CN103636133A

CN103636133A - 具有通用巴伦和混频器的多标准收发器结构

Info

Publication number: CN103636133A
Application number: CN201280031062.8A
Authority: CN
Inventors: 兰基肖尔·甘蒂; 桑吉夫·兰加纳坦; 斯里纳特·斯里达兰
Original assignee: ST Ericsson SA
Current assignee: ST Ericsson SA
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2014-03-12
Also published as: WO2012152903A1; US20130116005A1; EP2707965A1; US8892159B2

Abstract

一种多标准收发器包括通用巴伦、控制器、至少一个第一开关、和至少一个第二开关。通用巴伦包括原线圈和副线圈。响应于通过控制器提供的控制信号，至少一个第一开关将巴伦的原线圈连接到与第一通信标准关联的第一信号路径，或者连接到与第二通信标准关联的第二信号路径。响应于通过控制器提供的控制信号，至少一个第二开关将巴伦的副线圈连接到与第一通信标准关联的第一放大路径，或者连接到与第二通信标准关联的第二放大路径。通用混频器被配置成根据已选择的通信标准将升频的信号提供到所述信号路径中的一个信号路径。

Description

具有通用巴伦和混频器的多标准收发器结构

相关申请

该申请要求2011年5月12日递交的第61/485456号美国专利申请的权益，其以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本文描述的发明总体涉及RF收发器，尤其涉及被设计成在多频带中根据多个通信标准要求运行的收发器。

背景技术

与多个通信标准（例如，第二代（2G）标准、第2.5代（2.5G）标准、和第三代（3G）标准）兼容的蜂窝电话发射器子系统是可用的。2G和2.5G标准两者都是指可以组合的较低带宽的系统。2G标准和2.5G标准都规定了可以结合的低带宽系统。3G标准规定了较大的带宽和较大的动态范围，且通常以独立的IC芯片来实现。当提供用于所有三个标准的无线收发器时，收发器可需要用于2G/2.5G和3G的操作的独立的硬件和/或插脚。操作频率的低频带（824MHz-915MHz）和高频带（1710MHz-1980MHz）都需要它们自身的2G/2.5G输出端和3G输出端（在所有的4个插脚中）以驱动标准50Ω负载。此外，在高频带中任何适用的子频带会需要额外的输出端（例如，在两个以上的插脚）。

差分操作对于电路设计是最佳的且减少了偏离的影响等。然而，单端输出的使用会浪费一半的硬件和可用的电流，或者需要差分到单端变换。另外，因为收发器通常驱动50Ω负载，电流消耗会比期望的电流消耗高。具体地，收发器芯片通常能够提供大的输出振荡，其不能直接被50Ω负载利用。需要较高的输出阻抗和由此较高的振荡以减少收发器的电流消耗。因此，仍需要改善的2G/2.5G/3G收发器设计。

发明内容

一种示例性多标准收发器使用通用巴伦（即，平衡至非平衡变换器），以减少收发器芯片面积且提供阻抗变换。示例性多标准收发器包括通用巴伦、控制器、至少一个第一开关，和至少一个第二开关。通用巴伦包括原线圈和副线圈。控制器根据第一通信标准或第二通信标准控制收发器。响应于通过控制器提供的控制信号，至少一个第一开关将巴伦的原线圈连接到与第一通信标准关联的第一信号路径或者与第二通信标准关联的第二信号路径。响应于通过控制器提供的控制信号，至少一个第二开关将巴伦的副线圈连接到与第一通信标准关联的第一放大路径，或者连接到与第二通信标准关联的第二放大路径。在一个实施方式中，第二开关将副线圈的第一端连接到第一放大路径或第二放大路径，且将副线圈的第二端接地。

在一个示例性实施方式中，多标准收发器还包括通用混频器。当多标准收发器根据第一通信标准操作时，通用混频器被配置成响应于通过控制器输出的控制信号将与第一通信标准关联的升频的信号输出到第一信号路径。当多标准收发器根据第二通信标准操作时，通用混频器被配置成响应于通过控制器输出的控制信号将与第二通信标准关联的升频的信号输出到第二信号路径。RF缓冲器还可以用来沿着第一信号路径或第二信号路径将通用混频器连接到巴伦的原线圈。

还公开了相应的使用第一通信标准或不同的第二通信标准操作多标准收发器的方法。根据该方法，借助通用混频器来输出与所选择的通信标准关联的升频的信号。一个或多个第一开关被控制以将通用巴伦的原线圈连接到对应于第一通信标准的第一信号路径或者连接到对应于第二通信标准的第二信号路径。一个或多个第二开关被控制以将通用巴伦的副线圈连接到与第一通信标准关联的第一放大路径或者连接到与第二通信标准关联的第二放大路径。

当然，本发明不限于上述特征和优点。事实上，通过阅读下列具体说明和参考附图，本领域的技术人员将领会额外的特征和优点。

附图说明

图1示出常规的2G/2.5G和3G收发器。

图2示出根据本发明的一个实施方式的示例性2G/2.5G和3G收发器。

图3A和3B示出图2的多模式通用混频器的示例性实施方式。

图4示出在图2的巴伦和天线之间的第二示例性电路。

图5示意性地示出使用第一通信标准或不同的第二通信标准操作多标准收发器的方法。

具体实施方式

本文描述的发明提供了2G/2.5G和3G收发器，该收发器使用了通用巴伦（balun），且还使用了用于2G/2.5G和3G两者的操作的通用RF混频器以克服与现有技术方案相关的问题。尽管基于2G/2.5G和3G通信标准介绍了本文描述的发明，然而，可以理解，本发明适用于任何多标准收发器。在本文进一步描述本发明之前，下文首先描述常规的方案和与其关联的问题。

图1示出常规的发射器电路，其使用多个巴伦40A和40B以及多个混频器20A和20B以提供差分对单端的转换同时还提供通用的直接传输路径（单频带）。巴伦40A、40B将差分输出变换成单端输出，且提供阻抗变换以优化电流消耗。例如，可以实现为锁相回路（PLL）的压控振荡器（VCO）10产生关注的信道频率fvco。2G/2.5G混频器20A或3G混频器20B使用fvco将基带信号升频至RF信号（利用I&Q混频）。因为3G需要较大的动态范围，例如，～80dB，RF缓冲器30被包括在3G混频器20B之后的3G路径中以增大动态范围而不影响由于匹配限制造成的本地振荡器（LO）泄漏。3G巴伦40B在RF缓冲器30之后以提供差分对单端的转换和阻抗变换。3G功率放大器（PA）50B和双工器60位于3G巴伦40B之后。在天线90，双工器60提供在3G发射器和3G接收器80B之间的隔离。对于2G/2.5G操作，混频器20A具有足够的动态范围以满足规范。因此，2G/2.5G混频器20A的输出直接驱动2G/2.5G巴伦40A而不使用RF缓冲器。2G/2.5G巴伦40A提供了所需的差分对单端的转换和阻抗变换。2G/2.5G PA50A和天线开关70位于2G/2.5G巴伦40A之后，该天线开关70将2G/2.5G发射器与2G/2.5G接收器80A隔离。

图1的收发器提供了单端的解决方案，其保持差分实施的益处，而实施该解决方案所需的巴伦40A、40B和混频器20A、20B占用非期望的大量的芯片面积。

图2示出一个示例性收发器100，其使用用于2G/2.5G和3G信号的通用巴伦110和通用混频器150以减少所需的巴伦的数量。在该实施方式中，开关120、122、130选择性地将巴伦110的原线圈连接到2G/2.5G路径或3G路径。更具体地，第一开关120、122协调作用以将2G/2.5G或3G差分路径连接在巴伦110的原线圈112的第一端和第二端之间。这样做，第一开关120、122将来自通用混频器150的电流转向以驱动巴伦110（2G/2.5G），或者驱动在RF缓冲器30（3G）的输入端的内部节点。第二开关130将巴伦110的副线圈114的一端连接到2G/2.5GPA50A或3G PA50B，并且将副线圈114的另一端连接到AC接地。可以理解，可以使用任何已知的开关技术来实现开关120、122、130，包括但不限于晶体管开关技术。控制器140输出控制信号，该控制信号被配置成根据当前驱动收发器操作的通信标准控制开关120、122、130。

图2的实施方式使用用于2G/2.5G和3G路径的通用混频器150以进一步最小化硬件。通用混频器150可以在多模式中使用。图3A示出操作在2G/2.5G模式的混频器150的示例实施方式（混频器150的有源电路部分用粗体的实线示出）。相反，图3B示出了操作在3G模式的示例性混频器150。混频器150将基带信号例如，I_Itail升频至RF信号。在图3A中示出的混频器包括用晶体管开关技术实现的两个典型的吉尔伯特（Gilbert）单元混频器152。共源共栅设备cas1、cas2、cas3、cas4、cas5、cas6、cas7和cas8用来控制混频器150的输出路径。例如，共源共栅可包括图1的开关120，且可对应于MOSFET。在图3A中，2G/2.5G路径开关被打开（即，cas1、cas2、cas3、cas4是打开的）。因此，在混频器150的输出端处的RF电流被转向巴伦110。当相同的混频器150操作在3G模式时（图3B），3G路径晶体管开关打开（即，cas5、cas6、cas7和cas8是打开的），将混频器RF电流转向3G RF缓冲器30。

通过下面的等式1-4表示所说明的Gilbert单元混频器电流。

I_Itailp=I_dc+i_is(t) 等式（1）

I_Itailn=I_dc-i_is(t) 等式（2）

I_Qtailp=I_dc+i_qs(t) 等式（3）

I_Qtailn=I_dc-i_qs(t) 等式（4）

如图2所示，有源电路160可选地将通用巴伦110的副线圈114连接到功率放大器50A、50B。有源电路160用于改善收发器100的阻抗变换，改善AC接地连接以更好的隔离2G/2.5G和3G路径，和/或为多标准收发器100提供特定的静电释放（ESD）保护。

图4示出一个示例性有源电路160，其包括偏压电阻器Rbias1、Rbias2、调谐电容器Ctune、二极管D1-D4、和芯片输出焊盘180、182、184。电阻器Rbias1、Rbias2设置输出焊盘180、182、184的偏压。偏压可以被设定成轨道中间（mid-rail）以将最大范围提供给在输出焊盘180、182、184处的电路，以（例如，通过防止开关Msw1、Msw2的寄生二极管打开）来操作。如果没有这样的偏压，则输出焊盘180、182、184的DC电压将处于接地，这可能使开关Msw1、Msw2难以远离收发器100的信号振荡，且还可能导致触发ESD的问题。然而，通过电阻器Rbias1、Rbias2提供的偏压（例如，设定Vdd/2的最大振荡）防止这些问题。

Ctune是去耦电容器，该去耦电容器被微调成不与接合线186的电感谐振，以通过芯片输出焊盘182提供尽可能小的接地返回路径，这通过确保PA-3G50B的负载阻抗不影响发送到PA-2G/2.5G50A的功率而改善了隔离，反之亦然。二极管D1、D2、D3和D4在巴伦110处提供了ESD保护。图4仅示出直接连接到巴伦110的副线圈114的端部的ESD保护二极管，应该理解，额外的ESD保护可以被提供到gndsec线路（例如，在开关Msw1、Msw2和Ctune之间）。

本文公开的实施方式减少了在多标准收发器（例如，2G/25.G和3G收发器）中的巴伦的数量。这样做，本文所公开的收发器通过合适的偏压明显使用较少的芯片面积而不牺牲信号振荡。通过使用用于多模式的通用混频器150也实现了节省额外的芯片面积。在实现这一点的同时提供了在不同的标准（例如，2G/2.5G，3G）之间的动态范围中的大的差异。

图5示意性地示出操作多标准收发器（例如，使用图2的收发器100）以使用第一通信标准或不同的第二通信标准的方法200。根据方法200，借助通用混频器150来输出与所选择的通信标准关联的升频信号（步骤202）。一个或多个第一开关120、122被控制以将通用巴伦110的原线圈112连接到与第一通信标准对应的第一信号路径（例如，2G/2.5G路径）或者连接到与第二通信标准对应的第二信号路径（例如，3G路径）（步骤204）。一个或多个第二开关被控制以将通用巴伦110的副线圈114（例如，借助输出焊盘180）连接到与第一通信标准关联的第一放大路径或者（例如，借助输出焊盘184）连接到与第二通信标准关联的第二放大路径（步骤206）。

当然，本发明可以在不违背本发明的基本特征的情况下，以除了本文具体列出的方式以外的其他方式来实施。本发明的实施方式在所有方面应该被视为示例性的而非限制性的，在所附的权利要求书的含义和等同范围内的所有变化旨包括在其中。

Claims

1.一种多标准收发器，其操作以使用第一通信标准或不同的第二通信标准传输信号，所述收发器包括：

巴伦，其包括原线圈和副线圈；

控制器，其被配置成控制所述多标准收发器使用哪个通信标准以用于信号传输；

至少一个第一开关，其操作以响应于通过所述控制器提供的控制信号，将所述巴伦的所述原线圈连接到与所述第一通信标准关联的第一信号路径，或者将所述巴伦的所述原线圈连接到与所述第二通信标准关联的第二信号路径；

至少一个第二开关，其操作以响应于通过所述控制器提供的控制信号，将所述巴伦的所述副线圈连接到与所述第一通信标准关联的第一放大路径，或者将所述巴伦的所述副线圈连接到与所述第二通信标准关联的第二放大路径；和

混频器，其被配置成：

当所述多标准收发器根据所述第一通信标准操作时，响应于通过所述控制器输出的控制信号，将与所述第一通信标准关联的升频的信号输出到所述第一信号路径；和

当所述多标准收发器根据所述第二通信标准操作时，响应于通过所述控制器输出的控制信号，将与所述第二通信标准关联的升频的信号输出到所述第二信号路径。

2.根据权利要求1所述的多标准收发器，其中，所述第一通信标准和第二通信标准是无线通信标准，且其中，所述多标准收发器还包括射频RF缓冲器，所述射频缓冲器沿着所述第一信号路径或所述第二信号路径将所述通用混频器连接到所述巴伦的所述原线圈。

3.根据权利要求1所述的多标准收发器，其中，所述通用混频器包括至少一个吉尔伯特Gilbert单元混频器。

4.根据权利要求1所述的多标准收发器，其中，所述至少一个第二开关包括第一输出开关和第二输出开关，所述多标准收发器还包括在巴伦之后的输出电路，所述在巴伦之后的输出电路包括：

第一线路，其通过第一输出焊盘将所述巴伦的所述副线圈的第一端联接到所述第一放大路径；

第二线路，其通过第二输出焊盘将所述巴伦的所述副线圈的相对的第二端联接到所述第二放大路径；和

第三线路，其操作以响应于所述第一输出开关和第二输出开关的状态，通过第三输出焊盘选择性地将所述第一输出开关和第二输出开关的输出端接地。

5.根据权利要求4所述的多标准收发器，还包括连接到所述第三线路的多个偏压电阻器，所述偏压电阻器被配置成对所述第一输出焊盘、第二输出焊盘和第三输出焊盘的DC电压加偏压以远离接地电压。

6.根据权利要求4所述的多标准收发器，还包括去耦电容器，所述去耦电容器被连接到所述第一输出开关、第二输出开关的输出端和所述第三输出焊盘之间的所述第三线路，以减少连接到所述第三输出焊盘的输出接合线的谐振。

7.一种使用第一通信标准或不同的第二通信标准操作收发器的方法，所述收发器包括用在两个所述通信标准的信号处理操作中的通用混频器和通用巴伦，所述方法包括：

通过所述通用混频器，输出与所选择的所述通信标准中的一个通信标准关联的升频的信号；

响应于所述通信标准的选择，控制至少一个第一开关以通过对应于所述第一通信标准的第一信号路径或者对应于所述第二通信标准的第二信号路径，选择性地将所述巴伦的原线圈连接到升频的信号；和

响应于所述通信标准的选择，控制至少一个第二开关以将所述巴伦的副线圈连接到与所述第一通信标准关联的第一放大路径，或者将所述巴伦的副线圈连接到与所述第二通信标准关联的第二放大路径。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一通信标准和第二通信标准是无线通信标准，且其中，所述多标准收发器还包括射频RF缓冲器，所述射频RF缓冲器沿着所述第一信号路径或所述第二信号路径将所述通用混频器连接到所述巴伦的所述原线圈。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述通用混频器包括至少一个吉尔伯特Gilbert单元混频器。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少一个第二开关包括第一输出开关和第二输出开关，所述多标准收发器还包括在巴伦之后的输出电路，所述在巴伦之后的输出电路包括第一线路，其通过第一输出焊盘将所述巴伦的所述副线圈的第一端联接到所述第一放大路径；第二线路，其通过第二输出焊盘将所述巴伦的所述副线圈的相对的第二端联接到所述第二放大路径；和第三线路，其操作以通过第三输出焊盘选择性地将所述第一输出开关和第二输出开关的输出端接地，所述方法还包括：

通过连接到所述第三线路的多个偏压电阻器，对所述第一输出焊盘、第二输出焊盘和第三输出焊盘的DC电压加偏压以远离接地电压。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

通过连接到所述第一输出开关、第二输出开关的输出端和所述第三输出焊盘之间的所述第三线路的去耦电容器，来减少连接到所述第三输出焊盘的输出接合线的谐振。