專利名稱：具有堆疊單芯片結(jié)構(gòu)的無線接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及無線系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，并且更具體地，涉及具有堆疊單芯片結(jié)構(gòu)的無線接收機。
背景技術(shù)：
隨著諸如無線電話、個人數(shù)字助理(PDA)、照相機、雙向?qū)ず魴C等的便攜式電子設(shè)備變得日益流行，制造商不斷向這些產(chǎn)品增加新的特色。具體地，因為便攜式電子設(shè)備實質(zhì)上是地理移動的，所以消費者現(xiàn)在需要“基于位置的”特色服務(wù)，例如，定制地圖、定制駕駛指引、緊急定位服務(wù)等，在許多通常攜帶的設(shè)備中這些服務(wù)并不可用。
近些年來，全球定位系統(tǒng)(GPS)廣泛地用于提供基于位置的服務(wù)，例如位置跟蹤。由美國國防部運營的GPS系統(tǒng)目前包括24顆位于地球同步軌道上的人造衛(wèi)星，其不斷地向地面上的接收機廣播時間與位置信息。通過協(xié)調(diào)來自多個衛(wèi)星的時間與位置信息，GPS接收機可準(zhǔn)確地定位其在地球表面上的精確位置。GPS接收機可從許多供應(yīng)商獲得，包括伊利諾斯州Schaumburg的Motorola公司。
盡管當(dāng)前可得到多種GPS部件和GPS支持設(shè)備，但在實際上，這些部件和設(shè)備中的許多較難集成至便攜電話、PDA等，這是由于復(fù)雜性、尺寸、成本和許多GPS接收機中固有的其它限制造成的。因此，大多數(shù)電話、PDA和其它便攜式設(shè)備目前不提供基于位置的特色服務(wù)。因此希望產(chǎn)生一種GPS接收機，其能夠在單個緊湊型芯片或適用于便攜設(shè)備的其它部件中實現(xiàn)。此外，希望產(chǎn)生一種無線接收機，可利用最小的技術(shù)風(fēng)險、時間乃至市場和設(shè)計成本，將其集成至移動產(chǎn)品。另外，希望產(chǎn)生一種無線接收機，其在空間與電能消耗方面具有高的效率。進一步地，通過后面的本發(fā)明詳細說明和所附權(quán)利要求，并結(jié)合附圖與本發(fā)明的背景，本發(fā)明的其它希望的特征和特性將變得顯而易見。


下面，將結(jié)合后面的

本發(fā)明。在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元件，以及圖1為具有堆疊結(jié)構(gòu)的示例RF接收機的框圖；圖2為示例無線接收機的框圖；圖3為示例RF接收機電路的電路圖；圖4為示例時鐘信號生成方案的邏輯框圖；圖5為單片集成電路的示例管芯的側(cè)視圖；以及圖6為單片集成電路的示例管芯的透視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的下面詳細說明實質(zhì)上是示例性的，目的不是限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用與使用。此外，不試圖通過前述本發(fā)明背景中或下面附圖詳細說明中提供的任何理論限制本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的各種示例實施例，在單個微芯片或其它部件中提供一種無線接收機(或發(fā)射機，收發(fā)信機等)。這種接收機可容易地集成至移動產(chǎn)品中，例如電話、PDA、照相機等，因為該獨立整裝接收機并不依靠外部處理器、接收機電路等。例如，在GPS接收機的情況下，單芯片接收機允許移動設(shè)備容易地獲得基于位置的信息，因此為該設(shè)備實現(xiàn)新的基于位置的特征。潛在的基于位置的特征包括時間戳與位置戳相片照相機、提供地圖與實時導(dǎo)航的PDA和/或能夠基于設(shè)備的位置定位朋友、家人、附近的餐館與商店或其它感興趣的點的E-911兼容移動電話等等。其它基于位置的服務(wù)包括產(chǎn)品標(biāo)簽應(yīng)用，其允許對象確定它們在空間中的位置并可選地將該位置發(fā)送至中央服務(wù)器或其它接收機。
如同此處所使用，術(shù)語“無線設(shè)備”旨在包括任何類型的發(fā)射機、接收機、收發(fā)信機或能夠發(fā)送、接收和/或處理射頻(RF)信號的其它設(shè)備。盡管為了方便說明，此處討論頻繁地引用“接收機”，但要明白，多種類型的發(fā)射機、接收機、收發(fā)信機和/或其它無線設(shè)備可按照等效方式作用，或可包含等效電路、部件等。
在本發(fā)明的各種實施例中，單片無線接收機適宜包括混模集成電路，其在公共管芯上支持模擬與數(shù)字電路?？稍谂c存儲器件堆疊的結(jié)構(gòu)中提供該管芯，該存儲器件(例如，靜態(tài)或動態(tài)隨機存取存儲器(RAM)、快閃存儲器等)存儲在公共管芯的數(shù)字部分中實現(xiàn)的處理器所使用的指令和/或數(shù)據(jù)。因此，可在公共芯片或其它封裝中提供該管芯和存儲器，以形成適用于GPS和/或其它無線系統(tǒng)的“片上接收機”。
現(xiàn)在參考圖1，具有堆疊結(jié)構(gòu)的示例接收機100適宜包括彼此堆疊(stack)在襯底110上的混模管芯(mixed-mode die)102和存儲器108。管芯102支持實現(xiàn)接收機100的信號接收與處理功能的數(shù)字部分104和模擬部分106，而存儲器108為數(shù)據(jù)和/或由在管芯102的數(shù)字部分104中實現(xiàn)的一個或多個處理器執(zhí)行的指令提供存儲。由于模擬部分106和數(shù)字部分104利用常規(guī)集成電路(IC)封裝技術(shù)共享與存儲器108堆疊的公共管芯，所以整個接收機100可容易地包含于單個部件或封裝中。管芯102與存儲器108的堆疊結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)赝苿恿送ǔＳ糜诖鎯ζ鞫询B和其它集成電路生產(chǎn)的組裝與封裝技術(shù)，以形成易于集成至例如電話、PDA、照相機等的其它設(shè)備的新型集成RF接收機。
襯底110為能夠機械支撐管芯102和/或存儲器108的任何支持部件。襯底110可為任何類型的電路板、封裝襯底等，其可由塑料、陶瓷、金屬或任何其它常規(guī)材料形成。襯底110適宜提供任意數(shù)量的地址引腳或球118，其提供至接收機100的外部電氣接口。在一個實施例中，襯底110為常規(guī)的球柵陣列(BGA)襯底，例如具有0.8mm球心的64針7×7mm BGA封裝，但是任何其它尺寸和類型的芯片形式(例如，“倒裝芯片”(flip chip)、多芯片模塊(MCM)，板上芯片(COB)等)可用于各種替換實施例中。在各種另外的實施例中，管芯102上的接口功能在適當(dāng)時允許在不同尺寸的襯底110上形成接收機100的不同模型，而無需對管芯102進行大的改動。例如，接收機100的產(chǎn)品版本可在64針襯底上提供，而利用基本相同的管芯102的開發(fā)版本可在121針BGA封裝(或任何其它襯底)上提供，以在編程和/或測試期間提供額外的功能。下面提供關(guān)于管芯102的接口功能的額外細節(jié)。
管芯102為任何類型的集成電路、芯片、晶片等，其能夠支持?jǐn)?shù)字與模擬功能。如下詳細說明，管芯102的數(shù)字部分104和模擬部分106適當(dāng)作用，以在單芯片上形成RF接收機?？衫萌魏纬Ｒ?guī)的IC制造技術(shù)，由任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，例如硅、砷化鎵等形成管芯102。在一個實施例中，利用從IBM公司(Armonk，New York)獲得的0.25微米SiGe BiCMOS技術(shù)設(shè)計管芯102。在下面的圖2-6中說明用于實現(xiàn)和隔離模擬部分106和數(shù)字部分104的各種技術(shù)。
存儲器108為任何靜態(tài)、動態(tài)、快閃或能夠存儲供管芯102上部件使用的數(shù)據(jù)和/或指令的其它數(shù)字存儲器。在示例實施例中，存儲器108為裸片靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)，其可從眾多制造商獲得，包括Samsung公司，Micron公司等，但在替換實施例中可使用任何其它類型的存儲器108。存儲器108可存儲任意數(shù)量的數(shù)字信息，但在一個實施例中，存儲器108為256k字節(jié)SRAM，其存在于Samsung公司的裸片結(jié)構(gòu)中。通過堆疊存儲器108與管芯102，可顯著降低該接收機封裝的整體尺寸，從而形成更小的接觸面積并更易于集成至便攜式設(shè)備。
管芯102和存儲器108適當(dāng)?shù)乇舜诉B接和/或利用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)連接至襯底110?？衫媒雍暇€116、112和/或114直接接合各種部件，以允許接收機100的各種部件間的電能傳輸和信號通信。接合線112、114和/或116可由任何導(dǎo)電或光導(dǎo)材料制成(例如，銅、鋁、金、銀、玻璃等)，并可利用常規(guī)的管芯結(jié)合技術(shù)連接至管芯102、存儲器108和/或襯底110。
在替換實施例中，圖1中示出的各種部件可不同地組合或互連。例如，存儲器108可在管芯102的數(shù)字部分104中實現(xiàn)，或者接收機100的其它地方。在又一實施例中，管芯102和存儲器108通過襯底110上的封裝引腳118彼此電氣接合。此外，額外的部件可堆疊至管芯102和/或存儲器108。這些實施例可在適當(dāng)時包括多個存儲器(例如，SRAM和快閃存儲器)、多個管芯(提供GPS接收機的第一管芯和提供藍牙或其它RF器件的第二管芯)或其它器件(例如，表面聲波(SAW)或其它濾波器、晶體振蕩器等)。
在操作中，接收機100適宜在調(diào)諧至接收機100的適當(dāng)頻率的天線(圖2中所示)處接收射頻(RF)信號。在示例實施例中，接收機100為調(diào)諧至約為1575.42 MHz的L1 GPS頻率的GPS接收機，但替換實施例可調(diào)諧至L2 GPS(1227.6 MHz)、藍牙、Wi-Fi、無線電話或其它RF頻率，或者可對應(yīng)多個信號頻率。在天線處接收的信號提供至管芯102的模擬部分106中的RF接收機電路，在此處將信號從載波頻率解調(diào)，以在中頻(IF)提取信號數(shù)據(jù)。該解調(diào)的IF信號可提供至管芯102的數(shù)字部分104中的信號獲取模塊(例如，GPS獲取模塊(GAM))，以進一步從該信號中提取GPS或其它適當(dāng)?shù)男畔??？稍谖⑻幚砥鳌⒖刂破骰驍?shù)字部分104中存在的其它處理器進一步處理該提取的信息，以通過信號引腳118向外部設(shè)備(例如，PDA、電話、照相機)提供有關(guān)的輸出信息。如下詳述，由RF獲取模塊、數(shù)字處理器和/或數(shù)字部分104中的任何其它部件處理的數(shù)字指令和/或數(shù)據(jù)可存儲在存儲器108中。
現(xiàn)在參考圖2，示例接收機200適宜包括模擬接收機電路106、獲取模塊204和處理器216，它們通過系統(tǒng)總線207彼此通信，并與存儲器108通信。接收機200還在適當(dāng)時包括任意數(shù)量的外設(shè)和/或輸入/輸出模塊，例如中斷控制器218、引導(dǎo)模塊210、異步發(fā)送/接收機(UART)212和/或接口模塊214。通常來講，接收機電路106從天線205適當(dāng)?shù)亟邮誖F信號，并且使用由合成器208產(chǎn)生的基準(zhǔn)時鐘信號解調(diào)該接收信號，以產(chǎn)生通過數(shù)控振蕩器(DCO)202和總線207提供至獲取模塊204的IF信號。獲取模塊204從該IF信號適當(dāng)?shù)靥崛?shù)據(jù)(例如，GPS位置和/或時間信息，并且通過總線207向處理器206提供該提取的數(shù)據(jù)，以提取可能經(jīng)由接口模塊214提供至外部主機或設(shè)備的數(shù)據(jù)。
僅出于解釋的目的，將圖2中顯示的和此處說明的各種模塊分組。在許多實際的實施例中，這里列出的各種模塊、功能和特征可按照任何方式在物理上和/或邏輯上排列。例如，由接收機200執(zhí)行的信號處理功能可按照任何方式分布于DCO 202、獲取模塊204和/或處理器216間，或由它們共享。在替換但是等效的實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換、從IF信號提取數(shù)據(jù)和/或提取數(shù)據(jù)的處理因此可按照任何方式結(jié)合至不同于此處說明的一個或多個處理器模塊。類似地，可按照任何方式忽略、修改或增強各種I/O和外設(shè)特征。
處理器216為任何電路、器件和/或模塊，其能夠控制接收機200、處理經(jīng)由天線205接收的數(shù)據(jù)和/或向諸如電話、PDA等的外部設(shè)備提供數(shù)據(jù)。在各種實施例中，處理器216可為任何類型的微處理器、控制器、數(shù)字信號處理器、可編程門陣列等，其能夠執(zhí)行此處說明的各種功能。處理器216可利用根據(jù)例如ARM有限公司(Sunnyvale，California)發(fā)布的ARM規(guī)范而產(chǎn)生的微處理器電路實現(xiàn)?？蓮谋姸喙?yīng)商獲得各種ARM處理器，包括可從Motorola半導(dǎo)體產(chǎn)品部門(Austin，Texas)獲得的ARM7TDMI處理器模塊，但是任何其它類型的處理器可用于各種替換實施例中。
處理器216經(jīng)由模塊214適當(dāng)?shù)剡B接至系統(tǒng)總線207。接口模塊214在適當(dāng)時包括時鐘發(fā)生器230、外部接口232、一個或多個寄存器234、地址解碼器236和/或總線控制器238。接口寄存器234適宜利用常規(guī)的處理技術(shù)向和從處理器216傳輸數(shù)據(jù)233。類似地，地址解碼器236翻譯由處理器216產(chǎn)生的地址信息，以在處理器216和連接至總線207的各種數(shù)字模塊間傳輸數(shù)據(jù)。
時鐘發(fā)生器230適當(dāng)?shù)嘏c晶體或其它振蕩信號源(未示出)通信，以產(chǎn)生提供至接收機200中一個或多個數(shù)字部件的時鐘信號(mclk)215。例如，可作為系統(tǒng)總線207的一部分，或者單獨提供時鐘信號215。在各種實施例中，時鐘發(fā)生器230響應(yīng)來自處理器216的狀態(tài)命令，以產(chǎn)生適用于接收機200操作模式頻率的時鐘信號。例如，當(dāng)模擬部分106未激活時，接收機200的計算需求較低；因此可在此期間以較低頻率提供時鐘信號215，以節(jié)約電力。類似地，當(dāng)提供額外功率或當(dāng)希望額外的處理帶寬時，可增加時鐘信號215的頻率。下面結(jié)合圖4提供關(guān)于時鐘發(fā)生器電路230的額外細節(jié)。
外部接口模塊214經(jīng)由信號引腳118(圖1)適宜向便攜設(shè)備或其它外部主機提供接口。接口模塊214包括適當(dāng)?shù)亩〞r與鎖存電路，以實現(xiàn)至外部設(shè)備的外部數(shù)據(jù)和/或地址總線。在各種實施例中，接口模塊214是操作者可配置的(例如，通過跳線、軟件控制等)，以與多個封裝通信，如上簡述。在這些實施例中，可為任意數(shù)量的信號引腳118提供接口焊盤等，而僅有用于那些所選的封裝的焊盤激活。在這些實施例中，單芯片設(shè)計可用于產(chǎn)生僅在封裝方面不同的產(chǎn)品開發(fā)版和用戶版；也就是，在最終用戶配置中提供的相同芯片可容易地在開發(fā)版本中獲得，其支持額外的接口引腳118，用于尋址、編程、測試等，而僅需要很小的改動。
總線控制器238在適當(dāng)時適宜控制并調(diào)節(jié)系統(tǒng)總線207上的數(shù)據(jù)流量。系統(tǒng)總線207為任何串行、并行或其它傳導(dǎo)方案，其允許數(shù)字部分204中各種數(shù)字部件間的數(shù)據(jù)傳輸。在示例實施例中，系統(tǒng)總線為內(nèi)部總線(IBUS)，其包括任意數(shù)量的用于數(shù)據(jù)與地址信息以及控制信號(例如，mclk信號215)的傳導(dǎo)器。在示例實施例中，系統(tǒng)總線207為16位總線，但任何8位、16位、32位或其它總線結(jié)構(gòu)可用于替換實施例中。通常，每一數(shù)字部件經(jīng)由FPGA或其它適當(dāng)?shù)慕涌陔娐放c系統(tǒng)總線207相連。在各種實施例中，每一部件響應(yīng)系統(tǒng)總線207中mclk信號215和/或控制信號的上升或下降沿，以輔助隔離模擬部分106與數(shù)字部分104，如下詳述。
處理器216還在適當(dāng)時與中斷控制器218互操作。中斷控制器218適宜在適當(dāng)時向處理器216提供中斷請求(IRQ)信號240，以處理來自在系統(tǒng)總線207上發(fā)送的各種數(shù)字部件的中斷數(shù)據(jù)。在替換實施例中，中斷控制器218的功能與總線控制器238的功能組合在一起。
如上簡述，獲取模塊204(在圖2中示出為GPS獲取模塊(GAM))適宜通過從模擬電路206接收的解調(diào)信號中提取數(shù)字信號。例如，在GPS實施例中，GAM 204適宜接收由接收機電路106提供的IF信號的數(shù)字表示，并從該采樣信號中提取GPS數(shù)據(jù)(例如，位置和/或時間)?？衫贸Ｒ?guī)的數(shù)字信號處理電路與技術(shù)實現(xiàn)各種獲取模塊。適用于GPS接收機的獲取模塊的一個示例在美國專利No.6,583,758中說明，但是在替換實施例中可使用其它獲取電路或者模塊。
可在接收機200的數(shù)字部分中實現(xiàn)各種其它電路和/或模塊。例如，圖2顯示引導(dǎo)電路200和異步串行接口212，其分別提供引導(dǎo)階段功能和至處理器216的可編程接口。引導(dǎo)電路210通常包括在加電時(或者當(dāng)接收機處于“發(fā)現(xiàn)模式”時)查詢串行接口和/或其它I/O模塊的邏輯門陣列，以識別連接至接收機200的設(shè)備，并且為這些設(shè)備確定合適的接口技術(shù)。類似地，UART 212提供至處理器216的接口，其在適當(dāng)時允許經(jīng)由串行或并行數(shù)據(jù)連接等從存儲器108將防火墻或其它可執(zhí)行代碼下載至處理器216和/或其它部件。在接收機200中提供的其它部件包括定時器電路、“每秒一個脈沖”電路等。接收機200還可包括系統(tǒng)總線207與存儲器108間的另一總線接口，以實現(xiàn)處理器216和/或獲取模塊204數(shù)據(jù)和指令的方便存儲與檢索。
接收機100的模擬部分106適宜向在天線205處接收的信號提供“前端”。也就是，模擬部分106包含RF接收機電路，其利用由合成器208提供的基準(zhǔn)信號解調(diào)接收的信號，以產(chǎn)生可數(shù)字化提供至獲取模塊204的IF信號。下面結(jié)合圖3詳細地說明接收機200的模擬部分106。
各種數(shù)字模塊(其對應(yīng)于圖1中的數(shù)字部分104)與模擬接收機電路106間的連接可適當(dāng)?shù)赜稍谶m當(dāng)時提供信號掩蔽/消隱的自動電平控制電路(ALC)206、生成電路106時鐘信號的分?jǐn)?shù)分頻合成器208以及數(shù)控振蕩器(DCO)202等提供。ALC電路206為能夠過濾模擬電路106的輸出以防止帶外信號的任何電路。ALC電路206還向模擬電路提供“消隱”功能，以“消除”或抵消來自天線205的任何偽信號，因此有效地重置模擬電路106。ALC電路206在適當(dāng)時經(jīng)由系統(tǒng)總線207從處理器218(應(yīng)為“216”)接收控制信號。示例ALC電路與示例消隱技術(shù)在2003年6月2日提交的題為“Detection and Reductionof Periodic Jamming Signals in GPS Receivers and Methods Therefor”的美國專利申請No.10/452,753中提供。分?jǐn)?shù)分頻合成器208為能夠產(chǎn)生適當(dāng)?shù)哪M部分106時鐘信號的任何電路或器件。在示例實施例中，合成器208包括提供從約12MHz至約26MHz的各種頻率的晶體和電路，但在替換實施例中，可提供其它頻率和電路。
然后，在操作中，接收機200適宜接收、處理并且提取來自在天線205處接收的信號的信息。這些信號在模擬RF接收機電路106解調(diào)，并經(jīng)由總線207提供至獲取模塊204。從該解調(diào)的信號提取的數(shù)據(jù)經(jīng)由總線207提供至處理器216，其經(jīng)由接口模塊214向便攜設(shè)備或其它主機提供數(shù)字輸出。因此，在公共管芯202(圖1)上提供了模擬和數(shù)字功能，從而產(chǎn)生緊湊的、但全功能的接收機200。
由與主機設(shè)備關(guān)聯(lián)的微控制器控制的一種GPS接收機在美國專利No.6,359,753中顯示。然而在實際中，難于集成數(shù)字部分104與模擬部分106的全部處理功能，以在單個封裝中產(chǎn)生真正的集成無線器件。具體地，對于處理器216、獲取模塊204與各種其它數(shù)字模塊產(chǎn)生的大量高頻時鐘信號已經(jīng)表現(xiàn)出對管芯模擬部分的干擾。由于現(xiàn)在在公共管芯上提供這兩個電路，因而由模擬部分106中偽數(shù)字信號產(chǎn)生的噪聲通常對于RF信號將導(dǎo)致不希望的靈敏度降低。然而，已經(jīng)確定了幾種技術(shù)，顯著地降低了由數(shù)字部分104引起的偽信號數(shù)量，因此使在公共管芯上實現(xiàn)數(shù)字與模擬電路的完全集成成為可能。這些技術(shù)中的某些包括利用共模抑制技術(shù)、利用分組支持(Block-enabled)濾波以及對于管芯102機械設(shè)計的各種修改。此外，可布置管芯102的物理布局，使得產(chǎn)生最高電平噪聲的數(shù)字電路(例如，I/O接口、存儲器接口等)在數(shù)字部分104中間隔排列，盡可能地遠離模擬部分106。下面討論各種噪聲降低和/或隔離技術(shù)。
下面參考圖3，模擬部分106中的示例RF接收機電路適宜包括一個或多個放大器304、308和314，混合器310，振蕩電路334以及包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)318的輸出級。從天線205接收的信號適當(dāng)?shù)赜傻驮敕糯笃?04放大，并提供至帶通濾波器306，調(diào)諧其以通過目標(biāo)載波頻率(例如，1575.42MHz的GPS L1頻率)附近頻帶中的信號。由于接收的RF信號可能非常微弱(例如，室內(nèi)接收的GPS信號)，放大器340通常為接收信號提供約20dB的增益，以提高接收機電路106的靈敏度。該經(jīng)放大與濾波的信號然后提供至混合級，其包括可變增益放大器308、模擬混合器310以及一個或多個頻率整形濾波器314和/或放大器312、316。如圖3中所示，可在全部或部分模擬部分106中以不同的方式處理模擬信號。由于來自數(shù)字部分(圖1)的偽噪聲通常大約相等地滲入不同信號的兩側(cè)，因而不同信號的比較適當(dāng)?shù)匮a償了采用常規(guī)共模抑制技術(shù)的噪聲。
在適當(dāng)時處理從濾波器306發(fā)出的差分信號，以產(chǎn)生可由獲取模塊204(圖2)發(fā)送并進一步處理的IF信號。在圖3示出的示例實施例中，利用可變增益放大器308將該信號放大至希望的電平，該放大器根據(jù)來自模擬部分106的輸出的反饋調(diào)整其增益。該放大的信號與來自振蕩器電路334的適當(dāng)信號混合，以從其載波解調(diào)該接收信號。振蕩器電路334可為任何電路，其能夠從分?jǐn)?shù)分頻合成器208接收輸入信號并能夠處理該信號，以在混合器310產(chǎn)生適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)信號309，并且/或者為ADC 318產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臅r鐘信號311。在圖3所示的實施例中，振蕩器電路334在適當(dāng)時適宜向ADC 318產(chǎn)生約為1570MHz的振蕩信號309，以及約為16MHz的時鐘信號，但是用于產(chǎn)生各種頻率的實際頻率和技術(shù)將根據(jù)實施例顯著變化。
由混合器310產(chǎn)生的解調(diào)/混合信號由濾波器314適當(dāng)?shù)貫V波，并由放大器312和/或316放大，以進一步將該IF信號成形為希望的波形。為了進一步降低來自管芯102數(shù)字部分104的偽噪聲的作用，一個或多個放大器308、312和/或316可包括分組支持的濾波器330，其示出為連接至圖3中放大器316的差分輸入之一。每一分組支持的濾波器適宜包括電容器或能夠從放大器輸入中消除高頻噪聲的其它元件。盡管在圖3中示出為單個電容器，但實際的濾波器可包括任意數(shù)量的能夠過濾偽信號的并聯(lián)和/或電阻性、電容性和/或電感性元件。濾波器330在電氣上可位于模擬放大器和傳導(dǎo)元件332之間，該元件連接至處理器216或數(shù)字部分104上的其它電路，以有效地為高頻信號形成短路，因此，防止這些信號在模擬部分106中放大。因此調(diào)諧濾波器330，以消除由數(shù)字部分106中的時鐘信號等導(dǎo)致的偽信號和這些信號的諧波。
經(jīng)處理的模擬IF信號由ADC 318轉(zhuǎn)換為數(shù)字等效。ADC 318可為任何類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如具有任何分辨率水平(例如，4位、8位等)的流水線型轉(zhuǎn)換器等。該數(shù)字等效信號通常經(jīng)由數(shù)控振蕩器202提供至獲取模塊204(圖2)，其利用鎖相環(huán)或延遲鎖定環(huán)等同步模擬部分106的數(shù)字輸出。來自ADC 318的數(shù)字輸出可由電平控制電路206處理，以提供消隱和/或電平控制功能，如上所述。在這些實施例中，ALC 206的數(shù)字輸出通常由模擬部分106上的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換為模擬等效信號，并且產(chǎn)生的經(jīng)轉(zhuǎn)換的模擬信號用作可變增益放大器308的控制輸入。
因此，模擬部分106適宜接收、解調(diào)并且轉(zhuǎn)換在天線205處接收的模擬信號。通過利用差分信號和/或分組支持濾波器330，可適當(dāng)?shù)亟档蛠碜詳?shù)字部分104的偽噪聲。然而，圖3所示的電路僅僅是示例性的，可在大量的等效實施例中使用具有任意數(shù)量的替換或附加部件的替換GPS或RF前端電路。
通過調(diào)整在數(shù)字部分104中傳播的各種時鐘信號，可進一步降低數(shù)字噪聲對于模擬部分106的影響，使得這些信號和這些信號的諧波均不存在于由模擬電路106處理的頻帶內(nèi)。例如，在處理L1 GPS信號的接收機中，接收機200主要處理頻率約為1575.42MHz左右，正負約10MHz的輸入信號。此頻帶可主要由濾波器306，或模擬電路106的任何其它部件限定。通過將數(shù)字基帶時鐘信號及其諧波設(shè)計為落入此范圍之外，可從模擬電路106有效地濾除由這些時鐘信號引起的偽噪聲?？赏ㄟ^多種技術(shù)在數(shù)字部分104中調(diào)整時鐘信號。例如，通過利用對較低邊沿速率敏感的邏輯門，可有效地降低噪聲。
類似地，可選擇這些時鐘信號本身使它們位于目標(biāo)模擬頻帶之外，如上所述?，F(xiàn)在參考圖4，產(chǎn)生具有各種頻率的時鐘信號215的示例電路400適宜包括一個或多個信號分頻器電路410、412，一個或多個同步電路404、406以及同步復(fù)用器402。分頻電路410、412適宜從晶體或其它基準(zhǔn)源(ref_src_clk)和/或從獲取模塊(gam_src_clk)等接收時鐘輸入?？煞诸l或另外調(diào)整這些信號，以響應(yīng)從處理器216、獲取模塊204、時鐘發(fā)生器230和/或其它到分頻器410、412的適當(dāng)源接收的分頻選擇(ref_clk_div_sel和gam_clk_div_sel)信號。電路400還接收從內(nèi)部或外部提供的低頻率源時鐘信號(low_ref_src_clk)，該時鐘信號提供至復(fù)用控制器408。在示例實施例中，從實時時鐘振蕩器接收低頻率源時鐘信號，其頻率約為32.768KHz，但在替換實施例中可使用其它源和頻率。
復(fù)用控制器408適當(dāng)?shù)叵驈?fù)用器402提供單比特或多比特控制信號，以在mclk信號線215上放置適當(dāng)?shù)臅r鐘信號。來自控制器408的一個或多個輸出還可提供至同步電路404、406，其適宜在適當(dāng)時將分頻器412、410的輸出(分別)與低頻率基準(zhǔn)時鐘信號同步。在示例實施例中，同步電路404、406為常規(guī)的觸發(fā)器或鎖存器電路。同步復(fù)用器402適宜在低頻率源信號、分頻器410、412的輸出和同步電路404、406的輸出間選擇，以在mclk線215上放置合適的輸出時鐘信號。在示例的正常工作模式期間，處理器216通常工作于約14MHz的速度，并且獲取模塊204工作于約70MHz的時鐘速度，但在替換實施例中可使用其它值。此外，可在適當(dāng)時作為一個或多個外部提供的信號的函數(shù)而產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘215或任何其它時鐘信號。例如，可結(jié)合電路400提供這樣的功能，或者還可通過時鐘發(fā)生器230、DCO 202等(圖2)提供。在示例實施例中，DCO 202中的一個或多個開關(guān)可用于提供各種外部施加的時鐘信號間的切換。
電路400還可用于選擇正常工作期間的高頻時鐘信號和/或低功率工作的低頻時鐘信號。通過使接收機200(圖2)工作于低頻基準(zhǔn)速率(例如，約32.768KHz)，處理器216工作于較低速率，從而節(jié)約電力。在處理器216工作于低基準(zhǔn)速率時，還可輸入常規(guī)的“休眠模式”，從而進一步節(jié)約電力。通過向處理器216提供適當(dāng)?shù)闹袛嘈盘枺蛘咄ㄟ^任何其它技術(shù)，利用加速mclk信號215可使處理器216退出休眠模式。在另一實施例中，通過高度同步的門設(shè)計，其允許數(shù)字電路即使在時鐘信號降低或停止時也可以保留它們的值，可產(chǎn)生非重置休眠模式，因此無需在進入休眠模式前存儲數(shù)據(jù)并在退出休眠模式后重新加載數(shù)據(jù)。
用于防止數(shù)字部分104上的信號在模擬部分106中產(chǎn)生噪聲的其它技術(shù)包括改善管芯102的空間布局。如上簡述，在數(shù)字部分104中產(chǎn)生大部分噪聲的模塊可物理地位于管芯102之上，盡量遠離模擬部分106。此外，通過接地槽和/或數(shù)字部分104周圍的法拉第箱(Faradaycage)可提供額外的物理隔離?，F(xiàn)在參考圖5，示例管芯102適宜包括在數(shù)字部分104和模擬部分106間形成的槽504。可利用任何常規(guī)技術(shù)(例如，鋸、蝕刻等)形成槽504，并用諸如金、銀、鋁、銅等的傳導(dǎo)材料填充。在另一實施例中，槽504連接至管芯102上的電氣地，以進一步吸納由槽504吸收的偽信號。槽504適當(dāng)?shù)匮由熘凉苄?02的大部分，但不穿透，以盡可能多地阻止信號進入管芯102的模擬部分106。現(xiàn)在參考圖6，通過在數(shù)字部分104的至少一部分周圍形成法拉第箱，可進一步隔離在數(shù)字部分104中傳播的信號。例如，可通過濺射、淀積或在數(shù)字部分104外表面上形成傳導(dǎo)區(qū)604來產(chǎn)生法拉第箱。這些傳導(dǎo)區(qū)604可由鋁、銅、金、銀、合金或任何其它傳導(dǎo)材料形成。盡管在圖6中將傳導(dǎo)區(qū)604示為“板形”，但替換實施例可在適當(dāng)時采用柵格、網(wǎng)狀或其它圖案。
通過利用此處說明的各種技術(shù)，用于RF/GPS接收機的模擬和數(shù)字電路可集成至公共混模管芯102中，而不犧牲接收機的性能。通過將該混模管芯102與SRAM或其它存儲器108以堆疊結(jié)構(gòu)放置，甚至可將該接收機制作得更加緊湊。因此，此處說明的信號隔離技術(shù)允許利用堆疊的單芯片結(jié)構(gòu)形成完整的RF/GPS接收機。這種緊湊型設(shè)計易于集成至各種便攜電子設(shè)備和其它產(chǎn)品中，以實現(xiàn)任意數(shù)量的增強功能，包括基于位置的服務(wù)等。
盡管在本發(fā)明的前述詳細說明中提供了至少一個示例實施例，但應(yīng)當(dāng)明白，存在大量的變形和等效。例如，盡管此處參考GPS接收機說明本發(fā)明的某些方面，但此處公開的概念可容易地適用于等效的電路和設(shè)備，例如發(fā)射機、收發(fā)信機和/或可用于RF或其它無線通信，包括藍牙、Wi-Fi、無線電話等的接收機。應(yīng)當(dāng)明白，此處包含的實施例僅為示例，目的不是以任何方式限制本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或配置。相反，前述詳細說明為實現(xiàn)本發(fā)明的示例實施例提供方便的指導(dǎo)。對在任何示例實施例中說明的元件的功能與配置可進行各種修改，而不脫離由所附權(quán)利要求及其合法等效表示的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種單片無線器件，該無線器件包括在公共管芯上具有數(shù)字部分與模擬部分的混模集成電路，其中所述模擬部分包括射頻(RF)接收機電路，并且其中，所述數(shù)字部分包括與該RF接收機電路通信的信號處理器；以及與所述混模集成電路進行電子通信的存儲器件，其中，該存儲器件配置為存儲所述信號處理器的電子指令與數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1所述的無線器件，其中，所述RF接收機電路工作于一頻帶之內(nèi)，并且其中，所述數(shù)字部分包括具有提供至所述信號處理器的時鐘頻率的時鐘信號。
3.權(quán)利要求5所述的無線器件，其中，配置所述時鐘頻率，使得該時鐘頻率及該時鐘頻率的任何諧波均不處于所述頻帶之內(nèi)。
4.權(quán)利要求6所述的無線器件，其中，所述RF接收機電路包括濾波器，調(diào)諧該濾波器以從在模擬部分內(nèi)傳播的模擬信號中消除所述時鐘頻率的諧波。
5.一種用于全球定位系統(tǒng)(GPS)的單片接收機，該接收機包括襯底；連接至該襯底并在公共管芯上具有數(shù)字部分與模擬部分的混模集成電路，其中，所述模擬部分包括工作于一頻帶的RF接收機電路，并且其中，所述數(shù)字部分包括與所述RF接收機電路通信的信號處理器，其中，所述數(shù)字部分包括具有提供至所述信號處理器的時鐘頻率的時鐘信號，并且其中，選擇所述時鐘頻率，使得該時鐘頻率或該時鐘頻率的任何諧波均不處于所述頻帶內(nèi)；以及相對于所述襯底與所述混模集成電路堆疊，并配置為與該混模集成電路進行電子通信的存儲器件，其中，配置該存儲器件以存儲所述信號處理器的電子指令與數(shù)據(jù)。
6.一種在公共管芯上形成的與天線通信的無線接收機，該無線接收機包括安置在所述公共管芯上的系統(tǒng)總線；與該系統(tǒng)總線相連的模擬部分，其包括配置為從天線接收模擬信號并提供該模擬信號的數(shù)字表示的射頻(RF)接收機電路；配置為經(jīng)由所述系統(tǒng)總線與該RF接收機電路通信并因此接收所述模擬信號的所述數(shù)字表示的獲取模塊，其中，該獲取模塊進一步配置為處理所述數(shù)字表示，以因此從所述模擬信號提取數(shù)據(jù)；連接至所述系統(tǒng)總線的處理器，其中，該處理器配置為控制所述RF接收機與所述獲取模塊，并且處理來自所述獲取模塊的數(shù)據(jù)，以因此提供所述無線接收機的輸出。
7.權(quán)利要求6所述的無線接收機，進一步包括自動電平控制(ALC)模塊，其將所述模擬部分連接至所述系統(tǒng)總線，其中，該ALC模塊配置為向所述RF接收機提供消隱與電平控制，以響應(yīng)經(jīng)由所述系統(tǒng)總線從所述處理器接收的信號。
8.權(quán)利要求6所述的無線接收機，進一步包括時鐘發(fā)生電路，其配置為作為多個外部基準(zhǔn)中所選的一個的函數(shù)，產(chǎn)生所述處理器和所述獲取模塊的系統(tǒng)時鐘信號。
9.一種與存儲器堆疊并電氣連接至天線的無線接收機的單片管芯，該單片管芯包括安置在所述管芯上的系統(tǒng)總線；與該系統(tǒng)總線相連的模擬部分，其包括配置為從天線接收模擬信號并提供該模擬信號的數(shù)字表示的射頻(RF)接收機電路；配置為經(jīng)由所述系統(tǒng)總線與該RF接收機電路通信并因此接收所述模擬信號的所述數(shù)字表示的獲取模塊，其中，該獲取模塊進一步配置為處理所述數(shù)字表示，以因此從所述模擬信號提取數(shù)據(jù)；連接至所述系統(tǒng)總線的處理器，其中，該處理器配置為控制所述RF接收機與所述獲取模塊，并且處理來自所述獲取模塊的數(shù)據(jù)，以因此提供所述無線接收機的輸出。
全文摘要
一種適用于全球定位系統(tǒng)(GPS)或其它射頻(RF)應(yīng)用的單片無線接收機(100)，其適宜包括混模集成電路和堆疊的存儲器件。該混模集成電路適當(dāng)?shù)卦诠补苄旧习〝?shù)字部分(104)和模擬部分(106)。該模擬部分實現(xiàn)RF接收機電路，并且該數(shù)字部分包括與該RF接收機通信的信號處理器。該存儲器件適當(dāng)?shù)嘏c該集成電路通信，以存儲該信號處理器的電子指令與數(shù)據(jù)。該單片接收機可方便地集成至便攜電子設(shè)備，例如照相機、個人數(shù)字助(PDA)，便攜電話等，以提供位置傳感或其它RF功能。
文檔編號H04B1/28GK1853354SQ200480026804
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者道格拉斯·許克, 弗朗西斯·卡塞伊, 杰弗里·克勒爾, 杰弗里·奧格倫 申請人:摩托羅拉公司