專利名稱：位于芯片上的無(wú)線電收發(fā)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別是涉及在一個(gè)集成電路芯片上構(gòu)造的短程無(wú)線電收發(fā)機(jī)。
帶有先進(jìn)技術(shù)的高水平的電路集成已經(jīng)允許手提式通信設(shè)備(例如，蜂窩電話)的制造商們相當(dāng)大地減小了他們產(chǎn)品的大小。作為一般原則，這些比較小的產(chǎn)品能消耗較少的能量并且最終能夠很便宜地生產(chǎn)。
過(guò)去，已經(jīng)努力使整個(gè)無(wú)線電發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(收發(fā)機(jī))構(gòu)造在一個(gè)單獨(dú)的集成電路(IC)芯片上。通常，這些努力是不成功的，只將一些無(wú)線電元件放置在一個(gè)單獨(dú)的芯片上了。例如，Okanobu的美國(guó)專利No.5428835公開了在一個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體芯片上構(gòu)成的接收機(jī)電路。可以在無(wú)線電系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范中找到不能整體集成的主要理由。
大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電通信系統(tǒng)的空中接口技術(shù)規(guī)范中都提出了有關(guān)對(duì)頻率精度、鄰近通道干擾、調(diào)制性能等等的高要求。但是，目前的片上信號(hào)處理技術(shù)不能達(dá)到能夠滿足由這些空中接口技術(shù)規(guī)格所提出的性能標(biāo)準(zhǔn)的水平。
本發(fā)明的一個(gè)目的是能夠明顯地減小無(wú)線電收發(fā)機(jī)的整個(gè)尺寸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是能制造一個(gè)比電纜鏈路成本低的短程無(wú)線電通信鏈路。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是在一個(gè)單獨(dú)的集成電路芯片上制造一個(gè)短程的無(wú)線電收發(fā)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)完全地將一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)集成在一個(gè)半導(dǎo)體IC芯片上來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述和其他目的。為了在芯片上集成這個(gè)收發(fā)機(jī)的IF濾波器，可以使用帶有相對(duì)低的IF的外差式結(jié)構(gòu)。在傳送過(guò)程中的上變頻以及在接收過(guò)程的下變頻中都可以使用一個(gè)單獨(dú)的、直接調(diào)制的VCO。在VCO的振蕩器槽中使用接合線作為諧振器。在空中接口中使用時(shí)分復(fù)用方案來(lái)消除串音干擾或泄漏。使用高斯型二進(jìn)制FSK調(diào)制方案來(lái)提供其他一些實(shí)現(xiàn)的有利條件。
通過(guò)參考附圖以及隨后詳細(xì)的說(shuō)明來(lái)對(duì)本發(fā)明的方法和裝置有一個(gè)更全面的理解。其中


圖1是可用來(lái)便于理解本發(fā)明的無(wú)線電收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的基本功能性框圖；圖2是可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖1所示的接收機(jī)部分的功能的普通接收機(jī)部分的框圖；圖3是帶有圖1所示接收機(jī)結(jié)構(gòu)的可用于下變頻的鏡像抑制混頻器級(jí)的框圖；圖4是可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置和方法的單獨(dú)芯片的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的位于一個(gè)單獨(dú)IC芯片上的無(wú)線電收發(fā)機(jī)的詳細(xì)電路框圖。
通過(guò)參考附圖1-5可以最好地理解本發(fā)明的最佳實(shí)施例以及其有益效果，相同的數(shù)字可用來(lái)代表各附圖相同和相應(yīng)的部分。
對(duì)于最佳實(shí)施例，空中接口的技術(shù)規(guī)格允許聲音和數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸。在共同轉(zhuǎn)讓給Dent等人的、在1996年7月13日申請(qǐng)的題目為“短程無(wú)線電通信系統(tǒng)和使用方法”的美國(guó)專利申請(qǐng)，其序列號(hào)為No.08/685069中描述了這種可使用的空中接口?？墒褂玫念l帶是位于2.4GHz的具有83.5MHz可利用帶寬的未經(jīng)許可的工業(yè)用的、科學(xué)的、醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶。但是，在美國(guó)，聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)需要為其中所傳輸?shù)哪芰扛哂?dbm的操作擴(kuò)展的頻率。在這個(gè)頻帶中可以有許多“干擾信號(hào)”或“人為干擾”(例如，微波加熱爐是這個(gè)頻帶中聲名狼藉的“干擾信號(hào)”)。因此，使用跳頻方案來(lái)增強(qiáng)對(duì)這種干擾的免疫力。特別地，與直接序列的頻率擴(kuò)展不同，通過(guò)跳頻擴(kuò)展所提供的對(duì)干擾的免疫力是獨(dú)立于干擾臺(tái)的傳輸能量的。
此外，根據(jù)這個(gè)最佳實(shí)施例，在整個(gè)83.5MHz頻帶上擴(kuò)展的平均頻率其結(jié)果是不需要處理寬頻帶信號(hào)。盡管所包含的收發(fā)機(jī)可以工作于其頻段的頻譜是足夠?qū)挼囊蕴峁U(kuò)展，但是瞬時(shí)帶寬可以小得允許收發(fā)機(jī)可操作的前端頻率位于一個(gè)窄的頻帶中。在這個(gè)最佳系統(tǒng)中，瞬時(shí)(信道)帶寬是1MHz，然而跳頻是以偽隨機(jī)方式在79個(gè)跳躍信道(橫跨79MHz)上進(jìn)行的。所使用的最佳調(diào)制方案是高斯型頻移鍵控(GFSK)。這種方法可以提供堅(jiān)固的無(wú)線通信鏈路并且允許使用相對(duì)簡(jiǎn)單的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路。
關(guān)于這個(gè)最佳實(shí)施例，信息信號(hào)是以信息包的形式傳送的。使用自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求(ARQ)誤差校正來(lái)再次發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)區(qū)中帶有誤差的信息包。聲音區(qū)不再重發(fā)，但是使用(魯棒的)連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)方法來(lái)用于語(yǔ)音編碼。CVSD是一種自適應(yīng)增量調(diào)制方法，因而出現(xiàn)噪音時(shí)其性能是逐漸退化的。使用時(shí)分復(fù)用(TDD)方法來(lái)獲得一個(gè)完整的雙工通信鏈路。一個(gè)雙工幀持續(xù)1.25秒，其中在第一個(gè)625微秒期間以一種方向發(fā)送一個(gè)信息包，在第二個(gè)625微秒期間以相反的方向發(fā)送另一個(gè)信息包。每種傳送都發(fā)生在通過(guò)隨用戶而定的偽隨機(jī)序列所確定的一個(gè)新跳頻上。
為了更好地理解本發(fā)明，此時(shí)用通用術(shù)語(yǔ)來(lái)描述一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)將很有用。圖1是無(wú)線電收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)(10)的基本功能性框圖，使用該結(jié)構(gòu)能便于理解本發(fā)明。由于受基于天線尺寸和傳播條件的影響的要求，首先考慮收發(fā)機(jī)的接收機(jī)部分，一般通過(guò)射頻(RF)載波來(lái)傳送經(jīng)空間傳播的信號(hào)。在天線(12)接收到的RF信號(hào)是頻率向下變頻(14)的以便于信號(hào)處理。特別地，被攜帶的信息有一個(gè)遠(yuǎn)低于載波頻率的速率。其次，將下變頻信號(hào)濾波(16)，以便于抑制在感興趣頻帶之外的所有干擾和噪聲，并因此提高接收機(jī)的信躁比。這個(gè)處理過(guò)程通常被稱為“通路濾波”，因?yàn)閮H被濾過(guò)感興趣的頻帶或信道。
一旦接收到的信號(hào)已經(jīng)進(jìn)行通路濾波，則處理過(guò)程的下一步是從信道中恢復(fù)信息(18)并將其轉(zhuǎn)換為可用格式。例如，恢復(fù)的信息可以是諸如那些用于數(shù)字調(diào)制方法中的離散符號(hào)(例如，數(shù)據(jù)輸出)的形式，或是一個(gè)用于音頻或視頻應(yīng)用的模擬信號(hào)。特別地，接收機(jī)部分鍵控功能可以從頻譜的剩余部分濾出感興趣的頻帶。
收發(fā)機(jī)(10)的發(fā)射機(jī)部分將待發(fā)送的信息轉(zhuǎn)換或整形(20)為可以由載波傳送的信號(hào)格式。然后那個(gè)信號(hào)進(jìn)行上變頻(22)為所需的高頻(RF)頻帶并且從天線(12)發(fā)送出去。尤其是，對(duì)于發(fā)射機(jī)部分，鍵控功能將所發(fā)送的信號(hào)的能量限制在感興趣的頻帶內(nèi)(即，相對(duì)于感興趣頻帶之外的頻率，泄漏盡可能小的信號(hào)能量)。
圖2是可以用于實(shí)現(xiàn)圖1中所示的接收機(jī)部分功能的普通接收機(jī)部分30的框圖。大多數(shù)普通的無(wú)線電接收機(jī)都使用超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖2中所示的接收機(jī)30的結(jié)構(gòu)。從天線32接收到的RF載波通過(guò)將RF信號(hào)與第一本機(jī)振蕩器信號(hào)(36)混頻(34)而下變頻為第一中頻(IF)。使用一個(gè)合適的帶通濾波器38(例如，帶有銳截止特性的)進(jìn)行通路濾波。然后通過(guò)將濾波信號(hào)與第二本機(jī)振蕩器信號(hào)(42)混頻(40)從而將通路濾波后的信號(hào)下變頻為一個(gè)基帶信號(hào)。這里，可以對(duì)該基帶信號(hào)進(jìn)行附加濾波過(guò)程。從而恢復(fù)(44)所使用的信息(例如，數(shù)據(jù))。
將這種接收機(jī)集成在一個(gè)芯片上所遇到問(wèn)題是將IF帶通濾波器(例如，38)集成。例如，濾波器的性能是通過(guò)它的品質(zhì)因數(shù)(Q)確定的。Q是濾波器選擇性的量度標(biāo)準(zhǔn)(它濾波得如何)并且可以由這個(gè)表達(dá)式來(lái)表示Q＝f0/BW，其中(f0)是濾波器的中心頻率，BW是濾波器的帶寬。所以，一個(gè)中心頻率位于高頻部分的窄帶濾波器將有一個(gè)高的Q。
通常，可以通過(guò)一些技術(shù)手段構(gòu)造帶通濾波器并將其集成在半導(dǎo)體芯片上。但是，在單晶硅技術(shù)中使用普通電子元件所獲得的這種濾波器的Q值明顯地受到局限。主要的限制因數(shù)是在芯片上的電子元件之間所產(chǎn)生的損耗。
至于降低干擾和噪聲，僅由濾波器的帶寬(BW)來(lái)確定其在信躁比方面的性能。對(duì)于一個(gè)固定的帶寬，通過(guò)降低其中心頻率f0從而將這個(gè)低Q濾波器集成在一個(gè)芯片上。對(duì)于一種特殊情況，f0變成零并且該帶通濾波器變成一個(gè)比帶通濾波器更易集成在芯片上的低通濾波器。在這種情況中，僅用下變頻這一個(gè)步驟可以將被處理的信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)。當(dāng)然，這種方法從集成觀點(diǎn)看很有吸引力并且確實(shí)是一種獲得全面集成化的途徑。但是，用這種方法會(huì)產(chǎn)生第二個(gè)問(wèn)題，即會(huì)產(chǎn)生被稱為“零拍(homodyne)”或“零IF”的結(jié)構(gòu)。
由于所處理的信號(hào)被直接映射到DC，所以用零IF結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生被稱為“DC偏移”的問(wèn)題。因此，在DC附近的干擾信號(hào)不能與所希望的信號(hào)區(qū)別開從而不能被濾波掉。這個(gè)問(wèn)題也會(huì)帶來(lái)對(duì)于接收機(jī)的偶次互調(diào)特性更苛刻的要求?？梢杂酶郊拥男盘?hào)處理來(lái)去掉部分DC偏移，但是這個(gè)過(guò)程會(huì)增加電路的復(fù)雜性以及增加IC的功率損耗。
一個(gè)適用于將IF集成在半導(dǎo)體芯片上的中間步驟是使用“低IF”結(jié)構(gòu)。使用這個(gè)步驟，IF或?yàn)V波器的中心頻率就是相對(duì)而言的低頻，但不是零。這種結(jié)構(gòu)類型可以構(gòu)造適用于集成在一個(gè)芯片上的低Q濾波器而避免DC問(wèn)題。
不過(guò)，與圖象載波有關(guān)的第三個(gè)問(wèn)題就產(chǎn)生了。
將所接收到的(RF)信號(hào)與本機(jī)振蕩器載波fI0混頻的處理過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)不僅映射位于fI0+f0的感興趣的頻帶而且將位于fI0-f0的圖象頻帶映射到IF信號(hào)上的低IF信號(hào)f0(或反之亦然)。由于在將兩個(gè)RF頻帶映射在相同的IF頻帶上之后，它們彼此不再能區(qū)別開，因此這個(gè)處理導(dǎo)致了一個(gè)明顯的問(wèn)題。所以，應(yīng)該使用鏡像干擾抑制器件。
圖3是一個(gè)可用于下變頻的帶有圖1所示接收機(jī)結(jié)構(gòu)的鏡像干擾抑制混頻器級(jí)(50)的框圖。使用這個(gè)電路，可以將來(lái)自天線12的接收RF信號(hào)耦合到第一和第二混頻器(52、54)。本機(jī)振蕩器信號(hào)(56)直接耦合到第一混頻器(52)，并且移相90度(58)然后耦合到第二混頻器(54)。來(lái)自第一混頻器(52)的下變頻信號(hào)被移相90度并且被代數(shù)相加到來(lái)自第二混頻器(54)的移相的、下變頻信號(hào)，其最終功能是抑制圖象頻帶。
可以用這種鏡像干擾抑制電路(如圖3)實(shí)現(xiàn)的圖象頻帶抑制量是根據(jù)電路元件匹配的程度，以及根據(jù)橫跨所需抑制頻帶的頻帶寬度而定。用片上元件可以獲得一個(gè)相對(duì)高的匹配精度。不過(guò)，實(shí)際上，片上電路所獲得的實(shí)際的鏡像干擾抑制多少是有限的(例如，對(duì)于1MHz帶寬，大約為30-40bB)。但是，根據(jù)本發(fā)明(如上所述的與空中接口有關(guān)的)，在其中每個(gè)信息包是以79個(gè)可用跳頻中之一來(lái)傳送的情況中使用跳頻系統(tǒng)。有時(shí)，如果兩個(gè)不同的用戶同時(shí)占用同一跳頻，則會(huì)發(fā)生諸如在兩個(gè)信息包之間沖突這樣的干擾。因此，如果具有降低的鏡像干擾抑制性能，那么可以得出彼此占用圖象頻帶的不同用戶的信息包也可以彼此之間互相干擾。在任何一種情況中，對(duì)于這個(gè)最佳實(shí)施例，這種偶而的信息包沖突，不管是來(lái)自同頻道、圖象頻道或是相鄰頻道的干擾所導(dǎo)致的，都通過(guò)使用一個(gè)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m當(dāng)?shù)腁RQ協(xié)議以及一個(gè)用于語(yǔ)音傳輸?shù)聂敯舻恼Z(yǔ)音編碼格式(如，CVSD)在空中接口操作中計(jì)算和補(bǔ)償。換句話說(shuō)，本發(fā)明通過(guò)使用跳頻擴(kuò)展、誤差修正以及專用于空中接口的語(yǔ)音編碼技術(shù)來(lái)補(bǔ)償由于鏡像干擾而退化的接收機(jī)性能，上述這些方法允許在一個(gè)單獨(dú)的芯片上全面集成接收機(jī)和發(fā)射機(jī)(如下所描述的)部分。
以前，當(dāng)努力將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)放置在一個(gè)單獨(dú)芯片上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，即以相對(duì)高的功率電平發(fā)射的信號(hào)會(huì)泄漏在接收機(jī)的輸入部分。實(shí)際上，這種泄漏或“串音”曾經(jīng)是試圖將整個(gè)收發(fā)機(jī)構(gòu)造在一個(gè)芯片上所遇到的一個(gè)主要的設(shè)計(jì)問(wèn)題。但是，對(duì)于本發(fā)明的這個(gè)最佳實(shí)施例，使用TDD方案來(lái)進(jìn)行整個(gè)空中接口的雙工操作，這樣消除了串音并且因而便于將整個(gè)收發(fā)機(jī)集成在一個(gè)芯片上。換句話說(shuō)，所說(shuō)明的收發(fā)機(jī)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)部分并不是同時(shí)啟動(dòng)的，并且在整個(gè)集成的收發(fā)機(jī)中解決了串音和從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的泄漏問(wèn)題。
此外，通過(guò)使用頻分雙工(FDD)方案利用不同的發(fā)射和接收頻率可以進(jìn)一步降低串音和泄漏。一般地，使用FDD方案都在收發(fā)機(jī)的天線部分需要一個(gè)雙工器以便于分離發(fā)射和接收的信號(hào)。但是，根據(jù)本發(fā)明，使用TDD方案就不需要這樣一個(gè)雙工器。另外，為了進(jìn)一步減少芯片上的元件數(shù)，在這個(gè)最佳實(shí)施例中使用一個(gè)單獨(dú)的可變控制振蕩器(VCO)，從而交替地在發(fā)射部分進(jìn)行上變頻以及在接收部分進(jìn)行下變頻。
圖4是單個(gè)芯片的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)的示意框圖，該收發(fā)機(jī)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置和方法。對(duì)于這個(gè)最佳實(shí)施例，用高斯濾波器整形的二進(jìn)制FSK作為調(diào)制方案。具體地，對(duì)單個(gè)收發(fā)機(jī)芯片使用FSK調(diào)制有許多現(xiàn)實(shí)好處。例如，用頻率調(diào)制(FM)鑒頻器級(jí)(122)直接地在IF完成檢測(cè)功能。這個(gè)過(guò)程消除了對(duì)于用于信息恢復(fù)的進(jìn)行第二下變頻到基帶級(jí)的需要。其次，簡(jiǎn)化了發(fā)射部分以便于可以將待發(fā)射的信息符號(hào)直接耦合到將這些符號(hào)轉(zhuǎn)換為FM信號(hào)的VCO(如，HF振蕩器118)上。使用這種方法，發(fā)射部分只需要一個(gè)單獨(dú)的VCO就足夠了，同時(shí)消除了對(duì)于一個(gè)分離的上變頻混頻器的需要。使用FSK的另一個(gè)好處是FSK信號(hào)的非相干檢測(cè)對(duì)于頻率誤差相對(duì)不敏感。在這種情況中，頻率誤差在FM檢波器的輸出端顯示為一個(gè)DC偏移信號(hào)。然而，可以使用一個(gè)自動(dòng)頻率控制(AFC)級(jí)來(lái)迅速補(bǔ)償這個(gè)偏移。這個(gè)過(guò)程消除了對(duì)于較高穩(wěn)定性的本機(jī)振蕩器級(jí)或精確的頻率跟蹤方案的需要。
FSK調(diào)制的另一個(gè)好處是在通路濾波之后可以硬性限幅所接收的信號(hào)。被接收的信息僅保存在信號(hào)的相位中而不在其幅度中。因此，這個(gè)過(guò)程消除了對(duì)于難以使用的自動(dòng)增益控制(AGC)電路以及幅度跟蹤方案的需要。由于不相干信號(hào)在不同的跳頻中衰減，因此通過(guò)在空中接口中定義的頻率跳躍也將嚴(yán)重地阻礙AGC的操作。
返回圖4，通過(guò)在空中接口中進(jìn)行適宜的調(diào)整(如上所述)來(lái)補(bǔ)償他人以前在試圖將整個(gè)收發(fā)機(jī)集成在一個(gè)單個(gè)IC芯片上時(shí)所面臨的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，可以用圖4所示的相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)(根據(jù)本發(fā)明)。與在圖1中所公開的結(jié)構(gòu)相比，還是可以看出圖1的基本組成塊。特別地，在圖1中所示的每個(gè)基本構(gòu)成塊都可以僅由圖4所示結(jié)構(gòu)中的一種電路來(lái)替換。例如，在圖4中，在鏡像干擾抑制混頻器(116)中進(jìn)行下變頻步驟，該混頻器將來(lái)自RF的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)低IF信號(hào)。在這個(gè)低IF頻率處選擇帶通濾波器(120)執(zhí)行通路選擇。然后在FM鑒頻器(122)中恢復(fù)這個(gè)通路濾波信號(hào)。值得注意地，由于FM鑒頻器(122)可以直接在低IF處檢測(cè)所接收的信號(hào)，因此就不需要第二下變頻步驟將其變頻到更低的IF或基帶頻率。
在圖4的發(fā)射機(jī)部分，為了抑制頻帶外信號(hào)的能量，用高斯整形濾波器(124)來(lái)整形待發(fā)射信號(hào)。這個(gè)整形信號(hào)直接耦合到在所需的RF頻率處直接產(chǎn)生FM信號(hào)的VCO(118)上。尤其是，整個(gè)收發(fā)機(jī)僅需要一個(gè)單獨(dú)的VCO。該同一個(gè)VCO(118)在接收周期執(zhí)行下變頻功能，而在發(fā)射周期執(zhí)行上變頻功能。所用的低IF被選擇在一個(gè)合適的頻率上，以便于允許帶有足夠選擇性的帶通濾波器(120)的片上集成。對(duì)于這個(gè)最佳實(shí)施例，使用3MHz的IF(f0)，以便于能夠?qū)崿F(xiàn)帶有1MHz帶寬并且Q為3的CMOS回轉(zhuǎn)子濾波器(在芯片上)?？梢砸灶愃频姆绞綄?shí)現(xiàn)低通整形濾波器(124)和跟在FM鑒頻器后面的低通檢波器(沒有明確示出)。FM檢波器(122)最好被構(gòu)造成一個(gè)正交檢波器。對(duì)于VCO級(jí)(118)，在振蕩器槽中使用接合線電感作為諧振器，而不用外部(片外)元件。最好是，用一個(gè)公共參考電路調(diào)諧所有的振蕩器以補(bǔ)償制造公差。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的安裝在一個(gè)單獨(dú)IC芯片上的短程無(wú)線電收發(fā)機(jī)的詳細(xì)框圖。然而，盡管根據(jù)一個(gè)單獨(dú)IC芯片的實(shí)施方式描述所示的無(wú)線電收發(fā)機(jī)，但是這個(gè)描述僅是為了說(shuō)明的目的而且本發(fā)明不局限于此。例如，一些圖5所示的元件可以設(shè)置在IC芯片的外部?；氐綀D5，芯片(200)上的收發(fā)機(jī)包括一個(gè)耦合到位于接收機(jī)前端的低噪聲放大器(LNA)204上的發(fā)射/接收天線202。LAN的輸出耦合到一個(gè)鏡像干擾抑制混頻器，該混頻器是由用于I通道的第一混頻器206、用于Q通道的第二混頻器208、45度移相器210、135度移相器212、90度移相器214、以及合成器216所組成。來(lái)自VCO218的本機(jī)振蕩器信號(hào)耦合到90度移相器214。因此，通過(guò)復(fù)合移相的IF I和Q信號(hào)實(shí)現(xiàn)鏡像干擾抑制從而從合成器216產(chǎn)生一個(gè)輸出IF信號(hào)。
對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，所選的IF信號(hào)是大約3.0MHz。從合成器216輸出的IF信號(hào)耦合到IF接收機(jī)電路，該電路包括一個(gè)抑制相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)的帶通濾波器220。這個(gè)帶通濾波器最好是使用跨導(dǎo)C型濾波的參差調(diào)諧IF濾波器。這個(gè)IF接收機(jī)電路還包括一個(gè)硬限幅器(H.L.)222、一個(gè)FM鑒頻器224以及一個(gè)低通濾波器226。這個(gè)IF接收機(jī)電路還可以包括帶有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器(沒有明確示出)的RSSI指示器。檢測(cè)這個(gè)IF信號(hào)(224)，并且從低通濾波器226中輸出恢復(fù)的信息。
在一個(gè)芯片上的收發(fā)機(jī)200還包括一個(gè)由相位檢波器230、環(huán)路濾波器236以及帶有模數(shù)邏輯的前置換算器240所組成的鎖相環(huán)。這個(gè)鎖相環(huán)是合成器的一個(gè)元件，該合成器包括相位檢波器230、電荷泵232、調(diào)整濾波器234、環(huán)路濾波器236、前置換算器240、模數(shù)邏輯電路238、VCO218、以及緩沖器219。就這樣，使用由整形濾波器256整形的輸入信息信號(hào)(例如，輸入的數(shù)據(jù))來(lái)直接調(diào)制VCO。一個(gè)采樣保持電路(S/H)(沒有明確示出)將輸入電壓穩(wěn)定于VCO，而這個(gè)VCO是被直接調(diào)制的。VCO218還是發(fā)射機(jī)部分的一個(gè)元件。為了發(fā)射，VCO218的輸出被耦合到一個(gè)功率放大器242并且耦合到天線202。
使用全差分信號(hào)通路來(lái)抑制共模噪聲和干擾信號(hào)。此外，所有的接收濾波器、發(fā)射濾波器以及FM鑒頻器都采用匹配的電子電路。通過(guò)頻率鎖定于晶體振蕩器248的參考濾波器來(lái)提供所有濾波器和鑒頻器的自動(dòng)調(diào)諧。
收發(fā)機(jī)200還包括數(shù)字電路244以提供功率抑制控制、由于處理變量而對(duì)芯片上的某個(gè)模擬塊編程以及合成器控制邏輯。數(shù)字電路244與一個(gè)串行數(shù)字接口連接246連接。在這個(gè)芯片上還包括一些典型的功能性電路塊，例如，一個(gè)晶體振蕩器(XO)248、頻率可調(diào)的低功率振蕩器(LPO)、加電復(fù)位(POR)252以及有限狀態(tài)機(jī)(FSM)254。因此，圖5所示的單芯片收發(fā)機(jī)包括用于所有模擬電路塊的功率抑制邏輯電路、調(diào)諧模擬電路塊的邏輯電路、串聯(lián)到并聯(lián)轉(zhuǎn)換器以及解碼邏輯電路。
總之，如同通過(guò)圖4和5所示的實(shí)施例所說(shuō)明的，整個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)被完全地集成在一個(gè)IC芯片上。為了將IF濾波器集成在這個(gè)芯片上，使用帶有相對(duì)低的IF的外差式結(jié)構(gòu)。一個(gè)單獨(dú)直接調(diào)制的VCO既用于上變頻也用于下變頻，并且在VCO的振蕩器槽中使用接合線作為諧振器。在空中接口中使用TDD方案來(lái)消除串音或泄漏。使用高斯型二進(jìn)制FSK調(diào)制方案來(lái)提供其它一些現(xiàn)實(shí)好處(如上所述)。
盡管在附圖中已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的方法和裝置的一個(gè)最佳實(shí)施例并且在上述詳細(xì)的說(shuō)明書中已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了描述，但是可以理解的是本發(fā)明不局限于所公開的這些實(shí)施例，而且在不脫離前述以及由隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，可以有許多變形、修改和替換。
權(quán)利要求
1.位于一個(gè)單獨(dú)IC芯片上的無(wú)線電裝置，包括一個(gè)天線部分，用于發(fā)射和接收一些高頻信號(hào)，所述無(wú)線電裝置包括用于以時(shí)分復(fù)用方式發(fā)射和接收所述一些高頻信號(hào)的裝置；與所述天線部分耦合的下變頻部分，用于將所述一些高頻信號(hào)的第一高頻信號(hào)下變頻為一個(gè)低的中頻信號(hào)；與所述下變頻部分耦合的一個(gè)帶通濾波器；與所述帶通濾波器耦合的一個(gè)鑒頻器；與所述天線部分耦合的上變頻部分，用于將一個(gè)信息信號(hào)上變頻為所述一些高頻信號(hào)的第二高頻信號(hào)，所述上變頻部分包括所述下變頻的一部分；以及與所述上變頻部分的輸入耦合的一個(gè)整形濾波器。
2.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述低的中頻信號(hào)的中心頻率是大約3MHz。
3.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述下變頻部分包括一個(gè)可變控制振蕩器。
4.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述上變頻部分包括一個(gè)可變控制振蕩器。
5.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述上變頻部分包括一個(gè)直接調(diào)制的可變控制振蕩器。
6.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述下變頻部分包括一個(gè)鏡像干擾抑制混頻器級(jí)。
7.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述整形濾波器包括一個(gè)高斯整形濾波器。
8.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制裝置。
9.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，進(jìn)一步包括用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)重發(fā)請(qǐng)求誤差校正裝置。
10.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，進(jìn)一步包括用于語(yǔ)音傳輸?shù)倪B續(xù)可變斜率增量調(diào)制裝置。
11.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所述鑒頻器包括一個(gè)頻率調(diào)制鑒頻器。
12.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，進(jìn)一步包括用于提供干擾免疫力的跳頻裝置。
13.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，進(jìn)一步包括用于自動(dòng)調(diào)諧一些濾波器和FM鑒頻器的自動(dòng)調(diào)諧裝置。
14.如權(quán)利要求1的無(wú)線電裝置，其特征在于所有的有源元件都集成在這個(gè)單獨(dú)的IC芯片上，并且至少無(wú)源環(huán)路濾波器和無(wú)源VCO諧振器的其中之一被設(shè)置在該單獨(dú)IC芯片的外部。
15.位于一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的短程無(wú)線電裝置，包括接收機(jī)輸入裝置，用于將一個(gè)高頻信號(hào)下變頻為一個(gè)低的中頻信號(hào)并且抑制鏡像信號(hào)；與所述接收機(jī)輸入裝置耦合的一個(gè)帶通濾波器，調(diào)諧所述帶通濾波器以通過(guò)所述的低的中頻信號(hào)；一個(gè)頻率調(diào)制的鑒頻器級(jí)，與所述帶通濾波器的輸出耦合，用于信息的恢復(fù)；與一個(gè)功率放大器級(jí)耦合的用于上變頻、并且與所述接收機(jī)輸入裝置耦合用于下變頻的可變控制振蕩器，通過(guò)一個(gè)待發(fā)射的信息信號(hào)調(diào)制所述可變控制振蕩器。
16.如權(quán)利要求15的無(wú)線電裝置，其特征在于所述可變控制振蕩器包括一個(gè)鎖相環(huán)。
17.如權(quán)利要求15的無(wú)線電裝置，其特征在于所述低的中頻是大約3MHz。
18.如權(quán)利要求15的無(wú)線電裝置，其特征在于所述可變控制振蕩器包括頻率合成器的一部分。
19.如權(quán)利要求15的無(wú)線電裝置，其特征在于所述可變控制振蕩器使用接合線作為諧振器。
20.一種無(wú)線電結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)天線部分，用于發(fā)射和接收一些高頻信號(hào)，所述無(wú)線電結(jié)構(gòu)包括用于以時(shí)分復(fù)用方式發(fā)射和接收所述一些高頻信號(hào)的裝置；與所述天線部分耦合的下變頻部分，用于將所述一些高頻信號(hào)的第一高頻信號(hào)下變頻為一個(gè)低的中頻信號(hào)；與所述下變頻部分耦合的一個(gè)帶通濾波器；與所述帶通濾波器耦合的一個(gè)鑒頻器；與所述天線部分耦合的上變頻部分，用于將一個(gè)信息信號(hào)上變頻為所述一些高頻信號(hào)的第二高頻信號(hào)，所述上變頻部分包括所述下變頻的一部分；以及與所述上變頻部分的輸入耦合的一個(gè)整形濾波器。
21.一種使用位于一個(gè)半導(dǎo)體芯片上的短程無(wú)線電收發(fā)機(jī)的方法，包括這些步驟以時(shí)分復(fù)用方式調(diào)制所述短程無(wú)線電收發(fā)機(jī)；將一個(gè)接收到的信號(hào)從高頻下變頻為一個(gè)低的中頻；將所述低的中頻信號(hào)進(jìn)行通路濾波；從所述通路濾波過(guò)的信號(hào)中檢測(cè)第一信息信號(hào)；對(duì)第二信息信號(hào)進(jìn)行高斯整形；并且將所述整形的第二信息信號(hào)上變頻為所述高頻信號(hào)。
22.如權(quán)利要求21的方法，其特征在于所述低的中頻是大約3MHz。
全文摘要
可以將一個(gè)完整的無(wú)線電收發(fā)機(jī)(100)完全地集成在一個(gè)IC芯片上。為了在該芯片上集成IF濾波器(120、124),可以使用帶有低IF的外差式結(jié)構(gòu)。傳送過(guò)程中的上變頻以及接收過(guò)程的下變頻中都可以使用一個(gè)單獨(dú)的、直接調(diào)制的VCO(118)。在(VCO)的振蕩器槽中使用接合線作為諧振器。在空中接口中使用TDD方案來(lái)消除串音干擾或泄漏。使用高斯型二進(jìn)制FSK調(diào)制方案(124)以提供其他一些實(shí)現(xiàn)的有利條件。
文檔編號(hào)H04B1/38GK1248357SQ9880267
公開日2000年3月22日 申請(qǐng)日期1998年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月20日
發(fā)明者K·H·T·耶登福爾斯, S·E·馬蒂松, J·C·哈爾特森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司