專利名稱：用于多個通信系統(tǒng)的參考信號生成的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信。具體而言，本發(fā)明涉及為多個通信系統(tǒng)生成參考信號的技術。
背景技術：
可以將無線設備(例如蜂窩電話)設計成支持多個通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以具有不同的載波頻率和碼片速率。每個系統(tǒng)還可以對用于數(shù)字處理
的時鐘信號以及用于上變頻和/或下變頻的本地振蕩器(LO)信號有特定的要求。
可以為無線設備支持的每個系統(tǒng)使用分開的時鐘和LO發(fā)生電路，并且可以將它們設計成滿足這一系統(tǒng)的所有要求。每個系統(tǒng)的時鐘和LO發(fā)生電路可以包括例如壓控溫度補償晶體振蕩器(VCTCXO)和一個或多個鎖相環(huán)(PLL)。這個VCTCXO可以生成具有準確頻率的參考信號，并且可以鎖定到系統(tǒng)的載波頻率或碼片速率上。PLL可以鎖定到參考信號上，并且用于生成所需要的時鐘和LO信號，于是這些信號將與參考信號一樣具有相同的頻率準確度。
如果這個無線設備支持多個系統(tǒng)，那么可以將多組時鐘和LO發(fā)生電路用于這些系統(tǒng)。這些時鐘和LO發(fā)生電路雖然非常有效，但是它們會增大無線設備的成本和設計復雜度。
因此，在這一領域中需要以一種高效率和低成本的方式支持多個通信系統(tǒng)的技術。
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發(fā)明內(nèi)容
在這里描述了用于為多個通信系統(tǒng)生成參考信號的技術。在一個實施 例中， 一種裝置包括參考振蕩器、頻率控制單元和多個頻率綜合器。參考 振蕩器生成主參考信號，并且可以是晶體振蕩器或者某種其它類型的振蕩 器。頻率控制單元估計主參考信號的頻率誤差，并提供頻率誤差估計。多 個頻率綜合器接收主參考信號，并且為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng)參考信號。 至少一個(例如每一個)頻率綜合器基于來自頻率控制單元的頻率誤差估 計來糾正主參考信號的頻率誤差。
在一個實施例中，每個頻率綜合器包括分頻器控制單元、西格瑪-德爾
塔(ZA)調(diào)制器和鎖相環(huán)(PLL)。分頻器控制單元基于有關系統(tǒng)的頻率誤 差估計和有可能的回環(huán)控制信號，為該系統(tǒng)生成分頻器比。西格瑪-德爾塔 調(diào)制器基于分頻器控制單元的輸出，為鎖相環(huán)生成分頻器控制信號。鎖相 環(huán)包括分頻器，通過分頻器控制信號決定的不同的整數(shù)值對振蕩器信號進 行分頻。
在一個實施例中，頻率控制單元包括濾波器和頻率誤差隨溫度變化的 數(shù)據(jù)庫。濾波器基于主參考信號頻率誤差的初始估計，導出頻率誤差估計。 其中的初始估計可以從指定的(例如CDMA)系統(tǒng)的導頻導出。數(shù)據(jù)庫儲 存頻率誤差隨溫度的變化，接收溫度測量結果，提供與溫度測量結果對應 的頻率誤差作為主參考信號的頻率誤差估計。在任意時刻，根據(jù)例如是否 正在接收指定系統(tǒng)，將濾波器或數(shù)據(jù)庫用來提供頻率誤差估計。
下面更加詳細地描述這一公開的各個方面和實施例。


通過下面的詳細描述，同時結合附圖，本發(fā)明的各個方面和實施例會 變得更加清楚。在這些附圖中，相似的附圖標記表示對應的部件。
圖l示出了與多個系統(tǒng)通信的無線設備； 圖2示出了無線設備的框9圖3示出了參考振蕩器和時鐘發(fā)生器；
圖4示出了西格瑪-德爾塔頻率綜合器；
圖5示出了二階西格瑪-德爾塔調(diào)制器；
圖6示出了 CDMA處理器和頻率控制單元；以及
圖7示出了用于為多個系統(tǒng)生成參考信號的過程。
具體實施例方式
在這里，"示例性的"這個詞用于表示"用作實例、例子或說明"。不 必將在這里描述成"示例性的"任何實施例或設計理解成是優(yōu)選的或者相 對于其它實施例或設計具有優(yōu)勢。
圖i畫出了能夠與多個通信系統(tǒng)通信的無線設備iio。這些系統(tǒng)可以包
括蜂窩系統(tǒng)120、廣播系統(tǒng)130、衛(wèi)星定位系統(tǒng)140、無線局域網(wǎng)(WLAN) 150、無線個域網(wǎng)(WPAN) 160， 一些其它系統(tǒng)或網(wǎng)絡，或者它們的任意組 合。常常以可以互換的方式使用"系統(tǒng)"和"網(wǎng)絡"這兩個術語。
蜂窩系統(tǒng)120可以是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)、時分多址(TDMA)系 統(tǒng)、頻分多址(FDMA)系統(tǒng)、正交FDMA (OFDMA)系統(tǒng)、單載波FDMA (SC-FDMA)系統(tǒng)或者一些其它蜂窩系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)可以使用無線電技 術/空中接口，例如cdma2000、寬帶CDMA (W-CDMA)等等。cdma2000 覆蓋了IS-95、 IS-2000和IS-856標準。TDMA系統(tǒng)可以使用全球移動通信 系統(tǒng)(GSM)、數(shù)字先進移動電話系統(tǒng)(D-AMPS)等等這種無線電技術。 D-AMPS覆蓋了 IS-136和IS-54標準。在這個領域里人們已經(jīng)很熟悉這里 的各種蜂窩系統(tǒng)、無線電技術和標準。蜂窩系統(tǒng)120可以是實現(xiàn)W-CDMA 的通用移動電信系統(tǒng)(UMTS)，實現(xiàn)IS-2000禾卩/或IS-95的CDMA2000 lx 系統(tǒng)，實現(xiàn)IS-856的CDMA2000 1xEV-DO系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)，或者一些其 它系統(tǒng)。
寬帶系統(tǒng)130可以是MediaFLO系統(tǒng)、手持數(shù)字視頻廣播(DVB-H) 系統(tǒng)、陸地電視廣播的綜合業(yè)務數(shù)字廣播(ISDB-T)系統(tǒng)，或者一些其它廣播系統(tǒng)。在這個領域里人們已經(jīng)很熟悉這里的各種廣播系統(tǒng)。
衛(wèi)星定位系統(tǒng)140可以是美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、 俄羅斯 GLONASS系統(tǒng)、歐洲伽利略系統(tǒng)或者某種其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)。以下描述中 假設系統(tǒng)140是GPS。 GPS是環(huán)繞地球的一個星群，有24顆在空間上很好 地分布的衛(wèi)星再加上一些備用衛(wèi)星。每個GPS衛(wèi)星都發(fā)射編碼信號，這樣 就使得地球上的接收機能夠基于足夠數(shù)量的衛(wèi)星(通常是4個)的測量結 果以及這些衛(wèi)星的已知位置，準確地估計它們的位置。
WLAN 150可以采用正EE 802.11，后者是電氣和電子工程師協(xié)會 (正EE)的一族標準。這些IEEE 802.11標準指定了接入點和站之間的無線 電接口。目前，802.11a、802.11b和802.11g標準被廣泛使用。每個正EE 802.11 標準都指定利用一種或多種調(diào)制技術在指定頻帶(例如2.4 GHz或5 GHz) 上的操作。
WPAN 160可以采用藍牙，藍牙是被采用作為正EE 802.15標準的一種 近距離無線電技術。藍牙支持無線設備110和藍牙設備(例如頭戴式耳機 162)之間的通信。
如圖1所示，無線設備110可以與蜂窩系統(tǒng)120中的一個或多個基站 122，廣播系統(tǒng)130中的一個或多個廣播站132， 一個或多個GPS衛(wèi)星142， WLAN 150中的一個或多個接入點152和/或WPAN 160中的一個或多個藍 牙設備通信。與每個系統(tǒng)的通信可以是雙向的(發(fā)射和接收)或單向的(只
接收)?？偠灾?，無線設備no可以在任意給定時刻與任意數(shù)量的系統(tǒng)以
及這些系統(tǒng)中的任何一個系統(tǒng)進行通信。
無線設備110可以是固定的或移動的，也可以被稱為移動臺、用戶設備、 終端、站、預訂用戶單元等等。無線設備110可以是蜂窩電話、個人數(shù)字 助理(PDA)、無線調(diào)制解調(diào)器、手持設備等等。為了清楚起見，以下描述 中有很多是針對這樣一個實施例的，其中的無線設備110能夠與CDMA系 統(tǒng)、GP S和藍牙通信。這里的CDMA系統(tǒng)可以是UMTS 、 CDMA 1X或CDMA lxEV-DO系統(tǒng)。
圖2示出了無線設備110的一個實施例的框圖。在這個實施例中，無線設備110包括CDMA天線210a和接收機220a，藍牙天線210b和接收機 220b， GPS天線210c和接收機210c。總之，無線設備110可以包括任意數(shù) 量系統(tǒng)的任意數(shù)量的天線和任意數(shù)量的接收機。多個系統(tǒng)可以共享一個天 線，如果這個天線能夠為這些系統(tǒng)提供能夠接受的性能。多個系統(tǒng)還可以 共享接收機，如果這些系統(tǒng)不是同時接收信號。還可以將多個天線和/或多 個接收機用于給定系統(tǒng)，例如用于實現(xiàn)接收分集和/或用于接收不同頻帶的 信號(例如蜂窩和PCS頻帶)。
對于CDMA，天線210a接收基站122發(fā)射的信號，提供接收到的射頻 (RF)信號給接收機220a。在接收機220a中，低噪聲放大器(LNA) 220a 將收到的射頻信號放大，并提供放大了的射頻信號。濾波器222a將放大了 的射頻信號濾波，讓感興趣的頻帶的信號分量通過，去掉帶外噪聲和不需 要的信號?；祛l器224a利用來自LO發(fā)生器270的LO信號CLo將濾波后
的射頻信號下變頻，提供下變頻后的信號。將CLO信號的頻率選擇成使得
感興趣的射頻通道中的信號分量被下變頻到基帶或接近基帶。低通濾波器 226a對下變頻后的信號進行濾波，讓感興趣的射頻通道中的信號分量通過， 去掉噪聲和不需要的信號。放大器226a對濾波后的基帶信號進行放大，提 供輸出的基帶信號。模數(shù)轉換器(ADC) 228a將輸出的基帶信號數(shù)字化， 將輸入樣本Cin提供給數(shù)據(jù)處理器230。
與此類似，天線210b和接收機220b接收和處理來自WPAN 160中的 藍牙設備的信號，提供輸入樣本Bin給數(shù)據(jù)處理器230。天線210c和接收機 220c接收和處理來自GPS衛(wèi)星的信號，并提供輸入樣本Gin給數(shù)據(jù)處理器
230。雖然圖2中為了簡單起見沒有畫出，但是Ch、 Bin和Gin輸入樣本可以
是具有同相(I)和正交(Q)分量的復值樣本。
圖2畫出了接收機220a、 220b和220c的具體設計?？傊?，接收機可以 采用直接到基帶體系結構，用單獨一級(如圖2所示)進行下變頻。也可 以采用超外差式體系結構，用多級進行下變頻。接收機還可以利用一級或 多級放大器、濾波器、混頻器等等進行信號處理。
數(shù)據(jù)處理器230處理Cin、 Bin和Gin輸入樣本，并為每個系統(tǒng)提供輸出
數(shù)據(jù)。每個系統(tǒng)的處理取決于這一系統(tǒng)所使用的無線電技術，可以包括解
12調(diào)、譯碼等等。在圖2中將數(shù)據(jù)處理器230畫成單個處理器，但是它可以 包括一個或多個專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、處理器 等等。
在一個實施例中，頻率控制單元240估計參考振蕩器250的頻率誤差 并生成頻率誤差估計。參考振蕩器250生成具有頻率/^的主參考信號，它 相對精確。 一般而言，參考振蕩器250可以是晶體振蕩器(XO)、壓控晶 體振蕩器(VCXO)、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、 VCTCXO或者某種 其它類型的振蕩器。在下面詳細描述的一個實施例中，參考振蕩器250是 晶體振蕩器。時鐘發(fā)生器260接收主參考信號，以及頻率誤差估計，并為 ADC 228a、 228b和228c生成采樣時鐘，并且有可能為數(shù)據(jù)處理器230中 的CDMA、藍牙和GPS處理生成其它時鐘信號。LO發(fā)生器270還可以接 收主參考信號和頻率誤差估計，并為接收機220a、 220b和220c生成LO信 號。時鐘發(fā)生器260和LO發(fā)生器270可以按照下面描述的方式實現(xiàn)。
控制器/處理器280引導無線設備110中各個單元的工作?？刂破?處理 器280可以決定哪個/哪些系統(tǒng)進行接收和/或接收哪個/哪些射頻通道。存儲 器282為無線設備110儲存程序代碼和數(shù)據(jù)。
為了簡單起見，圖2中沒有畫出CDMA和藍牙的發(fā)射機。每個發(fā)射機 可以包括一級或多級放大器、濾波器、混頻器、功率放大器等等。LO發(fā)生 器270還可以基于來自參考振蕩器250的主參考信號為發(fā)射機生成LO信 號。
在圖2所示的實施例中，使用單個參考振蕩器250作為無線設備110 支持的所有系統(tǒng)的參考頻率。可以基于參考振蕩器250為所有系統(tǒng)生成具 有足夠頻率準確度的時鐘和LO信號。這個實施例可以降低無線設備110 的成本和復雜性。
圖3是圖2中參考振蕩器250、時鐘發(fā)生器260和數(shù)據(jù)處理器230的一 個實施例的框圖。在這個實施例中，參考振蕩器250包括晶體振蕩器310 和熱敏電阻312。晶體振蕩器310生成具有頻率/w/和良好相位噪聲特性的 的主參考信號。作為一個具體實例，晶體振蕩器310可以生成19.2 MHz的 主參考信號。在一個實施例中，晶體振蕩器310不是壓控的，也不針對溫
13度進行補償，這樣做能夠降低成本和復雜性。來自晶體振蕩器310的主參 考信號相對準確，但是因為各種源，例如溫度、電路元件變化、電源、老 化等等，可能有頻率誤差。參考頻率隨著溫度變化而發(fā)生漂移，并且具有 依賴于溫度的頻率誤差。這一頻率誤差可以按照下面描述的方式加以考慮。
熱敏電阻312檢測晶體振蕩器310附近的溫度，并且提供表明檢測到 的溫度的溫度測量結果。溫度測量結果可以用于補償由溫度引起的頻率誤 差，如同下面描述的一樣。熱敏電阻312可以按照這一領域都知道的方式 實現(xiàn)，并且可以靠近晶體振蕩器310，以便獲得晶體振蕩器310經(jīng)受的溫度 的準確測量結果。
在圖3所示的實施例中，時鐘發(fā)生器260包括分別用于CDMA、藍牙 和GPS的西格瑪-德爾塔(SA)頻率綜合器320a、 320b和320c。綜合器320a 從晶體振蕩器310接收主參考信號，從頻率控制單元240接收頻率誤差估 計，并且從例如數(shù)據(jù)處理器230或控制器280接收CDMA回環(huán)控制信號 (slew control)。頻率綜合器320a基于所有這些輸入生成具有準確頻率的 CDMA參考信號，如同下面描述的一樣。頻率綜合器320b接收主參考信號、 頻率誤差估計和藍牙回環(huán)控制信號，并生成藍牙參考信號。頻率綜合器320c 接收主參考信號、頻率誤差估計和GPS回環(huán)控制信號，并生成GPS參考信 號。每個系統(tǒng)參考信號都可以是時鐘信號，用于生成時鐘信號的信號，或 者某個其它信號。
在圖3所示的實施例中，基于CDMA系統(tǒng)估計參考振蕩器250的頻率 誤差，并將其提供給所有系統(tǒng)的頻率綜合器。CDMA具有良好的頻率準確 度，基于CDMA的頻率糾正對于所有系統(tǒng)而言可能都足夠。
數(shù)據(jù)處理器230包括從接收機220a接收Cin輸入樣本的CDMA處理器 330。 CDMA處理器330處理這些Cin輸入樣本，并提供晶體振蕩器310的 頻率誤差的初始估計。頻率控制單元240基于來自CDMA處理器330的初
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乂日怕》T術守ffi觀平飫左1亡lT，升^)守込一觀平崁左伯TT促伏眾尸/Tfl觀竿5示甘 器320a、 320b和320c。這些頻率綜合器可以基于這一頻率誤差估計來糾正
主參考信號的頻率誤差。
在圖3所示的實施例中，頻率綜合器320a、 320b和320c分別接收CDMA、藍牙和GPS回環(huán)控制信號。每個回環(huán)控制信號都可以被用于控制 有關頻率綜合器的操作?；丨h(huán)控制信號可以用于以下目的
允許頻率綜合器基于頻率誤差估計更新其頻率，或者凍結頻率綜合 器；
限制頻率綜合器能夠以多快的速度調(diào)整器頻率；以及 限制頻率綜合器能夠以多大的量調(diào)整其頻率。
還可以用回環(huán)控制信號來控制頻率綜合器的其它操作，為有關系統(tǒng)獲 得所需要的性能。例如，在長時間積分時，GPS需要非常穩(wěn)定的頻率，以 便獲得精確的GPS測量結果。在積分過程中，GPS回環(huán)控制信號可能會凍 結頻率綜合器320c，以便為GPS測量獲得穩(wěn)定的頻率。然后，在完成了積 分以后，GPS回環(huán)控制信號可以啟動(enable)頻率綜合器320c，并允許更 新頻率綜合器。
在另一個實施例中，基于為每個系統(tǒng)收到的信號為這個系統(tǒng)獨立地進 行頻率糾正。每個系統(tǒng)都可以有接收數(shù)據(jù)處理器和頻率控制單元。接收數(shù) 據(jù)處理器為系統(tǒng)處理輸入樣本，并為系統(tǒng)提供頻率誤差的初始估計。頻率 控制單元接收這些初始估計，并為這個系統(tǒng)的頻率綜合器生成頻率誤差估 計。
圖4說明西格瑪-德爾塔頻率綜合器320x的一個實施例，可以將它用于 圖3所示的每一個頻率綜合器320a、 320b和320c。西格瑪-德爾塔頻率綜 合器320x包括PLL410、分頻器(divider)控制單元430和西格瑪-德爾塔 調(diào)制器440。
在PLL 410中，相位-頻率檢測器412從參考振蕩器250接收主參考信 號，從分頻器420接收分頻后的信號，比較這兩個信號的相位，并提供表 明這兩個信號之間相位誤差的檢測器信號。電荷泵(charge pump) 414生 成與檢測到的相位誤差成正比的誤差信號。環(huán)路濾波器416對誤差信號進 行濾波，并為壓控振蕩器(VCO) 418提供控制電壓。環(huán)路濾波器416調(diào)整 控制電壓，使得分頻后的信號的相位或頻率鎖定到主參考信號的相位或頻 率。VCO 418生成振蕩器信號，它具有控制電壓確定的頻率。分頻器420將振蕩器信號的頻率除以因子N或N+ 1，并提供分頻后的信號給相位-頻 率檢測器412。 一般而言，N可以是任意整數(shù)值。分頻器422按照整數(shù)因子 將振蕩器信號分頻，并提供系統(tǒng)參考信號。也可以換成將振蕩器信號緩存， 并作為系統(tǒng)參考信號來提供。
分頻器控制單元430接收頻率誤差估計和回環(huán)控制信號并生成分頻器 比R。可以將VC0 418設計成工作于所需要的頻率^。，它可以是系統(tǒng)參考 信號的頻率的一倍或多倍?？梢詫⒎诸l器420的分頻器比表示為
,e/ 義/T
其中/。^,是參考振蕩器250的目標頻率；并且
/^是參考振蕩器250的實際頻率,e/和目標頻率之間的頻率誤差，也
目標頻率也叫做標稱參考頻率。
如同公式(1)所示，分頻器比R將主參考信號的頻率誤差考慮在內(nèi)。 這一頻率誤差可能來自各種源，如同上面所指出的一樣，并且可以基于例 如CDMA導頻進行估計。如果頻率誤差為零，那么分頻器比R就等于 乂J/。^,。如果參考頻率低于目標頻率，就用較高的分頻器比來將負的頻率 誤差考慮在內(nèi)。相反，如果參考頻率高于目標頻率，就用較低的分頻器比 將正的頻率誤差考慮在內(nèi)。調(diào)整分頻器比來補償頻率誤差，單位是百萬分 之一 (ppm)。頻率綜合器320x提供所需要的頻率，并且進一步補償主參考
信號的頻率誤差。
分頻器控制單元430基于頻率誤差估計和已知的頻率/vc。和人^,來確定 分頻器比R，例如如同公式(l)所示。頻率/ww對于所有系統(tǒng)而言都一樣。 頻率/vc。對于不同的系統(tǒng)可能不同。分頻器控制單元430還可以根據(jù)回環(huán)控 制信號凍結分頻器比，限制分頻器比的該變量，和/或限制分頻器比的改變 速率。
在一個實施例中，分頻器控制單元430確定和提供分頻器比R的L比特分數(shù)部分，其中一般而言，L可以是任意值。分頻器比R在整數(shù)值N和 N+l之間，也就是N《R《N+l?？梢詫⒎诸l器比表示為分數(shù)形式R =F + Fra,其中N是整數(shù)部分，F(xiàn)m是分頻器比的分數(shù)部分。分頻器控制單 元430可以將分數(shù)部分量化成L比特?？梢詫選擇成獲得所需要的頻率 分辨率，并且L可以具有IO、 16比特或某個其它數(shù)量的比特。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器440從分頻器控制單元430接收L比特分數(shù)部分， 并且為分頻器42生成分頻器控制信號。在圖4所示的實施例中，分頻器控 制信號是指示分頻器420進行N或N + 1分頻的1比特控制信號。例如分 頻器控制信號上的邏輯低電平(0)可以對應于N分頻，分頻器控制信號上 的邏輯高電平(1)可以對應于N+1分頻。分頻器控制信號上零的百分比 由分頻器比的分數(shù)部分決定，并且等于它。但是，分頻器控制信號上零的 分布方式使得量化噪聲偏移到較高的頻率，并且為來自VCO 418的振蕩器 信號獲得良好的相位噪聲特性。
在另一個實施例中，西格瑪-德爾塔調(diào)制器440從分頻器控制單元430-接收這個L比特的分數(shù)部分，并且為分頻器420生成M比特的分頻器控制 信號，其中M可以是大于1的任意整數(shù)值。在另一個實施例中，分頻器控 制單元430提供L比特分頻器比，并且西格瑪-德爾塔調(diào)制器440為分頻器 420生成M比特分頻器控制信號。在這兩個實施例中，分頻器420可以按 照M比特分頻器控制信號確定的2M個可能的整數(shù)分頻器比之一對振蕩器 信號分頻。分頻器控制單元430和西格瑪-德爾塔調(diào)制器440還可以用其它 方式來實現(xiàn)。
西格瑪-德爾塔調(diào)制器440可以用各種設計來實現(xiàn)。例如，西格瑪-德爾 塔調(diào)制器440可以用級聯(lián)拓撲結構、Cutler拓撲結構、Mash拓撲結構等等 來實現(xiàn)。西格瑪-德爾塔調(diào)制器440還可以具有任意階，例如第一、第二、 第三或更高階。釆用更高的階能夠實現(xiàn)更好的噪聲整形(noise shaping)。
圖5是西格瑪-德爾塔調(diào)制器440的一個實施例的框圖，它是一個二階 西格瑪-德爾塔調(diào)制器。在這個實施例中，西格瑪-德爾塔調(diào)制器440包括輸 入增益元件508，兩級噪聲整形，以及量化器530。增益元件508接收來自 分頻器控制單元430的輸入值，并以增益Q對其進行縮放。
17對于第一噪聲整形級，加法器510從增益元件508的輸出減去增益元 件518的輸出，將差提供給濾波器部分512。濾波器部分512包括加法器 514和延遲元件516。加法器514將加法器510的輸出與延遲元件516的輸 出相加。延遲元件516接收加法器514的輸出，并提供一個時鐘周期的延 遲。對于第二噪聲整形級，加法器520從延遲元件516的輸出減去增益元 件528的輸出，將差提供給濾波器部分522。在濾波器部分522內(nèi)，加法器 524將加法器520的輸出與延遲元件526的輸出相加。延遲元件526接收加 法器524的輸出，并提供一個時鐘周期的延遲。延遲元件516和526可以 用移位寄存器來實現(xiàn)，移位寄存器由來自分頻器420的分頻后的信號觸發(fā)。
量化器530對延遲元件526的輸出進行量化，并為分頻器控制信號提 供輸出值。增益元件518以增益G2對這個輸出值進行縮放，增益元件528 以增益G3對這個輸出值進行縮放?？梢詫⒃鲆鍳b G2和G3選擇成為西格 瑪-德爾塔調(diào)制器440實現(xiàn)所需要的傳輸函數(shù)。
圖5說明西格瑪-德爾塔調(diào)制器440的一個示例性設計。也可以使用其 它拓撲結構和/或其它階的西格瑪-德爾塔調(diào)制器。
在頻率綜合器中使用西格瑪-德爾塔調(diào)制器能夠提供特定的優(yōu)點。這種 西格瑪-德爾塔調(diào)制器提供抖動(dithering)來避免振蕩器信號中的寄生音 調(diào)(spurious tones),還進行噪聲整形來將量化噪聲推向較高的頻率。抖動 和噪聲整形可以為振蕩器信號因而為系統(tǒng)參考信號提供良好的相位噪聲特 性。可以將西格瑪-德爾塔調(diào)制器設計成具有任意數(shù)量的比特，以便為系統(tǒng) 參考信號獲得所需要的頻率分辨率。
在另一個實施例中，用多模塊分頻器(例如MN計數(shù)器)來進行非整 數(shù)值分頻，這也常常被稱為分數(shù)N分頻。非整數(shù)分頻器比可以用兩個整數(shù) 值N和M之比也就是N/M來近似。(MN計數(shù)器的N與分頻器420的N不 同。)為N和M使用更多的比特，能夠為非整數(shù)分頻器比獲得更高的精度。
在另一個實施例中，采用西格瑪-德爾塔調(diào)制器和MN計數(shù)器的組合。 這個MN計數(shù)器可以用西格瑪-德爾塔調(diào)制器的電路的一部分來實現(xiàn)?？梢?br> 例如根據(jù)系統(tǒng)需求或者支持的應用來選擇使用西格瑪-德爾塔調(diào)制器或MN 計數(shù)器。例如，如果需要良好性能，就使用西格瑪-德爾塔調(diào)制器。只要
18MN計數(shù)器的性能是能夠接受的，就可以使用MN計數(shù)器。MN計數(shù)器具有 較低的功耗。
分數(shù)N分頻器還可以用其它設計來實現(xiàn)。在所有實施例中，可以動態(tài) 地改變分頻器比，在工作條件例如溫度變化的情況下維持所需要的頻率準 確度。連續(xù)除數(shù)(例如有理數(shù)和無理數(shù))允許選擇需要的任意除數(shù)值，還 允許從一個除數(shù)值向另一個平滑過渡，使得輸出頻率不會有任何跳變。連 續(xù)除數(shù)可以用具有足夠數(shù)量的位實現(xiàn)的高精度的西格瑪-德爾塔調(diào)制器來近 似。
無線設備110可以通過多條信號路徑，例如視距路徑和/或反射路徑， 從基站接收CDMA信號。因此，收到的CDMA信號可以包括多個信號實
例，每一信號實例具有這個信號實例通過的信號路徑?jīng)Q定的某個復增益和
某個傳輸延遲。搜索器可以處理Cin輸入樣本來找出足夠強度的信號實例。
于是可以將這些信號實例用于處理。
圖6說明圖3所示CDMA處理器330和頻率控制單元240的一個實施 例。在這個實施例中，CDMA處理器330包括多(R)個分支處理器 61Oa 610r。每個分支處理器610可以被分配成處理感興趣的一條不同的信 號路徑。每個分支處理器610可以處理Qn輸入樣本來恢復CDMA信號中 發(fā)送的導頻碼元，并且還可以基于恢復出來的導頻碼元估計頻率誤差。分 配的分支處理器可以提供頻率誤差的初始估計給頻率控制單元240。
在圖6所示的實施例中，頻率控制單元240包括濾波器620、數(shù)據(jù)庫 630和多路復用器(Mux) 640。濾波器620從分配的分支處理器接收頻率 誤差的初始估計，并且可以計算初始估計在分支處理器之間和/或時間上的 平均值。濾波器620可以在分支處理器之間進行無加權的平均。也可以換 成是濾波器620基于自己收到的信號強度對來自每個分支處理器的初始估 計進行縮放，并且可以在分支處理器之間進行加權平均處理。濾波器620 也可以用適當?shù)剡x擇的濾波器在時間上計算初始估計的平均值。濾波器620 在每個更新間隔提供頻率誤差估計。
數(shù)據(jù)庫630可以為參考振蕩器250儲存頻率誤差隨溫度的變化的數(shù)據(jù) 庫。數(shù)據(jù)庫630可以從圖3中的熱敏電阻312接收溫度測量結果。當無線設備110接收CDMA信號時，濾波器620提供參考振蕩器250在當前溫度 下的頻率誤差估計。數(shù)據(jù)庫630可以儲存頻率誤差估計和對應的溫度。當 無線設備110不在接收CDMA信號時，數(shù)據(jù)庫630可以提供儲存下來的當 前溫度的頻率誤差估計。于是當接收CDMA信號時，可以構建頻率誤差隨 溫度變化的數(shù)據(jù)庫?？梢愿逻@個數(shù)據(jù)庫來將老化問題考慮進來。不接收 CDMA信號時，可以將數(shù)據(jù)庫用于糾正參考振蕩器250因為溫度而產(chǎn)生的 頻率誤差。多路復用器640從濾波器620接收頻率誤差估計和/或從數(shù)據(jù)庫 630接收頻率誤差估計，在接收CDMA信號時從濾波器620提供頻率誤差 估計，不接收CDMA信號時從數(shù)據(jù)庫630提供頻率誤差估計。
在上面描述的實施例中，基于一個系統(tǒng)，例如CDMA，來估計參考振 蕩器250的頻率誤差。在另一個實施例中，基于無線設備110接收的多個 系統(tǒng)來估計頻率誤差。例如，可以基于CDMA和GPS的測量結果來估計頻 率誤差?？梢詫碜圆煌到y(tǒng)的頻率誤差估計進行平均來獲得平均頻率誤 差估計，提供給濾波器620。也可以換成是選擇來自無線設備110當前正在
接收的最準確系統(tǒng)的頻率誤差估計。
也可以將分開的頻率控制單元用于需要閉環(huán)頻率跟蹤的每個系統(tǒng)。每 個系統(tǒng)的頻率控制單元可以估計這個系統(tǒng)的頻率誤差，并且可以為有關的 頻率綜合器320提供頻率誤差估計給分頻器控制單元430。分頻器控制單元 430可以隨后生成合適的分頻器比來糾正頻率誤差。
圖4說明可以用于一個系統(tǒng)的西格瑪-德爾塔頻率綜合器。多個系統(tǒng)的 多個西格瑪-德爾塔頻率綜合器可以基于同樣的主參考信號工作，如圖3所
示。每個西格瑪-德爾塔頻率綜合器可以包括為有關系統(tǒng)需要的頻率設計的 VCO。每個西格瑪-德爾塔頻率綜合器都可以糾正主參考信號的頻率誤差， 這個頻率誤差可以基于CDMA和/或某個其它系統(tǒng)來加以估計。每個西格瑪 -德爾塔頻率綜合器可以使用不同的分頻器比來獲得這個有關系統(tǒng)需要的頻 率。此外，每個西格瑪-德爾塔頻率綜合器還可以由有關的回環(huán)控制信號獨 立控制，例如凍結頻率綜合器，或者限制頻率綜合器改變的速率或大小。 每個西格瑪-德爾塔頻率綜合器的PLL組件和VCO可以在片上實現(xiàn)，這樣 能夠降低成本、功耗并縮小電路面積。圖2中的LO發(fā)生器270也可以用多個頻率綜合器來實現(xiàn)，例如按照圖3中時鐘發(fā)生器260的類似的方式。LO發(fā)生器270的每個頻率綜合器都可以按照圖4所示的方式或者用某種其它設計來實現(xiàn)。LO發(fā)生器270中的頻率綜合器的VCO可以工作于與時鐘發(fā)生器260中VCO的頻率不同的頻率。
根據(jù)需要的是什么頻率，還可以用數(shù)控振蕩器(NCO)來代替頻率綜合器中的VCO。 NCO接收輸入時鐘(例如主參考信號)，并且生成輸出時鐘，其頻率是輸入時鐘頻率的一個分數(shù)?？梢杂脭?shù)字電路來實現(xiàn)NCO。
可以將每個系統(tǒng)的頻率綜合器設計成滿足有關系統(tǒng)的需要。例如，可以將具有完全能力的西格瑪-德爾塔頻率綜合器用于CDMA和GPS，將沒有任何PLL并且沒有任何溫度補償頻率糾正能力的簡單分數(shù)分頻器用于WLAN和藍牙。如果多個系統(tǒng)具有類似或相關的參考信號需求，那么這些系統(tǒng)可以共享共用的西格瑪-德爾塔頻率綜合器。例如，可以選擇VCO頻率，從而使得通過將這個振蕩器信號用一個整數(shù)值來分頻能夠獲得一個系統(tǒng)的參考信號，將這同一個振蕩器信號用另一個整數(shù)值來分頻能夠獲得另一個系統(tǒng)的參考信號。
在圖2所示的實施例中，基于來自參考振蕩器250的主參考信號生成所有系統(tǒng)的采樣時鐘和LO信號。沒有西格瑪-德爾塔頻率綜合器的頻率糾正，給定系統(tǒng)的輸入樣本會存在(1)因為用于下變頻的LO信號的誤差而產(chǎn)生的頻率誤差(有時稱為"頻率多普勒")；以及(2)因為用于數(shù)字化的采用時鐘里的誤差產(chǎn)生的定時誤差(有時稱為"代碼多普勒")。圖2中的實施例通過同時糾正LO發(fā)生器和時鐘發(fā)生器來同時糾正頻率和定時誤差。
在另一個實施例中分開糾正頻率和定時誤差，例如在信號已經(jīng)被下變頻到基帶并且已經(jīng)數(shù)字化以后?？梢杂脭?shù)字旋轉器來糾正輸入樣本中的頻率誤差，數(shù)字旋轉器將輸入樣本乘以頻率誤差估計決定的復正弦。頻率控制環(huán)可以例如基于導頻來導出頻率誤差估計。輸入樣本中的定時誤差可以用重
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電路來糾正?？梢杂脮r間跟蹤環(huán)來估計定時誤差，為重新生成時鐘或重新
采樣電路生成定時控制信號。圖2所示的實施例在下變頻之前糾正頻率誤差。這樣做的優(yōu)點是存在很大的頻率誤差時，信號不會因為太靠近接收路徑中任何濾波器(例如濾波器222a或226a)的頻帶邊緣而受到損傷。
為了清楚起見，將上面的大多數(shù)描述用于無線設備110的接收部分。還可以將這些技術用于無線設備110的發(fā)射部分?？梢詫⒕哂卸鄠€頻率綜合器的L0發(fā)生器用于多個系統(tǒng)的多個發(fā)射器。這些頻率綜合器中的每一個可以例如按照圖4所示來實現(xiàn)。如果合適，還可以將旋轉器和/或重新采樣電路用于每個系統(tǒng)的發(fā)射路徑。
可以將這里描述的技術用于為需要參考信號的每個系統(tǒng)生成準確的參考信號。每個系統(tǒng)都可以獨立地控制它的頻率綜合器來滿足這個系統(tǒng)的需求。所有頻率綜合器都可以基于能夠用固定晶體振蕩器生成的共同的主參考信號來進行工作?？梢杂梢粋€或多個系統(tǒng)來估計這個晶體振蕩器的頻率誤差，并且可以由所有頻率綜合器去除頻率誤差。
圖7說明用于為多個系統(tǒng)生成參考信號的過程700的一個實施例。例如用晶休振蕩器生成主參考信號(框712)?；趤碜韵到y(tǒng)的導頻或者頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫，導出主參考信號的頻率誤差估計(框714)。例如利用多個西格瑪-德爾塔頻率綜合器，基于主參考信號和頻率誤差估計為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng)參考信號(框716)。
在框714的實施例中，將一個系統(tǒng)(例如CDMA系統(tǒng))的輸入樣本進行處理來獲得主參考信號的頻率誤差的初始估計。然后基于頻率誤差的初始估計來導出頻率誤差估計。在框714的另一個實施例中，獲得溫度測量結果。從頻率誤差隨溫度的變化數(shù)據(jù)庫提取與溫度測量結果對應的頻率誤差，作為主參考信號的頻率誤差估計來提供。
在框716的實施例中，基于每個系統(tǒng)的頻率誤差估計和回環(huán)控制信號為這個系統(tǒng)導出分頻器比?；丨h(huán)控制可以凍結分頻器比，限制分頻器比的變化速率，或者限制分頻器比的大小?；诿總€系統(tǒng)的分頻器比并利用西格瑪-德爾塔調(diào)制器為這個系統(tǒng)生成分頻器控制信號。基于每個系統(tǒng)的分頻器控制信號為這個系統(tǒng)生成系統(tǒng)參考信號。系統(tǒng)參考信號可以是時鐘信號、LO信號或某個其它信號。
這里描述的技術可以用各種手段來實現(xiàn)，例如用硬件、固件、軟件或者它們的組合。對于硬件實現(xiàn)，這里描述的單元和電路可以用一個或多個
專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、可編程邏輯器件(PLD)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、電子器件、設計成實現(xiàn)這里描述的功能的其它電子單元，或者它們的組合來實現(xiàn)。例如，圖3所示的時鐘發(fā)生器260可以在ASIC、 RF集成電路(RFIC)或者它們的組合中實現(xiàn)。
這些技術的某些方面可以用執(zhí)行這里描述的功能的軟件和/或固件(例如程序、函數(shù)等這種模塊)來實現(xiàn)。固件和Z或軟件代碼可以儲存在存儲器里(例如圖2中的存儲器282里)，并由處理器(例如處理器280)執(zhí)行。
存儲器可以在處理器內(nèi)，也可以在處理器外實現(xiàn)。
這里公開的實施例的以上描述是為了讓本領域技術人員制造或使用本發(fā)明。對這些實施例的各種修改對于本領域技術人員而言是顯而易見的，可以將這里給出的一般原理應用于其它實施例而不會偏離本發(fā)明的實質(zhì)或范圍。因此本發(fā)明不限于這里給出的實施例，而是與這里公開的原理和新穎特征的最大范圍一致。
2權利要求
1. 一種裝置，包括第一控制單元，用于估計主參考信號的頻率誤差，并提供頻率誤差估計；以及多個頻率綜合器，用于接收所述主參考信號，并且為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng)參考信號，其中至少一個頻率綜合器基于來自所述第一控制單元的頻率誤差估計來糾正所述主參考信號的頻率誤差。
2. 如權利要求l所述的裝置，還包括 晶體振蕩器，用于生成所述主參考信號。
3. 如權利要求l所述的裝置，其中每個頻率綜合器包括 西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用于生成分頻器控制信號；以及鎖相環(huán)(PLL)，用于接收所述主參考信號和所述分頻器控制信號，并 生成系統(tǒng)參考信號。
4. 如權利要求3所述的裝置，其中所述PLL包括 壓控振蕩器(VCO)，用于生成振蕩器信號；以及分頻器，用于根據(jù)來自所述西格瑪-德爾塔調(diào)制器的分頻器控制信號所 選擇的多個整數(shù)值，對所述振蕩器信號進行分頻。
5. 如權利要求3所述的裝置，其中每個頻率綜合器還包括第二控制單元，用于基于所述頻率誤差估計生成分頻器比，并為所述 西格瑪-德爾塔調(diào)制器提供輸出。
6. 如權利要求5所述的裝置，其中所述第二控制單元還接收回環(huán)控制 信號，并基于所述頻率誤差估計和所述回環(huán)控制信號生成所述分頻器比。
7. 如權利要求6所述的裝置，其中所述第二控制單元用于凍結所述分頻器比，以限制所述分頻器比的改變速率，或者基于所述回環(huán)控制信號限 制所述分頻器比的大小。
8. 如權利要求l所述的裝置，其中所述第一控制單元包括-濾波器，用于接收所述主參考信號的頻率誤差的初始估計，并且基于所述頻率誤差的初始估計導出所述頻率誤差估計。
9. 如權利要求8所述的裝置，還包括數(shù)據(jù)處理器，用于為蜂窩系統(tǒng)處理輸入樣本，并提供所述主參考信號 的頻率誤差的所述初始估計。
10. 如權利要求8所述的裝置，還包括數(shù)據(jù)處理器，用于為碼分多址(CDMA)系統(tǒng)處理輸入樣本，并提供 所述主參考信號的頻率誤差的所述初始估計。
11. 如權利要求8所述的裝置，其中所述第一控制單元還包括存儲器，用于儲存頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫，接收溫度測量結果， 并提供與所述溫度測量結果對應的頻率誤差，作為所述主參考信號的頻率 誤差估計。
12. 如權利要求1所述的裝置，其中所述多個系統(tǒng)包括蜂窩系統(tǒng)和衛(wèi) 星定位系統(tǒng)。
13. 如權利要求1所述的裝置，其中所述多個系統(tǒng)包括碼分多址 (CDMA)系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)(GPS)。
14. 如權利要求1所述的裝置，其中所述多個系統(tǒng)包括藍牙、無線局 域網(wǎng)(WLAN)或者這兩者。
15. 如權利要求1所述的裝置，其中所述多個系統(tǒng)參考信號是時鐘信號。
16. 如權利要求1所述的裝置，其中所述多個系統(tǒng)參考信號是本地振 蕩器(LO)信號。
17. —種集成電路，包括控制單元，用于估計主參考信號的頻率誤差，并提供頻率誤差估計；以及多個頻率綜合器，用于接收所述主參考信號，并且為多個系統(tǒng)生成多 個系統(tǒng)參考信號，其中至少一個頻率綜合器基于來自所述控制單元的頻率 誤差估計來糾正所述主參考信號的頻率誤差。
18. 如權利要求17所述的集成電路，其中每個頻率綜合器包括 西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用于為鎖相環(huán)(PLL)生成分頻器控制信號。
19. 如權利要求17所述的集成電路，還包括存儲器，用于儲存頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫，接收溫度測量結果， 并提供與所述溫度測量結果對應的頻率誤差，作為所述主參考信號的頻率 誤差估計。
20. —種無線設備，包括 晶體振蕩器，用于生成主參考信號；控制單元，用于估計所述主參考信號的頻率誤差，并提供頻率誤差估 計；以及多個頻率綜合器，用于接收所述主參考信號，并且為多個系統(tǒng)生成多 個系統(tǒng)參考信號，其中至少一個頻率綜合器基于來自所述控制單元的頻率 誤差估計來糾正所述主參考信號的頻率誤差。
21. 如權利要求20所述的無線設備，其中每個頻率綜合器包括 西格瑪-德爾塔調(diào)制器，用于生成分頻器控制信號；以及鎖相環(huán)(PLL)，用于接收所述主參考信號和所述分頻器控制信號，并 生成系統(tǒng)參考信號。
22. 如權利要求20所述的無線設備，還包括-數(shù)據(jù)處理器，用于為碼分多址(CDMA)系統(tǒng)處理輸入樣本，并提供 所述主參考信號的頻率誤差的初始估計，其中所述控制單元用于基于所述 頻率誤差的初始估計導出所述頻率誤差估計。
23. 如權利要求20所述的無線設備，其中所述控制單元包括 存儲器，用于儲存頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫，接收溫度測量結果，并提供與所述溫度測量結果對應的頻率誤差，作為所述主參考信號的頻率 誤差估計。
24. —種方法，包括 生成主參考信號；為所述主參考信號導出頻率誤差估計；以及基于所述主參考信號和所述頻率誤差估計，為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng) 參考信號。
25. 如權利要求24所述的方法，其中所述生成多個系統(tǒng)參考信號包括: 基于所述頻率誤差估計并利用西格瑪-德爾塔調(diào)制器為每個系統(tǒng)生成分頻器控制信號；以及基于每個系統(tǒng)的分頻器控制信號為該系統(tǒng)生成系統(tǒng)參考信號。
26. 如權利要求25所述的方法，其中所述生成多個系統(tǒng)參考信號包括: 為每個系統(tǒng)接收回環(huán)控制信號，所述回環(huán)控制信號用于凍結分頻器比，以限制所述分頻器比的改變速率，或者限制所述分頻器比的大??；以及 基于每個系統(tǒng)的分頻器比為該系統(tǒng)生成所述分頻器控制信號。
27. 如權利要求24所述的方法，其中所述導出頻率誤差估計包括獲得溫度測量結果；從頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫獲得與所述溫度測量結果對應的頻率誤差；以及提供從所述數(shù)據(jù)庫獲得的所述頻率誤差，作為所述主參考信號的所述頻率誤差估計。
28. —種裝置，包括用于生成主參考信號的模塊；用于為所述主參考信號導出頻率誤差估計的模塊；以及用于基于所述主參考信號和所述頻率誤差估計，為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng)參考信號的模塊。
29. 如權利要求28所述的裝置，其中用于生成多個系統(tǒng)參考信號的模塊包括用于基于所述頻率誤差估計并利用西格瑪-德爾塔調(diào)制器為每個系統(tǒng)生成分頻器控制信號的模塊；以及用于基于每個系統(tǒng)的分頻器控制信號為該系統(tǒng)生成系統(tǒng)參考信號的模塊。
30. 如權利要求29所述的裝置，其中用于生成多個系統(tǒng)參考信號的模塊包括用于為每個系統(tǒng)接收回環(huán)控制信號的模塊，所述回環(huán)控制信號用于凍結分頻器比，以限制所述分頻器比的改變速率，或者限制所述分頻器比的大??；以及用于基于每個系統(tǒng)的分頻器比為該系統(tǒng)生成所述分頻器控制信號的模塊。
31. 如權利要求28所述的裝置，其中所述用于導出頻率誤差估計的模塊包括用于獲得溫度測量結果的模塊；用于從頻率誤差隨溫度變化的數(shù)據(jù)庫獲得與所述溫度測量結果對應的頻率誤差的模塊；以及用于提供從所述數(shù)據(jù)庫獲得的所述頻率誤差，作為所述主參考信號的所述頻率誤差估計的模塊。
全文摘要
描述了用于為多個通信系統(tǒng)生成參考信號的技術。一種裝置包括參考振蕩器、頻率控制單元和多個頻率綜合器。參考振蕩器生成主參考信號，并且可以是晶體振蕩器或者某種其它類型的振蕩器。頻率控制單元估計主參考信號的頻率誤差，并提供頻率誤差估計。多個頻率綜合器接收主參考信號，并且為多個系統(tǒng)生成多個系統(tǒng)參考信號。至少一個(例如每一個)頻率綜合器基于來自頻率控制單元的頻率誤差估計來糾正主參考信號的頻率誤差。每個頻率綜合器可以包括用于為鎖相環(huán)(PLL)生成分頻器控制信號的西格瑪-德爾塔調(diào)制器。分頻器控制信號糾正主參考信號的頻率誤差。
文檔編號H03J7/06GK101501992SQ200780029664
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月7日 優(yōu)先權日2006年8月9日
發(fā)明者B·K·哈姆斯 申請人:高通股份有限公司