具有通用巴倫和混頻器的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器包括通用巴倫、控制器、至少一個第一開關(guān)、和至少一個第二開關(guān)。通用巴倫包括原線圈和副線圈。響應(yīng)于通過控制器提供的控制信號,至少一個第一開關(guān)將巴倫的原線圈連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一信號路徑,或者連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二信號路徑。響應(yīng)于通過控制器提供的控制信號,至少一個第二開關(guān)將巴倫的副線圈連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑,或者連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑。通用混頻器被配置成根據(jù)已選擇的通信標(biāo)準(zhǔn)將升頻的信號提供到所述信號路徑中的一個信號路徑。
【專利說明】具有通用巴倫和混頻器的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請
[0002]該申請要求2011年5月12日遞交的第61/485456號美國專利申請的權(quán)益,其以全文引用的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文描述的發(fā)明總體涉及RF收發(fā)器,尤其涉及被設(shè)計成在多頻帶中根據(jù)多個通信標(biāo)準(zhǔn)要求運(yùn)行的收發(fā)器。
【背景技術(shù)】
[0004]與多個通信標(biāo)準(zhǔn)(例如,第二代(2G)標(biāo)準(zhǔn)、第2.5代(2.5G)標(biāo)準(zhǔn)、和第三代(3G)標(biāo)準(zhǔn))兼容的蜂窩電話發(fā)射器子系統(tǒng)是可用的。2G和2.5G標(biāo)準(zhǔn)兩者都是指可以組合的較低帶寬的系統(tǒng)。2G標(biāo)準(zhǔn)和2.5G標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了可以結(jié)合的低帶寬系統(tǒng)。3G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了較大的帶寬和較大的動態(tài)范圍,且通常以獨立的IC芯片來實現(xiàn)。當(dāng)提供用于所有三個標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)器時,收發(fā)器可需要用于2G/2.5G和3G的操作的獨立的硬件和/或插腳。操作頻率的低頻帶(824MHz-915MHz)和高頻帶(1710MHz_1980MHz)都需要它們自身的2G/2.5G輸出端和3G輸出端(在所有的4個插腳中)以驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)50 Q負(fù)載。此外,在高頻帶中任何適用的子頻帶會需要額外的輸出端(例如,在兩個以上的插腳)。
[0005]差分操作對于電路設(shè)計是最佳的且減少了偏離的影響等。然而,單端輸出的使用會浪費(fèi)一半的硬件和可用的電流,或者需要差分到單端變換。另外,因為收發(fā)器通常驅(qū)動50 Q負(fù)載,電流消耗會比期望的電流消耗高。具體地,收發(fā)器芯片通常能夠提供大的輸出振蕩,其不能直接被50Q負(fù)載利用。需要較高的輸出阻抗和由此較高的振蕩以減少收發(fā)器的電流消耗。因此,仍需要改善的2G/2.5G/3G收發(fā)器設(shè)計。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]一種示例性多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器使用通用巴倫(S卩,平衡至非平衡變換器),以減少收發(fā)器芯片面積且提供阻抗變換。示例性多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器包括通用巴倫、控制器、至少一個第一開關(guān),和至少一個第二開關(guān)。通用巴倫包括原線圈和副線圈??刂破鞲鶕?jù)第一通信標(biāo)準(zhǔn)或第二通信標(biāo)準(zhǔn)控制收發(fā)器。響應(yīng)于通過控制器提供的控制信號,至少一個第一開關(guān)將巴倫的原線圈連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一信號路徑或者與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二信號路徑。響應(yīng)于通過控制器提供的控制信號,至少一個第二開關(guān)將巴倫的副線圈連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑,或者連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑。在一個實施方式中,第二開關(guān)將副線圈的第一端連接到第一放大路徑或第二放大路徑,且將副線圈的第二端接地。
[0007]在一個示例性實施方式中,多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器還包括通用混頻器。當(dāng)多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器根據(jù)第一通信標(biāo)準(zhǔn)操作時,通用混頻器被配置成響應(yīng)于通過控制器輸出的控制信號將與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號輸出到第一信號路徑。當(dāng)多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器根據(jù)第二通信標(biāo)準(zhǔn)操作時,通用混頻器被配置成響應(yīng)于通過控制器輸出的控制信號將與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號輸出到第二信號路徑。RF緩沖器還可以用來沿著第一信號路徑或第二信號路徑將通用混頻器連接到巴倫的原線圈。
[0008]還公開了相應(yīng)的使用第一通信標(biāo)準(zhǔn)或不同的第二通信標(biāo)準(zhǔn)操作多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器的方法。根據(jù)該方法,借助通用混頻器來輸出與所選擇的通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號。一個或多個第一開關(guān)被控制以將通用巴倫的原線圈連接到對應(yīng)于第一通信標(biāo)準(zhǔn)的第一信號路徑或者連接到對應(yīng)于第二通信標(biāo)準(zhǔn)的第二信號路徑。一個或多個第二開關(guān)被控制以將通用巴倫的副線圈連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑或者連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑。
[0009]當(dāng)然,本發(fā)明不限于上述特征和優(yōu)點。事實上,通過閱讀下列具體說明和參考附圖,本領(lǐng)域的技術(shù)人員將領(lǐng)會額外的特征和優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1示出常規(guī)的2G/2.5G和3G收發(fā)器。
[0011]圖2不出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的不例性2G/2.5G和3G收發(fā)器。
[0012]圖3A和3B示出圖2的多模式通用混頻器的示例性實施方式。
[0013]圖4示出在圖2的巴倫和天線之間的第二示例性電路。
[0014]圖5示意性地示出使用第一通信標(biāo)準(zhǔn)或不同的第二通信標(biāo)準(zhǔn)操作多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器的方法。
【具體實施方式】
[0015]本文描述的發(fā)明提供了 2G/2.5G和3G收發(fā)器,該收發(fā)器使用了通用巴倫(balun),且還使用了用于2G/2.5G和3G兩者的操作的通用RF混頻器以克服與現(xiàn)有技術(shù)方案相關(guān)的問題。盡管基于2G/2.5G和3G通信標(biāo)準(zhǔn)介紹了本文描述的發(fā)明,然而,可以理解,本發(fā)明適用于任何多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器。在本文進(jìn)一步描述本發(fā)明之前,下文首先描述常規(guī)的方案和與其關(guān)聯(lián)的問題。
[0016]圖1示出常規(guī)的發(fā)射器電路,其使用多個巴倫40A和40B以及多個混頻器20A和20B以提供差分對單端的轉(zhuǎn)換同時還提供通用的直接傳輸路徑(單頻帶)。巴倫40A、40B將差分輸出變換成單端輸出,且提供阻抗變換以優(yōu)化電流消耗。例如,可以實現(xiàn)為鎖相回路(PLL)的壓控振蕩器(VCO) 10產(chǎn)生關(guān)注的信道頻率fvco。2G/2.5G混頻器20A或3G混頻器20B使用fvco將基帶信號升頻至RF信號(利用I&Q混頻)。因為3G需要較大的動態(tài)范圍,例如,?80dB,RF緩沖器30被包括在3G混頻器20B之后的3G路徑中以增大動態(tài)范圍而不影響由于匹配限制造成的本地振蕩器(LO)泄漏。3G巴倫40B在RF緩沖器30之后以提供差分對單端的轉(zhuǎn)換和阻抗變換。3G功率放大器(PA)50B和雙工器60位于3G巴倫40B之后。在天線90,雙工器60提供在3G發(fā)射器和3G接收器80B之間的隔離。對于2G/2.5G操作,混頻器20A具有足夠的動態(tài)范圍以滿足規(guī)范。因此,2G/2.5G混頻器20A的輸出直接驅(qū)動2G/2.5G巴倫40A而不使用RF緩沖器。2G/2.5G巴倫40A提供了所需的差分對單端的轉(zhuǎn)換和阻抗變換。2G/2.5G PA50A和天線開關(guān)70位于2G/2.5G巴倫40A之后,該天線開關(guān)70將2G/2.5G發(fā)射器與2G/2.5G接收器80A隔離。[0017]圖1的收發(fā)器提供了單端的解決方案,其保持差分實施的益處,而實施該解決方案所需的巴倫40A、40B和混頻器20A、20B占用非期望的大量的芯片面積。
[0018]圖2示出一個示例性收發(fā)器100,其使用用于2G/2.5G和3G信號的通用巴倫110和通用混頻器150以減少所需的巴倫的數(shù)量。在該實施方式中,開關(guān)120、122、130選擇性地將巴倫110的原線圈連接到2G/2.5G路徑或3G路徑。更具體地,第一開關(guān)120、122協(xié)調(diào)作用以將2G/2.5G或3G差分路徑連接在巴倫110的原線圈112的第一端和第二端之間。這樣做,第一開關(guān)120、122將來自通用混頻器150的電流轉(zhuǎn)向以驅(qū)動巴倫110 (2G/2.5G),或者驅(qū)動在RF緩沖器30 (3G)的輸入端的內(nèi)部節(jié)點。第二開關(guān)130將巴倫110的副線圈114的一端連接到2G/2.5GPA50A或3G PA50B,并且將副線圈114的另一端連接到AC接地。可以理解,可以使用任何已知的開關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)開關(guān)120、122、130,包括但不限于晶體管開關(guān)技術(shù)??刂破?40輸出控制信號,該控制信號被配置成根據(jù)當(dāng)前驅(qū)動收發(fā)器操作的通信標(biāo)準(zhǔn)控制開關(guān)120、122、130。
[0019]圖2的實施方式使用用于2G/2.5G和3G路徑的通用混頻器150以進(jìn)一步最小化硬件。通用混頻器150可以在多模式中使用。圖3A示出操作在2G/2.5G模式的混頻器150的示例實施方式(混頻器150的有源電路部分用粗體的實線示出)。相反,圖3B示出了操作在3G模式的示例性混頻器150?;祛l器150將基帶信號例如,Iltail升頻至RF信號。在圖3A中示出的混頻器包括用晶體管開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)的兩個典型的吉爾伯特(Gilbert)單元混頻器152。共源共柵設(shè)備casl、cas2、cas3、cas4、cas5、cas6、cas7和cas8用來控制混頻器150的輸出路徑。例如,共源共柵可包括圖1的開關(guān)120,且可對應(yīng)于MOSFET。在圖3A中,2G/2.5G路徑開關(guān)被打開(B卩,casl、cas2、cas3、cas4是打開的)。因此,在混頻器150的輸出端處的RF電流被轉(zhuǎn)向巴倫110。當(dāng)相同的混頻器150操作在3G模式時(圖3B),3G路徑晶體管開關(guān)打開(即,cas5、cas6、cas7和cas8是打開的),將混頻器RF電流轉(zhuǎn)向3G RF緩沖器30。
[0020]通過下面的等式1-4表示所說明的Gilbert單元混頻器電流。
_] Iltailp=Idc+iis(t)等式(I)
[0022]Iltailn=Idc-1is (t)等式(2)
[0023]IQtailp=Idc+Iqs (t)等式(3)
[0024]IQtailn=Idc-1qs (t)等式(4)
[0025]如圖2所示,有源電路160可選地將通用巴倫110的副線圈114連接到功率放大器50A、50B。有源電路160用于改善收發(fā)器100的阻抗變換,改善AC接地連接以更好的隔離2G/2.5G和3G路徑,和/或為多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器100提供特定的靜電釋放(ESD)保護(hù)。
[0026]圖4示出一個示例性有源電路160,其包括偏壓電阻器Rbiasl、Rbias2、調(diào)諧電容器Ctune、二極管D1-D4、和芯片輸出焊盤180、182、184。電阻器Rbiasl、Rbias2設(shè)置輸出焊盤180、182、184的偏壓。偏壓可以被設(shè)定成軌道中間(mid-rail)以將最大范圍提供給在輸出焊盤180、182、184處的電路,以(例如,通過防止開關(guān)Mswl、Msw2的寄生二極管打開)來操作。如果沒有這樣的偏壓,則輸出焊盤180、182、184的DC電壓將處于接地,這可能使開關(guān)MSW1、MSW2難以遠(yuǎn)離收發(fā)器100的信號振蕩,且還可能導(dǎo)致觸發(fā)ESD的問題。然而,通過電阻器Rbiasl、Rbias2提供的偏壓(例如,設(shè)定Vdd/2的最大振蕩)防止這些問題。
[0027]Ctune是去耦電容器,該去耦電容器被微調(diào)成不與接合線186的電感諧振,以通過芯片輸出焊盤182提供盡可能小的接地返回路徑,這通過確保PA-3G50B的負(fù)載阻抗不影響發(fā)送到PA-2G/2.5G50A的功率而改善了隔離,反之亦然。二極管D1、D2、D3和D4在巴倫110處提供了 ESD保護(hù)。圖4僅示出直接連接到巴倫110的副線圈114的端部的ESD保護(hù)二極管,應(yīng)該理解,額外的ESD保護(hù)可以被提供到gndsec線路(例如,在開關(guān)Mswl、Msw2和Ctune 之間)。
[0028]本文公開的實施方式減少了在多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器(例如,2G/25.G和3G收發(fā)器)中的巴倫的數(shù)量。這樣做,本文所公開的收發(fā)器通過合適的偏壓明顯使用較少的芯片面積而不犧牲信號振蕩。通過使用用于多模式的通用混頻器150也實現(xiàn)了節(jié)省額外的芯片面積。在實現(xiàn)這一點的同時提供了在不同的標(biāo)準(zhǔn)(例如,2G/2.5G,3G)之間的動態(tài)范圍中的大的差異。
[0029]圖5示意性地示出操作多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器(例如,使用圖2的收發(fā)器100)以使用第一通信標(biāo)準(zhǔn)或不同的第二通信標(biāo)準(zhǔn)的方法200。根據(jù)方法200,借助通用混頻器150來輸出與所選擇的通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻信號(步驟202)。一個或多個第一開關(guān)120、122被控制以將通用巴倫110的原線圈112連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的第一信號路徑(例如,2G/2.5G路徑)或者連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的第二信號路徑(例如,3G路徑)(步驟204)。一個或多個第二開關(guān)被控制以將通用巴倫110的副線圈114 (例如,借助輸出焊盤180)連接到與第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑或者(例如,借助輸出焊盤184)連接到與第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑(步驟206)。
[0030]當(dāng)然,本發(fā)明可以在不違背本發(fā)明的基本特征的情況下,以除了本文具體列出的方式以外的其他方式來實施。本發(fā)明的實施方式在所有方面應(yīng)該被視為示例性的而非限制性的,在所附的權(quán)利要求書的含義和等同范圍內(nèi)的所有變化旨包括在其中。
【權(quán)利要求】
1.一種多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,其操作以使用第一通信標(biāo)準(zhǔn)或不同的第二通信標(biāo)準(zhǔn)傳輸信號,所述收發(fā)器包括: 巴倫,其包括原線圈和副線圈; 控制器,其被配置成控制所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器使用哪個通信標(biāo)準(zhǔn)以用于信號傳輸; 至少一個第一開關(guān),其操作以響應(yīng)于通過所述控制器提供的控制信號,將所述巴倫的所述原線圈連接到與所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一信號路徑,或者將所述巴倫的所述原線圈連接到與所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二信號路徑; 至少一個第二開關(guān),其操作以響應(yīng)于通過所述控制器提供的控制信號,將所述巴倫的所述副線圈連接到與所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑,或者將所述巴倫的所述副線圈連接到與所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑;和 混頻器,其被配置成: 當(dāng)所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器根據(jù)所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)操作時,響應(yīng)于通過所述控制器輸出的控制信號,將與所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號輸出到所述第一信號路徑;和 當(dāng)所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器根據(jù)所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)操作時,響應(yīng)于通過所述控制器輸出的控制信號,將與所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號輸出到所述第二信號路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,其中,所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)和第二通信標(biāo)準(zhǔn)是無線通信標(biāo)準(zhǔn),且其中,所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器還包括射頻RF緩沖器,所述射頻緩沖器沿著所述第一信號路徑`或所述第二信號路徑將所述通用混頻器連接到所述巴倫的所述原線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,其中,所述通用混頻器包括至少一個吉爾伯特Gilbert單元混頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,其中,所述至少一個第二開關(guān)包括第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān),所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器還包括在巴倫之后的輸出電路,所述在巴倫之后的輸出電路包括: 第一線路,其通過第一輸出焊盤將所述巴倫的所述副線圈的第一端聯(lián)接到所述第一放大路徑; 第二線路,其通過第二輸出焊盤將所述巴倫的所述副線圈的相對的第二端聯(lián)接到所述第二放大路徑;和 第三線路,其操作以響應(yīng)于所述第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān)的狀態(tài),通過第三輸出焊盤選擇性地將所述第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān)的輸出端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,還包括連接到所述第三線路的多個偏壓電阻器,所述偏壓電阻器被配置成對所述第一輸出焊盤、第二輸出焊盤和第三輸出焊盤的DC電壓加偏壓以遠(yuǎn)尚接地電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器,還包括去耦電容器,所述去耦電容器被連接到所述第一輸出開關(guān)、第二輸出開關(guān)的輸出端和所述第三輸出焊盤之間的所述第三線路,以減少連接到所述第三輸出焊盤的輸出接合線的諧振。
7.一種使用第一通信標(biāo)準(zhǔn)或不同的第二通信標(biāo)準(zhǔn)操作收發(fā)器的方法,所述收發(fā)器包括用在兩個所述通信標(biāo)準(zhǔn)的信號處理操作中的通用混頻器和通用巴倫,所述方法包括: 通過所述通用混頻器,輸出與所選擇的所述通信標(biāo)準(zhǔn)中的一個通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的升頻的信號;響應(yīng)于所述通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇,控制至少一個第一開關(guān)以通過對應(yīng)于所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)的第一信號路徑或者對應(yīng)于所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)的第二信號路徑,選擇性地將所述巴倫的原線圈連接到升頻的信號;和 響應(yīng)于所述通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇,控制至少一個第二開關(guān)以將所述巴倫的副線圈連接到與所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第一放大路徑,或者將所述巴倫的副線圈連接到與所述第二通信標(biāo)準(zhǔn)關(guān)聯(lián)的第二放大路徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述第一通信標(biāo)準(zhǔn)和第二通信標(biāo)準(zhǔn)是無線通信標(biāo)準(zhǔn),且其中,所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器還包括射頻RF緩沖器,所述射頻RF緩沖器沿著所述第一信號路徑或所述第二信號路徑將所述通用混頻器連接到所述巴倫的所述原線圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述通用混頻器包括至少一個吉爾伯特Gilbert單元混頻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中,所述至少一個第二開關(guān)包括第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān),所述多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器還包括在巴倫之后的輸出電路,所述在巴倫之后的輸出電路包括第一線路,其通過第一輸出焊盤將所述巴倫的所述副線圈的第一端聯(lián)接到所述第一放大路徑;第二線路,其通過第二輸出焊盤將所述巴倫的所述副線圈的相對的第二端聯(lián)接到所述第二放大路徑;和第三線路,其操作以通過第三輸出焊盤選擇性地將所述第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān)的輸出端接地,所述方法還包括: 通過連接到所述第三線路的多個偏壓電阻器,對所述第一輸出焊盤、第二輸出焊盤和第三輸出焊盤的DC電壓加偏壓以遠(yuǎn)離接地電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,還包括: 通過連接到所述第一輸出開關(guān)、第二輸出開關(guān)的輸出端和所述第三輸出焊盤之間的所述第三線路的去耦電容器, 來減少連接到所述第三輸出焊盤的輸出接合線的諧振。
【文檔編號】H04B1/00GK103636133SQ201280031062
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月12日
【發(fā)明者】蘭基肖爾·甘蒂, 桑吉夫·蘭加納坦, 斯里納特·斯里達(dá)蘭 申請人:意法愛立信有限公司