CN103124176A - N分频合成器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式提供了一种N分频合成器。该合成器包括一个或多个可调谐振荡器、耦合到该可调谐振荡器的分频电路、和耦合到该分频电路的多路复用器。该分频电路包括多个分频器，并被配置为产生多个分频输出。至少一个分频输出具有不同的分频因子。多路复用器被配置为选择分频输出。

Description

N分频合成器
技术领域
本公开一般涉及无线通信系统中使用的合成器。更具体地，本公开涉及用于宽带收发机的宽频带合成器。
背景技术
传统的无线通信系统通常是针对特定标准而设计的，诸如GSM(全球移动通信系统)或宽带码分多址(W-CDMA)，每一个标准需要不同的载波频率。例如，GSM信号的载波频率从800MHz到1GHz变化，而W-CDMA的载波频率在2-3GHz之间变化。当前对其中用户可以从同一无线设备接入不同标准的无线业务融合的需求正在驱动多标准和多频带收发机的发展，所述多标准和多频带收发机能够在整个无线通信频谱(从300MHz到3GHz)中发送/接收无线信号。
发明内容
本发明的一个实施方式提供了一种合成器。该合成器包括一个或多个可调谐振荡器、耦合到该可调谐振荡器的分频电路、和耦合到该分频电路的多路复用器。该分频电路包括多个分频器，并被配置为产生多个分频输出。至少一个分频输出具有不同的分频因子。该多路复用器被配置为选择分频输出。
在本实施方式的一个变体中，该可调谐振荡器是压控振荡器(VCO)。
在进一步的变体中，至少一个VCO包括互补金属氧化物半导体(CMOS)电容器。
在进一步的变体中，振荡器、分频电路和多路复用器集成在单个专用集成电路(ASIC)芯片上。
在本实施方式的一个变体中，分频器具有相同的分频因子。
在进一步的变体中，分频因子是2。
在进一步的变体中，分频输出的分频因子是2的幂。
在本实施方式的一个变体中，相邻分频电路分支的输出交叠，从而方便连续调谐合成器的输出。
在本实施方式的一个变体中，合成器的输出的频率调谐范围在300MHz到3GHz之间。
附图说明
图1呈现了示出直接转换接收机的架构的图。
图2呈现了根据本发明的实施方式的具有超宽调谐范围的可调谐合成器的示意图。
图3呈现了根据本发明的实施方式的具有超宽调谐范围的可调谐合成器的示意图。
具体实施方式
提供以下描述以使得本领域的任何技术人员都能够制造并使用本发明，并且以下描述是在特定应用及其需求的上下文中提供的。对所公开的实施方式的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，本文中定义的一般原则可以应用到其他实施方式和应用中，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不局限于所示出的实施方式，而是被赋予与本文公开的原则和特征相一致的最宽范围。
概述
本发明的实施方式提供了一种具有超宽调谐范围的可调谐合成器的解决方案。在一个实施方式中，可调谐合成器的调谐范围覆盖了整个无线通信频谱。该可调谐合成器包括一个或两个可调谐合成器源和多个分频电路分支，每一个分支在不同的频带上提供可调谐输出。
用于无线RF前端的可调谐合成器
为了满足多标准和多频带需求，RF前端(其包括天线和第一中频(IF)级之间的电路)需要在多个频带运行。换句话说，发射机或接收机前端需要处理具有从300MHz直到3GHz频率范围的无线电信号。需要具有超宽调谐范围的可调谐合成器来实现这样的宽带发射机或接收机。
图1呈现了示出直接转换接收机的架构的图。直接转换接收机100包括带通滤波器(BPF)104、放大器106、IQ(同相正交)解调器108、低通滤波器(LPF)110和112、以及模数转换器(ADC)114和116。IQ解调器108包括混频器118和120、90°/0°移相器122和本地振荡器(LO)/合成器124。
在运行过程中，经由天线102接收的输入RF信号分别由BPF 104和放大器106进行滤波和放大。接着，RF信号由IQ解调器108直接下变频到同相(I)和正交(Q)基带信号。注意，为了执行下变频(或者为了在基带I/Q输出端口处产生和频及差频)，LO/合成器124需要向I混频器118和Q混频器120提供频率与有用信号的载波频率相同的正弦波。LPF 110和112可以主要拒绝和频，而仅允许差频上的信号(基带信号)通过。在将I和Q信号发送到基带处理器126以进一步处理之前，ADC 114和116将I和Q信号转换到数字域。
为了接收范围从300MHz到3GHz的无线信号，LO/合成器124需要能够产生相同范围内的正弦波。换句话说，需要具有超宽频率调谐范围的可调谐合成器。然而，传统的可调谐合成器通常具有有限的调谐范围。例如，压控振荡器(VCO)通过改变施加到压控电容器(如蓄能互补金属氧化物半导体(CMOS)电容器)的电压实现频率调谐。当施加不同的栅极电压时，蓄能CMOS电容器的电容也不同。典型CMOS变容二极管的调谐比为大约2-3，从而VCO的频率调谐比小于2。具有这样受限调谐范围的合成器不能满足超宽带收发机的需求。
本发明的实施方式提供了一种可调谐合成器的设计，其使用各种级联的分频器级实现了大频率调谐比。在一个实施方式中，实现了频率调谐比为16，使得可调谐合成器具有覆盖整个无线通信频谱的调谐范围成为可能。
图2呈现了根据本发明的实施方式的具有超宽调谐范围的可调谐合成器的示意图。宽范围可调谐合成器200包括高频可调谐振荡器202、多个分频电路分支(分支204、206、208和210)和4×1多路复用器(MUX)212。高频可调谐振荡器202为那些分频电路分支提供参考频率。在一个实施方式中，使用蓄能CMOS电容器实现高频可调谐振荡器202。在进一步的实施方式中，可调谐振荡器202和宽范围可调谐合成器200的其余电路(包括分频分支和MUX212)集成在单个芯片(如专用集成电路(ASIC)芯片)上。每个分频电路分支包括放大器和多个级联的二(或1/2)分频器。注意，放大器提供可调谐振荡器202和其余电路之间的缓冲/隔离。
分频电路分支的分频因子由1/2分频器的级联级数确定。例如，分频电路分支204包括放大器214和1/2分频器216，提供的分频因子为2；分频电路分支206包括放大器和两个级联的1/2分频器，提供的分频因子为4。类似地，分频电路分支208和210分别包括3个和4个级联的1/2分频器，提供的分频因子为8和16。分频电路分支的输出(每个分支具有两个输出，即I和Q输出)发送到4×1MUX212，MUX212基于所需频带来选择来自分频电路分支中的一个的输出。因此，MUX212可以在高频可调谐振荡器202的输出频率1/2、1/4、1/8或1/16的频率上提供正弦波。
在一个实施方式中，高频可调谐振荡器202具有从3GHz到6GHz的调谐范围。从而，分频电路分支204的输出频率范围从1.5GHz到3GHz。类似地，分频电路分支206、208和210的输出的频率范围分别为750MHz-1.5GHz、375MHz-750GHz和187.5MHz-375MHz。因此，合成器200的输出具有从187.5MHz到3GHz的可调谐范围，覆盖了整个无线通信频谱。
获得高品质的、调谐范围从3GHz到6GHz的基于CMOS的可调谐振荡器是有挑战性的。为了缓解这样的要求，在一个实施方式中，采用两个可调谐振荡器，而不是一个可调谐振荡器，来提供参考频率。
图3呈现了根据本发明的实施方式的具有超宽调谐范围的可调谐合成器的示意图。与图2类似，图3示出了包括多个分频电路分支(分支306、308、310和312)和4×1多路复用器(MUX)314的宽范围可调谐合成器300。与图2中所示的可调谐合成器200不同，可调谐合成器300包括两个高频可调谐振荡器，即振荡器302和304，其分别通过开关316和318耦合到分频电路分支。可调谐振荡器302和304为分频电路分支提供参考频率。
如之前讨论的，这些分频电路分支可以以2的幂(诸如2、4、8和16)提供分频因子。为了连续覆盖整个无线传输频谱(直到3GHz)，参考频率需要在3GHz到6GHz之间可调谐。该可调谐范围由可调谐振荡器302和304共同覆盖。在一个实施方式中，可调谐振荡器302具有3GHz到4GHz之间的调谐范围，可调谐振荡器304具有4GHz到6GHz之间的调谐范围。正如所见，虽然在图3中增加了可调谐振荡器的数量，但是对于每个可调谐振荡器的调谐比的要求放松了。
注意，为了确保连续调谐，这两个振荡器还可以具有交叠的调谐范围。例如，对于可调谐振荡器302和304，调谐范围可以分别为从3到4.5GHz和从4到6.5GHz。
图2和3中示出的示例仅用于说明的目的，而不应限制本公开的范围。总而言之，本发明的实施方式提供了基于级联的分频器和基于CMOS可调谐振荡器的N分频合成器。该合成器的频率范围覆盖了整个无线通信频谱。图2和3中示出的电路配置仅为示例性的。其他配置也是可能的。例如，可调谐振荡器的数量可以多于两个，分频分支的数量可以多于四个。在一个实施方式中，代替图2和3中示出的具有独立的分频分支，可以使用具有多个级联的分频器级的单个分频分支，可以选择每个级的输出以得到不同的频带。在进一步的实施方式中，可以使用分频因子为除了2以外，诸如3或4的分频器。
已经出于说明和描述的目的给出了本发明的实施方式的前述描述。它们并非旨在穷举和限制本公开。因而，很多修改和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种合成器，包括：
一个或多个可调谐振荡器；
耦合到所述可调谐振荡器的分频电路，其中所述分频电路包括多个分频器，其中所述分频电路被配置为产生多个分频输出，其中至少一个分频输出具有不同的分频因子；以及
耦合到所述分频电路的多路复用器，其中所述多路复用器被配置为选择分频输出。
2.如权利要求1所述的合成器，其中所述可调谐振荡器是压控振荡器(VCO)。
3.如权利要求2所述的合成器，其中所述VCO中的至少一个包括互补金属氧化物半导体(CMOS)电容器。
4.如权利要求3所述的合成器，其中所述振荡器、所述分频电路和所述多路复用器集成在单个专用集成电路(ASIC)芯片上。
5.如权利要求1所述的合成器，其中所述分频器具有相同的分频因子。
6.如权利要求5所述的合成器，其中所述分频因子是2。
7.如权利要求6所述的合成器，其中所述分频输出的分频因子是2的幂。
8.如权利要求1所述的合成器，其中相邻分频电路分支的输出交叠，从而方便连续调谐合成器的输出。
9.如权利要求1所述的合成器，其中所述合成器的输出的频率调谐范围在300MHz到3GHz之间。
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