CN102420630B - 自测试收发器及其自测试的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自测试收发器，包括接收器、以及包含功率放大器和多个发射器前置功率放大器级的发射器。配置所述发射器前置功率放大器级以产生所述收发器的接收频率的通讯信号，配置所述接收器以处理所述收发器发射频率的另一通讯信号，从而实现收发器的自测试。一种用于收发器自测试的方法，包括，所述收发器的发射器产生该收发器发射频率的第一通讯信号，所述收发器的接收器处理该第一通讯信号，所述发射器产生该收发器接收频率的第二通讯信号，所述接收器处理该第二通讯信号。通过上述产生和处理第一和第二通讯信号实现收发器的自测试。

Description

自测试收发器及其自测试的方法
技术领域
本发明涉及电子电路和系统，更具体地说，涉及一种通讯电路及系统。
背景技术
收发器通常用于通信系统中，例如，蜂窝电话或其他移动通信，它支持以射频射频(RF)方式通过普通的天线传输和接收通信信号。在预定的射频接收频率范围，作为收发器的一部分的传统接收器通常利用几个级来放大和处理接收到信号。例如在接收器“前端”，低噪声放大器(LNA)提升(boost)该接收信号，随后将所述接收信号通过混频级从射频到基带下变频。在传统的接收器设计中，在接收器的“后端”，基带信号由具有高额外增益控制的高阶低通滤波器(LPF)过滤。此外，在此类传统的收发器中，发射器通常采用开环设计的几个处理级实现调节(condition)和前端放大发射信号，并随后将所述发射信号传输到功率放大器(PA)。
由于对体积更小，功能更强，价格更便宜的移动通信设备的消费需求不断增加，人们不断寻找使收发器的生产成本更低，效率更高的方法。传统上，这些方法主要集中于提高电路的集成度和其他减少用于表征收发器系统中发射器和/或接收器的物理可测度的途径。然而，除了布局和体积因素，收发器制造成本的另一个来源是使用常规方法进行系统的检测和校准。
例如，传统的收发器出厂检验和校准，也就是所述收发器中发射器和接收器子系统的出厂检验和校准，消耗时间，并且需要专用的外部测试设备。另外，由于实施工厂检测和校准的资源要求在很大程度与制造收发器要使用的技术节点无关，测试时间和测试仪器的使用效率通常不能够满足体积的不断减小的需求，使得传统生产检验和校准日益显著的限制了生产成本效益。
因此，有必要提供一种适合移动设备收发器的自测试收发结构，以克服现有技术的弊端和缺陷。
发明内容
本发明公开了一种自测试收发器装置及相关方法，它们大体结合至少一个图进行展示和/或描述，并在权利要求中更加完整的阐明。
根据本发明的一个方面，
一种自测试收发器，包括：
接收器；
包括功率放大器(PA)和多个发射器前置功率放大器级(pre-PA stage)的发射器；
所述多个发射器前置功率放大器级配置为产生所述收发器频率的通讯信号，所述接收器配置为处理所述收发器发射频率的另一通讯信号，从而实现收发器的自测试。
优选地，其中所述接收器为紧凑的、低功率的接收器，具有产生前端增益的前端和产生后端增益的后端，所述前端包括：
跨导放大器，产生数字增益控制和输出放大的接收信号；
混频器，从所述放大的接收信号生成下变频信号；
转移阻抗放大器，为放大所述下变频信号提供增益控制，以产生前端输出信号；
其中所述前端增益远大于所述后端增益。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级为闭环结构。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级配置为提供数字前置放大增益控制。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级包括功率放大驱动，配置用于提供至少约80分贝的数字前置放大增益控制。
优选地，所述接收器和所述多个发射器前置功率放大器级为单一的半导体芯片上制成的集成电路。
优选地，所述自测试收发器包括射频收发器。
优选地，所述自测试收发器是配置为支持多个通信模式的多模式收发器。
优选地，所述自测试收发器为移动通信设备的一部分。
据本发明的另一个方面，一种用于收发器自测试的方法，所述方法包括以下步骤：
通过所述收发器的发射器以该收发器的发射频率产生第一通讯信号；
通过所述收发器的接收器处理所述第一通讯信号；
通过所述发射器以该收发器的接收频率产生第二通讯信号；和
通过所述接收器处理第二通讯信号；
通过所述第一和第二通讯信号的产生和处理进行所述收发器的自测试。
优选地，其中所述接收器为紧凑的、低功率的接收器，具有产生前端增益的前端和产生后端增益的后端，所述前端包括：
跨导放大器，产生数字增益控制和输出放大的接收信号；
混频器，从所述放大的接收信号生成下变频信号；
转移阻抗放大器，为放大所述下变频信号提供增益控制，以产生前端输出信号；
其中所述前端增益远大于所述后端增益。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级为闭环结构。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级配置为提供数字前置放大增益控制。
优选地，所述多个发射器前置功率放大器级包括功率放大驱动，配置用于提供至少约80分贝的数字前置放大增益控制。
优选地，所述接收器和所述多个发射器前置功率放大器级为单一的半导体芯片上制成的集成电路。
优选地，所述自测试收发器包括射频收发器。
优选地，所述自测试收发器是配置为支持多个通信模式的多模式收发器。
优选地，所述自测试收发器为移动通信设备的一部分。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是据本发明一个实施例的自测试收发器的框图。
图2是根据本发明一个实施例的适配于实现图1所示的自测试收发器的、紧凑的、低功耗的接收器结构框图。
图3是依据本发明一个实施例的适合实现于图1所示自测试收发器100中的，能够高效数字前置放大增益控制的发射器前置功率放大器级3200的框图。
图4是根据本发明的一个实施例的配置为自测试的收发器的方法流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种自测试收发器装置及其相关方法。虽然本发明是就特定的一些实施例进行描述，但是，由权利要求所限定的本发明的原理，显然可以在超出本发明特定实施例的描述外应用。另外，为了突出本发明的创造性方面，在描述本发明时忽略了具体细节。这些被忽略的细节在本领域技术人员的知识范围之内。
本申请书中的附图及相关的详细描述只是本发明的典型实施例。为了保持行文简洁，采用本发明原理的其他实施例没有在本申请书中具体描述，也没有在本发明的附图中具体阐明。
图1是根据本发明一个实施例的自测试收发器的框图，能够克服现有技术的缺点和不足。参照图1所示，自测试收发器1000包括天线1002，收发器的输入/输出的路由开关1003a和1003b，双工器(duplexer)1004，发射/接收(T/R)开关1005，功率放大器(PA)1006和自测试收发器集成电路(IC)1010。如图1进一步所示，自测试收发器集成电路1010包括接收器1100，发射器前置功率放大器级1200，用于向接收器1100和发射器功率放大器前置级内部提供混频电路的本振发生器(LOGEN)1028(混频器没有在图1中示出)，和作为本振发生器1028的示范性电源的低压差线性稳压器(regulator)1029。虽然没有明确在图1中示出，发射器前置功率放大器级1200包括多个采用闭环结构实现的，配置用于提供精确、高效数字前置增益控制的发射链路处理级。
可以认为收发器100包括接收部分和发射部分，所述接收部分包括接收器1100，所述发射部分包括功率放大器1006和发射器前置功率放大器级1200。自测试收发器1000可以实施于(各种通讯设备)，例如，无线通信设备，移动电话，蓝牙设备设备，计算机，卫星机顶盒，射频收发器，个人数字助理(PDA)，或其他任何在现代电子产品中使用收发器的系统、装置、部件、模块。更具体的例子是自测试收发器1000在蜂窝电话或其他以射频方式通信的移动设备中的应用。例如在约0.8Ghz到约2.2GHz的频率范围通讯的移动设备中的应用。
参考图2，3和4，将更详细地解释自测试收发器的原理，在一个实施例中，本地振荡发生器1028可以配置用于扩大接收器1100和发射器前置功率放大器级1200内部的混频电路的各自范围，以使发射器前置功率放大器级1200产生自测试收发器1000接收频率的通信信号，并且使接收器1100处理自测试收发器1000的发射频率的通信信号。因此，通过双工器1004和发送/接收收开关1005的隔离而产生的优点，发射器前置功率放大器级1200可以用来测试接收器1100，而接收器1100可以用来测试发射器前置功率放大器级1200的操作，因此能够实现收发器的自测试.
现在回到图2，图2是根据本发明一个实施例的适配于图1所示的自测试收发器的紧凑的、低功耗接收器结构框图。图2中紧凑低功率的接收器2100相当于图1中的接收器1100。紧凑低功率的接收器2100包括接收器前端2120和接收器后端2130。正如图2所示，接收器前端2120包括含有用以产生数字增益控制的可调的跨导放大器2123的低噪声放大器2122，，分别与本地振荡发生器(例如图1中的LOGEN1028)产生的同相(I)和正交(Q)信号协同工作的混频器2124a和2124b，以及包括相应电流模式缓冲区2125a和2125b的转移阻抗放大器2126a和2126b。如图2所示，接收器后端2130包括二阶低通滤波器(2nd order低通滤波器)2132a和2132b、模数转换器2140a和2140b，数字处理器2150a和2150b，以执行各自I和Q信号的后端处理。
正如图2所显示的，本发明实施例的紧凑低功耗的接收器以前端增益的形式生成了全部增益中的主要部分。这就是说，接收器前端2120产生了全部接收增益中的50dB，而包括二阶LPFs2123a和2123b的接收器后端LPF级，产生相当小的增益贡献，例如，约15分贝。因此，紧凑的低功耗接收器2100前端产生的增益大约比其后端大两倍，甚至更多。
例如，通过利用包括可调节的跨导放大器2123的低噪声放大器2122提供的数字增益控制，再下变频接收信号，并通过包括各自的电流模式缓冲区的2125a和2125b的转移阻抗放大器2126a和2126b提供额外的增益控制，以放大所述下变频信号。与现有的接收器设计相比，图2中实施例增强了紧凑低功耗接收器2100的前端增益。紧凑低功率接收器产生的前端增益的增加减少了对本发明实施例后端增益的依赖。反过来，这降低了低通滤波器用于过滤接收器后端2130的噪声需要。因此，二阶低通滤波器2132a和2132b可以用于接收器后端2130。
与实施于图2中的显著不同的是，在传统接收器后端，所述基带信号通常采用更高阶数的低通滤波器过滤，如，四阶，五阶低通滤波器，在传统的接收器设计中，这些低通滤波器产生了全部增益控制的绝大部分。在这样传统的接收器中，例如，所述接收器提供的全部增益控制首要地由具有高阶低通滤波器的接收器后端产生，这些高阶LPF贡献增益的相当大比例。此外，由于对传统接收器设计中使用的高阶LPF施加的严格需求，这些特征通常需要消耗大量的电能和占用接收器的大部分面积。
随着通信技术向更小的设备尺寸和更低的能耗限制发展，代表性的像40纳米技术节点，使得相对较大、能耗较高的传统的接收器装置越来越不可取。通过减少对传统后端增益的依赖，本发明实施例能够实现既紧凑(例如需要更小的电路面积即可实现)又比传统设计更省电。因此，例如图1所示的一个实施例，紧凑低功率接收器1100，能够和发射器前置功率放大器级1200、本地振荡发生器1028和低压差线性稳压器1029整合在自测试收发器的集成电路1010上，该电路板可以使用40纳米处理工艺在单一的半导体钢模上生产。
参考图3，依据本发明一个实施例的适合在图1所示自测试收发器100中的能够高效数字前置放大增益控制的发射器前置功率放大器级3200的框图。图3中，发射器前置功率放大器级3200，与图1中的发射器前置功率放大器级1200一致，和所述上图的PA1006一起为自测试收发器发射器的一部分。
从图3可以看出，发射器前置功率放大器级3200和自测试发射器1000作为一个整体可用以支持多种传输模式和/或多种传输频率。例如，发射器前置功率放大器级3200可以用于支持约1.8GHz到约2.2GHz的高频段传输频率，也可以支持约0.8GHz到约1.1GHz的低频段传输。
如图3所示，发射器前置功率放大器级3200包括前端，所述前端包括分别将I和Q相输出信号传输到各自数字-模拟转换器3222a和3222b的数字模块3212。图3中进一步描述了发射器前置功率放大器级3200包括可调节的低通滤波器3224a和3224b。例如，为了同时支持高频段的频率信道和低频段的频率信道，发射器前置功率放大器级3200包括可实施于无源电路的各自的高频段混频器3226a和低频段混频器3226b。此外，发射器前置功率放大器级3200包括高频段可变增益控制功率驱动器3230a和低频段可变增益控制功率驱动器3230b，以提供输出到功率放大器的前置放大传输信号(功率放大器在图3中没有明确标出)。另外，图3还展示了发射器锁相环3227和本地振荡发生器3228，以及反馈校正级3240，所述反馈校正级3240包括峰值检波器3250和提供数字校准反馈到数字模块3212的模数转换器3290。虽然在图3中发射器锁相环3227和本地振荡发生器3228是成对的，但其目的是为了描述清晰，在实践中，单一的发射器3227和本地振荡发生器3228组合即可耦合到可变增益控制功率放大驱动3230a和3230b，并可以为各自的高频段和低频段混频器3226a和3226b所共享。此外，在一个实施例中，LOGEN 3228可能会进一步被接收器共享，如图1中的接收器1100，因此，可以将其看做和上述图中的LOGEN 1028相同。从图3中可以明显看出，发射器前置功率放大器级采用由反馈校正级3240到数字模块3212的反馈来表示的闭环结构，实现前置功率放大增益控制。而且，发射器前置功率放大器级3200能够提供数字增益控制，其中至少有大约80分贝的数字前置放大增益控制由每个可变增益控制的功率驱动器3230a和3230b提供.
如上所述，图3的实施例，能够支持多种通信方式。例如，在一个实施例中，包括发射器前置功率放大器级3200的自测试收发器能够支持W-CDMA模式，GSM模式，以及EDGE模式的通信。因此，作为自测试收发器(例如，图1中收发器1000)一部分的发射器前置功率放大器级可以3200可选择地配置为，支持多种通信模式，以提供语音频带和数据频带的通信。
因此，发射器前置功率放大器级3200和更普遍的自测试收发器1000，可配置为支持采用正交调制方案的通信模式以及采用极性调制方案的通信模式。例如，在图3中采用正交调制的传输模式可以通过各自的数模转换器、可调LPF、混频器组合3222ab、3224ab和3226ab连接数字模块3212的输出I和Q到可变增益控制驱动3230a和3230b的实线信号路径。类似地，采用极性调制方案的传输模式可通过发射器锁相环3227连接数字模块3212到可变增益控制功率驱动3230a和3230b的虚线信号路径。
需要指出的是，图3中的发射器前置功率放大器级信号路径由简单的线条表示，许多信号可以包括成对的差分信号。因此，例如输出到混合器3226a和3226的b数字模块3212的I和Q输出、混合器3226a和3226b和输出，以及通过TXPLL3227输出到可变增益控制功率放大驱动3230a和3230b的数字模块3212的输出，通过模数转换器3290反馈到数字模块3212的反馈校正信号，可包含差分信号。还要注意的是，可变增益控制功率驱动3230a和3230b的内部信号路径，可变增益控制功率驱动3230a和3230b产生的到反馈校正级3240的反馈信号，以及峰值探测器3250的3258a和3258b的输出都明确地表示为差分信号。
进步如图3所示，分别由数模转换器3222a和3222b和可调节的低通滤波器3224a和3224b提供的I和Q信号路径可以在高频和低频传输模式间共享。而且，数字模块3212，发射器锁相环3227，包括峰值探测器3250的反馈矫正级3240，模数转换器3290和功率放大器(图3没有示出)可以共用于各种传输模式和所有传输频带。因此，包括发射器前置功率放大器级3200的发射器的特点是具有节省空间的紧凑架构，能够很好的解决不断增长的向40纳米节点(例如，超越)工艺技术转变带来的低线度、低能耗的要求限制。
图1中自测试收发器的运行过程将在图4中进一步描述，该图为根据本发明一个实施例的用于实现收发器自测试的方法。对本领域一般技术人员而言熟知的具体细节和特点在流程图400中都省略了。例如，省略了本领域熟知的，包括一个或多个子步骤的或包括专用的设备或物质的步骤。尽管流程图400中步骤410到步骤440能充分描述本发明的一个实施例，但根据本发明的其他实施例可采用不同与流程图400的步骤，或增加、减少一些步骤。
流程图400的步骤410包括由所述收发器的发射器产生收发器发射频率的通讯信号。结合图3，可认为步骤410即是发射器前置功率放大器级3200提供的功能。例如，如上文所述，功率放大器前置级3200可产生频率范围约1.9GHz至约2.2GHz的高波段发射频率通讯信号，或产生频率范围约0.8GHz至约1.1GHz的低波段发射频率通讯信号。
继续图4中的步骤420，流程图400中的步骤420包括所述收发器的接收器处理步骤410中产生的发射频率的通信信号。结合图1，步骤420能够通过接收器1100和本地振荡发生器1028来实现。也就是说，结合图1和图2，本地振荡发生器1028传输到混频器2124a和2124b的信号波段，包括发射波段和接收波段，可以扩展，从而能够使紧凑的、低功率的接收器2100高效地处理信息，比如高效地接收步骤410中发射器前置功率放大器级产生的通讯信号。
转到图4的步骤430，流程图400中的步骤430包括由收发器发射器产生收发器接收频率的通讯信号。结合图3，和410一样，步骤430也能通过发射器前置功率放大器级3200实现。例如，在正交调制通讯模式的操作，本地振荡发生器3228传输到到混频器3226a和3226b的频率范围可以扩展，从而能够使发射器前置功率放大器级3200产生自测试收发器1000接收频率的通讯信号。
继续流程图400的步骤440，流程图400的步骤440包括收发器接收器处理步骤430中产生的接收频率通讯信号。结合图1，步骤440可以由接收器1100实现，可以理解为处理接收频率信号是其正常运行的一部分。自测试收发器1000通过执行步骤410至步骤440实现使用接收器1100测试包括发射器前置功率放大器级1200在内的发射器部分的运行，同样使用发射器前置功率放大器级1200来测试接收器1100的运行。换句话说，通过执行步骤410到步骤440来产生和处理通讯信号，可以实现收发器1000接收部分和发射部分的自测试。而且，因为收发器1000配置为自测试，减少了工厂测试和校正所需的时间和外部测试仪器的(对成本的)贡献。因此，与现有技术相比，降低了生产成本，提高了生产效率。
因此，实施配置用于处理收发器发射频率的通讯信号的接收器，本发明的实施例能够使这类收发器实现其发射器部分的自测试。进一步说，通过配置发射器产生收发器接收频率的通讯信号，本发明的实施例能够实现收发器自测试其接收部分的运行。因此，本发明提供的自测试收发器降低了工厂测试和校正的所需时间和外部仪器的成本贡献。因此可以所述系统的生产更高效、成本效益更好。
通过上面对本发明的描述，很明显在本发明的范围内可以采用各种技术实现本发明的原理。而且，尽管本发明对特定的实施例进行了具体的描述，但本领域的技术人员应理解在不脱离本发明精神和范围的情况下，可以对形式和细节进行改变。上文描述的实施例在任何方面都应理解为例证性的，而非限制性的。还应理解本发明不应局限于在此描述的特定实施例，在不脱离本发明的范围时，能够进行很多调整、修改和替代。

Claims (10)

1.一种自测试收发器，其特征在于，包括：
接收器，包括前端和后端，所述前端被配置为通过增加其前端增益来降低对所述接收器的后端增益的依赖，所述后端包括至少一个二阶低通滤波器；
包括功率放大器和多个发射器前置功率放大器级的发射器；
所述多个发射器前置功率放大器级配置为产生所述收发器的接收频率的通讯信号，所述接收器配置为处理所述收发器发射频率的另一通讯信号，从而实现收发器的自测试。
2.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，其中所述接收器为紧凑的、低功率的接收器，具有产生前端增益的前端，所述前端包括：
跨导放大器，产生数字增益控制和输出放大的接收信号；
混频器，从所述放大的接收信号生成下变频信号；
转移阻抗放大器，为放大所述下变频信号提供增益控制，以产生前端输出信号；
其中所述前端增益大于所述后端增益。
3.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述多个发射器前置功率放大器级为闭环结构。
4.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述多个发射器前置功率放大器级配置为提供数字前置放大增益控制。
5.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述多个发射器前置功率放大器级包括功率放大驱动，配置用于提供至少80分贝的数字前置放大增益控制。
6.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述接收器和所述多个发射器前置功率放大器级为单一的半导体芯片上制成的集成电路。
7.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述自测试收发器包括射频收发器。
8.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述自测试收发器是配置为支持多个通信模式的多模式收发器。
9.根据权利要求1所述的自测试收发器，其特征在于，所述自测试收发器为移动通信设备的一部分。
10.一种用于收发器自测试的方法，所述方法包括以下步骤：
通过所述收发器的发射器以该收发器的发射频率产生第一通讯信号；
通过所述收发器的接收器处理所述第一通讯信号，所述接收器包括至少一个二阶低通滤波器；
通过所述发射器以该收发器的接收频率产生第二通讯信号；和
通过所述接收器处理第二通讯信号；
通过所述第一和第二通讯信号的产生和处理进行所述收发器的自测试，
其中，所述接收器包括前端和后端，所述前端被配置为通过增加其前端增益来降低对所述接收器的后端增益的依赖。
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