專利名稱：用于實(shí)施諧波抑制混頻器的系統(tǒng)及方法
用于實(shí)施諧波抑制混頻器的系統(tǒng)及方法
背景技術(shù)：
射頻(RF)發(fā)射器存在于許多單向及雙向通信裝置中，例如便攜式通信裝置、蜂窩 式電話、個人數(shù)字助理(PDA)及其它通信裝置。RF發(fā)射器使用由該發(fā)射器正在其內(nèi)操作的 特定通信系統(tǒng)決定的無論何種通信方法進(jìn)行發(fā)射。RF發(fā)射器通常并入到支持以多個頻帶發(fā) 射話音或數(shù)據(jù)的裝置中。此類RF發(fā)射器通常采用上變頻過程來控制所述裝置的發(fā)射頻率。 一般來說，所述上變頻過程涉及關(guān)于高頻載波信號的疊加基帶信息。通常，上變頻器使用一個或一個以上混頻器將基帶信號或中頻信號(例如，本機(jī) 振蕩器(LO)信號)上變頻為RF信號.在上變頻器中使用的常規(guī)混頻器的值得考慮的問題 是其產(chǎn)生不合意的噪聲。為抑制噪聲，可對本機(jī)振蕩器(LO)信號進(jìn)行硬交換或者可施加方 波來替代正弦信號。因此，輸出信號可含有中頻(Oho)周圍的經(jīng)調(diào)制信號及奇次諧波(例 如第三、第五及第七諧波)處的不想要的諧波。這些諧波形成不想要的寄生功率，其可(例 如)違反發(fā)射掩模要求或可在所發(fā)射輸出信號通過可具有非線性操作特性的輸出緩沖器 或功率放大器時在所述信號中導(dǎo)致失真。因此，需要移除這些諧波。在常規(guī)混頻器中，使通過但抑制奇次諧波(例如，3 ωω、5 ωω)通常需要相對 高Q濾波器。可通過使用諧波抑制混頻器來簡化濾波器要求。典型的第三諧波抑制混頻器 通過對處于本機(jī)振蕩器(LO)頻率下的相對于彼此具有0、60、90及150度的相位差的正弦 信號進(jìn)行平方或?qū)⑵渫ㄟ^限幅器來獲得四個信號(Acr、Α6(ι。、Α9(ι。、Α150。)。正弦信號通常是 通過使用可包含實(shí)現(xiàn)相移的阻容式(RC)區(qū)段的多相濾波器產(chǎn)生的。然而，多相濾波器為龐 大、窄帶的且消耗大量功率。因此，需要用于實(shí)施諧波抑制發(fā)射器的經(jīng)改進(jìn)系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于實(shí)施諧波抑制混頻器的系統(tǒng)及方法的各種實(shí)施例。一個實(shí)施例為一種用 于為諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)。一個此種系統(tǒng)包括本機(jī)振蕩器、除 以N分頻器、除以三分頻器及諧波抑制混頻器。所述本機(jī)振蕩器經(jīng)配置以提供參考頻率信 號。所述除以N分頻器經(jīng)配置以將所述參考頻率信號除以值N且提供輸出信號。所述除以 三分頻器經(jīng)配置以接收所述除以N分頻器的所述輸出信號且將所述輸出信號分割成三個 相位偏移信號。所述諧波抑制混頻器經(jīng)配置以接收所述三個相位偏移信號且消除第三頻率 諧波。下文的圖式及詳細(xì)說明并非窮盡性。圖解說明并描述所揭示的實(shí)施例以使得所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠制作并使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在審查以下圖及詳細(xì)說明之 后將明了本發(fā)明的其它實(shí)施例、特征及優(yōu)點(diǎn)。所有此類額外實(shí)施例、特征及優(yōu)點(diǎn)在所附權(quán)利 要求書界定的所揭示系統(tǒng)及方法的范圍內(nèi)。


圖中的組件未必是按比例的，而重點(diǎn)放在清晰地圖解說明本發(fā)明的原理上。此外，在所述圖中，相似的參考編號表示所有不同視圖中的對應(yīng)部件。圖1是圖解說明包含諧波抑制發(fā)射器的經(jīng)簡化便攜式收發(fā)器的框圖。圖2是圖解說明用于為圖1的發(fā)射器中的諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO) 信號的系統(tǒng)及方法的實(shí)施例的示意圖。圖3是圖解說明圖2的諧波抑制混頻器的實(shí)施例的示意圖。圖4是圖解說明除以三分頻器的輸出信號的時序圖。圖5是圖3的諧波抑制混頻器的上部混頻器區(qū)段的示意圖。圖6是圖5中所圖解說明的上部混頻器區(qū)段的實(shí)施例的電路圖。圖7是圖解說明用于為圖1的發(fā)射器中的諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO) 信號的系統(tǒng)及方法的另一實(shí)施例的示意圖。圖8是圖解說明圖7的系統(tǒng)的本機(jī)振蕩器(LO)信號產(chǎn)生的簡化框圖。圖9是圖解說明用于在圖8的相位重組器中產(chǎn)生信號C45。的電路的一個實(shí)施例的 示意圖。圖10是圖解說明用于實(shí)施接收器混頻器中的諧波抑制架構(gòu)的系統(tǒng)的實(shí)施例的框 圖。
具體實(shí)施例方式特別參考在全球移動通信系統(tǒng)(GSM)通信系統(tǒng)中操作的便攜式收發(fā)器來描述用 于為諧波抑制混頻器(HRM)產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)及方法的各種實(shí)例性實(shí)施例， 但可將LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法并入于實(shí)施HRM的任一發(fā)射器中以對射頻(RF)信號進(jìn)行上 變頻。此外，用于HRM的LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法可以硬件、軟件、固件或其任一組合來實(shí)施。 當(dāng)以硬件實(shí)施時，所述系統(tǒng)及方法可使用專門化硬件元件及邏輯來實(shí)施。當(dāng)所述系統(tǒng)及方 法全部地或部分地以軟件實(shí)施時，可使用所述軟件來控制發(fā)射器中的各種組件。所述軟件 可存儲于存儲器中且由適合指令執(zhí)行系統(tǒng)(例如，微處理器)執(zhí)行。硬件實(shí)施方案可包含 以下技術(shù)(其在此項技術(shù)中為眾所周知的)中的任一者或組合離散電子組件、具有用于對 數(shù)據(jù)信號實(shí)施邏輯功能的邏輯門的離散邏輯電路、具有適當(dāng)邏輯門的專用集成電路、可編 程門陣列(PGA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。對于軟件實(shí)施例，用于HRM的LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法的軟件可包括用于實(shí)施邏輯 功能的可執(zhí)行指令的有序列表且可以由或結(jié)合指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置(例如，基于計 算機(jī)的系統(tǒng)、含處理器系統(tǒng)或者可從指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置提取指令并執(zhí)行所述指令 的其它系統(tǒng))使用的任何計算機(jī)可讀媒體體現(xiàn)。所述計算機(jī)可讀媒體可以是可含有、存儲、 傳遞、傳播或輸送由或結(jié)合所述指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用的程序的任何構(gòu)件。所述計 算機(jī)可讀媒體可以是(例如但不限于)電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝 置或傳播媒體。所述計算機(jī)可讀媒體的更多具體實(shí)例(非窮盡性列表)可包含以下各項 具有一個或一個以上導(dǎo)線的電連接(電子)、便攜式計算機(jī)磁盤(磁性)、隨機(jī)存取存儲器 (RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或快閃存儲器)(磁性)、光纖 (光學(xué))及便攜式光盤只讀存儲器(CDROM)(光學(xué))。注意，所述計算機(jī)可讀媒體可甚至為 紙或其上印刷有程序的另一適合媒體，因?yàn)樗龀绦蚩山?jīng)由(例如)對所述紙或其它媒體 的光學(xué)掃描而以電子方式捕獲、接著經(jīng)編譯、解釋或如果必要則以適合方式經(jīng)另外處理且接著存儲于計算機(jī)存儲器中。圖1是圖解說明用于實(shí)施LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法的各種實(shí)施例的經(jīng)簡化便攜式 收發(fā)器100的框圖。便攜式收發(fā)器100包括揚(yáng)聲器102、顯示器104、鍵盤106及麥克風(fēng)108， 其全部連接到基帶子系統(tǒng)110。在一個實(shí)施例中，便攜式收發(fā)器100可以是(例如但不限 于)無線電信手持機(jī)，例如移動蜂窩式電話。揚(yáng)聲器102及顯示器104分別經(jīng)由所屬領(lǐng)域的 技術(shù)人員已知的連接112及114從基帶子系統(tǒng)110接收信號。類似地，鍵盤106及麥克風(fēng) 108分別經(jīng)由連接116及118將信號供應(yīng)到基帶子系統(tǒng)110?；鶐ё酉到y(tǒng)110包含經(jīng)由總 線1 通信的微處理器(μ P) 120、存儲器122、模擬電路IM及數(shù)字信號處理器(DSP) 126。 總線1 雖然展示為單一連接，但可使用視需要連接于基帶子系統(tǒng)110內(nèi)的子系統(tǒng)中的若 干個總線來實(shí)施。微處理器120及存儲器122為便攜式收發(fā)器100提供信號定時、處理及存 儲功能。在其中用于HRM的LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法是以軟件實(shí)施的實(shí)施例中，存儲器122 可包括可由微處理器120、DSP 126或由另一處理器執(zhí)行的L0/HRM軟件155。模擬電路IM提供針對基帶子系統(tǒng)110內(nèi)的信號的模擬處理功能?；鶐ё酉到y(tǒng) 110經(jīng)由總線128與射頻(RF)/經(jīng)混頻信號裝置(MSD)子系統(tǒng)130通信。RF/MSD子系統(tǒng)130包含模擬及數(shù)字組件兩者。一般來說，RF/MSD子系統(tǒng)130包含 接收器200、合成器300及諧波抑制發(fā)射器400。在圖1中所圖解說明的實(shí)施例中，RF/MSD 子系統(tǒng)130包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器134，且諧波抑制發(fā)射器400包含一個或一個以上數(shù)/模轉(zhuǎn)換 器(DAC)142 及 144。ADC 134、DAC 142及DAC 144也經(jīng)由總線128與微處理器120、存儲器122、模擬 電路IM及DSP 1 通信。DAC 144將基帶子系統(tǒng)110內(nèi)的數(shù)字通信信息轉(zhuǎn)換成模擬信號 以供諧波抑制發(fā)射器400經(jīng)由連接140進(jìn)行發(fā)射。連接140盡管展示為兩個定向箭頭，但 包含待由RF/MSD子系統(tǒng)130在從數(shù)字域轉(zhuǎn)換為模擬域之后發(fā)射的信息。DAC 144對基帶同相(I)及正交相位(Q)分量進(jìn)行操作。DAC 144與包含I/Q調(diào) 制器146及諧波抑制混頻器155的上變頻器巧4通信。下文更詳細(xì)地描述上變頻器154的 結(jié)構(gòu)及操作以及用于HRM 155的LO信號產(chǎn)生系統(tǒng)及方法。然而，一般來說，I/Q調(diào)制器146 將從DAC 144接收的I及Q信息信號調(diào)制到由合成器300經(jīng)由連接156提供的頻率參考信 號(稱為“本機(jī)振蕩器”或“L0”信號)上。合成器300確定上變頻器巧4將把經(jīng)調(diào)制信號變換到的適當(dāng)頻率。在一個實(shí)施例 中，合成器300使用在此實(shí)例中在約2. 5到3. 0吉赫(GHz)的中心頻率下操作的單一壓控 振蕩器(VCO)及若干分頻器來將所要的LO信號提供到諧波抑制發(fā)射器400且提供到接收 器 200。上變頻器巧4經(jīng)由連接158將經(jīng)相位調(diào)制信號以適當(dāng)發(fā)射頻率供應(yīng)到功率放大器 160。功率放大器160將連接158上的經(jīng)相位調(diào)制信號放大到適當(dāng)功率電平以供經(jīng)由連接 162發(fā)射到天線164。作為說明，交換機(jī)166控制是否將連接162上的經(jīng)放大信號傳送到天 線164或是否將來自天線164的所接收信號供應(yīng)到濾波器168。通過經(jīng)由連接132來自基 帶子系統(tǒng)110的控制信號來控制交換機(jī)166的操作。在適當(dāng)時間，通過天線164接收的信號可由基帶子系統(tǒng)110確定、經(jīng)由交換機(jī)166 引導(dǎo)到接收濾波器168。接收濾波器168對所接收信號進(jìn)行濾波并在連接174上將經(jīng)濾波 信號供應(yīng)到低噪聲放大器(LNA) 176。雖然圖1中展示了單一 LNA 176，但應(yīng)理解可使用多個LNA，此視便攜式收發(fā)器100的操作頻率而定。接收濾波器168可以是帶通濾波器，其使 便攜式收發(fā)器100正在其中操作的特定蜂窩式系統(tǒng)的所有信道通過。作為實(shí)例，在其中支 持900MHz GSM系統(tǒng)的實(shí)施例中，接收濾波器168將使從925. 1 MHz到959. 9 MHz的所有頻 率通過，從而覆蓋各自為200 kHz的所有175個相連信道。接收濾波器168的用途是抑制 在所要區(qū)域以外的所有頻率。LNA 176將連接174上的非常弱的信號放大到下變頻器178 可將所述信號從所發(fā)射頻率變換回到基帶頻率的電平?；蛘撸墒褂闷渌?例如但不 限于低噪聲塊下變頻器(LNB))來實(shí)現(xiàn)LNA 176及下變頻器178的功能性。在此實(shí)例中，接 收器200作為其中將所接收RF信號直接下變頻為基帶信號的直接轉(zhuǎn)換接收器(DCR)而操 作。在一個實(shí)施例中，LNA 176為全差分式并在無電感與平衡不平衡變換器的情況下且不 使用電壓增益來進(jìn)行操作，使得在LNA 176的輸入處消除大的電場。下變頻器178經(jīng)由連接180從合成器300接收一個或一個以上LO信號。合成器 300確定將經(jīng)由連接182從LNA 176接收的信號下變頻到的頻率。在DCR的情況下，將所 接收信號直接轉(zhuǎn)換為基帶(DC)或近基帶。下變頻器178經(jīng)由連接184將經(jīng)下變頻信號發(fā) 送到信道濾波器186(也稱為“IF濾波器”)。信道濾波器186選擇一個所要信道并抑制所 有其它信道。在GSM系統(tǒng)實(shí)施例中，實(shí)際上將接收175個相連信道中的僅一者。在所有信 道由接收濾波器168通過并由下變頻器178在頻率上進(jìn)行下變頻之后，僅一個所要信道將 精確地出現(xiàn)在信道濾波器186的中心頻率下。通過控制在連接180上供應(yīng)到下變頻器178 的本機(jī)振蕩器頻率，合成器300確定選定信道。解調(diào)器194恢復(fù)所發(fā)射模擬信息并經(jīng)由連 接196將表示此信息的信號供應(yīng)到ADC 134。ADC 134將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成處于基帶頻 率下的數(shù)字信號且經(jīng)由總線1 將其傳送到DSP 126以供進(jìn)一步處理。已描述便攜式收發(fā)器100的一般組件及操作，將參考圖2到圖9描述用于為諧波 抑制發(fā)射器400產(chǎn)生LO信號的系統(tǒng)及方法的各種實(shí)施例。圖2是圖解說明用于為例如圖 1中所圖解說明的HRM 155的諧波抑制混頻器產(chǎn)生LO信號的系統(tǒng)200的一個實(shí)施例的示 意圖。系統(tǒng)200包括本機(jī)振蕩器202、除以N分頻器204、除以3分頻器206、諧波抑制混頻 器208及除以2分頻器226。本機(jī)振蕩器202經(jīng)由連接210將參考頻率信號提供到分頻器 2 及204。所述參考頻率信號可由合成器300經(jīng)由連接156提供。分頻器2 將所述參 考頻率信號除以2以用于在連接2 上提供用于高帶發(fā)射信號的LO信號。對于低帶發(fā)射信號，除以N分頻器204將所述參考頻率信號除以適當(dāng)除數(shù)N。出于 上變頻的目的且基于(例如)便攜式收發(fā)器100的特定配置及所述便攜式收發(fā)器所支持的 無線系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)，N的數(shù)值可包括任一所要值。在一實(shí)施例中，除以N分頻器204可經(jīng)選擇 性控制以支持12、13、14或15的N值。除以N分頻器204的輸出在連接212上提供到除以 3分頻器206。除以3分頻器206將除以N分頻器204的輸出信號分割成三個相位偏移信 號。在圖4中所圖解說明的實(shí)施例中，使三個相位偏移信號B。。(t)、 Q。(t)及B12Q。(t)在 基本操作頻率(即，除以3分頻器206的輸出處的頻率)下偏移0讀、60度及120度。除以 3分頻器206可為單端型或差分式，且在一實(shí)施例中包括具有約50%工作循環(huán)的基于CMOS 的分頻器。經(jīng)由連接214、216及218將所述三個相位偏移信號提供到諧波抑制混頻器208。 諧波抑制混頻器208還經(jīng)由連接220及2M接收基帶信號I及Q。一般來說且如下文更詳 細(xì)地描述，基于所述三個相位偏移信號以適當(dāng)調(diào)制器權(quán)重來配置諧波抑制混頻器208以實(shí) 現(xiàn)第三諧波抵消。
如上文所描述，在上變頻器中使用的常規(guī)混頻器的問題之一是其產(chǎn)生不合意噪 聲。上變頻過程涉及將基帶信息疊加于高頻載波信號上，使得可實(shí)現(xiàn)以下方程式方稈式1 =V0 (t) = [I (t) cos (ω LOt] + [Q (t) sin (ω LOt]為抑制噪聲，可對本機(jī)振蕩器(LO)信號進(jìn)行硬交換或者可施加方波信號來替代 正弦信號。因此，Vo(t)可含有ω ω周圍的經(jīng)調(diào)制信號及奇次諧波(例如3ωω、5ωω等等) 處的不想要的諧波。這些諧波可在所發(fā)射輸出通過可展現(xiàn)出非線性響應(yīng)或具有非線性特性 的輸出緩沖器或功率放大器160時在所述輸出中導(dǎo)致失真。因此，需要移除這些諧波。當(dāng)使用常規(guī)混頻器時，諧波的有限抑制通常在混頻器輸出處需要使ω ω通過但抑 制奇次諧波(例如，3ωω、5ωω)的相對高Q濾波器。然而，高Q濾波器具有上文所提及的不 合意特性?？赏ㄟ^使用提供對第三諧波的衰減的諧波抑制混頻器來簡化濾波器要求。典型 的第三諧波抑制混頻器通過對處于本機(jī)振蕩器(LO)頻率下的相對于彼此具有0、60、90及 150度的相位差的正弦信號進(jìn)行平方或?qū)⑵渫ㄟ^限幅器來獲得四個信號(Acr (t)、A6CI。(t)、 A9Q。(t)、A15cr (t))。正弦信號通常是通過使用可包含實(shí)現(xiàn)相移的RC區(qū)段的多相濾波器產(chǎn) 生的。然而，多相濾波器為龐大、窄帶的且消耗大量功率。諧波抑制混頻器208消除對多相 濾波器的需要且提供一種用于第三諧波抵消的緊湊低功率寬帶實(shí)施方案。圖3是圖解說明諧波抑制混頻器208的實(shí)施方案的示意圖。諧波抑制混頻器208 分別在連接220及222上接收基帶信號I (t)及Q(t)。將信號I (t)提供到兩個并聯(lián)混頻器 區(qū)段。第一區(qū)段包括混頻器元件302及304，且第二區(qū)段包括混頻器元件306及308?；祛l 器元件302在一個輸入處接收信號I (t)且在第二輸入303處接收值V 3的數(shù)值近似?；?頻器元件302對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接312將輸出信號提供到混頻器元件304。 混頻器元件304將混頻器元件302的輸出與經(jīng)由連接214從除以三分頻器206 (圖幻接收 的相位偏移信號Bcr混頻。經(jīng)由連接314將混頻器元件304的輸出提供到求和元件310。參考第二混頻器區(qū)段，混頻器元件306在一個輸入處接收信號I (t)且在第二輸入 處接收值V 3的近似?；祛l器元件306對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接316將輸出信 號提供到混頻器元件308?；祛l器元件308將混頻器元件306的輸出與經(jīng)由連接216從除 以三分頻器206 (圖2、接收的相位偏移信號 。。(t)混頻。經(jīng)由連接318將混頻器元件308 的輸出提供到求和元件310。求和元件310將兩個信號加在一起且經(jīng)由連接346將兩個輸 入信號的和提供到求和元件350。將信號Q(t)提供到三個并聯(lián)混頻器區(qū)段。第一區(qū)段包括混頻器元件320及322， 第二區(qū)段包括混頻器元件3M及326，且第三區(qū)段包括混頻器元件3 及330。混頻器元件 320在一個輸入處接收信號Q(t)且在第二輸入處接收值-1的近似?；祛l器元件320對這 些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接332將輸出信號提供到混頻器元件322?；祛l器元件322 將混頻器元件320的輸出與經(jīng)由連接214從除以三分頻器206 (圖2、接收的相位偏移信號 B。。(t)混頻。經(jīng)由連接334將混頻器元件322的輸出提供到求和元件344?；祛l器元件3M在一個輸入處接收信號Q (t)且在第二輸入處接收值1的近似。混 頻器元件3M對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接336將輸出信號提供到混頻器元件326。 混頻器元件3 將混頻器元件324的輸出與經(jīng)由連接216從除以三分頻器206(圖2)接 收的相位偏移信號 。。(t)混頻。經(jīng)由連接338將混頻器元件326的輸出提供到求和元件 344。
8
混頻器元件3 在一個輸入處接收信號Q (t)且在第二輸入處接收值2的近似。混 頻器元件3 對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接340將輸出信號提供到混頻器元件330。 混頻器元件330將混頻器元件3 的輸出與經(jīng)由連接218從除以三分頻器206 (圖幻接收 的相位偏移信號B12Q。(t)混頻。經(jīng)由連接342將混頻器元件330的輸出提供到求和元件 344。求和元件344將三個輸入信號加在一起且將結(jié)果提供到求和元件350。求和元件 350對相應(yīng)I (t)及Q(t)區(qū)段的輸出(分別在連接346及348上)求和且在連接352上提 供輸出信號VtlU)。出于圖解說明在此結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的第三諧波抵消的目的，應(yīng)了解可借助針 對輸出信號VtlU)的以下方程式來表示諧波抑制混頻器208的結(jié)構(gòu)及操作方稈式2 :Vn(t) = [( V 3B0。(t)+ V 3B60. (t)I(t)] +[(B0. (t) +B60. (0)+2祁12。。(t)Q(t)]參考方程式2，(Bcr (t)+B6Q。(t))與(-Bcr (t)+B6Q。(0+2祁12(1。⑴)的基本頻 率分量彼此大致正交。在這點(diǎn)上，方波的第三諧波可視為如下。第三諧波B6tr抵消第 三諧波Bcr，且第三諧波(-Bcr (t)+B6Q。(t))抵消第三諧波2*B12Q。(t)。此外，在方程式 2的第一部分中與B。。(0及 。。(t)相乘的V 3因子等于基本分量(B。。(t)+B60. (t)) 與(-B。。(t)+B6Q。(0+2祁12(1。⑴)的相對量值。再次參考方程式1，基本分量 (V 3*B0. (t)+ V 3祁60。⑴)為 cos ⑴且基本分量(_1*B。。(t)+1*B60. (t)+2*B120. (t)) 為sin ωωα)。以此方式，已消除第三諧波。如圖3中進(jìn)一步圖解說明，諧波抑制混頻器 208可進(jìn)一步包括配置有抵消(例如)第五及第七諧波的性質(zhì)的低通濾波器(LPF) 354。由 于LPF 3Μ正在僅衰減第五及第七諧波，因此可放松對濾波器的Q要求。LPF 3Μ經(jīng)由連接 352接收信號V。(t)且將輸出信號(其中進(jìn)行了第五及第七諧波抵消)提供到連接356以 供在便攜式收發(fā)器100中進(jìn)一步處理。在一實(shí)施例中，低通濾波器(LPF)3M包括具有基本 RC濾波器的單端型實(shí)施方案，但可實(shí)施任一所要配置來實(shí)現(xiàn)所要諧波抵消(例如，第五、第 七)。諧波抑制混頻器208可以各種電路配置來實(shí)施。出于大體圖解說明諧波抑制混頻 器208的結(jié)構(gòu)的目的，此處論述圖3的框圖的一個區(qū)段的實(shí)施方案。圖5圖解說明接收基 帶信號I (t)的混頻器元件302及304的上部混頻器區(qū)段，且圖6圖解說明用于實(shí)施混頻器 元件302及304的電路600的實(shí)施例。如圖6的實(shí)施例中所圖解說明，可使用(例如)單 一吉爾伯特混頻器配置來實(shí)施混頻器元件302及304。電路600大體包括常規(guī)雙平衡吉爾 伯特混頻器配置，其中在此情況下基帶信號I (t)為下部差分對上的輸入，而對應(yīng)LO信號為 上部差分電路對上的輸入。下部差分晶體管對因設(shè)定電壓/電流轉(zhuǎn)換比的電阻器而發(fā)生退 化。通過選擇適當(dāng)電阻器值、電流源晶體管的對應(yīng)寬度或比及輸入差分對晶體管的寬度來 實(shí)施倍增因子V 3。上部場效應(yīng)晶體管(FET)對(其也經(jīng)相應(yīng)地確定大小)將來自下部退 化共用源或Gm級(跨導(dǎo))的電流信號與差分LO電壓信號Btl相乘。通過LO信號的交換動 作將來自Gm級的電流換向到輸出。圖3的各個區(qū)段(由圖3的310、344、350表示)的求 和通過將各個吉爾伯特混頻器輸出電流連接在一起來實(shí)施。組合的電流流動到將所述電流 轉(zhuǎn)換成電壓的一對差分負(fù)載電阻器。低通濾波器(LPF)可通過將適當(dāng)電容與這些電阻并聯(lián) 連接來實(shí)施。圖7圖解說明用于為諧波抑制發(fā)射器400產(chǎn)生LO信號的系統(tǒng)700的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，諧波抑制混頻器704經(jīng)配置以抵消第三諧波及第五諧波兩者，借此進(jìn)一步 放松對LPF 3M的Q要求。將參考針對輸出信號VtlU)的以下方程式來描述系統(tǒng)700的一 般結(jié)構(gòu)及操作方稈式3 :Vn(t) = [(A_45。(t)+ V 2*A。。(t)+*A45。(t))I(t)] +[ (A45. (t)+ V 2*A90。(t)+*AU5。(t))Q(t)]信號A135。(t)為權(quán)(t)的互補(bǔ)信號且在差分實(shí)施方案中可容易獲得。信號 A_45。(t)、A0。(t)、A45。(t)及A9Q。(t)表示方波信號，其具有彼此成-45、0、45及90度相位 偏移的基本頻率分量。方程式3圖解說明為HRM架構(gòu)產(chǎn)生LO信號。如下文更詳細(xì)地描述，頻率計劃在LO 鏈中使用除以三元件。除以三元件的輸出分別用于實(shí)現(xiàn)相位0度、45度、90度及135度以 及其互補(bǔ)信號180度、225度、270度及315度。這些相位可借助常規(guī)的除以四電路容易獲 得。然而，應(yīng)了解，用于系統(tǒng)700的頻率計劃不準(zhǔn)許除以四電路。因此，如圖7中所圖解說 明，在除以三元件206與諧波抑制混頻器704之間使用特別配置的轉(zhuǎn)換塊(例如，寬帶相位 重組器702)。系統(tǒng)700類似于上文所描述的系統(tǒng)200。舉例來說，系統(tǒng)700可包括除以二分頻器 226、除以N分頻器204及除以三分頻器206。在圖6中所圖解說明的實(shí)施例中，系統(tǒng)700進(jìn) 一步包括寬帶相位重組器702且諧波抑制混頻器208由諧波抑制混頻器704替換。寬帶相 位重組器702分別經(jīng)由連接214、216及218接收由除以三分頻器206提供的三個相位偏移 信號B0. ,B60.及B120.。寬帶相位重組器702分別在連接706,708,710及712上提供四個輸 出信號C_45。(t)、C。Q(t)、C45。(t)&C9Q。(t)。在差分實(shí)施方案中，還可獲得以上信號的所 有互補(bǔ)相位。在一個實(shí)施例中，寬帶相位重組器702經(jīng)配置以根據(jù)以下方程式提供輸出信 號方程式4 :Cn。(t) = V 3B。。(t)+ V 3B60. (t)方程式5 :C。n。(t) =_B0。(t)+B60。(t)+2B120。(t)方程式6 -.C^ (t) =C。。(t)+C9。。(t) = ( V 3-1) B。。(t) +( V 3+1) B60. (t)+2B120。(t)方程式7 (t) = C。。(t)_C9。。(t) = ( V 3+1) B。。(t) +( V 3-1) B60. (t)-2B120。(t)從B。。(t)、 。(t)及 B12。。(t)獲得信號 C_45。(t)、C。。(t)、C45。(t)及 C9。。(t)。 在基本操作頻率下，基本分量具有0、90、45及-45度的相位。第三諧波可由于上文所論述 的第三諧波抑制而為相對低。接著對這些信號進(jìn)行低通濾波以減少其較高諧波(例如，第 五、第七)。接著使其通過限幅器以獲得諧波抑制混頻器704所必需的LO信號。由于上文 所描述的求和塊及低通濾波器所產(chǎn)生的正弦信號(在使所述信號通過限幅器之前其具有 較高諧波(例如，第三、第五等))而獲得信號C_45。(t)、CQ。(t)、C45。(t)與C9Q。(t)之間的 所要相位差。應(yīng)了解，限幅器輸入處的信號中存在第三或第五或更高諧波會改變輸出波形 的零交叉。此可顯著改變限幅器的輸出處的信號之間的時序關(guān)系且可使系統(tǒng)的邊帶抑制及 諧波抑制降級。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，信號C_45。(t)、(V (t)、C45。(t)及C9cr (t)可 解決這些及其它操作問題。由于所述信號被通過限幅器，因此其相對量值可不那么重要。因此，應(yīng)了解，輸出信號C_45。(t)、C。Q(t)、C45。⑴及^。(t)可簡化為如下方稈式8 CQ。(t) = B。。(t) +B6Q。(t)方稈式9 C90。(t) = -B0. (t) +B60. (t) +2B120. (t)方稈式10 :C45。(t) = ( V 3-1) B0。(t) + ( V 3+1) B60. (t)+2B120。(t)方稈式U :C_45。(t) = ( V 3+1) B。。(t) + ( V 3-1) B60. (t)_2B12C1。(t)圖8是圖解說明系統(tǒng)700的LO信號產(chǎn)生的簡化框圖。除以三分頻器206接收具 有頻率的信號且提供處于％下的輸出信號Bcr (t), B60. (t)及B12cr (t)。相位重組 器702將方波輸出信號C_45。(t)、C。0(t)、C45. (t)及C90. (t)提供到諧波抑制混頻器704。圖9圖解說明用于相對于產(chǎn)生信號C45。(t)實(shí)施相位重組器702的邏輯的系統(tǒng)900 的一個實(shí)施例?？梢灶愃品绞教峁┢渌盘?。如圖9中所圖解說明，系統(tǒng)900包括三個并 聯(lián)混頻器元件902、904及906、求和元件908、低通濾波器910及限幅放大器912。所述混頻 器元件可包括因設(shè)定晶體管元件的增益或倍增比的電阻而發(fā)生退化的差分對?？赏ㄟ^增益 或倍增比來按比例調(diào)整偏置電流源。舉例來說，可通過選擇電阻值R/N來實(shí)現(xiàn)乘以N，其中 電流源比及差分對大小為標(biāo)稱值的N倍。LO信號可作為電壓信號輸入于差分對上?？赏ㄟ^ 將各個差分對的輸出連接在一起來實(shí)現(xiàn)電流的求和。在操作中，混頻器元件902在一個輸入處接收輸出信號Bcr (t)且接收通過 1.75(作為值1/ V 3的近似)按比例調(diào)整的退化電阻值?；祛l器元件902對這些輸入信號 進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接914將輸出信號提供到求和元件908?；祛l器元件904在其輸入處接 收輸出信號B6Q。(t)且接收通過1/2. 75(作為1/( V 3+1)的近似)按比例調(diào)整的退化電阻 值?；祛l器元件904對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接916將輸出信號提供到求和元件 908?；祛l器元件906在其輸入處接收輸出信號B12Q。(t)。使增益按比例調(diào)整到2倍?；祛l 器元件906對這些輸入信號進(jìn)行混頻且經(jīng)由連接918將輸出信號提供到求和元件908。求 和元件920組合所述輸入信號且將輸出信號提供到LPF 910。應(yīng)了解，可通過將各個差分對 的電流輸出連接在一起且接著使所得輸出電流通過用于電流/電壓轉(zhuǎn)換的電阻器來實(shí)施 求和。LPF 910可包括與負(fù)載電阻分路的電容器。應(yīng)進(jìn)一步了解，可通過添加額外RC區(qū)段 或通過使用其它無源或有源濾波器配置來提供額外濾波。此實(shí)施例中的限幅放大器912可包括(例如)電流模式邏輯差分對，其由大到足 以使所述放大器的偏置電流從一側(cè)完全切換到另一側(cè)的電壓輸入驅(qū)動，從而產(chǎn)生從Vdd擺 動到(Vdd-IoRJ的電壓輸出，其中Vdd為所述差分對的供應(yīng)電壓，Io為尾電流，且&為負(fù) 載電阻。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，上文相對于發(fā)射器400(圖1)中的上變頻過程所描 述的系統(tǒng)及方法還可實(shí)施于接收器200中的下變頻過程中。圖10圖解說明用于在接收器 混頻器中實(shí)施上文所描述的第三諧波抑制架構(gòu)的系統(tǒng)1000的框圖。信號I(t)及Q(t)可 由以下方程式表示方程式12 :I(t) = ( V 3B。。(t)+ V 3B6。。(t))RF(t)Q(t) = (-B0. (t) +B60. (t))+2B120. (t))RF(t)一般來說，系統(tǒng)1000采用類似于上文所描述的第三諧波轉(zhuǎn)換方案的第三諧波轉(zhuǎn) 換方案。系統(tǒng)1000包括混頻器元件1004、1006及1008以及基帶求和塊1002。系統(tǒng)1000 用所要增益(但針對位于LO頻率的第三諧波周圍的信號用零增益)對處于RF頻率下的信號RF(t)進(jìn)行下變頻。如圖10中所圖解說明，將輸入信號RF⑴提供到混頻器元件1004、1006及1008 且接著以電壓模式或以電流模式(此視具體混頻器設(shè)計的實(shí)施方案而定)將其分割成三個 部分。應(yīng)了解，所述實(shí)施方案可為(例如)單端型或差分式。將三個RF信號乘以LO信號 B0- (t), B60. (t)及B120。⑴?；祛l器元件1004、1006及1008的輸出信號(分別為x(t)、 y(t)及z(t))為相位求和塊(例如，基帶求和塊1002)的輸入。所述相位求和塊可在模擬 域中或在數(shù)字域中實(shí)施求和。用所要加權(quán)因子對信號x(t)、y(t)及z(t)的求和可使用例 如較早所描述的那些技術(shù)的技術(shù)在模擬域中容易地實(shí)施且在一實(shí)施例中如由以下方程式 13表示方稈式13 :I(t) = V 3x(t) + V 3y(t)Q(t) = -x(t)+y(t)+2z(t)還可在使用一個或一個以上模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)字化信號之后在數(shù)字域中執(zhí)行 求和，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器后跟可用于抑制濾波器或用于去假頻的任何濾波器。盡管可在數(shù) 字或模擬域中實(shí)施求和，但應(yīng)了解數(shù)字域中的求和可提供數(shù)個優(yōu)點(diǎn)，例如準(zhǔn)確加權(quán)因子及 用于改進(jìn)第三諧波抵消的各種算法(例如，最小均方(LMS)算法)。盡管已描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了可能有在本發(fā)明 范圍內(nèi)的更多實(shí)施例及實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.一種用于為諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 本機(jī)振蕩器，其經(jīng)配置以提供參考頻率信號；除以N分頻器，其經(jīng)配置以將所述參考頻率信號除以值N且提供輸出信號； 除以三分頻器，其經(jīng)配置以接收所述除以N分頻器的所述輸出信號且將所述輸出信號 分割成三個相位偏移信號；及諧波抑制混頻器，其經(jīng)配置以接收所述三個相位偏移信號且消除第三頻率諧波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以消除第五頻率諧波的低通濾波ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述除以三分頻器包括CMOS集成電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其實(shí)施于發(fā)射器及接收器中的至少一者中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述除以三分頻器包括差分除法器電路及單端除 法器電路中的一者。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述三個相位偏移信號包括偏移0度的第一信號 B0°、偏移60度的第二信號B60°及偏移120度的第三信號B120°
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述諧波抑制混頻器根據(jù)以下方程式基于所述第 一、第二及第三信號而產(chǎn)生輸出信號VO (t)VO (t) = [( V 3B0° + V 3B60° )I(t)] + [-B0° +B60° )+2B120° )Q(t)]。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其實(shí)施于具有輸入信號RF(t)以及至少兩個輸出信號 I(t)及Q(t)的接收器中，且其中所述諧波抑制混頻器根據(jù)以下方程式產(chǎn)生所述輸出信號 I(t)及 Q(t)I(t) = ( V 3B0° (t)+ V :3B60° (t))RF(t) Q(t) = (-BO0 (t)+B60° (t))+2B120° (t))RF(t)。
9.一種便攜式收發(fā)器，其包括本機(jī)振蕩器，其經(jīng)配置以提供參考頻率信號；及 諧波抑制發(fā)射器或接收器，其包括除以N分頻器，其經(jīng)配置以將所述參考頻率信號除以值N且提供輸出信號； 除以三分頻器，其經(jīng)配置以接收所述除以N分頻器的所述輸出信號且將所述輸出信號 分割成三個相位偏移信號；及諧波抑制混頻器，其經(jīng)配置以接收所述三個相位偏移信號且消除第三頻率諧波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式收發(fā)器，其進(jìn)一步包括經(jīng)配置以消除第五頻率諧波 的低通濾波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的便攜式收發(fā)器，其中所述三個相位偏移信號包括在基本操 作頻率下偏移0度的第一信號B0°、偏移60度的第二信號B60°及偏移120度的第三信號 B120° 。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的便攜式收發(fā)器，其中所述諧波抑制混頻器根據(jù)以下方程式 基于所述第一、第二及第三信號而產(chǎn)生輸出信號VO (t)V0(t) = [( V 3B0° + V ;3B60° )I(t)] + [_B0° +B60° )+2B120° )Q(t)]。
13.一種用于為諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 本機(jī)振蕩器，其經(jīng)配置以提供參考頻率信號；除以二分頻器，其經(jīng)配置以針對高帶發(fā)射信號分割所述參考頻率信號； 除以N分頻器，其經(jīng)配置以針對低帶發(fā)射信號將所述參考頻率信號除以值N ； 除以三分頻器，其經(jīng)配置以接收所述除以N分頻器的輸出信號且將所述輸出信號分割 成三個相位偏移信號；相位重組器，其經(jīng)配置以接收所述三個相位偏移信號且提供四個相位偏移信號；及 諧波抑制混頻器，其經(jīng)配置以接收所述四個相位偏移信號且消除第三及第五頻率諧波。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述三個相位偏移信號包括偏移0度的第一信 號B0°、偏移60度的第二信號B60°及偏移120度的第三信號B120°。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述四個相位偏移信號包括偏移0度的第四信 號C0°、偏移90度的第五信號C90°、偏移45度的第六信號C45°及偏移_45度的第七信 號 C-45。。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述四個相位偏移信號是根據(jù)以下方程式從所 述三個相位偏移信號產(chǎn)生的C0° = V 3B0° + V 3B60°C90° = -B0° +B60° +2B120。C45° = ( V 3-l)B0° +( V 3+1)Β60° +2B120。C-45° = ( V 3+l)B0° +( V 3-l)B60° -2B120。。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其實(shí)施于具有輸入信號RF(t)以及至少兩個輸出信 號I(t)及Q(t)的接收器中，且其中所述諧波抑制混頻器根據(jù)以下方程式產(chǎn)生所述輸出信 號 I(t)及 Q(t)I(t) = ( V 3B0° (t)+ V :3B60° (t))RF(t) Q(t) = (-BO0 (t)+B60° (t))+2B120° (t))RF(t)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其實(shí)施于發(fā)射器及接收器中的至少一者中。
全文摘要
本發(fā)明提供用于為諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)及方法的各種實(shí)施例。一個實(shí)施例是一種用于為諧波抑制混頻器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器(LO)信號的系統(tǒng)。一個此種系統(tǒng)包括本機(jī)振蕩器、除以N分頻器、除以三分頻器及諧波抑制混頻器。所述本機(jī)振蕩器經(jīng)配置以提供參考頻率信號。所述除以N分頻器經(jīng)配置以將所述參考頻率信號除以值N且提供輸出信號。所述除以三分頻器經(jīng)配置以接收所述除以N分頻器的所述輸出信號且將所述輸出信號分割成三個相位偏移信號。所述諧波抑制混頻器經(jīng)配置以接收所述三個相位偏移信號且消除第三頻率諧波。
文檔編號H03D7/00GK102106076SQ200980128763
公開日2011年6月22日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者哈米德·菲魯茲科希, 德米特里·羅森布利特, 拉賈塞卡爾·普萊拉 申請人:西凱渥資訊處理科技公司