CN102893522B - 倍频收发器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种使能无线通信的超低功率发射和接收的无线收发器及相关方法。在无线收发器的示例性实施例中，无线收发器接收具有第一参考频率的第一参考信号。然后无线收发器使用第一参考信号来注入锁定本地振荡器，该本地振荡器提供一组振荡信号，每个振荡信号具有等于第一参考频率的振荡频率，并且每个振荡信号具有相等地间隔的相位。然后无线收发器将振荡信号集组合成具有输出频率的输出信号，该输出频率是以下两项之一：（i）第一参考频率的倍数（根据发射器实施方式），或（ii）（a）第二参考信号的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值（根据接收器实施方式）。

Description

倍频收发器
相关申请
本申请要求以下申请的优先权：2010年3月23日提交的名称为“FrequencyMultiplyingTransceiver”的美国临时专利申请No.61/316,784；2010年3月23日提交的名称为“FrequencyMultiplyingTransceiver”的美国临时专利申请No.61/316,790；以及2010年11月4日提交的名称为“FrequencyMultiplyingTransceiver”的美国临时专利申请No.61/410,176，所有这些申请通过引用整体合并于此。
背景技术
本发明一般涉及信号处理，具体涉及倍频收发器中的信号处理。
通常，无线收发器可能是非常能量受限的，这是因为消耗小型电池和/或能量收集技术等原因。因此，近几年随着无线通信技术已变得越来越普遍，也具有对超低功率(ULP)无线收发器的需求。ULP无线收发器具有很多应用，作为若干示例，这些应用包括无线传感器网络(其可以监控例如地理区域、工业过程和/或运输系统)、身体区域网络(其可以监控例如给定患者的生理状况)以及遥控装置(例如用于多媒体设备和/或汽车)。也存在此类应用的很多其他示例。
通常，无线收发器可以包括发射器和接收器以及其他功能部件。也就是说，无线收发器可以包括发射器，该发射器被配置为实现可以包括数据调制和信号发射的功能。无线收发器还可以包括接收器，该接收器被配置为实现可以包括无线地接收信号并解调该接收的信号的功能。
虽然无线收发器可以被配置为执行若干额外的功能(例如，感测、数据处理、数据存储和/或各种额外的通信功能)，但无线发射和接收功能所需要的功率通常是无线收发器所消耗的总功率的主要成分。因此，降低无线收发器的整体功耗的尝试通常针对改进用于降低实现无线发射和接收功能所用的功率量的技术。
可能特别耗费功率的无线发射的一个方面是载波信号发生。在示例性收发器中,载波信号发生可能涉及频率合成和载波频率下的数据调制，其可能需要高功率支出。降低在载波信号发生（以及其他发射功能）中消耗的功率的通常方法仅将功耗负担从收发器的发射器侧转移到收发器的接收器侧。例如，降低收发器的发射器侧在发射期间在载波信号发生中消耗的功率的一种方法可以是在收发器中用开环振荡器替换射频（RF）锁相环（PLL）,这可能是较少耗费功率的,但是也可能比使用PLL更不稳定。然而，这种方法要求收发器将额外的功率专用于收发器的接收器侧上的频率校正/校准功能，并且因此对有意义地降低无线收发器消耗的总功率起很小作用。因此，特别是在期望网络设备能够执行发射和接收功能二者的对等（peer-to-peer）应用中，降低无线收发器消耗的功率的通常方法已经被证明是不够的。
对于一些无线收发器应用，也可能期望无线收发器是小尺寸和低重量的。此类应用的一个示例是肌电图，其可能涉及通过检测和记录由肌肉细胞生成的电势来评估由骨骼肌产生的电活动。因为肌电图要求体上记录，所以可能期望使用尤其是小尺寸、低重量且稳健/可靠的传感器。
发明内容
本文公开了使能由小尺寸且低重量的无线收发器进行低功率发射和接收无线通信的方法、系统和设备。
在一个示例中，无线收发器可以被布置为接收低频调制参考信号，利用本地振荡器和边沿组合器倍增经调制的参考信号，并且然后提供经倍增的信号作为载波信号以执行发射功能。在另一示例中，无线收发器可以被布置为接收低频参考时钟信号和高频数据信号，利用基于低频参考时钟信号生成的虚振荡器（virtualoscillator）下变频高频数据信号，并且然后提供经下变频的信号以用于解调以便执行接收功能。其他示例也是可能的。
有利地，所公开的方法、系统和设备可以使得无线收发器能够避免高频下的频率合成和调制，这可以导致功耗的极大降低。此外，所公开的方法、系统和设备可以有效地采用边沿组合原理来降低发射和接收功能的功耗（而不是将功率负担从发射功能转移到接收功能）。还可能存在其他优点。
所公开的方法、系统和设备的一个实施例可以采用电路的形式，该电路包括：振荡器电路，其被配置为提供振荡信号集，每个振荡信号具有振荡频率；耦合到振荡器电路的注入锁定电路，其中注入锁定电路被配置为（i）接收具有第一参考频率的第一参考信号并且（ii）使用第一参考信号来注入锁定振荡器电路，使得振荡频率等于第一参考频率；以及耦合到振荡器电路的边沿组合电路，其中边沿组合电路被配置为将振荡信号集组合成输出信号，其中输出信号具有是以下两项之一的输出频率：（i）第一参考频率的倍数，或（ii）（a）第二参考信号的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值。
振荡器电路可以采用多种形式。在一个示例中，振荡器电路可以采用具有延迟元件集的环形振荡器电路的形式，其中环形振荡器电路被配置为在延迟元件集中相应一个的输出端处提供振荡信号集中的相应一个，例如振荡信号A1,A2…AN中的相应一个。
此外，注入锁定电路可以采用多种形式。在一个示例中，注入锁定电路可以至少包括第一级和第二级，其中第一级被配置为提供参考信号的频率的单相注入到振荡器电路，且其中第二级被配置为提供参考信号的频率的多相对称注入到振荡器电路。
另外，边沿组合电路可以采用多种形式。在一个示例中，边沿组合电路可以被配置为生成一组信号积A1A2,A2A3…ANA1并且生成该组信号积的和以产生输出信号，所述输出信号具有等于第一参考频率乘以N的输出频率。在另一示例中，边沿组合电路可以被配置为：生成一组信号积A1A2,A2A3…ANA1；将该组信号积与第二参考信号混合；以及生成经混合的该组信号积的和以产生输出信号，所述输出信号具有等于差值频率的输出频率。
所公开的方法、系统和设备的另一实施例可以采用方法的形式，该方法包括：接收具有第一参考频率的第一参考信号；使用第一参考信号来注入锁定本地振荡器，所述本地振荡器提供振荡信号集，每个振荡信号具有振荡频率，使得该振荡频率等于第一参考频率；以及将该振荡信号集组合成输出信号，所述输出信号具有是以下两项之一的输出频率：（i）第一参考频率的倍数，或（ii）作为（a）第二参考信号的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值的差值频率。
所公开的方法、系统和设备的再一实施例可以采用装置的形式，该装置包括：用于提供振荡信号集的装置，每个振荡信号具有振荡频率；用于注入锁定的装置，其包括用于以下操作的装置：（i）接收具有第一参考频率的第一参考信号并（ii）使用第一参考信号来注入锁定振荡器电路以使得振荡频率等于第一参考频率；以及用于将该振荡信号集组合成输出信号的装置，其中所述输出信号具有是以下两项之一的输出频率：（i）第一参考频率的倍数，或（ii）作为（a）第二参考信号的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值的差值频率。
本领域技术人员通过阅读以下详细描述并适当参考附图将显而易见这些及其他方面和优点。
附图说明
图1描述可以由示例性收发器执行的示例性方法的流程图。
图2描述包括在该示例性收发器中的功能元件的简化框图。
图3描述示例性环形振荡器配置的简化框图。
图4描述示例性注入锁定的本地振荡器配置的简化框图。
图5描述包括示例性振荡信号的示例性时序图。
图6A描述根据示例性发射器实施方式的边沿组合器配置的简化框图。
图6B描述根据示例性接收器实施方式的边沿组合器配置的简化框图。
图7A描述可以由根据示例性发射器实施方式的示例性收发器执行的示例性方法的流程图。
图7B描述可以由根据示例性接收器实施方式的示例性收发器执行的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细说明书中，对形成说明书一部分的附图进行参考。在附图中，类似的符号通常指示类似的部件，除非上下文另有其他说明。在详细说明书、附图和权利要求书中描述的例示性实施例并不意味着是限制性的。在不偏离本文提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出其他改变。很容易理解的是，本文大致描述的且在附图中示出的本公开的各个方面能够以各种不同的配置进行布置、取代、组合、分离和设计，所有这些都明确地被本文所预期。
I.引言
本文描述了倍频无线收发器的多个方面，其一般可以被布置为提供无线信号的低功率发射和低功率接收。相应地，本说明书的某些方面可以应用于发射器实施方式，其他方面可以应用于接收器实施方式，并且一些其他方面可以应用于发射器和接收器实施方式。因此，有时可能参考发射器实施方式，有时可能参考接收器实施方式，虽然这仅是为了解释说明。应该理解的是，本文描述的无线收发器可以包括任何此类发射器实施方式、接收器实施方式和/或其组合。
II.示例性方法
图1是示例性方法100的流程图，其可以由无线收发器执行。应该理解的是，关于图1所示和所述的功能仅用于示例和解释的目的，而不应作为限制。下面更详细地讨论关于图1所述的各种功能，包括通过示例性无线收发器的其实施方式。
如图1所示，方法100开始于步骤102，其中收发器接收具有第一参考频率的第一参考信号。例如，根据发射器实施方式，收发器可以接收低频调制信号。作为另一示例，根据接收器实施方式，收发器可以接收低频参考时钟信号。其他示例也是可能的。
在步骤104处，收发器可以使用第一参考信号来注入锁定本地振荡器，该本地振荡器提供一组振荡信号，每个振荡信号具有一振荡频率。由于注入锁定，该振荡频率将优选等于第一参考频率（通常为低相位噪声振荡器），并且振荡信号的相应相位通常将表现出低相位噪声。
在步骤106处，收发器可以基于该组振荡信号生成输出信号。例如，根据发射器实施方式，收发器可以组合该组振荡信号以便生成输出信号，该输出信号的频率是第一参考频率的倍数。作为另一示例，根据接收器实施方式，收发器可以生成输出信号，该输出信号的频率是（a）可以是无线接收的数据信号的第二参考信号的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值。
这些以及其他功能将在下面针对示例性收发器电路配置进一步描述。
III.示例性电路配置
图2描述了在能够执行示例性方法100的示例性收发器200中包括的功能元件的框图。如图所示，收发器200可以包括本地振荡器204和边沿组合器206，其被耦合在一起。如下面进一步所述，附加地或代替地，收发器200可以包括各种电路和/或其他元件。例如，本地振荡器204和边沿组合器206可以耦合到参考源202和/或一个或多个输出元件208，其可以在收发器200内部或外部。此外，本地振荡器204与边沿组合器206中的每一个可以包括一个或多个电路和/或其他元件。虽然收发器200的各种元件可能在此描述为分离的元件，应该理解的是这些元件也可以在物理上集成在一起或以任何适当方式分布。
参考源202可以被配置为提供第一参考信号210，而本地振荡器204可以被配置为接收第一参考信号210。相应地，参考源202可以是被布置为生成或以其他方式提供第一参考信号210的电路和/或其他元件的任何适当布置。在一个实施方式中，参考源202可以包括被布置为生成具有特定参考频率的信号（通常被称为参考时钟信号）的参考振荡器电路。此类参考振荡器电路的示例可以包括各种晶体振荡器，例如石英振荡器。参考振荡器电路的额外示例可以包括固态、纳米机电系统（NEMS）和/或体声波（BAW）共振器技术中的任一种或其组合。也存在参考振荡器电路的其他示例，包括其他类型的晶体振荡器。
由参考源202提供的第一参考信号210可以采用各种形式。例如，根据发射器实施方式，第一参考信号210可以是频率调制参考时钟信号202A，其是基于所接收的数据信号202C使用频移键控（FSK）调制的参考时钟信号。在这种情况下，收发器200可以被布置为处理第一参考信号210并且随后无线发射输出信号230作为倍频输出信号208A（其可以被视为载波信号）。在另一示例中，根据接收器实施方式，第一参考信号210可以是未经调制的参考时钟信号202B。在这种情况下，收发器200可以被布置为使用参考时钟信号202B来生成虚拟本地振荡器，以用于下变频数据信号，例如第二参考信号206A，从而提供输出信号230作为经下变频的信号208B。第一参考信号210也可以采用其他形式。
注意，在本文中，输入和/或参考信号的频率以及输出信号的频率可能是抽象而言的。但是，应该理解的是本文描述的概念和/或技术可以被应用于任何适当的和/或期望的信号频率。本文描述的概念和/或技术可能对工业、科学和医学（ISM）射频频带具有特别的适用性，其中一些可能特别涉及超低功率（ULP）无线收发器应用。此类ISM频带（主要）包括：
频率范围[Hz] 中心频率[Hz]
6.765-6.795MHz 6.780MHz
13553-13.567MHz 13.560MHz
26.957–27.283MHz 27.120MHz
40.66–40.70MHz 40.68MHz
433.05–434.79MHz 433.92MHz
902–928MHz 915MHz
2.400–2.500GHz 2.450GHz
5.725–5.875GHz 5.800GHz
通常，本地振荡器204可以被配置为基于第一参考信号210生成振荡信号集220，其可以包括任何适当数量的振荡信号A1,A2,A3,A4…AN。在一个示例中，本地振荡器204可以被配置为使得振荡信号集220中的振荡信号具有被周期T/(2N)相等地间隔开的相应相位，其中，T是第一参考信号210的周期且N是振荡信号集220中的振荡信号的总数。本地振荡器204也可以被配置为生成在振荡信号集220中表现出低相位噪声的振荡信号。在此方面，本地振荡器204可以包括布置为降低振荡信号集220中的振荡信号的相位噪声的电路和/或其他元件，例如耦合到并布置为注入锁定一振荡电路的一个或多个注入锁定电路，该振荡电路最终提供振荡信号集A1,A2,A3,A4…AN。
图3描述被称为环形振荡器电路（或环形振荡器）300的示例振荡电路的简化框图。此类环形振荡器可以在本地振荡器204中实施。如图所示，环形振荡器300可以包括连接在反馈环路310或“环”中的多个延迟元件312。给定的环形振荡器，例如环形振荡器300，通常由“自由运行”频率来表征，在该频率下它在被供应给定电压时振荡。虽然环形振荡器一般具有低功耗特征，在每个延迟元件的输出端处提供的信号可能表现出高抖动和相位噪声。因此，为了最小化这些不期望的相位状况，环形振荡器300可以如下所述被注入锁定。
每个延迟元件312可以是在工作时将延迟引入环形振荡器300的反馈环路310中的任何适当电路和/或其他元件。在此方面，每个延迟元件312可以作为逻辑非门。例如，每个延迟元件312可以是反相器，例如反相器302、304和306之一。虽然仅明确示出三个延迟元件，环形振荡器300可以包括任何期望的奇数个此类延迟元件，如环延伸部308所示。例如，环形振荡器300可以包括三个、五个、七个、九个等延迟元件中的任何一种。
给定由每个延迟元件312引入反馈环路310的延迟，在给定延迟元件的输出端处提供的信号将相对于在每个其他延迟元件的输出端处提供的信号被相移。该相移的度数一般将是环形振荡器300中的延迟元件312的总数的函数。例如，在三级环形振荡器300中，每个振荡信号302A、304A和306A将具有120度的相对相移。其他示例也是可能的。
如上所述，振荡信号302A、304A和306A的各相位可能表现出不期望量的抖动和相位噪声。在期望低相位噪声的应用中，例如在关于收发器200的情况下，可以使用注入锁定技术降低这种相位噪声。
图4示出包括环形振荡器402、第一级注入锁定电路404和第二级注入锁定电路406的本地振荡器204。应该注意，图4所示的特定布置仅为了示例和解释的目的，并且附加地或作为替代地，本地振荡器204也可以包括额外的电路和/或元件或者用其进行代替。此外，虽然注入锁定电路404和406被描述为包括在本地振荡器204中，这也仅是为了示例和解释的目的。根据任何期望布置，注入锁定电路404和406可以与本地振荡器402集成在一起和/或远离本地振荡器402。
环形振荡器402被示出为具有九个延迟元件402A-402H。在输出端处，延迟元件402A-402H被布置为分别提供振荡信号A1-A9，每个具有唯一的各自相位。优选地，此类各自相位将被相等地间隔开。
如上所述，为了由边沿组合器206组合振荡信号A1,A2…A9，期望振荡信号A1,A2…A9以可指定的频率（例如第一参考信号210的第一参考频率）振荡并且表现出高度的相位均匀性。为了确保这些特性，第一级注入锁定电路404和第二级注入锁定电路406可以向环形振荡器402提供参考信号210的频率的多级注入。
一般地，注入锁定现象是能够在多种振荡器类型中观察到的振荡器的行为。在振荡电路例如环形振荡器402的背景下，一般可以通过将信号注入（即输入）环形振荡器402来实现注入锁定，其导致环形振荡器402锁定并跟踪所注入的信号的频率。如图4所示，本地振荡器204被配置以便由第一参考信号210注入锁定。
将第一参考信号210直接单相注入到环形振荡器中可能导致环形振荡器锁定到第一参考信号210的第一参考频率，并且也可能导致由环形振荡器提供的振荡信号表现出相对低的相位噪声。然而，这种直接单相注入也可能不期望地在振荡信号的相位中引入不对称性。这种不对称性可能在组合振荡信号时具有不期望的效果。例如，此类不对称性可能在这种组合信号中导致大的参考激励（spur）。
因此，可以采用环形振荡器402的两级多相注入，以便在由环形振荡器402提供的振荡信号中实现期望的频率、低相位噪声和高对称性。如图4所示，第一注入锁定级404被配置为接收第一参考信号210，通过延迟元件404A调节第一参考信号210，并且利用第一参考信号210直接注入锁定第二注入锁定级406。第二注入锁定级406一般被配置为三级环形振荡器并且相应地在每个延迟元件406A-406C的各自输出端处提供振荡信号408A-408C。振荡信号408A-408C因此可以具有参考信号210的第一参考频率并且也可以具有相等地间隔的相位，这些相位在具有低相位噪声的同时可能在某种程度上是不对称的。
然后振荡信号408A-408C可以被对称地注入到环形振荡器402以实现三相对称注入。以此方式，由单相注入引入的相位不平衡（例如由第一注入锁定级404提供给第二注入锁定级406的）可以被减弱。还应注意，有益地，例如由第二注入锁定级406提供的多相注入锁定一般为环形振荡器402可以被锁定到的频率提供（与单向注入相比）更大的频率锁定范围，这确保注入锁定将针对环形振荡器402的压力、体积和温度（PVT）变化都是有效的。
尽管关于图4所描述的注入锁定包括第一注入锁定级404和第二注入锁定级406，但应该理解的是也可以包括额外的注入锁定级。此外，尽管第二注入锁定级406被描述为涉及三相对称注入，但应该理解的是也可以注入额外的相位。例如，第二注入锁定级406可以包括三个、五个、七个、九个等（如果本地振荡器204包括额外的延迟元件）相位。一方面，添加此类进一步的相位注入可以进一步降低由振荡信号A1,A2…A9表现出的相位噪声。另一方面，添加此类进一步的相位注入（和/或注入级）可能需要支出额外的功率并可能将额外的噪声引入收发器200。
总结图4所示的本地振荡器配置的功能性：由环形本地振荡器204提供的每个振荡信号A1,A2…A9均可以具有被周期T/(2N)相等地间隔开的各自相位，其中，T是第一参考信号210的周期，并且N是振荡信号的总数。注意，图5提供了此类振荡信号A1,A2…A9的示例。如图5所示，振荡信号A1,A2…A9每一个被均匀地相移。在下面针对边沿组合器206进一步讨论图5。
返回参考图2，边沿组合器206可以被配置为将振荡信号集220组合成输出信号230。例如，根据发射器实施方式，边沿组合器206可以被配置为生成一组信号积A1A2,A2A3…ANA1，并且然后生成该组信号积的和，以提供输出信号230。因此，输出信号230可具有等于频率调制参考时钟信号202A的瞬间频率乘以N的输出频率，如由载波信号208A所示。作为另一示例，根据接收器实施方式，边沿组合器206可以被配置为有效地混合一组信号积A1A2,A2A3…ANA1和第二参考信号206A（其可以是例如已经由收发器200无线接收的数据信号），并且然后生成经混合的该组信号积的和，以提供输出信号230。根据这一示例，输出信号230可具有等于第二参考信号206A与N倍倍增的参考时钟信号202B的频率之差的输出频率，如由经下变频的信号208B所示。
如上所述，边沿组合器206一般可以被配置为生成一组信号积A1A2,A2A3…A9A1并且生成该组信号积的和以产生输出信号230。因此，边沿组合器206可以包括对各对振荡信号A1,A2…A9执行逻辑与操作的电路和/或其他元件，从而生成该组信号积A1A2,A2A3…A9A1。边沿组合器206一般还可以包括用于对一组信号积A1A2,A2A3…A9A1求和的电路和/或其他元件。这种求和意味着组合一组信号积A1A2,A2A3…A9A1中的所有信号积以产生输出信号230的逻辑或操作。
图5提供边沿组合原理的概观并且描述包括振荡信号A1,A2…A9和信号积A1A2,A2A3…A9A1的表示的示例性时序图。更特别地，振荡信号A1,A2…A9被示出为具有相等偏移的相位，如由本地振荡器204所提供的。同样，包括信号积A1A2,A2A3…A9A1在内的多个信号积506被示出为对应于各对振荡信号A1,A2…A9的各自组合。作为一个特定示例，振荡器信号A3和振荡器信号A4经受逻辑与操作以产生信号积A3A4。注意，信号积A3A4是由振荡器信号A3的上升沿502和振荡器信号A4的下降沿504定义的。每个信号积506可以通过以类似方式组合信号积A1A2,A2A3…A9A1来生成。并且最终地，可以根据逻辑或操作将每个信号积506相加在一起，从而产生输出信号230。
图6A和图6B描述分别根据收发器200的示例性发射器实施方式和示例性接收器实施方式的边沿组合器配置的简化框图。图6A和图6B所示的示例性边沿组合器包括MOS晶体管开关对的级联。关于图6A，作为一个示例，MOS晶体管对604包括MOS晶体管602A和602B。如图所示，MOS晶体管602A被配置为在其栅极处接收振荡信号A3，而MOS晶体管602B被配置为在其栅极处接收振荡信号A4。如图所示，MOS晶体管602A的源极和MOS晶体管602B的漏极被耦合在一起。在操作中，在MOS晶体管602A的漏极602C处提供振荡信号A3和A4的逻辑与。
MOS晶体管开关602B的源极被耦合到DC电流源606A。因此，在每个振荡信号A3和A4升高并且每个MOS晶体管开关602A和602B分别被“接通”的情况下，在MOS晶体管开关602A的漏极602C处引入电流汲取。对应于信号积A1A2,A2A3…A9A1的每个其他MOS晶体管对以类似的方式操作，从而在MOS晶体管对中的一个MOS晶体管的相应漏极处生成每个信号积A1A2,A2A3…A9A1。这些生成的信号积一般分别对应于图5所示的信号积506。
通过将级联MOS晶体管开关对以有线“或”的方式连接在一起由边沿组合器206组合所生成的信号积。也就是说，提供所生成的信号积的每个相应MOS晶体管开关的漏极被耦合在一起，从而将信号积组合成输出信号230，其频率是频率调制参考时钟信号202A的瞬时频率的九倍。应该注意，虽然上面针对九个延迟元件和振荡信号描述了本地振荡器204，这并不是必需的。本地振荡器204可能被布置为提供任何期望数量的此类振荡信号。
关于图6B所描述的接收器实施方式并且类似于上面关于发射器实施方式所描述的边沿组合器106的操作，仅在数据信号206A“升高”且MOS晶体管开关606接通的情况下，允许电流流过边沿组合器206的级联MOS晶体管对。但是，根据接收器实施方式，收发器200也可以被配置为如图6B所描述地经由MOS晶体管602接收第二参考信号206A。特别地，边沿组合器206可以在MOS晶体管602的栅极处接收第二参考信号206A。如图所示，MOS晶体管602被耦合到边沿组合器206中的每个级联MOS晶体管对的可用源极。以此方式，仅在第二参考信号206A“升高”并且MOS晶体管开关接通的情况下，允许电流流过边沿组合器206的级联MOS晶体管对。
因此，即使在每个振荡信号A3和A4升高并且每个MOS晶体管开关602A和602B分别被“接通”的情况下，如果MOS晶体管开关626也是“接通”的，则仅在MOS晶体管开关602A的漏极602C处引入电流汲取。以此方式，边沿组合器206起到提供与数据信号206A混合的虚拟九倍倍增参考时钟信号的虚拟本地振荡器的作用。因此，在边沿组合器206的级联MOS晶体管开关对的被耦合的可用漏极处提供第二参考信号206A与九倍倍增参考时钟信号202B的频率之差。换句话说，输出信号230具有一频率，该频率是第二参考信号206A的频率与九倍倍增参考时钟信号202B的频率之差。
因此，在例如振荡信号A1,A2…A9的频率是44.5MHz并且数据信号206A的频率是402MHz的情况下，输出信号230将是具有1.5MHz（402MHz–44.5MHz×9）频率的经下变频的数据信号206A。以此方式，数据信号206A被下变频为输出信号230，其可以使得能够进行数据信号206A的更有效、精确和/或高效的解调。在该下变频之后，可以根据本领域已知的解调技术提供输出信号230给输出元件208以进行解调。
返回参考图2，输出元件208一般可以被配置为有利于无线收发器200的发射器和/或接收器功能，并且可以采用任何适当的形式。例如，根据发射器实施方式，输出元件208可以包括被布置为调节并无线发射输出信号230的无线发射器。作为这样的无线发射器电路的示例，图6A示出无线发射器电路608。无线发射器电路608包括电容器608A和608B以及电感器608C，其形成LC谐振（LCtank），其中由本地振荡器206的每个MOS晶体管对汲取的电流流过该LC谐振。电容器608A和608B与电感器608C可以被调谐到输出信号230的频率，从而导致有效地过滤输出信号230的除基频之外的频率。无线收发器电路608还包括天线608D，其与边沿组合器206的阻抗匹配。以此方式，无线收发器电路608可以被布置为通过天线608D发射输出信号230。
作为替代，根据接收器实施方式，输出元件208可以包括电阻器608E和电容器608F（RC）滤波器，其进一步调节输出信号230。输出元件208可以包括执行接收器功能的其他设备，包括被布置为调节和解调输出信号230的低通滤波器和/或解调器。此类解调器可以被耦合到边沿组合器206以便接收输出信号230。输出元件208也可以采用其他形式。
IV.发射器实施方式
图7A是描述由收发器200的发射器实施方式执行的示例性方法700的流程图。如图7A所示，方法700开始于步骤702，其中参考源202生成具有第一参考频率的第一参考信号210，其将优选是频率调制参考时钟信号202A。在步骤704处，收发器200可以接收频率调制参考时钟信号202A。在步骤706处，收发器200可以使用频率调制参考时钟信号202A来注入锁定本地振荡器204，其提供振荡信号集220，每个振荡信号具有等于第一参考频率的振荡频率。在步骤708处，收发器200可以将振荡信号集220组合成具有一输出频率的输出信号230，该输出频率是第一参考频率的瞬时频率的倍数（如由载波信号208A所示）。在步骤710处，收发器200可以任选地发射输出信号130。现在更详细地讨论方法700的步骤。
在步骤702处，参考源202生成具有第一参考频率的第一参考信号210，其可以优选是频率调制参考时钟信号202A。优选地，参考源202可以通过用数据信号202C调制参考时钟信号202B生成频率调制参考时钟信号202A。
在一个实施例中，参考源202可以利用频移键控（FSK）调制用数据信号202C调制参考时钟信号202B，并且特别地通过利用输入的数据信号202C注入拉升参考时钟信号202B来实现该调制。与注入锁定类似，注入拉升是能够在多种不同的振荡器类型中观察到的振荡器的行为。但是，虽然注入锁定涉及第一振荡器通过将第一振荡器信号注入第二振荡器中来锁定第二振荡器的现象，但注入拉升涉及第一振荡器通过将第一振荡器信号注入第二振荡器中来干扰第二振荡器的现象，而不必然导致第二振荡器锁定到第一振荡器信号的频率上。此类干扰在第二振荡器中引入瞬时频移，并因此根据第一振荡器的瞬时频率调制第二振荡器。以此方式，可以利用FSK调制将输入的数据信号202C编码到参考时钟信号202B上以生成频率调制参考时钟信号202A。
一般地，涉及合成高频信号以便在这种高频率（例如载波频率）下进行调制的数据调制技术是高功率耗费的。但是，在此公开的调制技术在相对低的频率（例如参考时钟信号202B的频率）下执行数据调制。通过利用这样的低频参考时钟信号执行调制，并因此避免在其下执行数据调制的高频载波信号的合成，可以避免由于频率合成和高频数据调制带来的功率支出。
在步骤704处，收发器200可以接收由参考源202输出的频率调制参考时钟信号202A。例如，收发器200可以在本地振荡器204的注入锁定电路的输入端处接收频率调制参考时钟信号202A。其他示例也是可能的。
在步骤706处，收发器200可以使用频率调制参考时钟信号202A来注入锁定本地振荡器204，其提供振荡信号集220，每个振荡信号具有等于第一参考频率的振荡频率。在一个实施例中，这种注入锁定可以用上面关于图4所描述的方式来完成。特别地，本地振荡器204可以在延迟元件集402A-402H中相应一个的输出端处提供振荡信号集220中的相应一个。根据这一实施例，振荡信号集220中每个信号的频率一般将等于频率调制参考时钟信号202A的瞬时频率。此外，由环形振荡器204提供的振荡信号集220包括振荡信号A1,A2…A9，并且每个振荡信号A1,A2…A9将具有相等地间隔开的各自相位。在振荡信号集220中供九个振荡信号（对应于环形振荡器204的九个延迟元件402A-402H）的情况下，振荡信号A1,A2…A9将被周期T/18相等地间隔开，其中T是频率调制参考时钟信号202A的周期。
在步骤708处，收发器200将振荡信号集220组合成具有一输出频率的输出信号230，该输出频率是第一参考频率的倍数。如图2所示，这一输出信号230可以采用载波信号208A的形式。在一个实施例中，边沿组合器206可以利用图6A中描述的级联MOS晶体管开关布置将振荡信号220组合成输出信号230。
在步骤710处，收发器200可以任选地发射输出信号230。如上所述，可以使用图6A中所示的无线发射器电路608实现这种发射。
V.接收器实施方式
图7B是描述由收发器200的接收器实施方式执行的示例性方法720的流程图。如图7B所示，方法720开始于步骤722，其中参考源202生成参考时钟信号202B。在步骤724处，收发器200可以接收具有第一参考频率的第一参考信号210，其将优选是参考时钟信号202B。在步骤726处，收发器200可以使用参考时钟信号202B来注入锁定本地振荡器204，其提供振荡信号集220，每个振荡信号具有等于第一参考频率的振荡频率。在步骤728处，收发器200可以接收第二参考信号206A。并且在步骤730处，收发器200可以将振荡信号集220组合成具有一输出频率的输出信号230，该输出频率是（a）第二参考信号206A的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之差（这种输出信号230由差值信号208B表示）。现在更详细地讨论方法720的步骤。
在步骤722处，参考源200生成第一参考信号210。参考源200可以用上述任何方式生成第一参考信号210。例如，参考时钟信号210可以由石英振荡器生成。也存在参考振荡器电路的其他示例，包括其他类型的晶体振荡器。
在步骤724处，收发器200从参考源202接收具有第一参考频率的第一参考信号210。例如，收发器200可以在注入锁定电路（例如第一注入锁定电路204）的输入端处接收参考时钟信号202B。其他示例也是可能的。
在步骤726处，收发器200使用参考时钟信号202B来注入锁定本地振荡器204，其提供振荡信号集220，每个振荡信号具有振荡频率，使得该振荡频率等于第一参考频率。
这种注入锁定可以用类似于上面关于图4所描述的方式并且用方法700的步骤706来完成。因此，环形振荡器204可以在延迟元件集402A-402H中相应一个的输出端处提供振荡信号集220中的相应一个。注意，振荡信号集220中每个信号的频率一般将等于参考时钟信号202B的频率。进一步注意，由环形振荡器204提供的振荡信号集220包括振荡信号A1,A2…A9，并且每个振荡信号A1,A2…A9将具有相等地分隔开的各自的相位。在振荡信号集220中共九个振荡信号（对应于环形振荡器204的九个延迟元件402A-402H）的情况下，振荡信号A1,A2…A9将被周期T/18相等地间隔开，其中T是参考时钟信号202B的周期。
在步骤728处，收发器200接收第二参考信号，例如第二参考信号206A。在一个示例中，第二参考信号206A可以是已经由收发器200通过任何适当的接收器电路无线接收的数据信号。
在步骤730处，收发器200将振荡信号集220组合成具有一输出频率的输出信号230，该输出频率是（a）第二参考信号206A的第二参考频率与（b）第一参考频率的倍数之间的差值。这种输出信号230可以被表示为信号208B。根据接收器实施方式，信号208B可以是经下变频的数据信号206A，并且可以由输出元件208接收以便进行进一步处理，例如解调。
VI.结论
希望前面的详细描述被视为是说明性的而非限制性的，并且应该理解的是希望通过包括所有等价物的随附权利要求来限定本发明的范围。权利要求不应解读为局限于所描述的顺序或元件，除非有明确的说明。因此，本发明要求保护落在随附权利要求及其等价物的范围和精神内的所有实施例。

Claims (50)

1.一种电路，其包括：
振荡器电路，其被配置为提供N个振荡信号的集合，所述集合的每个振荡信号具有振荡频率；
耦合到所述振荡器电路的注入锁定电路，其中所述注入锁定电路被配置为(i)接收具有参考频率的参考信号并且(ii)使用所述参考信号来注入锁定所述振荡器电路，使得所述集合的每个振荡信号的所述振荡频率等于所述参考频率；以及
耦合到所述振荡器电路的边沿组合电路，其中所述边沿组合电路被配置为：
使用所述N个振荡信号的集合来生成一组信号积；并且
生成所述一组信号积的和以提供输出信号，所述输出信号具有等于所述参考频率乘以N的输出频率。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述振荡器电路包括具有延迟元件集的环形振荡器电路，且其中所述环形振荡器电路被配置为在所述延迟元件集中相应一个的输出端处提供所述N个振荡信号的集合中的相应一个。
3.如权利要求2所述的电路，其中所述边沿组合电路被进一步配置为接收所述环形振荡器电路在所述延迟元件集的输出端处提供的振荡信号。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述参考信号具有周期T，其中每个所述振荡信号具有各自相位，且其中所述各自相位被周期T/(2N)相等地间隔开。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述参考信号是频移键控FSK参考时钟信号。
6.如权利要求1所述的电路，其中所述电路进一步包括：
耦合到所述边沿组合电路的无线发射器电路，其中所述无线发射器电路被配置为无线发射所述输出信号。
7.如权利要求1所述的电路，其中所述参考信号是具有第一参考频率的第一参考信号，且其中所述边沿组合电路还被配置为：
将所述一组信号积的和与具有第二参考频率的第二参考信号混合以生成混合信号，所述混合信号具有的频率等于(i)所述第二参考频率与(ii)所述第一参考频率乘以N之间的差值。
8.如权利要求1所述的电路，其中所述参考信号是参考时钟信号。
9.如权利要求7所述的电路，所述电路进一步包括：
耦合到所述边沿组合电路的无线接收器电路，其中所述无线接收器电路被配置为无线接收所述第二参考信号。
10.如权利要求7所述的电路，其中所述第二参考信号是调制的信号，所述电路进一步包括：
耦合到所述边沿组合电路的解调电路，其中所述解调电路被配置为解调所述混合的信号。
11.如权利要求1所述的电路，其中所述输出频率是在以下范围之一内的频率：6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、433.05-434.79MHz、902-928MHz、2.400-2.500GHz或5.725-5.875GHz。
12.如权利要求1所述的电路，其中所述注入锁定电路至少包括第一级和第二级，其中所述第一级被配置为提供所述参考频率的单相注入到所述振荡器电路，且其中所述第二级被配置为提供所述参考频率的多相对称注入到所述振荡器电路。
13.如权利要求2、3、5、6、11或12中任一项所述的电路，其中所述参考信号具有周期T，其中每个所述振荡信号具有各自相位，且其中所述各自相位被周期T/(2N)相等地间隔开。
14.如权利要求2、3、4、6、11或12中任一项所述的电路，其中所述参考信号是频移键控FSK参考时钟信号。
15.如权利要求2、3、4、5、11或12中任一项所述的电路，所述电路进一步包括：
耦合到所述边沿组合电路的无线发射器电路，其中所述无线发射器电路被配置为无线发射所述输出信号。
16.如权利要求2、3、4、8、9、10、11或12中任一项所述的电路，其中所述参考信号是具有第一参考频率的第一参考信号，且其中所述边沿组合电路还被配置为：
将所述一组信号积的和与具有第二参考频率的第二参考信号混合以生成混合的信号，所述混合的信号具有的频率等于(i)所述第二参考频率与(ii)所述第一参考频率乘以N之间的差值。
17.如权利要求2、3、4、7、9、10、11或12中任一项所述的电路，其中所述参考信号是参考时钟信号。
18.如权利要求10、11或12中任一项所述的电路，所述电路进一步包括：
耦合到所述边沿组合电路的无线接收器电路，其中所述无线接收器电路被配置为无线接收所述第二参考信号。
19.如权利要求2-10或12中任一项所述的电路，其中所述输出频率是在以下范围之一内的频率：6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、433.05-434.79MHz、902-928MHz、2.400-2.500GHz或5.725-5.875GHz。
20.如权利要求2-11中任一项所述的电路，其中所述注入锁定电路至少包括第一级和第二级，其中所述第一级被配置为提供所述参考频率的单相注入到所述振荡器电路，且其中所述第二级被配置为提供所述参考频率的多相对称注入到所述振荡器电路。
21.如权利要求1-12中任一项所述的电路，
其中所述N个振荡信号的集合包括振荡信号A1，A2，A3，...AN，以及
所述一组信号积包括信号积A1A2，A2A3...ANA1。
22.一种用于信号处理的方法，其包括：
接收具有参考频率的参考信号；
使用所述参考信号来注入锁定振荡器电路，所述振荡器电路提供N个振荡信号的集合，每个振荡信号具有振荡频率，使得所述集合的每个振荡信号的所述振荡频率等于所述参考频率；
使用所述N个振荡信号的集合来生成一组信号积；并且
生成所述一组信号积的和以提供输出信号，所述输出信号具有等于所述参考频率乘以N的输出频率。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述参考信号具有周期T，其中每个所述振荡信号具有各自相位，且其中所述各自相位被周期T/(2N)相等地间隔开。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述参考信号是频移键控FSK参考时钟信号，所述方法进一步包括：
无线发射所述输出信号。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述参考信号是具有第一参考频率的第一参考信号，所述方法还包括：
将所述一组信号积的和与具有第二参考频率的第二参考信号混合以生成混合信号，所述混合信号具有的频率等于(i)所述第二参考频率与(ii)所述第一参考频率乘以N之间的差值。
26.如权利要求25所述的方法，所述方法进一步包括：
在将所述一组信号积的和与所述第二参考信号混合之前，无线接收所述第二参考信号。
27.如权利要求25所述的方法，其中所述第二参考信号是调制的信号，所述方法进一步包括：
在将所述一组信号积的和与所述第二参考信号混合之后，解调所述混合的信号。
28.如权利要求22所述的方法，其中所述参考频率是在以下范围之一内的频率：6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、433.05-434.79MHz、902-928MHz、2.400-2.500GHz或5.725-5.875GHz。
29.如权利要求22所述的方法，其中使用所述参考信号注入锁定所述振荡器电路包括至少使用第一级注入和第二级注入，其中所述第一级注入包括将所述参考频率单相注入到所述振荡器电路，且其中所述第二级注入包括将所述参考频率多相对称注入到所述振荡器电路。
30.如权利要求22-29中任一项所述的方法，
其中所述N个振荡信号的集合包括振荡信号A1，A2，A3，...AN，以及
所述一组信号积包括信号积A1A2，A2A3...ANA1。
31.如权利要求24-29中任一项所述的方法，其中所述参考信号具有周期T，其中每个所述振荡信号具有各自相位，且其中所述各自相位被周期T/(2N)相等地间隔开。
32.如权利要求25-29中任一项所述的方法，其中所述参考信号是频移键控FSK参考时钟信号，所述方法进一步包括：
无线发射所述输出信号。
33.如权利要求26-29中任一项所述的方法，其中所述参考信号是具有第一参考频率的第一参考信号，且所述方法还包括：将所述一组信号积的和与具有第二参考频率的第二参考信号混合以生成混合的信号，所述混合的信号具有的频率等于(i)所述第二参考频率与(ii)所述第一参考频率乘以N之间的差值。
34.如权利要求33所述的方法，所述方法进一步包括：
在将所述一组信号积的和与所述第二参考信号混合之前，无线接收所述第二参考信号。
35.如权利要求25-26或29中任一项所述的方法，其中所述第二参考信号是调制的信号，所述方法进一步包括：
在将所述一组信号积的和与所述第二参考信号混合之后，解调所述混合的信号。
36.如权利要求23-27或29中任一项所述的方法，其中所述参考频率是在以下范围之一内的频率：6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、433.05-434.79MHz、902-928MHz、2.400-2.500GHz或5.725-5.875GHz。
37.如权利要求23-28中任一项所述的方法，其中使用所述参考信号注入锁定所述振荡器电路包括：至少使用第一级注入和第二级注入，其中所述第一级注入包括将所述参考频率单相注入到所述振荡器电路，且其中所述第二级注入包括将所述参考频率多相对称注入到所述振荡器电路。
38.一种用于信号处理的装置，其包括：
用于提供N个振荡信号的集合的装置，所述集合的每个振荡信号具有振荡频率；
用于注入锁定的装置，其包括用于以下操作的装置：(i)接收具有参考频率的参考信号并(ii)使用所述参考信号来注入锁定所述用于提供所述N个振荡信号的集合的装置，以使得所述集合的每个振荡信号的所述振荡频率等于所述参考频率；
用于使用所述N个振荡信号的集合来生成一组信号积的装置；以及
用于生成所述一组信号积的和以提供输出信号的装置，所述输出信号具有等于所述参考频率乘以N的输出频率。
39.如权利要求38所述的装置，其中所述用于注入锁定的装置进一步包括：(i)用于向所述用于提供所述N个振荡信号的集合的装置提供所述参考信号的单相注入的装置，以及(ii)用于向所述用于提供所述N个振荡信号的集合的装置提供所述参考信号的多相对称注入的装置。
40.如权利要求38和39中任一项所述的装置，
其中所述N个振荡信号的集合包括振荡信号A1，A2，A3，...AN，以及
所述一组信号积包括信号积A1A2，A2A3...ANA1。
41.一种用于信号处理的装置，包括：
本地振荡器，被配置为(i)接收具有参考频率的参考信号并且(ii)基于所接收的参考信号生成N个振荡信号的集合，其中所述集合的每个振荡信号具有等于所述参考频率的各自的振荡频率；以及
耦合到所述本地振荡器的边沿组合器，其中所述边沿组合器被配置为：
使用所述N个振荡信号的集合来生成一组信号积；以及
生成所述一组信号积的和以提供输出信号，所述输出信号具有等于所述参考频率乘以N的输出频率。
42.如权利要求41所述的装置，其中所述参考信号具有周期T，其中每个所述振荡信号具有各自相位，且其中所述各自相位被周期T/(2N)相等地间隔开。
43.如权利要求41所述的装置，其中，所述参考信号是频移键控FSK参考时钟信号。
44.如权利要求41所述的装置，所述装置进一步包括：
耦合到所述边沿组合器的无线发射器，其中所述无线发射器被配置为无线发射所述输出信号。
45.如权利要求41所述的装置，其中所述参考信号是具有第一参考频率的第一参考信号，且其中所述边沿组合器还被配置为：将所述一组信号积的和与具有第二参考频率的第二参考信号混合以生成混合的信号，所述混合的信号具有的频率等于(i)所述第二参考频率与(ii)所述第一参考频率乘以N之间的差值。
46.如权利要求41所述的装置，其中所述参考信号是参考时钟信号。
47.如权利要求45所述的装置，所述装置进一步包括：
耦合到所述边沿组合器的无线接收器，其中所述无线接收器被配置为无线接收所述第二参考信号。
48.如权利要求45所述的装置，其中所述第二参考信号是调制的信号，所述装置进一步包括：
耦合到所述边沿组合器的解调器，其中所述解调器被配置为解调所述混合的信号。
49.如权利要求41所述的装置，其中所述参考频率是在以下范围之一内的频率：6.765-6.795MHz、13.553-13.567MHz、26.957-27.283MHz、40.66-40.70MHz、433.05-434.79MHz、902-928MHz、2.400-2.500GHz或5.725-5.875GHz。
50.如权利要求41-49中任一项所述的装置，
其中所述N个振荡信号的集合包括振荡信号A1，A2，A3，...AN，以及
所述一组信号积包括信号积A1A2，A2A3...ANA1。
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