CN102281066A

CN102281066A - 用于双通道多模射频接收机的频率综合器

Info

Publication number: CN102281066A
Application number: CN2011100951906A
Authority: CN
Inventors: 倪文海; 徐文华
Original assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Current assignee: CANAANTEK Corp Ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明涉及一种用于双通道多模射频接收机的频率综合器，包含共用的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器及反馈分频器；其中，共用的所述鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器，分别与两组压控振荡器及隔离放大器连接，再经由共用的反馈分频器连接回鉴频鉴相器，以形成第一、第二锁相环的两个反馈回路。本发明所述频率综合器的芯片面积更小，电流功耗更低，子模块间的相互干扰也能有效降低。所述第一、第二锁相环提供了两个独立的本振频率信号，并分别向两个信号通道的混频器对应输出，使该双通道多模射频接收机中所述两路信号通道能够独立运作，实现对例如不同通讯标准下的两组射频信号的接收处理。

Description

用于双通道多模射频接收机的频率综合器

技术领域

本发明涉及一种频率综合器，特别涉及一种用于双通道多模射频接收机的频率综合器。

背景技术

频率综合器多用于无线通信射频芯片，数字信号处理芯片，模拟信号处理芯片，以及混合信号处理芯片中，为射频接收机提供可调谐的本振频率。

如图1所示，现有的射频接收机中，无线射频调制信号一般通过天线100，被接收到射频的信号通道中。接收到的RF射频信号通过前端的低噪声放大器200（LNA）进行放大后，由混频器300（Mixer）变频成容易处理的IF中频信号。该中频信号被输入至中频滤波器400（IF Filter）进行信道选择，并过滤出在带宽内需要被调制的中频信号；再经过可调增益放大器500（VGA）放大后，提供适度的信号强度给模数转换器600（ADC），将中频的模拟信号转换成数字信号；最后这些数字信号被输出至数字基带做信号处理。上述信号处理的过程中，进行RF射频到IF中频转换的混频器300，其本振频率由相连接的频率综合器700提供。

如图2所示是传统的频率综合器700（Synthesizer），包含鉴频鉴相器710（PFD）、电荷泵720（CP）、环路滤波器730（LPF）、压控振荡器740（VCO）、隔离放大器750（BUF）及反馈分频器760（N Divider）连接形成的一个频率综合器锁相环RFPLL的完整环路。其中，由鉴频鉴相器710的输出信号控制，所述电荷泵720对环路滤波器730进行充电或放电，使由环路滤波器730过滤后输出的直流电压，能对压控振荡器740的频率进行控制。压控振荡器740产生的本振频率信号，经由隔离放大器750、反馈分频器760反馈至鉴频鉴相器710。鉴频鉴相器710将反馈回来的本振频率和一个标准时钟的参考频率f_ref（一般在几兆到几十兆）进行比较；当反馈的本振频率和参考频率f_ref相等的时候，频率综合器锁相环RFPLL将环路锁定。此时，压控振荡器740所输出的本振频率就是参考频率f_ref 的N倍。该本振频率经由隔离放大器750连接到图1中的混频器300，实现所述频率综合器700的目的。

随着无线通讯技术的发展，越来越多的无线通讯技术标准需要在单一的射频接收机中实现；或者说，需要一个射频接收机能够同时接收不同标准的无线调制射频信号。目前，可以使用多通道多模的射频接收机来实现。例如3G智能手机的射频芯片，其射频接收机不但需要接收基本的900MHz的手机GSM信号，而且还要接收无线局域网的2.4GHz 的WiFi信号和1.57GHz的GPS导航信号；并且，需要适用不同地区不同的无线通讯标准，如欧洲的W-CDMA标准，美国的CDMA 2000 的标准和中国的TD-SCDMA标准；还需要能适应单一无线通讯技术标准中不同的射频频率，例如GSM的四个频段：GSM 850MHz，GSM 900MHz，DCS 1800MHz和PCS 1900MHz。另外，在导航GNSS领域中，美国的GPS，俄国的GLONASS，欧洲的GALILEO和中国的二代北斗COMPASS等标准也需要同时考虑。

如图3所示是现有一种双通道的射频接收机，其中设置有两个完全独立的信号接收通道，每一个信号接收通道包含图1所示射频接收机中的所有模块（图3中分别以100~600和100’~ 600’为所述两个信号通道的模块编号）。尤其是，为了保证两个信号接收通道的独立运作，设置了能产生两个不同本振频率的两个完全独立的频率综合器700和700’。然而，随着射频芯片集成度的日益提高，这种双通道的射频接收机虽然结构简单，缺点也非常明显的：将导致芯片的面积增加，芯片的电流功耗增加，芯片内部各子模块间的隔离度也相应地变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于双通道多模射频接收机的频率综合器，通过共用一个频率综合器中的若干子模块，使双通道多模射频接收机的两个信号通道可以独立运作，接收例如不同通讯标准下的两组射频信号，从而能够简化电路设计，减少芯片面积，节省电流功耗，降低子模块间的信号干扰。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种用于双通道多模射频接收机的频率综合器：

所述频率综合器包含第一锁相环及第二锁相环，其与所述双通道多模射频接收机中独立接收两路射频信号的两个信号通道对应连接；

所述频率综合器包含由所述第一、第二锁相环共用的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器及反馈分频器，以及所述第一、第二锁相环各自设置的第一、第二压控振荡器和第一、第二隔离放大器；

所述反馈分频器包含为所述第一、第二锁相环对应设置分频比的第一分频模块及第二分频模块，以及共用分频模块；

所述第一锁相环是一反馈回路，其进一步包含依次连接的所述鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、第一压控振荡器、第一隔离放大器、反馈分频器的第一分频模块，所述反馈分频器的共用分频模块还连接至所述鉴频鉴相器；

所述第二锁相环是另一反馈回路，其进一步包含依次连接的所述鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、第二压控振荡器、第二隔离放大器、反馈分频器的第二分频模块，所述反馈分频器的共用分频模块还连接至所述鉴频鉴相器。

所述鉴频鉴相器还与外部输入的标准时钟的参考频率f_ref连接；所述第一、第二隔离放大器与所述第一、第二信号通道各自设置的混频器连接；所述第一、第二锁相环根据各自设置的分频比，得到锁定为参考频率f_ref若干倍频的第一、第二本振频率，并向所述两个混频器对应输出。

优选的，所述电荷泵和环路滤波器集成设置在同一个芯片中。

优选的，在所述环路滤波器中设置有两组滤波参数，其各自对所述第一、第二锁相环的滤波处理进行控制。

所述频率综合器还设置有信道开关，其控制所述第一、第二锁相环切换导通，来进行其各自的参数设置和间隔工作；

所述第一、第二锁相环在间隔工作时，其中一个锁相环在进行其本振频率向目标频率的逐次逼近时，另一个锁相环在所述环路滤波器控制下对其本振频率的数值进行保持。

所述信道开关与所述环路滤波器和反馈分频器分别连接，控制所述环路滤波器两组滤波参数中的一组，与所述反馈分频器中的第一或第二分频模块对应开启，从而使所述第一、第二锁相环中对应的一个锁相环开启，另一个锁相环被关闭，且被关闭锁相环的滤波参数及分频模块呈高阻。

优选的，所述信道开关的切换频率是所述标准时钟的参考频率f_ref，或者是所述参考频率f_ref的分频频率。

优选的，所述信道开关的切换频率还远高于所述环路滤波器的带宽。

与现有技术相比，本发明所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其优点在于：本发明在同一个频率综合器中，充分共用了鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、反馈分频器的大部分电路等若干子模块，并通过同一个信道开关，控制第一、第二锁相环切换导通，进行其各自的编程设置或实现间隔工作。

优选的，所述信道开关的切换频率大大高于所述环路滤波器的带宽，以减少频繁切换产生的信号杂波。本发明还进一步地使电荷泵与环路滤波器集成设置在同一个芯片中，简化了电路设计，省掉了一套所述共用的子模块所占的芯片面积及其直流电流功耗。

因此，由本发明所述频率综合器构成的双通道多模射频接收机，其芯片面积更小，电流功耗更低，子模块间的相互干扰也能有效降低；与此同时，由第一、第二锁相环提供两个独立的本振频率信号，并分别输出至两路信号通道中对应连接的混频器，使双通道多模射频接收机中该两路信号通道能够独立运作，实现对例如不同通讯标准或同一通讯标准下不同频率段的两组射频信号的接收处理。

附图说明

图1是传统的射频接收机的结构示意图；

图2是图1所示的传统射频接收机中频率综合器的结构示意图；

图3是传统的带两个独立频率综合器的双通道多模射频接收机的结构示意图；

图4是本发明所述频率综合器的电路结构及其在双通道多模射频接收机中连接关系的示意图；

图5是本发明所述频率综合器中第一、第二锁相环的环路锁定时序示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图4所示，双通道多模射频接收机设置有两个信号通道，分别接收处理两路射频信号；与之对应，本发明所述频率综合器70设置有第一锁相环RFPLL1和第二锁相环RFPLL2，各自与其中一个信号通道的混频器30或30’连接，并为其提供本振频率信号。

本发明所述频率综合器70中，合用了包含一个鉴频鉴相器71，集成设置在同一个芯片中的电荷泵721及环路滤波器722，以及同一个反馈分频器76。其中，由于共用了同一个电荷泵721，所以第一、第二锁相环的环路特性，需要由其各自对环路滤波器722参数和反馈分频器76中分频比等的电路设计来体现。另外，由于两个信号通道的混频器30、30’需要独立的本振频率，所以压控振荡器、隔离放大器仍然需要设置两套。

具体的，可以通过编程设置两组不同的滤波参数（图中4以LPF1、LPF2表示），并控制在两组参数之间切换，实现在同一个所述环路滤波器722中分别对应所述两个锁相环的滤波功能。

而所述反馈分频器76中可以进一步包含为所述两个锁相环分别设定分频比N1和N2的第一分频模块761和第二分频模块762，以及占据反馈分频器76大部分电路的、由两个锁相环合用的共用分频模块。所述第一、第二分频模块761、762，所述共用分频模块可以是参数不同的传统可编程分频器，由所述第一、第二分频模块761、762分别与所述共用分频模块串联形成所述反馈分频器76 。

因此，所述频率综合器70的第一锁相环RFPLL1，包含由所述鉴频鉴相器71、集成的电荷泵721及环路滤波器722、第一压控振荡器741、第一隔离放大器751、所述反馈分频器76的第一分频模块761连接形成的反馈回路。

其中，所述鉴频鉴相器71将外部输入的一个标准时钟的参考频率f_ref与所述第一分频模块761反馈回来的第一本振频率F_LO1进行比较后，控制所述电荷泵721对环路滤波器722进行充电或放电；所述环路滤波器722将比较结果的逻辑信号转化为直流电压信号，驱动所述第一压控振荡器741对其输出的第一本振频率F_LO1进行调整；该第一本振频率F_LO1经由所述第一隔离放大器751、所述反馈分频器76的第一分频模块761后反馈至所述鉴频鉴相器71。当反馈的第一本振频率F_LO1和参考频率f_ref相等的时候，所述第一锁相环RFPLL1的环路锁定；此时，第一压控振荡器741所输出的第一本振频率F_LO1就是参考频率f_ref 的N1倍（N1为第一分频模块761中设定的分频比）。该第一本振频率F_LO1经由第一隔离放大器751输出到所述双通道多模射频接收机的第一信号通道的混频器30。

所述频率综合器70的第二锁相环RFPLL2，包含由所述鉴频鉴相器71、集成的电荷泵721及环路滤波器722、第二压控振荡器742、第二隔离放大器752、所述反馈分频器76的第二分频模块762连接形成的另一反馈回路，其工作过程与上述第一锁相环RFPLL1的类似，不再赘述。根据所述反馈分频器76的第二分频模块762设定的分频比N2，在所述第二锁相环RFPLL2的环路锁定时，其向所述双通道多模射频接收机的第二信号通道的混频器30’输出一第二本振频率F_LO2；该第二本振频率F_LO2是参考频率f_ref 的N2倍。

配合参见图4、图5所示，在第一、第二锁相环向其各自的目标频率逐次逼近的过程中，所述频率综合器70通过设置与环路滤波器722和反馈分频器76分别连接的一信道开关SW，按标准时钟的参考频率f_ref或更小的分频频率，控制第一、第二锁相环切换工作。若信道开关SW控制所述环路滤波器722的滤波参数LPF1与第一分频模块761对应开启；即此时，所述第一锁相环RFPLL1开启进行正常锁相环的锁定运作，第二锁相环RFPLL2被关闭，而其滤波参数LPF2及第二分频模块762部分呈现高阻并且不再消耗电流。反之，所述信道开关SW也可以控制所述第二锁相环RFPLL2开启，第一锁相环RFPLL1关闭。因此，相比现有技术中两个独立的锁相环始终不停地工作的传统方式，本发明的两个锁相环不同时工作，没有不必要的功耗消耗。

由于所述环路滤波器722能在几个微秒或更长的时间里，保持其输出给第一或第二压控振荡器741、742的直流电压恒定，此时对应输出的第一或第二本振频率也能保持稳定；因此，可以控制所述第一、第二锁相环各自在半个时钟周期内进行其本振频率的调整，并向其各自的目标频率逐次逼近。

需要注意的是，因为所述信道开关SW不断地在两个锁相环中作切换，由此而产生的直流信号毛刺会造成压控振荡器的杂波，并分布在本振信号频率的左右两边。因此为了减少这些杂波，所述信道开关SW的切换频率应大大高于所述环路滤波器722的带宽。

例如图5中所示，在每个时钟周期的高电平时，第一锁相环RFPLL1进行频率调整，使其第一本振频率F_LO1向目标频率逐次逼近；此时，第二锁相环RFPLL2的频率调整暂停，所述环路滤波器722被切换至所述第二锁相环RFPLL2，以使其第二本振频率F_LO2能暂时锁定，而保持其在时钟上升沿时的数值不变。之后，在该时钟周期的低电平时，该第一锁相环RFPLL1的频率调整暂停，同时，所述环路滤波器722被切换至所述第一锁相环RFPLL1，使其第一本振频率F_LO1暂时锁定并保持在时钟下降沿时的数值；此时，所述第二锁相环RFPLL2的第二本振频率F_LO2，在之前调整的基础上进一步向其目标频率逐次逼近，直至在后一时钟周期的高电平时再次被暂停和保持。

所述第一、第二锁相环间隔在高电平或低电平中进行其本振频率的调整和保持的过程；分别经过若干周期后，所述第一、第二锁相环的本振频率锁定在其各自的目标频率。在所述第一、第二锁相环各自锁定之后，虽然控制所述环路滤波器722的所述信道开关SW仍然在第一、第二锁相环中切换，但此时对应向两个所述混频器30、30’输出的第一、第二本振频率，其幅度和相位都不会产生可察觉的变化。

所述双通道多模射频接收机的第一、第二信号通道的工作过程类似，以下以第一信号通道为例。根据所述频率综合器70输出的第一本振频率F_LO1，对由所述天线10接收并通过前端的低噪声放大器20放大的RF射频信号，在所述混频器30中进行RF射频到IF中频的变频转换。之后，所述IF中频信号被输入至中频滤波器40进行信道选择，并过滤出在带宽内需要被调制的中频信号；再经过可调增益放大器50放大后，提供适度的信号强度给模数转换器60，将中频的模拟信号转换成数字信号；最后这些数字信号被输出至数字基带做后续的信号处理。与此同时，所述第二信号通道可以根据所述频率综合器70输出的第二本振频率F_LO2，对另一路RF射频信号独立进行接收及后续相关处理。

综上所述，本发明在同一个频率综合器70中，充分共用了鉴频鉴相器71、电荷泵721、环路滤波器722、反馈分频器76的大部分电路等若干子模块，并通过同一个信道开关SW，控制第一、第二锁相环切换导通，进行其各自的编程设置或实现间隔工作。

优选的，所述信道开关SW的切换频率大大高于所述环路滤波器722的带宽，以减少频繁切换产生的信号杂波。本发明还进一步地使电荷泵721与环路滤波器722集成设置在同一个芯片中，简化了电路设计，省掉了一套所述共用的子模块所占的芯片面积及其直流电流功耗。

因此，由本发明所述频率综合器70构成的双通道多模射频接收机，其芯片面积更小，电流功耗更低，子模块间的相互干扰也能有效降低；与此同时，由第一、第二锁相环提供两个独立的本振频率信号，并分别输出至两路信号通道中对应连接的混频器，使双通道多模射频接收机中该两路信号通道能够独立运作，实现对例如不同通讯标准或同一通讯标准下不同频率段的两组射频信号的接收处理。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于：

所述频率综合器（70）包含第一锁相环及第二锁相环，其与所述双通道多模射频接收机中独立接收两路射频信号的两个信号通道对应连接；

所述频率综合器（70）包含由所述第一、第二锁相环共用的鉴频鉴相器（71）、电荷泵（721）、环路滤波器（722）及反馈分频器（76），以及所述第一、第二锁相环各自设置的第一、第二压控振荡器（741、742）和第一、第二隔离放大器（751、752）；

所述反馈分频器（76）包含为所述第一、第二锁相环对应设置分频比的第一分频模块（761）、第二分频模块（762），以及共用分频模块；

所述第一锁相环是一反馈回路，其进一步包含依次连接的所述鉴频鉴相器（71）、电荷泵（721）、环路滤波器（722）、第一压控振荡器（741）、第一隔离放大器（751）、反馈分频器（76）的第一分频模块（761），所述反馈分频器（76）的共用分频模块还连接至所述鉴频鉴相器（71）；

所述第二锁相环是另一反馈回路，其进一步包含依次连接的所述鉴频鉴相器（71）、电荷泵（721）、环路滤波器（722）、第二压控振荡器（742）、第二隔离放大器（752）、反馈分频器（76）的第二分频模块（762），所述反馈分频器（76）的共用分频模块还连接至所述鉴频鉴相器（71）。

2.权利要求1所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

所述鉴频鉴相器（71）还与外部输入的标准时钟的参考频率f_ref连接；所述第一、第二隔离放大器（751、752）与所述第一、第二信号通道各自设置的混频器连接；所述第一、第二锁相环根据各自设置的分频比，得到锁定为参考频率f_ref若干倍频的第一、第二本振频率，并向所述两个混频器对应输出。

3.权利要求2所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

所述电荷泵（721）和环路滤波器（722）集成设置在同一个芯片中。

4.权利要求2所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

在所述环路滤波器（722）中设置有两组滤波参数，其各自对所述第一、第二锁相环的滤波处理进行控制。

5.权利要求2或3或4所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，所述频率综合器（70）还设置有信道开关，其控制所述第一、第二锁相环切换导通，来进行其各自的参数设置和间隔工作；

所述第一、第二锁相环在间隔工作时，其中一个锁相环在进行其本振频率向目标频率的逐次逼近时，另一个锁相环在所述环路滤波器（722）控制下对其本振频率的数值进行暂时锁定。

6.权利要求5所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

所述信道开关与所述环路滤波器（722）、所述反馈分频器（76）分别连接，控制所述环路滤波器（722）两组滤波参数中的一组，与所述反馈分频器（76）中的第一或第二分频模块（761、762）对应开启，从而使所述第一、第二锁相环中对应的一个锁相环开启，另一个锁相环被关闭，且被关闭锁相环的滤波参数及分频模块呈高阻。

7.权利要求6所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

所述信道开关的切换频率是所述标准时钟的参考频率f_ref，或者是所述参考频率f_ref的分频频率。

8.权利要求7所述用于双通道多模射频接收机的频率综合器，其特征在于，

所述信道开关的切换频率远高于所述环路滤波器（722）的带宽。