專利名稱:用于無線接收器的可重新配置的無源混頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及所有無線接收器,并且具體地說,涉及無線接收器中射頻信號的步頁率下轉(zhuǎn)換(down conversion)。
背景技術(shù):
無線應(yīng)用依賴射頻(RF)信號在無線網(wǎng)絡(luò)中傳遞信息。傳送器通過將基帶頻率信號(信息)調(diào)制到RF載頻信號上,形成要傳送的RF信號。在進(jìn)行基帶信號處理前,接收器將收到的RF信號下轉(zhuǎn)換到基帶頻率。RF信號可由零中頻(ZIF)下轉(zhuǎn)換器直接下轉(zhuǎn)換到基帶,或者可在最終轉(zhuǎn)換到基帶前由一個或多個中頻(IF)級處理。下轉(zhuǎn)換混頻器可以是無源或有源型。在將收到的RF信號下轉(zhuǎn)換到基帶頻率信號時,無源混頻器一般提供小于OdB的轉(zhuǎn)換增益,而有源混頻器一般提供大于OdB的轉(zhuǎn)換增益。與其無源混頻器相對物相比,有源混頻器還消耗更多能量,造成更高的失真,以及具有更高的噪聲系數(shù)。更高的噪聲系數(shù)來自無源混頻器中不存在的閃變噪聲。閃變噪聲對例如 GSM(全球移動通信系統(tǒng))等窄帶RF應(yīng)用特別有害。雖然無源混頻器提供改進(jìn)的線性、噪聲性能和功耗,但無源混頻器往往為所有接收器配置提供固定解決方案。例如,無源混頻器可設(shè)計成對更差情況接收器配置提供固定轉(zhuǎn)換增益。此類固定轉(zhuǎn)換增益為所有接收器配置產(chǎn)生固定線性性能和不必要的更高功耗。 因此,仍存在對改進(jìn)的下轉(zhuǎn)換混頻器的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于無線接收器的一種可配置的無源混頻器。本文中所述的無源混頻器核在將功耗降到最低的同時,滿足與例如TDD(時分雙工)標(biāo)準(zhǔn)、FDD(頻分雙工)標(biāo)準(zhǔn)等不同通信標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的要求。根據(jù)一個示范實施例,無源混頻器包括時鐘生成器、控制器和并聯(lián)連接的多個無源混頻器核。時鐘生成器為每個無源混頻器核包括本地振蕩器驅(qū)動單元??刂破魍ㄟ^單獨配置每個無源混頻器核,改變無源混頻器的有效晶體管大小。例如,控制器可選擇性地啟用一個或多個無源混頻器核以改變無源混頻器的有效晶體管寬度。在混頻器性能要求的更改(例如,以響應(yīng)新的操作通信標(biāo)準(zhǔn))時,控制器可重新配置無源混頻器核以改變無源混頻器的有效晶體管大小,從而滿足新的性能要求。
圖1示出根據(jù)一個示范實施例的無線接收器的框圖。圖2示出根據(jù)一個示范實施例的用于無線接收器的無源混頻器的框圖。圖3示出圖2的無源混頻器的另外細(xì)節(jié)。圖4示出用于圖2的無源混頻器的一個示范配置過程。圖5示出用于圖3的示范無源混頻器的一個主要混頻器核。圖6示出用于圖3的示范無源混頻器的另一主要混頻器核。
圖7示出用于圖2的無源混頻器的示范時鐘生成器。圖8示出用于圖3的示范無源混頻器的一個輔助混頻器核。圖9示出應(yīng)用到圖6的時鐘生成器和由該時鐘生成器生成的示范脈沖的脈沖圖。圖10示出一個示范實施例的可變低通濾波器。
具體實施例方式圖1示出帶有無源下轉(zhuǎn)換混頻器100的示范無線接收器10的框圖。該接收器可以在任何無線裝置中使用,例如,移動電話、無線電裝置、無繩電話、個人數(shù)字助理、諸如無線網(wǎng)絡(luò)接口控制器的無線局域網(wǎng)(WLAN)適配器等。下面將接收器10描述為直接下轉(zhuǎn)換 (ZIF)接收器,其具有如本文中所述的帶有單混頻器級的混頻器100,以便將RF信號r (t) 下轉(zhuǎn)換為在基帶頻率的差分正交信號I+,-』+,-。混頻器100可備選地包括多個混頻器級,其中,每級如本文中所述的,以及其中每級將輸入信號下轉(zhuǎn)換到更低頻率。無線接收器10包括低噪聲放大器單元20、濾波器30、模數(shù)轉(zhuǎn)換器40、基帶處理器 50及無源混頻器100。接收器10接收并處理遠(yuǎn)程傳送器傳送的RF信號r(t)。低噪聲放大器單元20將接收信號r (t)放大以生成放大的差分輸出信號(α r (t) +和α r (t) _),其中,α 表示低噪聲放大器單元20提供的總放大。在一些實施例中,低噪聲放大器單元20包括一個或多個差分低噪聲放大器(LNA),每個放大器帶有可編程的增益(未示出)。在另一個實施例中,低噪聲放大器單元20包括連接到平衡不平衡變換器M的一個或多個單端LNA 22。 對于此實施例,例如,如名禾爾為“Method and Apparatus for Receiving Radio Frequency Signals”的申請(序列號11/609399)中所述的,增益α可由LNA 22單獨提供,或者由LNA 22和平衡不平衡變換器M的組合來提供。任一情況下,每個LNA 22調(diào)諧到不同的射頻以使得接收器10能夠接收不同的RF信號。一次只啟用一個LNA 22。雖然在圖1中未明確示出,但將理解,接收器10可包括另外的放大器。例如,可為平衡不平衡變換器M與無源混頻器100之間的每個信號路徑包括RF放大器以便為無源混頻器100提供另外的增益或驅(qū)動能力。無源混頻器100將差分輸入信號ar(t)+、轉(zhuǎn)換為差分正交信號(差分同相信道信號I+,-和差分正交信道信號Q+, J。濾波器30對I+,—和Q+,—進(jìn)行濾波以衰減帶外信號。視混頻器100輸出的信號的頻帶而定(例如,ZIF、IF等),濾波器30可包括低通濾波器或帶通濾波器。在一些實施例中,濾波器30也可通過固定或可變增益來放大帶內(nèi)信號以實現(xiàn)期望的帶內(nèi)信號級別。模數(shù)轉(zhuǎn)換器40將過濾的信號數(shù)字化,并且基帶處理器50 根據(jù)任何已知方式處理數(shù)字化數(shù)據(jù)?;鶐幚砥?0例如可執(zhí)行解調(diào)、解碼、符號估計、干擾抵消、比特同步、糾錯等。無線接收器一般設(shè)計成滿足操作通信標(biāo)準(zhǔn)的多個性能要求。例如,接收器可設(shè)計成充分減輕收發(fā)器造成的非線性,所述收發(fā)器包括如在FDD模式中將干擾注入到接收器中的高功率傳送器。使用二階輸入截斷點(intercept point) (IIP2)測量和量化的二階互調(diào)產(chǎn)物(DC)對期望信號造成一種有害非線性失真。IIP2性能可通過使用差分RF信號和對稱混頻器拓?fù)鋪砀倪M(jìn)。使用三階輸入截斷點(IIP; )測量和量化的三階互調(diào)產(chǎn)物(ΙΜ3)造成另一種有害非線性失真。可通過使用均衡補(bǔ)充無源混頻器來改進(jìn)ΙΙΡ2和ΙΙΡ3。功耗代表另一重要性能要求。隨著晶體管繼續(xù)縮小大小,與這些晶體管相關(guān)聯(lián)的功耗降低,并且使用這些晶體管的數(shù)字電路的速度和功能增大。然而,在考慮模擬和RF設(shè)計時,晶體管匹配十分關(guān)鍵,因為在使用模擬混頻器時,難以在不使用大的功耗大晶體管的情況下實現(xiàn)期望的電路對稱。此外,用于混頻器的要求的IIP2性能通常在接收器前端(低噪聲放大器單元20、混頻器100和濾波器30)所要求的最大轉(zhuǎn)換增益來定義以幫助實現(xiàn)期望的接收器前端性能。對于弱RF信號,此類最大轉(zhuǎn)換增益可能很大,這導(dǎo)致高功耗。要將RF信號轉(zhuǎn)換成基帶或更低頻率信號,下轉(zhuǎn)換混頻器可包括有源混頻器或無源混頻器。有源混頻器一般在將RF信號下轉(zhuǎn)換的同時提供正增益(> OdB),并因此可用于降低低噪聲放大器和/或濾波器30的放大要求。然而,有源混頻器也具有比無源混頻器更高的失真、由于閃變噪聲所造成的更高噪聲系數(shù)及更高功耗。無源混頻器一般在將RF信號下轉(zhuǎn)換時提供小于OdB的轉(zhuǎn)換增益。一般情況下,例如均衡補(bǔ)充無源混頻器等無源混頻器具有更低功耗、更低閃變噪聲和更佳的線性。然而,要實現(xiàn)與多個不同通信標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的期望性能,此類無源混頻器一般設(shè)計成滿足集體通信標(biāo)準(zhǔn)的最差情況性能要求。因此,常規(guī)無源混頻器解決方案一般具有固定轉(zhuǎn)換增益和線性,這導(dǎo)致對大多數(shù)接收器情形不必要高的固定功耗。本發(fā)明通過提供具有例如可變有效晶體管寬度的可變有效晶體管大小的無源混頻器100,將功耗降到最低。圖2示出包括無源I信道混頻器110、無源Q信道混頻器120、 時鐘生成器130和控制器140的一種示范無源混頻器100。I信道混頻器110將差分輸入 RF信號ar(t)+、α r(t)_下轉(zhuǎn)換為在例如基帶頻率等更低頻率的差分同相信號I+、1_。Q 信道混頻器120將差分輸入RF信號ar(t)+、α r(t)_下轉(zhuǎn)換為在更低頻率的差分正交信號l、Q_。時鐘生成器130生成驅(qū)動I信道和Q信道混頻器110、120的RF本地振蕩器信號 (LO1和LOq)。如本文中進(jìn)一步所述的,控制器140控制啟用信號(EN)和晶體管偏壓控制信號OU以改變混頻器100的有效晶體管大小。圖3示出無源I信道混頻器110和為I信道混頻器110提供本地振蕩器信號LO1 的時鐘生成器130的部分的細(xì)節(jié)。無源I信道混頻器110和無源Q信道混頻器120具有等效配置和操作參數(shù)。因此,為簡明起見,下面描述無源I信道混頻器110和對應(yīng)時鐘生成器 130的詳細(xì)信息,并且忽略Q信道混頻器120和對應(yīng)時鐘生成器130的詳細(xì)信息。將理解, I信道混頻器110的描述也適用于Q信道混頻器120。I信道混頻器110包括與耦合到差分 RF輸入信號ar(t)+、輸入節(jié)點并聯(lián)連接的M個加權(quán)的無源混頻器核112。每個混頻器核112的差分信號輸出(I+(m)、I_(m),m= 1、2、…、M)捆綁在一起以提供下轉(zhuǎn)換的差分輸出信號I+、I-。時鐘生成器130包括M個本地振蕩器驅(qū)動單元132,每個單元為不同無源混頻器核112提供本地振蕩器信號LO1 (m)。控制器140分別控制每個混頻器核112和每個本地振蕩器驅(qū)動單元132的啟用信號EN(m)和偏壓控制信號Gb(m)以改變混頻器100 的有效晶體管大小,因此,混頻器100與低噪聲放大器單元20 —起可滿足例如FDD、TDD等不同操作通信標(biāo)準(zhǔn)的性能要求,并避免不必要的功耗。圖4示出用于改變本發(fā)明的無源晶體管100的有效晶體管大小的一種示范方法 200。將理解,本發(fā)明不限于所示方法。控制器140使用任何已知方式來識別操作通信標(biāo)準(zhǔn) (框210)。例如,控制器140可從識別通信標(biāo)準(zhǔn)的基帶處理器50接收控制信號,或者可從接收信號直接確定通信標(biāo)準(zhǔn)。隨后,控制器140為接收器10定義期望的性能要求,例如,線性、增益、功耗等(框220)。控制器140隨后定義滿足接收器性能要求所必需的混頻器100的性能參數(shù),并且通過基于定義的混頻器性能參數(shù)來配置無源混頻器核112,從而改變無源混頻器的有效晶體管大小(框230)。如果接收器要求和/或操作通信標(biāo)準(zhǔn)更改,則控制器 140重復(fù)過程200?;祛l器核112包括加權(quán)的混頻器核112,其中,混頻器核權(quán)重對應(yīng)于用于建立混頻器核112的晶體管的大小。在一些實施例中,不同的混頻器核112具有相同的權(quán)重。在其它實施例中,不同的混頻器核112具有不同的權(quán)重。例如,混頻器核112(MiX(l)、MiX(2)、… Mix(M))可包括二進(jìn)制加權(quán)的核,使得Mix(m)中晶體管的大小是Mix(m+1)中那些晶體管大小的2倍(對于m= 1、2、…、M)。在另一實施例中,混頻器核112可具有任何線性和/或非線性的權(quán)重。例如,所有MiX(m)可具有相同權(quán)重(對于m= 1、2、…、M)。通常,Mix(m) 中晶體管的大小與Mix(m+1)中晶體管的大小的比率可任意設(shè)置。雖然晶體管大小通常包括晶體管的長度和寬度,但晶體管長度通常是固定的,以使速度達(dá)到最大,功耗降到最低。 因此,帶有不同權(quán)重的混頻器核112通常具有不同晶體管寬度。在并聯(lián)連接時,I信道混頻器10的有效晶體管大小是所有啟用的混頻器核112中晶體管的總組合大小。因此,I信道混頻器110的有效晶體管大小取決于每個混頻器核112 中晶體管的大小和并聯(lián)連接的啟用的混頻器核112的總數(shù)。在有效晶體管大小更改時,混頻器性能也更改。因此,控制器140可通過改變I信道混頻器110和Q信道混頻器120的有效晶體管大小來配置混頻器100。例如,一個晶體管的寬度可表示為W士 Aw。并聯(lián)連接的η個等寬晶體管的有效晶體管寬度可表示為《JFiV^vv。因此,隨著等寬晶體管的數(shù)量增大,有效晶體管寬度增大,并且相對失配降低,這提供了更佳的線性和更佳的轉(zhuǎn)換增益。在一個實施例中,控制器140通過選擇性地啟用M個混頻器核112的子集,并禁用剩余的混頻器核112,改變無源I信道混頻器110的有效晶體管寬度。隨著啟用的混頻器核112的數(shù)量增大,混頻器100的線性、轉(zhuǎn)換增益和功耗也增大。因此,在例如FDD應(yīng)用等要求更高線性和/或更高轉(zhuǎn)換增益的應(yīng)用中,控制器140可以更高功耗的代價來啟用更多混頻器核112。在例如TDD應(yīng)用等允許更低線性和/或更低轉(zhuǎn)換增益的應(yīng)用中,控制器140 可啟用更少混頻器核112以降低功耗。此外,當(dāng)接收器10在待機(jī)模式中時,用于FDD和TDD 的線性要求均放松。因此,可為在低頻率的喚醒模式啟用更少的混頻器核112,這導(dǎo)致了待機(jī)模式中的功率節(jié)省??刂破?40可通過控制每個本地振蕩器驅(qū)動單元132的啟用信號EN (m)以及通過控制每個混頻器核112中晶體管的柵偏壓(ib(m),選擇性地啟用一個或多個混頻器核112。 例如,在(Um)設(shè)置適當(dāng)時,例如對于NMOS晶體管低,并且對于PMOS晶體管高,以及在EN (m) 禁用LODR(m) 132以停止生成本地振蕩器信號時,Mix(m) 112被禁用并且不傳導(dǎo)任何電流。 在Mix(m) 112被禁用時,即使輸入節(jié)點仍耦合到差分RF輸入信號,并且輸出節(jié)點仍耦合到混頻器輸出,它也將幾乎不消耗功率或不消耗功率。結(jié)果,只有啟用的混頻器核112對有效晶體管大小有影響,并且因此對混頻器100的性能(線性、轉(zhuǎn)換增益、功耗等)有影響。備選或附加的是,控制器140可通過對一個或多個混頻器核112的操作參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整,改變無源I信道混頻器Iio的有效晶體管寬度。例如,在混頻器核112包括并聯(lián)連接的NMOS和PMOS晶體管時,控制器140可通過為NMOS和PMOS晶體管使用不同的等效寬度以便為一個或多個混頻器核112更改NMOS與PMOS晶體管之間的均衡比,從而改變總等效寬度。此解決方案可大大降低IM3。備選的是,在可配置混頻器100具有至少一個主要混頻器核112(例如,圖幻和帶有窄二進(jìn)制加權(quán)的晶體管寬度的一個或多個輔助混頻器核 112(例如,圖8)時,控制器140可單獨配置主要和輔助混頻器核112以及對應(yīng)的本地振蕩器驅(qū)動單元132,以便對于I信道和Q信道混頻器110、120,等效晶體管寬度是相同的。如圖8所示,輔助混頻器核112中每個晶體管具有單獨的驅(qū)動器和偏壓控制。此寬度校準(zhǔn)可在混頻器100的生產(chǎn)期間用于獲得期望的產(chǎn)出(yield),或者用于初始化時期期間的自校準(zhǔn)。以此方式,等效晶體管寬度的寬度偏差將得到補(bǔ)償,并且控制器140可降低I與Q信道之間的不均衡以改進(jìn)IIP2。混頻器核112可包括并聯(lián)連接的NMOS和/或PMOS晶體管。圖5示出用于無源混頻器100的一個示范混頻器核112。所示的混頻器核112包括用于I信道混頻器110的補(bǔ)充混頻器核112,其包括并聯(lián)連接到PMOS晶體管117的P混頻器116的NMOS晶體管115的 N混頻器114。N混頻器114和P混頻器116分別包括級聯(lián)的NMOS晶體管115的兩個集合和級聯(lián)PMOS晶體管的兩個集合。每個混頻器核112中的NMOS和PMOS晶體管115、117的級聯(lián)集合共享兩個公共輸入節(jié)點。一個公共輸入節(jié)點耦合到正RF信號ar(t)+,并且另一公共輸入節(jié)點耦合到負(fù)RF信號ar(t)_。在適當(dāng)均衡時,補(bǔ)充混頻器核112的晶體管115、 117將與混頻器100相關(guān)聯(lián)的非線性降到最低。此外,當(dāng)I信道和Q信道混頻器110、120兩者的NMOS和PMOS晶體管115、117經(jīng)適當(dāng)調(diào)整大小和偏置時,混頻器100帶來的非線性可減輕LNA22的非線性。為了啟用第m個混頻器核112,控制器140控制EN(m)為混頻器核112中的一個或多個晶體管提供活動的本地振蕩器信號L0(m)和偏壓控制信號(ib(m)。在操作期間,混頻器核112中的晶體管115、117作為開關(guān)來操作,其操作由本地振蕩器驅(qū)動單元132提供的本地振蕩信號來控制。本地振蕩器驅(qū)動單元132通過例如L0N1、LOn3等正的本地振蕩器信號為對應(yīng)的級聯(lián)NMOS晶體管115計時,并且通過例如L0P1、LOp3等負(fù)的本地振蕩器信號為對應(yīng)的級聯(lián)PMOS晶體管117計時。本地振蕩器驅(qū)動單元132的驅(qū)動強(qiáng)度與對應(yīng)的混頻器核 112的晶體管寬度成比例。時鐘生成器130提供正負(fù)本地振蕩器信號。將理解,Q信道混頻器120具有相同的配置,其中,為Q信道混頻器120生成的本地振蕩器信號與為I信道混頻器110生成的本地振蕩器信號有本地振蕩器時鐘周期的四分之一的異相。圖6示出包括與混頻器核晶體管115、117串聯(lián)的另外晶體管118、119的備選混頻器核112。這些另外的晶體管118、119用作基于輸入驅(qū)動信號ENNi、ENPi來啟用/禁用混頻器核晶體管115、117的啟用晶體管。為啟用一個或多個N混頻器核晶體管115,控制器140 啟用對應(yīng)的啟用信號ENm,該信號激活晶體管118,并將N混頻器晶體管115連接到輸出。 類似地,為啟用一個或多個P混頻器核晶體管117,控制器140啟用對應(yīng)的啟用信號ENpi,該信號激活晶體管119,并將P混頻器晶體管117連接到輸出。圖7示出用于第m個I信道混頻器核112的時鐘生成器130的示范元件。對于每個混頻器核112,時鐘生成器130包括本地振蕩器驅(qū)動單元132和復(fù)用器134。本地振蕩器驅(qū)動單元132包括N邏輯單元150、N混頻器時鐘驅(qū)動器152、P邏輯單元IM及P混頻器時鐘驅(qū)動器156。N混頻器啟用信號、P混頻器啟用信號ENp(m)以及包括L(V、LO1+和差分電壓控制的振蕩器信號VCO+、VC0_的時鐘信號CLK(m)輸入本地振蕩器驅(qū)動單元132。 從輸入時鐘信號CLK (m),本地振蕩器驅(qū)動單元132生成帶有四個相位的本地振蕩器信號, 這些信號在對應(yīng)的混頻器核112的晶體管柵極是AC耦合的和DC偏置的。兩個本地振蕩器信號(LOni和LOn3)及其補(bǔ)充(LOpi和LOp3)具有為I信道混頻器110控制混頻器核112的晶體管柵極的第一和第三相位。將理解,本發(fā)明也適用于雙相位或其它多相位時鐘信號。在一個實施例中,本地振蕩器驅(qū)動單元132的N邏輯單元150和P邏輯單元154執(zhí)行邏輯運算以創(chuàng)建四相位時鐘信號。例如,LOni (m)可通過邏輯運算AND (AND (L0I+,ENn (m)), VCOJ來創(chuàng)建,并且L0N3(m)使用運算AND (AND (LCV,ENn (m)), VCOj來創(chuàng)建(在N邏輯單元 150中)。在高時,啟用用于N混頻器114的本地振蕩器信號。這些信號可由最終驅(qū)動N混頻器114的適當(dāng)調(diào)整大小的時鐘驅(qū)動器152來緩沖。如果ENN(m)低,則禁用用于N 混頻器114的本地振蕩器信號。因此,在N混頻器時鐘驅(qū)動器152中沒有本地振蕩器信號, 并且N混頻器時鐘驅(qū)動器152不消耗功率。類似地,P邏輯單元IM可通過執(zhí)行邏輯運算NAND (AND (L0I+, VCOj,ENp(m))來創(chuàng)建LOpi (m),并且可通過執(zhí)行邏輯運算NAND (AND (LO1^ VCOj,ENp (m))來創(chuàng)建LOp3 (m)。在 ENp(m)高時,啟用用于P混頻器116的本地振蕩器信號。這些信號可由最終驅(qū)動P混頻器 116的適當(dāng)調(diào)整大小的時鐘驅(qū)動器156來緩沖。如果ENP(m)低,則禁用用于P混頻器116 的本地振蕩器信號。結(jié)果,在P混頻器時鐘驅(qū)動器156中沒有本地振蕩器信號,并且P混頻器時鐘驅(qū)動器156不消耗功率。啟用信號和ENp(m)還分別輸入復(fù)用器134MUXN(m) 和MUXp (m)。復(fù)用器134分別使用和ENp單獨偏置N混頻器114和P混頻器116的晶體管柵極以單獨啟用/禁用N混頻器114和P混頻器116。例如,在剛,(!11)高時,MUXN(m)134 將輸入電壓BIA&選擇為輸出。如果EK(m)低,則MUXnOii)選擇地作為輸出。類似地,在 ENP(m)高時,MUXp(m)將輸入電壓BIA&選擇為輸出。如果ENp(m)低,則MU)(P(m)選擇高電位作為輸出。結(jié)果,每個啟用的混頻器核112可正確工作,并且每個禁用的混頻器核112將是漂浮的(floating),并且將不影響啟用的混頻器核112的操作。在使用窄輔助混頻器核112 (圖8)單獨校準(zhǔn)時,圖7所示的時鐘生成器130可修改為使N邏輯單元150、N混頻器時鐘驅(qū)動器152、P邏輯單元154、P混頻器時鐘驅(qū)動器156、 復(fù)用器134、電容器及電阻器的數(shù)量翻倍。對于此實施例,控制信號、ENp (m)和時鐘生成器輸出信號LOn (m) ,LOp(m)分別單獨標(biāo)記為ENfflt (m)、ENPk (m)(對于k = {1,2,3,4})和 L0Nj_ (m)、L0Pj(m)(對于j = {1,2,3,4})。圖8的窄輔助混頻器核應(yīng)進(jìn)行修改,以便所有晶體管柵極節(jié)點是分隔的。例如,用于Pl和P4、m和N4的柵極可斷開連接,并且由對應(yīng)時鐘信號L0w(m)和L0w(m)來驅(qū)動。這使得能夠單獨啟用/禁用輔助混頻器核112中的每個晶體管柵極。圖9示出輸入到時鐘生成器130的并且由該生成器生成的示范信號的占空比和相位。對于ZIF接收器10中的四相位時鐘信號,脈沖寬度Tw應(yīng)小于0. 25TP。Tp表示在接收器射頻的時鐘周期。Tw表示傳導(dǎo)時間除以對應(yīng)時鐘周期的傳導(dǎo)占空比。如果本地振蕩器時鐘信號變成帶有某個上升和下降時間的脈沖,則Tw可通過調(diào)整ΒΙΑ、和/或BIASp進(jìn)行調(diào)諧。應(yīng)理解,本發(fā)明不限于上述補(bǔ)充混頻器核112。在備選實施例中,一個或多個混頻器核112可在I信道和Q信道混頻器110、120的每個中只包括N混頻器114或只包括P混頻器116。對于N混頻器解決方案,本地振蕩器驅(qū)動單元132不使用ΕΝΡ,并且在圖5、6和/ 或7的虛線框內(nèi)繪出的PMOS特定電路可去除。備選的是,對于P混頻器解決方案,本地振蕩器驅(qū)動單元132不使用ΕΝν,并且圖5、6和/或7的NMOS特定電路可去除。將理解,N混頻器解決方案比P混頻器解決方案更常見,因為P混頻器116消耗N混頻器114使用的至少兩倍的功率。本發(fā)明的控制器140也可調(diào)整濾波器30的截止頻率f。以保持f。在期望值。在可重新配置的混頻器100中的所有啟用的晶體管的等效晶體管寬度更改時,混頻器輸出阻抗 Rm。也更改。Rm。在等效晶體管寬度降低時增大,且反之亦然。通常,在無源混頻器100的輸出的濾波器30包括通過電容器Cin和輸入電阻器Iiin及其它濾波器組件32構(gòu)建的無源一階低通濾波器。用于濾波器30的等效電路示出Rm。與Iiin平行。因此,在Rm。更改時,濾波器30 的截止頻率f。也更改。在I^in << Rmo時,Rmo中的更改將對f。幾乎無影響。然而,如果Rin 與Rm。在相同等級上,則Rm。中的更改也將影響f。。圖10示出在f。的準(zhǔn)確度重要時可使用的可變?yōu)V波器30的電路圖。對于此濾波器,Cin是可變的。因此,對I信道混頻器110或Q 信道混頻器120的有效晶體管寬度的更改可通過調(diào)諧對應(yīng)濾波器30的Cin而得到補(bǔ)償,以便f。將保持不變。備選或附加的是,1^可以可選地包括可變電阻器,以便更改I^in補(bǔ)償對有效晶體管寬度的更改,并因此保持f。恒定。所公開的可重新配置的無源混頻器100具有幾個優(yōu)點。首先,本發(fā)明的無源混頻器100可在例如TDD等操作通信標(biāo)準(zhǔn)允許更低線性或更低增益時降低功耗。得益于混頻器 100的可變有效晶體管大小,平均功耗將始終低于帶有固定寬度的混頻器的功耗,因為線性要求是隨時間變化的。本文中描述的無源混頻器100也可改進(jìn)為FDD標(biāo)準(zhǔn)可實現(xiàn)的線性, 因為可實現(xiàn)大的等效晶體管寬度。此外,在要求更少轉(zhuǎn)換增益時,無源混頻器100可降低與 FDD標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的功耗。在無需發(fā)送輸出信號的待機(jī)時間期間,情況尤其是如此。當(dāng)然,在不脫離本發(fā)明基本特性的情況下,本發(fā)明可以在不同于本文具體所述的那些方式的其它方式中實現(xiàn)。所示實施例在所有方面均要視為說明性而不是限制性的,并且在隨附權(quán)利要求的意義和等同范圍內(nèi)的所有更改旨在涵蓋于其中。
權(quán)利要求
1.一種用于無線接收器的無源混頻器,所述無源混頻器包括并聯(lián)連接的多個無源混頻器核;時鐘生成器,包括用于每個無源混頻器核的至少一個本地振蕩器驅(qū)動單元;以及控制器,配置成通過單獨配置所述無源混頻器核的每個無源混頻器核以選擇性地啟用所述無源混頻器核的一個或多個并禁用剩余的無源混頻器核來改變所述無源混頻器的有效晶體管大小。
2.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中所述控制器通過為每個本地振蕩器驅(qū)動單元單獨控制啟用信號并通過單獨控制每個無源混頻器核的晶體管偏壓來單獨配置所述無源混頻器核的每個。
3.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中每個混頻器核包括多個晶體管,以及其中與不同混頻器核相關(guān)聯(lián)的晶體管具有不同大小。
4.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中每個無源混頻器核包括補(bǔ)充無源混頻器核, 所述補(bǔ)充無源混頻器核包括并聯(lián)連接到并聯(lián)的級聯(lián)PMOS晶體管的P混頻器的并聯(lián)的級聯(lián) WOS晶體管的N混頻器。
5.如權(quán)利要求4所述的無源混頻器,其中所述控制器通過選擇性地啟用所述無源混頻器核的一個或多個中的P混頻器和通過選擇性地禁用剩余混頻器核中的P混頻器來單獨配置所述無源混頻器核的每個。
6.如權(quán)利要求4所述的無源混頻器,其中所啟用的P混頻器的有效晶體管大小與所啟用的N混頻器的有效晶體管大小不同,以更改所述無源混頻器核的一個或多個中N混頻器與P混頻器之間的均衡比。
7.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中每個無源混頻器核包括并聯(lián)連接的級聯(lián)NMOS 晶體管的N混頻器。
8.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中所述控制器還配置成識別用于所述無線接收器的操作通信標(biāo)準(zhǔn);以及通過基于如所述操作通信標(biāo)準(zhǔn)的性能要求所約束的一個或多個接收器前端性能參數(shù)來單獨配置所述無源混頻器核的每個,從而改變所述無源混頻器的有效晶體管大小。
9.如權(quán)利要求8所述的無源混頻器,其中所述性能參數(shù)包括線性、功耗和轉(zhuǎn)換增益的至少一個。
10.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中并聯(lián)連接的所述多個混頻器核包括用于同相混頻器的并聯(lián)連接的混頻器核的第一集合;以及用于正交混頻器的并聯(lián)連接的混頻器核的第二集合。
11.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中所述控制器還配置成基于所述無源混頻器的有效晶體管大小,調(diào)諧連接到所述無源混頻器的輸出的可變低通濾波器,以保持期望的濾波器截止頻率。
12.如權(quán)利要求1所述的無源混頻器,其中所述多個無源混頻器核包括主要混頻器核和輔助混頻器核,其中所述輔助混頻器核包括多個二進(jìn)制加權(quán)的窄寬晶體管,以及其中所述控制器單獨啟用或禁用所述二進(jìn)制窄寬晶體管的每個。
13.一種用于控制無線接收器中無源混頻器的方法,其中所述無源混頻器包括并聯(lián)連接的多個無源混頻器核,所述方法包括通過單獨的本地振蕩器驅(qū)動單元來驅(qū)動每個無源混頻器核;以及通過單獨配置所述無源混頻器核的每個無源混頻器核以選擇性地啟用所述無源混頻器核的一個或多個并禁用剩余的無源混頻器核來改變所述無源混頻器的有效晶體管大小。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其中單獨配置所述無源混頻器核的每個包括為每個本地振蕩器驅(qū)動單元單獨控制啟用信號和單獨控制每個無源混頻器核的晶體管偏壓。
15.如權(quán)利要求13所述的方法,其中每個混頻器核包括多個晶體管,以及其中與不同混頻器核相關(guān)聯(lián)的晶體管具有不同大小。
16.如權(quán)利要求13所述的方法,其中每個無源混頻器核包括補(bǔ)充無源混頻器核,所述補(bǔ)充無源混頻器核包括并聯(lián)連接到并聯(lián)的級聯(lián)PMOS晶體管的P混頻器的并聯(lián)的級聯(lián)NMOS 晶體管的N混頻器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法,其中單獨配置所述無源混頻器核的每個包括選擇性地啟用所述無源混頻器核的一個或多個中的P混頻器和選擇性地禁用剩余混頻器核中的P混頻器。
18.如權(quán)利要求16所述的方法,其中所啟用的P混頻器的有效晶體管大小與所啟用的 N混頻器的有效晶體管大小不同,以更改所述無源混頻器核的一個或多個中N混頻器與P混頻器之間的均衡比。
19.如權(quán)利要求13所述的方法,其中所述無源混頻器的所述多個無源混頻器核包括并聯(lián)連接的級聯(lián)NMOS晶體管的N混頻器。
20.如權(quán)利要求13所述的方法,還包括 識別用于所述無線接收器的操作通信標(biāo)準(zhǔn);以及通過基于如所述驅(qū)動通信標(biāo)準(zhǔn)的性能要求所約束的一個或多個接收器前端性能參數(shù)來單獨配置所述無源混頻器核的每個,從而改變所述無源混頻器的有效晶體管大小。
21.如權(quán)利要求20所述的方法,其中所述性能參數(shù)包括線性、功耗和轉(zhuǎn)換增益的至少一個。
22.如權(quán)利要求13所述的方法,還包括基于所述無源混頻器的有效晶體管大小,調(diào)諧連接到所述無源混頻器的輸出的可變低通濾波器,以保持期望的濾波器截止頻率。
全文摘要
本文中描述了一種可配置的無源混頻器。根據(jù)一個示范實施例,該無源混頻器包括時鐘生成器、控制器和并聯(lián)連接的多個無源混頻器核。時鐘生成器為每個無源混頻器核包括本地振蕩器驅(qū)動單元??刂破魍ㄟ^單獨配置每個無源混頻器核以啟用/禁用每個無源混頻器核,改變無源混頻器的有效晶體管大小。例如,控制器可選擇性地啟用一個或多個無源混頻器核以改變無源混頻器的有效晶體管寬度。在性能要求和/或操作通信標(biāo)準(zhǔn)變化時,控制器可重新配置每個無源混頻器核。
文檔編號H03D7/14GK102232269SQ200980149095
公開日2011年11月2日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者F·穆, F·蒂爾曼 申請人:愛立信電話股份有限公司