CN102823161B

CN102823161B - 具有调制的Tx时钟毛刺控制的无线通信装置

Info

Publication number: CN102823161B
Application number: CN201180007270.XA
Authority: CN
Inventors: 劳伦·诺尔; 多明尼卡·布鲁内尔
Original assignee: ST Ericsson SA
Current assignee: ST Ericsson SA
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: CN102823161A; WO2011092003A1; US8755751B2; EP2355380A1; US20120295557A1

Abstract

一种无线电信装置，包括：基带，所述基带用于产生和接收基带信号；RF收发器，所述RF收发器用于发送和接收RF信号；至少一个集中式时钟，所述集中式时钟源于至少一个中央振荡器；至少一个单独的元件，所述单独的元件位于所述装置内并且具有与所述RF收发器联结的EMI，并且所述至少一个单独的元件的钟控可能产生毛刺，所述毛刺被所述RF收发器的Tx载波调制；其特征在于，所述无线电信装置还包括：至少一个可控的钟控系统，所述至少一个可控的钟控系统用于所述至少一个单独的元件；通用控制单元（UCM），所述通用控制单元用于进行所述无线电信的当前操作模式的上下文分析，并且响应于所述上下文分析确定引起调制的Tx时钟毛刺在接收频带外的钟控频率。

Description

具有调制的Tx时钟毛刺控制的无线通信装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种包括时钟毛刺（spur）控制的无线通信装置。

背景技术

直到最近，移动无线设备针对射频（RF）收发器、基带（BB）处理器和电源管理单元（PMU）使用独立的集成电路（IC）。在永久追求成本降低的情况下，大多数IC厂商所采取的方法是将由单一RF CMOS裸片或多个独立的裸片组成的单一芯片集成到单一封装中，将先前列出的三个IC即RF、BB和PMU集成到单一封装中。

图1示出由四频带2.75G（EGPRS）、具有3G接收分集的三频带3G（HSPA+）组成的多频带2G/3G电话100的总体架构。

由于在制造过程中的成本节约，示出的RF-BB-PMU集成电路裸片190的概念是尤其有利的。实际上，由于使用这种单一裸片190，因此移动电话的整个电信管道现在只需要极少数额外的附加组件来打电话：一个或多个功率放大器（PA）及其关联的前端电路，例如，RF带通滤波器、双工器、天线开关等。

更确切地说，图1示出了现代移动电话的下列典型组件：

标记110：移动电话的RF前端的总体架构。

标记111：天线开关。允许从一个频带切换到另一个频带。

标记112：3G（HSPA）双工器。将TX路径和RX路径连接至天线开关。

在RF tx链和RF rx链之间提供RF隔离。

标记113：2.75G（EGPRS）功率放大器

标记114：3G（HSPA）功率放大器

标记115：分集接收器RF带通滤波器

标记190：单一裸片/单芯片RF（标记120）-BB（标记130）-PMU（标记140）IC。

标记120：多标准、多频带RF发送/接收（收发器）IC。

标记130：数字基带（DBB）IC。

因此，示出了将RF前端电路110、2G/3G RF收发器120、基带130、PMU单元140及可能的DDR存储器150集成在一个单一裸片190内的一个说明性示例，其中该DDR存储器在内部或外部。

RF前端电路110支持四频带2G（频带II、III、V、VIII EGPRS）、三频带3G（WCDMA I、II、III），这是最近的典型移动电话架构，通过天线开关111进行选择特定的模式/频带，所述天线开关111将信号导向至一组合适的前端滤波器112。相反地，天线开关101将合适的2G功率放大器113或3G功率放大器114产生的发送信号导向至天线。

2G/3G收发器120包括用于实现2G或3G移动通信所需的常规电路，例如，在接收链中，包括低噪声放大器（LNA）121、具有合适的分频电路（由本地分频器LO Div表示）的Rx VCO频率合成器122、实现可编程增益放大器（PGA）、模数转换器（ADC）以及DSP处理的电路123。在发送链上，收发器120包括实现PGA、数模转换（DAC）以及DSP处理的电路126、与分频电路（LO Div）关联的Tx VCO频率合成器125及常规的数控增益放大器124。收发器120还包括合适的定时电路126及用于连接基带130的RF-BB基带接口127。为了清楚起见，在图1中示出的不同的控制信号、数据信号及时钟信号（例如，RFBBi EN、RX数据1、RX数据2、TX数据1、SYSCLKEN、SYSCLK）是常规的且是本领域的技术人员已知的，不需要任何进一步的讨论。

类似地，基带130实现收发器120（通过接口127）与不同的装置和外围设备（通过合适的数据线和控制线，包括CLK时钟和芯片选择CSi）之间的通信，例如，两个相机160、两个显示器170、USB装置180及外部DDR存储器。

可以看出，将这些组件集成在单一裸片中明显降低制造手机的成本，这是因为移动电话的电信管道现在仅需要极少数额外的附加组件来打电话：一个或多个功率放大器（PA）及其关联的前端电路，例如，RF带通滤波器、双工器、天线开关等。

虽然单一芯片RF、BB、PMU呈现出显著降低整个移动电话芯片组的成本，但具有需要考虑的显著的电磁干扰（EMI）问题。

实际上，已注意到，利用这种架构，RF发送调制器链是产生与时钟和/或数据活动相关的频率毛刺的数字干扰源活动的受害者。

这种干扰源可能是例如但不限于：相机接口数字位流及相关时钟、显示器接口数字位流及相关时钟、USB端口、外部存储器数据及时钟总线、电源管理单元（PMU）内部时钟、数字基带时钟毛刺等。

为了清楚起见，在图1中突出下列“干扰源”：DDR存储器150、相机160、显示器170、USB接口180等，这些干扰源污染“受害者”—2G/3G RF收发器120的RF块。

RF链的发送器块的污染导致通过上行传输载波调制由EMI贡献者产生的噪音，从而导致污染同一移动电话的RF接收器或甚至位于附近的其他移动电话的RF接收器。

为了最小化由不同的“干扰源”产生的污染的影响，已使用一些技术。

现有技术中已知的一个传统的解决方案在于在时分基础上，明显隔离RF发送器和数字基带的操作。这种已知的解决方案以通用名称时分隔离（TDI）命名，在突发接入RF传输的全球移动通信系统（GSM）的场景下可以使用这种解决方案。因此，可以通过这种TDI技术避免受害者和干扰源的同时使用。

在示出突发接入RF收发器的GSM的情况下明显可以使用TDI。然而，3G通信是全双工的且进一步需要RF发送器和RF接收器的连续使用，因此防碍了任何可能的TDI。

此外，已注意到，所谓的TDI技术还导致由基带提供的数字处理资源的某种浪费，所述基带在RF发送器（举例说明）激活期间保持空闲。

从新的移动电话的设计角度来看，资源的这种浪费是完全不能接受的，所述新的移动电话包括需要大量处理资源的高尖端多媒体功能。

最后，TDI技术无法防止发生以下情况：一个移动电话例如第一移动电话的发射器在上行链路中向其基站发射，当位于所述第一移动电话附近的第二移动电话在下行链路中从其自己的基站进行接收时，第一移动电话的发射器破坏第二移动电话的接收器。

已知其他技术可改进RF接收器的隔离，这些技术在本领域中是已知的。这种技术基于微电子电路（深N阱（Deep Nwell），停止层）的特定布局安排的使用、特殊的屏蔽电路或频率的使用，以尽可能减小对向位于邻近的移动电话中的接收器的传输的影响。

非常期望改进附加技术，该技术还改进移动电话的RF传输的保护。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新技术，该新技术用于促进蜂窝电话集成，尤其是数字装置（MCU/DSP）和一个或多个RF子系统。

本发明的另一个目的是提供一种新型无线通信装置，该无线通信装置允许同时使用移动电话的RF子系统和在同一封装中操作的数字基带，同时避免RF子系统的灵敏度降低。

本发明的一个目的是提供一种新型钟控架构，该钟控架构适合于提供多种多媒体功能的移动电话。

本发明的又一个目的是提供一种新型无线移动电话，该无线移动电话包括动态改变其所包括的外围设备的钟控系统，以便控制调制的Tx时钟毛刺，进而控制RF传输对所考虑的移动电话和邻近的电话的干扰。

通过一种无线电信装置实现本发明的这些和其他目的，所述无线电信装置包括：

-基带，所述基带用于产生和接收基带信号；

-RF收发器，所述RF收发器用于发送和接收RF信号；

-至少一个集中式时钟，所述至少一个集中式时钟源于至少一个中央振荡器；

-至少一个单独的元件，所述至少一个单独的元件位于所述装置内并且具有与所述RF收发器联结的EMI，并且所述至少一个单独的元件的钟控可能产生毛刺，所述毛刺被所述RF收发器的Tx载波调制；

所述装置的特征在于，所述装置还包括：

-至少一个可控的钟控系统，所述至少一个可控的钟控系统用于所述至少一个单独的元件；

-通用控制单元（UCM），所述通用控制单元用于进行所述无线电信的当前操作模式的上下文分析，并且响应于所述上下文分析确定引起调制的Tx时钟毛刺在接收频带外的钟控频率。

在一个特定实施方式中，所述通用控制单元利用下列信息之一确定将被用于单独的组件的钟控频率：

-Tx调制的载波频率，

-Tx调制的载波功率，

-DL所接收的载波功率，

-操作频带（DD&DG），

-操作模式（2G、3G），

-干扰源活动。

优选地，中央控制单元控制存储器的钟控频率，例如DDR存储器。

在一个实施方式中，中央控制单元还控制显示器接口、USB接口及相机接口的钟控。

优选地，使用基于4992MHz的高频的主时钟。

在一个实施方式中，钟控频率的控制基于可编程分频器的使用，所述可编程分频器基于与Σ-Δ转换相关的固定比例分频器。

本发明尤其适用于实现包括高尖端的多媒体功能的2G、3G或LTE移动电话。可替选地，本发明可以用于执行便携式文件助理。

附图说明

参照下列详细描述，当结合附图阅读时，将更好地理解本发明的一个或多个实施方式的其他特征。

图1示出包括RF收发器和不同的外围设备的移动电话的架构；

图2a和图2b示出在连续的时钟谐波和脉冲时钟源的情况下的两个特定的干扰源的基本波谱特性；

图3具体示出由以频率65Mhz被钟控的DDR存储器引起的且与RF发送器链联结的毛刺的产生。图3示出两个RF波谱：顶部的线示出在GSM900的RFRX频带中观察到的DDR时钟毛刺（干扰源）调制的RF发送器波谱（即受害者的波谱）。底部的线示出在时域中隔离（使用TDI）干扰源和受害者的情况下的同一RF波谱；

图4具体示出由以频率78Mhz被钟控的DDR存储器引起的且与RF发送器链联结的毛刺的产生。图3示出两个RF波谱：顶部的线示出在GSM900的RFRX频带中观察到的DDR时钟毛刺（干扰源）调制的RF发送器波谱（即受害者的波谱），底部的线示出在时域中隔离（使用TDI）干扰源和受害者的情况下的同一RF波谱；

图5示出在GSM900通信和65Mhz网格的情况下不同的调制的Tx时钟毛刺的相应位置；

图6示出在DD/DG比例大的情况下调制的Tx时钟毛刺的控制；

图7示出在DD/DG比例小的情况下调制的Tx时钟毛刺的控制；

图8示出允许根据一个实施方式动态控制调制的Tx时钟毛刺的钟控架构的一个实施方式。

具体实施方式

现在将描述怎样可以改进数字基带系统和电路与一个或多个RF子系统的集成。显然，下文描述的方法和系统尤其适合于设计配备有多媒体和增强的功能（例如，全球定位系统（GPS）、蓝牙、无线局域网、2G和3G、高分辨率的相机及显示器、TV输出能力等）的新型移动电话的目的。

显然，将描述的钟控架构适合于允许很多特征和功能（例如上述的）结合，但也可用于功能的有限子集。

此外，应当清楚，下文将描述的实施方式不应受限于图1的示例中示出的电信标准、或频带或频带的结合。

本发明的教导是通用的且可能被广泛应用。

此外，下文将详细描述的本发明适用于2G（EGPRS）系统和3G系统（包括长期演进的FDD-WCDMA的所有版本），并且可以有利地包括在任一最近架构中，例如图1的典型架构。

按照惯例，包括在移动电话中的各单独的组件或功能实体具有其自己的时钟信号，该时钟信号由一个锁相环路产生，从而使得在整个电话中可以同时（且异步地）操作不少于10个PLL，各PLL对应于其特定的功能实体。

所有这些单独的组件-或干扰源-的钟控导致在接收频带中产生EMI干扰。在图2a和图2b中示出干扰源的基本波谱特性如下：

图2a：连续的时钟谐波，

图2b：脉冲时钟源。

其中，传统地以104Mhz的频率被钟控的DDR存储器呈现为是EMI干扰的关键贡献者，从而产生大量的毛刺。这些毛刺不幸地被引入传输频带内从而可能破坏本装置的RF接收器或甚至邻近的移动电话的RF接收器。

图3具体示出以65Mhz的频率被钟控且连接到以880.2Mhz的频率运行的RF发送器的DDR存储器的情况。可以看到干扰源空闲（在呼叫期间干扰源关闭）和运行（干扰源以65Mhz的时钟速率作用）这两种情况下Rx频带（在910Mhz和970Mhz之间）的曲线。

可以看到，在Rx频带中，由所述存储器的钟控造成的噪音被调制在传输载波上。从而可以看出，许多脉冲集中在Tx通道之上值为65Mhz处，也就是说，集中在被包括在GSM Rx频带内的值为约945Mhz处。

可以看出，在相对于880.2Mhz Tx载波偏移65Mhz处，毛刺违反了ETSI（欧洲电信标准协会）合规性规范。

图4示出现在以频率78Mhz运行的DDR存储器的情况下的相同的图表。现在看到具有78Mhz时钟网格，当前在Tx通道之上频率为78Mhz处发生违反ETSI合规性规范。

由于违反了ETSI规范，因此大量的毛刺可能破坏本移动电话的Rx频带或任一邻近的移动电话的任一Rx频带。

为了最小化由DDR存储器产生的毛刺的影响，本发明的一个实施方式使用DDR存储器的钟控的动态控制，以便确保毛刺不会落入Rx频带中。

更具体地，当移动电话接收到来自基站的控制信息（根据该控制信息，Tx传输切换为新的值）时，动态更新DDR的钟控以便再次避免由DDR存储器产生的毛刺落入Rx频带中。

类似地，以根据Tx传输载波的值动态改变的频率钟控任何其他单独的“干扰源”，所述“干扰源”包括相机160、显示器170、USB接口180等并且可能通过考虑的Tx传输的调制产生落入Rx频带的毛刺。

因此，建议为组成移动电话并且确认为相对于Tx RF系统为可能的“干扰源”的所有单独的元件布置一整体钟控系统，其中根据包括Tx载波的值的一组参数动态控制钟控。

在一个实施方式中，还根据下列各项定义单独的组件的钟控：

-Tx载波；

-分离Tx频带（上行）和Rx频带（下行）的双工间隙（DG）；

-分离上行频带（Tx）的载波和下行频带（Rx）的载波的双工间距（DD）。

图5示出在GSM900通信和65Mhz网格（对应于以65Mhz运行的DDR存储器）的情况下不同的调制的Tx时钟毛刺的相应位置：

fw=880.2（Tx载波）

GSM900上行频带（Tx）：[880Mhz-915Mhz]

GSM900下行频带（Rx）：[925Mhz-960Mhz]

在所述示例中，双工间隙（DG）等于10Mhz并且双工间距（DD）设置为45Mhz。在该示例中，看出Tx链调制的毛刺发生在945.2Mhz…及1010.2Mhz的位置，从而违反了ETSI要求。

现在参照图6及图7将描述怎样可以控制由一个单独的干扰源（再如：DDR存储器）产生的调制的Tx时钟毛刺的位置。

图6具体示出在DD/DG比例大的情况下调制的Tx时钟毛刺的位置的控制。

可以看出通过使用最小80Mhz网格可以实现将所调制的Tx时钟毛刺“推出”接收频带。实际上，在这种情况下，毛刺位于频率960.2Mhz处，也就是说，在[925-960]Rx频带之外。

图7具体示出在DD/DG比例小的情况下（例如UMTS频带IV的情况下）所调制的Tx时钟毛刺的位置的控制。看出可以，只要在高于45Mhz的频率下操作时钟，则可以从Rx频带消除Tx时钟毛刺。因此，在以96Mhz设置钟控下，所调制的Tx时钟毛刺发生在值为1772.4Mhz…2108.4Mhz、2156.4Mhz处，也就是说，在接收频带[2110Mhz-2155Mhz]之外。

因此，可以看出，每个单独的干扰源或Tx传输块内的RFI（射频干扰）噪音的贡献者可以被钟控在一个单独的频率下，所述单独的频率可以受控以便持续保持在正考虑的Rx频带外。

这通过使用主PLL时钟源结合一组可编程分频器来实现，各可编程分频器与确定为可能的“干扰源”的一个单独的功能元件连接，所述可编程分频器在充分了解Tx和Rx频带特性的值的集中式控制单元的控制下被编程。

在一个实施方式中，在所谓的用例管理器（UCM）的单一集中式控制单元的控制下，可控的钟控系统钟控被确定为促成传输频带内毛刺产生的所有组件且更一般地说所有外围设备，根据一个实施方式，所述用例管理器具有移动电话的上下文操作的高阶视觉，以及尤其是由基站控制的RF发送器的任一频率切换，以便精确地产生用于控制不同元件所需的不同时钟的合适的控制参数。

在一个特定实施方式中，所谓的用例管理器（UCM）检测：

-Tx调制的载波频率，

-Tx调制的载波功率，

-DL所接收的载波功率，

-操作频带（DD&DG），

-操作模式（2G、3G），

-干扰源活动。

通过使用这些信息，USC可以为产生单独的干扰源所需的不同时钟的所有分频器提供足够的控制信息，以便在关键的情况下具体调节钟控。例如，如果当前未使用USB接口，则USC将控制分频以便使用默认钟控频率等。

图8示出允许根据一个实施方式动态控制调制的Tx时钟毛刺的整体钟控架构的一个特定且示例性的实施方式。

所述架构基于在约4Ghz和5Ghz之间的频率下操作的至少一个主时钟参考，例如在f_VCO下操作的第一高频率主参考，并且至少一个主时钟参考可以用于产生移动电话的不同组成（包括可能的干扰源）使用的时钟的全部或大部分时钟。

可以看到通过在f_VCO下操作的振荡器102形成的锁相环路（PLL），所述振荡器的输出端连接到可编程的除以N的分频器电路103的输入端，并且所述分频器电路103的输出端连接到相位比较电路104的第一输入端，所述相位比较电路104的第二输入端接收26MHz参考晶体振荡器105的输出。注意，这种传统的PLL架构可以依赖于整数N或分数N的分频比。

包括块101、块102、块103及块104的所述PLL用于产生所有频率时钟参考，尤其是基带（或也称为“CPU”）、存储器（或也称为“DDR”）及显示器等所需的频率时钟参考。例如，由允许N至N₁之间的任一除法的可编程分频器106对f_VCO频率进行分频，以便提供所谓的可变数字时钟，专用可编程分频器107可以进一步对所述可变数字时钟分频，所述专用可编程分频器107用于钟控数字信号处理器（DSP），该数字信号处理器或也称为“中央处理单元”（CPU），以及分频器107供给外部DDR存储器，分频器109供给相机接口等。

注意，分频器106的可编程分频比N1、N2、分频器107的P1、分频器108的P2及分频器109的P3可以取决于移动电话应用（频带数、被支持的电信标准数等）以整数N或分数分频比来实现。

应当注意，图8中所示的架构仅仅是怎样实现源于一个单一集中式主时钟的一组完整的钟控信号的一个说明性示例。尤其是，所述架构可以适合于引入一些时钟扩展技术，所述时钟扩展技术脱离本发明的范围但是可以由本领域的技术人员有利地使用。

在图8中可以看出，所有不同的时钟受用例管理器的控制。这由可编程分频器103、106、107、108及109的控制线来表示。

因此，用例管理器能够根据移动电话的使用的特定上下文，精确地定义和控制各“干扰源”的钟控，所述特定上下文包括Tx调制的载波频率、Tx调制的载波功率、DL所接收的载波功率、操作频带（DD&DG）、操作模式（2G、3G）、正考虑的干扰源的钟控。

总之，主PLL设置成提供所有的时钟-高速和低速，所述时钟是实现包括广泛的多媒体功能的最近的移动电话所需的。

注意，利用用于需要数字时钟的各电路的独立PLL也可以实现本发明的频率回避的概念。在这种情况下，各PLL受到用例管理器的控制。

本发明的优点：

本发明实现布置中央时钟系统（用例管理器），可以精确调节所述中央时钟系统，以便最小化集成芯片内可用的不同时钟或其谐波的直接引入以及TX振荡器上的时钟的推/拉效果。

通过实现时钟的频率Fclk的调节以避免一个谐波（n x Fclk）干扰Rx频带或Tx频带，减小直接引入。

但最重要的是，通过正确选择由一些组件使用的单独的时钟，用例管理器避免低频（推）时钟或高频（拉）时钟（或其谐波）干扰Tx调制过程，从而导致产生在频率Fvco+Fclk和FvcoFclk存在的两个毛刺（一个毛刺及其图像）。

从而可以减小推拉。

Claims

1.一种无线电信装置，包括：

-基带，所述基带用于产生和接收基带信号；

-RF收发器，所述RF收发器用于发送和接收RF信号；

-至少一个集中式时钟，所述至少一个集中式时钟源于以频率Fvco操作的至少一个中央振荡器；

-至少一个单独的元件，所述至少一个单独的元件位于所述装置内并且具有与所述RF收发器联结的电磁干扰EMI，并且所述至少一个单独的元件的钟控可能产生毛刺，所述毛刺被所述RF收发器的Tx载波调制；

其特征在于，所述无线电信装置还包括：

-至少一个可控的钟控系统，以频率Fclk操作的所述至少一个可控的钟控系统用于所述至少一个单独的元件；

-通用控制单元(UCM)，所述通用控制单元用于进行所述无线电信的当前操作模式的上下文分析，并且响应于所述上下文分析确定引起调制的Tx时钟毛刺在接收频带外的钟控频率，所述上下文分析考虑所述时钟或其谐波直接引入Rx频带，由此避免低频–推–时钟或高频–拉–时钟或其谐波干扰Tx调制过程，从而导致产生在频率Fvco+Fclk和Fvco–Fclk存在的一个毛刺及其图像。

2.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述通用控制单元利用下列信息之一确定所述频率：

-Tx调制的载波频率，

-Tx调制的载波功率，

-DL所接收的载波功率，

-操作频带(DD&DG)，

-操作模式(2G、3G)，

-干扰源活动。

3.如权利要求1或2所述的无线电信装置，其特征在于，所述单独的元件是存储器。

4.如权利要求3所述的无线电信装置，其特征在于，所述单独的元件是DDR存储器。

5.如权利要求1或2所述的无线电信装置，其特征在于，所述单独的元件是显示器。

6.如权利要求1或2所述的无线电信装置，其特征在于，所述单独的元件是USB接口。

7.如权利要求1或2所述的无线电信装置，其特征在于，所述单独的元件是相机接口。

8.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述无线电信装置使用在4Ghz和5Ghz的频率之间操作的集中式主时钟。

9.如权利要求8所述的无线电信装置，其特征在于，所述无线电信装置包括多个PLL，各PLL受所述控制单元的控制。

10.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述无线电信装置包括可编程分频器。

11.如权利要求10所述的无线电信装置，其中，所述可编程分频器基于与Σ-Δ转换相关的固定比例分频器。

12.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述中央控制单元响应于由基站控制的传输载波的变化来动态更新所述元件的钟控。

13.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述无线电信装置是2G移动电话。

14.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述无线电信装置是3G移动电话。

15.如权利要求1所述的无线电信装置，其特征在于，所述装置是长期演进移动电话。

16.一种包括如权利要求1所述的无线电信装置的移动电话，其特征在于，所述移动电话以便携式文件助理的形式体现。