CN100539454C - 无线收发机以及对其进行操作的方法 - Google Patents

Abstract

一种在超宽带设备中提供的收发机(400)，包括天线(110)；发射器电路(145)和接收器电路(165)。在天线(110)与发射器电路(145)之间提供发射器放大器(440)，当收发机(400)处在发射模式中时具有工作发射器输出阻抗，当收发机(400)处在接收模式中时具有隔离发射器输出阻抗。在天线(110)与接收器电路(165)之间提供接收器放大器(460)，当收发机(400)处在接收模式中时具有工作接收器输入阻抗，当收发机(400)处在发射模式中时具有隔离接收器输入阻抗。隔离发射器输出阻抗大于工作接收器输入阻抗，隔离接收器输入阻抗大于工作发射器输出阻抗。从而，在不使用发射/接收开关的条件下，能够将发射器和接收器隔离。

Description

无线收发机以及对其进行操作的方法

技术领域

本发明通常涉及无线通信系统，如超宽带(UWB)系统，包括移动收发机、集中式收发机和相关设备，以及相应方法。本发明的另一方面涉及不使用发射/接收开关就能够在发射器部分和接收器部分之间进行切换的无线收发机。本发明的另一方面涉及用于收发机的接收器部分的低噪声放大器。

背景技术

无线收发机设备可以在单工模式中或双工模式中作为发射器和接收器工作，在单工模式中，发射器和接收器从来不会同时工作，在双工模式中，可同时接收和发射信号。在某些收发机实现中，发射器和接收器部分是完全独立的电路，每个均包括工作所需的所有电路元件。但这可导致尺寸、重量和功耗大大增加。

结果，许多收发机设计在发射器部分和接收器部分之间共享各种电路元件。特别是，在单工收发机中，天线通常是共享的。这可使收发器在成本和尺寸方面获得明显优势。

然而，当单个天线用于发射和接收信号时，必须提供用于确保当收发机的接收器部分和收发机的发射器部分的其中之一正在执行其功能时使得它们彼此适当隔离的某种手段。否则，来自不活动部分的干扰可对活动部分的工作造成损害。

因此，需要更有利地在使用共享天线的无线收发机的发射器与接收器部分之间进行切换操作。

附图说明

以下附图用于进一步表示本发明的多个实施例，以及用于解释本发明的各种原理和优点，在所有独立附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件，与后面的详细描述一起包含在说明书中，并构成说明书的一部分。

图1显示出采用发射/接收开关的收发机设备的实施例；

图2表示来自图1所示发射器部分的发射器放大器的电路图；

图3表示来自图1所示接收器部分的接收器放大器的电路图；

图4显示出根据本发明的一个实施例的收发机设备；

图5表示，根据本发明的一个实施例，来自图4所示发射器部分发射器放大器的电路图；以及

图6表示，根据本发明的一个实施例，来自图4所示接收器部分接收器放大器的电路图。

具体实施方式

为了使重量、成本和功耗最小化，通常要在收发机的发射器部分与接收器部分之间共享天线。然而，为了使准确发送和接收信号的能力最大化，还需要提供一种用于当接收器部分正接收信号时将发射器部分与天线隔离，以及当发射器部分正发送信号时将接收器部分与天线隔离的途径。

第一收发机

图1显示出采用发射/接收开关的收发机设备的实施例。如图1所示，收发机设备100包括天线110、发射/接收(T/R)开关120、发射器部分130，和接收器部分150。发射器部分130还包括发射器放大器140和发射器电路145；接收器部分150还包括接收器放大器160和接收器电路165。

天线110可用于发射信号和接收信号。它能够是能够用于此双重功能的任何合适天线。在图1至图3所示的实施例中，使用UWB天线，例如，在McCorkle的美国专利No.6,590,545(题为“ElectricallySmall Planar UWB Antenna Apparatus and System Thereof”)中所披露的天线。然而，可选实施例也可使用不同的天线设计。

T/R开关120允许收发机设备100的发射器部分130和接收器部分150使用单个天线110。当工作在发射模式中时，T/R开关120将发射器部分130与天线120连接，并将接收器部分150与天线110隔离。那么，当工作在接收模式中时，T/R开关120将发射器部分130与天线110隔离，并将接收器部分150与天线110连接。以此方式，当收发机100处在接收模式中时，没有来自发射器部分130的任何信号干扰天线110，当收发机100处在发射模式中时，没有来自接收器部分150的任何信号干扰天线110。当每一部分130，150处于活动时，将会通过T/R开关120处的短路将另一部分130，150隔离。

在图1的实施例中，T/R开关120将通过模式控制信号C来控制，在接收模式期间，模式控制信号C具有高值，在发射模式中，具有低值。当模式控制信号C表示收发机100处在接收模式(即，在图1至3的实施例中其具有高值)中时，T/R开关120将接收器部分150与天线110连接，并通过开路将发射器部分130与天线隔离。当模式控制信号C表示收发机100处在发射模式(即，在图1至3的实施例中其具有低值)中时，T/R开关120将发射器部分130与天线110连接，并通过开路将接收器部分150与天线隔离。

可选实施例可修改模式控制信号C。例如，要表示接收模式，可选模式控制信号可为低值，表示发射模式，可为高值。

在所示实施例中的发射器部分130包括根据预期格式发射信号所必需的所有电路。发射器领域的技术人员应该理解，在不同的收发机设计中，其具体设计可以不同。在所披露实施例中，发射器部分130为UWB发射器，但在可选实施例中，也可使用其他发射器设计，例如，宽带或窄带发射器。如以上所述，在图1所示实施例中的发射器部分130包括与发射器电路145的输出连接的发射器放大器140。

同样，如图1中所示接收器部分150的实施例包括根据预期格式接收信号所必需的所有电路。接收器领域的技术人员应该理解，在不同的收发机设计中，其具体设计可以不同。在所披露实施例中，接收器部分150为UWB接收器，但在可选实施例中，也可使用其他接收器设计，例如，宽带或窄带发射器。如以上所述，在图1所示实施例中的接收器部分150包括与接收器电路165的输出连接的接收器放大器160。接收器放大器160可为低噪声放大器(LNA)。

此外，收发机领域的技术人员应该知道，尽管在图1中将发射器部分130和接收器部分150显示为与天线110直接相连，在发射器部分130或接收器部分150与天线110之间也可放置其他电路，例如，滤波器。

第一发射器放大器

图2表示来自图1所示发射器部分130的发射器放大器140的电路图。如图2所示，发射器放大器140包括第一发射器晶体管Q_1T、第二发射器晶体管Q_2T、第一发射器电容C_1T、第二发射器电容C_2T、第一发射器电阻R_1T、第二发射器电阻R_2T和发射器电流源210。

第一发射器晶体管Q_1T其基极与第一发射器节点N_1T相连，其集电极与第二发射器节点N_2T相连，其发射极接地。第一发射器晶体管Q_1T被设置成用作为发射器放大器140中的驱动器放大器。

第二发射器晶体管Q_2T其基极与第二发射器节点N_2T相连，其集电极与参考电压V⁺相连，其发射极与第三发射器节点N_3T相连。第二发射器晶体管Q_2T被设置成用作为发射器放大器140中的驱动器。在图2中所示实施例中，参考电压V⁺约为3.3伏。

第一发射器电容C_1T连接在发射器输入节点N_T-IN与第一发射器节点N_1T之间。被设置成用作为AC耦合电容，用于阻挡来自发射器输入节点N_T-IN的任何输入DC电压，以便使对于发射器放大器140的所有偏压均为局部偏压。在图2所示实施例中，第一发射器电容C_1T的值约为500fF。

第二发射器电容C_2T连接在第三发射器节点N_3T与发射器输出节点N_T-OUT之间。其被设置成用作为AC耦合电容，用于阻挡来自发射器输出节点N_T-OUT的任何输入DC电压，以便使对于发射器放大器140的所有偏压均为局部偏压。在图2所示实施例中，第二发射器电容C_2T的值约为6pF。

在可选实施例中，可使用不同的电路元件代替第一和第二发射器电容C_1T和C_2T，以便隔离发射器放大器140中的偏压。

第一发射器电阻R_1T连接在偏压V_B与第一发射器节点N_1T之间，被设置成用于向第一发射器晶体管Q_1T的基极提供偏压V_B。将图2所示实施例中的该偏压V_B设置成使得第一发射器晶体管Q_1T如期望那样工作，导致发射器放大器140执行其放大功能，正如放大器领域技术人员所理解的。在图2所示实施例中，偏压V_B约为0.8伏，第一发射器电阻R_1T的值约为1kΩ。

第二发射器电阻R_2T连接在参考电压V⁺与第二发射器节点N_2T之间，设置其值以决定发射器放大器140的增益。在图2所示实施例中，第二发射器电阻R_2T的值约为250Ω。

发射器电流源210连接在第三发射器节点N_3T与地之间，在图2的实施例中被设置成用于提供通过第二发射器晶体管Q_2T的恒定电流。在图2所示实施例中，发射器电流源210提供约20mA的电流。

在图2的实施例中，将发射器放大器140中的电路参数选择成提供预期较低的发射器输出阻抗，例如，3Ω。

在操作中，在发射器输入节点N_T-IN处提供发射器输入电压V_T-IN。接着根据通常理解的放大器原理由发射器放大器140将该发射器输入电压V_T-IN放大，以生成发射器输出电压V_T-OUT，在发射器输出节点N_T-OUT处提供该电压。

尽管在图2中所示示例性发射器放大器140使用双极结晶体管作为第一发射器晶体管Q_1T，并按照共发射极配置将其设置，但可选实施例也可将其他类型的晶体管用于放大器电路，例如，使用CMOS晶体管。

在可选实施例中，可将发射器放大器140设计成差动放大器。在此情形中，可接收正和负输入电压，以及提供正和负输出电压。在该可选实施例中，电路设计可为如图2中所示放大器的差动版本，这应为放大器设计领域技术人员所理解。

尽管以上参照图2描述了一个实施例，并对电路元件给出了具体值，这仅仅是出于示例性描述的目的，不应将其视为以任何方式的限制。可选实施例可以按照需要修改这些元件的值，以改变发射器放大器140的操作。

第一接收器放大器

图3表示来自图1所示接收器部分的接收器放大器160的电路图。如图3所示，接收器放大器160包括接收器电流源310、接收器晶体管Q_R、第一接收器电容C_1R、第二接收器电容C_2R、第三接收器电容C_3R、第一接收器电阻R_1R、第二接收器电阻R_2R和接收器电感L_R。

接收器晶体管Q_R的基极与第一接收器节点N_1R相连，其集电极与第二接收器节点N_2R相连，其发射极接地。

第一接收器电容C_1R连接在接收器输入节点N_R-IN与第一接收器节点N_1R之间，用于阻挡来自接收器输入节点N_R-IN的任何输入DC电压，以便使对于接收器晶体管Q_R的所有偏压均为局部偏压。在图3所示的实施例中，第一接收器电容C_1R的值约为6pF。

第二接收器电容C_2R连接在接收器输出节点N_R-OUT与第二接收器节点N_2R之间，用于阻挡来自接收器输出节点N_R-OUT的任何输入DC电压，以便使对于接收器晶体管Q_R的所有偏压均为局部偏压。在图3所示的实施例中，第二接收器电容C_2R的值约为6pF。

在可选实施例中，可使用不同的电路元件代替第一和第二接收器电容C_1R和C_2R，以便隔离接收器放大器160中的偏压。

第一接收器电阻R_1R连接在第一接收器节点N_1R与第二接收器节点N_2R之间，被配置成用于提供反馈信号，以便向接收器晶体管Q_R的基极提供偏压。在图3所示实施例中，第一接收器电阻R_1R的值约为800Ω。

接收器电流源310连接在参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R之间。其被配置成用于为接收器晶体管Q_R提供参考电流。在图3所示实施例中，参考电压V⁺约为3.3伏，接收器电流源310提供约12mA的电流。

第三接收器电容C_3R连接在参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R之间，与接收器电流源310并联连接。其被配置成用于将参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R隔离，其在高频处形成虚拟地。在图3所示的实施例中，第三接收器电容C_3R的值约为20pF。

第二接收器电阻R_2R和接收器电感L_R串联连接在第三接收器节点N_3R与第二接收器节点N_2R之间。设置第二接收器电阻R_2R的值以决定接收器放大器160的增益。接收器电感L_R用于提高接收器放大器160的带宽。在可选实施例中，可去除接收器电感L_R。在图3所示实施例中，第二接收器电阻R_2R的值约为50Ω，接收器电感L_R的值约为5nH。

在操作中，来自第一接收器电阻R_1R的负反馈往往会将接收器放大器160的输入阻抗减小到50Ω。在图3的实施例中，第一接收器电阻R_1R的值被选择成使得当接收器放大器160正起作用时，接收器电阻Q_R的输入阻抗实现预期值，例如，50欧姆。

在操作中，在接收器输入节点N_R-IN处提供接收器输入电压V_R-IN。接着根据通常理解的放大器原理由接收器放大器160将该接收器输入电压V_R-IN放大，以生成接收器输出电压V_R-OUT，在接收器输出节点N_R-OUT处提供该电压。

尽管以上参照图3描述了一个实施例，并对电路元件给出了具体值，这仅仅是出于示例性描述的目的，不应将其视为以任何方式的限制。可选实施例可以按照需要修改这些元件的值，以改变接收器放大器160的操作。

从而，如图1至3中所示，将发射器放大器140设置成恒定生成放大发射器输出电压，其被提供给T/R开关120，将接收器放大器160设置成恒定放大从T/R开关120接收的接收器输入电压V_R-IN。收发器100在接收模式期间通过使用T/R开关120将发射器部分130与天线110断开连接，避免了在接收模式期间发射器部分130干扰接收器部分150的操作。同样，收发器100在发射模式期间通过使用T/R开关120将接收器部分150与天线110断开连接，避免了在发射模式期间接收器部分150干扰发射器部分130的操作。

然而，诸如图1所示T/R开关120的开关通常会带来较大损耗。从而，采用T/R开关的收发机会使其某些通过开关的信号质量损失，限制了在收发机的其他部件中可允许的损耗。此外，需要独立的T/R开关，则需要包括外部开关，从而增大最终收发机的成本。因此，需要提供一种方式，能够以不涉及使用T/R开关的方式，将天线与收发机的发射器部分和收发机的接收器部分隔离。本申请在下面提供了这样电路的示例。

第二收发机

图4显示出根据本发明的一个实施例的收发机设备的实施例。如图4所示，收发机设备400包括天线110、发射器部分430和接收器部分450。发射器部分430还包括发射器放大器440和发射器电路145；接收器部分450还包括接收器放大器460和接收器电路165。

天线110可用于发射信号和接收信号。它可以是能够用于此双重功能的任何合适天线。在图4至图6所示的实施例中，使用UWB天线，例如，在McCorkle的美国专利No.6,590,545(题为“ElectricallySmall Planar UWB Antenna Apparatus and System Thereof”)中所披露的天线。然而，可选实施例也可使用不同的天线设计。

在图4所示实施例中的发射器部分430包括根据预期格式发射信号所必需的所有电路。发射器领域的技术人员应该理解，在不同的收发机设计中，其具体设计可以不同。在所披露实施例中，发射器部分430为UWB发射器，但在可选实施例中，也可使用其他发射器设计。如以上所述，发射器部分430可包括与发射器电路145的输出连接的发射器放大器440。

同样，如图4所示实施例的接收器部分450包括根据预期格式接收信号所必需的所有电路。接收器领域的技术人员应该理解，在不同的收发机设计中，其具体设计可以不同。在图4所示实施例中，接收器部分450为UWB接收器，但在可选实施例中，也可使用其他接收器设计。如以上所述，图4所示接收器部分450包括与接收器电路165的输出连接的接收器放大器460。接收器放大器460可为低噪声放大器(LNA)。

此外，收发机领域的技术人员应该知道，尽管在图4中将发射器部分430和接收器部分450显示为与天线110直接相连，在发射器部分430或接收器部分450与天线110之间也可放置其他电路，例如，滤波器。

与图1所示收发机100不同，图4所示收发机400不包含T/R开关。当然，在图4中的发射器放大器440和收发器放大器460均包含被配置成用于当使用收发机400的其中一部分时，将另一部分隔离的电路。换而言之，在接收模式期间，发射器放大器440将发射器部分430与天线110隔离，而在发射模式期间，允许发射器部分430与天线110之间的正常操作。同样，在发射模式期间，接收器放大器460将接收器电路165与天线110隔离，而在接收模式期间，允许接收器部分450与天线110之间的正常操作。由于是在不使用T/R开关的条件下执行这些隔离操作，从而可以避免与这样T/R开关相关的损耗和附加生产成本。

第二发射器放大器

图5表示，根据本发明的一个实施例，来自图4所示发射器部分的发射器放大器440的电路图。如图4所示，发射器放大器440包括第一发射器晶体管Q_1T、第二发射器晶体管Q_2T、第一发射器电容C_1T、第二发射器电容C_2T、第一发射器电阻R_1T、第二发射器电阻R_2T、第三发射器电阻R_3T和发射器电流源510。

第一发射器晶体管Q_1T其基极与第一发射器节点N_1T相连，其集电极与第二发射器节点N_2T相连，其发射极接地。第一发射器晶体管Q_1T被配置成用作为发射器放大器440中的驱动器放大器。

第二发射器晶体管Q_2T其基极与第二发射器节点N_2T相连，其集电极与参考电压V⁺相连，其发射极与第三发射器节点N_3T相连。第二发射器晶体管Q_2T被配置成作为发射器放大器440中的驱动器。在图5中所示实施例中，参考电压V⁺约为3.3伏。

第一发射器电容C_1T连接在发射器输入节点N_T-IN与第一发射器节点N_IT之间。其被配置成用作为AC耦合电容，用于阻挡来自发射器输入节点N_T-IN的任何输入DC电压，以便使对于发射器放大器440的所有偏压均为局部偏压。在图5所示实施例中，第一发射器电容C_1T的值约为500fF。

第二发射器电容C_2T连接在第三发射器节点N_3T与发射器输出节点N_T-OUT之间。其被配置成用作为AC耦合电容，用于阻挡来自发射器输出节点N_T-OUT的任何输入DC电压，以便使对于发射器放大器440的所有偏压均为局部偏压。在图5所示实施例中，第二发射器电容C_2T的值约为6pF。

在可选实施例中，可使用不同的电路元件代替第一和第二发射器电容C_1T和C_2T，以便隔离发射器放大器440中的偏压。

第一发射器电阻R_1T连接在偏压V_B与第一发射器节点N_1T之间，被配置成用于向第一发射器晶体管Q_1T的基极提供偏压V_B。将图5所示该偏压V_B设置成使得第一发射器晶体管Q_1T如期望那样工作，导致发射器放大器440执行其预期放大功能。在图5所示实施例中，偏压V_B约为0.8伏，第一发射器电阻R_1T的值约为1kΩ。

第二发射器电阻R_2T连接在参考电压V⁺与第二发射器节点N_2T之间，其值被设置成用于决定发射器放大器440的增益。在图5所示实施例中，第二发射器电阻R_2T的值约为250Ω。

第三发射器电阻R_3T连接在参考电压V⁺与第三发射器节点N_3T之间，将其值选择成大大高于在接收模式期间接收器放大器160的预期工作接收器输入阻抗。例如，在图6所示实施例中，将接收器放大器设置成在接收模式期间具有约3Ω的工作接收器输入阻抗，将第三发射器电阻R_3T的值设置为约50kΩ。

发射器电流源510连接在第三发射器节点N_3T与地之间，在图5的实施例中，其被配置成在发射模式期间提供通过第二发射器晶体管Q_2T的恒定电流，而在接收模式期间关闭，不提供通过第二发射器晶体管Q_2T的任何电流。在图5所示实施例中，发射器电流源510提供约20mA的电流。

电流源受到模式控制信号C的控制。在一个实施例中，模式控制信号在发射模式期间为低，在接收模式期间为高。当模式控制信号C表示发射模式(即，在图4至6的实施例中其具有低值)时，将发射器电流源510开启；当模式控制信号C表示接收模式(即，在图4至6的实施例中其具有高值)时，将发射器电流源510关闭。

在图5所示实施例中，发射器电流源510为电流镜像。响应模式控制信号C可采用多种方式开启和关闭电流镜像。而实现此目的的一种方式是，使得模式控制信号C控制在地与电流镜像中晶体管的公共基极之间的开关(例如，CMOS开关)。当模式控制信号C表示接收模式(即，表示应关闭发射器电流源510)时，闭合开关，公共基极接地，以关闭电流镜像。

在某些实施例中，可能需要在第三发射器节点N_3T与发射器电流源510或在第二发射器电容C_2T与第三发射器节点N_3T之间(或在无第二发射器电容C_2T的实施例中在输出节点与第三发射器节点N_3T之间)，放置pin型二极管。具体而言，在将晶体管集电极与第三发射器节点N_3T相连的实施例(例如，发射器电流源为电流镜像的实施例)中，添加pin型二极管是有用的。pin型二极管可用于使得在连接第三发射器节点N_3T的集电极与基板之间的寄生电容最小。

在图5所示实施例中，选择在发射器放大器440中的电路参数，以便在发射模式期间提供预期工作发射器输出阻抗，例如，3Ω，以及在接收模式期间，提供预期隔离发射器输出阻抗，例如，50kΩ。

可选实施例可使用不同的模式控制信号。例如，可选模式控制信号C可以为低以表示接收模式，为高以表示发射模式。而且，可使用多模式控制信号代替单模式控制信号C，以便对在每个模式中以不同方式工作的各种元件的操作进行控制。

发射器电流源510和第三发射器电阻R_3T的操作被配置成用于控制发射器放大器440，以便当模式控制信号C表示收发机400处于接收模式中时，将发射器部分430与天线110隔离，而当模式控制信号C表示收发机400处在发射模式中时，允许发射器部分430与天线110之间的正常操作。

在发射模式期间(即，在图4至6所示实施例中当模式控制信号为低时)，发射器电流源510将在第二发射器晶体管Q_2T和第三发射器电阻R_3T上提供参考电流。这将导致第二发射器晶体管Q_2T接通，将导致发射器放大器440中的电路作为放大器操作，将导致发射器放大器的输出电阻成为在图5所示实施例中工作发射器输出阻抗，即3Ω。

在此情形中，在发射器输入节点N_T-IN处提供发射器输入电压V_T-IN。接着根据通常理解的放大器原理由发射器放大器440将该发射器输入电压V_T-IN放大，以生成发射器输出电压V_T-OUT，在发射器输出节点N_T-OUT处提供该电压。

由于将第三发射器电阻R_3T的值选择得非常大，例如，约50kΩ，在发射模式期间，它将引起非常小的电流，不会对发射器放大器400的操作造成较大影响。在第三发射器模式N_3T处的电压将主要由第二发射器电阻R_2T和第二发射器晶体管Q_2T决定。

在接收模式期间(即，在图4至6所示实施例中当模式控制信号为高时)，发射器电流源510将停止提供参考电流，第二发射器晶体管Q_2T将断开。至此，发射器放大器440因此会停止起到放大器的作用。

那么，第二发射器电阻R_2T将会把第二节点N_2T处的电压提升至参考电压V⁺，此外，第三发射器电阻R_3T将把第三发射器节点N_3T处的电压提升至参考电压V⁺。从而，在接收模式期间，发射器放大器440的输出阻抗将升至第三发射器电阻R_3T的值(即，隔离发射器输出阻抗)，该值被选择为与在接收模式期间接收放大器460的工作接收器输入阻抗相比显得非常大(例如，在图4至6的实施例中约50kΩ与约50Ω相比)。

以此方式，发射器放大器440在发射模式期间具有例如约3Ω的工作发射器输出阻抗，在接收模式期间具有约50kΩ的隔离发射器输出阻抗。这允许发射器放大器440在发射模式期间通过天线110正常发射，而在接收模式期间与天线110有效隔离。

尽管所披露实施例示出将隔离发射器输出阻抗设置在约50kΩ，将工作发射器输出阻抗设置在约3Ω，不过可根据需要改变这些值。例如，在一组可选实施例中，可将工作发射器输出阻抗设置在1Ω与10Ω之间。

然而，发射器放大器440的隔离发射器输出阻抗与接收器放大器460的工作接收器输入阻抗相比应保持足够大，使得在接收模式期间在接收器部分450处来自发射器部分430的干扰最小。

在某些实施例中，隔离发射器输出阻抗将至少比工作接收器输入阻抗大两个量级。从而，在图5所示实施例中，隔离发射器输出阻抗应至少为5kΩ。然而，就对发射器操作具有不同限制的可选实施例而言，如果值符合系统工作要求，这些实施例将具有隔离发射器输出阻抗与工作接收器输入阻抗的更低比值。

尽管如图4所示示例性发射器放大器440使用双极结晶体管作为第一发射器晶体管Q_1T，并按共发射极配置进行设置，然而可选实施例也可将其他类型晶体管，例如，CMOS晶体管用于放大器电路。

尽管以上参照图5描述了具体实施例，并对电路元件给出了具体值，这仅仅是出于示例性描述的目的，不应将其视为以任何方式的限制。可选实施例可以按照需要修改这些元件的值，以改变发射器放大器440的操作。

第二接收器放大器

图6表示，根据本发明的一个实施例，来自图4所示接收器部分450的接收器放大器460的电路图。如图6所示，接收器放大器460包括接收器电流源610、第一接收器晶体管Q_1R、第二接收器晶体管Q_2R、第三接收器晶体管Q_3R、第一接收器电容C_1R、第二接收器电容C_2R、第三接收器电容C_3R、第一接收器电阻R_1R、第二接收器电阻R_2R和接收器电感L_R。

在图6所示实施例中的第一接收器晶体管Q_1R是双极型晶体管，其基极与第一接收器节点N_1R相连，其集电极与第二接收器节点N_2R相连，其发射极与第四接收器节点N_4R相连。

在图6所示实施例中的第二接收器晶体管Q_2R是CMOS晶体管，其栅极与模式控制信号C相连，其源极接地，其漏极与第四接收器节点N_4R相连。第二接收器晶体管Q_2R作为开关工作，当模式控制信号C表示接收模式时闭合(即，导电)，当模式控制信号C表示发射模式时断开(即，不导电)。

由于在所披露实施例中，模式控制信号C在接收模式期间为高，在发射模式期间为低，这意味着，在图6所示实施例中的第二接收器晶体管Q_2R为NMOS晶体管，当在其基极处的信号为高时(在接收模式期间)，将是导电的，当在其基极处的信号为低时(在发射模式期间)，将是不导电的。

在图6所示实施例中的第三接收器晶体管Q_3R是CMOS晶体管，其栅极与模式控制信号C相连，其源极与参考电压V⁺相连，其漏极与第四发射器节点N_4T相连。第三接收器晶体管Q_3R作为开关工作，当模式控制信号C表示接收模式时断开(即，不导电)，当模式控制信号C表示发射模式时闭合(即，导电)。

由于在所披露实施例中，模式控制信号C在接收模式期间为高，在发射模式期间为低，这意味着，在图6所示实施例中的第三接收器晶体管Q_3R为PMOS晶体管，当在其基极处的信号为高时(在接收模式期间)，将是不导电的，当在其基极处的信号为低时(在发射模式期间)，将是导电的。

尽管在所披露实施例中，第二接收器晶体管Q_2R为NMOS晶体管，第三接收器晶体管Q_3R为PMOS晶体管，但在可选实施例中，可对它们进行变化。例如，如果模式控制信号C的极性发生改变时(即，从而使其在接收模式期间为低，在发射模式期间为高)，第二接收器晶体管Q_2R可为PMOS晶体管，第三接收器晶体管Q_3R为NMOS晶体管。而且，都可将其制作成PMOS或NMOS晶体管，只要一个从另一个接收反相信号即可。然而，重要的是，在接收模式期间，第四接收器节点N_4R接地，在发射模式期间，第四接收器节点N_4R与参考电压V⁺相连。

在可选实施例中，可使用其他类型的开关器件代替第二和第三接收器晶体管Q_2R和Q_3R，这应为本领域技术人员所理解。例如，第二接收器晶体管Q_2R可为双极型晶体管，使其成为双极开关。

第一接收器电容C_1R连接在接收器输入节点N_R-IN与第一接收器节点N_1R之间，用于阻挡来自接收器输入节点N_R-IN的任何输入DC电压，以便使对于接收器晶体管Q_R的所有偏压均为局部偏压。在图6所示的实施例中，第一接收器电容C_1R的值约为6pF。

第二接收器电容C_2R连接在接收器输出节点N_R-OUT与第二接收器节点N_2R之间，用于阻挡来自接收器输出节点N_R-OUT的任何输入DC电压，以便使对于接收器晶体管Q_R的所有偏压均为局部偏压。在图6所示的实施例中，第二接收器电容C_2R的值约为6pF。

在可选实施例中，可使用不同的电路元件代替第一和第二接收器电容C_1R和C_2R，以便隔离接收器放大器460中的偏压。

第一接收器电阻R_1R连接在第一接收器节点N_1R与第二接收器节点N_2R之间，被配置成用于提供反馈信号，以便向第一接收器晶体管Q_1R的基极提供偏压。在图6所示实施例中，第一接收器电阻R_1R的值约为800Ω。

接收器电流源610连接在参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R之间。其被配置成当模式控制信号C表示接收模式时，为接收器晶体管Q_R提供参考电流，当模式控制信号C表示发射模式时，其被关闭。在图6所示实施例中，接收器电流源610提供约12mA的电流。

第三接收器电容C_3R连接在参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R之间，与接收器电流源610并联连接。其被配置成用于将参考电压V⁺与第三接收器节点N_3R隔离，其在高频处形成虚拟地。在图6所示的实施例中，第三接收器电容C_3R的值约为20pF。

第二接收器电阻R_2R和接收器电感L_R串联连接在第三接收器节点N_3R与第二接收器节点N_2R之间。设置第二接收器电阻R_2R的值以决定接收器放大器460的增益。接收器电感L_R用于提高接收器放大器460的带宽。在可选实施例中，可去除接收器电感L_R。在图6所示实施例中，第二接收器电阻R_2R的值约为50Ω，接收器电感L_R的值约为5nH。

在图6所示实施例中，选择在接收器放大器460中的电路参数，以便在接收模式期间提供预期工作输入阻抗，例如，50Ω，以及在发射模式期间，提供预期隔离输入阻抗，例如，接近开路电路的阻抗。

可选实施例可使用不同的模式控制信号。例如，可选模式控制信号C可以以低值表示接收模式，以高值表示发射模式。而且，可使用多模式控制信号代替单模式控制信号C，以便对在每个模式以不同方式工作的各种元件的操作进行控制。

在操作中，来自第一接收器电阻R_1R的负反馈往往会使接收器放大器460的输入阻抗减小。在图6的实施例中，第一接收器电阻R_1R的值被选择成使得，当第一接收器晶体管Q_1R起作用时，第一接收器电阻Q_1R的工作输入阻抗实现预期值，例如，约50欧姆。

在接收模式期间(即，在图4至6所示实施例中当模式控制信号C为高时)，接收器电流源610将生成参考电流，第二接收器晶体管Q_2R将导电，第三接收器晶体管Q_3R将不导电。这将使第四接收器节点N_4R接地，将通过第一接收器晶体管Q_1R传递参考电流，这将导通第一接收器晶体管Q_1R，并导致接收器放大器460中的电路作为放大器操作。

在此情形中，在接收器输入节点N_R-IN处提供接收器输入电压V_R-IN。接着根据通常理解的放大器原理由接收器放大器460将该接收器输入电压V_R-IN放大，以生成接收器输出电压V_R-OUT，在接收器输出节点N_R-OUT处提供该电压。

在发射模式期间(即，在图4至6所示实施例中当模式控制信号C为低时)，接收器电流源610将关闭，第二接收器晶体管Q_2R将不导电，第三接收器晶体管Q_3R将导电。这将使第四接收器节点N_4R与参考电压V⁺连接，将导致没有电流通过第一接收器晶体管Q_1R。从而，使第一接收器晶体管Q_1R反向偏压，并使其断开，导致接收器放大器460关闭，具有极高输入阻抗，接近开路的输入阻抗。

通过使用在发射模式期间具有工作发射器输出阻抗，但在接收模式期间具有较高隔离发射器输出阻抗的发射器放大器440，收发机100允许发射器部分430在发射模式期间适当地起作用，而在接收模式期间不与接收器部分450相干扰。同样，通过使用在接收模式期间具有工作接收器输出阻抗，但在发射模式期间具有较高隔离接收器输出阻抗的接收器放大器460，收发机100允许接收器部分450在接收模式期间适当地起作用，而在发射模式期间不与发射器部分430相干扰。

此外，通过使用第二和第三接收器晶体管Q_2R和Q_3R将第四接收器节点N_4R分别与地和参考电压V⁺连接，图6所示接收器放大器460能够快速地从其工作接收器输入阻抗切换到其隔离接收器输入阻抗，反之亦然。使第一接收器晶体管Q_1R的发射极根据模式变化快速在地与参考电压之间转移。

尽管所披露实施例示出将隔离接收器输入阻抗设置成接近开路，将工作接收器输入阻抗设置在约50Ω，不过可根据需要改变这些值。例如，在一组实施例中，可将工作接收器输入阻抗设置在30Ω与75Ω之间。

然而，接收器放大器460的隔离接收器输入阻抗与发射器放大器440的工作发射器输出阻抗相比应保持足够大，使得在发射模式期间在发射器部分430处来自接收器部分450的干扰最小。

在某些实施例中，隔离接收器输入阻抗将至少比工作发射器输出阻抗大两个量级。从而，在图6所示实施例中，隔离输出阻抗应至少为300Ω。然而，就对发射器操作具有不同限制的可选实施例而言，如果值符合系统工作要求，这些实施例将具有隔离接收器输入阻抗与工作发射器输出阻抗的更低比值。

尽管以上参照图6描述了一个实施例，并对电路元件给出了具体值，这仅仅是出于示例性描述的目的，不应将其视为以任何方式的限制。可选实施例可以按照需要修改这些元件的值，以改变接收器放大器460的操作。

尽管本发明以示例性方式展示出用于将发射器电路和接收器电路与公共天线连接的电路和方法，以上所述系统和方法可应用于其中两个独立电路元件共享公共信号路径的任何情形。例如，这可为输入线路、输出线路、数据总线，或设备或集成电路内部的元件。不应将本发明视为局限于收发机和在发射器与接收器之间的切换。

本发明意在说明如何形成和使用根据本发明的各种实施例，而并非要限制本发明的范围和精神。以上描述并不意在穷举出本发明或将本发明限制为所披露的特定形式。根据本发明的要旨，可能想到多种修改例和变型例。出于说明本发明原理及其实际应用方面的目的，给出和描述了这些实施例，从而能够使本领域普通技术人员在各种实施例中，以及通过适用于预期特定应用的各种修改例，使用到本发明。根据公正、合法和合理的广度进行理解，所有这些修改例和变型例都处在所附权利要求所定义的本发明的范围内，包括其所有等效方面，其在本发明专利未决期间可进行修改。

Claims (19)

1.一种用于无线设备的收发机，包括：

天线；

发射器电路，被配置成生成用于发射的无线信号；

发射器放大器，连接在天线与发射器电路之间，发射器放大器被设置成，当收发机处在发射模式中时具有工作发射器输出阻抗，当收发机处在接收模式中时具有隔离发射器输出阻抗；

接收器电路，被配置成接收和处理在天线处接收的无线信号；

接收器放大器，连接在天线与接收器电路之间，接收器放大器被设置成，当收发机处在接收模式中时具有工作接收器输入阻抗，当收发机处在发射模式中时具有隔离接收器输入阻抗；

其中，隔离发射器输出阻抗大于工作接收器输入阻抗，

其中，隔离接收器输入阻抗大于工作发射器输出阻抗，

其中接收器放大器进一步包括：

第一晶体管，具有与第一节点相连的控制端、与第二节点相连的第一端和与第三节点相连的第二端；

电流源，用于向第一晶体管提供参考电流；

第一电阻，连接在第二节点与第一节点之间，用于向控制端提供偏压；

第二电阻，连接在第二节点与第一参考电压之间；

第一开关，连接在第三端与地之间；以及

第二开关，连接在第三端与第二参考电压之间，

其中，当控制信号具有第一值时，开启电流源，当控制信号具有第二值时，关闭电流源，

其中，当控制信号具有该第一值时，闭合第一开关，当控制信号具有该第二值时，断开第一开关，以及

其中，当控制信号具有该第一值时，断开第二开关，当控制信号具有该第二值时，闭合第二开关。

2.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，隔离发射器输出阻抗至少是工作接收器输入阻抗的一百倍。

3.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，工作接收器输入阻抗在30欧姆和75欧姆之间。

4.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，隔离接收器输入阻抗至少是工作发射器输出阻抗的一百倍。

5.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，工作发射器输出阻抗在1欧姆和10欧姆之间。

6.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，第一和第二参考电压是相同的。

7.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，还包括：

第一电容，在第一节点与输入节点之间；以及

第二电容，在第二节点与输出节点之间。

8.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，

其中，第一开关包括第二晶体管，以及

其中，第二开关包括第三晶体管。

9.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，还包括在第二节点与参考电流之间与第二电阻串联连接的电感。

10.根据权利要求1所述用于无线设备中的收发机，其中，无线设备为超宽带设备。

11.一种用于无线设备中的收发机，包括：

天线；

发射器电路，被配置成生成用于发射的无线信号；

发射器放大器，连接在天线与发射器电路之间，发射器放大器被设置成，当收发机处在发射模式中时具有工作发射器输出阻抗，当收发机处在接收模式中时具有隔离发射器输出阻抗；

接收器电路，被配置成接收和处理在天线处接收的无线信号；

接收器放大器，连接在天线与接收器电路之间，接收器放大器被设置成，当收发机处在接收模式中时具有工作接收器输入阻抗，当收发机处在发射模式中时具有隔离接收器输入阻抗；

其中，隔离发射器输出阻抗大于工作接收器输入阻抗，

其中，隔离接收器输入阻抗大于工作发射器输出阻抗，

其中，发射器放大器进一步包括：

驱动器晶体管，具有与第一节点相连的驱动器控制端、与第二节点相连的第一驱动器端，和与地相连的第二驱动器端；

放大器晶体管，具有与第二节点相连的放大器控制端、与第一参考电压相连的第一放大器端，与第三节点相连的第二放大器端；

第一电阻，连接在偏压与第一节点之间；

第二电阻，连接在第二节点与第三参考电压之间；

第三电阻，连接在第三节点与第三参考电压之间，第三电阻的值大于1000欧姆；以及

电流源，用于向第二晶体管提供参考电流，

其中，当控制信号具有第一值时，开启电流源，当控制信号具有第二值时，关闭电流源。

12.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，还包括：

第一电容，在第一节点与输入节点之间；以及

第二电容，在第二节点与输出节点之间。

13.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，其中，隔离发射器输出阻抗至少是工作接收器输入阻抗的一百倍。

14.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，其中，工作接收器输入阻抗在30欧姆和75欧姆之间。

15.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，其中，隔离接收器输入阻抗至少是工作发射器输出阻抗的一百倍。

16.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，其中，工作发射器输出阻抗在1欧姆和10欧姆之间。

17.根据权利要求11所述用于无线设备中的收发机，其中，无线设备为超宽带设备。

18.一种对具有发射器部分和接收器部分的收发机进行操作的方法，所述方法包括以下步骤：

确定收发机是处在发射模式还是接收模式中；

如果确定收发机处在接收模式中，将接收器部分的实际接收器输入阻抗设置成工作接收器输入阻抗；

如果确定收发机处在接收模式中，将发射器部分的实际发射器输出阻抗设置成隔离发射器输出阻抗；

如果确定收发机处在发射模式中，将接收器部分的实际接收器输入阻抗设置成隔离接收器输入阻抗；以及

如果确定收发机处在发射模式中，将发射器部分的实际发射器输出阻抗设置成工作发射器输出阻抗，

其中，隔离接收器输入阻抗大于工作发射器输出阻抗，以及

其中，隔离发射器输出阻抗大于工作接收器输入阻抗。

19.根据权利要求18所述对收发机放大器进行操作的方法，其中，确定收发机是处在发射模式还是接收模式中的步骤通过检查模式控制信号的值来执行。

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