專利名稱：多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及四代移動通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著智能手機和平板電腦的發(fā)展，移動數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)量大幅增長。分時長期演進(Time Division Long Term Evolution,簡稱TD-LTE,是由阿爾卡特-朗訊、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動等業(yè)者，所共同開發(fā)的第四代即4G移動通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn))提高了頻譜利用率，增加了傳輸速率和可處理的數(shù)據(jù)的容量。LTE技術(shù)的成功與否取決于它所存在的生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，與基礎(chǔ)設(shè)施的實施到位相比，收發(fā)機技術(shù)必須以同樣或更快的速度發(fā)展。 由于預(yù)期到的數(shù)據(jù)使用量的爆炸性增長，這促使運營商必須有效使用頻譜資源的和盡快實施頻段超多的LTE技術(shù)。這是一個收發(fā)器設(shè)計的挑戰(zhàn)。第三代合作伙伴項目(3GPP)已經(jīng)用統(tǒng)一頻分雙工(Frequency Division Duplexing ,簡稱FDD)和時分雙工(Time Division Duplexing,簡稱TDD)技術(shù)的方法來回應(yīng)這個挑戰(zhàn)。目前,無線通信頻譜(高達3. 8 GHz)分為43頻帶，I到33頻段被列為LTE-FDD,而33至43被列為的LTE-TDD0從收發(fā)機的角度來講，存在的挑戰(zhàn)是
⑴多頻段如此眾多的LTE頻帶，必須要求多波段收發(fā)器；
⑵多模式在傳統(tǒng)的經(jīng)營網(wǎng)絡(luò)，如寬帶碼分多址(Wideband Code Division MultipleAccess，簡稱WCDMA)，EVDO即EV-D0，是三Evolution (演進)與Data Only的縮寫，全稱為CDMA2000 lxEV-DO的時分同步碼分多址(Time Division-Synchronous Code DivisionMultiple Access,簡稱TD-SCDMA),以及碼分多址(Code Division Multiple Access,簡稱CDMA)和全球移動通訊系統(tǒng)(Global System of Mobile communication,簡稱 GSM)等的漫游，要求多模式收發(fā)器；
⑶雙技術(shù)雙技術(shù)收發(fā)器需要同時支持TDD和FDD技術(shù)。0. 7至2. 7 GHz頻段的收發(fā)器需要同時處理FDD和TDD技術(shù)，如圖1，以支持1_21的FDD頻段和33-41的TDD頻段。這里，需要大量的數(shù)字計算處理能力的問題，通過分配基帶處理器和收發(fā)器處理器之間運算負荷來解決。例如，收發(fā)器配戴嵌入式ARM 處理器，來降低對基帶處理的要求。同時降低功耗，提高動態(tài)調(diào)整能力和加快了響應(yīng)時間。除了多模式，多頻段的要求外，當(dāng)前的多功能射頻收發(fā)器還需要以下特色低功耗、小尺寸、標(biāo)準(zhǔn)化的基帶接口、靈活的射頻接口、載波聚合能力、以及與3GPP標(biāo)準(zhǔn)兼容。中國移動已經(jīng)開始在手機上支持四頻段的高斯濾波最小頻移鍵控(Gauss ianFiltered Minimum Shift Keying,簡稱 GMSK) / 通用分組無線服務(wù)技術(shù)(General PacketRadio Service,簡稱 GPRS)/增強型數(shù)據(jù)速率GSM演進技術(shù)(Enhanced Data Rate for GSMEvolution,簡稱EDGE)(即GGE)，TD-SCDMA,和TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期在2012年開始大規(guī)模使用。
為了有競爭力的面對這個正在開發(fā)的市場，一些技術(shù)方面的問題必須解決。在考慮這個市場上競爭的最佳策略時，必須權(quán)衡頻段分配，同步的語音和數(shù)據(jù)傳輸，瀏覽器對象模型(Browser Object Model,簡稱BOM)成本,性能指標(biāo)。雖然智能手機是進入中國4G LTE市場的的一開始的主要目標(biāo)，硬件和軟件開發(fā)計劃也要考慮其他的細分市場?？紤]因素還包括像歐洲和北美這樣的成熟市場，區(qū)域共享的也以TD-LTE為焦點的區(qū)域性的新興市場如印度，還有像加密狗，數(shù)據(jù)卡這樣的不需要語音服務(wù)的其他的硬件產(chǎn)品。這些額外的因素會影響的硬件和軟件的設(shè)計，必須與針對中國移動的設(shè)計目標(biāo)權(quán)衡考量。必須避免以高端世界級電話平臺為目標(biāo)的極端狀況，比如像能應(yīng)用系統(tǒng)于所有地區(qū)的高通，富士通和ST愛立信的芯片組?？梢杂行У亟鉀Q任何和所有地區(qū)的芯片組。這些芯片作為中端產(chǎn)品不符合成本效益。初步的市場調(diào)研和技術(shù)討論的結(jié)論是優(yōu)化的區(qū)域性的手機，具有成本低，高性能，低電流。如包絡(luò)跟蹤DCDC轉(zhuǎn)換器，天線調(diào)諧/駐波補償電路和閉環(huán)功率控制等特色，將差異化所設(shè)計的產(chǎn)品及解決方案。
圖2顯示了富士通Fujitsu MB86LXXX系列芯片系統(tǒng)功能框圖，八路發(fā)射器輸出來驅(qū)動片外功率放大器，九路主要輸入和五路次要輸入支持GSM(GSM850、EGSM900、DCS1800和 PCS 1900) WCDMA (頻段 I、II、III、IV、V、VI、VIII、IX、X 和 XI )，LTE (FDD 頻段 1、3、4、6、7、8、9、10、11、13、17，和 TDD 頻段 38 或 40)。雖然上述解決方法聲稱與世界范圍的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容，手機持有者可以在世界范圍內(nèi)漫游，但是在世界標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全確定的情況下，如此的設(shè)計的主要問題是成本太高，不適用于中底檔的手機、平板電腦和數(shù)據(jù)卡中。成本高的主要原因有二，首先由于射頻輸入輸出較多(27個)，導(dǎo)致芯片封裝較大(6. 5mm x 9. Omm x I. 0mm)，而且設(shè)計受制于接口數(shù)量。其次因為眾多的射頻前端放大器導(dǎo)致芯片面積較大，價格沒有競爭優(yōu)勢。由于2G第二代手機(參見圖3)市場已經(jīng)非常成熟，從硬件和軟件的重復(fù)利用，以及產(chǎn)品上市時間的角度考慮，手機的系統(tǒng)方案是在原來的2G語音方案的基礎(chǔ)上增加LTE/3G的寬帶數(shù)據(jù)功能，所以手機解決方案通常包括6個功能模塊4G/3G/2G射頻前端收發(fā)器、功率放大器(Power Amplifier)、基帶處理器(Baseband)、應(yīng)用系統(tǒng)處理器(Application Processor)、存儲器(Memory)與電源管理模塊(Power Management Unit)。當(dāng)前多標(biāo)準(zhǔn)手機的功耗和性能等技術(shù)問題至使其不能大規(guī)模上市和推廣的原因之一，就是因為設(shè)計不夠?qū)Ｒ缓图毣?，片面追求多?biāo)準(zhǔn)、世界型而犧牲芯片性能。為了覆蓋TD-LTE，TD-SCDMA以及4頻GSM (Quad-GSM)所有頻段，在圖4所示的傳統(tǒng)移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)中，接收機前端必須使用聲表面濾波器(SAWfilter)來減小頻段之間的互相干擾，34、38、39和40波段，四個波段需要四個聲表面濾波器，LTE接收機要求多樣化(diversity)來提高數(shù)據(jù)率和靈敏度，所以另外三個聲表面濾波器給三個LTE波段，38、39、和40波段。為了兼容2代手機(參見圖3)，需要支持個人通訊服務(wù)(Personal Communications Service,簡稱PCS)標(biāo)準(zhǔn)的2波段、分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System,簡稱DCS)標(biāo)準(zhǔn)的3波段、增強型全球移動通信系統(tǒng)(Enhanced Global System for Mobile Communications,簡稱 EGSM)標(biāo)準(zhǔn)的 5 波段、以及GSM標(biāo)準(zhǔn)的8波段，所以接收機需要11個聲表面濾波器，一共11個接收輸入端。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在成本高、系統(tǒng)復(fù)雜度高、兼容性差與占用空間大等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，以實現(xiàn)成本低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、兼容性好與占用空間小的優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的在于，提出多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，即至少包括基于該射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，包括
LTE多樣化接收機，用于對預(yù)設(shè)頻譜(如天線單端接收頻率為869-2620MHZ)的射頻信號，進行至少包括跟蹤濾波、混頻、可變增益中頻和/或低噪聲放大、功率探測與AD轉(zhuǎn)換操作中任意多種的前端處理；
單一頻率合成器，用于基于所述LTE多樣化接收機進行前端處理所得前端處理結(jié)果，進行至少包括多模數(shù)分頻、鑒相、振蕩、低通濾波與調(diào)制操作中任意多種的頻率合成處理；發(fā)射機，用于基于所述單一頻率合成器發(fā)送的頻率合成結(jié)果，進行至少包括射頻DA轉(zhuǎn)換、信號衰減與變頻操作中任意多種的頻率轉(zhuǎn)換處理，并將頻率轉(zhuǎn)換處理所得頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果(如頻率為2300-2620MHZ的高頻信號、頻率為1880_2025MHz的中頻信號、以及頻率為824-915MHz的低頻信號)，分別從高頻輸出端、中頻輸出端及低頻輸出端進行三端輸出。進一步地，所述LTE多樣化接收機，包括并行設(shè)置的兩個信號處理通道、以及配合設(shè)置在所述兩個信號處理通道之間的功率探測器；
每個信號處理通道，包括依次信號連接的LNA/ VGA、混頻器、PGA/ LPF、以及并行設(shè)置的兩個ADC，以及信號連接在LNA/ VGA輸出端的至少為Q增強型和/或Q可調(diào)型的跟蹤濾波器；
所述兩個ADC的第一輸出端，分別用作LTE多樣化接收機的多樣化正交I輸出端RXI_diversity與多樣化正交Q輸出端RXQ_diVersity、或者用作LTE接收機的正交I輸出端RXI與接收機正交Q輸出端RXQ ;兩個ADC的第二輸出端相連，用于接收從頻率合成器來的信號作為采樣頻率；
所述功率探測器，連接在兩個信號處理通道中LNA/VGA輸出端之間；功率探測器的輸出端，用于輸出功率探測結(jié)果。進一步地，在所述跟蹤濾波器內(nèi)部，設(shè)有片內(nèi)Q值矯正單元；所述片內(nèi)Q值矯正單元，包括LNA、濾波模塊、本振產(chǎn)生器、比較器與數(shù)字矯正中央控制器；其中
所述LNA的輸出端，分別與濾波模塊的輸入端、以及比較器的第一輸入端連接；本振產(chǎn)生器的輸出端與比較器的第二輸入端連接，比較器的輸出端與數(shù)字矯正中央控制器的輸入端連接，數(shù)字矯正中央控制器的輸出端與濾波模塊的控制端連接。 進一步地，所述頻率合成器，包括與每個信號處理通道中的兩個ADC連接的MMD，與每個信號處理通道中的混頻器連接的接收本振產(chǎn)生器，分別與所述MMD及接收本振產(chǎn)生器連接的發(fā)射本振產(chǎn)生器，依次與發(fā)射本振產(chǎn)生器連接的自動頻率控制器、PFD/CP、以及數(shù)控晶振，以及分別與自動頻率控制器及PFD/CP連接的調(diào)制器。
進一步地，所述發(fā)射機包括與發(fā)射本振產(chǎn)生器的1880-2025MHZ射頻信號輸出端連接的中頻發(fā)射單元，與發(fā)射本振產(chǎn)生器的2300-2620MHZ射頻信號輸出端連接的高頻發(fā)射單元，以及與發(fā)射本振產(chǎn)生器的低頻射頻信號輸出端連接的低頻發(fā)射單元；
所述高頻發(fā)射單元的第一輸入端與中頻發(fā)射單元的第一輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXI ;高頻發(fā)射單元的第二輸入端與中頻發(fā)射單元的第二輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXQ。進一步地，所述高頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與所述兩個RFDAC的輸出端交叉連接的高波段變壓器；
所述中頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與所述兩個RFDAC的輸出端交叉連接的中波段變壓器； 所述低頻發(fā)射單元，包括功放驅(qū)動器(PAD)，以及與所述PAD的輸出端連接的低波段變壓器。進一步地，每個RFDAC，用于接收由BBIC提供的時鐘為ClockBB的數(shù)據(jù)，包括依次與BBIC信號連接的DAC及混頻器。進一步地，每個RFDAC單元還包括數(shù)字控制單元，所述數(shù)字控制單元分別與DAC及混頻器信號連接；
在Quad-GSM模式，所述數(shù)字控制單元，用于采用編程的方式，將TD-LTD模式與TD-SCDMA模式的數(shù)據(jù)線斷開，使RFDAC的混頻及DA轉(zhuǎn)換功能暫停，僅實現(xiàn)對LOGEN來到信號Lop和Lon的緩沖放大功能
同時，本發(fā)明采用的另一技術(shù)方案是基于以上所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，至少包括基于所述射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)；
該多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)，包括基帶處理芯片(BBIC)，與所述BBIC信號連接、用于實現(xiàn)多頻段信號收發(fā)、且基于所述射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的射頻集成電路(RFIC)，分別與所述RFIC信號連接的多頻段功率放大器(PA)，分別與RFIC及多頻段PA信號連接的高功率RF開關(guān)，以及分別與RFIC及高功率RF開關(guān)信號連接的天線。進一步地，所述高功率RF開關(guān)，至少包括高功率單刀5擲開關(guān)(SP5T);所述多頻段PA，包括并行信號連接在RFIC與SP5T之間的34及49波段PA、38及40波段PA、以及800-900MHz 波段 PA。本發(fā)明各實施例的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)包括LTE多樣化接收機，用于對預(yù)設(shè)頻譜的射頻信號，進行至少包括跟蹤濾波、混頻、可變增益中頻和/或低噪聲放大、功率探測與AD轉(zhuǎn)換的前端處理；單一頻率合成器，用于對所得前端處理結(jié)果，進行至少包括多模數(shù)分頻、鑒相、振蕩、低通濾波與調(diào)制的頻率合成處理；發(fā)射機，用于對所得頻率合成結(jié)果，進行至少包括射頻DA轉(zhuǎn)換、信號衰減與變頻的頻率轉(zhuǎn)換處理，并進行高、中、低三端輸出；可以減少硬件成本和封裝接口，減小系統(tǒng)的復(fù)雜度、提高系統(tǒng)的可行性；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、系統(tǒng)復(fù)雜度高、兼容性差與占用空間大的缺陷，以實現(xiàn)成本低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、兼容性好與占用空間小的優(yōu)點。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中
圖I為四代無線通信頻譜分配示意 圖2為Fujitsu MB86Lxxx系列芯片系統(tǒng)的工作原理示意圖；
圖3為TD-LTE/TD-SCDMA/2G兼容手機的工作原理示意 圖4為傳統(tǒng)移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)的工作原理示意 圖5為基于本發(fā)明的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)的工作原理示意 圖6為基于本發(fā)明的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)具體為TD-LTE/TD-SCDMA射頻集成電路(RFIC)前端部分的工作原理示意 圖7為顯示片內(nèi)射頻濾波器校正原理的框 圖7a為不同Q值的濾波波形；
圖7b為濾波器Q值矯正框 圖7c為射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RFDAC)的電氣原理示意 圖7d為RFDAC編程為緩沖器的電氣原理示意 圖7e為跟蹤濾波器的電氣原理示意 圖7f為基于圖7e的Q增強量可調(diào)節(jié)的跟蹤濾波器的電氣原理示意 圖7g為基于圖7e的Q增強型寬帶的跟蹤濾波器的電氣原理示意 圖8為TD-SCDMA模式34波段和39波段射頻集成電路(RFIC)前端收發(fā)系統(tǒng)的工作原理示意 圖9為TD-SCDMA模式40波段射頻集成電路(RFIC)前端收發(fā)系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖10為TD-LTE模式38波段射頻集成電路(RFIC)前端收發(fā)系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖11為TD-LTE模式39波段射頻集成電路(RFIC)前端收發(fā)系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖12為Quad-GSM模式2、3、5、8波段射頻集成電路(RFIC)前端收發(fā)系統(tǒng)的工作原理示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。射頻前端收發(fā)系統(tǒng)實施例
根據(jù)本發(fā)明實施例，如圖6-圖12所示，提供了多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，以實現(xiàn)成本和性能優(yōu)化的TD-LTE/TD-SCDMA/Quad-GSM射頻前端系統(tǒng)架構(gòu)，集中研究頻譜相對集中的LTE-TDD頻段，從1850MHz到2660MHz，同時支持TD-SCDMA (3G)，LTE-TDD (4G)以及成熟的四波段2G標(biāo)準(zhǔn)
Band 2: 1930 1990MHz RX, 1850_1910MHz TX (PCS)；Band 3: 1805 1880MHz RX, 1710_1785MHz TX (DCS)；
Band 5: 869 894MHz RX, 824 849MHz TX (EGSM)；
Band 8: 925 960MHz RX, 880 915MHz TX (GSM)；
Band 34: 2010 2025MHz (TD-SCDMA)；
Band 38: 2570 2620MHz (TD-LTE)；
Band 39F: 1880 1900MHz (TD-LTE)；
Band 39S: 190(Tl920MHz (TD-SCDMA)；
Band 40: 2300^2400MHz (TD-SCDMA)。如圖6所示，本實施例的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，包括依次信號連接的LTE多樣化接收機、頻率合成器與發(fā)射機。其中，上述LTE多樣化接收機，用于對預(yù)設(shè)頻譜(如天線單端接收頻率為869-2620MHZ)的射頻信號，進行至少包括跟蹤濾波、混頻、可變增益中頻和/或低噪聲放大、功率探測與AD轉(zhuǎn)換操作中任意多種的前端處理，并將所得前端處理結(jié)果發(fā)送至單一頻率合成器。需要說明的是，該接收機(Receiver)包括兩路，兩路結(jié)構(gòu)完全相同，上面接收機標(biāo)有多樣化(Divercity)標(biāo)識，是專門為實現(xiàn)LTE的標(biāo)準(zhǔn)要求，利用多樣化、多信道來提高數(shù)據(jù)率和靈敏度。接收機部分第一模塊為低噪聲放大器(Low Noise Amplifier，簡稱LNA)，在保證本身低噪聲的同時，通過其增益一致后端模塊的噪聲；其后的可變增益模塊(VariblGain Amplifier,簡稱VGA),用于控制低噪聲放大器的增益,來滿足接收機動態(tài)范圍的要求，也就是根據(jù)使接收機可以根據(jù)輸入信號的大小來調(diào)節(jié)其增益的大小。跟蹤濾波器(Tracking Filter)根據(jù)接收頻道信息，調(diào)整濾波器中心頻率，濾除帶外干擾，保護之后的混頻器工作在它的線性度范圍。功率探測器感知濾波后的信號功率大小，為基帶處理器提供信號功率信息來設(shè)置接收機?；祛l器把本振發(fā)生器的頻率信號與接收頻率混頻，把接收到的頻率信號轉(zhuǎn)化為低頻信號，中頻可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier,簡稱PGA)，進一步把小信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器可處理的幅度，同時控制增益來適應(yīng)不同的輸入信號幅度。低通濾波器(Low Pass Filter,簡稱LPF)進一步在中頻濾除帶外干擾信號，確保信號處于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter,簡稱ADC)可處理的信號動態(tài)范圍內(nèi)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以供數(shù)字基帶處理器(Baseband，簡稱BB)處理。上述單一頻率合成器，用于基于上述LTE多樣化接收機進行前端處理所得前端處理結(jié)果，進行至少包括多模數(shù)分頻、鑒相、振蕩、低通濾波與調(diào)制操作中任意多種的頻率合成處理，并將所得頻率合成結(jié)果發(fā)送至發(fā)射機。需要說明的是，數(shù)字控制晶振(DigitalControledControlled CrystalOscilatorOscillator，簡稱DCX0)利用較為精確片外晶振，與片內(nèi)振蕩電路結(jié)合產(chǎn)生精確的26MHz頻率信號作為頻率合成器的參考源，壓控振蕩器(Voltage COntroled Ocsilator,簡稱VC0)產(chǎn)生的頻率信號經(jīng)過模擬除發(fā)器除2后由多模式除發(fā)器(Multi-ModulasDivider,簡稱MMD)后的26MHz頻率信號，通過鑒相器(Phase Frequency Detector,簡稱 PFD)與數(shù)控晶振產(chǎn)生的參考源比較，它們的頻率和相位的不同之處通過電壓泵(ChargePump，CP)轉(zhuǎn)化為電壓，來反饋調(diào)整壓控振蕩器的電壓，從而輸出穩(wěn)定精確的頻率信號，為抑制數(shù)字多磨分頻器引入的雜擾，在電壓泵和壓控振蕩器之間加環(huán)路濾波器(Loop Filter,簡稱LP)。自動頻率控制(Automatic Frequency Control,簡稱AFC),對壓控振蕩器在鎖定之前的頻率進行粗調(diào)。Delata-Sigma調(diào)制器(Delat-Sigma Modulator,簡稱DSM)通過調(diào)整多模分頻器的分頻倍數(shù)，引入調(diào)制信號。為GMSK的頻率合成器直接調(diào)制模式使用。上述發(fā)射機，用于基于頻率合成器進行頻率合成處理所得頻率合成結(jié)果，進行至少包括射頻DA轉(zhuǎn)換、信號衰減與變頻操作中任意多種的頻率轉(zhuǎn)換處理，并將頻率轉(zhuǎn)換處理所得頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果(如頻率為2300-2620MHZ的高頻信號、頻率為1880_2025MHz的中頻信號、以及頻率為824-915MHZ的低頻信號)，分別從高頻輸出端、中頻輸出端及低頻輸出端進行三端輸出。 需要說明的是，高、中、低各波段的正交I輸出和Q輸出在變壓器處相加，取消鏡像信號，由于是差分設(shè)計，本振泄漏也在此處取消。中波段的本振正交I和Q輸入信號頻率為1880MHz到2025MHz，高波段的本振正交I和Q輸入信號頻率為23000MHz到2620MHz。在TD-SCDMA, TD-LTEh和EDGE模式，高波段和中波段部分分別接受由基帶處理器而來的正交輸入信號TXI和TXQ，RFDAC為射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器，后面有詳細描述。在GMSK模式，調(diào)制信號直接由頻率合成器的Delta-Sigma調(diào)制器接入，中頻(PCS和DCS波段)RFDAC將有基帶處理器編程為緩沖放大器，如圖7d所示，而低頻(GSM和EGSM)的GMSK信號將有功放驅(qū)動器直接輸出。具體地，如圖6所示，上述LTE多樣化接收機，包括并行設(shè)置的兩個信號處理通道、以及配合設(shè)置在兩個信號處理通道之間的功率探測器；每個信號處理通道，包括依次信號連接的LNA/ VGA、混頻器、PGA/ LPF、以及并行設(shè)置的兩個ADC，以及信號連接在LNA/ VGA輸出端的至少為Q增強型和/或Q可調(diào)型的跟蹤濾波器；
兩個ADC的第一輸出端，分別用作LTE多樣化接收機的多樣化正交I輸出端RXI_diversity與多樣化正交Q輸出端RXQ_diVersity、或者用作LTE接收機的正交I輸出端RXI與接收機正交Q輸出端RXQ ;兩個ADC的第二輸出端相連，用于接收從頻率合成器來的信號作為采樣頻率；功率探測器，連接在兩個信號處理通道中LNA/VGA輸出端之間；功率探測器的輸出端，用于輸出功率探測結(jié)果。在將上述LTE多樣化接收機用作單端輸入的多頻段接收機的實現(xiàn)過程中，由于沒有前端的濾波器，低噪聲放大器(LNA)的前端跨導(dǎo)級(Gm)不僅能夠放大微弱信號，同時在面對功率高達OdBm的帶外干擾信號(Blocker)時，不能失真。為此，可以采取AB類和A類復(fù)合型跨導(dǎo)級，當(dāng)帶外干擾信號來臨是，由AB類提供更多的電流來保證不失真，而由A類跨導(dǎo)級來保證小信號線性度和靈敏度?？勺冊鲆娣糯笃?VGA)用來保證接收機的動態(tài)范圍。射頻濾波器位于LNA輸出端，由輸出電感，電容庫和負跨導(dǎo)三部分組成，1880 2620MHz目標(biāo)頻段比較有利于較高Q值片內(nèi)電感的實現(xiàn)，頻率不是很高而且電感值不用太大以至于需要很大的芯片面積，電容庫用來調(diào)整目標(biāo)頻段，負跨導(dǎo)可以把整體Q值提高到20以上。同時結(jié)合占空比25%本地振蕩器信號被動混頻器和之后的中頻濾波，整體達到20dBc的20MHz帶外信號抑制能力，能夠達到系統(tǒng)指標(biāo)要求。如圖6所示，上述頻率合成器，包括與每個信號處理通道中的兩個ADC連接的MMD，與每個信號處理通道中的混頻器連接的接收本振產(chǎn)生器，分別與MMD及接收本振產(chǎn)生器連接的發(fā)射本振產(chǎn)生器，依次與發(fā)射本振產(chǎn)生器連接的自動頻率控制器、PFD/CP、以及數(shù)控晶振，以及分別與自動頻率控制器及PFD/CP連接的調(diào)制器。在將頻率合成器用作單一頻率合成器的過程中，因為TD-LTE和TD-SCDMA都是時分雙工(time division duplex TDD)的系統(tǒng),接收發(fā)射分時(不同時)進行,所以接收器和發(fā)射器可以使用同一頻率合成器，與雙頻率合成器系統(tǒng)相比減少系統(tǒng)復(fù)雜程度，同時由于減少芯片面積減少了成本。如圖6所示，上述發(fā)射機包括與發(fā)射本振產(chǎn)生器的1880-2025MHZ射頻信號輸出端連接的中頻發(fā)射單元，與發(fā)射本振產(chǎn)生器的2300-2620MHZ射頻信號輸出端連接的高頻發(fā)射單元，以及與發(fā)射本振產(chǎn)生器的低頻射頻信號輸出端連接的低頻發(fā)射單元；
高頻發(fā)射單元的第一輸入端與中頻發(fā)射單元的第一輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXI ；高頻發(fā)射單元的第二輸入端與中頻發(fā)射單元的第二輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXQ。上述高頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與兩個RFDAC的輸出端交叉連接的高波段變壓器；中頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與兩個 RFDAC的輸出端交叉連接的中波段變壓器；低頻發(fā)射單元，包括功放驅(qū)動器(PAD)，以及與PAD的輸出端連接的低波段變壓器。這里,發(fā)射機可以作為三輸出發(fā)射器,如圖5所示，由于發(fā)射機輸出頻譜純凈度，效率和線性度的要求，片外分為獨立高頻、中頻和低頻三路，高頻的B38和B40，中頻的B2，B3，B34和39，以及低頻B5和B8。同樣道理片內(nèi)的信號通道也分為獨立高頻、中頻和低頻三路，以便單獨優(yōu)化設(shè)計?；趫D6所示的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，可以構(gòu)成如圖5所示的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)。在圖5中，采用頻率合成器，對多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的前端部分進行優(yōu)化；例如，可以兼容TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)、TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)與Quad-GSM標(biāo)準(zhǔn)等。其中，接收機使用片內(nèi)可校正、可重構(gòu)的跟蹤濾波器，這樣，波段2、3、5、8、34、38、39和40，頻率信號從869MHz到2620MHz共用同一個輸入端，經(jīng)由片內(nèi)Q增強型的濾波器，根據(jù)接收頻段不同對信號進行選擇，與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，減小了 11個聲表面濾波器，從而減小了成本；芯片包裝減小了 10個接收機輸入端，從而減小了系統(tǒng)的復(fù)雜度和提高了系統(tǒng)的可行性；然而這樣的接收機需要面對高線性低噪聲前端器件的設(shè)計和片內(nèi)濾波處理的問題。圖7可以顯示片內(nèi)射頻濾波器的校正過程，圖中深色模塊為在校正過程中激活的功能模塊，此時前端模塊通過增加負跨導(dǎo)值編程為振蕩器，振蕩器頻率與頻率合成器信號混頻后輸出基帶中頻信號，由基帶電路來檢測頻率，通過調(diào)整前端的電容庫來設(shè)定射頻濾波器，設(shè)定后通過減小負跨導(dǎo)使前端器件離開震蕩狀態(tài)，進入放大狀態(tài)。此時射頻濾波器Q值最高，濾波器的選擇性最好，如圖7a所示濾波器的Q值可以從3提高到100左右。如圖7b所示，在上述跟蹤濾波器內(nèi)部(即跟蹤濾波器的芯片內(nèi)部，Chip Inside),設(shè)有片內(nèi)Q值矯正單元；片內(nèi)Q值矯正單元，包括低噪聲放大器(LNA)、濾波模塊、本振產(chǎn)生器(Local Oscilator)、比較器與數(shù)字矯正中央控制器(Digital Calibration Engine);其中LNA的輸出端,分別與濾波模塊的輸入端、以及比較器的第一輸入端連接；本振產(chǎn)生器的輸出端與比較器的第二輸入端連接，比較器的輸出端與數(shù)字矯正中央控制器的輸入端連接，數(shù)字矯正中央控制器的輸出端與濾波模塊的控制端連接。在圖7b中，對跟蹤濾波器的Q值進行校正，數(shù)字校正發(fā)動機控制整個校正過程和時序，校正過程包括
⑴把LNA輸入端從天線斷開，通過增加負跨導(dǎo)把濾波器編程為振蕩器；
⑵把本地振蕩器(即本振產(chǎn)生器)編程為期望頻段的中心頻率。通過混頻器的中頻輸出端DC直流偏置檢測到振蕩器的起振。減小負跨導(dǎo)值，直到前端振蕩消失，記錄負跨導(dǎo)值設(shè)置。增加一個固定的負跨導(dǎo)值設(shè)置余量來保證前端放大濾波穩(wěn)定。此時Q值最佳。如圖7c所示，每個RFDAC，用于接收由BBIC提供的時鐘為ClockBB的數(shù)據(jù)，包括依次與BBIC信號連接的DAC及混頻器。圖7c可以顯示上述實施例采用的RF-DAC式的發(fā)射機電路，使用fL0/2頻率來作為DAC的采樣頻率，這樣DAC采樣頻率2倍頻fLO為輸出信號，不須濾除，可以與發(fā)射機輸出信號直接疊加后輸出，增強了輸出信號功率，而3倍頻以上的DAC重復(fù)頻譜由于頻率很高，可以由輸出端射頻變壓器的選擇性濾除，這樣系統(tǒng)不需要低通濾波器，也不需要電流電壓的轉(zhuǎn)換接口模塊，從而與傳統(tǒng)的發(fā)射機相比，減小了功耗和噪聲。由于采用數(shù)字化單元設(shè)計，多單元的加權(quán)可以驅(qū)動片外的功放，所以此系統(tǒng)也不需要功放驅(qū)動器(PAD)模塊。如圖7d所示，每個RFDAC單元還包括數(shù)字控制單元，數(shù)字控制單元分別與DAC及混頻器信號連接；在Quad-GSM模式，數(shù)字控制單元，用于采用編程的方式，將TD-LTD模式與TD-SCDMA模式的數(shù)據(jù)線斷開，使RFDAC的混頻及DA轉(zhuǎn)換功能暫停，僅實現(xiàn)對LOGEN來到信號Lop和Lon的緩沖放大功能。在Quad-GSM模式，為了滿足嚴格系統(tǒng)的噪聲的要求，也由于此模式信號帶寬200KHZ較窄，比較適于基帶信號直接調(diào)制頻率合成器的方式，所以此模式發(fā)射機不需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器，為了與其他模式共用中頻段(MB)輸出模塊及片內(nèi)變壓器，可以采用可編程的方式，通過數(shù)字控制單元把數(shù)模轉(zhuǎn)換器編程為輸出緩沖器?？梢园哑渌Ｊ绞褂玫臄?shù)據(jù)線斷開，把DAC單元的器件接入固定電平，如高電平給NMOS，使之處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時，RF-DAC沒有混頻和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能，只有對LOGEN來到信號Lop和Lon的緩沖放大功能。以下為各種不同模式的系統(tǒng)框圖，深色的功能模塊為該模式時需要激活的模塊，淺色的模塊在此模式時關(guān)閉，以節(jié)省電流。各種模式時頻率合成器產(chǎn)生相應(yīng)模式的頻率信號，所有接收和發(fā)射相關(guān)的模塊都設(shè)置為該模式的頻率及帶寬。在圖7e和圖7f中，采用單端輸入共刪放大器設(shè)計，輸入從器件Ml的源極加入，漏極輸出，它的的輸入阻抗匹配是寬帶的，只要滿足1/g
權(quán)利要求
1.多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，包括 LTE多祥化接收機，用于對預(yù)設(shè)頻譜的射頻信號，進行至少包括跟蹤濾波、混頻、可變增益中頻和/或低噪聲放大、功率探測與AD轉(zhuǎn)換操作中任意多種的前端處理； 單ー頻率合成器，用于基于所述LTE多祥化接收機進行前端處理所得前端處理結(jié)果，進行至少包括多模數(shù)分頻、鑒相、振蕩、低通濾波與調(diào)制操作中任意多種的頻率合成處理； 所述發(fā)射機，用于基于所述單ー頻率合成器進行頻率合成處理所得頻率合成結(jié)果，進行至少包括射頻DA轉(zhuǎn)換、信號衰減與變頻操作中任意多種的頻率轉(zhuǎn)換處理，并將頻率轉(zhuǎn)換處理所得頻率轉(zhuǎn)換結(jié)果，分別從高頻輸出端、中頻輸出端及低頻輸出端進行三端輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述LTE多祥化接收機，包括并行設(shè)置的兩個信號處理通道、以及配合設(shè)置在所述兩個信號處理通道之間的功率探測器； 每個信號處理通道，包括依次信號連接的LNA/ VGA、混頻器、PGA/ LPF、以及并行設(shè)置的兩個ADC，以及信號連接在LNA/ VGA輸出端的至少為Q增強型和/或Q可調(diào)型的跟蹤濾波器； 所述兩個ADC的第一輸出端，分別用作LTE多樣化接收機的多樣化正交I輸出端RXI_diversity與多樣化正交Q輸出端RXQ_diVersity、或者用作LTE接收機的正交I輸出端IRXI與接收機正交Q輸出端RXQ ;兩個ADC的第二輸出端相連，用于接收從頻率合成器來的信號作為采樣頻率； 所述功率探測器，連接在兩個信號處理通道中LNA/VGA輸出端之間；功率探測器的輸出端，用于輸出功率探測結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，在所述跟蹤濾波器內(nèi)部，設(shè)有片內(nèi)Q值矯正単元；所述片內(nèi)Q值矯正単元，包括LNA、濾波模塊、本振產(chǎn)生器、比較器與數(shù)字矯正中央控制器；其中 所述LNA的輸出端，分別與濾波模塊的輸入端、以及比較器的第一輸入端連接；本振產(chǎn)生器的輸出端與比較器的第二輸入端連接，比較器的輸出端與數(shù)字矯正中央控制器的輸入端連接，數(shù)字矯正中央控制器的輸出端與濾波模塊的控制端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述單ー頻率合成器，包括與每個信號處理通道中的兩個ADC連接的MMD，與每個信號處理通道中的混頻器連接的接收本振產(chǎn)生器，分別與所述MMD及接收本振產(chǎn)生器連接的發(fā)射本振產(chǎn)生器，依次與發(fā)射本振產(chǎn)生器連接的自動頻率控制器、PFD/CP、以及數(shù)控晶振，以及分別與自動頻率控制器及PFD/CP連接的調(diào)制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射機包括與發(fā)射本振產(chǎn)生器的1880-2025MHZ射頻信號輸出端連接的中頻發(fā)射單元，與發(fā)射本振產(chǎn)生器的2300-2620MHZ射頻信號輸出端連接的高頻發(fā)射單元，以及與發(fā)射本振產(chǎn)生器的低頻射頻信號輸出端連接的低頻發(fā)射単元； 所述高頻發(fā)射單元的第一輸入端與中頻發(fā)射単元的第一輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXI ;高頻發(fā)射単元的第二輸入端與中頻發(fā)射単元的第二輸入端，為發(fā)射機正交輸入端TXQ。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與所述兩個RFDAC的輸出端交叉連接的高波段變壓器； 所述中頻發(fā)射單元，包括并行設(shè)置的兩個RFDAC，以及原邊與所述兩個RFDAC的輸出端交叉連接的中波段變壓器； 所述低頻發(fā)射單元，包括功放驅(qū)動器PAD，以及與所述PAD的輸出端連接的低波段變壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，每個RFDAC，用于接收由BBIC提供的時鐘為ClockBB的數(shù)據(jù)，包括依次與BBIC信號連接的DAC及混頻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，其特征在干，每個RFDAC單元還包括數(shù)字控制單元，所述數(shù)字控制單元分別與DAC及混頻器信號連接； 在Quad-GSM模式，所述數(shù)字控制單元，用于采用編程的方式，將TD-LTD模式與TD-SCDMA模式的數(shù)據(jù)線斷開，使RFDAC的混頻及DA轉(zhuǎn)換功能暫停，僅實現(xiàn)對LOGEN來到信號Lop和Lon的緩沖放大功能。
9.基于根據(jù)權(quán)利要求I所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于，至少包括多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)； 該多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端系統(tǒng)，包括基帶處理芯片BBIC，與所述BBIC信號連接、用于實現(xiàn)多頻段信號收發(fā)、且基于所述射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的射頻集成電路RFIC，分別與所述RFIC信號連接的多頻段功率放大器PA，分別與RFIC及多頻段PA信號連接的高功率RF開關(guān)，以及分別與RFIC及高功率RF開關(guān)信號連接的天線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在干，所述高功率RF開關(guān)，至少包括高功率單刀5擲開關(guān)SP5T ;所述多頻段PA，包括并行信號連接在RFIC與SP5T之間的34及49波段PA、38及40波段PA、以及.800-900MHz 波段 PA。
全文摘要
本發(fā)明公開了多標(biāo)準(zhǔn)全兼容移動用戶終端芯片的射頻前端收發(fā)系統(tǒng)，包括LTE多樣化接收機，用于對預(yù)設(shè)頻譜的射頻信號，進行至少包括跟蹤濾波、混頻、可變增益中頻和/或低噪聲放大、功率探測與AD轉(zhuǎn)換的前端處理；單一頻率合成器，用于對所得前端處理結(jié)果，進行至少包括多模數(shù)分頻、鑒相、振蕩、低通濾波與調(diào)制的頻率合成處理；發(fā)射機，用于對所得頻率合成結(jié)果，進行至少包括射頻DA轉(zhuǎn)換、信號衰減與變頻的頻率轉(zhuǎn)換處理，并進行高、中、低三端輸出。本發(fā)明所述系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、系統(tǒng)復(fù)雜度高、兼容性差與占用空間大等缺陷，以實現(xiàn)成本低、系統(tǒng)復(fù)雜度低、兼容性好與占用空間小的優(yōu)點。
文檔編號H04B1/40GK102694567SQ20121019243
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者栗強 申請人:天津里外科技有限公司