CN103067035B - 切片式传送器前端电路及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切片式传送器前端电路及相关方法，该切片式传送器前端电路包含多个并行连接的第一传送器前端切片，其作为一个整体为该切片式传送器前端电路的叠加增益范围提供高增益部分；第二传送器前端切片，与多个该第一传送器前端切片并行连接，该第二传送器前端切片具有一增益范围，该增益范围为该叠加增益范围提供低增益部分；其中该第二传送器前端切片的该增益范围的最小增益小于该高增益部分的最小增益。本发明能够提供一较大的动态范围，克服“LO泄漏”问题以及使功率消耗得以降低。

Description

切片式传送器前端电路及相关方法

【技术领域】

本发明领域是关于一种传送器前端电路，特别是关于一种具有切片式(slicedconfiguration)传送器前端电路及相关方法。

【背景技术】

一传送器前端(TXFE)是位于一传送器/收发器内以及设置于一数字电路与该传送器/收发器的天线之间的一模拟电路。简单来说，该数字电路产生一数字信号，接着该数字信号通过一数模转换器(DAC)转换成一基频信号。通常该传送器前端电路包含一本地振荡器(LO)，用于产生一载波信号；一混频器用于混频该基频信号与该载波信号以产生一无线电频率(RF)信号；以及一增益级用以放大该RF信号。该放大后的RF信号接着直接或间接地传送至该天线以用于传送。

TXFE电路有时会被设计为可提供一较大的动态范围。但是这样的TXFE电路需要面临很多的问题，例如其需要忍受噪声污染尤其是当其提供一高增益时。此外，其不能于不同的增益级维持线性度。此外，其还需要忍受所谓“LO泄漏”问题，尤其是当其提供一低增益时。更甚者，此时该TXFE电路将不能降低较多的功率消耗，尤其是当其提供一低增益时。

【发明内容】

有鉴于此，本发明致力于减轻、缓和或消除上述提及的一个或多个缺陷，以提供一种具有大动态范围的切片式传送器前端电路及相关方法。

一方面，本发明实施例提供一种切片式传送器前端电路，包含多个并行连接的第一传送器前端切片，其作为一个整体为该切片式传送器前端电路的叠加增益范围提供一高增益部分；一第二传送器前端切片，与多个该第一传送器前端切片并行连接，该第二传送器前端切片具有一增益范围，该增益范围为该叠加增益范围提供一低增益部分；其中该第二传送器前端切片的该增益范围的最小增益小于该高增益部分的最小增益。

另一方面，本发明实施例提供一种运作一切片式传送器前端电路的方法，该切片式传送器前端电路包含并行连接的多个第一传送器前端切片与一第二传送器前端切片，该方法包含：在第一模式，使能该多个第一传送器前端切片及禁能该第二传送器前端切片；在第二模式，禁能该多个第一传送器前端切片及使能该第二传送器前端切片；其中该第二传送器前端切片所提供的低增益部分的最小增益小于该多个第一传送器前端切片作为一整体所提供的高增益部分的最小增益。

再一方面，本发明实施例提供一种切片式传送器前端电路，包含多个并行连接的第一传送器前端切片，每一该第一传送器前端切片包含：一第一混频器；一第一本地振荡器，耦接至该第一混频器的载波输入端；以及一第一程控增益放大器，耦接至该第一混频器的信号输出端。

本发明实施例的切片式传送器前端电路及相关方法，能够提供一较大的动态范围，克服“LO泄漏”问题以及使功率消耗得以降低。

【附图说明】

图1所示为依据本发明一实施例的切片式传送器前端(TXFE)电路100的简化结构示意图；

图2所示为该高增益部分、低增益部分与叠加增益范围部分之间的关系示意图；

图3所示为假设M等于8或者每一PGAs190_0~190_8具有8个PGA单元的情形下，该切片式TXFE电路100的一些示例性增益级的表格示意图；

图4所示为具备如切片式TXFE电路100所具备的动态范围但不具备切片式结构的TXFE电路400的简化结构示意图；

图5所示为滤波器22的负载的等效电路图模型示意图；

图6所示为依据本发明另一实施例的切片式TXFE电路600的简化结构示意图；

图7所示为依据本发明再一实施例的切片式TXFE电路700的简化结构示意图；

图8所示为依据本发明又一实施例的切片式TXFE电路800的简化结构示意图。

【具体实施方式】

图1所示为依据本发明一实施例的切片式传送器前端(TXFE)电路100的简化结构示意图。该切片式TXFE电路100可包含于一传送器/收发器中，并可以设置于数字电路及该传送器/收发器的天线之间。一些数模转换器(DACs)及一些滤波器，例如图1所示的DAC12,DAC14,滤波器22，滤波器24，可作为中间电路设置于该数字电路及该TXFE电路100之间。

在本实施例中，该切片式TXFE电路100包含数量为M的第一TXFE切片110_1~110_M以及一第二TXFE切片110_0，其中M为大于1的整数。该M个第一TXFE切片110_1~110_M并行连接以及相互间是大致上相同的。以第一TXFE切片110_K为例进行说明，其中K为1与M之间的整数，该第一TXFE切片110_K包含一混频器130_K，一本地振荡器150_K，以及包含一程控增益放大器(PGA)190_K的一增益级。该混频器130_K具有至少一混频器单元，例如两个分别运作于不同相位的混频器单元131_K与132_K。该混频器单元131_K与132_K可以为无源元件，每一混频器单元具有一信号输入端，一载波输入端以及一信号输出端，如图所示分别位于其左侧、底侧及右侧。该PGA190_K可以包含多个PGA单元(未图示)及可以在禁能剩余PGA单元时使能任意数量的PGA单元。例如，PGA单元在其运作信号放大功能时得以使能并于其关闭时予以禁能。由于该第一TXFE切片110_1~110_M及其多个PGA单元可以分别单独地使能及禁能，其相当于该第一TXFE切片110_1~110_M作为一个整体能够提供多个第一增益级的一高增益部分。

同每一个第一TXFE切片110_1~110_M一样，该第二TXFE切片110_0也包含一混频器130_0，一本地振荡器150_0以及包含一PGA190_0的一增益级。该混频器130_0包含至少一混频器单元，例如分别运作于不同相位的两个混频器单元131_0与132_0。该混频器单元131_0与132_0可以为无源元件，每一混频器单元131_0与132_0具有一信号输入端，一载波输入端以及一信号输出端，如图所示分别位于其左侧、底侧及右侧。该PGA190_0具有多个PGA单元以及可以在禁能剩余PGA单元时使能任意数量的PGA单元。例如，一PGA单元在其运作信号放大功能时予以使能并于其关闭时予以禁能。不同于该第一TXFE切片110_1~110_M，该第二TXFE切片110_0还包含第二增益级，该第二增益级包含可调衰减器170_0。该可调衰减器170_0能够在提供一分贝标度(decibelscale)上的负增益。该可调衰减器170_0包含信号输入端及信号输出端分别位于其左侧及右侧。基于该可调衰减器170_0及该PGA190_0，该第二TXFE切片110_0能够提供多个第二增益级的低增益部分。由于包含该可调衰减器170_0，使得该低增益部分的最小增益值比该高增益部分的最小增益值还要小。因此，该至少一第二增益级小于所有的第一增益级。例如，该可调衰减器170_0可以为电容性的分频器或者具有PGA190_0的可调增益的输入级。

在本实施例中，该混频器单元131_0~131_M的信号输入端耦接至该滤波器22以接收一第一基频信号。该混频器单元132_0~132_M的信号输入端耦接至该滤波器24以接收一第二基频信号。这些基频信号的初始数字格式由该传送器/收发器的该数字电路产生。该PGAs190_0~190_M的信号输出端耦接至该切片式TXFE电路100的输出端以直接或间接提供放大后信号至该传送器/收发器的天线以用于传送。

本实施例的该切片式TXFE电路100具有一叠加的增益范围。该叠加的增益范围包含由该第一TXFE切片110_1~110_M作为一整体所提供的该高增益部分，以及该第二TXFE切片110_0所提供的低增益部分。例如，若每一第一TXFE切片110_1~110_M所提供的第一增益范围位于X1dBm与Y1dBm之间时，上述高增益部分则应该位于X1dBm与Y1’dBm之间，其中Y1’值大于Y1。若该第二TXFE切片110_0所提供的第二增益范围位于X2dBm与Y2dBm之间时，上述低增益部分则应该位于X2dBm与Y2dBm之间。

如上所述，由于包含该可调衰减器170_0致使该第二TXFE切片110_0所提供的最小增益X2dBm小于该第一TXFE切片110_1~110_M所提供的最小增益X1dBm。此外，若该低增益部分的最大增益Y2dBm大于该高增益部分的最小增益X1dBm，该两个增益部分可以共享X1dBm至Y2dBm的一重叠部分。图2所示为该高增益部分、低增益部分与叠加增益范围部分之间的关系示意图。若该低增益部分的最大增益Y2dBm等于或小于该高增益部分的最大增益X1dBm，仅有一重叠增益部分X1＝Y2dBm或者无重叠增益部分位于该高增益部分与该低增益部分之间。

图3所示为假设M等于8或者每一PGAs190_0~190_8具有8个PGA单元的情形下，该切片式TXFE电路100的一些示例性增益级的表格示意图。于本实施例中，该切片式TXFE电路100具有至少19种分离的增益级。其中增益级1~15可以为上述第一增益级的非专属(non-exclusive)成员。该切片式TXFE电路100可以位于第一模式以提供增益级1~5，以及位于第二模式以提供增益级6~15。在第一模式中，所有的第一TXFE切片110_1~110_M均使能以及该第二TXFE切片110_0禁能。在第二模式中，该第一TXFE切片的一组使能而该第一TXFE切片的另一组禁能以及该第二TXFE切片110_0禁能。若一TXFE切片正在基于其自滤波器22或24接收到的基频信号产生RF信号时，该TXFE切片是使能的。换句话说，若一TXFE切片处于关闭状态时其是禁能的。

当该切片式TXFE电路100位于该第一模式或者第二模式以及一个以上的第一TXFE切片处于使能状态时，该切片式TXFE电路100可以对该已使能的第一TXFE切片的每一个中使能同样数量的PGA单元。例如，在增益级1，该切片式TXFE100在8个使能的第一TXFE切片的每一个中使能8个PGA单元；在增益级2，该切片式TXFE100在8个使能的第一TXFE切片的每一个中使能7个PGA单元；……；在增益级6，该切片式TXFE100在4个使能的第一TXFE切片的每一个中使能7个PGA单元；在增益级7，该切片式TXFE100在4个使能的第一TXFE切片的每一个中使能6个PGA单元；……；在增益级10，该切片式TXFE100在2个使能的第一TXFE切片的每一个中使能2个PGA单元。

增益级16~19可以是上述第二增益级的非专属(non-exclusive)成员，以及该切片式TXFE电路100位于第三模式以提供上述4个增益级中的任意一个。于第三模式时，该第一TXFE切片110_1~110_M全部禁能以及仅有该第二TXFE切片110_0是使能的。

图4所示为具备如切片式TXFE电路100所具备的动态范围但不具备切片式结构的TXFE电路400的简化结构示意图。本领域技术人员应该很容易可以了解，相比于非切片式TXFE电路400该切片式TXFE电路100所具备的优点。

该非切片式TXFE电路400相似于该第二TXFE切片110_0，其也包含一混频率430，一本地振荡器450，一包含一可调衰减器470的第一增益级，以及包含PGA490的第二增益级。此外，该混频器430还类似于该混频器130_0，其构成也包含两个混频器单元431,432。比较该非切片式TXFE电路400与该切片式TXFE电路100的动态范围，混频器130_0~130_M的每一者的尺寸大致为混频器430的尺寸的1/M，本地振荡器150_0~150_M的每一者的尺寸大致为本地振荡器450的尺寸的1/M，PGAs190_0~190_M的每一者的尺寸大致为PGA490的尺寸的1/M，以及该可调衰减器170_0的尺寸大致为可调衰减器470的尺寸的1/M。此外，若PGAs190_0~190_M的每一者包含N个PGA单元，该PGA490则包含(M*N)个PGA单元，其中N为大于1的整数。

接下来将基于假设该非切片式TXFE电路400与切片式TXFE电路100均具有大致上为78dB的动态范围，以及M及N均为8的前提下，对该非切片式TXFE电路400与切片式TXFE电路100进行比较。在这种假定下，该PGA490包含64个PGA单元，以及PGAs190_0~190_M的每一者包含8个PGA单元。

不同于非切片式TXFE电路400与第二TXFE切片110_0，第一TXFE切片110_1~110_M的任一者均不会包含一可调衰减器，该可调衰减器可视为引起信号噪声比率(SNR)下降的一电位源(potentialsource)。因此，不同于非切片式TXFE电路400，当该切片式TXFE电路100运作于如图3所示的增益级1~15的任一级时，其SNR下降能够得到一定的减缓，原因在于在切片式TXFE电路100的上述增益级中，未使用任何的可调衰减器。由于当切片式TXFE电路100运作于一低增益时，其噪声更可以相对地忽略不计，因此当切片式TXFE电路100运作于如图3所示的增益级16~19的任一级时，即使该可调衰减器170_0处于使能状态时，也不会导致一不可接受的噪声问题。

此外，混频器130_0~130_8的每一者可以为被动式混频器及具有高线性。从而，该TXFE切片110_0~110_8无需共享一单独的大的PGA490，反而可以分别包含切片式PGA190_0~190_8。不同于该混频器430需设置64个PGA单元以及需具有一宽范围的增益，混频器130_0~130_8的每一者仅需设置8个PGA单元以及仅需具有一相对较窄的增益范围。因此，该切片式TXFE电路100作为一个整体能够比非切片式TXFE电路400获得更好的线性。

此外，本地振荡器150_0~150_8的每一者为本地振荡器450的尺寸的1/8。当该切片式TXFE电路100运作于如图3所示的增益级6~8时，本地振荡器150_0~150_8中仅有4个是使能的；当该切片式TXFE电路100运作于如图3所示的增益级9~10时，本地振荡器150_0~150_8中仅有2个是使能的；当该切片式TXFE电路100运作于如图3所示的增益级11~19时，本地振荡器150_0~150_8中仅有1个是使能的。换句话说，于增益级6~19，本地振荡器150_0~150_8中至少有5个是处于禁能状态的，从而不会引发LO泄漏。因此，该切片式TXFE电路100的LO泄漏问题能够随着其输出功率电平的降低而得以降低。相反，对于非切片式TXFE电路400来说，不管该非切片式TXFE电路400是运作于其最大增益级或最小增益级，本地振荡器450一直处于开启状态。因此，该非切片式TXFE电路400将面临严重的LO泄漏问题，尤其是当其运作于一低增益级时。

此外，该第一TXFE切片110_0~110_8中的一些可以被禁能以降低功率消耗。尤其是于图3所示的增益级1~15时，该第二TXFE切片110_0是禁能的。此外，于增益级6~8时，第一TXFE切片110_0~110_8中的4个是禁能的；于增益级9~10时，第一TXFE切片110_0~110_8中的6个是禁能的；于增益级11~15时，第一TXFE切片110_0~110_8中的7个是禁能的；以及于增益级16~19时，第一TXFE切片110_0~110_8中的8个是禁能的。因此，不同于该非切片式TXFE400，由于非切片式TXFE400未设置切片可以关闭，因此即使其处于一低输出功率时也不能引起更多的功率消耗的降低，相反该切片式TXFE电路100则能随着其输出功率电平的降低极大的降低其功率消耗。当该切片式TXFE电路100应用于通过电池来提供功率的手持电子设备中时，这一特性将显得尤其有价值。

由于切片式TXFE电路100中使能的切片数目能够随着输出功率电平而发生改变，通过切片式TXFE电路100施加于滤波器22与24的等效负载也可以随着输出功率电平的变化而发生改变。负载的改变将引起滤波器22与24输出的模拟信号的电平同样发生改变。传送器/收发器的数字电路能够调整输出至DACs12,14的数字信号以抵消上述的电平变化。

图5所示为滤波器22的负载的等效电路图模型示意图。由于TXFE切片1,2,4或8将被使能，该等效电阻RIF与RLOAD可以发生变化。例如，当第一TXFE切片110_1~110_8的8个全部使能时，该等效电阻RLOAD可以等于RLOAD_8，而当第一TXFE切片110_1~110_8中仅有4个使能时，该等效电阻RLOAD可以等于RLOAD_4，而当第一TXFE切片110_1~110_8中仅有2个使能时，该等效电阻RLOAD可以等于RLOAD_2，以及当第一TXFE切片110_1~110_8中仅有1个使能或者仅当第二TXFE切片110_0使能时，该等效电阻RLOAD可以等于RLOAD_1。为了确保不管多少数量的TXFE切片处于使能状态，DAC12接收到的一相等的数字值将于节点B引发一相等的电压VB，可以通过调整节点A处的电压VA以使下述方式成立：

VB=[RLoad_8/(RLoad_8+RIF)]×VA_8

=[RLoad_4/(RLoad_4+RIF)]×VA_4

=[RLoad_2/(RLoad_2+RIF)]×VA_2

=[RLoad_1/(RLoad_1+RIF)]×VA_1

于上述公式中，VA_1，VA_2，VA_4以及VA_8为节点A处的可调电压，其分别对应于当1个，2个，4个以及8个TXFE切片使能的情形。上述电压的调整可以运作于数字域，例如通过增添低音增益(bassboostgain，GBB)在DAC12的前端予以实现。

图6所示为依据本发明另一实施例的切片式TXFE电路600的简化结构示意图。该切片式TXFE电路600与该切片式TXFE电路100的不同之处在于，切片式TXFE电路100设置有非切片式滤波器22与24，而切片式TXFE电路600于其第一TXFE切片110_1'~110_M′中设置有切片式滤波器22_1~22_M及24_1~24_M，以及于其第二TXFE切片110_0′中设置有切片式滤波器22_0与24_0。例如，切片式滤波器22_0~22_M及24_0~24_M的每一者可以大致上为滤波器22与24的尺寸的1/M。除了上述不同，该切片式TXFE电路600还具有切片式TXFE电路100的许多优点，以及还提供如图3所示的19个增益级。

图7所示为依据本发明再一实施例的切片式TXFE电路700的简化结构示意图。该切片式TXFE电路700与该切片式TXFE电路100的不同之处在于，该切片式TXFE电路700不包含该第二TXFE切片110_0。除了相比于切片式TXFE电路100，该切片式TXFE电路700具有一相对较窄的动态范围之外，TXFE电路700还具有切片式TXFE电路100的许多优点，以及还提供如图3所示的增益级1~15。

图8所示为依据本发明一实施例的切片式TXFE电路800的简化结构示意图。该切片式TXFE电路800与该切片式TXFE电路600的不同之处在于，切片式TXFE电路800不包含第二TXFE切片110_0’。而除了相比于切片式TXFE电路600，该切片式TXFE电路800具有一相对较窄的动态范围之外，该切片式TXFE电路800亦具有切片式TXFE电路600的许多优点，以及亦提供如图3所示的增益级1~15。

本发明实施例还提供一种运作上述切片式TXFE电路的方法，如前所述，该切片式TXFE电路包含并行连接的多个第一TXFE切片与一第二TXFE切片，该方法包含：于第一模式下，使能该多个第一TXFE切片及禁能该第二TXFE切片，而于第二模式下，禁能该多个第一TXFE切片及使能该第二TXFE切片。其中该第二TXFE切片所提供的低增益部分的最小增益小于该多个第一TXFE切片作为一整体所提供的高增益部分的最小增益。关于运作该切片式TXFE电路的方法的详细操作方式可参见上述描述，在此不再作详细叙述。

虽然本发明已以具体实施例揭露如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种切片式传送器前端电路，其特征在于，包含：

多个并行连接的第一传送器前端切片，其作为一个整体为该切片式传送器前端电路的叠加增益范围提供一高增益部分；

第二传送器前端切片，与多个该第一传送器前端切片并行连接，该第二传送器前端切片具有一增益范围，该增益范围为该叠加增益范围提供低增益部分；

其中该第二传送器前端切片的该增益范围的最小增益小于该高增益部分的最小增益。

2.如权利要求1所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该第二传送器前端切片包含可调衰减器，以及该多个第一传送器前端切片的每一个均不包含可调衰减器。

3.如权利要求1所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该多个第一传送器前端切片的每一个均包含由一程控增益放大器所组成的增益级，以及该第二传送器前端切片包含分别由一可调衰减器与一程控增益放大器所组成的两个增益级。

4.如权利要求1所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该切片式传送器前端电路在第一模式下使能该第一传送器前端切片及禁能该第二传送器前端切片，以及于第二模式下禁能该第一传送器前端切片及使能该第二传送器前端切片。

5.如权利要求1所述的切片式传送器前端电路，其特征在于：

该多个第一传送器前端切片的每一者均包含：

一第一混频器；以及

一程控增益放大器，耦接于该第一混频器的信号输出端及包含多个程控增益放大器单元；以及

该第二传送器前端切片包含：

一第二混频器；

一可调衰减器，耦接于该第二混频器的信号输出端；以及

一第二程控增益放大器，耦接于该可调衰减器的信号输出端以及包含多个程控增益放大器单元。

6.如权利要求5所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该多个第一传送器前端切片的每一者还包含一第一滤波器，耦接至该第一混频器的信号输入端，以及该第二传送器前端切片还包含一第二滤波器，耦接至该第二混频器的信号输入端。

7.如权利要求5所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该切片式传送器前端电路在第三模式下，使能该每一已使能的第一传送器前端切片中相同数量的程控增益放大器单元。

8.如权利要求5所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该第一传送器前端切片与该第二传送器前端切片的程控增益放大器单元配置为相互独立的使能与禁能，以提供多个增益级。

9.如权利要求5所述的切片式传送器前端电路，其特征在于，该切片式传送器前端电路在第四模式下，使能该多个第一传送器前端切片中的一组第一传送器前端切片以及禁能该第二传送器前端切片与该多个第一传送器前端切片中的另一组第一传送器前端切片。

10.一种运作一切片式传送器前端电路的方法，其特征在于，该切片式传送器前端电路包含并行连接的多个第一传送器前端切片与一第二传送器前端切片，该方法包含：

在第一模式下，使能该多个第一传送器前端切片及禁能该第二传送器前端切片；

在第二模式下，禁能该多个第一传送器前端切片及使能该第二传送器前端切片；

其中该第二传送器前端切片所提供的低增益部分的最小增益小于该多个第一传送器前端切片作为一整体所提供的高增益部分的最小增益。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该多个第一传送器前端切片的每一者均包含由多个程控增益放大器单元组成的程控增益放大器，以及该方法还包含：

在第三模式下，使能该每一个已使能的第一传送器前端切片中相同数量的程控增益放大器单元。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该第一传送器前端切片与该第二传送器前端切片的每一者均包含一程控增益放大器，每一该程控增益放大器包含多个程控增益放大器单元，以及该方法还包含：

控制该第一传送器前端切片与该第二传送器前端切片的程控增益放大器单元为相互独立的使能与禁能，以提供多个增益级。

13.如权利要求10项所述之方法，其特征在于，该方法还包含：

在第四模式下，使能该多个第一传送器前端切片中的一组第一传送器前端切片以及禁能该第二传送器前端切片与该多个第一传送器前端切片中的另一组第一传送器前端切片。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该多个第一传送器前端切片配置为提供多个第一增益级，该第二传送器前端切片配置为提供多个第二增益级，以及该多个第二增益级的每一者均小于该多个第一增益级。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于：

该多个第一传送器前端切片的每一者均包含：

一第一混频器；

以及一第一程控增益放大器，耦接于该第一混频器的讯号输出端及包含多个程控增益放大器单元；以及

该第二传送器前端切片包含：

一第二混频器；

一可调衰减器，耦接于该第二混频器的信号输出端；以及

一第二程控增益放大器，耦接于该可调衰减器的信号输出端以及包含多个程控增益放大器单元。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该多个第一传送器前端切片的每一者还包含一第一滤波器，耦接至该第一混频器的信号输入端，以及该第二传送器前端切片还包含一第二滤波器，耦接至该第二混频器的信号输入端。