專利名稱：使用級間片外射頻帶通濾波器的子采樣接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里的本發(fā)明構(gòu)思涉及無線通信接收機(jī)，并更具體地，涉及能對期望信號附近的噪聲信號進(jìn)行數(shù)字化處理的子采樣接收機(jī)。
背景技術(shù)：
RF集成電路使用LC諧振電路來放大期望信號，并且LC諧振電路具有帶通濾波器特性。然而，由于集成電路的諧振電路具有不好的質(zhì)量因子，所以不適于對期望RF頻帶中的期望信號進(jìn)行濾波。由此，在高端應(yīng)用領(lǐng)域的接收機(jī)集成電路的前面，為了增加信號的選擇性，必須使用在具有對于帶內(nèi)信號的高選擇性的同時(shí)、能大大降低帶外信號分量的預(yù)濾波器。當(dāng)實(shí)現(xiàn)包括將RF信號直接變換為數(shù)字信號的RF到數(shù)字變換器的子采樣接收機(jī)時(shí)，由于子米樣接收機(jī)對于多頻帶多模式、多輸入多輸出(MIMO)以及載波聚合(CA)是有利的，所以高端應(yīng)用是可能的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例提供了一種接收機(jī)。該接收機(jī)可包括:RF前端部分，用于對首次通過頻帶并被放大的信號進(jìn)行二次帶通濾波，以減弱除了頻帶信號之外的噪聲和干擾信號；模擬數(shù)字變換部分，用于根據(jù)時(shí)鐘信號對期望信號頻帶的載頻執(zhí)行子采樣，根據(jù)時(shí)鐘對期望信號頻帶執(zhí)行過采樣，將從該RF前端部分輸出的模擬信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的、并具有能夠處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍的數(shù)字信號；信號處理部分，用于對從該模擬數(shù)字變換部分輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字化預(yù)處理和解調(diào)；和檢測控制部分，用于檢測從該模擬數(shù)字變換部分輸出的數(shù)字信號的信道數(shù)據(jù)(具有IQ失配)之間的失配，并控制所述時(shí)鐘信號的相位。本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例還提供了一種接收機(jī)。該接收機(jī)可包括:級間類型的片外帶通濾波器，用于接收RF前端部分的可變增益放大器的輸出以執(zhí)行直接抗鋸齒濾波，該片外帶通濾波器按照SAW濾波器或FBAR濾波器的類型實(shí)施；數(shù)字信號處理部分，用于對在正接收的數(shù)字信號中設(shè)置的頻帶附近的噪聲信號進(jìn)行數(shù)字化去除，并對該設(shè)置頻帶內(nèi)的信號進(jìn)行數(shù)字化處理；和模擬數(shù)字變換器，用于通過使用子采樣頻率時(shí)鐘，將從該片外帶通濾波器輸出的模擬信號變換為覆蓋能處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍的數(shù)字信號，來生成該數(shù)字信號處理部分的數(shù)字信號。本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例還提供了一種 接收機(jī)。該接收機(jī)可包括:第一片外濾波器，用于對輸入信號進(jìn)行帶通濾波；單一輸入一輸出可變增益放大器，用于對從該第一片外濾波器輸出的信號進(jìn)行帶通濾波和放大，并將輸入信號的范圍改變?yōu)橄乱患壍妮斎胄盘柕姆秶?；第二片外濾波器，由SAW濾波器或FBAR濾波器構(gòu)成，以對該單一輸入一輸出可變增益放大器的輸出再次進(jìn)行帶通濾波；基于ADC的RFDC (RF到數(shù)字變換器)，用于通過使用對信號的載頻執(zhí)行子采樣并對期望信號的頻帶執(zhí)行過采樣的采樣頻率作為時(shí)鐘信號，將該第二片外濾波器的輸出信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的數(shù)字信號，該數(shù)字信號具有能夠處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍；和數(shù)字處理器，用于通過數(shù)字信號處理對在該RFDC中變換為數(shù)字信號的輸出執(zhí)行信號頻率變換、信道濾波和可變增益放大、以及采樣頻率變換。


下面將參考附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例可以按照不同形式實(shí)施，并不應(yīng)被解釋為限于這里闡明的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得該公開將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。圖1是基于傳統(tǒng)集成電路的接收機(jī)的框圖。圖2示出了圖1中圖示的接收機(jī)的框圖中依次出現(xiàn)的波形。圖3是理論子采樣接收機(jī)的方框結(jié)構(gòu)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的子采樣接收機(jī)的框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些其他實(shí)施例的子采樣接收機(jī)的框圖。圖6示出了在圖4或圖5的子采樣接收機(jī)的框圖中依次出現(xiàn)的輸入/輸出信號的波形。圖7A是通過圖4或圖5的子采樣接收機(jī)的框圖出現(xiàn)的信號的頻率特性圖。圖7B是圖示了向圖4或圖5應(yīng)用的SAW濾波器的產(chǎn)品和操作的圖。圖7C是圖示了向圖4或圖5應(yīng)用的FBAR濾波器的產(chǎn)品形式的圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些其他實(shí)施例的接收機(jī)框圖。圖9是包括圖8中圖示的RFDC和DAC電路的第一級采樣器的積分器的詳細(xì)電路。圖10示出了與圖9相關(guān)的子采樣塊的波形。
具體實(shí)施例方式其后將參考其中示出了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖來更全面地描述本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例。然而，該發(fā)明構(gòu)思可以按照許多不同形式實(shí)施，并不應(yīng)被解釋為限于這里闡明的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得該公開將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。在圖中，為了清楚可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。在說明書中，片外器件不僅描述只在芯片外部的器件，而且描述通過和諸如三極管、電感器、電阻器和電容器的傳統(tǒng)集成電路器件相同的制造處理難以制造的器件。這是因?yàn)榧词蛊馄骷部赏ㄟ^各種方法連接到在封裝內(nèi)部的電路塊，并且可制作包括片外器件的一塊芯片的封裝。在一些情況下，可以連同片外器件一起在同一模子(die)上實(shí)施集成電路芯片。
一般來說，在接收機(jī)中，通過RF混頻器將經(jīng)過輸入級的第一濾波器的信號變換為低頻帶。將變換為低頻帶的信號施加到模擬濾波器集成電路，并且該模擬濾波器集成電路附加地減少帶外信號的剩余部分。在該情況下，該模擬濾波器集成電路中需要的第二濾波器的特性應(yīng)滿足接收機(jī)需要的線性。而且，第二濾波器應(yīng)具有以下特性，即，使得接收機(jī)的SNR上由模數(shù)變換器的采樣生成的鋸齒噪聲的效果小。為了獲得在第一 SAW濾波器之后需要的附加濾波器特性，可實(shí)施I/Q混頻器和低通濾波器(LPF)的集成電路。如果混頻器將RF信號變換為低頻帶一次，則容易地設(shè)計(jì)模擬濾波器集成電路。如果實(shí)施I/Q混頻器和LPF的集成電路，則可以不使用片外器件。然而，當(dāng)需要的數(shù)據(jù)量逐步增加時(shí)，高端應(yīng)用領(lǐng)域的移動通信接收機(jī)需要容納多輸入多輸出(MIMO)和載波聚合(CA)的接收機(jī)。由此，由于并行路徑的接收機(jī)結(jié)構(gòu)對于執(zhí)行并發(fā)操作是必要的，所以接收機(jī)復(fù)雜性迅速增加。此外，由于信道帶寬也可變以有效使用信道，所以模擬LPF的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。由此，越來越難以設(shè)計(jì)接收機(jī)。接收機(jī)應(yīng)支持傳統(tǒng)多模式并還應(yīng)支持用于區(qū)域兼容性的多頻帶。具有先進(jìn)特征的通信器件應(yīng)容納用于無線局域網(wǎng)(LAN)或GPS的接收模式。在一個(gè)芯片上集成所有東西越來越增加設(shè)計(jì)難度。為了實(shí)施最新的多功能接收機(jī)結(jié)構(gòu)，必須嘗試比較簡單的實(shí)施方法。下面將描述傳統(tǒng)接收機(jī)結(jié)構(gòu)。圖1是基于傳統(tǒng)集成電路的接收機(jī)的框圖。圖2示出了圖1中圖示的接收機(jī)的框圖中依次出現(xiàn)的波形。圖1的接收機(jī)結(jié)構(gòu)典型地代表各種接收機(jī)結(jié)構(gòu)之中的直接變換接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。在圖1的接收機(jī)中，通過天線2接收的信號由預(yù)濾波器4進(jìn)行帶通濾波，并通過LAN 101放大，并然后通過信道混頻器102和104被頻率變換為低頻帶。在頻率變換后的信號由LPF 105和109通過信道進(jìn)行低頻濾波之后，它們由可變增益放大器(VGA) 106和110放大，使得ADC 107和112能接收具有固定幅度的信號。包括用于進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)字預(yù)處理器210和用于執(zhí)行調(diào)制/解調(diào)功能的數(shù)字調(diào)制解調(diào)器220的數(shù)字集成電路200對A/D變換后的信號進(jìn)行數(shù)字化處理，以將它們提供到系統(tǒng)外圍設(shè)備300。由于在如圖1的傳統(tǒng)接收機(jī)中難以實(shí)施僅從高RF頻帶中挑選期望信號的濾波器，所以傳統(tǒng)接收機(jī)具有以下結(jié)構(gòu)，在將信號頻率降低為低頻率一次之后，使用模擬濾波器來
獲得期望信號。如果通過天線2接收圖2的Fl的信號波形，則預(yù)濾波器4執(zhí)行預(yù)處理以輸出信號波形F2?；祛l器102和104接收信道信號，以輸出如同信號波形F3的被變換為低頻率的信號。LPF105和109對從混頻器102和104輸出的信號分別執(zhí)行低頻濾波，以輸出圖2的信號波形F4。在圖2中，水平軸代表頻率，并且垂直軸代表信號的電壓電平。由于使用混頻器的低頻變換最終降低將模擬信號變換為數(shù)字信號的ADC的操作頻率，所以ADC的實(shí)施例變得容易。如果使用可變放大器將在ADC中輸入的信號的幅度固定為任何參考幅度，則ADC的動態(tài)范圍被設(shè)計(jì)得相對小，并由此可容易地實(shí)施電路。由于位于混頻器的下一級的模擬濾波器使用模擬設(shè)計(jì)技術(shù)，所以難以改變?yōu)V波器的通帶頻率。由此，必須針對正通過天線接收的每一信道信號使用一個(gè)模擬濾波器。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，包括用于合成向模擬混頻器供應(yīng)的本地振蕩器(LO)的頻率的頻率合成器108。如果使用頻率合成器108使得每一中心頻率被供應(yīng)到混頻器，則變換為低頻帶的信號的中心頻率是固定的。由于如圖1那樣的傳統(tǒng)接收機(jī)不得不在執(zhí)行AD變換之前濾除不期望的干擾信號，所以該接收機(jī)需要諸如頻率合成器、混頻器、濾波器和可變增益放大器的器件。這些器件是處理模擬信號的塊。需要許多時(shí)間來設(shè)計(jì)這些器件，并且只要處理升級就不得不重新設(shè)計(jì)這些器件。如圖1那樣的傳統(tǒng)接收機(jī)的缺點(diǎn)在于功耗、芯片面積和快速市場適應(yīng)性。與如圖1那樣的傳統(tǒng)接收機(jī)決裂的、包括許多數(shù)字設(shè)計(jì)元件的無線發(fā)射機(jī)/接收機(jī)可按照很多方式補(bǔ)償當(dāng)使用模擬設(shè)計(jì)方法時(shí)出現(xiàn)的缺點(diǎn)，但是實(shí)際實(shí)現(xiàn)無線發(fā)射機(jī)/接收機(jī)存在許多困難。在無線接收機(jī)直接采樣高頻帶信號以執(zhí)行數(shù)字信號處理的情況下，由于模數(shù)變換器(ADC)在按照非常高頻率操作的同時(shí)不得不具有高比特分辨率，所以難以利用已知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)無線接收機(jī)。這是因?yàn)殡y以滿足奈奎斯特定理，即，僅當(dāng)ADC的采樣頻率至少是載波信號的兩倍(信號帶寬/2)時(shí)，才可恢復(fù)信號。為了處理2GHz頻帶的信號，應(yīng)實(shí)施具有4GHz采樣頻率的ADC。為了不僅接受操作速度而且接受大輸入信號，ADC的動態(tài)范圍應(yīng)該大。即使實(shí)施這樣的ADC，由于ADC的數(shù)據(jù)的輸出速度非常高，所以位于ADC的后級的數(shù)字處理器難以處理數(shù)據(jù)。數(shù)字處理器中的功耗由于高處理速度而非常大。圖3是理論子采樣接收機(jī)的方框結(jié)構(gòu)圖。參考圖3，子采樣接收機(jī)包括在數(shù)字預(yù)處理器210的前級處的預(yù)濾波器4、可變增益低噪聲放大器(LNA)lOl、抗鋸齒濾波器114和子采樣 ADC107。圖3的概念結(jié)構(gòu)提供了本發(fā)明構(gòu)思的接收機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。子采樣方法是使用與信號的載頻相比具有低采樣頻率的時(shí)鐘、將信號變換為低頻帶的方法。該方法具有以下特性，即，與一般奈奎斯特采樣方法相比，通過鋸齒將位于與采樣頻率(fs)的倍數(shù)對應(yīng)的位置處的所有信號與最后采樣的信號重疊。由此，抗鋸齒濾波器不得不位于ADC的前級。然而，半導(dǎo)體集成電路具有以下難度，即，實(shí)施在針對RF頻帶中的期望帶內(nèi)信號具有高選擇性的同時(shí)、能大大降低帶外信號的RF濾波器。諸如SAW濾波器的片外濾波器的性能已連同技術(shù)進(jìn)步一起被大大改善。由于精細(xì)制造處理的發(fā)展以及電路實(shí)施技術(shù)的發(fā)展，使得ADC已在SNR或操作速度方面被大大改善。在本發(fā)明構(gòu)思中，通過基于能夠子采樣的ADC的結(jié)構(gòu)以及SAW濾波器的特性、構(gòu)造RF到數(shù)字變換器，來實(shí)施子采樣接收機(jī)，使得其可應(yīng)用到高端應(yīng)用領(lǐng)域。要在子采樣接收機(jī)中使用的基于ADC的RF到數(shù)字變換器的條件如下。首先，為了在子采樣接收機(jī)中使用基于ADC的RF到數(shù)字變換器，當(dāng)信號具有高載頻時(shí)，應(yīng)使得信號降低最小化。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，帶寬應(yīng)該大到使得輸入信號的采樣器負(fù)荷變小。第二，子采樣接收機(jī)具有使得功耗最小化的目的，但是必須使得采樣頻率高于特定頻率以使得折疊噪聲最小化。第三，基于ADC的RF到數(shù)字變換器應(yīng)在具有高采樣頻率的同時(shí)、不僅變換期望的帶內(nèi)信號而且變換不期望的帶內(nèi)信號?；贏DC的RF到數(shù)字變換器應(yīng)具有低噪聲功率信號，以使得RF到數(shù)字變換器的前級的放大增益負(fù)擔(dān)最小化。由此，RF到數(shù)字變換器應(yīng)具有寬動態(tài)范圍。第四，應(yīng)控制使得由于子采樣導(dǎo)致的I/Q RFDC (I/Q ADC)的輸出信號I和Q具有正交關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)此，應(yīng)校正在I/Q RFDC中正輸入的I/Q RFDC時(shí)鐘輸入之間的相位差。I/Q時(shí)鐘之間的相位差具有特定值，以在輸出信號之間具有正交關(guān)系。本發(fā)明構(gòu)思的子采樣接收機(jī)滿足ADC的條件，并且還有利地按照多頻帶多模式、多輸入多輸出(MIMO)和載波聚合(CA)起作用，以適于高端應(yīng)用。即使子采樣接收機(jī)使用片外RF濾波器，組成塊之中的模擬區(qū)域的塊也被顯著減少，并且大部分組成塊可被變換為數(shù)字電路。在將本發(fā)明構(gòu)思應(yīng)用到具有諸如多頻帶、多模式、MIM0、和載波聚合的功能的復(fù)雜接收機(jī)以提供高用戶數(shù)據(jù)速率的情況下，由于模擬區(qū)域的塊被最小化的結(jié)構(gòu)使得接收機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡單。圖4是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的子采樣接收機(jī)的框圖。參考圖4，該接收機(jī)包括RF前端部分400、模數(shù)變換部分510、信號處理部分520和檢測控制部分550。RF前端部分400對帶通和放大的信號再次進(jìn)行帶通濾波，以去除除了頻帶信號之外的噪聲和干擾信號。模數(shù)變換部分510根據(jù)時(shí)鐘信號對期望信號頻帶的載頻執(zhí)行子采樣，根據(jù)時(shí)鐘信號對期望信號頻帶執(zhí)行過采樣，將從RF前端輸出的模擬信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的、并具有處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的動態(tài)范圍的數(shù)字信號。信號處理部分520對從模數(shù)變換部分510輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字化預(yù)處理和解調(diào)。RF前端部分400包括帶通預(yù)濾波器410、放大器420和帶通級間濾波器430。帶通預(yù)濾波器410使得具有高載頻和特定信號帶寬的模擬信號通過頻帶，并降低濾波頻帶外噪聲或干擾信號。放大器420根據(jù)可變增益控制信號放大帶通信號。帶通級間濾波器430使得帶通和放大的信號再次通過頻帶，并降低除了頻帶信號之外的白噪聲和干擾信號。檢測控制部分550包括IQ_CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530以及I/Q失配檢測器和I/Q控制器540。IQ_CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530接收子采樣時(shí)鐘以生成I_CLK和Q_CLK，并將它們提供到I/Q ADC510。IQ_CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530接收通過反饋環(huán)的自動相位控制信號或預(yù)定相位控制預(yù)置信號，使得I/Q數(shù)字信號輸出具有正交關(guān)系。響應(yīng)于自動相位控制信號或相位控制預(yù)置信號，IQ.CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530控制I/Q時(shí)鐘的相位，
使得I/Q數(shù)字信號輸出具有正交關(guān)系。I/Q失配檢測器和I/Q控制器540從信號處理部分520接收I/Q信號，以確定I/Q信號之間的失配，并然后生成控制信號，用于補(bǔ)償所檢測的失配，以將其應(yīng)用到IQ_CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530。該控制信號就是自動相位控制信號。包括信號預(yù)處理器的信號處理部分520可包括抽選(decimation)濾波器，用于將來自模數(shù)變換部分的輸出信號的期望信號頻帶的采樣率降低為所設(shè)置的整數(shù)比率或分?jǐn)?shù)比率；混頻器，用于進(jìn)行數(shù)字化的信號的載頻變換；信道選擇濾波器，用于僅使得期望頻帶的信號低通；可變增益放大器和控制器，用于使得通過該信道選擇濾波器的信號具有特定幅度的輸出。信號處理部分520可進(jìn)一步包括用于去除IQ失配或DC偏移的IQ失配/DC偏移去除器、和用于檢測信號幅度的檢測器中的至少一個(gè)。在RF前端部分400中，帶通預(yù)濾波器410、放大器420和帶通級間濾波器430之間的信號連接形式可以依次是單端一單端一單端、單端一單端一單端到差分、單端一單端到差分一差分、以及單端到差分一差分一差分中的一個(gè)。RF前端部分400的放大器420和級間濾波器430中的每一個(gè)可利用一個(gè)或多個(gè)塊實(shí)施。IQ_CLK生成和I/Q相位調(diào)整器530控制向I/Q RFDC510施加的兩個(gè)輸入時(shí)鐘之間的相位差，以保證I/Q數(shù)字信號輸出的正交相位關(guān)系。為了使得具有如圖4的結(jié)構(gòu)的子采樣接收機(jī)正確操作，抗鋸齒濾波器(即，位于模數(shù)變換部分510的前級的帶通級間濾波器430)的特性應(yīng)該較好。即，帶通級間濾波器430應(yīng)具有對于RF頻帶中的帶內(nèi)信號的高選擇性和對于RF頻帶中的帶外信號的大降低特性。因此，如圖5中圖示的，包括片外RF預(yù)濾波器4、可變增益低噪聲放大器420、級間片外RF濾波器430、使用子采樣方法將RF頻帶的信號直接變換為DC頻帶或IF頻帶的RF到數(shù)字變換器510、以及數(shù)字預(yù)處理器520的接收機(jī)可被實(shí)施為替換例。圖5是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些其他實(shí)施例的子采樣接收機(jī)的框圖。參考圖5，對通過天線2輸入的信號進(jìn)行帶通濾波的片外RF預(yù)濾波器4位于集成電路芯片570外部。天線2僅被圖示為解釋接收機(jī)，并在接收機(jī)的應(yīng)用中不是必需的。對預(yù)濾波器4的輸出進(jìn)行放大的可變增益低噪聲放大器420可被實(shí)施在集成電路芯片570內(nèi)部。在對低噪聲放大器420的輸出信號進(jìn)行帶通濾波的同時(shí)具有單端到差分功能的平衡類型的級間片外RF濾波器430位于集成電路芯片570外部。接收子采樣時(shí)鐘I和Q以及級間片外RF濾波器430的差分輸出信號的基于ADC的I/Q RFDC510可被實(shí)施在集成電路芯片570內(nèi)部。子采樣時(shí)鐘I和Q具有任何相位差，使得基于ADC的I/Q RFDC510的輸出信號I和Q具有正交關(guān)系。處理數(shù)字輸出信號的數(shù)字預(yù)處理器520和數(shù)字調(diào)制解調(diào)器530可被實(shí)施在集成電路芯片570內(nèi)部。片外RF預(yù)濾波器4可由單一濾波器或雙工器實(shí)施，并不得不與RF開關(guān)鏈接，以應(yīng)用到多個(gè)頻帶。在圖5中，片外RF帶通濾波器430可包括單端片外RF濾波器431和單端到差分緩沖器432，如附圖標(biāo)記Al圖示的那樣。I/Q RFDC510具有使得接收機(jī)操作為直接變換接收機(jī)或低IF變換接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。I/Q RFDC510可被實(shí)施為獨(dú)立路徑。當(dāng)I/Q RFDC510具有低IF結(jié)構(gòu)時(shí)，I/Q RFDC510可通過使用I/Q路徑RFDC之間的信號交換，來生成附圖標(biāo)記A2圖示的具有一個(gè)邊帶的輸出。I/Q RFDC510可具有復(fù)雜采樣的功能。圖6示出了在圖4或圖5的子采樣接收機(jī)的框圖中依次出現(xiàn)的輸入/輸出信號的波形。參考圖6，如果通過天線2向預(yù)濾波器4接收信號波形F10，則預(yù)濾波器4執(zhí)行預(yù)處理以輸出信號波形F11。級間片外RF濾波器430使用直接抗鋸齒濾波方法對從放大器420輸出的信號進(jìn)行濾波，以輸出如同信號波形F12的信號。在圖6中，水平軸代表信號頻率，而垂直軸代表信號的電壓電平。
如信號波形F12中圖示的，片外濾波器具有對于帶內(nèi)信號的高選擇性，并大大衰減帶外信號，使得后級的ADC可通過子采樣操作來容易地執(zhí)行帶內(nèi)信號的傾斜(declining)變換。由于第二片外RF濾波器430被實(shí)施在LNA的后級，所以子采樣接收機(jī)可被應(yīng)用到高端應(yīng)用領(lǐng)域?？捎米髌釸F濾波器的部分的示例是SAW濾波器、FBAR濾波器等。圖7A是通過圖4或圖5的子采樣接收機(jī)的框圖出現(xiàn)的信號的頻率特性圖。圖7B是圖示了向圖4或圖5應(yīng)用的SAW濾波器的產(chǎn)品和操作的圖。圖7C是圖示了向圖4或圖5應(yīng)用的FBAR濾波器的產(chǎn)品形式的圖。圖7B中圖示的SAW濾波器描述了表面聲波濾波器。使用電磁波的表面波執(zhí)行濾波的SAW濾波器基于將壓電材料的機(jī)械振動變換為電信號的壓電原理對信號進(jìn)行濾波。如果將相對快的電磁波變換為慢的聲波，則僅期望頻率的波長通過。如圖7B中圖示的，如果梳子形狀的兩個(gè)金屬板被布置為在壓電材料的兩面分別脫離(dislocated)，并然后從一面輸入電信號，則在壓電材料上生成SAW (表面彈性波)。稱為表面彈性波的機(jī)械振動在另一面再次被變換為電信號。如果壓電材料自己的表面彈性波頻率與輸入的電信號的頻率不同，則不傳送信號，并且信號消失。即，濾波器僅使得與濾波器自己的機(jī)械頻率具有相同頻率的信號通過。由此，SAW濾波器是帶通濾波器(BPF)。由于SAW濾波器與使用LC諧振原理的濾波器相比具有窄帶寬，所以它可幾乎完全濾除不必要的頻率的信號。當(dāng)必須精確濾除期望頻率的信號時(shí)，很好地采用SAW濾波器。與具有類似性能的陶瓷濾波器相比，SAW濾波器的尺寸相對小。圖7C中的薄膜腔聲諧振器(FBAR)濾波器是用于使用壓電效果進(jìn)行通信的濾波器。FBAR使用RF磁控濺射方法在硅基板上沉積作為壓電材料的氧化鋅(ZnO)或氮化鋁(A1N),以生成壓電現(xiàn)象。諧振在特定頻帶中發(fā)生，并且使用該諧振來執(zhí)行濾波。如果將電信號輸入到上電極或下電極，則由于壓電現(xiàn)象而發(fā)生諧振，并且使用從該諧振生成的體聲波(BAW)。如果BAW頻率等于輸入的電信號的頻率,則諧振現(xiàn)象出現(xiàn)，并且通過FBAR濾波器來實(shí)施使用諧振現(xiàn)象的諧振器?？蓪?shí)施使用FBAR濾波器的雙工器。參考圖7A，圖示了片外RF濾波器的使用效果。在傳統(tǒng)集成電路接收機(jī)中，使用混頻器來僅選擇期望信號。其頻率由混頻器降低的信號被下濾波。使用混頻器的理由是因?yàn)殡y以實(shí)施僅能處理RF頻帶中的期望RF頻帶的信號的集成電路。然而，在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的接收機(jī)中，通過使用片外濾波器代替集成電路，去除了在傳統(tǒng)集成電路接收機(jī)中必須使用的許多構(gòu)成塊。由此，通過圖7A代表片外RF濾波器的特性，并且改善了所發(fā)明的結(jié)構(gòu)的效果。附圖標(biāo)記S2代表SAW濾波器的特性，并且附圖標(biāo)記SI代表LNA增益控制的特性。附圖標(biāo)記S3代表在前端部分處發(fā)生的帶外衰減的特性。使用LC負(fù)載，并且示出了 LNA的帶通特性。在圖7A中，水平軸代表頻率，并且垂直軸代表抑制比。圖7A中的圖表僅是使用實(shí)踐部分測量的示例，以驗(yàn)證本發(fā)明構(gòu)思的有效性或預(yù)測效果。由此，由于向子采樣接收機(jī)應(yīng)用的SAW濾波器或FBAR濾波器的特性具有改進(jìn)或修改的空間，所以實(shí)施本發(fā)明構(gòu)思沒有問題。圖7A的圖表示出了可真實(shí)實(shí)施已經(jīng)存在的理論子采樣接收機(jī)。圖8是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些其他實(shí)施例的接收機(jī)框圖。在圖8中，采用離散時(shí)間A—E ADC511，來使用第二片外RF濾波器430實(shí)施子采樣接收機(jī)。圖5的接收機(jī)是專注于采用第二片外RF濾波器的概念結(jié)構(gòu)的接收機(jī)。圖8的接收機(jī)是真實(shí)實(shí)施以下結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，該結(jié)構(gòu)采用第二片外RF濾波器430并完全滿足基于ADC的RFDC的需求。在圖8中，A—E ADC 511取決于采樣器的位置被劃分為離散時(shí)間類型A—E ADC和連續(xù)時(shí)間類型A—E ADC。當(dāng)采樣器位于前面時(shí)，A—E ADC 511成為離散時(shí)間類型A —E ADC，而當(dāng)采樣器位于濾波器的后面時(shí)，A—E ADC 511成為連續(xù)時(shí)間類型A—E ADC0在這兩者類型之間，離散時(shí)間類型A— E ADC具有相對優(yōu)秀的特性。該特性可包括低噪聲電平和寬帶寬。該特性對于以下條件是有利的，即，由于子采樣導(dǎo)致的噪聲應(yīng)被最小化,并且采樣頻率應(yīng)該高。離散時(shí)間類型A—E ADC 511包括I/Q路徑和時(shí)鐘發(fā)生器518。時(shí)鐘發(fā)生器518可包括用于校準(zhǔn)向I/Q RFDC施加的I/Q RFDC時(shí)鐘輸入之間的相位差的組成部分，使得由于子采樣導(dǎo)致的I/Q RFDC (I/Q ADC)的輸出信號I和Q具有正交相位關(guān)系。作為圖8的下部中圖示的組成部分的ADC的一條路徑可包括在離散時(shí)間域中操作的DAC &積分器&加法器514、多比特量化器515、解碼器& DEM (動態(tài)元素匹配)塊516和輸出緩沖器517。可選塊513可位于I/Q路徑的前級?？蛇x塊513可按照復(fù)雜變換方法和一般正交變換方法操作，該復(fù)雜變換方法與I/Q路徑的ADC輸入信號鏈接來操作，該一般正交變換方法接收I/Q路徑的ADC輸入信號來操作。圖9是包括圖8中圖示的RFDC和DAC電路的第一級采樣器的積分器的詳細(xì)電路。圖8的ADC 511使用多比特量化器515。與多比特量化器515的輸出端連接的解碼器& DEM516將數(shù)字輸出值反饋到DAC &積分器&加法器514。由于具有數(shù)字輸出值負(fù)反饋要被輸入到第一級采樣器部分的結(jié)構(gòu)，所以在圖9中，實(shí)施具有合并電容性DAC電路的子采樣器，以便容易地實(shí)施電路并迅速設(shè)置第一級積分器。在圖9中，子采樣器514a包括第一子采樣器組SGl、第二子采樣器組SG2和比較器Cl。子采樣器組中的采樣電容器Cs和當(dāng)執(zhí)行采樣時(shí)接收PHID時(shí)鐘的開關(guān)一起構(gòu)成子米樣器。由于ADC的輸入信號是RF信號，所以當(dāng)在功率采樣器中輸入信號時(shí)，必須加寬帶寬并改進(jìn)信號的線性。在圖9中，使用自舉電路來生成PHID時(shí)鐘信號。和一般時(shí)鐘信號相t匕，生成的PHID時(shí)鐘信號大。圖10示出了與圖9相關(guān)的子采樣塊的波形。參考圖10，當(dāng)實(shí)施子采樣接收機(jī)時(shí)，示出了對RF頻帶的信號執(zhí)行子采樣的時(shí)鐘驅(qū)動方法。如圖10中圖示的，可使用與芯片的電源電壓的電平相比自舉的時(shí)鐘(波形W1)、使用將跟隨輸入信號的改變的信號的幅度添加到自舉時(shí)鐘信號的幅度的時(shí)鐘信號(波形W2)的時(shí)鐘方案、或電源電壓的幅度跟隨輸入信號的改變的時(shí)鐘(波形W3)。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例，通過在使用子采樣方法將接收的RF信號變換為IF信號或DC信號的同時(shí)對期望頻帶信號執(zhí)行過采樣，即使期望信號附近的噪聲信號也被變換為數(shù)字信號。由此，期望信號附近的噪聲信號可被數(shù)字化處理。通過應(yīng)用第二片外濾波器以加強(qiáng)RF前端的功能，降低了 RF接收機(jī)芯片的面積、設(shè)計(jì)成本和功耗。如果接收機(jī)的功能塊盡可能地在數(shù)字區(qū)域中設(shè)計(jì)，則其被容易地應(yīng)用到多標(biāo)準(zhǔn)，并且只要升級處理，就可通過數(shù)字設(shè)計(jì)改變來解決問題。結(jié)果，提供了具有縮短的上市時(shí)間(time-to-market)的數(shù)字接收機(jī)。前面是本發(fā)明構(gòu)思的說明，并不被解釋為其限制。盡管已描述了本發(fā)明構(gòu)思的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地認(rèn)識到，實(shí)施例中的許多修改是可能的，而不實(shí)質(zhì)上脫離本發(fā)明的新穎教義和優(yōu)點(diǎn)。因此，所有這樣的修改意欲被包括在權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍中。本發(fā)明由以下權(quán)利要求限定，其中包括權(quán)利要求的等效。
權(quán)利要求
1.一種接收機(jī)，包括: RF前端部分，用于對首次通過頻帶并被放大的信號進(jìn)行二次帶通濾波，以減弱除了頻帶信號之外的噪聲和干擾信號； 模擬數(shù)字變換部分，用于根據(jù)時(shí)鐘信號對期望信號頻帶的載頻執(zhí)行子采樣，根據(jù)時(shí)鐘對期望信號頻帶執(zhí)行過采樣，將從該RF前端部分輸出的模擬信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的、并具有能夠處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍的數(shù)字信號; 信號處理部分，用于對從該模擬數(shù)字變換部分輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字化預(yù)處理和解調(diào)；和 檢測控制部分，用于檢測從該信號處理部分輸出的數(shù)字信號的I/Q信道數(shù)據(jù)之間的失配，并控制所述時(shí)鐘信號的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的 接收機(jī)，其中該RF前端部分包括: 帶通預(yù)濾波器，用于對具有比子采樣時(shí)鐘的頻率高的載頻、和任意信號帶寬的模擬信號進(jìn)行帶通濾波，并減弱在該濾波頻帶之外的噪聲或干擾信號； 放大器，用于根據(jù)可變增益控制信號來放大通過該帶通預(yù)濾波器的模擬信號；和 帶通級間濾波器，用于對從該放大器輸出的模擬信號進(jìn)行帶通濾波，并減弱在該濾波頻帶之外的白噪聲或干擾信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的接收機(jī)，其中該模擬數(shù)字變換部分輸出該數(shù)字信號作為I信道數(shù)據(jù)和Q信道數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的接收機(jī),其中該信號處理部分包括: 抽選濾波器，用于將該模擬數(shù)字變換部分的輸出信號中的期望信號頻帶的采樣率降低為整數(shù)比或分?jǐn)?shù)比；混頻器，用于數(shù)字信號的載頻變換；信道選擇濾波器，用于僅使得期望頻帶的信號低通；可變增益放大器；和控制器，用于使得通過該信道選擇濾波器的信號具有特定幅度的輸出，和 其中該信號處理部分進(jìn)一步包括用于去除IQ失配或DC偏移的IQ失配/DC偏移去除器以及用于檢測數(shù)字信號幅度的檢測器中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的接收機(jī)，其中該檢測控制部分包括: I/Q失配檢測和控制部分，用于檢測從該信號處理部分輸出的I/Q信道數(shù)據(jù)之間的失配，并生成用于補(bǔ)償所檢測的失配的自動相位控制信號；和 I/Q.CLK生成和相位控制部分，用于接收子采樣時(shí)鐘以向該模擬數(shù)字變換部分提供所述時(shí)鐘信號作為I_CLK和Q_CLK，并響應(yīng)于該自動相位控制信號或預(yù)置相位控制信號來控制所述I_CLK和Q_CLK之間的相位差，使得所述I/Q信道數(shù)據(jù)的相位保持正交關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的接收機(jī)，其中在該RF前端部分的帶通預(yù)濾波器一放大器一帶通級間濾波器之間的信號連接形式是單端一單端一單端、單端一單端一單端到差分、單端一單端到差分一差分、以及單端到差分一差分一差分中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的接收機(jī)，其中該RF前端部分的放大器一帶通級間濾波器與一個(gè)或多個(gè)塊彼此組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的接收機(jī)，其中在將向該模擬數(shù)字變換部分施加的公共模擬信號作為I/Q路徑信號施加的情況下，該自動相位控制信號是控制該I/Q路徑信號的相位和幅度的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的接收機(jī)，其中周期性地、連續(xù)地、或在特定時(shí)間中執(zhí)行該I/Q信道數(shù)據(jù)之間的失配補(bǔ)償。
10.一種接收機(jī)，包括: 級間類型的片外帶通濾波器，用于接收可變增益放大器的輸出以執(zhí)行直接抗鋸齒濾波，該片外帶通濾波器按照SAW濾波器或FBAR濾波器的類型實(shí)施； 數(shù)字信號處理部分，用于對在正接收的數(shù)字信號中設(shè)置的頻帶附近的噪聲信號進(jìn)行數(shù)字化去除，并對該設(shè)置頻帶內(nèi)的信號進(jìn)行數(shù)字化處理；和 模擬數(shù)字變換器，用于通過使用采樣頻率時(shí)鐘，將從該片外帶通濾波器輸出的模擬信號變換為覆蓋能處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍的數(shù)字信號，來生成該數(shù)字信號處理部分的數(shù)字信號。
11.一種接收機(jī)，包括: 第一片外濾波器，用于對輸入信號進(jìn)行帶通濾波； 單一輸入一輸出可變增益放大器，用于對從該第一片外濾波器輸出的信號進(jìn)行帶通濾波和放大，并將輸入信號的范圍改變?yōu)橄乱患壍妮斎胄盘柕姆秶? 第二片外濾波器，由SAW濾波器或FBAR濾波器構(gòu)成，以對該單一輸入一輸出可變增益放大器的輸出再次進(jìn)行帶通濾波； 基于ADC的RFDC(RF到數(shù)字變換器)，用于通過使用對信號的載頻執(zhí)行子采樣并對期望信號的頻帶執(zhí)行過采樣的采樣頻率作為時(shí)鐘信號，將該第二片外濾波器的輸出信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的數(shù)字信號，該數(shù)字信號具有能夠處理期望信號和該期望信號附近的不期望信號的輸入信號范圍；和 數(shù)字處理器，通過數(shù)字信號處理對在該RFDC中變換為數(shù)字信號的輸出執(zhí)行信號頻率變換、信道濾波和可變增益放大、以及采樣頻率變換。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，如果該RFDC是I/QADC，則進(jìn)一步包括時(shí)鐘發(fā)生器，用于生成使得該I/Q ADC的輸出相位關(guān)系保持正交狀態(tài)的I/Q子采樣時(shí)鐘，并控制所述I/Q子采樣時(shí)鐘之間的相位差。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其中該第二片外濾波器具有單端到差分輸入/輸出結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其中該第二片外濾波器包括: SAff濾波器或FBAR濾波器，具有單端到單端輸入/輸出；和 集成電路，具有單端到差分輸入/輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其中在該RFDC的前級安裝的采樣器對I信道和Q信道中的第二片外的輸出信號進(jìn)行獨(dú)立采樣，或者通過鏈接I信道和Q信道來對所述輸出信號進(jìn)行復(fù)雜采樣。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其中該RFDC基于離散時(shí)間A—EADC結(jié)構(gòu)來實(shí)施。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機(jī)，其中在將該RFDC按照I/Q路徑形式實(shí)施的情況下，該RFDC包括: 可選變換塊，其能夠被包括或去除，用于I/Q復(fù)雜變換或I/Q獨(dú)立變換的選擇性操作； DAC &積分器&加法器塊，用于處理輸入信號和負(fù)反饋信號；多比特量化器，用于將所述DAC &積分器&加法器塊的輸出變換為多數(shù)字比特信號； 動態(tài)元素匹配(DEM)塊，用于對該多比特量化器的輸出進(jìn)行解碼，或?qū)νㄟ^負(fù)反饋輸入端接收該量化器的輸出的多比特DAC的線性進(jìn)行加強(qiáng)； 輸出緩沖器，用于該I/Q路徑的信號輸出；和 時(shí)鐘發(fā)生器，用于向所述塊提供時(shí)鐘。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的接收機(jī)，其中位于該RFDC的前級的采樣器使用與芯片的電源電壓的幅度相比大的自舉時(shí)鐘作為開關(guān)時(shí)鐘，使用將跟隨輸入信號的改變的信號的幅度添加到自舉時(shí)鐘信號的幅度的時(shí)鐘信號、或使用將電源電壓的幅度添加到跟隨輸入信號的改變的信號的幅度的時(shí)鐘信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的接收機(jī)，其中位于該RFDC的前級的采樣器具有多比特DAC功能，以便使得該第一積分器具有短建立時(shí)間。
20.一種接收機(jī)，包括: 第一片外預(yù)濾波器組，用于實(shí)施多頻帶接收機(jī)； 單一輸入/輸出可變增益放大器組；和 第二片外預(yù)濾波器組，由SAW濾波器組或FBAR濾波器組實(shí)施，其中在每一組中，通過簡單并行連接、路徑多路復(fù)用或切換來選擇性地連接信號路徑，并將信號通過該信號路徑傳送到后級的RFDC。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的接收機(jī)，其中所述濾波器組彼此平行，以執(zhí)行多輸入多輸出(MIMO)或載波聚合(CA)的并發(fā)操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用級間片外射頻帶通濾波器的子采樣接收機(jī)。本發(fā)明構(gòu)思涉及一種無線通信接收機(jī)。該無線通信接收機(jī)包括第二片外RF濾波器、RF到數(shù)字變換器和用于處理變換為數(shù)字的信號的數(shù)字預(yù)處理器。該RF到數(shù)字變換器將正接收的RF信號變換為DC頻帶或中頻頻帶的、并具有能夠處理期望RF頻帶信號和該期望RF頻帶信號附近的不期望信號的動態(tài)范圍的數(shù)字信號。該數(shù)字預(yù)處理器對信號增益進(jìn)行數(shù)字化控制，以將其傳送到調(diào)制器/解調(diào)器。
文檔編號H04B1/16GK103208998SQ20131001140
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者韓先鎬, 劉賢奎 申請人:韓國電子通信研究院