一種無線射頻發(fā)射裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線射頻發(fā)射裝置，其包括：鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器和雙胞壓控振蕩器；其中，所述雙胞壓控振蕩器包括結(jié)構(gòu)相同的第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器，其中，當所述雙胞壓控振蕩器處于接收模式時，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器相互耦合，形成正交壓控振蕩器，所述正交壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，產(chǎn)生接收信息用的正交載波；當所述雙胞壓控振蕩器處于發(fā)射模式時，所述第一壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，所述第二壓控振蕩器用于對發(fā)射數(shù)據(jù)進行頻率調(diào)制。本發(fā)明可以在發(fā)射高數(shù)據(jù)率的同時保持載頻的穩(wěn)定，并且具有很短的頻率跳變鎖定時間。
【專利說明】一種無線射頻發(fā)射裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線射頻通信電路【技術領域】，特別是針對需要高速發(fā)射，要求高能量效率的射頻通信電路領域。

【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的快速發(fā)展，對低功耗高速射頻發(fā)射裝置的需求也日益增加。比如在無線膠囊內(nèi)窺鏡和神經(jīng)記錄等需要傳輸高數(shù)據(jù)速率的應用場合。
[0003]由于頻移鍵控調(diào)制的恒包絡特性，使得可以在發(fā)射機中采用高效率的非線性功率放大器，因此這種調(diào)制方式在要求低功耗發(fā)射的場合得到了廣泛的應用。
[0004]目前可用于頻移鍵控的發(fā)射機主要有基于混頻器結(jié)構(gòu)和基于鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)?；诨祛l器結(jié)構(gòu)的發(fā)射機靈活性高，可用于不同種類的調(diào)制，但是這種結(jié)構(gòu)需要高功耗的數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及混頻器，因此不適合低功耗應用。
[0005]對于基于鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的發(fā)射機，目前大致有四種實現(xiàn)方式。一種是將調(diào)制信號加到分頻器上，這種方法簡單而且準確度高，但是對于調(diào)制信號來說，鎖相環(huán)呈現(xiàn)低通濾波特性，因此發(fā)射的數(shù)據(jù)速率受限于鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬。第二種方式是閉環(huán)壓控振蕩器調(diào)制，這種方法將調(diào)制數(shù)據(jù)直接加到被鎖定的壓控振蕩器上，這種情況下，鎖相環(huán)對于調(diào)制信號呈現(xiàn)高通濾波特性，因此調(diào)制信號的低頻成分會被破壞。第三種方式是將調(diào)制信號同時加到分頻器和壓控振蕩器上，這種調(diào)制發(fā)射方式又被稱為兩點調(diào)制，這種調(diào)制方式結(jié)合了前面兩種方式的優(yōu)點，理想情況下，如果高通路徑和低通路徑完全匹配，那么發(fā)射信號數(shù)據(jù)速率將不受鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的限制。但是對于兩條信號路徑增益和帶寬匹配的要求使得系統(tǒng)的設計復雜度和功耗增加。第四種方式是開環(huán)壓控振蕩器調(diào)制，這種調(diào)制方式首先通過鎖相環(huán)將壓控振蕩器鎖定在某個發(fā)射載頻上，然后斷開鎖相環(huán)，將調(diào)制信號直接加到壓控振蕩器上，這樣發(fā)射數(shù)據(jù)速率將擺脫鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的限制。但是由于在發(fā)射過程中，鎖相環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)，壓控振蕩器的振蕩頻率容易出現(xiàn)頻率漂移現(xiàn)象，頻率漂移一般是由泄露電流，外部干擾和環(huán)境溫度變化弓I起。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高速低功耗的無線射頻發(fā)射裝置，使得既能夠發(fā)射高數(shù)據(jù)速率信號，又能夠保持載波穩(wěn)定，使其能夠適用于醫(yī)療電子等高數(shù)據(jù)速率的應用場合中。
[0008](二)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種無線射頻發(fā)射裝置，其包括:鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器和雙胞壓控振蕩器；
[0010]其中，所述雙胞壓控振蕩器包括結(jié)構(gòu)相同的第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器，其中，當所述雙胞壓控振蕩器處于接收模式時，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器相互耦合，形成正交壓控振蕩器，所述正交壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，產(chǎn)生接收信息用的正交載波；當所述雙胞壓控振蕩器處于發(fā)射模式時，所述第一壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，所述第二壓控振蕩器用于對發(fā)射數(shù)據(jù)進行頻率調(diào)制。
[0011]其中，所述雙胞壓控振蕩器還包括:第一耦合支路和第二耦合支路，其中，所述第一壓控振蕩器的輸出端分別與所述第一耦合支路和第二耦合支路的輸入端連接，所述第二壓控振蕩器的輸出端分別與所述第一耦合支路和第二耦合支路的輸入端連接。
[0012]其中，當所述第一耦合支路和第二耦合支路加電流后，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器通過所述第一耦合支路和第二耦合支路進行耦合形成正交壓控振蕩器，所述雙胞壓控振蕩器切換至接收模式；
[0013]當斷開第一耦合支路和第二耦合支路的電流后，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器解耦合，所述雙胞壓控振蕩器切換至發(fā)射模式。
[0014]其中，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器的振蕩頻率受第一頻率控制信號的控制。
[0015]其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵和環(huán)路濾波器根據(jù)所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率的反饋值調(diào)節(jié)所述第一頻率控制信號。
[0016]所述裝置其還包括:
[0017]頻率預置模塊，其用于所述鎖相環(huán)在跳頻時對所述雙胞壓控振蕩器頻率進行預置。
[0018]其中，所述頻率預置模塊根據(jù)第一頻率預置控制字改變所述第一頻率控制信號。
[0019]其中，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器的振蕩頻率還受第二頻率預置控制字的控制。
[0020]其中，所述第一頻率預置控制字和第二頻率預置控制字是根據(jù)所述雙胞壓控振蕩器所要跳變到的目標頻率預先設置的。
[0021]所述裝置還包括:數(shù)字處理器，其在上電時對所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率進行采樣，以得到所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率與所述第一頻率預置控制字和第二頻率預置控制字的對應關系。
[0022](三)有益效果
[0023]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]1、本發(fā)明提供的射頻發(fā)射裝置，所有電路可以用標準CMOS工藝單芯片集成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，滿足實際應用的低成本要求，發(fā)射機以低的功耗實現(xiàn)高數(shù)據(jù)率通信，解決了相關應用中的低功耗問題。
[0025]2、本發(fā)明提供的射頻發(fā)射裝置，由于在鎖相環(huán)中采用了一種雙胞壓控振蕩器，鎖相環(huán)可以工作在兩種不同的模式:接收模式和發(fā)射模式。在接收模式時，雙胞壓控振蕩器處于正交耦合模式，可以為接收機提供正交載波；在發(fā)射模式時，雙胞壓控振蕩器解除耦合，獨立振蕩。這樣可以減小收發(fā)機整體硬件開銷，節(jié)省面積，減低成本。
[0026]3、本發(fā)明提供的射頻發(fā)射裝置，在發(fā)射模式時，雙胞壓控振蕩器解除耦合，獨立振蕩，其中一個壓控振蕩器(iVCO)被鎖相環(huán)鎖定，而另外一個壓控振蕩器(qVCO)不被鎖定，調(diào)制信號加到qVCO上，這樣發(fā)射數(shù)據(jù)速率擺脫了鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的限制，同時可以保持發(fā)射載頻的穩(wěn)定。
[0027]4、本發(fā)明提供的射頻發(fā)射裝置，采用頻率預置技術不僅可以大大的縮短鎖相環(huán)的鎖定時間，而且可以減小輸出負載電容不匹配對壓控振蕩器振蕩頻率的影響，提高了頻率的準確度。
[0028]5、本發(fā)明提供的射頻收發(fā)裝置，其可變增益功率放大器是由功率驅(qū)動級和功率放大級構(gòu)成。其功率驅(qū)動級采用AB類電路結(jié)構(gòu)，功率放大級采用B類互補推挽式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在滿足功放線性要求的同時，降低了系統(tǒng)功耗。功率驅(qū)動級輸入采用電感匹配，提高發(fā)射機增益，而且當無射頻信號輸入時，只有功率驅(qū)動級消耗功耗，降低發(fā)射功耗，提高發(fā)射效率。
[0029]6、本發(fā)明提供的射頻發(fā)射裝置特別適合應用于需要高速低功耗發(fā)射應用的無線通信領域中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明提供的一種高速無線射頻發(fā)射裝置；
[0031]圖2為本發(fā)明提供的頻率預置模塊13的電路圖；
[0032]圖3為本發(fā)明提供的雙胞壓控振蕩器14的電路圖；
[0033]圖4是本發(fā)明提供的功率放大器16的電路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0035]圖1示出了本發(fā)明提供的基于鎖相環(huán)的高速無線射頻發(fā)射裝置的系統(tǒng)框圖，該發(fā)射裝置用于發(fā)射采用頻移鍵控調(diào)制的數(shù)字基帶信號。如圖1所示，該射頻發(fā)射裝置包括:鑒頻鑒相器10、電荷泵11、環(huán)路濾波器12、頻率預置模塊13、可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14、緩沖器15、功率放大器16、冗余模塊17、可編程分頻器18、雙模分頻器19、數(shù)字處理器20和非易失性存儲器21。
[0036]其中，所述鑒頻鑒相器10的第一輸入端接收外部輸入的參考信號fMf，第二輸入端接收可編程分頻器18的輸出信號fdiv，第一輸出端UP和第二輸出端DN與電荷泵11的輸入端連接。所述鑒頻鑒相器10用于對輸入的參考信號和可編程分頻器18的輸出信號fdiv的頻率和相位進行比較，當參考信號fMf的頻率大于可編程分頻器18的輸出信號fdiv的頻率時，鑒頻鑒相器10的第一輸出端UP產(chǎn)生正脈沖，而第二輸出端DN輸出的信號為低電平。當參考信號fMf的頻率小于可編程分頻器18的輸出信號fdiv的頻率時，鑒頻鑒相器10的第二輸出端DN產(chǎn)生正脈沖,而第一輸出端UP輸出的信號為低電平。當參考信號fraf的頻率等于可編程分頻器18的輸出信號fdiv頻率且相位差為O時，第一輸出端UP和和第二輸出端DN輸出的信號都為低電平。
[0037]電荷泵11的輸入端與鑒頻鑒相器10的第一輸出端UP和第二輸出端DN連接，輸出端與環(huán)路濾波器12的輸入端連接；所述電荷泵11受鑒頻鑒相器10輸出信號的控制，當鑒頻鑒相器10的第一輸出端UP產(chǎn)生正脈沖時，電荷泵11進行充電操作，其輸出端產(chǎn)生充電電流。當鑒頻鑒相器10的第二輸出端DN產(chǎn)生正脈沖時，電荷泵11進行放電操作，其輸出端產(chǎn)生放電電流。當鑒頻鑒相器10的第一輸出端UP和第二輸出端DN都為低電平時，電荷泵11既不充電也不放電，其輸出電流為O。
[0038]環(huán)路濾波器12的輸入端與電荷泵11的輸出端連接，輸出端與頻率預置模塊13的輸入端連接。所述環(huán)路濾波器12用于將電荷泵11的充放電電流轉(zhuǎn)化成控制頻率預置模塊13的控制電壓Va，當電荷泵11產(chǎn)生充電電流時，環(huán)路濾波器12輸出端的控制電壓Va增加。當電荷泵11產(chǎn)生放電電流時，環(huán)路濾波器12輸出端的控制電壓Va減小。當電荷泵11輸出端既不產(chǎn)生充電電流也不產(chǎn)生放電電流時，環(huán)路濾波器12輸出端控制電壓Va保持恒定。其中，所述控制電壓Va的變化直接影響所述雙胞壓控振蕩器14的輸出頻率的變化，即在鎖相環(huán)路中，所述Va增加時,導致所述控制電壓Vc減小，Va減小時,所述Vc增加。
[0039]頻率預置模塊13的輸入端與環(huán)路濾波器12的輸出端Va和數(shù)字處理器20的第一輸出端C[5:0]連接，用于接收環(huán)路濾波器12輸出的模擬控制電壓Va和數(shù)字處理器20輸出的第一頻率預置控制字C [5:0]，其輸出端與可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的輸入端連接，其輸出的控制電壓Vc控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的頻率變化。頻率預置模塊13的輸出端控制電壓Vc由模擬控制端Va和數(shù)字控制端C[5:0]共同決定,也就是可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的輸出頻率由模擬控制端Va和第一預置數(shù)字控制字C [5:0]共同決定。發(fā)射機在上電時，保持Va電壓一定的情況下，對不同的第一頻率預置控制字C[5:0]取值采樣得到可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14對應的輸出頻率由此得出C[5:0]與可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14輸出頻率的對應關系，當鎖相環(huán)頻率需要跳變到目標頻率時，通過數(shù)字處理器計算出目標頻率對應的C[5:0]取值，然后直接加到頻率預置模塊13上，從而將可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的輸出頻率置為目標頻率，從而縮短鎖相環(huán)鎖定時間。
[0040]可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的輸入端Vc與頻率預置模塊13輸出端、數(shù)字處理器20的第二輸出端P [2:0]、外部電壓VBl和發(fā)射端口 TX-DATA連接，輸出端與緩沖器15的輸入端連接。輸入端Vc用于控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中變?nèi)莨茈娙葜底兓?，從而控制其振蕩頻率變化。所述數(shù)字處理器20的第二輸出端輸出的第二頻率預置控制字P[2:0]用于控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中電容陣列變化，從而改變振蕩器工作的頻率。外部電壓VBl用于控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的工作模式，當VBl為低電平時，可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14工作在發(fā)射模式，用于發(fā)射數(shù)字調(diào)制信號；當VBl為高電平時，可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14工作在接收模式，等效為一個正交振蕩器，輸出正交載波。輸入端TX-DATA用于在發(fā)射模式下將數(shù)字調(diào)制信號加到可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14上。
[0041]緩沖器15包含兩個緩沖器150和151，第一緩沖器150的輸入端與可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中q振蕩器的輸出連接,其輸出與功率放大器16連接,第二緩沖器151的輸入端與可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中i振蕩器的輸出連接，其輸出與雙模分頻器19連接。緩沖器15用于隔離可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14與功率放大器16和雙模分頻器19。
[0042]功率放大器16的輸入端與第一緩沖器150的輸出端連接，輸出端與天線連接；功率放大器16用于放大從第一緩沖器150輸出的來自于可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中q振蕩器的振蕩信號并通過天線發(fā)射；
[0043]冗余模塊17連接在第二緩沖器151和雙模分頻器19的中間，其輸入負載電容與功率放大器16的輸入負載電容相等，這樣使得緩沖器150與緩沖器151看到的負載電容一致，進而使得可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中i振蕩器和q振蕩器看到的負載電容一致。
[0044]雙模分頻器19的輸入端與第二緩沖器151輸出端連接，用于將從第二緩沖器151收到的可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中第一振蕩器的振蕩信號進行初次分頻，并輸出至可編程分頻器18 ；
[0045]可編程分頻器18的輸入端與雙模分頻器19輸出端連接，用于將雙模分頻器19的輸出信號進一步分頻，分頻后的信號輸出至鑒頻鑒相器10和數(shù)字處理器20。輸出到鑒頻鑒相器10的信號用于與外部參考信號fMf的進行頻率和相位比較，構(gòu)成反饋環(huán)路。輸出到數(shù)字處理器20的信號用于數(shù)字處理器的工作時鐘。
[0046]數(shù)字處理器20的輸入端與非易失性存儲器21的輸出端連接，并接收外部輸入的編程配置數(shù)據(jù)，其輸出端控制頻率預置模塊13，可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14，可編程分頻器18，非易失性存儲器21。數(shù)字處理器20在芯片上電時對雙模分頻器19的輸出頻率進行采樣計算，得出可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的振蕩頻率與第一預置數(shù)字控制字C[5:0]和第二頻率預置控制字P[2:0]的對應關系，然后將不同振蕩頻率對應的第一頻率預置控制字C[5:O]和第二頻率預置控制字P[2:0]存儲在非易失性存儲器21中，用于在頻率跳變時對頻率預置模塊13進行頻率預置，也可以通過外部輸入對C[5:0]和P[2:0]進行配置。所述頻率預置控制字包括用于控制頻率預置模塊13中的電流源的第一頻率預置控制字和控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14中的電容陣列的第二頻率預置控制字，所述數(shù)字處理器20還產(chǎn)生數(shù)字信號控制可編程分頻器18的分頻比；所述頻率預置控制字輸出至非易失性存儲器21進行存儲；
[0047]非易失性存儲器21的輸入端、輸出端與數(shù)字處理器16的輸入、輸出端連接；其用于存儲所述數(shù)字處理器20計算得到的第一頻率預置控制信號C [5:0]和第二頻率預置控制信號 P [2:0]。
[0048]基于圖1所述的一種高速無線射頻發(fā)射裝置系統(tǒng)框圖，圖2給出了本發(fā)明提供的頻率預置模塊13的電路圖。如圖2所示，頻率預置模塊13用于鎖相環(huán)跳頻時對壓控振蕩器頻率進行預置，包括一個電阻Rl和多個MOS管MO、Ml、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、Mil、M12、M13、M14。MO的柵極與環(huán)路濾波器12輸出的預置頻率控制電壓Va連接，MO源極與電源電壓VDD連接，MO漏極與M14的柵極和電阻Rl —端連接，MOS管Ml、M2、M3、M4、M5、M6的柵極和源極分別與偏置電壓Vb和電源電壓VDD連接，其漏極分別與MOS管M7、M8、M9、M10、M11、M12的源極連接，MOS管M7、M8、M9、M10、M11、M12的柵極分別與數(shù)字控制信號C〈0>、C〈1>、C〈2>、C〈3>、C〈4>、C〈5>連接，其漏極與MO的漏極、M14的柵極和電阻Rl —端連接，M14的漏極與地連接，源極與M13的漏極連接，M13的柵極和源極分別與偏置電壓Vb和電源電壓VDD連接。MOS管Ml、M2、M3、M4、M5、M6構(gòu)成一組數(shù)字控制電流源，MOS管M7、M8、M9、M10、M11、M12為控制電流源是否流向電阻R的開關，MOS管Ml、M2、M3、M4、M5、M6的寬長比按2的指數(shù)級增加，因此這一組數(shù)字控制電流源的電流大小按2的指數(shù)級增加。數(shù)字控制電流源的輸出電流都將通過電阻Rl轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，晶體管M13和M14構(gòu)成源極跟隨器，用于將電阻R上的電壓緩沖輸出到Vc，Vc用來控制可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14的振蕩頻率。當芯片上電時，數(shù)字處理器20控制開關LS〈0>關閉，LS〈1>打開，頻率預置模塊13控制電壓Va接到偏置電壓VDD/2上，由數(shù)字處理器20對雙胞振蕩器14輸出頻率進行采樣，這樣就能得出在控制電壓Va為電源電壓一半(VDD/2)時，不同的壓控振蕩器振蕩頻率與頻率預置模塊13控制字C[5:0]和可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14控制字之間的對應關系。用于在頻率跳變時，直接通過對C[5:0]和P[2:0]進行預置，從而將振蕩器頻率預置在與目標頻率接近的頻率上。采樣得到的不同頻率下對應的C[5:0]和P[2:0]存儲在非易失性存儲器21中，然后由數(shù)字處理器20控制開關LS〈0>打開，LS〈0>關閉，鎖相環(huán)進入閉環(huán)模式。，當鎖相環(huán)需要從當前振蕩頻率跳變到目標頻率時，數(shù)字處理器模塊20通過線性插值算法計算出目標頻率所對應的控制字C [5:0]和P [2:0]的值，然后將C [5:0]輸出到頻率預置模塊13，將P [2:0]輸出到可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14，從而將可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14頻率預置到一個接近目標頻率的值，然后由環(huán)路控制電壓完成精細鎖定。這樣可以大大縮短鎖相環(huán)的鎖定時間。
[0049]基于圖1所述的一種高速無線射頻發(fā)射裝置系統(tǒng)框圖，圖3給出了本發(fā)明提供的雙胞壓控振蕩器14的電路圖。如圖3所示，所述雙胞壓控振蕩器14具體包括:兩個獨立且相同的壓控振蕩器i振蕩器410和q振蕩器411，以及兩個耦合支路i耦合支路412和q耦合支路413。所述雙胞壓控振蕩器14具有兩種工作模式:接收模式和發(fā)射模式，在接收模式時，i振蕩器410和q振蕩器411處于耦合狀態(tài)，這時候可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14等效為一個正交振蕩器，可以用于產(chǎn)生接收機所需的正交載波。在發(fā)射模式時，i振蕩器410和q振蕩器411解除耦合，獨立振蕩，i振蕩器鎖相環(huán)鎖定，而q振蕩器不被鎖定，將要發(fā)送的數(shù)字調(diào)制信號加到q振蕩器上，用于產(chǎn)生頻率調(diào)制信號，這樣發(fā)射數(shù)據(jù)速率擺脫了鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的限制，i振蕩器的振蕩頻率被鎖相環(huán)鎖定保持穩(wěn)定，而由于i振蕩器和q振蕩器控制電壓Vc相同，q振蕩器的振蕩頻率將與i振蕩器的振蕩頻率保持一致，因此在發(fā)射數(shù)據(jù)的同時可以保持發(fā)射載頻的穩(wěn)定。
[0050]具體地，偏置電壓VB3、控制字P[2:0]和控制電壓Vc與i振蕩器和q振蕩器的輸入連接，i振蕩器410的輸出端口 I+和1-與i耦合支路412與q耦合支路413連接，q振蕩器411的輸出端口 Q+和Q-與q耦合支路413和i耦合支路412連接。i耦合支路412由電阻R11、電容C11，1?5管機1、]?12、]\113、]\114、]\115、]\116組成。Mll源極和M12源極與電源電壓VDD連接，Mll柵極和M12柵極與偏置電壓VBl連接，Mll漏極和M12漏極分別與M13源極和M14源極連接，電阻Rll和電容Cll并聯(lián)，一端與Mll漏極連接，一端與M12漏極連接，M13柵極和M14柵極分別與q振蕩器411輸出端Q-和輸出端Q+連接，M13漏極和M14漏極分別與M15源極和M16源極連接，M15柵極和M16柵極與偏置電壓VB2連接，M15漏極和M16漏極分別與i振蕩器410的輸出端I+和輸出端1-連接。q耦合支路413由電阻R21、電容C21，MOS管M21、M22、M23、M24、M25、M26組成。M21源極和M22源極與電源電壓VDD連接，M21柵極和M22柵極與偏置電壓VBl連接，M21漏極和M22漏極分別與M23源極和M24源極連接，電阻R21和電容C21并聯(lián)，一端與M21漏極連接，一端與M22漏極連接，M23柵極和M24柵極分別與i振蕩器410輸出端I+和輸出端1-連接，M23漏極和M24漏極分別與M25源極和M26源極連接，M25柵極和M26柵極與偏置電壓VB2連接，M25漏極和M26漏極分別與q振蕩器411的輸出端Q+和輸出端Q-連接。i振蕩器和q振蕩器是兩個結(jié)構(gòu)相同的交叉耦合負阻LC壓控振蕩器，它們受同一個控制電壓Vc控制。LC壓控振蕩器采用交叉耦合負阻技術，并且采用了一個3比特的數(shù)字控制電容陣列以擴大壓控振蕩器的調(diào)諧范圍?？芍貥?gòu)雙胞壓控振蕩器14有兩種工作模式:接收模式和發(fā)射模式。這兩種工作模式的切換是靠切換偏置電壓VBl來實現(xiàn)的。
[0051]在可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14處于接收模式時，偏置電壓VBl接一個固定偏壓，耦合支路電流源(M11、M12、M21、M22)打開，這時候i振蕩器和q振蕩器依靠耦合支路相互耦合，可以等效為一個正交振蕩器，因此i振蕩器的輸出和q振蕩器的輸出信號頻率相同，但是相位正交。耦合路徑上的并聯(lián)電阻電容(R11-C11和R22-C22)用來避免正交壓控振蕩器中存在雙模振蕩效應。
[0052]在可重構(gòu)雙胞壓控振蕩器14處于發(fā)射模式時，偏置電壓VBl接電源電壓，耦合支路電流源(M11、M12、M21、M22)關閉，這時i振蕩器和q振蕩器不再等效為一個正交振蕩器，即i振蕩器和q振蕩器解除耦合，i振蕩器和q振蕩器處于獨立振蕩狀態(tài)，i振蕩器的輸出I+和1-經(jīng)過緩沖器15接入鎖相環(huán)中，q振蕩器的輸出Q+和Q-經(jīng)過緩沖器15后接到功率放大器16上，由于i振蕩器和q振蕩器受到同樣的振蕩頻率控制電壓Vc控制，q振蕩器的振蕩頻率將跟隨i振蕩器的振蕩頻率，將發(fā)射的基帶數(shù)據(jù)加到q振蕩器的VB3端口上，這樣發(fā)射的數(shù)據(jù)速率將擺脫鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的限制，而且發(fā)射的載頻將保持穩(wěn)定?，F(xiàn)有的基于鎖相環(huán)的發(fā)射機主要有四種實現(xiàn)方式:閉環(huán)分頻器調(diào)制發(fā)射、閉環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射、兩點調(diào)制發(fā)射和開環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射。
[0053]閉環(huán)分頻器調(diào)制發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)射數(shù)據(jù)速率受限于鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，因此難以達到比較高的發(fā)射數(shù)據(jù)速率。閉環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射結(jié)構(gòu)的缺點是發(fā)射數(shù)據(jù)的低頻成分會被損失失真。兩點調(diào)制結(jié)構(gòu)結(jié)合了閉環(huán)分頻器調(diào)制發(fā)射和閉環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射的優(yōu)點，同時避免了各自的缺點，但是增益和相位的不匹配會影響發(fā)射信號的質(zhì)量，設計復雜且消耗功耗較大。開環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射結(jié)構(gòu)的發(fā)射載波容易受到泄露電流和外界噪聲干擾的影響，另外這種結(jié)構(gòu)不適用于連續(xù)調(diào)制發(fā)射，因此傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量受到了限制。
[0054]本發(fā)明提出的鎖相環(huán)發(fā)射機采用基于雙胞壓控振蕩器結(jié)構(gòu)，在發(fā)射時發(fā)射載波能夠保持穩(wěn)定，避免了開環(huán)壓控振蕩器調(diào)制發(fā)射存在的頻率漂移問題，同時又可以實現(xiàn)比較高的數(shù)據(jù)發(fā)射速率，避免了閉環(huán)分頻器調(diào)制發(fā)射存在的發(fā)射速率受限于鎖相環(huán)環(huán)路帶寬的問題。
[0055]基于圖1所述的一種高速無線射頻發(fā)射裝置系統(tǒng)框圖，圖4給出了本發(fā)明提供的功率放大器16的電路圖。如圖4所示，所述功率放大器16由驅(qū)動級電路610和輸出級電路611構(gòu)成，其用于發(fā)射q振蕩器產(chǎn)生的射頻調(diào)制信號。其中驅(qū)動級610由電容Cin、Cp，電感LI，電阻Rl，MOS管Ml、M2、M3、M4組成。電容Cin —端接射頻信號RFin，一端與MOS管Ml的柵極相連，電阻Rl —端與偏置電壓VB連接，一端與Ml柵極連接，電容Cp —端與Ml柵極連接，一端與MOS管M4漏極連接，MOS管Ml源極與地連接，漏極與MOS管M2源極連接，MOS管M2漏極與電感LI和MOS管M3漏極連接，M2的柵極與電源VDD連接，電感LI 一端與電源VDD連接，一端與M2漏極連接，M3漏極與M2漏極連接，M3柵極與開關信號SWl連接，M4漏極與電容Cp —端連接，M4源極與M2漏極連接，M4的柵極與開關信號SWO連接。輸出級611由電容Cl、C2和C3，電阻R2和R3，MOS管M5和M6組成，電容Cl 一端與C2連接，一端與M5柵極連接，電容C2另一端與M6柵極連接，電阻R2 —端與偏置電壓VBP連接，一端與M5柵極連接，電阻R3 —端與偏置電壓VBN連接，一端與M6柵極連接，M6源極與地連接，M6漏極與M5漏極連接，M5源極與電源電壓VDD連接，電容C3 —端與M5漏極和M6漏極連接，一端與輸出端RFout連接。
[0056]功率放大器16的驅(qū)動級電路610用于對射頻信號進行初次放大，提供高的電壓信號擺幅，輸出級電路611用于驅(qū)動片外的50Ω天線負載。開關SWO和SWl用于實現(xiàn)三檔增益控制(高增益、中等增益和低增益)，可以提供20dB的增益控制范圍。當SWO和SWl為高電平時，功率放大器16處于高增益模式；當當SWO為高電平，Sffl為低電平時，功率放大器16處于中等增益模式；當當SWO為低電平，Sffl為高電平時，功率放大器16處于低增益模式。輸出級611的MOS管M5和M6通過設置偏置電壓VBP和VBN工作在亞閾值點，以減小靜態(tài)電流消耗，提高功率放大器的效率。
[0057]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種無線射頻發(fā)射裝置，其包括:鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器和雙胞壓控振蕩器； 其中，所述雙胞壓控振蕩器包括結(jié)構(gòu)相同的第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器，其中，當所述雙胞壓控振蕩器處于接收模式時，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器相互耦合，形成正交壓控振蕩器，所述正交壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，產(chǎn)生接收信息用的正交載波；當所述雙胞壓控振蕩器處于發(fā)射模式時，所述第一壓控振蕩器與所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器構(gòu)成鎖相環(huán)路，所述第二壓控振蕩器用于對發(fā)射數(shù)據(jù)進行頻率調(diào)制。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述雙胞壓控振蕩器還包括:第一耦合支路和第二耦合支路，其中，所述第一壓控振蕩器的輸出端分別與所述第一耦合支路和第二耦合支路的輸入端連接，所述第二壓控振蕩器的輸出端分別與所述第一耦合支路和第二耦合支路的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，當所述第一耦合支路和第二耦合支路加電流后，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器通過所述第一耦合支路和第二耦合支路進行耦合形成正交壓控振蕩器，所述雙胞壓控振蕩器切換至接收模式； 當斷開第一耦合支路和第二耦合支路的電流后，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器解耦合，所述雙胞壓控振蕩器切換至發(fā)射模式。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器的振蕩頻率受第一頻率控制信號的控制。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵和環(huán)路濾波器根據(jù)所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率的反饋值調(diào)節(jié)所述第一頻率控制信號。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其還包括: 頻率預置模塊，其用于所述鎖相環(huán)在跳頻時對所述雙胞壓控振蕩器頻率進行預置。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述頻率預置模塊根據(jù)第一頻率預置控制字改變所述第一頻率控制信號。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器的振蕩頻率還受第二頻率預置控制字的控制。
9.如權(quán)利要求7或8所述的裝置，其中，所述第一頻率預置控制字和第二頻率預置控制字是根據(jù)所述雙胞壓控振蕩器所要跳變到的目標頻率預先設置的。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其還包括:數(shù)字處理器，其在上電時對所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率進行采樣，以得到所述雙胞壓控振蕩器的輸出頻率與所述第一頻率預置控制字和第二頻率預置控制字的對應關系。
【文檔編號】H03L7/099GK104135276SQ201410293624
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陳晶晶, 吳南健, 王海永, 劉威揚, 馮鵬 申請人:中國科學院半導體研究所