專利名稱：低功耗的接收機(jī)前端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來進(jìn)行信息傳輸?shù)慕邮諜C(jī)、無線電收發(fā)機(jī)和集成電路。尤其是，本發(fā)明涉及一種用來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的射頻(RF)接收機(jī)前端和基于其的設(shè)備。
通信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，而且商業(yè)成功越來越多地依賴于持續(xù)的產(chǎn)品創(chuàng)新。對(duì)于一個(gè)專門提供通信集成電路(IC)和系統(tǒng)解決方案的半導(dǎo)體提供商來說，這意味著，為了能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、低功率和形狀系數(shù)小的終端而進(jìn)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和電路技術(shù)上的創(chuàng)新。
低功率既是大學(xué)中也是工業(yè)上的一項(xiàng)研究課題。對(duì)于許多應(yīng)用、諸如便攜式應(yīng)用，對(duì)低功耗的需要是最重要的。接收機(jī)中大多數(shù)功率消耗在前端，所以當(dāng)然它是低功率研究活動(dòng)的主要關(guān)注點(diǎn)。
在射頻通信系統(tǒng)中，采用射頻接收機(jī)，該射頻接收機(jī)從射頻載波中提取基帶信號(hào)。這個(gè)過程涉及從射頻載波到基帶頻率的頻率變換。根據(jù)這個(gè)頻率變換發(fā)生的方式有兩種類型的接收機(jī)外差接收機(jī)和零差接收機(jī)。對(duì)于其中采用外差接收機(jī)和零差接收機(jī)的光通信系統(tǒng)情況是相同的。
傳統(tǒng)的外差接收機(jī)和零差接收機(jī)包括發(fā)出具有頻率fLO的信號(hào)的壓控振蕩器(VCO)。更具體地說，接收機(jī)中的頻率fLO通常由置于鎖相環(huán)(PLL)中的VCO生成?；蛘邔㈩l率fLO選擇得等于在無線電收發(fā)機(jī)的天線(稱作零差接收機(jī))處接收到的射頻(RF)信號(hào)的頻率，因此將RF信號(hào)直接下變頻到基帶。這種零差接收機(jī)被某些制造商稱作零中頻接收機(jī)?；蛘撸l率fLO非常接近在所謂的超外差接收機(jī)中選擇的射頻fRF，在第一步將射頻信號(hào)變換成中頻(IF)，然后在第二甚至第三步變換成基帶。
具有置于鎖相環(huán)(PLL)中的VCO 15的傳統(tǒng)的零差RF接收機(jī)10在

圖1中被圖示說明。接收機(jī)10包括天線11、低噪聲放大器(LNA)12和混頻器13。本地振蕩器信號(hào)fLO由接收機(jī)包括參考振蕩器18、相位檢測(cè)器17、分頻器16、VCO 15、低通濾波器19和緩沖器/放大器14的一部分生成。包括高頻分量(fRF)和本地振蕩器信號(hào)(fLO)的輸入信號(hào)s(t)被施加到混頻器13的輸入上，并且混頻器13用來將輸入信號(hào)s(t)下變頻到較低頻段處的信號(hào)r(t)。
在這樣一個(gè)零差RF接收機(jī)而且在外差RF接收機(jī)中，LO頻率(fLO)非常高。例如，在GSM中fRF位于900MHz，在DCS中fRF位于1800MHz，而在藍(lán)牙中它甚至更高，在2450MHz的ISM頻段。在接收機(jī)中，VCO 15、隨后的緩沖器14和分頻器16等等大致操作在這樣一個(gè)高頻上，并且因此消耗了相當(dāng)多功率。尤其是VCO 15，常常被設(shè)計(jì)得操作在甚至二倍大的頻率上，以便生成有期望的LO頻率fLO的同相正交信號(hào)。由LC VCO牽引的電流例如與振蕩頻率的平方成比例，即，IddVCO≈fLO2(1)以至于從900MHz切換到1800MHz，VCO的功耗是原來的四倍。
為了在混頻器輸入端上提供充分的隔離并提供足夠的放大，在VCO 15和混頻器13之間幾乎總是需要緩沖器/放大器14。緩沖器/放大器14必須是寬帶的，以使混頻器13隨著快速切換一起進(jìn)行電流整流。由于這個(gè)原因，實(shí)際的VCO緩沖器/放大器14被設(shè)計(jì)成寬帶的，并且因此消耗相當(dāng)多功率。對(duì)于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)實(shí)現(xiàn)的緩沖器/放大器14，其漏電流Ids和合成的單位電流增益頻率fT之間的關(guān)系由下式給出。
Ids≈fT2(2)金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的單位電流增益頻率fT必須匹配LO頻率fLO，因而LO頻率fLO每次翻一番都要求緩沖器/放大器14的功耗翻兩番(等于圖1中的IddBF*Vdd)。
分頻器(還稱作預(yù)定標(biāo)器)基本上是使用邏輯門比如dFF的數(shù)字電路。邏輯電路的動(dòng)態(tài)功耗與時(shí)鐘頻率成比例。以至于時(shí)鐘頻率每次翻一番都需要分頻器的動(dòng)態(tài)功耗翻一番。
既然信號(hào)處理的部分由電氣完成，所以光通信系統(tǒng)中所用的零差和外差接收機(jī)前端也消耗大量功率。零差接收機(jī)的例子在2001年5月9日公開的公開號(hào)為EP1098459-A2歐洲專利申請(qǐng)中描述。
用來減小RF接收機(jī)所消耗的功率的最淺易技術(shù)之一是降低電壓。這代表功耗上的減小。然而，為了使接收機(jī)保持在某個(gè)動(dòng)態(tài)范圍并由此具有操作在RF不足條件下的能力至少針對(duì)模擬接收機(jī)前端需要一定的電壓電平。
有幾個(gè)用來減小功耗的容易理解的其他技術(shù)。在系統(tǒng)級(jí)，應(yīng)當(dāng)做出分區(qū)選擇以便盡可能多的電路可以在不需要的時(shí)候關(guān)閉。此外，功能應(yīng)當(dāng)分配在可以用最小功率執(zhí)行的地方。譬如，如果減小接收機(jī)數(shù)字部分的時(shí)鐘速率，則可以進(jìn)一步取得一定的功耗減小量。
此外，已做出了巨大努力并嘗試了幾乎每件事情來最小化尤其是接收機(jī)前端的功率，因?yàn)橐阎邮諜C(jī)前端消耗大量功率。這些努力包括增加LC VCO的電感，降低電源電壓，如上面所指出的，以及使用半擺邏輯，這僅僅是提到的一些例子。
這些減小功耗的傳統(tǒng)辦法還不夠成功?？梢匀〉玫臏p小量是不足的。
因而本發(fā)明的目標(biāo)是提供減小接收機(jī)功耗而不影響接收機(jī)性能的方案。
按照本發(fā)明所述的接收機(jī)在權(quán)利要求1中請(qǐng)求保護(hù)。該接收機(jī)的各種有利的實(shí)施方案在權(quán)利要求2到6中請(qǐng)求保護(hù)。
包括這樣一個(gè)接收機(jī)的無線電收發(fā)機(jī)在獨(dú)立權(quán)利要求7中請(qǐng)求保護(hù)，包括這樣一個(gè)接收機(jī)的集成電路在獨(dú)立權(quán)利要求8中請(qǐng)求保護(hù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)質(zhì)上在所有類型的接收機(jī)前端和采用這種接收機(jī)前端的設(shè)備中產(chǎn)生空前的功率減小。
本發(fā)明的直接益處是大幅度減小的功耗和由此改進(jìn)的競(jìng)爭(zhēng)性。所提出的接收機(jī)、無線電收發(fā)機(jī)和基于其的集成電路簡(jiǎn)單便宜。按照本發(fā)明所述的接收機(jī)、無線電收發(fā)機(jī)和集成電路是可靠的并且可以預(yù)期表現(xiàn)出至少與傳統(tǒng)設(shè)備的性能一樣好的性能。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)結(jié)合具體實(shí)施例來闡述。
為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更完整的描述并且為了其進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，參考下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，圖中圖1示出一個(gè)傳統(tǒng)接收機(jī)結(jié)構(gòu)的示意性框圖；圖2示出三個(gè)圖形，圖示說明傳統(tǒng)的頻域上的混頻處理；圖3示出按照本發(fā)明所述的第一接收機(jī)的示意性框圖；圖4示出三個(gè)圖形，圖示說明該發(fā)明的頻域上的混頻處理；圖5示出按照本發(fā)明所述的無線電收發(fā)機(jī)的示意性框圖；圖6示出按照本發(fā)明所述的光接收機(jī)的示意性框圖。
迄今為止還從來沒有考慮通過改變接收機(jī)的LO頻率fLO來減少功耗。直到現(xiàn)在這個(gè)參數(shù)雖然有巨大潛力存在卻還保持未改變，如本說明書引言部分中給出的上面公式所建議的。
往往認(rèn)定，LO頻率fLO或者被規(guī)定，或者一旦選擇了fIF就立即固定，或者被提前確定，因此不可改變。與這個(gè)眾所周知的信念相反，本發(fā)明論證至少10倍的巨大的功率減小量可以通過降低LO頻率fLO而取得，同時(shí)保持所規(guī)定的fIF和該接收機(jī)的其他優(yōu)點(diǎn)。
在論證降低fLO的可行性之前，更詳細(xì)地闡述圖1的傳統(tǒng)接收機(jī)的體系結(jié)構(gòu)10。圖1示出典型的接收機(jī)的體系結(jié)構(gòu)10，忽略了各種濾波器。天線11發(fā)現(xiàn)的很微弱的RF信號(hào)s(t)首先被LNA 12放大，然后從RF制式(regime)下變頻到IF制式。這個(gè)下變頻由混頻器13完成。
混頻器是非常關(guān)鍵的組成部件并且接收機(jī)的整體性能主要取決于它。從原理上講，混頻器可以被視為乘法器?；祛l器需要兩個(gè)輸入。在接收機(jī)中，RF信號(hào)s(t)被施加到混頻器第一輸入端上，LO信號(hào)被施加到混頻器第二輸入端上。LO信號(hào)由頻率合成器中的VCO 15生成。
假設(shè)來自LNA 12的輸入信號(hào)是SRF(t)＝sinωRF(t)，而且由VCO 15提供的LO信號(hào)是頻率ωLO的方波，如下所述SLO(t)=4π[sinωLOt+13sin3ωLOt+15sin5ωLOt+···]---(3)]]>將混頻器13視為乘法器產(chǎn)生以下結(jié)果Sout(t)=SRF(t)·SLO(t)]]>=2π[cosωIFt+13cos(2ωRF-3ωIF)t+cos(2ωRF-ωIF)t+···]---(5)]]>這里假設(shè)低側(cè)注入，即，ωIF＝ωRF-ωLO。公式(5)的括號(hào)中的第一項(xiàng)是下變頻后的IF信號(hào)，而且剩下的項(xiàng)是要被帶通(或低通)濾波器去掉的不想要的乘積，產(chǎn)生Soutfiltered(t)=2π[cosωIFt]---(6)]]>頻域上的混頻過程在圖2中圖示說明。包括高頻分量fRF的輸入信號(hào)SRF(f)在最頂上的圖形中被描繪。具有頻率fLO的LO信號(hào)SLO(f)在中間的圖形中示出?；祛l之后的輸出信號(hào)SOUT(f)在底部的圖形中圖示說明。期望的峰值9是下變頻后的具有頻率fIF的IF信號(hào)。底部圖形中的其他峰值代表不想要的項(xiàng)。
本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)，即使接收機(jī)VCO的功耗最小化的效率最高的方式是降低它的頻率。原理上，LO頻率fLO可以下降任意奇整數(shù)。作為一個(gè)例子，想到通過只將LO頻率fLO以因子A＝3降低來獲得功率的節(jié)省，最后得到在此稱作ωLOnew的新LO頻率。
像先前的LO信號(hào)SLO(t)那樣，具有頻率fLOnew的新LO信號(hào)SLOnew(t)被假定為具有50％占空比的方波。類似地，它的傅立葉級(jí)數(shù)可以如公式(7)中所寫SLOnew(t)=4π[sinωLOnewt+13sin3ωLOnewt+15sin5ωLOnewt+···]---(7)]]>將新的LO信號(hào)SLOnew(t)施加到同一個(gè)混頻器13上，而且對(duì)于同一個(gè)RF輸入信號(hào)ωRF(t)，再一次將兩個(gè)信號(hào)乘起來從而獲得混頻器13的輸出Sout(t)=2π[13cosωIFt+15cos(2ωRF-5ωIF)t3+cos(2ωRF-ωIF)t3+···]---(8)]]>為了出現(xiàn)上面的結(jié)果，使用了在公式(6)和ωIF＝ωRF-ωLO中示出的關(guān)系?？梢允境霈F(xiàn)在我們得到過濾之后的Soutfiltered(t)=23π[cosωIFt]---(9)]]>將這個(gè)公式(9)中的新結(jié)果與先前公式(5)的結(jié)果比較，令人關(guān)注的是發(fā)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)果都包含同一個(gè)期望的IF項(xiàng)，在同樣的中頻頻率處，意味著輸出端上的信號(hào)在兩種情況下除了信號(hào)電平中的差別之外完全相同，信號(hào)電平也就是振幅。
公式(8)和(9)中期望的IF項(xiàng)更小，其表示更低的轉(zhuǎn)換增益。在例如Gilbert混頻器中，兩個(gè)電路部分直接貢獻(xiàn)于轉(zhuǎn)換增益一個(gè)是將輸入RF電壓SRF(t)轉(zhuǎn)換成電流的跨導(dǎo)級(jí)，另一個(gè)是負(fù)載，它們將整流后的電流轉(zhuǎn)換回電壓信號(hào)Sout(f)。應(yīng)當(dāng)指出跨導(dǎo)級(jí)和它對(duì)轉(zhuǎn)換增益的貢獻(xiàn)在ωLO被ωLOnew替換之后沒有被改變。對(duì)所涉及的期望IF項(xiàng)而言，ωLOnew沒什么改變，除了現(xiàn)在它是與輸入信號(hào)SRF(t)混頻并最后得到期望的IF的LO信號(hào)的三次諧波。因此，增益減小單純由取代基波的三次諧波的振幅更小引起的。這個(gè)更低的增益不成問題，因?yàn)橄伦冾l之后馬上就可以不費(fèi)力地補(bǔ)償它。
下一個(gè)最接近不想要的項(xiàng)的頻率與期望的IF項(xiàng)的頻率fIF的比率Θ是對(duì)接著混頻器的帶通或低通濾波器的要求的指示。在零差接收機(jī)中，這個(gè)濾波器通過允許中頻(IF)項(xiàng)沒有任何衰減地通過從而選擇想要的頻道fIF，同時(shí)充分拒絕所有不想要的項(xiàng)。更大的比率Θ意味著更寬松的要求。在頻率fLOnew，比率Θ稍微減小但對(duì)任何濾波器來說仍足夠大。
按照上面理論，接收機(jī)20的第一創(chuàng)造性的實(shí)施例在圖3中圖示說明。接收機(jī)20包括用來接收RF信號(hào)s(t)的天線21。這個(gè)信號(hào)被低噪聲放大器22放大并被饋送到混頻器23的第一輸入端。放大后的信號(hào)被稱作SRF(t)。接收機(jī)20進(jìn)一步包括本地振蕩器單元30。這個(gè)本地振蕩器單元30包括參考振蕩器28，譬如石英振蕩器、相位檢測(cè)器27、分頻器26、VCO25和緩沖器24。按照本發(fā)明，本地振蕩器單元30提供具有頻率fLOnew的LO信號(hào)SLOnew(t)。這個(gè)LO信號(hào)SLOnew(t)被施加到混頻器23的第二輸入端上，而混頻器23提供信號(hào)SRF(t)的到由頻率fIF定義的更低頻段的下變頻。接收機(jī)20包括低通濾波器(LPF)，用于對(duì)混頻器的輸出信號(hào)Soutnew(t)進(jìn)行濾波。
本地振蕩器單元30提供混頻器注入所需要的參考信號(hào)SLOnew(t)，以為接收機(jī)20中的頻率變換提供方便。該LO信號(hào)SLOnew(t)是將混頻器二極管或晶體管驅(qū)動(dòng)到非線性區(qū)間中的大信號(hào)，由此使得混頻器23在輸出端上生成具有基頻的信號(hào)Soutnew(t)，該基頻連同諧波和混頻項(xiàng)在一起。
VCO 25被相位鎖定到高穩(wěn)定度參考振蕩器28(例如晶體振蕩器)。相位檢測(cè)器27將分頻后的VCO頻率輸出的相位與精確參考振蕩器28的相位做比較，并在輸出端27.1上基于參考和VCO之間的相位差為VCO 25創(chuàng)建校正電壓。校正電壓經(jīng)由LPF 27.2饋送到VCO 25。
本地振蕩器單元30被設(shè)計(jì)成提供具有頻率fLOnew≤AfRF(其中A≥3)的LO信號(hào)SLOnew(t)。也就是，LO信號(hào)SLOnew(t)的頻率fLOnew比輸入信號(hào)s(t)的頻率fRF低至少3倍。由于采用低頻LO信號(hào)SLOnew(t)代替等于或非常接近于頻率fRF的LO信號(hào)SLO(t)的事實(shí)，本地振蕩器單元30比傳統(tǒng)的本地振蕩器單元消耗更少的功率。
混頻器的設(shè)計(jì)使用非線性設(shè)備，比如二極管或晶體管。使用二極管，混頻器是無源的并且有轉(zhuǎn)換損失。使用有源器件、比如晶體管，轉(zhuǎn)換增益是可能的。對(duì)于混頻器，各種各樣的電路拓?fù)涠即嬖?。單端混頻器通常基于單個(gè)肖特基(Schottky)二極管或晶體管。平衡混頻器典型地結(jié)合兩個(gè)或多個(gè)肖特基二極管或肖特基四元組(四個(gè)二極管形成環(huán)形結(jié)構(gòu))。平衡混頻器因?yàn)橛衅胶饨Y(jié)構(gòu)，所以與單端混頻器相比在三階互調(diào)失真性能上表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。這些類型的混頻器中的任何混頻器均適于在根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中使用。
流入本地振蕩器單元30的各種組成部件的電流在圖3中示出。如果假定本地振蕩器單元30的所有的組成部件都操作在減小后的頻率上，本地振蕩單元30的總的電流消耗是Iddnew＝IddGnew+IddPDnew+IddPSnew+IddVCOnew+IddBF(10)為了取得這種電流消耗上的減小，可以采用參考振蕩器28來發(fā)出有較低頻率frefnew的信號(hào)。還有可能將參考振蕩器28保持在通常的頻率fref處，但采用按本發(fā)明減小頻率的分頻器26。
按照本發(fā)明的混頻過程在圖4中圖示說明。包括高頻分量fRF的輸入信號(hào)SRF(f)在最上面的圖形中描繪。具有低頻fLOnew的新LO信號(hào)SLOnew(f)在中間的圖形中示出?；祛l后的輸出信號(hào)Soutnew(f)在底部的圖形中圖示說明。期望的峰值9(對(duì)照?qǐng)D4)是下變頻后的具有頻率fIF的IF信號(hào)。底部圖形中的其他峰值代表不想要的項(xiàng)。
另一個(gè)實(shí)施例在圖5中描繪。在這個(gè)圖中，無線電收發(fā)機(jī)40的示意性框圖被示出。該無線電收發(fā)機(jī)包括發(fā)射機(jī)51和接收機(jī)53。發(fā)射機(jī)51和接收機(jī)53都使用同一個(gè)天線41。有單元51辨別輸入和輸出信號(hào)。接收機(jī)53是一個(gè)零IF(零差)接收機(jī)，提供集成的低通(LP)濾波器49.1、49.2進(jìn)行狹窄的基帶濾波。在接收機(jī)53的輸入側(cè)上有一個(gè)RF放大器42。有兩個(gè)并行信號(hào)處理分支。上面的分支包括混頻器43.1、濾波器49.1和限幅器44.1。上面分支的混頻器43.1執(zhí)行與具有頻率f’LOnew的LO信號(hào)S’LOnew(t)的乘法。這個(gè)LO信號(hào)S’LOnew(t)在相位上移動(dòng)90°。該相移由移相器46完成。下面的分支包括混頻器43.2、濾波器49.2、以及限幅器44.2。下面分支的混頻器43.2執(zhí)行與具有頻率fLOnew的LO信號(hào)SLOnew(t)的乘法。這個(gè)LO信號(hào)SLOnew(t)沒有被移相。檢測(cè)器45被提供在接收機(jī)的輸出側(cè)處。檢測(cè)器45從接收到的信號(hào)中提取信息。
按照?qǐng)D5中描繪的實(shí)施例，兩個(gè)分支都從一個(gè)本地振蕩器單元50中接收LO信號(hào)。一個(gè)LO信號(hào)S’LOnew(t)相對(duì)其他信號(hào)SLOnew(t)相移了90°。本地振蕩器單元50被設(shè)計(jì)來提供具有頻率fLOnew＝f’LOnew≤AfRF(其中A≥5)的兩個(gè)LO信號(hào)。也就是，兩個(gè)LO信號(hào)的頻率比輸入信號(hào)s(t)的頻率低至少5倍。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，采用具有低頻的LO信號(hào)SLOnew(t)進(jìn)行混頻過程這個(gè)事實(shí)所導(dǎo)致的增益損失用放大器來補(bǔ)償。這個(gè)放大器可以處于低通濾波器(LPF)之后。也就是，該放大器放大下變頻后并且濾波后的基帶信號(hào)。
本發(fā)明還可以被用來減小在圖6中圖示說明的或在其他光接收機(jī)中的光接收機(jī)前端60的功耗。接收機(jī)前端60是零差接收機(jī)的部分。由接收機(jī)前端60接收到的光學(xué)光波es(t)與本地振蕩器激光器58的光波e1以180°混合的方式疊加。前端60包括經(jīng)由電容器C耦合到放大器70上的兩個(gè)光電二極管58和59。接收機(jī)前端60提供對(duì)信號(hào)es(t)的下變頻。在輸出端61處提供基帶信號(hào)u(t)。接收機(jī)前端60進(jìn)一步包括鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)中的環(huán)路濾波器54和信號(hào)發(fā)生器55。環(huán)路濾波器54和信號(hào)發(fā)生器55控制本地振蕩器激光器58的頻率。在傳統(tǒng)的光接收機(jī)中，本地振蕩器激光器58的頻率與光學(xué)光波es(t)的載波頻率完全一致。按照本發(fā)明，本地振蕩器的頻率至少以因子3減小。這使大量能量得以節(jié)省，像在此提出的RF接收機(jī)中一樣，因?yàn)樵摷す馄饕约霸摲答伃h(huán)的電子元件會(huì)消耗更少功率。
雖然簡(jiǎn)單的混頻器被示出并描述，所提出的功率節(jié)省方法同樣可以應(yīng)用于正交混頻器。給定方波形式的正交信號(hào)，可以示出這些信號(hào)任何階的諧波也是正交的。
還在另一個(gè)實(shí)施例中，既然混頻器現(xiàn)在只需要在較低頻率處做乘法，所以該混頻器的設(shè)計(jì)被修改。
還有另一個(gè)實(shí)施例的特征在于，整個(gè)接收機(jī)前端(除了天線)都在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明很適合用來實(shí)現(xiàn)包括低噪聲放大器、電阻FET混頻器、以及壓控振蕩器的全部集成的接收機(jī)。
本發(fā)明可以在零差接收機(jī)、超外差接收機(jī)、雙超外差接收機(jī)等等設(shè)備中使用。
這個(gè)說明書中，在描述接收機(jī)的地方開發(fā)重點(diǎn)是最小化DC功耗而不犧牲任何關(guān)鍵的性能參數(shù)。
當(dāng)按照本發(fā)明所述使用較低的LO頻率時(shí)，有許多直接受益之處更少的自混頻零差或直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)中的主要缺點(diǎn)之一是所謂的自混頻。由于電容或基底耦合，所以從VCO/LO端口到LNA的輸入端或混頻器的輸入端存在有限量的饋通。結(jié)果，LNA和混頻器輸入端上出現(xiàn)的泄漏信號(hào)與LO信號(hào)混頻，因而在混頻器輸出端上產(chǎn)生DC分量。因?yàn)樵诮邮諜C(jī)中，從天線到位于混頻器之后的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的增益典型地為大約80到100dB。在混頻器輸出端上非常小的DC偏移會(huì)使接收鏈路中有些電路飽和。這個(gè)泄漏與頻率有關(guān)。隨著LO頻率降低，如在此提出的，自混頻效應(yīng)大大減小。
更低的噪聲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由標(biāo)準(zhǔn)混頻器的引線(tail)電容引起的噪聲與ωLO成比例。所以利用ωLOnew，更好的噪聲性能被獲得而不增加功耗而且不對(duì)混頻電路作任何改變。
更低的互調(diào)失真當(dāng)LO頻率下降時(shí)互調(diào)失真減小。
由VCO緩沖器/放大器和預(yù)定標(biāo)器所消耗的功率更少更低的LO頻率fLO意味著分頻器需要更小的分頻比率。
上面內(nèi)容中，在示出混頻器例子的地方LO頻率被降低了3，在示出另一個(gè)混頻器例子的地方LO頻率被降低了5。如所指出的，降低因子A還可以是任何比3大的其他奇整數(shù)。選擇顯然取決于特定應(yīng)用，而且必須在可獲得的功率減小和轉(zhuǎn)換增益之間、還有在可獲得的功率減小和比率之間進(jìn)行權(quán)衡，以便取得最佳的整體性能。
對(duì)于本地振蕩器關(guān)鍵的規(guī)范(應(yīng)當(dāng)指出接收機(jī)可以具有一個(gè)以上的本地振蕩器，取決于IF的數(shù)量和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu))包括調(diào)諧范圍、頻率穩(wěn)定度、亂真輸出水平、鎖定時(shí)間、以及相位噪聲。這些規(guī)范中大部分確定LO對(duì)特定無線接收機(jī)應(yīng)用的適合度。亂真和相位噪聲性能還影響靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍性能。迄今為止沒有人考慮通過減小LO的頻率fLO來減小接收機(jī)前端的功耗，如在此提出的。
容易理解，本發(fā)明的各種技術(shù)特征為清楚起見在獨(dú)立的實(shí)施例的環(huán)境中描述，這些特征還可以通過結(jié)合在單個(gè)實(shí)施例中來提供。相反，本發(fā)明的各種技術(shù)特征為簡(jiǎn)潔起見在單個(gè)實(shí)施例的環(huán)境中描述，還可以獨(dú)立或以任何合適的子組合方式來提供。
在附圖和說明書中已經(jīng)敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，雖然使用了特定術(shù)語(yǔ)，但是因而給出的描述內(nèi)容對(duì)術(shù)語(yǔ)的使用只是從一般性描述的意義上來說而不起限定作用。
權(quán)利要求
1.接收機(jī)(20；40；60)，包括具有第一輸入端、第二輸入端和一個(gè)輸出端的混頻器(23；43.1，43.2；53)，從而包括高頻分量fRF的輸入信號(hào)(SRF(t))可被施加到所述第一輸入端上，并且本地振蕩器信號(hào)(SLOnew(t))可被施加到所述第二輸入端上，該接收機(jī)(20；40；60)還包括用來提供所述本地振蕩器信號(hào)(SLOnew(t))的信源(30；50；58)，所述本地振蕩器信號(hào)(SLOnew(t))具有頻率為fLOnew的頻率分量，由此滿足以下條件fLOnew≤AfRF，其中A≥3，而且所述混頻器(23；43.1，43.2；53)用來將該輸入信號(hào)(SRF(t))下變頻到更低頻帶。
2.權(quán)利要求1的接收機(jī)(20；40；60)，它是其中較低頻帶的中心頻率由頻率fLOnew定義的零差接收機(jī)的一部分。
3.權(quán)利要求1的接收機(jī)(20；40；60)，它是其中較低頻帶的中心頻率由中頻fIF定義的外差接收機(jī)的一部分。
4.按照前述權(quán)利要求之一所述的接收機(jī)(20；40；60)，由此所述混頻器(23；43.1，43.2；53)在輸出端上生成具有連同諧波和混頻項(xiàng)一起的基頻的輸出信號(hào)(Soutnew(t))。
5.按照前述權(quán)利要求4所述的接收機(jī)(20；40；60)，包括帶通或低通濾波器以抑制所述輸出信號(hào)(Soutnew(t))的諧波和/或混頻項(xiàng)。
6.按照前述權(quán)利要求之一所述的接收機(jī)(20；40；60)，由此所述信源(30；50；58)包括振蕩器(28；58)，優(yōu)選是石英振蕩器，還包括相位檢測(cè)器(27)、分頻器(26)、壓控振蕩器(25；55)、以及緩沖器(24)。
7.用來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的無線電收發(fā)機(jī)，包括按照前述權(quán)利要求中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的接收機(jī)(20；40；60)和發(fā)射機(jī)(52)。
8.用來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的集成電路，包括按照權(quán)利要求1到6中一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求所述的接收機(jī)(20；40；60)。
全文摘要
接收機(jī)(20)包括具有第一輸入端、第二輸入端和一個(gè)輸出端的混頻器(23)。包括高頻分量f
文檔編號(hào)H03D7/00GK1784825SQ200480012038
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者王振華 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司