CN102457240A - 使用相同频带的不同标准共享rf前端路径中的增益控制 - Google Patents

使用相同频带的不同标准共享rf前端路径中的增益控制 Download PDF

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CN102457240A CN2011103296051A CN201110329605A CN102457240A CN 102457240 A CN102457240 A CN 102457240A CN 2011103296051 A CN2011103296051 A CN 2011103296051A CN 201110329605 A CN201110329605 A CN 201110329605A CN 102457240 A CN102457240 A CN 102457240A
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Abstract

本发明的实施方式涉及针对使用相同频带的不同标准的共享RF前端路径中的增益控制。并且更具体地，所公开的是射频(RF)通信电路，其具有用于接收RF信号的输入并根据该输入提供独立增益控制的信号路径。在第一信号路径中，该信号由恒定增益来放大。在第二信号路径中，该信号由恒定增益以及由可变增益放大器来放大。

Description

使用相同频带的不同标准共享RF前端路径中的增益控制
相关申请的交叉引用
本公开内容要求2010年10月21日递交的美国临时专利申请No.61/405,570的优先权，为了所有目的而在此将其内容整体并入以供参考。
技术领域
本公开内容涉及射频(RF)电路，更具体而言涉及用于在RF电路中使用的增益控制电路。
背景技术
除非在此明确指出，本部分中描述的方案对于本申请的权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认其为现有技术。
两个流行的无线标准，Wi-FiTM和BluetoothTM，在便携式通信设备之中是普遍的。无线标准通常在逐片的基础上实现。例如，可开发片上系统(SOC)解决方案以处理基于IEEE 802.11标准(也称为无线局域网，WLAN)的Wi-FiTM射频(RF)信号。独立且不同的SOC片解决方案将被提供以处理基于爱立信开发的专有开放标准的BluetoothTM RF信号。
随着对用户和设备之间进行通信的期望不断增加，对于在同一设备中要提供Wi-FiTM和BluetoothTM技术的需求也在不断上升。另一方面，在智能电话、平板电脑以及其他此类便携式通信设备中对于增加的功能(包括对于多个无线标准的支持)的需求，要求不断增加的片上集成水平以减少组件数量，从而保持可接受的设备“占用面积”(footprint)尺寸并减少整体功耗。
发明内容
根据本公开内容的实施方式，一种电路包括具有恒定增益放大电路的输入电路。可变增益放大电路连接到恒定增益放大电路以根据恒定增益放大电路的输出信号产生经放大的信号。第一处理电路包括第一射频电路，其被配置为接收来自可变增益放大电路的经放大的信号。第二处理电路包括第二射频电路，其被配置为接收来自恒定增益放大电路的输出信号。恒定增益放大电路的增益可以被设置为避免裁剪(clip)所接收射频信号。
在一些实施方式中，第一处理电路进一步包括可变增益放大电路。第二处理电路进一步包括可变增益放大电路。
根据所公开的实施方式，第一射频电路被配置为处理根据第一标准的信号，并且第二射频电路被配置为处理根据第二标准的信号，其中第二标准不同于第一标准。在一些实施方式中，第一标准所定义的频率范围与第二标准所定义的频率范围重叠。
在一些实施方式中，电路包括第一信号路径，其具有恒定增益放大器但不具有可变增益放大器。第一RF信号处理电路连接到第一信号路径。第二信号路径包括第一信号路径和可变增益放大器，可变增益放大器具有接收恒定增益放大器的输出的输入。第二RF信号处理电路连接到第二信号路径。在不影响第一信号路径中的增益的情况下可以执行第二信号路径中的增益控制。
在一些实施方式中，第一RF信号处理电路被配置为处理根据BluetoothTM标准定义的RF信号。第二RF信号处理电路被配置为处理根据Wi-FiTM标准定义的RF信号。
附图说明
图1是根据本公开内容的RF通信电路的方框图。
图2是RF通信电路的方框图，其示出了恒定增益放大电路中的附加细节。
图2A和图2B是RF通信电路的方框图，其示出了RF电路中的附加细节。
图3和图4示出了图1中示出的增益控制元件的实施方式。
图5是根据本公开内容的差分RF通信电路的方框图。
图6和图7示出了图5中示出的增益控制电路的差分实现。
图8A和图8B图示了根据本发明的原理、由RF通信电路提供的独立信号路径。
图9图示了根据本公开内容的附加RF信号处理电路的并入。
具体实施方式
在以下描述中，为了说明的目的，对多个示例和特别的细节进行了阐述以便提供对本公开内容的彻底理解。然而，很显然，对于本领域技术人员而言，如权利要求书所定义的本公开内容可以单独地或者与下面描述的其他特征相结合地包括这些示例中的一些特征或者所有特征，并且可以进一步包括在此描述的特征和概念的修改和等效物。在此所使用的RF信号将被理解为是指优选范围在3Hz到300GHz之间的电磁辐射，但是也同样可以位于其他范围中。
参见图1，示出根据本公开内容的实施方式的射频(RF)通信电路100的前端模块。在一些实施方式中，RF通信电路100可以被配置为片上系统(SOC)设备。在其他实施方式中，RF通信电路100可以采用其他设计方法。互补金属氧化物半导体(CMOS)处理技术可以用来制作电路。然而，应当理解：可以使用其他处理技术。
如图1所示，在一些实施方式中，RF通信电路100包括输入电路102，其具有连接到输入端子104的输入。天线10接收到的RF信号馈送到输入电路102中。在一个实施方式中，天线10接收到的RF信号RX被馈送到适当的RF开关12，其继而经由输入端子104馈送到输入电路102中。
根据本发明的原理，输入电路102包括理想增益为K、并且具有一定容限范围为±N的恒定增益放大电路102a。在一些实施方式中，恒定增益放大电路102a的增益因子K为低，以避免裁剪接收信号RX。例如，增益因子K可以为1(单位增益)，但是也可以为任何适当的值。特定的增益因子将依赖于期望的信号强度、系统噪声规格、线性要求等等。
在一些实施方式中，恒定增益放大电路102a的输出连接到公共点(节点)106。节点106的输出连接到可变增益放大器108的输入。可变增益放大器108的输出连接到RF信号处理电路122的输入。
在一个实施方式中，可变增益放大器108包括增益控制元件112，增益控制元件112在公共点(节点)116处耦合到负载114。在节点116处通过负载114的电压可以用作可变增益放大器108的输出，并且可以连接到RF信号处理电路122的输入。增益控制元件112连接到节点106，以接收来自输入电路102的恒定增益放大电路102a的输出信号作为输入。增益控制信号馈送到增益控制元件112以调节其增益设定。在一个实施方式中，增益控制信号可以是n位控制字，提供2n个增益设定。
在一个实施方式中，RF信号处理电路122可以包括处理接收到的Wi-FiTM RF信号的Wi-FiTM接收机。接收到的Wi-FiTM信号继而可以在下游由适当电路(未示出)进一步处理。RF信号处理电路122可以包括生成Wi-FiTM信号以供传输的电路。输出132可以将Wi-FiTM信号馈送到开关12中以由天线10进行传输。
根据本发明的原理，恒定增益放大电路102a的输出经由节点106连接到另一RF信号处理电路124的输入。在一个实施方式中，RF信号处理电路124可以包括处理接收到的BluetoothTM RF信号的BluetoothTM RF接收机。接收到的BluetoothTM信号继而可以在下游由适当电路(未示出)进一步处理。RF信号处理电路124可以包括生成BluetoothTM信号以供传输的电路。输出134可以将BluetoothTM信号馈送到开关12中以由天线10进行传输。
参见图2，根据本发明的原理，输入电路102包括恒定增益放大电路102a。应当理解，恒定增益放大电路102a可以包括具有恒定增益的任何适当的放大器设计。例如，恒定增益放大电路102a可以是低噪声跨导级。
图2示出了跨导级102a的示例，其采用熟知的电感降级(inductively degenerated)低噪声放大器(LNA)设计，包括晶体管器件和电感元件。跨导级102a的增益是恒定的并且可以通过针对晶体管器件和电感元件选择适当的设计参数来设置。接收信号RX的电压电平用作到跨导级102a的输入信号，并且通过晶体管器件的结果电流用作跨导级的输出。
参见图2A，在一些实施方式中，输入电路102可以包括匹配网络，包括提供天线10的阻抗匹配的一个或多个匹配电路102b和102c。是否需要匹配网络将依赖于具体的实现，并且对于匹配电路102b和102c的具体设计也将依赖于具体的实现。在一些实施方式中，匹配电路102b和102c可以是“片下”的，其也即是说：该电路组件与包含RF通信电路100的IC片是分离的。在其他实施方式中，匹配网络可以是“片上”的(如图2A中所示)，其也即是说：在同一IC片上制造该电路组件。在其他实施方式中，匹配网络可以部分地是片下的并且部分地是片上的。
返回到图2，在一些实施方式中，RF信号处理电路122可以包括附加可变增益放大器。例如，在图2中示出的实施方式中，RF信号处理电路122包括可变增益放大器122a，该可变增益放大器122a被连接以接收来自可变增益放大器108的输出。可变增益放大器122a的输出馈送到RF接收机122b；例如，如图中所示，RF接收机122b可以是Wi-FiTM接收机。可变增益放大器122a可以在接收信号RX的增益上提供附加控制。图2中示出的可变增益放大器122a输出单端信号。参考图2B，在一些实施方式中，可变增益放大器122a改为可以输出差分信号。然而，应当理解，可变增益放大器122a可以是任何适当的设计。
RF信号处理电路124可以包括可变增益放大器。在图2中示出的实施方式中，RF信号处理电路124可以包括可变增益放大器124a，该可变增益放大器124a被连接以接收来自输入电路102的恒定增益放大电路102a的输出。可变增益放大器124a的输出馈送到RF接收机124b；例如，BluetoothTM RF接收机。由于传入信号仅仅受到恒定增益放大电路102a的恒定(并且低)增益，因此可变增益放大器124a可以在信号的增益上提供控制。图2中示出的可变增益放大器124a输出单端信号。参考图2B，在一些实施方式中，可变增益放大器124a改为可以输出差分信号。然而，应当理解，可变增益放大器124a可以是任何适当的设计。
可变增益放大器108可以用多种方法来实现。参见图3，在一些实施方式中，可变增益放大器108可以采用公知的共源共栅设计。可以通过对包括增益控制元件112的晶体管选择性地进行偏置来达到增益控制。可以通过控制流过负载114的电流量来控制节点116处的电压电平(并因此控制增益)。负载114可以是任何适当的元件，例如电阻。节点116处的电压继而可以耦合到RF信号处理电路122(例如，Wi-FiTM RF电路)。通过对包括增益控制元件112的晶体管进行偏置，可以控制通过负载114的电流并因此控制节点116处的电压。
参见图4，在一些实施方式中，增益控制元件112可以包括可编程电阻402以对负载114进行电阻性地加载(resistively load)。图4示出了可编程电阻402的逻辑表示。不同电阻元件Rn-R1或者电阻元件的组合可以用来改变负载114上的加载。节点116上的电压将根据总负载而改变。可编程电阻设计是共知的，并且可以使用任何适当的设计。
在一些实施方式中，根据本发明原理的RF通信电路可以采用前端模块的差分实现。参见图5，RF通信电路500的差分前端模块可以包括输入电路502，输入电路502包括差分恒定增益放大电路502a。例如，差分恒定增益放大电路502a可以是差分跨导，但是可以是任何适当的具有恒定增益的差分放大器。输入电路502可以包括适当的匹配网络502b。差分恒定增益放大电路502a的差分输出连接到公共点(节点)506a和506b。节点506a和506b用作到RF信号处理电路(例如BluetoothTM接收机)中的差分输入。
输入电路502可以包括包含适当匹配网络的块502b。依赖于匹配网络的设计及其组件的尺寸，匹配网络可以是片下或片上的。匹配网络的一些部分可以是片上的，并且一些部分是片下的，等等。块502b还可以包括到差分转换器的单端，以便将来自天线10的接收信号RX转换成适当的差分信号。
节点506a和506b还用作到差分可变增益放大器508中的差分输入，该差分可变增益放大器508包括差分增益控制电路512和差分负载514。在一个实施方式中，差分增益控制元件512包括差分共源共栅，诸如图6中所示。在一个实施方式中，差分增益控制元件512包括差分电阻网络，诸如图7中所示。
差分可变增益放大器508的差分输出连接到公共点(节点)516a和516b。节点516a和516b用作到RF信号处理电路(例如，Wi-FiTMRF接收机)中的差分输入。
根据本公开内容的RF通信电路100可以有利用于同时地接收符合Wi-FiTM标准的RF信号和符合BluetoothTM标准的RF信号。Wi-FiTM标准基于用于实现无线局域网(WLAN)计算机通信的标准集合的IEEE 802.11。BluetoothTM标准是电信公司爱立信创建的专有无线技术标准。两个标准都定义了在基本上相同的频带(大约2.4-2.5GHz)中的RF信号。因此，可以共享诸如天线10、开关12等等之类的片下RF组件。还可以共享在包含RF通信电路100的片上(例如，SOC器件)的RF输入衬垫。
诸如Wi-FiTM或BluetoothTM之类接收信号的强度可以在一个宽广的范围上变化。当信号强度为低时，可能期望在将信号馈送到信号处理电路(例如，接收机电路)中之前对信号进行放大，以便将接收信号的信噪比(SNR)最大化。反过来，当信号强度为高时，可能期望在将信号馈送到信号处理电路中之前降低放大量，以避免裁剪信号从而避免失真。能够改变信号增益因此能增强信号处理电路的动态范围。
然而，符合Wi-FiTM的RF信号的强度可以与BluetoothTM信号无关地改变。因此，如果在存在强BluetoothTM信号时为了拉拽弱Wi-FiTM信号而提高增益，那么BluetoothTM信号可能被裁剪，反之亦然。
参见图8A和图8B，根据本发明原理的RF通信电路100的操作提供了针对接收RF信号的两条信号路径。图8A突出显示了第一信号路径，其将天线10接收到的RF信号馈送到RF信号处理电路124中。由天线10接收到的RF信号被恒定增益放大电路102a放大。来自恒定增益放大电路102a的输出信号馈送到RF信号处理电路124。图8B突出显示了第二信号路径，其将来自恒定增益放大电路102a的相同输出信号馈送到可变增益放大器108。来自可变增益放大器108的输出信号继而馈送到RF信号处理电路122。
参考图8B，在一个实施方式中，RF信号处理电路122包括Wi-FiTMRF电路。通过控制可变增益放大器108的增益控制信号，可以沿着第二信号路径执行自动增益控制。信号增益可以依赖于RF信号处理电路122对接收信号的处理而变化。如图8A中所示，在被可变增益放大器电路108放大之前，接收信号可以在节点106处被分支，并馈送到诸如BluetoothTM RF电路之类的RF信号处理电路124。
可以理解，第一信号路径和第二信号路径构成独立增益控制的路径。第一信号路径由恒定增益放大电路102a的恒定增益K进行增益控制，而第二信号路径由恒定增益K和可变增益放大器108进行增益控制。因此，恒定增益放大电路102a的增益K可以基于两个信号中的较强信号的期望信号强度。由增益K放大接收信号将确保：在将较强信号馈送到RF信号处理电路124时不会将较强信号裁剪。两个信号中的较弱信号在被馈送到RF信号处理电路122之前可以被可变增益放大器108进一步放大(例如，以改善SNR)。此外，恒定增益放大电路102a担当RF通信电路100的电路元件和外部RF组件之间的缓冲器，该外部RF组件诸如由于在RF通信电路中出现的任何寄生感应而受到不利影响的天线之类。
参见图9，在一些实施方式中，可以提供附加RF信号处理电路以处理其中涉及两个以上RF信号标准的情形。该图示出了可以在节点106分支的附加RF信号处理单元902。注意：恒定增益放大电路102a可以要求阻抗匹配以覆盖多个RF信号标准的所有频带。
正如在这里在说明书中所使用的那样并且贯穿随后的整个权利要求书，除非上下文明确指出，否则“一个”包括复数引用。而且，正如在这里在说明书中所使用的那样并且贯穿随后的整个权利要求书，除非上下文明确指出，否则“在……中”的含义包括“在……中”以及“在……上”。
以上描述说明了本公开内容的各个实施方式以及可以如何实现所公开内容的实施方式。以上示例和实施方式不应被认为是唯一的实施方式，其被呈现以说明由随后的权利要求书所定义的本发明各个方面的灵活性和优势。基于以上公开内容和随后的权利要求书，其他的布置、实施方式、实现和等效物对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且可以在不偏离权利要求书的精神和范围的情况下被采用。

Claims (20)

1.一种电路，包括：
输入电路，所述输入电路包括第一放大电路，所述输入电路被配置为接收来自天线的接收射频信号，并根据所述接收射频信号产生输出信号；
第二放大电路，所述第二放大电路连接到所述第一放大电路并被配置为根据所述第一放大电路的所述输出信号产生经放大的信号；
包括第一射频电路的第一处理电路，所述第一处理电路被配置为接收来自所述第二放大电路的所述经放大的信号；以及
包括第二射频电路的第二处理电路，所述第二处理电路被配置为接收来自所述第一放大电路的所述输出信号。
2.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一放大电路是恒定增益电路，并且所述第二放大电路是可变增益电路。
3.如权利要求2所述的电路，其中，所述恒定增益电路具有基本上恒定的增益。
4.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一处理电路进一步包括附加放大电路，并且所述第二处理电路进一步包括附加放大电路。
5.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一放大电路的增益被设置为避免裁剪所述接收射频信号。
6.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一射频电路被配置为处理根据第一标准的所述经放大的信号，并且所述第二设备电路被配置为处理根据第二标准的所述经放大的信号，其中所述第二标准不同于所述第一标准。
7.如权利要求1所述的电路，其中，所述第一标准所定义的频率范围与所述第二标准所定义的频率范围重叠。
8.如权利要求1所述的电路，其中，所述输入电路进一步包括连接到所述第一放大电路的匹配电路，所述匹配电路被配置为接收来自所述天线的所述接收射频信号。
9.如权利要求1所述的电路，进一步包括：第三处理电路，其被配置为接收来自所述第一放大电路的所述输出信号。
10.一种电路，包括：
第一信号路径，其包括恒定增益放大器，所述恒定增益放大器具有接收射频(RF)信号的输入，所述第一信号路径不具有可变增益放大器；
连接到所述第一信号路径的第一RF信号处理电路；
第二信号路径，其包括所述第一信号路径和可变增益放大器，所述可变增益放大器具有接收所述恒定增益放大器的输出的输入；
连接到所述第二信号路径的第二RF信号处理电路；
其中，在不影响所述第一信号路径中的增益的情况下执行所述第二信号路径中的增益控制。
11.如权利要求10所述的电路，其中，所述恒定增益放大器具有基本上恒定的增益。
12.如权利要求10所述的电路，其中，所述第一RF信号处理电路包括第二可变增益放大器，并且所述第二RF信号处理电路包括第三可变增益放大器。
13.如权利要求10所述的电路，其中，所述第一RF信号处理电路被配置为处理根据第一RF标准定义的RF信号，并且所述第二RF信号处理电路被配置为处理根据第二RF标准定义的RF信号，其中所述第二RF标准不同于所述第一RF标准。
14.如权利要求10所述的电路，其中，所述第一RF标准是BluetoothTM标准，并且所述第二RF标准是Wi-FiTM标准。
15.一种电路，包括：
与天线连接以基于天线连接处的输入信号接收变化的电压电平的恒定增益放大电路；
与所述恒定增益放大电路的输出连接的第一可变增益放大电路；
与所述第一可变增益放大电路的输出连接的第一射频电路；
与所述恒定增益放大电路的所述输出连接的第二可变增益放大电路；以及
与所述第二可变增益放大电路的输出连接的第二射频电路；
其中，所述第一射频电路接收到的射频信号的频带与所述第二射频电路接收到的射频信号的频带重叠。
16.如权利要求15所述的电路，其中，所述恒定增益放大电路是跨导级。
17.如权利要求15所述的电路，其中，所述第一射频电路包括对所述第一可变增益放大器的输出提供可变增益放大的第三可变增益放大器。
18.如权利要求15所述的电路，其中，所述第一射频电路被配置为使用所述天线发送第一发送信号，并且所述第二射频电路被配置为使用所述天线发送第二发送信号。
19.如权利要求15所述的电路，进一步包括匹配网络和输出，所述匹配网络被连接以接收所述天线输入处的所述输入信号，并且所述输出被连接到所述恒定增益放大电路。
20.如权利要求15所述的电路，进一步包括连接到所述恒定增益放大电路的所述输出的至少一个第三射频电路。
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