連續(xù)時(shí)間的模擬濾波。動態(tài)切換電路使用一個(gè)或多個(gè)開關(guān)和/或電容器(包括內(nèi)在的或外在的)來執(zhí)行這些功能。通過切換信號發(fā)生器生成的信號來啟用和停用這些開關(guān)。在特定的實(shí)施方式中，動態(tài)切換電路被實(shí)現(xiàn)在集成電路中，其中，開關(guān)是使用NM0S(N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)或PMOS (P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)FET (場效應(yīng)晶體管)或者NMOS 和PMOS的組合來實(shí)現(xiàn)的，并且電容器是使用集成金屬板電容器來實(shí)現(xiàn)的。圖8A示出了無源切換混頻器電路802的實(shí)施方式。電路802具有單端的輸入 (Vin)和差分的輸出(Vout)。該電路使用由標(biāo)記為S1和&的波形驅(qū)動的兩個(gè)開關(guān)以及兩個(gè)電容器C1和C2。電路802的采樣頻率是由f。lk來表示的，其是根據(jù)以下公式來計(jì)算的
權(quán)利要求
1.一種無線接收器系統(tǒng)，其執(zhí)行無源信號處理并且傳送輸出，所述輸出的功率實(shí)質(zhì)上是由在輸入信號中接收的功率組成的，所述無線接收器系統(tǒng)包括輸入電路，其被配置為接收所述輸入信號并且產(chǎn)生第一輸出信號，所述輸入電路包括被配置為調(diào)節(jié)所述輸入信號的無源網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)切換電路，其被配置為對所述第一輸出信號進(jìn)行頻率變換；以及切換信號發(fā)生器，其被配置為驅(qū)動所述動態(tài)切換電路以采樣頻率來激活和停用所述動態(tài)切換電路，所述采樣頻率是通過頻率控制電路來控制和穩(wěn)定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)包括諧振電路，所述諧振電路被配置為在通過所述動態(tài)切換電路對接收的輸入信號進(jìn)行處理之前對接收的輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述諧振電路是從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的使用可能是片上的、片外的電感器、電容器和電阻器的網(wǎng)絡(luò)或者由于所述諧振電路與所述諧振電路的外部環(huán)境之間的接口產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)、片上或片外的機(jī)電部件、電磁諧振器、電磁輻射器、調(diào)諧天線以及片上或片外的傳輸線網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)包括平衡-不平衡變壓器電路，所述平衡-不平衡變壓器電路被配置為在通過所述動態(tài)切換電路對接收的輸入信號進(jìn)行處理之前對接收的輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述平衡-不平衡變壓器電路是從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的使用可能是片上的、片外的電感器、電容器和電阻器的網(wǎng)絡(luò)或者由于所述平衡-不平衡變壓器電路與所述平衡-不平衡變壓器電路的外部環(huán)境之間的接口產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)、片上或片外的傳輸線網(wǎng)絡(luò)、片上或片外的磁耦合線圈、表面聲波器件以及陶瓷器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)陶瓷電路、諧振的平衡-不平衡變壓器電路、非諧振的平衡-不平衡變壓器電路以及表面聲波濾波器，所述各項(xiàng)配置為在通過所述動態(tài)切換電路對接收的輸入信號進(jìn)行處理之前對接收的輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)包括匹配網(wǎng)絡(luò)，所述匹配網(wǎng)絡(luò)被配置為在通過所述動態(tài)切換電路對接收的輸入信號進(jìn)行處理之前對接收的輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述匹配網(wǎng)絡(luò)是從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的使用可能是片上的、片外的電感器、電容器和電阻器的網(wǎng)絡(luò)或者由于所述匹配網(wǎng)絡(luò)與所述匹配網(wǎng)絡(luò)的外部環(huán)境之間的接口產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)、片上或片外的傳輸線網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述輸入信號的功率是通過天線來獲取的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供電壓增■、Λfrff. ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供頻率選擇性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供單端到差分的信號變換。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供阻抗匹配。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供阻抗變換。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，還包括頻率校準(zhǔn)電路，其被配置為調(diào)節(jié)所述無源網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)以改善性能。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，還包括增益控制電路，其被配置為調(diào)節(jié)所述無源網(wǎng)絡(luò)的信號電壓增益以改善性能。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路是切換模擬電路塊，所述切換模擬電路塊被配置為對所述輸入電路的輸出信號進(jìn)行采樣，并且執(zhí)行無源信號處理和頻率變換。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路包括多個(gè)采樣開關(guān)，并且其中，所述切換信號發(fā)生器被配置為驅(qū)動所述動態(tài)切換電路以激活和停用所述多個(gè)采樣開關(guān)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述切換信號發(fā)生器被配置為設(shè)置與所述動態(tài)切換電路相關(guān)聯(lián)的采樣頻率。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述頻率控制電路是自動頻率合成器，所述自動頻率合成器被配置為控制所述動態(tài)切換電路的采樣頻率。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述切換信號發(fā)生器還包括自動頻率合成器電路，其被配置為控制可變頻率振蕩器，以提供可變頻率的振蕩器輸出信號；波形整形電路，其被配置為調(diào)節(jié)所述第一輸出信號；以及隔離電路，其被配置為將所述可變頻率振蕩器與所述波形整形電路和出現(xiàn)在所述動態(tài)切換電路的輸入處的其它干擾信號進(jìn)行隔離。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路被配置為執(zhí)行模擬信號處理。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路被配置為執(zhí)行信號濾波。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路被配置為執(zhí)行信號求和。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路被配置為執(zhí)行信號抽取。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路被配置為提供可編程的電壓增益。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述動態(tài)切換電路中的切換實(shí)質(zhì)上是使用開關(guān)和電容器來執(zhí)行的。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述輸入電路還被配置為在操作時(shí)能夠進(jìn)行頻率和增益控制。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述切換信號發(fā)生器還被配置為在操作時(shí)能夠?qū)τ捎谳斎胄盘柕募纳詈弦鸬膿p壞進(jìn)行充分抑制。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線接收器系統(tǒng)，其中，所述切換信號發(fā)生器還被配置為使用波形整形和時(shí)序設(shè)定進(jìn)行操作以充分地防止相位之間的重疊。
31.一種無線接收器，包括輸入電路，其被配置為接收輸入信號并且產(chǎn)生第一輸出信號，所述輸入電路包括被配置為調(diào)節(jié)所述輸入信號的無源網(wǎng)絡(luò)，所述無源網(wǎng)絡(luò)包括從包括以下各項(xiàng)的組中選擇的諧振電路使用可能是片上的、片外的電感器、電容器和電阻器的網(wǎng)絡(luò)或者由于所述諧振電路與所述諧振電路的外部環(huán)境之間的接口產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)、片上或片外的機(jī)電部件、電磁諧振器、電磁輻射器、調(diào)諧天線以及片上或片外的傳輸線網(wǎng)絡(luò)；動態(tài)切換電路，其被配置為對所述第一輸出信號進(jìn)行頻率變換；以及切換信號發(fā)生器，其被配置為驅(qū)動所述動態(tài)切換電路以采樣頻率來激活和停用所述動態(tài)切換電路，所述采樣頻率是通過頻率控制電路來控制和穩(wěn)定的。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的無線接收器，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供電壓增益。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的無線接收器，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供頻率選擇性。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的無線接收器，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供單端到差分的信號變換。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的無線接收器，其中，所述無源網(wǎng)絡(luò)被配置為提供阻抗匹配。
36.一種方法，包括 接收無線信號；使用無源網(wǎng)絡(luò)來處理所述無線信號，其中，處理所述無線信號包括調(diào)節(jié)所述無線信號；根據(jù)所調(diào)節(jié)的無線信號來生成第一輸出信號；生成多個(gè)控制信號，所述多個(gè)控制信號以采樣頻率來對動態(tài)切換電路進(jìn)行控制； 穩(wěn)定所述多個(gè)控制信號；處理所述第一輸出信號以對所述第一輸出信號進(jìn)行頻率變換并且生成第二輸出信號；以及將所述多個(gè)控制信號應(yīng)用于所述動態(tài)切換電路，以激活和停用所述動態(tài)切換電路。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，處理所述無線信號包括 向所述無線信號提供電壓增益。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，處理所述無線信號包括 向所述無線信號提供頻率選擇性。
全文摘要
一種被動無線接收器，其接收輸入信號并且無源地處理該輸入信號以生成輸出信號。該接收器的實(shí)施方式包括輸入電路、動態(tài)切換電路和切換信號發(fā)生器。該輸入電路被配置為接收輸入信號并且生成第一輸出信號。該輸入電路包括無源網(wǎng)絡(luò)，該無源網(wǎng)絡(luò)被配置為調(diào)節(jié)輸入信號。動態(tài)切換電路被配置為對第一輸出信號進(jìn)行頻率變換。切換信號發(fā)生器被配置為驅(qū)動動態(tài)切換電路以采樣頻率來對動態(tài)切換電路進(jìn)行激活和停用，所述采樣頻率是由頻率控制電路來控制和穩(wěn)定的。
文檔編號G06F7/44GK102292703SQ200980155095
公開日2011年12月21日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者班杰明·沃特·庫克, 阿克塞爾·多明尼克·伯尼 申請人:巴矽弗半導(dǎo)體公司