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