CN102986140B - 用于无线通信装置的计时方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生成无线通信装置中时钟信号的方法和系统。该方法包括生成未校正的参考时钟信号，生成对应于未校正的参考时钟信号中频率误差的频率校正值，以及基于未校正的时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成至少一个射频时钟信号以便接收和传送射频信号。该方法还包括独立于所述至少一个射频时钟信号，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成基带定时信号以便为基带信号处理电路计时。

Description

用于无线通信装置的计时方案

技术领域

本发明一般涉及通信领域，并且更具体地说，涉及用于生成和分发无线通信装置中的时钟信号的方法和系统。

背景技术

诸如移动电话等现代无线通信装置要求在稳定参考频率操作的至少一个时钟正确运行。稳定的参考频率一般通过使用自由运行晶体振荡器作为参考时钟而获得。然而，现代移动终端具有严格的频率稳定性要求，这些要求由于温度相关性、供应电压变化和老化效应等可造成频率变化和/或频率漂移的限制因素而不能通过只使用自由运行晶体振荡器来实现。

为了实现更稳定的参考频率，能够利用自动频率控制(AFC)机制。AFC估计接收的信号上相对于移动终端的操作频率的频率误差，并且应用校正到自由运行参考时钟以便针对传送该接收信号的相对部分来同步移动终端的频率。这样，可将频率变化和频率漂移保持到最小。

移动通信的当前趋势是通过将诸如全球定位系统(GPS)、蓝牙通信、调频收音机等功能集成到移动终端来增加移动终端的功能性。由于成本、设计或其它方面，这些集成功能通常与移动终端收发器由相同AFC校正参考时钟来计时（clock）。然而，共享AFC校正参考时钟可造成问题。

在AFC校正应用到参考时钟时发生的频率更改将传递到共享相同参考时钟的所有电路。这些更改即使它们相对较小，也可能破坏要求持续和稳定参考时钟的一些功能的性能或者使其降级。因此，存在对于改进用于生成和分发现代移动终端中参考时钟信号的方法的需要。

发明内容

鉴于上述和以下描述，本发明的目的是提供用于生成和分发无线通信装置中的时钟信号的方法和系统，其单独或在任何组合中减轻、缓和或消除本领域中一个或多个上述缺陷和缺点。

根据本发明，该目的在一种用于生成无线通信装置中时钟信号的方法中得以实现，该方法包括生成未校正的参考时钟信号，生成对应于所述未校正参考时钟信号中频率误差的至少一个频率校正值，将未校正参考时钟信号分发到无线通信装置的系统部分，将所述至少一个频率校正值至少分发到具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分，以及在具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分中，基于所述未校正的时钟信号和所述至少一个频率校正值而产生计时信号，以及在不具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分中，只基于所述未校正的时钟而产生计时信号。

基于所述未校正的时钟信号和所述至少一个频率校正值而生成至少一个射频时钟信号可用于接收和传送射频信号，以及该方法还可包括独立于所述至少一个射频时钟信号，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成基带定时信号以便为基带信号处理电路计时。

该方法还可包括将定时生成器电路用于生成所述基带定时信号。

该方法中生成所述基带定时信号包括将锁相环电路用于基于所述未校正参考时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成锁相环信号，以及将定时生成器电路用于基于所述锁相环信号而生成所述基带定时信号。

该方法可还包括将所述至少一个频率值应用到采样率转换器。

该方法还可包括将所述至少一个射频时钟信号应用到射频混频器和到转换器电路。

本发明还涉及一种用于生成无线通信装置中时钟信号的系统，该系统包括：自由运行参考时钟电路，适用于生成未校正的参考时钟信号；频率控制电路，适用于生成为补偿所述参考时钟电路的频率误差所计算的至少一个频率校正值；布置成将未校正参考时钟信号分发到无线通信装置的系统部分的输出；布置成将所述至少一个频率校正值至少分发到具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分的输出，以便使得具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分能够基于所述未校正的时钟信号和所述至少一个频率校正值而产生计时信号，以及使得不具有产生与未校正参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的部分能够只基于所述未校正的时钟而产生计时信号。

该电路还可包括：射频时钟电路，适用于基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值而产生至少一个射频时钟信号，其中所述至少一个射频时钟信号可操作地连接到适用于接收和传送射频信号的射频电路，以及基带定时电路，适用于独立于所述至少一个射频时钟信号，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成到基带信号处理电路的基带定时信号。

系统中的基带定时电路可以是定时生成器电路。

系统中的基带定时电路还可包括：锁相环电路，适用于基于所述未校正参考时钟信号和所述至少一个频率校正值，生成锁相环信号；以及定时生成器电路，适用于基于所述锁相环信号生成所述基带定时信号。

系统中的所述至少一个频率校正值还可被应用到采样率转换器。

系统中的自由运行参考时钟电路还可以是晶体振荡器。

附图说明

从下面参照附图的本发明的一些实施例的详细描述中，可明白本发明的其它目的、特征和优点，其中，本发明的一些实施例将参照附图更详细地描述，其中：

图1示出根据现有技术的使用自由运行参考时钟为收发器计时的通用收发器架构的框图；以及

图2示出根据现有技术的使用频率校正参考时钟为收发器计时的收发器架构的框图；以及

图3示出根据现有技术的使用自由运行参考时钟和频率校正锁相环为收发器计时的收发器架构的框图；以及

图4示出根据本发明的一实施例的使用自由运行参考时钟和频率校正锁相环为收发器计时及使用频率校正定时生成器生成到基带信号处理的定时信号的收发器架构的框图；以及

图5示出根据图4中本发明的实施例的变型的使用自由运行参考时钟和频率校正锁相环为收发器计时以及使用频率校正锁相环为基带中的定时生成器计时的收发器架构的框图；以及

图6示出根据图4中本发明的实施例的变型的使用自由运行参考时钟和频率校正锁相环为收发器计时收发器架构的框图，其中，频率校正被应用到基带中的定时生成器及采样率转换器；以及

图7示出根据图4中实施例的变型的使用自由运行参考时钟和频率校正锁相环为基带中的定时生成器及收发器计时的收发器架构的框图。

具体实施方式

下面将参照示出本发明的实施例的附图，更全面地描述本发明的实施例。然而，本发明可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文所述的实施例。相反，这些实施例的提供使本公开将变得详尽和完整，并且将向本领域的技术人员完全传达本发明的范围。

本发明一般涉及用于生成和分发无线通信装置中的时钟信号的方法和系统，并且具体而言，涉及生成和分发移动终端中的时钟信号。本文中公开的本发明的实施例使用用于无线通信的通用直接转换收发器架构进行描述。重要的是记住本发明决不限于只结合所述收发器架构来使用。相反，本发明及其原理也能够在其它类型的收发器、接收器和传送器架构中被应用和使用。

图1示出无线通信装置中使用的典型收发器架构100的框图。在示出本发明的以下示例中使用的收发器架构100已划分成三个主要部分：模拟射频(RF)部分118、基带(BB)部分113及其它系统部分117。收发器架构的划分反映了装置中集成电路(IC)的常规划分，其中，不同部分通常在分开的IC或IC组中实现。然而，在一些情况下，收发器架构100可在单个芯片中实现，并且因此划分到三个主要部分可反映单个芯片中不同部分（或布局）的划分。

RF部分118包括用于传送和接收模拟射频信号的天线和天线交换部件101、用于放大接收和传送信号的放大器102、103、用于将接收的射频信号下变频的混频器104及用于将基带信号上变频成传送射频信号的混频器105。RF部分118还包括生成本地振荡器信号的一组锁相环，在此示例中是用于生成射频时钟信号以便在混频器104中使用的接收锁相环106(RxPLL)和用于生成射频时钟信号以便在混频器105中使用的接收锁相环107(TxPLL)及用于为转换器RxADC111和TxDAC112生成采样时钟信号的PLL119。RF部分118还包括用于过滤下变频的接收信号的低通滤波器108、用于将过滤的下变频接收信号转换成数字接收信号的模数转换器111(RxADC)、用于将数字基带信号转换成模拟基带信号的数模转换器112(TxDAC)及用于过滤模拟基带信号的低通滤波器109。用于生成参考时钟信号的参考时钟110被分发到所述RF部分118中的RxPLL106、TxPLL107、RxADC111、TxDAC112及PLL119。参考时钟110不一定需要如图1中收发器架构100中所示在RF部分118中实现。参考时钟110例如能够实现为分开的部分，并且因此参考时钟100生成的参考时钟信号将在该情况下只作为内信号被分发到架构100的不同部分113、117、118。

基带部分113包括用于处理从RF部分的RxADC111输入的所述数字接收信号的基带接收电路114(Rx)、用于基于输入到基带113的所述参考时钟信号110生成到所有基带信号处理电路的定时信号的基带定时生成器115及用于生成输出到RF部分118中TxDAC112的数字传送信号的基带传送电路116(Tx)。

其它系统部分117可包括执行无线通信装置中存在的特定功能的不同类型的电路（不包括属于收发器的电路）。此类电路的示例例如可以是GPRS电路、蓝牙电路、调频/调幅收音机电路等。其它系统部分117中的电路需要由参考时钟来计时以便以最佳方式运行。然而，在许多情况下，由于成本方面、设计限制等，这些电路不是由自己的参考时钟来计时，而是与收发器由相同参考时钟来计时。因此，在收发器架构100中，参考时钟信号110从RF部分118输出到其它系统部分117中的电路。

有关收发器架构100中构件块的功能性的细节将不进一步详细讨论，因为它被视为是为本领域技术人员所公知的，并且不被认为是理解本发明的概念及其实施例所必需的。

现代无线通信装置中的许多功能依赖在稳定参考频率操作的参考时钟以便正确运行。参考时钟的准确度十分重要，因为任何频率变化或频率漂移可破坏无线通信装置的性能或者使其严重降级。图1中收发器架构100中的参考时钟100经常使用晶体振荡器来实现。然而，可惜的是晶体振荡器受到诸如温度相关性、供应电压变化和老化效应等全部可造成频率变化和/或频率漂移的限制因素影响。频率变化和漂移也可在操作期间由于移动终端的移动而发生。移动可造成接收信号的频率更改，并且因此在其与参考时钟之间必须通过调整移动终端中的参考时钟进行补偿的频率差将出现。

收发器架构100的某些部分对频率变化比其它部分更敏感。更敏感的部分或电路的示例是生成射频时钟信号（其中频率准确度约束十分严格）的RxPLL106和TxPLL107、转换器RxADC111和TxDAC112（其中样本频率需要接近理想样本频率以便不使收发器的性能降级）及基带信号处理电路（其需要具有稳定基带定时信号，以便相对于系统设置的结构以高准确度开始/停止无线电和基带信号处理电路执行的数据处理）。因此，必须应用某种频率校正到参考时钟以保护无线通信装置的操作和性能。

为了实现更稳定和准确的参考频率，可应用诸如自动频率控制电路(AFC)等频率控制(FC)机制。FC估计接收信号中相对于来自自由运行参考时钟的参考频率信号的频率误差，并且在必需时应用校正到自由运行参考时钟以便针对传送该接收信号的相对部分同步或调谐自由运行参考时钟的频率。这样，可将任何频率变化和频率漂移保持到最小。

图2示出根据现有技术的收发器架构200，其中已采用频率校正(FC)。基带208中的FC电路210基于Rx209中的接收信号和自由运行参考时钟信号，估计频率误差。FC210生成对应于估计的频率误差的频率校正值，并且应用校正到参考时钟207，如在FC210与参考时钟207之间虚线箭头所示。这样，频率校正参考时钟信号将分发到对频率变化敏感的所有部分（BB208和Sys213）和电路（RxPLL203、TxPLL204和PLL215），并且因此消除参考时钟信号相对于接收信号的任何漂移。

然而，图2中收发器架构200有关的缺陷是共享FC校正参考时钟可对于无线通信装置中的一些功能造成问题。在应用FC校正到参考时钟207时发生的频率更改将传递到连接到参考时钟信号的无线通信装置中的所有电路。这些更改即使它们相对较小，也可能破坏要求持续和频率稳定参考时钟的一些功能的性能或者使其降级。

减少或消除此缺陷的一种方式在图3中现有技术收发器架构300中示出。在此收发器架构300中，已在RF部分310中使用另外的锁相环为转换器305、306和数字基带307计时。自动运行参考时钟提供未校正参考频率时钟信号到RxPLL301、TxPLL302、PLL303和系统309中的电路。频率校正值直接应用到为收发器架构300中时间关键功能计时的PLL301、302、303，而不是直接在自由运行参考时钟304上应用从FC308生成的频率校正值。这样，由应用频率校正值到PLL产生的频率更改不传播到系统部分309中的电路，并且因此将不破坏要求持续和频率稳定参考时钟的功能的性能或者使其降级。

然而，与图3中收发器架构有关的缺陷是负责提供校正参考时钟信号到数字基带307的PLL303必须启动以生成到基带307的校正参考时钟信号。启动PLL303将增大功耗和占用时间，这不是最佳的。另一个缺陷是将在频率上十分接近的两个参考时钟同时在移动终端中被分发，并且在最差的情况下，时钟信号能够相互交互，形成将使移动终端的性能降级的拍音、寄生边带（spurioussideband）等。图4中公开的本发明减轻和/或缓和了图1-3中以前的现有技术示例的缺陷。

图4示出根据本发明的一实施例的收发器架构，其中，自由运行参考时钟404生成被分发到PLL401、102、403、系统电路410及基带407的未校正参考时钟信号。FC408生成的频率校正值直接应用在PLL401、402、403上以保护PLL生成的射频时钟信号的准确度。为了避免每次任何基带信号处理电路需要执行功能时启动PLL403（这就是图3中收发器架构300中的情况），基带407在此架构中由来自自由运行参考时钟404的未校正参考时钟信号来计时。然而，为基带407提供未校正参考时钟信号不是最佳的，因为基带信号处理电路需要具有稳定和准确的时钟信号才能够为电路提供准确的定时信号。为能够满足此要求，频率校正值被单独在基带407中被本地应用到通过未校正参考时钟信号所提供的定时生成器409。这样，可保证准确的定时生成器信号到基带信号处理电路，而独立于PLL403。本发明允许新计时方法，其中，自由运行参考时钟信号分发到无线通信装置的所有部分和电路，以及其中，频率校正只在本地被应用到需要产生高准确度的计时信号的电路。

图5示出图4所示实施例的变型。在图5所示收发器架构500中，基带507中的PLL509用于提供计时信号到TG510。在此实施例中，未校正参考时钟信号将提供到PLL509而不是如图4中收发器架构中一样直接提供到定时生成器电路510，并且来自FC508的频率校正值将直接应用到PLL509。这样，PLL509将生成稳定和校正的时钟信号，该信号被提供到定时生成器电路510，以便定时生成器电路能够生成到基带信号处理电路的准确基带定时信号。

图6示出图4所示本发明的实施例仍有的另一变型。在图6所示收发器架构600中，样本率转换器607、608已插入在转换器605、606与基带609之间的RF部分613。自由运行参考时钟604生成分发到PLL601、602、603、其它系统部分612中的电路及到基带609的未校正参考时钟信号。基带609中FC610生成的频率校正值直接应用到RxPLL601和TxPLL602。为确保时间关键样本率转换器607、608的准确度，FC610生成的频率校正值应用到SRC。如在带有图4中架构的情况下一样，基带407由来自自由运行参考时钟404的未校正参考时钟信号来计时。为了确保独立于其它时钟信号的稳定基带定时信号的生成，频率校正值在本地被应用到基带609中的定时生成器611。

图7示出类似于图6所示实施例的本发明的实施例仍有的另一变型。在图7所示收发器架构700中，自由运行参考时钟704生成分发到PLL701、702、703、其它系统部分712中的电路及到基带709的未校正参考时钟信号。基带709中FC710生成的频率校正值在此情况下直接应用到基带中的TG711和到RxPLL701、TxPLL702、PLL703。通过在用于转换器RxADC705、TxDAC706和基带709的PLL703上应用频率校正，如果由到SRC的进入数据而不是参考时钟信号来触发SRC707、708，则也能够确保样本率转换器707、708的准确度。这样，为收发器中的所有频率敏感部分提供了校正的频率，并且因此确保了稳定性。

在本文使用的术语只用于描述特殊的实施例，并无意限制本发明。在本文使用时，单数形式“一（a或an）”以及“该（the）”也旨在包括复数形式，除非上下文明确指示相反情况。还将理解，术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”在本文使用时用于表示所述特征、整体、步骤、操作、要素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、要素、组件和/或其组的存在或添加。

除非另有定义，否则，本文使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含意。还将理解，本文使用的术语应解释为具有与本说明书和相关技术上下文中含意一致的含意，并且将不以理想化或过分正式的意义来解释，除非在本文中明确地如此被定义。

前面描述了本发明的原理、优选实施例和操作模式。然而，本发明应视为说明性而不是限制性的，并且不应视为限于上面讨论的特定实施例。本发明的各种实施例的不同特征能够在与明确所述的那些组合不同的其它组合中被组合。因此，应领会到，本领域技术人员在不脱离如随附权利要求所定义的本发明的范围的情况下可在那些实施例中进行变化。

Claims (12)

1.一种用于生成无线通信装置中的时钟信号的方法，包括：

生成未校正的参考时钟信号；

生成与所述未校正的参考时钟信号中的频率误差相对应的至少一个频率校正值；

将所述未校正的参考时钟信号分发到所述无线通信装置的系统部分；

将所述至少一个频率校正值至少分发到具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分；以及

在具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分中，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值而产生计时信号，以及在不具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分中，仅基于所述未校正的参考时钟信号而产生计时信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中在所述具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分之一中基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值而生成至少一个射频时钟信号是用于接收和传送射频信号；以及所述方法还包括独立于所述至少一个射频时钟信号，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值而生成基带定时信号以便为基带信号处理电路计时。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述方法包括将定时生成器电路用于生成所述基带定时信号。

4.如权利要求2所述的方法，其中生成所述基带定时信号包括：

将锁相环电路用于基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值来生成锁相环信号；以及

将定时生成器电路用于基于所述锁相环信号来生成所述基带定时信号。

5.如权利要求2到4的任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述至少一个射频时钟信号应用到射频混频器和到转换器电路。

6.如权利要求1到4的任一项所述的方法，其中所述方法还包括将所述至少一个频率校正值应用到采样率转换器。

7.一种用于生成无线通信装置中的时钟信号的系统，包括：

自由运行参考时钟电路，适用于生成未校正的参考时钟信号；

频率控制电路，适用于生成为补偿所述自由运行参考时钟电路的频率误差所计算的至少一个频率校正值；

布置成将所述未校正的参考时钟信号分发到所述无线通信装置的系统部分的输出；

布置成将所述至少一个频率校正值至少分发到具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分的输出，以便

使得具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分能够基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值而产生计时信号，以及使得不具有产生与所述未校正的参考时钟信号相比带有改进准确度的计时信号的需要的系统部分能够只基于所述未校正的参考时钟信号而产生计时信号。

8.如权利要求7所述的系统，还包括

射频时钟电路，适用于基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值来生成至少一个射频时钟信号，其中所述至少一个射频时钟信号可操作地连接到适用于接收和传送射频信号的射频电路，以及

基带定时电路，适用于独立于所述至少一个射频时钟信号，基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值来生成到基带信号处理电路的基带定时信号。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述基带定时电路是定时生成器电路。

10.如权利要求8所述的系统，其中所述基带定时电路包括：

锁相环电路，适用于基于所述未校正的参考时钟信号和所述至少一个频率校正值来生成锁相环信号；以及

定时生成器电路，适用于基于所述锁相环信号来生成所述基带定时信号。

11.如权利要求7到10的任一项所述的系统，其中所述至少一个频率校正值被应用到采样率转换器。

12.如权利要求7到10的任一项所述的系统，其中所述自由运行参考时钟电路是晶体振荡器。