相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考

本申請(qǐng)要求于2016年5月4日提交的標(biāo)題為“efficientarchitectureofdualbandddcinrfsamplingadcs”的編號(hào)為201641015445的印度臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。

背景技術(shù)：

在無線接收器中，下變頻器將射頻(rf)信號(hào)轉(zhuǎn)換成集中在零頻率處的基帶信號(hào)。通常已經(jīng)在模擬域中執(zhí)行下變頻器。然而，下一代無線基站接收器可以采用rf采樣，其中使用高速度、高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)(例如，14位，每秒3千兆樣本adc)來直接采樣rf信號(hào)。rf采樣的使用允許這樣的接收器避免rf/模擬域中的混頻器，并且通過使用單個(gè)rf/模擬接收器鏈針對(duì)多個(gè)頻帶中的每個(gè)采用數(shù)字下變頻器(ddc)來提供同時(shí)多頻帶接收。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開了具有減小電路面積和功率消耗的多頻帶數(shù)字下變頻器。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字下變頻器包括低分辨率混頻器(mixer)、抽取濾波器、高分辨率混頻器和頻率分配(partition)電路。低分辨率混頻器被配置為接收數(shù)字化射頻信號(hào)，并且將第一下變頻應(yīng)用于射頻信號(hào)以產(chǎn)生中頻信號(hào)。抽取(decimation)濾波器耦合到低分辨率混頻器。抽取濾波器被配置為接收中頻信號(hào)，并且降低中頻信號(hào)的采樣速率以產(chǎn)生抽取的中頻信號(hào)。高分辨率混頻器耦合到抽取濾波器。高分辨率混頻器被配置成接收抽取的中頻信號(hào)，并且將第二下變頻應(yīng)用到抽取的中頻信號(hào)以產(chǎn)生下變頻信號(hào)。頻率分配電路被配置成選擇第一頻率以在低分辨率混頻器中與射頻信號(hào)混合、選擇第二頻率以在高分辨率混頻器中與抽取的中頻信號(hào)混合，以及選擇第一頻率和第二頻率以在選擇的中心頻率周圍(about)定位下變頻信號(hào)。

在另一個(gè)實(shí)施例中，混頻器包括被配置成接收數(shù)字化射頻信號(hào)并且將第一下變頻應(yīng)用于射頻信號(hào)以產(chǎn)生中頻信號(hào)的低分辨率混頻器。低分辨率混頻器包括標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)字(canonicalsigneddigit)向量乘法器，該標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)字向量乘法器包括并行布置的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)字乘法器，以將數(shù)字化射頻信號(hào)的每個(gè)樣本乘以多個(gè)不同的乘法器值，從而為數(shù)字化射頻信號(hào)的每個(gè)樣本產(chǎn)生多個(gè)乘積值(productvalue)。

在進(jìn)一步的實(shí)施例中，多頻帶下變頻器包括共享的低分辨率混頻器和耦合到共享的低分辨率混頻器的多個(gè)下變頻通道。共享的低分辨率混頻器被配置成接收數(shù)字化射頻信號(hào)，并且將第一下變頻應(yīng)用于射頻信號(hào)以產(chǎn)生中頻信號(hào)。下變頻通道中的每個(gè)都包括抽取濾波器、高分辨率混頻器和頻率分配電路。抽取濾波器耦合到共享的低分辨率混頻器。抽取濾波器被配置成接收中頻信號(hào)，并且降低中頻信號(hào)的采樣速率以產(chǎn)生抽取的中頻信號(hào)。高分辨率混頻器耦合到抽取濾波器。高分辨率混頻器被配置成接收抽取的中頻信號(hào)并且將第二下變頻應(yīng)用于抽取的中頻信號(hào)以產(chǎn)生下變頻的信號(hào)。頻率分配電路被配置成選擇第一頻率以在低分辨率混頻器中與射頻信號(hào)混合、選擇第二頻率以在高分辨率混頻器中與抽取的中頻信號(hào)混合以及選擇第一頻率和第二頻率以在選擇的中心頻率周圍(about)定位下變頻信號(hào)。

附圖說明

為了詳細(xì)描述各種示例，現(xiàn)在將參考附圖，其中：

圖1示出根據(jù)各種示例的數(shù)字下變頻器(ddc)的框圖；

圖2示出根據(jù)各種示例的多頻帶ddc的框圖；

圖3示出根據(jù)各種示例的適合用于ddc中的低分辨率混頻器的框圖；

圖4高層次地描繪了圖3的低分辨率混頻器；

圖5示出根據(jù)各種示例的適合用于ddc中的多頻帶低分辨率混頻器的框圖。

圖6示出根據(jù)各種示例由在低分辨率混頻器的八個(gè)并行乘法器中的每個(gè)中實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)字乘法器支持的系數(shù)的示例，其中低分辨率混頻器的八個(gè)并行乘法器在ddc中將rf信號(hào)處理成八個(gè)并行流。

具體實(shí)施方式

在整個(gè)以下描述和權(quán)利要求中所使用的某些術(shù)語表示特定系統(tǒng)分量。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，不同的公司可以用不同的名稱來表示一個(gè)分量。該文檔不旨在區(qū)分名稱不同而非功能不同的分量。在以下的討論和權(quán)利要求中，術(shù)語“包括(including)”和“包含(comprising)”以開放式的方式使用，并且因此應(yīng)當(dāng)被理解為表示“包括，但不限于”。此外，術(shù)語“耦合(couple)”或“耦合”旨在表示間接或直接的有限或無線的連接。因此，如果第一設(shè)備耦合到第二設(shè)備，則連接可以經(jīng)由其它設(shè)備和連接通過直接連接或通過間接連接。描述“基于”旨在表示“至少部分地基于”。因此，如果x是基于y，則x可以是y的函數(shù)并且可以是任何數(shù)量的其他因子。

盡管數(shù)字下變頻器(ddc)(digitaldownconverter)有利地緩解了對(duì)模擬混頻器的需求，但是傳統(tǒng)的ddc仍存在各種缺點(diǎn)。因?yàn)橄騞dc樣本在每秒千兆樣本的速率(gsps)下提供數(shù)據(jù)的射頻(rf)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)，所以以此速率在傳統(tǒng)ddc中實(shí)施下變頻所需的數(shù)字電路是復(fù)雜的，并且耗費(fèi)相當(dāng)量的功率。例如，在傳統(tǒng)ddc中，每個(gè)數(shù)字混頻器針對(duì)由rfadc生成的每個(gè)樣本執(zhí)行cos/sin計(jì)算，隨后執(zhí)行2乘法運(yùn)算。由于高精度要求(例如，>16位頻率分辨率&>96dbc無雜散動(dòng)態(tài)范圍(sfdr))，cos/sin計(jì)算的復(fù)雜性可被禁止。雙頻帶運(yùn)算功率消耗加倍。因此，傳統(tǒng)數(shù)字混頻器的功率消耗可以是非常高的(例如，每通道100毫瓦)。

數(shù)字下變頻器采用數(shù)字混頻器以通過編程的頻率執(zhí)行輸入信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換。數(shù)字混頻器將輸入信號(hào)乘以編程的頻率的余弦和正弦，從而通過編程的頻率降低輸入信號(hào)的中心頻率。因此，該運(yùn)算被稱為數(shù)字下變頻。

本公開的ddc的實(shí)施例降低了電路復(fù)雜性和功率消耗兩者。本文所公開的ddc采用數(shù)字混頻的兩個(gè)階段。第一混頻階段采用在rfadc的采樣速率處操作的低分辨率混頻器。第二混頻階段采用在更低的速率下操作的高分辨率混頻器。實(shí)施例包括低分辨率混頻器和高分辨率混頻器之間的抽取濾波器(decimationfilter)。

圖1示出根據(jù)各種示例的ddc100的框圖。ddc100包括rfadc102、低分辨率混頻器104、抽取濾波器106、高分辨率混頻器108和頻率分配電路110。rfadc102在高速率(例如，3gsps)下并且用高位分辨率(例如，14位)將模擬rf信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字樣本。盡管在本文中在rf信號(hào)數(shù)字化的上下文中描述ddc100的實(shí)施例，但是實(shí)施例適合使用在數(shù)字化信號(hào)被頻移的各種應(yīng)用中(例如，在使用在低于rf的頻率下操作的adc數(shù)字化信號(hào)的情形中)。由rfadc102提供的采樣速率被稱為fs。低分辨率混頻器104耦合到rfadc102，并且以rfadc的采樣速率在相對(duì)低的頻率分辨率下提供混頻，以將rf頻率樣本移至中頻。低分辨率混頻器104的一些實(shí)施例可以提供rfadc102的采樣速率的十六分之一的頻率分辨率。盡管低分辨率混頻器104被示出為單頻帶上混頻，但是一些低分辨率混頻器104的實(shí)施例可提供如將在本文中進(jìn)一步描述的同時(shí)多頻帶混頻。

低分辨率混頻器104的輸出是

ui(n)＝x(n)cos(2πfc1n),以及

uq(n)＝-x(n)sin(2πfc1n)

其中：

x(n)是到低分辨率混頻器的輸入信號(hào)，在采樣速率fs下；

fc1是編程到低分辨率混頻器104中的歸一化頻率值，其中fc1是絕對(duì)頻率(例如，以hz為單位)除以采樣速率fs(例如，以周期/秒為單位)的比率。

ui(n)是低分辨率混頻器的同相(i)輸出信號(hào)；以及

uq(n)是低分辨率混頻器的正交(q)輸出信號(hào)。

抽取濾波器106耦合到低分辨率混頻器104。抽取濾波器106降低從低分辨率混頻器104接收的樣本的帶寬和速率。在一些實(shí)施例中，抽取濾波器106可以包括抽取濾波的多個(gè)連續(xù)階段。因?yàn)樵诘头直媛驶祛l器104的輸出處的所需信號(hào)可以處于來自dc的低分辨率混頻器的分辨率的一半(例如，fs/32)的最大頻率偏移處，所以抽取濾波器106的帶寬被增加以容納該最大頻率偏移。

高分辨率混頻器108耦合到抽取濾波器106。由高分辨率混頻器108接收的抽取濾波器106的輸出處于比由低分辨率混頻器104處理的采樣速率低的采樣速率處。例如，高分辨率混頻器108可以在四分之一的rfadc采樣速率(即fs/4)下操作。高分辨率混頻器108執(zhí)行cos/sin計(jì)算，隨后執(zhí)行復(fù)數(shù)乘法。高分辨率混頻器108的復(fù)數(shù)乘法器操作在從抽取濾波器106接收的樣本的速率處。因此，復(fù)數(shù)乘法器可以操作在由rfadc提供的采樣速率的四分之一處。結(jié)果，生成在高分辨率混頻器108中的sin/cos值可以耗費(fèi)傳統(tǒng)ddc的混頻器中生成的sin/cos的功率的四分之一?？梢允褂萌齻€(gè)真實(shí)乘法器來實(shí)施復(fù)數(shù)乘法器，從而導(dǎo)致乘法器功率消耗比在rfadc采樣速率(即fs)下操作的傳統(tǒng)ddc中的乘法器功率消耗低大約60％。

高分辨率混頻器108的輸出是：

yi(n)＝vi(n)cos(2πδf1n)+vq(n)sin(2πδf1n),以及

yq(n)＝vq(n)cos(2πδf1n)-vi(n)sin(2πδf1n)

其中：

vi(n)是到高分辨率混頻器的同相(i)輸入信號(hào)；

vq(n)是到高分辨率混頻器的正交(q)輸入信號(hào)；

δf1是編程到高分辨率混頻器108中的歸一化中心頻率值，其中δf1是絕對(duì)中心頻率(例如，以hz為單位)除以提供到高分辨率混頻器的輸入信號(hào)的抽取的采樣速率(例如，在以周期/秒為單位的fs/4下)的比率；

yi(n)是頻帶的同相(i)輸出信號(hào)；以及

yq(n)是頻帶的正交(q)輸出信號(hào)。

頻率分配電路110在低分辨率混頻器104和高分辨率混頻器108之間分配選擇的中心頻率f1。在一些實(shí)施例中，頻率分配電路110在低分辨率混頻器104和高分辨率混頻器108之間將選擇的中心頻率f1分配成：

以及

其中：f1是期望的中心頻率值(例如，以hz為單位)，并且fs是到低分辨率混頻器的輸入信號(hào)的采樣速率(例如，以周期/秒為單位)；

fc1是編程到低分辨率混頻器104中具有等效頻率分辨率的歸一化頻率值，例如，在一些實(shí)施例中m可以是16；

δf1是編程到在的采樣速率(例如，對(duì)于4次抽取，n＝4)下操作的高分辨率混頻器108中的歸一化頻率值；

是低分辨率混頻器104的頻率分辨率；

n是抽取濾波器106的抽取因子；以及

round()是取整(round)的函數(shù)，例如成最近的整數(shù)。

可以使用處理器(例如，通用的微處理器、微控制器等)和可由處理器執(zhí)行的指令來實(shí)施頻率分配電路110的實(shí)施例以確定fc1和δf1。在一些實(shí)施例中，可以使用執(zhí)行軟件編程的專用硬件和/或處理器來實(shí)施頻率分配電路110。在各種實(shí)施例中，低分辨率混頻器104和高分辨率混頻器108的中心頻率基于混頻器104、108中的每個(gè)的相應(yīng)的中心頻率輸入可以是可配置的/可編程的?；祛l器104、108中的每個(gè)可以具有有限數(shù)量的可編程中心頻率，并且混頻器的分辨率可以表示連續(xù)的可編程中心頻率之間的間隔，或者表示間隔開的連續(xù)的可編程中心頻率彼此有多緊密隔開。具有連續(xù)的可編程中心頻率(彼此更接近或具有頻率之間的更小間隔)的混頻器可以被認(rèn)為具有更高的頻率分辨率。同樣，具有連續(xù)的可編程中心頻率(彼此遠(yuǎn)離或具有更大的頻率之間的間隔)的混頻器可以被認(rèn)為具有更低的頻率分辨率。在一些示例中，混頻器104可以具有比混頻器108更低的頻率分辨率，并且混頻器104可以具有比混頻器108更高的采樣速率。

圖2示出根據(jù)本文所公開的原理的多頻帶ddc200的框圖。多頻帶ddc200類似于圖1的dcc100，但是包括兩個(gè)下變頻通道208和210，而不是ddc100的單個(gè)下變頻通道。ddc200的其他實(shí)施例可以包括任何數(shù)量的下變頻通道。多頻帶ddc200包括rfadc102和向下變頻通道208和210兩者提供中頻樣本的共享的多頻帶低分辨率混頻器204。共享的低分辨率混頻器204類似于低分辨率混頻器104，并且包括提供用于兩個(gè)頻帶的低分辨率下變頻的電路。由低分辨率混頻器204產(chǎn)生的中頻樣本被提供給相應(yīng)的下變頻通道208和210。通過與兩個(gè)下變頻通道208和210共享低分辨率混頻器204的電路，可以在多頻帶ddc200的實(shí)施例中降低電路面積和功率消耗。

下變頻通道210和下變頻通道208是相同的。下變頻通道208和下變頻通道210中的每個(gè)都包括抽取濾波器206、高分辨率混頻器108和頻率分配電路110。每個(gè)抽取濾波器206將采樣速率減小1/2。因此，由高分辨率混頻器108接收的樣本速率是由rfadc102提供的樣本速率的四分之一。高分辨率混頻器108接收抽取的樣本流，并且將頻率δf1或δf2和抽取的樣本流混合以產(chǎn)生下變頻的樣本流。在一些實(shí)施例中，抽取濾波器106可以進(jìn)一步抽取高分辨率混頻器108的輸出。

如針對(duì)ddc100所述，每個(gè)下變頻通道208和下變頻通道210都包括頻率分配電路110，該頻率分配電路110在低分辨率混頻器204和高分辨率混頻器108之間分配選擇的中心頻率f1和f2。

圖3示出低分辨率混頻器104的實(shí)施例的框圖。圖4在高層次地描繪了低分辨率混頻器104以便于理解。低分辨率混頻器104包括標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)數(shù)字(csd)向量乘法器302、i/q分量選擇器304、相位發(fā)生器(phasegenerator)314和mux控制器316。應(yīng)用于低分辨率混頻器104的cos/sin項(xiàng)的瞬時(shí)相位是π/8的倍數(shù)。低分辨率混頻器104將由rfadc102提供的真實(shí)輸入樣本x(n)乘以cos(nkπ/8)，其中n是整數(shù)值并且表示序列索引，并且頻帶的低分辨率混頻器104的編程的中心頻率是fc1＝kfs/16。實(shí)施例將每個(gè)輸入樣本乘以{1,c1＝cos(π/8),c2＝cos(π/4),c3＝cos(3π/8),和0}中的每個(gè)，并且選擇性地應(yīng)用符號(hào)反轉(zhuǎn)(inversion)以生成同相信號(hào)yi(n)的每個(gè)輸出樣本。類似地但是通過乘以sin(nkπ/8)來生成正交信號(hào)yq(n)的輸出樣本。{c1,c2,c3}的固定的特性允許低分辨率混頻器104的實(shí)施例用基于csd的加法器替換通用乘法器。因此，csd向量乘法器302包括多個(gè)csd乘法器306。每個(gè)csd乘法器306可以包括加法器和移位器以通過給定的cos/sin項(xiàng)提供輸入樣本的乘法運(yùn)算。對(duì)于每個(gè)輸入樣本，csd向量乘法器302針對(duì)每個(gè)cos/sin項(xiàng)提供輸出值。

csd向量乘法器302的一些實(shí)施例可以包括用于選通(gate)csd向量乘法器302中的未使用項(xiàng)的選通電路(gatingcircuitry)。平均起來，選通電路降低csd向量乘法器302的功率消耗，尤其當(dāng)編程的頻率fc1和fc2不要求計(jì)算所有項(xiàng)目x(n)*c1,x(n)*c2,和x(n)*c3時(shí)。

i/q分量選擇器304包括多路復(fù)用器308、310和312。多路復(fù)用器308、310和312從csd向量乘法器302的輸出選擇以生成同相樣本輸出和正交樣本輸出。多路復(fù)用器308在0至π/4的范圍內(nèi)從csd向量乘法器302的輸出選擇。多路復(fù)用器310從多路復(fù)用器308的輸出中進(jìn)行選擇。多路復(fù)用器312選擇對(duì)應(yīng)的多路復(fù)用器310的輸出的取反版本(negatedversion)或非取反版本，以表示同相輸出樣本或正交輸出樣本。

相位發(fā)生器314計(jì)算對(duì)應(yīng)于每個(gè)由低分辨率混頻器104接收的輸入樣本的所需的相位nkπ/8。多路復(fù)用器(mux)控制器316使用該相位值來生成控制多路復(fù)用器308、多路復(fù)用器310和多路復(fù)用器312的控制信號(hào)(φ,swap,neg_i,和neg_q)?？刂菩盘?hào)φ對(duì)于每個(gè)相位0、π/8和π/4取三個(gè)值中的一個(gè)?；谙辔恢?即是否mod(nkπ/8,π/2)在范圍[0，π/4]內(nèi))來確定交換(swap)信號(hào)，使得能夠重新使用csd乘法器輸出以生成yi(n)和yq(n)兩者。信號(hào)neg_i和信號(hào)neg_q分別對(duì)同相樣本輸出和正交樣本輸出的信號(hào)取反(negate)。

圖5示出多頻帶低分辨率混頻器204的實(shí)施例的框圖。多頻帶低分辨率混頻器204類似于參考圖4所描述的低分辨率混頻器104。多頻帶低分辨率混頻器204包括csd向量乘法器302，并且包括要被下變頻的每個(gè)頻帶的i/q分量選擇器304的實(shí)例。多頻帶低分辨率混頻器204是兩個(gè)頻帶混合器，并且包括兩個(gè)i/q分量選擇器304的兩個(gè)實(shí)例。支持給定數(shù)量的頻帶的下變頻的多頻帶低分辨率混頻器204的實(shí)施例包括用于給定數(shù)量的頻帶中的每個(gè)的i/q分量選擇器304的實(shí)例。

i/q分量選擇器304中的每個(gè)都耦合到csd向量乘法器302。因此，單個(gè)csd向量乘法器302為任何數(shù)量的頻帶提供所有的乘法運(yùn)算，并且每個(gè)頻帶的i/q分量選擇器304基于由i/q分量選擇器304生成的φ、swap、neg_i和neg_q信號(hào)選擇csd向量乘法器302的輸出，以產(chǎn)生頻帶的輸出樣本。

使用多頻帶低分辨率混頻器204，在ddc中，致力于雙頻帶低分辨率混頻器的電路面積可以大約是傳統(tǒng)雙頻帶下變頻器中的混頻器電路面積的13％，并且ddc200中的混頻器的面積/功率消耗可以比傳統(tǒng)雙頻帶ddc的混頻器所需的面積/功率消耗低大約55％。

因?yàn)榈头直媛驶祛l器204在rfadc102的采樣速率(例如，可以高達(dá)3gsps)下操作，所以可以實(shí)施低分辨率混頻器204的一些實(shí)施例以在較低的時(shí)鐘速率(例如，fs/4或fs/8)下并行處理數(shù)個(gè)輸入樣本(例如，4或8)。例如，在低分辨率混頻器204的8倍(8x)并行實(shí)施方式(例如，使用clk＝fs/8)中，由于所有數(shù)據(jù)流的處理可以不需要支持所有的項(xiàng){1,c1,c2,c3,0)，而是可以僅需要支持總數(shù)量項(xiàng)目的子集，例如{1,c2,0}或{1,0}，從而可以針對(duì)某些并行流簡(jiǎn)化csd向量乘法器302和i/q分量選擇器304。

圖6示出了根據(jù)各種示例的在將rf信號(hào)的樣本處理成八個(gè)并行流的低分辨率混頻器204的八個(gè)并行csd向量乘法器中的每個(gè)中實(shí)施的csd乘法器縮放項(xiàng)的示例。流0和4僅乘以零或一，這不需要加法器電路或移位器電路。流2和6乘以零、一和c2。流1、3、5和7乘以零、一和c1,c2,和c3。因此，在八個(gè)流并行實(shí)施方式中，僅一半的csd向量乘法器302需要用于應(yīng)用于低分辨率混頻器204中的所有系數(shù)的乘法器，并且可以減少剩余的四個(gè)csd向量乘法器302中的csd乘法器的數(shù)量，以節(jié)約功率和電路面積。

上述討論的目的是說明本發(fā)明的原則和各種實(shí)施例。一旦全面理解上述公開，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說許多變化和修改將變得顯而易見。旨在將所附權(quán)利要求解釋成包含所有這樣的變型和修改。