專利名稱:一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器。
背景技術(shù):
目前,隨著智能手機和平板電腦的發(fā)展,全球移動數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)量大幅增長。其中,LTE (長期演進,Long Term Evolution)技術(shù)的開發(fā),不僅提高了無線通信的頻譜利用率,同時還增加了無線通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和可處理的數(shù)據(jù)容量。 目前,LTE技術(shù)的無線通信頻譜(頻率高達3. 8 GHz)可以分為43波段,I到21波段被列為LTE-FDD (頻分雙工),而33至43波段被列為的LTE-TDD (時分雙工頻段)。由于移動運營商預(yù)期到用戶通信的數(shù)據(jù)使用量將大幅度增長,這樣使得移動運營商需要有效利用現(xiàn)有的無線通信頻譜資源,并且盡快實施覆蓋頻段較為廣泛的LTE技術(shù)。為了推動LTE技術(shù)的廣泛普及,在做好LTE基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時,移動終端中的信號收發(fā)技術(shù)也需要同步或者更快速度發(fā)展。這時候,移動運營商以及其他廠家需要加大力度進行移動終端的技術(shù)研發(fā),目的在于使得一個移動終端,其具有多波段、多模式、雙技術(shù)的功能,即使得移動終端具有的信號收發(fā)器能夠覆蓋現(xiàn)有LTE無線通信波段,同時可以兼容傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)(WCDMA、EVDO的TD-SCDMA、CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)),以及支持TDD和FDD技術(shù)。需要說明的是,對于目前的第三代移動通信技術(shù)(3rd-generation,3G),其包括有四種標(biāo)準(zhǔn)CDMA2000, WCDMA、TD-SCDMA,WiMAX0其中,如圖I所示,對于現(xiàn)有移動終端的O. Tl. 7GH頻段的信號收發(fā)器(即射頻前端收發(fā)器),為了讓移動終端可以同時處理FDD和TDD技術(shù)(即具有雙技術(shù)的功能),以支持Γ21的FDD波段和33 41的TDD頻段,需要提高移動終端的數(shù)字運算能力,通過將所述信號收發(fā)器與基帶處理器相連接,從而妥善分配基帶處理器與信號收發(fā)器之間的運算負(fù)荷。參見圖2,對于目前具有LTE/TD-SCDMA通信功能的移動終端(如一個手機),其通常包括有六個功能模塊,具體為LTE/TD-SCDMA射頻前端收發(fā)器、2G (第二代移動通信技術(shù),例如GSM)射頻前端收發(fā)器、基帶處理器(Base band)、應(yīng)用處理器(ApplicationProcessor)、存儲器(Memory)以及電源管理模塊(Power Management Unit)。為了覆蓋TD-LTE (分時長期演進)和TD-SCDMA (時分同步碼分多址)通信的所有頻道,參見圖3,現(xiàn)有傳統(tǒng)具有LTE/TD-SCDMA通信功能的移動終端的信號發(fā)射機(TX)還具有兩路輸出端,同時,通過在信號收發(fā)器(即射頻前端收發(fā)器RFIC)內(nèi)接收機的前端使用聲表面濾波器(SAW filter),以減少兩個波段之間的互相干擾。例如,對于用于接收TD-SCDMA和TD-LTE信號的收發(fā)機(RX),具有四個信號接收的波段,具體為34波段、38波段、39波段以及40波段,總共需要使用四個聲表面濾波器。而對于用于接收TD-LTE信號的收發(fā)機(LTE RX),要求多樣化(diversity)以提高數(shù)據(jù)率和靈敏度,因此,具有三個專門用于接收TD-LTE信號的LTE波段,具體為38波段、39波段以及40波段。因此,如圖3所示,移動終端的信號收發(fā)器(即射頻前端收發(fā)器)一共具有7個信號輸入端以及7個聲表面濾波器,具體為在單刀六擲(SP6T)射頻開關(guān)處具有4個信號輸入端,在單刀三擲(SP3T)開關(guān)處具有3個信號輸入端。因此,現(xiàn)有移動終端的信號射頻輸入端較多,且具有較多的聲表面波濾波器,從而導(dǎo)致移動終端的信號收發(fā)器(即射頻前端收發(fā)器)的生產(chǎn)成本較高,喪失了移動終端的價格競爭優(yōu)勢,并且大大增加了移動終端整體芯片的面積,移動終端芯片面積較大,進而嚴(yán)重影響了移動終端的市場應(yīng)用前景。因此,目前迫切需要開發(fā)出一種技術(shù),其可以在保證移動終端性能的前提下,有效降低移動終端射頻前端收發(fā)器的生產(chǎn)成本以及減少收發(fā)器芯片的面積,進而降低移動終端整體芯片的面積和生產(chǎn)成本,提高移動終端的價格競爭力,擴大移動終端的市場應(yīng)用前景。
實用新型內(nèi)容有鑒于此,本實用新型的目的是提供一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,該射頻前端收發(fā)器中集成設(shè)置射頻跟蹤濾波器,可以不需要在射頻前端收發(fā)器內(nèi)接收機的輸入端設(shè)置多個聲表面濾波器數(shù)量,同時減少射頻前端收發(fā)器內(nèi)接收機的輸 入端數(shù)量,因此可以顯著降低移動終端的生產(chǎn)成本以及減小移動終端整體芯片的面積,并且可以節(jié)約射頻前端收發(fā)器內(nèi)頻率合成器中作為寬帶振蕩器的壓控振蕩器的功耗,提高壓控振蕩器的性能,進而提升移動終端的整體性能和市場競爭力,具有重大的生產(chǎn)實踐意義。為此,本實用新型提供了一種多標(biāo)準(zhǔn)移動終端的射頻前端收發(fā)器,包括有一個接收機、一個頻率合成器和一個發(fā)射機,所述接收機的前端設(shè)置有一個或者多個射頻跟蹤濾波器。其中,所述接收機包括有兩個低噪聲放大器LNA,所述兩個低噪聲放大器LNA的一端分別與一個信號輸入端RXIN相接;所述兩個低噪聲放大器LNA的另一端分別與一個可變增益放大器VGA相接,每個所述可變增益放大器VGA分別接一個射頻跟蹤濾波器和由兩個混頻器Mixer組成的一個混頻器組合,并且兩個所述可變增益放大器VGA之間連接有一個功率探測器;每個所述混頻器組合與一個可變增益中頻放大和低通濾波器PGA/LPF相接,每個可變增益中頻放大和低通濾波器分別與兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC相接,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC與基帶處理器相接。其中,所述頻率合成器包括有接收本振產(chǎn)生器,所述接收本振產(chǎn)生器分別接發(fā)射本振產(chǎn)生器、除法器、多模數(shù)分頻器MMD以及所述接收機中的兩個混頻器組合;所述除法器依次接壓控振蕩器VC0、環(huán)路濾波器LF和一個鑒相器和電壓泵串接模塊,所述鑒相器和電壓泵串接模塊分別接一個數(shù)控晶振和一個多模數(shù)分頻器,所述多模數(shù)分頻器分別接所述除法器和一個調(diào)制器DSM,所述壓控振蕩器VCO還與一個自動頻率控制器AFC相接。其中,所述發(fā)射機包括有四個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合包括有一個混頻器和一個射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC,所述混頻器與射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC相接;其中兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個低波段變壓器相接,且兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器中的發(fā)射本振產(chǎn)生器相接;另外兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個高波段變壓器相接,且數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器中的發(fā)射本振產(chǎn)生器相接。[0018]其中,所述壓控振蕩器VCO包括有LC諧振腔,該LC諧振腔由一個電感L和一個電容庫組成;所述電容庫包括有波段調(diào)整電容庫Cl和壓控電容C2,所述波段調(diào)整電容庫Cl和壓控電容C2相并聯(lián);所述壓控振蕩器VCO的LC諧振腔還與負(fù)跨導(dǎo)模塊相連接。其中,所述負(fù)跨導(dǎo)模塊包括有多個負(fù)跨導(dǎo)單元,由所述多個負(fù)跨導(dǎo)單元并列組成。其中,所有負(fù)跨導(dǎo)單元的供電電源端VDD、接地端GND和輸出端0ut_p、0ut_n全部對應(yīng)相連,并且所述多個負(fù)跨導(dǎo)單元的控制接口分別接頻段控制信號Vband。其中,每個所述負(fù)跨導(dǎo)單元包括有反向器A和反向器B,所述反向器A和反向器B的輸入端與輸出端互相連接成差分負(fù)跨導(dǎo)的模式,并且反向器A和反向器B的電源端和地 端都相連;所述反向器A和反向器B的電源端與一個P型MOS開關(guān)管PMOSl相接,所述反向器A和反向器B的地端與一個N型MOS開關(guān)管NMOSl相接,所述開關(guān)管PMOSl和NMOSl的控制柵極D之間通過一個反向器C相接。其中,所述負(fù)跨導(dǎo)單元中的任意一個反向器都包括有由一個P型MOS開關(guān)管PM0S2和一個N型MOS開關(guān)管NM0S2共同構(gòu)成的互補對稱型MOS集成電路。其中,所述開關(guān)管PM0S2的柵極G和開關(guān)管NM0S2的柵極G與輸入端IN相接,所述開關(guān)管PM0S2的漏極D和開關(guān)管NM0S2的漏極D與輸出端OUT相接,所述開關(guān)管PM0S2的源極S接一個供電電壓VDD,所述開關(guān)管NM0S2的源極S接地。由以上本實用新型提供的技術(shù)方案可見,與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本實用新型提供了一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,該射頻前端收發(fā)器中集成設(shè)置射頻跟蹤濾波器,由射頻跟蹤濾波器根據(jù)本終端信號接收頻段的不同來對外部信號進行選擇,從而可以不需要在射頻前端收發(fā)器內(nèi)接收機的輸入端設(shè)置多個聲表面濾波器數(shù)量,同時減少射頻前端收發(fā)器內(nèi)接收機的信號輸入端數(shù)量,因此可以顯著降低移動終端的生產(chǎn)成本以及減小移動終端整體芯片的面積,從而提升移動終端的市場競爭力,因此具有重大的生產(chǎn)實踐意義。此外,本實用新型對于射頻前端收發(fā)器內(nèi)頻率合成器中的壓控振蕩器,該壓控振蕩器作為寬帶振蕩器,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)CMOS互補對稱電路作為反向器,有效節(jié)約壓控振蕩器的功耗,同時還可以自動調(diào)整壓控振蕩器的負(fù)跨導(dǎo),使得壓控振蕩器在整個頻率范圍內(nèi),相位噪聲和起振性能表現(xiàn)一致,即無論是在低頻段還是在低頻段,都可以實現(xiàn)具有較少的噪聲和保證容易起振,從而提高壓控振蕩器的性能,進一步提高了射頻前端收發(fā)器內(nèi)頻率合成器的性能,提升了移動終端的整體性能。
圖I為現(xiàn)有第四代無線通信LTE的無線通信頻譜分配圖;圖2為現(xiàn)有一種具有LTE/TD-SCDMA通信功能的移動終端的結(jié)構(gòu)簡圖;圖3為現(xiàn)有具有LTE/TD-SCDMA通信功能的移動終端的傳輸信號示意圖;圖4為本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器所應(yīng)用的多標(biāo)準(zhǔn)移動終端的傳輸信號示意圖;[0033]圖5為本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器的結(jié)構(gòu)框圖;圖6為本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器中接收機內(nèi)射頻跟蹤濾波器的校正框圖;圖7為現(xiàn)有傳統(tǒng)的射頻前端收發(fā)器中頻率合成器具有的壓控振蕩器的電路結(jié)構(gòu)示意圖;圖8為圖5所示射頻前端收發(fā)器中的頻率合成器的放大結(jié)構(gòu)框圖;圖9為本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器中頻率合成器的頻率規(guī)劃圖10為在本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器中,頻率合成器內(nèi)具有自適應(yīng)跨導(dǎo)性能的壓控振蕩器VCO的電路原理圖;圖11為對于現(xiàn)有傳統(tǒng)的射頻前端收發(fā)器中頻率合成器具有的壓控振蕩器,其相位噪聲和起振頻率的波形對比示意圖;圖12為在本實用新型提供的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器中,頻率合成器內(nèi)具有自適應(yīng)跨導(dǎo)性能的壓控振蕩器VCO的相位噪聲和起振頻率的波形對比示意圖; 圖I3為在圖9所示壓控振蕩器VCO的電路原理圖中,其中的一個負(fù)跨導(dǎo)單元的電路原理放大示意圖;圖14為在圖9所示壓控振蕩器VCO的電路原理圖中,反向器應(yīng)用了互補對稱的標(biāo)準(zhǔn)CMOS開關(guān)管時的電路簡圖。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案,
以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明。參見圖4,本實用新型提供了一種多標(biāo)準(zhǔn)移動終端,可以覆蓋TD-LTE (分時長期演進)和TD-SCDMA (時分同步碼分多址)通信的所有頻道,對TD-LTE和TD-SCDMA信號進行接收處理,其包括有一個基帶處理器BBIC 101、一個射頻前端收發(fā)器RFIC 102、兩個發(fā)射端功率放大器PA 103以及一個射頻開關(guān)104,所述射頻開關(guān)104與一個天線105相連接,其中基帶處理器BBIC 101,用于進行移動通信過程中的數(shù)據(jù)處理和存儲;射頻前端收發(fā)器RFIC 102,分別與基帶處理器101、一個天線105相連接,用于通過天線接收多個波段的外部信號,并根據(jù)外部信號接收頻段的不同,對外部信號進行選擇,然后將所選擇的信號轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)射端功率放大器103 ;每個發(fā)射端功率放大器PA 103,與射頻前端收發(fā)器RFIC 102相連接,用于對所接收到的信號進行放大處理,然后通過所述射頻開關(guān)傳送給相連接的天線105,由天線105進行信號發(fā)射。在本實用新型中,參見圖4,所述射頻開關(guān)104具體為單刀四擲(SP4T)開關(guān)。對于本實用新型,所述射頻前端收發(fā)器RFIC 102包括有一個接收機1021、一個頻率合成器1022和一個發(fā)射機1023三部分,其中,所述接收機1021用于實時接收外部天線所轉(zhuǎn)發(fā)的信號;所述頻率合成器1022分別與接收機、發(fā)射機相接,用于產(chǎn)生本振信號,并將本振信號的頻率與發(fā)射機或者接收機處的信號進行頻率疊加合成處理;所述發(fā)射機1023,用于將信號通過射頻開關(guān),最終發(fā)射出去。在本實用新型中,具體實現(xiàn)上,所述射頻前端收發(fā)器RFIC 102在接收機1021的前端設(shè)置有一個或者多個射頻跟蹤濾波器,所述射頻跟蹤濾波器是能夠?qū)σ苿咏K端所需頻率的信號進行預(yù)選的帶通濾波器,它是品質(zhì)參數(shù)Q增強型的濾波器,可以抑制外部的鏡像頻率,降低本振經(jīng)由天線的輻射。因此,本實用新型的射頻前端收發(fā)器102通過設(shè)置有該射頻跟蹤濾波器,可以根據(jù)外部信號接收頻段的不同,對外部信號進行選擇。例如,目前的無需通信頻譜中,對于34波段的TD-SCDMA信號,其頻段為201(Γ2025ΜΗΖ ;對于38波段的TD-LTE信號,其頻段為2570-2620 MHZ ;對于39F波段的TD-LTE信號,其頻段為188(Tl900MHZ ;對于39S波段的TD-SCDMA信號,其頻段為190(Tl920MHZ ;對于40波段的TD-SCDMA信號,其頻段為230(Γ2400ΜΗΖ。因此,鑒于不同波段的TD-LTE信號和TD-SCDMA信號具有不同的頻段,因此,本實用新型只需根據(jù)不同的頻段,而可以區(qū)分出不同波段、不同類型的信號,實現(xiàn)對外部信號進行選擇,避免了兩個波段信號之間的相互干擾。 因此,如上所述,本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較,通過在接收機1021的前端設(shè)置有射頻跟蹤濾波器,從而無需再設(shè)置用于減少兩個波段之間的互相干擾的多個聲表面濾波器(SAW filter),參見圖4,同時相應(yīng)地還可以減少射頻前端收發(fā)器內(nèi)接收機的信號輸入端數(shù)量,因此可以顯著降低移動終端的生產(chǎn)成本以及減小移動終端整體芯片的面積,進而提升移動終端的市場競爭力。一并參見圖5,對于本實用新型,提供了一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,本實用新型的射頻前端收發(fā)器可以實現(xiàn)單端輸入、雙通路輸出以及單一頻率合成器。具體實現(xiàn)上,本實用新型射頻前端收發(fā)器RFIC 102包括有接收機1021、頻率合成器1022和發(fā)射機1023三部分,其中對于接收機(Receiver ) 1021,其包括有兩個低噪聲放大器LNA,所述兩個低噪聲放大器LNA的一端分別與一個信號輸入端RXIN相接,其中一個信號輸入端RXIN直接連接天線105,另外一個信號輸入端RXIN通過射頻開關(guān)104與天線105相接;所述兩個低噪聲放大器LNA的另一端分別與一個可變增益放大器VGA相接,每個所述可變增益放大器VGA分別接一個射頻跟蹤濾波器(Tracking Filter)和由兩個混頻器Mixer組成的一個混頻器組合,并且兩個所述可變增益放大器VGA之間連接有一個功率探測器(Power Detector);每個所述混頻器組合與一個可變增益中頻放大和低通濾波器(PGA/LPF,即將中頻可編程增益放大器PGA和低通濾波器LPF串聯(lián)在一起)相接,每個可變增益中頻放大和低通濾波器分別與兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC相接,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC與基帶處理器101相接。在本實用新型中,對于本實用新型提供的射頻前端收發(fā)器,其可以包括有兩路結(jié)構(gòu)完全相同的接收機1021,其上面標(biāo)有多樣化(Diversity)標(biāo)識,是專門為實現(xiàn)LTE的標(biāo)準(zhǔn)要求,利用多樣化、多信道來提高數(shù)據(jù)率和靈敏度。需要說明的是,對于接收機1021部分,其中的第一模塊為低噪聲放大器(LowNoise Amplifier,LNA),在保證本身低噪聲的同時,通過其增益一致后端模塊的噪聲。其后的可變增益放大器模塊(Variable Gain Amplifier, VGA),用于控制低噪聲放大器的增益,來滿足接收機動態(tài)范圍的要求,也就是根據(jù)使接收機可以根據(jù)輸入信號的大小來調(diào)節(jié)其增益的大小。跟蹤濾波器(Tracking Filter)用于根據(jù)接收頻道信息,調(diào)整濾波器中心頻率,濾除帶外干擾,保護之后的混頻器工作在它的線性度范圍。功率探測器(Power Detector)用于感知濾波后的信號功率大小,為基帶處理器提供信號功率信息來設(shè)置接收機?;祛l器Mixer用于把本振發(fā)生器的頻率信號與接收頻率混頻,把接收到的頻率信號轉(zhuǎn)化為低頻信號,中頻可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier, PGA),進一步把小信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器可處理的幅度,同時控制增益來適應(yīng)不同的輸入信號幅度。低通濾波器(LowPass Filter, LPF)進一步在中頻濾除帶外干擾信號,確保信號處于數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Analog toDigital Converter, ADC)可處理的信號動態(tài)范圍內(nèi)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC用于把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,以提供給數(shù)字基帶處理器(Baseband,BB)處理。對于頻率合成器(Synthesizer) 1022,其包括有接收本振產(chǎn)生器(RX LO GEN),所述接收本振產(chǎn)生器分別接發(fā)射本振產(chǎn)生器(TX LO GEN)、除法器、多模數(shù)分頻器MMD以及所述接收機1021中的兩個混頻器組合,所述多模數(shù)分頻器MMD分別接所述接收機1021中的四個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC;此外,所述除法器依次接壓控振蕩器VC0、環(huán)路濾波器(LF)和一個鑒相器和電壓泵串接模塊(PFD/CP,即將電壓泵CP和鑒相器PFD串聯(lián)在一起的模塊),所述鑒相器和電壓泵串接模塊分別接一個數(shù)控晶振和一個多模數(shù)分頻器(/N),所述多模數(shù)分頻器分別接所述除法器和一個調(diào)制器DSM ;所述壓控振蕩器VCO還與一個自動頻率控制器AFC相接。需要說明的是,對于頻率合成器(Synthesizer) 1022,其中的數(shù)控晶振(DigitalControlled Crystal Oscillator, DCX0,即為數(shù)字控制晶振)利用較為精確片外晶振,與片內(nèi)振蕩電路結(jié)合產(chǎn)生精確的26MHz頻率信號作為頻率合成器的參考源,壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VC0)產(chǎn)生的頻率信號經(jīng)過模擬除法器除2后,再經(jīng)過多模數(shù)分頻器(Multi-Modules Divider, MMD)形成了 26MHz頻率信號,通過鑒相器(PhaseFrequency Detector, PFD)與數(shù)控晶振產(chǎn)生的參考源比較,它們的頻率和相位的不同之處通過電壓泵(Charge Pump, CP)轉(zhuǎn)化為電壓,來反饋調(diào)整壓控振蕩器VCO的電壓,從而輸出穩(wěn)定精確的頻率信號。此外,為抑制多模數(shù)分頻器MMD引入的雜擾,在電壓泵CP和壓控振蕩器VCO之間加環(huán)路濾波器(Loop Filter, LF)以及自動頻率控制(Automatic FrequencyControl, AFC),實現(xiàn)對壓控振蕩器VCO在鎖定之前的頻率進行粗調(diào)。調(diào)制器(Delta-SigmaModulator, DSM)用于通過調(diào)整多模數(shù)分頻器MMD的分頻倍數(shù),引入調(diào)制信號。為GSM的調(diào)制方式(即GMSK)的頻率合成器直接調(diào)制模式使用。一并參見圖8,對于所述發(fā)射機1023,其包括有四個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合包括有一個混頻器和一個射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC,所述混頻器與射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC相接(如圖5、圖9所示),其中,兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個低波段變壓器100 (低頻的波段為B34和39)相接,且兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器1022中的發(fā)射本振產(chǎn)生器(TX LO GEN)相接;另外兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個高波段變壓器200 (高頻的波段為B38和B40)相接,且數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器1022中的發(fā)射本振產(chǎn)生器(TX LO GEN)相接。參見圖5,所述低波段變壓器100與一個低頻信號輸出端TX_LB相接,所述高波段變壓器200分別與一個高頻信號輸出端TX_HB相接,所述低頻信號輸出端TX_LB和高頻信號輸出端TX_HB分別與發(fā)射端功率放大器PA 103相接。此外,所述低波段變壓器100相連接的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合和所述高波段變壓器200相連接的一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合兩者通過一個第一信道I與所述基帶處理器101相接,所述低波段變壓器100相連接的另外一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合和所述高波段變壓器200相連接的另外一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合兩者通過一個第二信道Q與所述基帶處理器101相接。需要說明的是,對于發(fā)射機1023,其按照輸出頻率分為高波段(TX_HB)和低波段(TX_LB),分別從高頻信號輸出端TXJffl和低頻信號輸出端TX_LB進行信號輸出,高波段覆蓋頻率波段從1880MHz到2025MHz,低波段覆蓋頻率波段從2300MHz到2620MHz,為取得最佳峰值相應(yīng),分別有相應(yīng)的高波段變壓器200和低波段變壓器100。高波段的正交I輸出和Q輸出在高波段變壓器200處相加,取消鏡像信號,由于是差分設(shè)計,本振泄漏也在此處取消。低波段的正交I輸出和Q輸出在低波段變壓器處相加,取消鏡像信號,由于是差分設(shè)計,本振泄漏也在此處取消。低波段的本振正交I和Q輸入信號頻率為1880MHz到2025MHz,高波段的本振正交I和Q輸入信號頻率為23000MHz到2620MHz,高波段和低波段部分分別接 受由基帶處理器BBIC而來的正交輸入信號TXI和TXQ。RFDAC為射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器,后面有詳細(xì)描述。需要說明的是,對于本實用新型提供的一種多標(biāo)準(zhǔn)移動終端具有的射頻前端收發(fā)器,其具有以下技術(shù)效果I、具有單端信號輸入且能夠接受多頻段信號的功能。對于本實用新型,與現(xiàn)有技術(shù)相比較,由于沒有前端的聲表面濾波器,低噪聲放大器LNA的前端跨導(dǎo)級(Gm)不僅能夠放大微弱信號,同時在面對功率高達OdBm的帶外干擾信號(Blocker)時,不能失真。為此,本實用新型可以采取AB類和A類復(fù)合型跨導(dǎo)級,當(dāng)帶外干擾信號來臨是,由AB類提供更多的電流來保證不失真,而由A類跨導(dǎo)級來保證小信號線性度和靈敏度。可變增益放大器VGA用來保證接收機的動態(tài)范圍。本實用新型的射頻跟蹤濾波器位于低噪聲放大器LNA的輸出端,由輸出電感,電容庫和負(fù)跨導(dǎo)三部分組成,1880 2620MHz目標(biāo)頻段比較有利于較高Q值片內(nèi)電感的實現(xiàn),頻率不是很高而且電感值不用太大以至于需要很大的芯片面積,電容庫用來調(diào)整目標(biāo)頻段,負(fù)跨導(dǎo)可以把整體Q值提高到20以上。同時結(jié)合占空比25%本地振蕩器信號,被動混頻器和之后的中頻濾波,整體達到20dBc的20MHz帶外信號抑制能力,能夠達到系統(tǒng)指標(biāo)要求。圖6為射頻跟蹤濾波器校正的框圖,參見圖6,對于接收機(Receiver )1021中的射頻跟蹤濾波器,其中的前端模塊(具體為低噪聲放大器LNA)通過增加負(fù)跨導(dǎo)值編程為振蕩器,振蕩器頻率與頻率合成器的信號混頻后,再輸出基帶中頻信號,由基帶電路來檢測頻率,然后通過調(diào)整前端的電容庫來設(shè)定射頻跟蹤濾波器,設(shè)定后通過減小負(fù)跨導(dǎo)使前端器件尚開震蕩狀態(tài),進入放大狀態(tài)。此時射頻跟蹤濾波器Q值最聞。對于射頻跟蹤濾波器,整個校正過程是首先把LNA輸入端從天線斷開,通過增加負(fù)跨導(dǎo)把濾波器編程為振蕩器,然后把本地振蕩器編程為期望頻段的中心頻率,并通過混頻器的中頻輸出端DC直流偏置檢測到振蕩器的起振,通過減小負(fù)跨導(dǎo)值,直到前端振蕩消失,記錄負(fù)跨導(dǎo)值設(shè)置,以及增加一個固定的負(fù)跨導(dǎo)值設(shè)置余量來保證前端放大濾波穩(wěn)定。此時Q值最佳。[0068]2、只需要使用一個頻率合成器。對于本實用新型,因為TD-LTE和TD-SCDMA都是時分雙工(TDD)的系統(tǒng),因此接收和發(fā)射可以分時(不同時)進行,所以射頻前端收發(fā)器中的接收器和發(fā)射器可以使用同一頻率合成器,因此,與現(xiàn)有雙頻率合成器系統(tǒng)的射頻前端收發(fā)器相比較,本實用新型提供的射頻前端收發(fā)器可以大大減少系統(tǒng)的復(fù)雜程度,同時由于減少芯片面積和降低收發(fā)器芯片的生產(chǎn)成本。3、本實用新型的發(fā)射器可以實現(xiàn)雙通路輸出。參見圖4所示,為了提高本實用新型的射頻前端收發(fā)器中發(fā)射機的輸出頻譜純凈度、效率和線性度,本實用新型的發(fā)射機的信號分為獨立高頻和低頻兩路輸出,高頻的波段為B38和B40,低頻的波段為B34和39。同樣道理,對于本實用新型,射頻前端收發(fā)器芯片內(nèi)的RFDAC和變壓及單雙端轉(zhuǎn)換器也分為獨立高頻和低頻通路,以便單獨優(yōu)化。參見圖7,圖7為現(xiàn)有傳統(tǒng)的射頻前端收發(fā)器中頻率合成器具有的壓控振蕩器VCO的電路結(jié)構(gòu)示意圖。 參見圖7,M1為二極管式鏈接直流偏置器件,通過鏡像尾電流器件M2,以及從電源Supply來的參考電流源Ibias,為壓控振蕩器VCO負(fù)跨導(dǎo)核心器件M3和M4提供穩(wěn)定的直流偏置電流。通過來自基帶處理器BBIC的控制信號Vband,來控制數(shù)字可變電容Cb,以把壓控振蕩器VCO設(shè)置到所需的工作頻段。通過從電壓泵CP經(jīng)由環(huán)路濾波器LF而來的電壓信號Vcontrol,調(diào)整可變壓控電容Cv來在頻段內(nèi)鎖定頻率合成器的鎖相環(huán)。差分振蕩信號由 Vout_p 和 Vout_n 輸出。如圖7所示,現(xiàn)有的壓控振蕩器為傳統(tǒng)的LC庫壓控振蕩器,其輸出端整體有效阻抗R6t!為1 R11 ;其中,Rp為沒有壓控振蕩器加負(fù)跨導(dǎo)時輸出端有
貧通紀(jì)面凡β
效阻抗,gmn為負(fù)跨導(dǎo)值。對于圖7所示現(xiàn)有射頻前端收發(fā)器中頻率合成器的壓控振蕩器VC0,當(dāng)gnm負(fù)跨導(dǎo)大于LC庫有效電阻的倒數(shù)(Ι/Rp)時,壓控振蕩器的輸出端整體有效阻抗趨于無窮大,開始振蕩。該電路具有兩個缺點,首先由于此電路為單一 N型MOS(metal-oxide-semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)電路,而非互補對稱電路,所以功耗較高;其次,當(dāng)調(diào)節(jié)頻率范圍較大時,比如頻率調(diào)節(jié)范圍除以中心頻率大于35%時,現(xiàn)有壓控振蕩器的相位噪聲性能和電路起振性能表現(xiàn)不一致,具體為低頻時相位噪聲較好,但是不容易起振,高頻時比較容易起振(即起振頻率較低),但是相位噪聲性能較差。為了解決上述現(xiàn)有頻率合成器中壓控振蕩器VCO的功耗問題以及相位噪聲性能和電路起振性能表現(xiàn)不一致的問題,參見圖8至圖10所示,本實用新型通過應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)CMOS互補對稱電路節(jié)省功耗,同時根據(jù)自動調(diào)整負(fù)跨導(dǎo),使電路在整個頻率范圍內(nèi),相位噪聲和起振性能表現(xiàn)一致,即無論是在低頻段還是在低頻段,都可以實現(xiàn)具有較少的噪聲和保證各易起振。下面說明本實用新型壓控振蕩器的具體技術(shù)實現(xiàn)過程。圖8為本實用新型所提出的頻率合成方案,圖9為頻率規(guī)劃圖。在本實用新型中,壓控振蕩器VCO的振蕩頻率為接收和發(fā)射信號頻率的2倍頻,經(jīng)過除法器后產(chǎn)生IQ正交信號,然后經(jīng)過接收機的本振產(chǎn)生器和發(fā)射機的本振產(chǎn)生器為接收機和發(fā)射機提供足夠的驅(qū)動能力。這樣的設(shè)計使整個頻率合成器系統(tǒng)占用芯片面積較小。如圖9的頻率規(guī)劃圖所示,為覆蓋整個34、38、39F、39S和40波段,鑒于如前所述,目前的無需通信頻譜中,對于34波段的TD-SCDMA信號,其頻段為201(Γ2025ΜΗΖ ;對于38波段的TD-LTE信號,其頻段為2570-2620 MHZ ;對于39F波段的TD-LTE信號,其頻段為188(Tl900MHZ ;對于39S波段的TD-SCDMA信號,其頻段為190(Tl920MHZ ;對于40波段的TD-SCDMA信號,其頻段為230(Γ2400ΜΗΖ。因此,本實用新型提供的壓控振蕩器VCO的振蕩頻率作為接收和發(fā)射信號頻率的2倍頻,頻率范圍為3760MHz到5240MHz,并在增加5%的頻率余量后,本實用新型的壓控振蕩器的振蕩頻率調(diào)節(jié)范圍為1554MHz,相對于中心頻率4500MHz,具有35%的頻調(diào)率。圖10為在本實用新型提供的一種多標(biāo)準(zhǔn)移動終端的射頻前端收發(fā)器中,頻率合成器內(nèi)具有自適應(yīng)跨導(dǎo)性能的壓控振蕩器VCO的電路原理圖。參見10,本實用新型的壓控振蕩器VCO的輸出端具有LC諧振腔,該LC諧振腔由一·個電感L和一個電容庫組成,所述電感L上具有電壓輸出端Vout_P和Vout_N。該電容庫由相互并聯(lián)的兩個可調(diào)電容C組成,具體為由波段調(diào)整電容庫Cl(由頻段控制信號Vband控制)和由電壓控制信號Vcontrol控制的壓控電容C2兩部分組成,所述波段調(diào)整電容庫Cl和壓控電容C2相并聯(lián)。其中,波段調(diào)整電容庫Cl用來切換頻段(如,34、38、39和40波段),壓控電容C2用來在各個波段內(nèi)通過鎖相環(huán)PLL調(diào)整鎖定輸出頻率。需要說明的是,一并參見圖5,在本實用新型中,由基帶處理器BBIC 101輸出所述頻段控制信號Vband,來對電容庫Cl進行控制,以把壓控振蕩器VCO設(shè)置到所需的工作頻段。此外,由電壓泵CP輸出電壓信號,并經(jīng)過環(huán)路濾波器LF濾波后,形成電壓控制信號Vcontrol向壓控電容C2輸出。在本實用新型提供的壓控振蕩器VCO中,其LC腔的品質(zhì)系數(shù)為Q =-;其中,#為壓控振蕩器的振蕩頻率,為電感(即圖10中的電感L)
rSJmrS
自身帶有的寄生串聯(lián)電阻值,L為電感值。在本實用新型中,電感L值取決于最高振蕩頻率如5240MHz,所以高頻段的LC腔品質(zhì)系數(shù)高,容易起振,需要相對較小的跨導(dǎo)(gm)即可起振,同時小的gm值意味較少的器件在運行,引入較少噪聲,解決了高頻段的相位噪聲性能的問題。而低頻段相位噪聲通常相對較好,可是由于LC腔的品質(zhì)系數(shù)較低,不太容易起振,所以需要較大的gm值來保證起振。
I需要說明的是,振蕩頻率= 2π, Cvar為電感(即圖10中的電
感L)自身帶有的可變電容,Cpara為電感(即圖10中的電感L)自身帶有的固定的寄生電容,因為振蕩頻率f。,。與L值成反比,所以當(dāng)Cvar為零,最高振蕩頻率和Cpara確定了 L值,通過增加Cvar值來取得較低的振蕩頻率。這樣L值為最大的可能值,取得振蕩腔體的品質(zhì)系數(shù)Q最聞。在本實用新型中,所述壓控振蕩器VCO的最高振蕩頻率由系統(tǒng)所需接受和發(fā)射的最高頻率決定,具體是通過基帶處理器BBIC來的頻段控制信號Vband來控制的。[0087]需要明確的是,對于本實用新型的壓控振蕩器VC0,其腔體的品質(zhì)系數(shù)Q值,還可以為Q=Rp/X,X為諧振時的電抗值,Rp為沒有壓控振蕩器加負(fù)跨導(dǎo)時輸出端有效阻抗。其中,X取決于腔體的電容值C (等于圖10中的Cl和C2之和),腔體的電容值C越大,X越大;Rp取決于腔體的電感值L,L越大,Rp越大。根據(jù)振蕩頻率
權(quán)利要求1.一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,其特征在于,包括有一個接收機、一個頻率合成器和一個發(fā)射機,所述接收機的前端設(shè)置有一個或者多個射頻跟蹤濾波器。
2.如權(quán)利要求I所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述接收機包括有兩個低噪聲放大器LNA,所述兩個低噪聲放大器LNA的一端分別與一個信號輸入端RXIN相接; 所述兩個低噪聲放大器LNA的另一端分別與一個可變增益放大器VGA相接,每個所述可變增益放大器VGA分別接一個射頻跟蹤濾波器和由兩個混頻器Mixer組成的一個混頻器組合,并且兩個所述可變增益放大器VGA之間連接有一個功率探測器; 每個所述混頻器組合與一個可變增益中頻放大和低通濾波器PGA/LPF相接,每個可變增益中頻放大和低通濾波器分別與兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC相接,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC與基帶處理器相接。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述頻率合成器包括有接收本振產(chǎn)生器,所述接收本振產(chǎn)生器分別接發(fā)射本振產(chǎn)生器、除法器、多模數(shù)分頻器MMD以及所述接收機中的兩個混頻器組合; 所述除法器依次接壓控振蕩器VCO、環(huán)路濾波器LF和一個鑒相器和電壓泵串接模塊,所述鑒相器和電壓泵串接模塊分別接一個數(shù)控晶振和一個多模數(shù)分頻器,所述多模數(shù)分頻器分別接所述除法器和一個調(diào)制器DSM,所述壓控振蕩器VCO還與一個自動頻率控制器AFC相接。
4.如權(quán)利要求3所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述發(fā)射機包括有四個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合,每個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合包括有一個混頻器和一個射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC,所述混頻器與射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC相接; 其中兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個低波段變壓器相接,且兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器中的發(fā)射本振產(chǎn)生器相接;另外兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的混頻器與同一個高波段變壓器相接,且數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合中的射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器RFDAC與所述頻率合成器中的發(fā)射本振產(chǎn)生器相接。
5.如權(quán)利要求3所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述壓控振蕩器VCO包括有LC諧振腔,該LC諧振腔由一個電感L和一個電容庫組成; 所述電容庫包括有波段調(diào)整電容庫Cl和壓控電容C2,所述波段調(diào)整電容庫Cl和壓控電容C2相并聯(lián); 所述壓控振蕩器VCO的LC諧振腔還與負(fù)跨導(dǎo)模塊相連接。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述負(fù)跨導(dǎo)模塊包括有多個負(fù)跨導(dǎo)單元,由所述多個負(fù)跨導(dǎo)單元并列組成。
7.如權(quán)利要求6所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所有負(fù)跨導(dǎo)單元的供電電源端VDD、接地端GND和輸出端0ut_p、0ut_n全部對應(yīng)相連,并且所述多個負(fù)跨導(dǎo)單元的控制接口分別接頻段控制信號Vband。
8.如權(quán)利要求6所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,每個所述負(fù)跨導(dǎo)單元包括有反向器A和反向器B,所述反向器A和反向器B的輸入端與輸出端互相連接成差分負(fù)跨導(dǎo)的模式,并且反向器A和反向器B的電源端和地端都相連; 所述反向器A和反向器B的電源端與一個P型MOS開關(guān)管PMOSl相接,所述反向器A和反向器B的地端與一個N型MOS開關(guān)管NMOSl相接,所述開關(guān)管PMOSl和NMOSl的控制柵極D之間通過一個反向器C相接。
9.如權(quán)利要求8所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述負(fù)跨導(dǎo)單元中的任意一個反向器都包括有由一個P型MOS開關(guān)管PM0S2和一個N型MOS開關(guān)管NM0S2共同構(gòu)成的互補對稱型MOS集成電路。
10.如權(quán)利要求9所述的射頻前端收發(fā)器,其特征在于,所述開關(guān)管PM0S2的柵極G和開關(guān)管NM0S2的柵極G與輸入端IN相接,所述開關(guān)管PM0S2的漏極D和開關(guān)管NM0S2的漏極D與輸出端OUT相接,所述開關(guān)管PM0S2的源極S接一個供電電壓VDD,所述開關(guān)管NM0S2的源極S接地。
專利摘要本實用新型公開了一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,包括有一個接收機、一個頻率合成器和一個發(fā)射機,所述接收機的前端設(shè)置有一個或者多個射頻跟蹤濾波器。本實用新型公開的一種具有自適應(yīng)寬帶振蕩器的移動終端射頻前端收發(fā)器,可以顯著降低移動終端的生產(chǎn)成本以及減小移動終端整體芯片的面積,并且射頻前端收發(fā)器內(nèi)頻率合成器中作為寬帶振蕩器的壓控振蕩器,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)CMOS互補對稱電路作為跨導(dǎo)級,有效節(jié)約壓控振蕩器的功耗,同時還可自動調(diào)整壓控振蕩器的負(fù)跨導(dǎo),使壓控振蕩器在整個頻率范圍內(nèi),相位噪聲和起振性能表現(xiàn)一致,提高壓控振蕩器的性能,提升了移動終端的整體性能,進而提升移動終端的價格優(yōu)勢和市場競爭力。
文檔編號H04B1/40GK202679353SQ201220222378
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者栗志偉 申請人:天津里外科技有限公司