專利名稱：Uwb放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信裝置，例如，超寬帶接收沖幾和/或發(fā)射機(jī)， 并且涉及最優(yōu)化無線通信裝置中的性能的方法。具體地，本發(fā)明涉 及無線通信裝置，包括具有外部電路組件的無線集成電路，例如l氐
噪聲放大器(LNA)或外部低噪聲放大裝置，用于^是供無線通信裝 置中的最優(yōu)化性能。
背景技術(shù)：
超寬帶是在整個(gè)3.1 GHz-10.6 GHz的非常寬的頻率范圍內(nèi)傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的無線電技術(shù)。它利用通常低于-41dBm/MHZ的超低傳輸 功率，4吏得該4支術(shù)可以完全隱藏在諸如現(xiàn)存的Wi-Fi、 GSM和藍(lán)牙 的其他傳輸頻率之下。這意味著超寬帶可以與其它無線電頻率4支術(shù) 共存。然而，這具有將通信限制在通常為5米到20米的距離的限 制。
有兩種實(shí)i見UWB的方案時(shí)i或方案，以具有UWB凈爭(zhēng)'I"生的月永 沖波形構(gòu)造信號(hào)；以及頻域調(diào)制方案，在多(頻)帶上使用傳統(tǒng)的 基于FFT的正交頻分復(fù)用(OFDM)，給出MB-OFDM。兩種UWB 方案都產(chǎn)生在頻譜內(nèi)覆蓋非常寬的帶寬的頻譜分量，即術(shù)語超寬 帶，/人而該帶寬占中心頻率的20%以上，通常至少為500MHz。200780051205.0
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超寬帶的這些特性，加上其非常寬的帶寬，意p未著UWB是用 于在通信裝置彼此在20m范圍內(nèi)的家庭或辦公環(huán)境中提供高速無 線通〗言的理想纟支術(shù)。
圖1示出了用于超寬帶通信的多帶正交頻分復(fù)用(MB-OFDM) 系統(tǒng)中的頻帶布置。MB-OFDM系統(tǒng)包括十四個(gè)子帶，每個(gè)子帶為 528 MHz,并且MB-OFDM系統(tǒng)4吏用子帶之間的每312 ns的沒L頻作 為訪問方法。在每個(gè)子帶內(nèi)，采用OFDM和QPSK或DCM編石馬來 傳輸數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)注意，空出5GHz左右(通常為5.1 GHz-5.8GHz) 的子帶，以避免與例如802.11 a WLAN系統(tǒng)、安全代理通信系統(tǒng)或 4元空工業(yè)的現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)之間的干擾。
十四個(gè)子帶組織為五個(gè)帶組，其中四個(gè)帶組中的每個(gè)均具有三 個(gè)528 MHz的子帶， 一個(gè)帶組具有兩個(gè)528 MHz的子帶。如圖1 所示，第一帶組包括子帶l、子帶2和子帶3。 一個(gè)示例性的UWB 系統(tǒng)將采用帶組的子帶間的跳頻，以使第 一數(shù)據(jù)符號(hào)在帶組的第一 頻率子帶中在第一 312.5 ns持續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸，第二數(shù)據(jù)符號(hào)在 帶組的第二頻率子帶中在第二 312.5 ns持續(xù)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸，以及 第三凝:據(jù)符號(hào)在帶組的第三頻率子帶內(nèi)在第三312.5 ns持續(xù)時(shí)間間 隔內(nèi)傳輸。因此，在每個(gè)時(shí)間間隔期間，數(shù)據(jù)符號(hào)在具有528 MHz 帶寬的各個(gè)子帶內(nèi)傳llr，例如具有以3960 MHz為中心的528 MHz 基帶信號(hào)的子帶2。
UWB系統(tǒng)的基本定時(shí)結(jié)構(gòu)為超幀。 一個(gè)超幀由256個(gè)介質(zhì)訪 問槽(MAS )構(gòu)成，每個(gè)MAS具有規(guī)定的持續(xù)時(shí)間，例如256jas。 每個(gè)超幀以持續(xù)一個(gè)或多個(gè)連續(xù)MAS的信標(biāo)周期開始。信標(biāo)周期 內(nèi)的第一個(gè)MAS的開始稱為"信標(biāo)周期開始"。圖2示出了超幀結(jié) 構(gòu)，其中每個(gè)MAS均可被位于距接收機(jī)不同距離且具有不同信號(hào) 強(qiáng)度的不同客戶機(jī)所占據(jù)(如圖3所示)。超寬帶的技術(shù)特性意味著其配置為用于數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的應(yīng)用。 例如，存在廣泛的各種應(yīng)用，這些應(yīng)用集中在以下環(huán)境中的電纜替 代
PC與外圍設(shè)備之間的通信，即，諸如石更盤驅(qū)動(dòng)器、光盤
刻錄才幾、打印才幾、掃描4義等的外圍設(shè)備。
家庭娛樂設(shè)備，諸如電4見和通過無線裝置連接的裝置、無 線揚(yáng)聲器等。
手持裝置與PC之間的通信，例如移動(dòng)電話和PDA、數(shù)碼 相機(jī)和MP3播放器等。
任何UMB系統(tǒng)中的重要因素是UWB接收機(jī)的噪聲性能。無 線接收機(jī)的輸入噪聲主要4皮鏈中的第一放大裝置的增益影響。當(dāng)?shù)?一》文大裝置形成集成電路的一部分時(shí)，即，完全集成在硅集成工藝 中，這種集成裝置的噪聲性能不如等價(jià)的外部裝置的噪聲性能，后 者可以以較低的成本具有更高的性能(忽略這些是否為簡(jiǎn)單的離散 裝置或更復(fù)雜的子系統(tǒng))。此外，可能的是影響對(duì)于限定應(yīng)用環(huán)境 的這些外部裝置的選擇，從而允許(比如說)對(duì)于一般應(yīng)用選擇較 低性能的裝置，而對(duì)于嚴(yán)格應(yīng)用選擇較高的性能。對(duì)用戶提供該選 擇大體上增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)性能的商業(yè)和技術(shù)生命力，同時(shí)最小化了 在內(nèi)部包括控制寄存器的附加成本。
已知使用一種復(fù)雜的外部離散放大器電路來在將信號(hào)施加到 較低性能的僅CMOS集成的裝置之前預(yù)放大所述信號(hào)。然而，這些 外部放大器是獨(dú)立(且復(fù)雜)的電路實(shí)體。這限制了整個(gè)系統(tǒng)的多 功能性，諸如在頻率信道改變之后的快速增益改變。UWB系統(tǒng)的 一個(gè)關(guān)鍵要求是在小于10ns的時(shí)間中使能這種能力。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)是CMOS系統(tǒng)芯片在外部離散放大器電路之上沒有控制。目前， 達(dá)到該性能水平的唯一方法是將放大裝置完全集成在集成電路中。
另 一種已知方法是使用混合集成工藝使得放大裝置可以:帔集
成在混合雙極CMOS裝置中。因?yàn)檫@種裝置的集成性能比起外部裝 置的集成性能是較差的(由于工藝折中)，所以這不吸引人。此外， 通過使用更復(fù)雜且因此昂貴的工藝用于這些兩-三高性能裝置，整個(gè) 解決方案帶有工藝花費(fèi)昂貴的負(fù)擔(dān)，因此使得該方案在商業(yè)上不吸 引人。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無線通信裝置，其沒有上述的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種無線通信裝置，包括集 成電路，包括用于執(zhí)行無線控制功能的電子電路系統(tǒng)；外部電路， 與集成電路分開，包括用于執(zhí)行無線控制功能的預(yù)定級(jí)的裝置，該 外部電路包括至少一個(gè)離散組件；并且其中外部電^各的該至少一個(gè) 離散組件由從集成電路接收到的 一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)控制。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種最優(yōu)化無線通信裝置中的 性能的方法。該方法包括以下步驟提供集成電路，該集成電路包 括用于執(zhí)行無線控制功能的電子電路系統(tǒng)；^是供外部電路，該外部 電路與集成電路分開，用于執(zhí)行無線控制功能的預(yù)定級(jí)，該外部電 路包括至少一個(gè)離散組件；以及使用從集成電路接收到的一個(gè)或多 個(gè)控制信號(hào)控制外部電路的至少 一個(gè)離散組件。
如所見的，本發(fā)明^吏用〗氐成本外部裝置作為集成的解決方案中 的輸入裝置，因此在外部裝置的改進(jìn)的性能中獲益同時(shí)得到復(fù)雜的集成的解決方案的控制和系統(tǒng)利益。此外，本發(fā)明才艮據(jù)用戶應(yīng)用程 序最優(yōu)化外部裝置的選擇并提供內(nèi)部寄存器以最優(yōu)化這些裝置的 運(yùn)行的能力提供了附加的利益。


為了更好地理解本發(fā)明，以及更清楚地示出如4可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明以
達(dá)到效果，將^f又以示例的方式來參照附圖，其中
圖1示出了多頻帶OFDM聯(lián)盟(MBOA)允許的MB-OFDM
系纟克的步l"i普；
圖2示出了超幀的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)介質(zhì)訪問槽(MAS)可以被 位于距接收機(jī)改變的距離的不同客戶機(jī)所占據(jù)；
圖3示出了關(guān)于位于距接收機(jī)改變的距離處的不同客戶機(jī)的不 同介質(zhì)訪問槽如何具有改變的信號(hào)長度；以及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的無線通信裝置。
具體實(shí)施例方式
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的無線接收機(jī)的形式 的一個(gè)無線通信裝置。雖然在無線接收機(jī)的上下文中描述優(yōu)選實(shí)施 例，但是可以理解，本發(fā)明還適用于無線發(fā)射機(jī)和無線收發(fā)才幾(即 發(fā)射機(jī)/接收機(jī))。
無線接收機(jī)包括集成電路21，用于執(zhí)行無線控制功能。優(yōu)選地 使用CMOS技術(shù)形成集成電路，雖然本發(fā)明也同樣適用于用于形成 集成電路的其它技術(shù)。外部電路23包括離散組件Ql、 Q2。在一個(gè)實(shí)例應(yīng)用中，外部 電路23配置為形成外部低噪聲增益電路的至少一部分，例如低噪 聲》文大器。然而可以理解，外部電^各23可以配置為扭^亍其^也功能。 通過實(shí)例的方式，CMOS裝置21的預(yù)期功能性將集成無線電4妄收 機(jī)的功能，諸如低噪聲;^文大器的進(jìn)一步增益級(jí)、混頻器、振蕩器、 和基帶處理器。除了這些功能，還將包括偏壓和控制外部電路23 的寄存器和電if各系統(tǒng)。
可以#4居應(yīng)用〗吏用只又4及或相合義技術(shù)來形成外部電^各23的離散 組件Ql、 Q2。在一些應(yīng)用中，可以使用GaAs工藝形成離散組件 Ql、 Q2。在這種方式中，可以使用GaAs工藝形成單獨(dú)的離散外部 組件，而不需要集成電路適于合并這種工藝。使用從集成電路21 中接收到的控制信號(hào)25、 26、 27和28來控制外部電路23的組件 Ql、 Q2?？梢岳斫?，雖然示例性實(shí)施例示出了外部電3各23包4舌第 一和第二裝置Ql、 Q2,但是外部電路可以包括任意形式的電路， 從單一離散組件到復(fù)雜子系統(tǒng)的范圍。還可以理解，這些外部組件 可以配置為由低成本CMOS裝置控制的最優(yōu)化子系統(tǒng)，因此能夠達(dá) 到更好的性能。
在該實(shí)例中，通過根據(jù)內(nèi)部控制電路系統(tǒng)控制外部裝置Ql、 Q2的DC運(yùn)4亍點(diǎn)，這些裝置可以被調(diào)整為在其對(duì)于最大化系統(tǒng)性能 的最適宜條件處運(yùn)4于。如上所述，除了上述實(shí)例，可能的是"^殳計(jì)系 統(tǒng)使得更復(fù)雜的外部電路23可以被外部地實(shí)現(xiàn)，使得可以使用低 成本集成電路21來減小由于片上/片外不匹配、溫度變化等引起的 外部電路的任何變化。在圖4的實(shí)例中，外部4氐噪聲增益電路一皮配 置為連接至內(nèi)部差分增益裝置(Q3)的兩個(gè)晶體管串聯(lián)增益級(jí)，以 實(shí)現(xiàn)放大功能。在該配置中，重要的是控制外部裝置的DC運(yùn)行點(diǎn)， 使得可以應(yīng)用最適宜偏壓條件來避免非線性行為。這些條件根據(jù)諸 如溫度或工藝變^:的影響而變4匕。因此，必須才艮才居內(nèi)部電路系統(tǒng)調(diào)整運(yùn)行條件使得裝置總是正確地運(yùn)行。這些調(diào)整必須根據(jù)連接至控 制電路的裝置節(jié)點(diǎn)上的電壓和一些之前確定的計(jì)算來進(jìn)行。這些計(jì) 算可以以已知的方法被編程到控制電路中。
無線接收機(jī)可以用來(例如)與多個(gè)客戶機(jī)進(jìn)行通信，每一個(gè)
占據(jù)相對(duì)短的時(shí)隙。在這種系統(tǒng)中，重要的是RF無線系統(tǒng)能夠響 應(yīng)快速改變的運(yùn)行條件，因此裝置運(yùn)行點(diǎn)在每個(gè)客戶機(jī)的基礎(chǔ)上。 此外，給出該約束，重要的是系統(tǒng)的功率消耗對(duì)根據(jù)每個(gè)客戶機(jī)的 需要來保存功率、減少噪聲或改進(jìn)信號(hào)處理性能來說總是最優(yōu)的。 由于輸入裝置的控制(即外部電路系統(tǒng)23)直接地:帔CMOS控制 裝置(即，集成電路21)所管理，這些改變可以執(zhí)行得非?？?。如 果輸入裝置使用DC模塊化組件連接至控制裝置，則由于模塊化組 件的恢復(fù)時(shí)間這些的短暫響應(yīng)時(shí)間不允許運(yùn)4亍點(diǎn)的快速定向。通過 經(jīng)由CMOS控制電路來控制輸入裝置的運(yùn)行點(diǎn)，并且通過避免用于 DC模塊化組件的需要，快速變化是可能的。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是其允許使用用于無線系統(tǒng)控制功能的低 成本的僅CMOS工藝和專用、簡(jiǎn)單、低成本、優(yōu)化的低噪聲外部裝 置作為被CMOS無線系統(tǒng)芯片控制的第一接收機(jī)增益級(jí)。外部電路 23具有其運(yùn)行參數(shù)，該參#:完全地或者以混合的方式#:控制，4吏得 外部電路23的運(yùn)行部分地或全部地受控于低成本集成電^各21，即 CMOS控制電路。
此外，通過將控制電路系統(tǒng)結(jié)合到集成電路21中，可以完成 每次快速變換到運(yùn)行點(diǎn)，這導(dǎo)致在低水平接收的信號(hào)和高水平接收 的信號(hào)之間進(jìn)行切換時(shí)的情況下系統(tǒng)受益。由于外部電路23有效 地為CMOS控制裝置21的外部部分，外部電路23的運(yùn)行點(diǎn)可以變 化處的速度支配性地被CMOS控制電路21管理。才艮據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，外部電路23可以是在集成電路21 中找到的電路的復(fù)制品(或者是執(zhí)行與集成電路21中找到的電路 相同功能的電路)。因此，在單一 CMOS裝置性能滿足的應(yīng)用中， 無線接收機(jī)能夠被實(shí)現(xiàn)而不使用外部電路23。這允許基本上與外部 電路相同的內(nèi)部電路被用在可接受低性能的應(yīng)用中。這樣，外部電 路23可以依賴于是否需要改進(jìn)的性能而選擇性地形成集成電路運(yùn) 行的一部分。在實(shí)際中這種配置的實(shí)現(xiàn)可以是使得集成電路21的 配置允許外部電路23的移除。這可以要求一些內(nèi)部控制寄存器的 重置。然而，系統(tǒng)的物理布局優(yōu)選地被i殳計(jì)為4吏得組件的最小化凄t 量，優(yōu)選地沒有，需要改變以在該第二才莫式運(yùn)行。
可以理解，本發(fā)明的一個(gè)關(guān)鍵功能利益是將外部低噪聲裝置 (即外部電路23)的偏壓和/或控制結(jié)合到復(fù)雜系統(tǒng)裝置(即集成 電^各21)之中，因此受益于性能和經(jīng)濟(jì)利益同時(shí)能夠利用CMOS 電3各4青確地控制外部元件。注意到，集成電^各提供的偏壓或控制可 以基于/人外部裝置23到集成電^各21經(jīng)過的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例示出而非限制了本發(fā)明，并且在不背離 所附片又利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域的^支術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出多種 可選實(shí)施例。詞語"包括"并不排除不同于4又利要求中所列出的元 件或步驟的存在，"一個(gè)，，并不排除多個(gè)，并且單一處理器或其它 單元可以完成權(quán)利要求中所述的多個(gè)單元的功能。4又利要求中的任 何參考標(biāo)號(hào)均不應(yīng)當(dāng)解釋為限制其范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線通信裝置包括集成電路，包括用于執(zhí)行無線控制功能的電子電路系統(tǒng)；外部電路，與所述集成電路分開，包括用于執(zhí)行無線控制功能的預(yù)定級(jí)的裝置，所述外部電路包括至少一個(gè)離散組件；以及其中，所述外部電路的所述至少一個(gè)離散組件由從所述集成電路接收的一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)來控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線裝置，其中所述集成電路配置為基 于/人所述外部電路4妄收的至少一個(gè)信號(hào)向所述外部電路提供 偏壓和/或控制信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線裝置，其中所述外部電路形成 放大器裝置的至少一部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線裝置，其中所述外部電路形成低噪 聲放大器裝置的至少一部分。
5. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線裝置，其中所述外部電路 執(zhí)行與在所述集成電路中找到的電路基本相同的功能。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線裝置，其中所述外部電路被選擇性 地操作。
7. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線裝置，其中所述集成電路 4皮配置并且能夠補(bǔ)償或減少由于片上/片外不匹配或溫度效應(yīng) 導(dǎo)致的所述外部電路中的變化。
8. 才艮據(jù)上述任一項(xiàng)片又利要求所述的無線裝置，其中所述外部電路 配置為使其運(yùn)行參數(shù)完全地或以混合方式被控制，使得所述外 部電路的運(yùn)行部分地或全部地被所述集成電鴻、控制。
9. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線裝置，其中所述集成電路 包括用于控制所述外部電路的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部寄存器。
10. #4居上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線裝置，其中使用雙才及或 GaAs工藝形成所述外部電路的所述至少 一個(gè)離散組件。
11. 才艮據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無線裝置，其中使用CMOS 工藝形成所述集成電^各。
12. —種優(yōu)化無線通信裝置中的性能的方法，所述方法包4舌以下步 驟提供集成電路，所述集成電路包括用于執(zhí)行無線控制功 能的電子電路系統(tǒng)；提供外部電路，所述外部電路與所述集成電路分開，用 于執(zhí)行無線控制功能的預(yù)定級(jí)，所述外部電路包括至少一個(gè)離 散組件；以及使用從所述集成電路接收的一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)控制所 述外部電路的所述至少 一 個(gè)離散組件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述外部電路形成放大器 裝置的至少一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述外部電路形成低噪聲 ;故大器裝置的至少一部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述外部電路可才喿作 為執(zhí)行與在所述集成電路中找到的電路基本相同的功能。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述外部電i 各被選擇性地 操作。
17. 4艮據(jù)4又利要求12到16中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 控制所述集成電路的運(yùn)行以減少由于片上/片外不匹配或溫度 效應(yīng)導(dǎo)致的所述外部電^各中的變化。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12到17中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 控制所述外部電路使得所述外部電路的運(yùn)行參數(shù)完全地或以 混合方式一皮控制，4吏得所述外部電路的運(yùn)行部分地或全部地4皮 所述集成電路控制。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12到18中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 在所述集成電路中提供一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部寄存器，用于控制所述 外部電路的運(yùn)行。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12到19中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用雙極或 GaAs工藝形成所述外部電路的所述至少一個(gè)離散組4牛。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12到20中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用CMOS 工藝形成所述集成電^各。
22. —種集成電路，用于在如4又利要求1到11中4壬一項(xiàng)所述的無 線通信裝置中使用。
全文摘要
無線通信裝置，包括集成電路，集成電路包括用于執(zhí)行無線控制功能的電子電路系統(tǒng)。外部電路，與集成電路分開，被提供用于執(zhí)行無線控制功能的預(yù)定級(jí)，該外部電路包括至少一個(gè)離散組件。該外部電路的至少一個(gè)離散組件由從集成電路接收的一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)控制。這樣，本發(fā)明利用低成本外部裝置作為集成解決方案中的輸入裝置，因此受益于無線裝置的改進(jìn)的性能同時(shí)獲得復(fù)雜集成的解決方案的控制和系統(tǒng)利益。
文檔編號(hào)H03F1/06GK101606314SQ200780051205
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者鄧肯·布雷姆內(nèi) 申請(qǐng)人:Iti蘇格蘭有限公司