CN105409177A - 多模多频带无线收发器的模拟基带滤波设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对携带模拟基带信号的信号进行滤波的多模多频带收发器的滤波设备和方法。本发明的多模多频带无线电收发器的滤波设备包括：滤波单元，对至少一个频带中的一个频带上的射频(RF)信号进行滤波；切换单元，根据所选择的通信模式在滤波单元中所包括的至少一个滤波器块之间切换信号；控制器，选择通信模式并控制切换单元。本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于针对2G、3G和4G系统符合的所有移动通信标准提供一种能够满足基带接收器所需的增益和带宽的可变增益放大器、滤波器电路和算法。

Description

多模多频带无线收发器的模拟基带滤波设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信系统，具体而言，涉及一种用于对携带模拟基带信号的信号进行滤波的多模多频带收发器的滤波设备及其控制方法。
背景技术
无线通信接收器使用模拟滤波器通过从被混频器解调至基带的信号去除不必要的噪声来选择想要信道的信号。针对模拟滤波器的精确截止频率构造对系统性能造成显著的影响。
一般来说，滤波器具有随着频率增大而变化的输入到输出增益，并设置有通频带和抑制频带。术语“截止频率(fc)”表示通频带和抑制频带之间的边界频率。在低通滤波器(LPF)的情况下，截止频率(fc)被定义为在通频带中具有比直流的增益低3dB的增益的频率或更低频率。截止频率(fc)由模拟滤波器中使用的反馈电阻器和反馈电容器确定。
基带覆盖非常宽的范围，该范围包括针对第二代(2G)通信系统的100kHz的带宽以及针对第三代(3G)和第四代(4G)通信系统的20MHz的带宽，并且最宽带宽是最窄带宽的大约100倍。被设计为在针对语音通信的2G模式以及3G或4G模式(在下文中，被称为3G/4G模式)下进行操作的多模终端必须具有配备有能够支持如前面提到的各种带宽的模拟基带滤波器的多模多频带无线电收发器。
然而，由于决定模拟基带滤波器的截止频率的电阻值和电容值依据温度和处理条件而变化，并且难以精确地估计，因此截止频率在真实的环境中可能与目标值不同。因此，在误差必须在4％的范围以内的情况下，通过使用数字算法控制可变电阻器或可变电容器来对截止频率进行补偿。
由于截止频率与电阻和电容成反比，因此需要具有大电阻的电阻器和具有大电容的电容器来处理旧系统(诸如2G系统)的低频带信号。用于处理2G系统的低频带信号的电容器在尺寸上比用于处理3/4G频带的信号的电容器大几倍，因此增加了模拟滤波器的电路面积。这意味着模拟滤波器的电路面积在3/4G模式被启用的状态下由于禁用的2G模式而增大，导致制造成本的增加。增大的电路面积还加长了线路长度使得信号误差和噪声增大，导致信号特性下降。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种无线电收发器的模拟信号滤波设备及其控制方法。
此外，本发明提供了一种能够在单个结构中处理各种频带的信号的可变增益放大器和可变频率滤波器。
此外，本发明提供了一种具有模拟基带滤波器的模拟信号滤波设备及其控制方法，其中，所述模拟基带滤波器的电路面积被最小化以在多模多频带环境中使用。
此外，本发明提供了一种能够共享分集路径上的电容器并增强输入和反馈电阻器结构的多模多频带无线电收发器的模拟信号滤波设备及其控制方法。
此外，本发明提供了一种能够使用多个级联的模拟基带滤波器的多模多频带接收器的模拟信号滤波设备及其控制方法。
此外，本发明提供了一种能够支持载波聚合(CA)的多模多频带接收器的模拟信号滤波设备及其控制方法。
解决方案
根据本发明的一方面，提供了一种多模多频带无线电收发器的滤波设备。所述滤波设备包括：滤波单元，对至少一个频带中的一个频带上的射频(RF)信号进行滤波；切换单元，根据所选择的通信模式在滤波单元中所包括的至少一个滤波器块之间切换信号；控制器，选择通信模式并控制切换单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制多模多频带无线电收发器的滤波设备的方法。所述方法包括：在包括至少一个滤波器块的滤波单元接收至少一个频带上的射频(RF)信号；基于接收到的信号来确定通信模式；根据通信模式，在滤波单元中所包括的至少一个滤波器块之间切换信号；在滤波单元对所述信号进行滤波和放大。
本发明的有益效果
本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于针对2G、3G和4G系统符合的所有移动通信标准提供一种能够满足基带接收器所需的增益和带宽的可变增益放大器、滤波器电路和算法。
此外，本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于实现了能够通过相比于传统技术减少电路面积来降低制造成本并增强噪声消除并且促进多输入多输出(MIMO)接收器构造(诸如4×2、4×4和8×4天线构造)的应用的各种电路结构。
此外，本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于提供了一种用于支持载波聚合(CA)以使用多个频带上的载波的通信电路设计的滤波器电路。
附图说明
图1是示出具有第一级滤波器的特性功能的模拟滤波器的构造的电路图；
图2A和图2B是示出模拟基带滤波器的框图和平面图；
图3A是示出根据本发明的实施例的支持多个HB模式的接收器的构造的框图；
图3B是示出根据本发明的实施例的支持第一HB模式和第二HB模式的终端的构造的示图；
图4A和图4B是示出根据本发明的实施例的模拟基带滤波器的框图和平面图；
图5A至图5C是示出根据本发明的实施例的模拟滤波器的模式切换的示图；
图6是示出根据本发明的实施例的电阻依据操作模式而变化的电阻器块的电路图；
图7A至图7F是示出根据本发明的实施例的电阻器块的各种构造的电路图；
图8是示出根据本发明的实施例的模拟基带滤波器的构造的电路图；
图9A和图9B是示出根据本发明的实施例的电容器的详细布置的电路图；
图10A至图10C是示出根据本公开的实施例的滤波器的操作机制的示图。
具体实施方式
参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
合并于此的对公知功能和结构的详细描述可被省略以避免模糊本发明的主题。其目的在于省略不必要的描述以使本发明的主体清楚。
出于相同的理由，在附图中，一些元件被夸大、省略或简化，并且在实践中，元件可具有与附图中所示出的尺寸和/或形状不同的尺寸和/或形状。相同的参考标号在附图中被始终用于指示相同或相似的部件。
合并于此的对公知功能和结构的详细描述可被省略以避免模糊本发明的主题。此外，以下术语在考虑本发明中的功能的情况下被定义，并可根据用户或操作者的意图、使用等而改变。因此，应基于本说明书的总体内容来做出定义。
本发明不由在附图和说明书中提供的示例性实施例所限定。贯穿附图，同样的标号是指同样的构件。附图已被简化并被相对夸大以强调本发明的特征，并且附图中的尺寸并非精确地与本发明的实际产品的尺寸相匹配。本领域普通技术人员可容易地从附图的公开修改每个组件的尺寸(诸如长度、周长和厚度)以应用于实际产品，并且对于本领域普通技术人员而言显而易见的是，这样的修改落入本发明的范围内。
本发明的以下实施例涉及一种用于对模拟信号进行滤波的模拟滤波器，具体地讲，涉及一种多模多频带模拟基带滤波器。模拟基带(ABB)滤波器可被用于支持具有多种带宽的无线电通信技术(诸如全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、高速分组接入(HSPA)、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)1.4M、LTE3M、LTE5M、LTE10M、LTE15M和LTE20M)的无线电收发器。
图1是示出具有第一级滤波器的特性功能的模拟滤波器的构造的电路。
参照图1，模拟滤波器100包括运算放大器(OPAMP)150、反馈电阻器Rb170和反馈电容器C180，其中，运算放大器150经由输入电阻器Ra160通过运算放大器150的负极端子接收输入电压Vin，并且运算放大器150的正极端子接地，反馈电阻器Rb170并联地将OPAMP150的负极输入端子与模拟滤波器100的输出端子Vout连接。电阻器160和170是电阻可被改变以调整模拟滤波器100的增益和截止频率的的可变电阻器。模拟滤波器100的直流的增益和截止频率被表示为等式(1)：
Gain：Rb/Ra，fc：1/(2πRbC)(1)
在等式(1)中，Ra表示输入电阻器160的电阻，Rb表示反馈电阻器170的电阻，C表示反馈电容器180的电容。截止频率与反馈电阻Rb和反馈电容C成反比。这里，Rb和C具有在数字码的控制下线性增长或指数增长的特性。
可应用于射频(RF)电路的接收滤波器通过将具有一个实极点(RP)的RP滤波器与具有一个或更多个RP的多个(例如，2至6个)双菱(bi-quad，BQ)滤波器串行组合而被实现为3至7级滤波器。
基带覆盖包括针对2G系统(诸如GSM)的100kHz带宽以及针对4G系统(诸如LTE)的10MHz带宽的多种带宽。表1示出针对标准化的移动通信基带的截止频率的示例。
表1
这里，HSPASC表示单载波HSPA，HSPADC表示双载波HSPA。在3G/4G模式下，可使用用于利用附加接收天线进行分集的额外频带以及针对基本使用的接收天线的频带。在本发明中，所述两个频率被称为主要(PRX)高频带(HB)和分集(DRX)HB。
图2A和图2B是示出模拟基带滤波器的框图和平面图。
参照图2A，模拟基带滤波器包括针对3G/4G模式的PRXHB的同相(I)信号和正交相位(Q)信号的第一滤波和放大路径210及第二滤波和放大路径215、针对3G/4G模式的DRXHB的I信号和Q信号的第三滤波和放大路径220及第四滤波和放大路径225、以及针对2G模式的低频带(LB)的I信号和Q信号的第五滤波和放大路径230及第六滤波和放大路径235。
滤波/放大路径210至235中的每一个形成用于对I信号或Q信号进行滤波和放大(在下文中，被称为滤波/放大)的I/Q链。详细地讲，第一滤波/放大路径210包括连接到PRXHB的I信号的正极输入(IP)和负极输入(IN)的RP滤波器202、第一BQ滤波器204、第二BQ206和连接到IP输出(OIP)和IN输出(OIN)的可变增益放大器(VGA)208。RP滤波器202、第一BQ滤波器204和第二BQ滤波器206以及VGA208串联连接。同第一滤波/放大路径210一样，第二滤波/放大路径215包括三个滤波器和VGA，接收QP和QN的输入并输出OQP和OQN。同样，其它滤波/放大路径220至235中的每一个滤波/放大路径包括串联连接的三个滤波器和VGA。
图2B是示出与图2A的模拟基带滤波/放大路径210至235相应的电路的平面图。附图示出滤波/放大路径210至235与将I/Q信号输出到滤波/放大路径210至235的RF单元之间的连接关系以及各个滤波/放大路径210至235的内部布置。
参照图2B，PRXRFI单元242接收PRXHB的RF信号，将所述信号转换为基带I信号，并将所述I信号发送到与图2A的第一滤波/放大路径210等效的第一滤波器块260和262。PRXRFQ单元244接收PRXHB的Q信号并将该Q信号发送到第二滤波器块264和266，DRXRFI单元246接收DRXHB的I信号并将该I信号发送到第三滤波器块268和270，DRXRFQ单元248接收DRXHB的Q信号并将该Q信号发送到第四滤波器块272和274。同样，滤波器块264至274与图2A的第二滤波/放大路径215至第四滤波/放大路径225等效。
2GRFQ单元250接收2GLB的RF信号，将该RF信号下变换为基带Q信号，并将该Q信号发送到与图2A的第五滤波/放大路径230等效的第五滤波器块276和278。2GRFI单元252接收2GLB的RF信号，将该RF信号下变换为基带I信号，并将该I信号发送到与图2A的第六滤波/放大路径235等效的第六滤波器块280和282。
组成图2A的滤波器块210的装置被分类为无源装置(诸如电阻器和电容器)和有源装置(诸如OPAMP)。第一滤波器块包括电容器区260和有源区262，其中，电容器区262包括电容器组和电阻器，有源区262包括OPAMP。同样，第二滤波器块2640至第六滤波器块282包括各自的电容器区266、268、274、276和282以及各自的有源区264、270、272、278和280。为了有助于电路制造，邻近滤波器块通常按照相同的区域被靠近放置的方式来构造。例如，第一滤波器块的有源区被布置为接近第二滤波器块的有源区，第二滤波器块的电容器区266接近第三滤波器块的电容器区268，并且第三滤波器块的有源区270接近第四滤波器块的有源区272。同样，第四滤波器块的电容器区274被布置为接近针对2G模式的第五滤波器块的电容器区276，并且第五滤波器块的有源区278接近第六滤波器块的有源区280。也就是说，每个频带的I路径和Q路径被对称地布置在平面图上。
如上所述，由于截止频率与电阻和电容的乘积成反比，因此需要具有非常高的电阻的电阻器和具有非常高的电容的电容器来对旧系统(诸如2G系统)的低频带信号进行处理，并且作为结果，针对2G模式和第五滤波器块和第六滤波器块的电容器区276和282的电路面积与针对3G/4G模式的电容器区260、266、268和274相比非常大。依据实施例，针对2G模式的滤波器块在面积上大约是针对3G/4G模式的滤波器块的两倍。
如果通过控制电阻器的电阻值而不是使用占据大面积的电容器来处理基带的分集范围，则这使得可降低电路面积，但造成了增大噪声的问题。详细地讲，在实际无线环境中发生的噪声如等式(2)中所示与第一滤波器202的输入电阻成正比，并随着将被反映到OIP和OIN的输出信号的增益倍增。
V N 2 = 4 k T R · B W - - - ( 2 )
在等式(2)中，VN表示噪声电压，k表示玻尔兹曼常数(＝1.38×10-23)，T表示绝对温度，R表示第一滤波器202的输入电阻，BW表示带宽。
模拟基带滤波器所需的噪声因数(NoiseFigure)等于或小于30dB，并与在是50Ω的参考电阻的1000倍的50kΩ的电阻的情况下发生的噪声相应。因此，每个滤波器的输入电阻不能等于或大于50kΩ。此外，由于每个滤波器的增益在0至24dB(1～16倍)的范围内，因此反馈电阻器的电阻是输入电阻的1/16～1，并且需要100倍的用于处理如上所述的2G和4G系统的带宽的频率范围，因此仅通过控制电阻需要1600倍的大增益范围来实现所期望的截止频率。此外，为了在使用作为输入电阻器的最大电阻50kΩ的1/100的500Ω的输入电阻器的过程中实现24dB的增益，反馈电阻器必须具有最多31.25kΩ的电阻，因此输出阻抗显著下降，导致无法实现所期望的增益以及信号失真的恶化。
本发明的以下实施例提出了一种能够在低频带(LB)模式下使用针对高频带(HB)模式的频带的信号链的模拟基带滤波器电路。在示例中，针对HB模式的PRBHB和DRXHB的Q信道信号路径被共享以在LB模式下使用。在另一示例中，针对HB模式的PRBHB和DRXHB的I信道信号路径被共享以在LB模式下使用。
图3A是示出根据本发明的实施例的支持多个HB模式的接收器的构造的框图。
参照图3A，接收器包括：多个RF单元302、304和306，用于处理HB信号或LB信号；多个模拟基带(ABB)块312、314和316，用于处理基带信号；切换单元310，用于将RF单元302、304和360与ABB模块312、314和316选择性地连接；控制单元300，用于根据选择的通信模式来控制切换单元310。
RF单元302、304和306根据选择的通信模式针对频带的I路径或Q路径执行RF处理。在实施例中，第一RF单元302被构造为处理第一HB信号LB信号，在HB模式下将接收到的HBRF信号转换为基带I信号或Q信号，并在LB模式下将接收到的LBRF信号转换为I信号或Q信号。
ABB模块312、314和316中的每一个被构造为与相邻ABB块进行协作以对与各个HB相应的基带信号进行处理，或者对与LB相应的基带信号进行处理。在示例中，第一ABB块312和第二ABB块314在HB模式下独立地进行操作，但在LB模式下被串联以对LB信号进行处理。依据实施例，第一ABB块312和第二ABB块314被对称地布置以一起处理LB信号。详细地讲，第一ABB块312的电容器区被布置为接近第二ABB块314的电容器区，使得第一ABB块312的电容器区和第二ABB块314的电容器区在LB模式下彼此连接。根据实施例，第一ABB块312和第二ABB块314的电容器区被连接使得组合电容与电容器的电容中的每一个电容成正比地增加。
在控制单元300的控制下，切换单元310根据选择的通信模式将RF单元302、304和306选择性地连接到ABB块312、314和316。控制单元300管理接收器的总体操作，并依据通信模式是LB模式还是HB模式来控制切换单元310。详细地讲，切换单元310将第一RF单元302连接到第一ABB块312，将第二RF单元304连接到第二ABB块314，并将第NRF单元306连接到第NABB块。
在LB模式下，如果第一RF单元被构造为接收LBRF信号，则切换单元310将第一RF单元301连接到第二ABB块314，并且第二ABB块314的电容器区被扩展为包括第一ABB块312的电容器区。为了该扩展，第二ABB块314的电容器区被布置为接近第一ABB块312的电容器区，使得这两个电容器区被串联以对与LB相应的基带信号进行处理(滤波和放大)。同样，至少两个其它ABB块可被连接到不同的RF单元以对LB的基带信号进行处理。
根据实施例，可基于接收器的调制解调单元的信号接收结果来确定发送到控制单元的模式信息。调制解调单元可被布置在ABB块的输出端。
图3B是示出根据本发明的实施例的支持第一HB模式和第二HB模式的终端的构造的示图。
参照图3B，终端包括针对第一HBI/Q路径的两个第一RF单元322和324、针对第二HBI/Q路径的两个第二RF单元326和328、针对与第一HB相应的基带I/Q路径的两个第一ABB块322和334、针对与第二HB相应的基带I/Q路径的两个第二ABB块336和338、将RF单元322、324、326和328与ABB块332、334、336和328连接的切换单元330以及用于根据通信模式控制切换单元330的控制单元340。
针对第一HB的I路径的第一RFI单元322和第一RFQ单元324被构造为如针对LB的I路径或Q路径的RF单元进行操作。可选择地或者另外地，针对第二HB的I路径的第二RFI单元326和第二RFQ单元328可被构造为如针对LB的I路径或Q路径的RF单元进行操作。在终端在2G模式下进行操作的情况下，第一RFI/Q单元322和324或第二RFI/Q单元326和328负责接收RF信号并将RF信号转换为基带I/Q信号。在终端在3G/4G模式下进行操作的情况下，第一RFI/Q单元322和324负责接收第一HB的RF信号，并将该RF信号转换为I/Q信号，第二RFI/Q单元326和328负责接收第二HB的RF信号，并将该RF信号转换为基带I/Q信号。
ABB块332、334、336和318被构造为独立地对与第一HB或第二HB相应的I/Q信号进行处理，或者通过两个一起协作来对与LB相应的I/Q信号进行处理。详细地讲，第一ABBI块332和第一ABBQ块334在3G/4G模式下独立地进行操作，但它们被构造为在2G模式下对LB的I信号(或Q信号)进行处理。同样，第二ABBQ块336和第二ABBI块318在3G/4G模式下独立地进行操作，但它们被构造为在2G模式下对LB的Q信号(或I信号)进行处理。第一ABBI/Q块332和333以及第二ABBI/Q块336和318被对称地布置以在2G模式下协作对I/Q信号进行处理。详细地讲，第二ABBQ块336被布置为接近第一ABBQ块334，使得包括在第一ABBI/Q块332和334中的电容器区被彼此连接，并且包括在第二ABBI/Q块336和318中的电容器区彼此连接。
在控制单元340的控制下，切换单元330根据选择的通信模式，将RF单元322、324、326和328连接到ABB块332、334、336和318。控制单元管理终端的总体操作，并依据通信模式是2G模式还是3G/4G模式来控制切换单元330。详细地讲，切换单元330将第一RFI单元322连接到第一ABBI块332，将第一RFQ单元324连接到第一ABBQ块334、将第二RFI单元326连接到第二ABBI块318、并将第二RFQ单元328连接到第二ABBQ块336。
如果第一RFI/Q单元322和324被构造为在2G模式下接收2GLB的RF信号，则切换单元330将第一RFQ单元324连接到第一ABBQ块334，并且第一ABBQ块334的电容器区被扩展为包括第一ABBI块332的电容器区。为了该扩展，第一ABBQ块334的电容器区被布置为接近第一ABBI块的电容器区。切换单元还将第一RFI单元322连接到第二ABBQ块336，并且第二ABBQ块336被扩展为包括第二ABBI块318的电容器区。为了该扩展，第二ABBQ块336的电容器区被布置为接近第二ABBI块318的电容器区。
在另一实施例中，如果第二RFI/Q单元326和328被构造为在2G模式下接收2GLB的RF信号，则切换单元330将第二RFI单元326连接到第一ABBQ块334，并且第一ABBQ块324的电容器区被扩展为包括第一ABBI块332的电容器区。切换单元330将第二RFQ单元328连接到第二ABBQ块336，并且第二ABBQ块336的电容器区被扩展为包括第二ABBI块338的电容器区。
根据实施例，可基于接收器的调制解调单元的信号接收结果来确定发送到控制单元的模式信息。调制解调单元可被布置在ABB块的输出端。
图4A和图4B是示出根据本发明的实施例的模拟基带滤波器的框图和平面图。
参照图4A，模拟基带滤波器包括针对3G/4G模式的PRXHB的I信号的第一滤波/放大路径410、针对PRXHB的Q信号共享和LB的I/Q信号共享的第二滤波/放大路径420、针对DRXHB的Q信号和LB的I/Q信号共享的第三滤波/放大路径430、以及针对DRXHB的I信号的第四滤波/放大路径440。
滤波/放大路径410、420、430和440中的每一个包括连接到正极输入和负极输入的RP滤波器412、第一BQ滤波器414、第二BQ滤波器416和连接到正极输出和负极输出的可变增益放大器(VGA)418。
如上所述，主Q信道和分集Q信道的滤波/放大路径420和430被构造以便用于在2G模式下进行滤波/放大。也就是说，滤波/放大路径420和430针对主Q信道和分集Q信道以及2G模式的I信道和Q信道被共享。在另一实施例中，滤波/放大路径可针对主/分集I信道以及2G模式的信道被共享，并且这可由本领域技术人员基于在下文中做出的描述和附图来实践。
分集I信道和Q信道的滤波/放大路径430和420被布置为彼此交叉，因此分集Q信道的滤波/放大路径430被布置为接近主Q信道的滤波/放大路径420，使得即使在滤波/放大路径420和430在2G模式下进行操作时，2G模式的I信道路径和Q信道路径也被布置为接近。
图4B是示出与图4A的模拟基带滤波/放大路径410至440相应的电路的平面图。附图示出与滤波/放大路径相应的滤波器块460至474与RF单元452、454、456和458之间的连接关系以及各个滤波器块460至474的内部布置。
图4B示出针对PRXHB的I信号和Q信号的PRXRFI单元452和PRXRFQ单元454以及针对DRXHB的I信号和Q信号的DRXRFI单元456和DRXRFQ单元458。PRXRFI单元452和PRXRFQ单元454以及DRXRFI单元456和DRXRFQ单元458中的至少两个或全体被构造为能够对2G模式的I信号和Q信号进行处理。
在3G/4G模式下，PRXRFI单元452接收PRXHB的RF信号，将该RF信号转换为基带I信号，并将该I信号发送到相应的第一滤波器块460和462。PRXRFQ单元454接收PRXHB的Q信号并将该Q信号发送到相应的第二滤波器块464和466，DRXRFI单元456接收DRXHB的I信号并将该I信号发送到相应的第三滤波器块468和470，DRXRFQ单元458接收DRXHB的Q信号并将该Q信号发送到第四滤波器块472和474。在2G模式下，PRXRFI单元452和PRXRFQ单元454或DRXRFI单元456和DRXRFQ单元458接收2GLB的RF信号，将该RF信号转换为基带I信号和Q信号，并将该I信号和Q信号发送到相应的第二滤波器块464、466和第三滤波器块468和470；第二滤波器块的电容器区464和第三滤波器块的电容器区470被扩展为包括其它邻近滤波器块的电容器区。
滤波器块460至474被构造为与图4A的滤波/放大单元410至440等效。第一滤波器块由包括电阻器和有源装置(诸如OPAM)的有源区460和包括电容器的电容器区462组成，并且与图4A的第一滤波/放大路径410等效。第二滤波器块由电容器区464和有源区466组成，并且与图4A的第二滤波/放大路径420等效。第二滤波器块的电容器区464被布置为接近第一滤波器块的电容器区462，以便在2G模式下被连接至第一滤波器块的电容器区462，促成电容的扩展。第三滤波器块由有源区468和电容器区470组成，并且与图4A的第三滤波/放大路径430等效。第四滤波器块由电容器区472和有源区474组成，并且与图4A的第四滤波/放大路径440等效。第三滤波器块的电容器区470被布置为接近第四滤波器块的电容器区472，以便在2G模式下被连接至第四滤波器块的电容器区472，造成电容的扩展。
如上所述，两个滤波器块的电容器区被布置为彼此接近以便连接使得可对2G模式的信号进行处理。
图5A至图5C是示出根据本发明的实施例的模拟滤波器的模式切换的示图。详细地讲，图5A示出在3G/4G模式下的信号流，图5B示出在PRXRFI单元452和PRXRFQ单元在2G模式下被使用的情况下的信号流，图5C示出在DRXRFI单元456和DRXRFQ单元458在2G模式下被使用的情况下的信号流。
参照图5A，PRXRFI单元452接收PRXHB的RF信号，将该RF信号下变换为基带I信号，并将该I信号发送到第一滤波器块460和462；第一滤波器块的有源区460和电容器区462进行操作以对PRXHB的I信号进行处理。PRXRFQ单元454接收PRXHB的RF信号，将该RF信号下变换为基带Q信号，并将该Q信号发送到第二滤波器块464和466；第二滤波器块的电容器区464和有源区466进行操作以对PRXHB的Q信号进行处理。
DRXRFI单元456接收DRXHB的RF信号，将该RF信号下变换为基带I信号，并将该I信号发送到第四滤波器块472和474；第四滤波器块的电容器区472和有源区474进行操作以对DRXHB的I信号进行处理。DRXRFQ单元458接收DRXHB的RF信号，将该RF信号下变换为基带Q信号，并将该Q信号发送到第三滤波器块468和470；第三滤波器块的有源区468和电容器区470进行操作以对DRXHB的Q信号进行处理。
如上所述，PRX路径和DRX路径在3G/4G模式下独立地进行操作，使得RF单元452、454、456和458的输出通过切换单元500被发送到相应的滤波器块460至474。
如图5B和图5C中所示，输入信号在2G模式下被发送到PRXRF单元452和454或DRXRF单元456和458，以便实现通用性。在2G模式下使用PRXRF单元452和454的情况下，DRXRF单元456和458被关闭以使不必要的功耗最小化。相反，在2G模式下使用DRXRF单元456和458的情况下，PRXRF单元452和454被关闭以使不必要的功耗最小化。
针对来自PRXRF单元452和454的滤波器输入，如图5B中所示，切换单元510在PRXRF单元452和454与滤波器块的一些区域462至472之间建立信道。
详细地讲，PRXRFI单元452接收LB的RF信号，将该RF信号下变换为基带I信号，并经由切换单元510将该I信号发送到第三滤波器块468和470；第三滤波器块的电容器区472被连接到第四滤波器块的电容器区472，使得第三滤波器块的有源区468和电容器区470与第四滤波器块的电容器区472进行操作以对LB的I信号进行处理。此时，通过第三滤波器块的有源区468的控制信号来控制包括在第四滤波器块的电容器区472中的可变电容器。第四滤波器块的有源区474可进入空闲模式以使不必要的功耗最小化。
PRXRFQ单元454接收LB的RF信号，将该RF信号下变换为基带Q信号，并将该Q信号发送到第二滤波器块464和466；第二滤波器块的电容器区464被连接到第一滤波器块的电容器区462，使得第一滤波器块的电容器区462和第二滤波器块的电容器区464和有源区466进行操作以对LB的Q信号进行处理。此时，通过第二滤波器块的有源区466的控制信号来控制包括在第一滤波器块的电容器区462中的可变电容器。第一滤波器块的有源区460可进入空闲状态以节省电力。
针对来自于DRXRF单元456和458的滤波器输入，如图5C中所示，切换单元520在DRXRF单元456和458与滤波器块的一些区域462至472之间建立信道。
详细地讲，DRXRFI单元456接收LB的RF信号，将该RF信号下变换为基带I信号，并经由切换单元520将该I信号发送到第二滤波器块464和466；第一滤波器块的电容器区464被连接到第一滤波器块的电容器区462，使得第一滤波器块的电容器区462和第二滤波器块的电容器区464和有源区466进行操作以对LB的I信号进行处理。此时，第一滤波器块的有源区460可进入空闲模式以节省电力。
DRXRFQ单元458接收LB的RF信号，将该RF信号下变换为基带Q信号，并将该Q信号发送到第三滤波器块468和470；第三滤波器块的电容器区470被连接到第四滤波器块的电容器块472，使得第三滤波器块的有源区468和电容器区470以及第三滤波器块的电容器区472进行操作以对LB的Q信号进行处理。此时，第四滤波器块的有源区474可进入空闲模式以节省电力。
如上所述，邻近路径上的电容器被并联到针对2G模式的信号路径上的电容器，从而获得扩展电容以对2G模式的信号进行处理。结果，可使用扩展电容来有效地接收低频带信号。
通过经由电容共享控制各个电容器组以使其能够支持多达6倍的频率范围，频率范围可被扩展至3倍。此外，通过用串联和并联的四个电阻器部分来替换组成模拟滤波器的电阻器，能够将电阻提高至多达16倍。按这种方式，频率范围被扩展至多达96倍。
图6是示出根据本发明的实施例的电阻依据操作模式而变化的电阻器块的电路图。电阻器块可替换组成模拟滤波器并依据增益、截止频率或操作模式而被控制的输入电阻器Ra和反馈电阻器Rb中的至少一个。
参照图6，电阻器块600包括并联在输入端Rin和输出端Rout之间的四个可变电阻器部分602、604、606和608，电阻器部分602至608的输入节点通过开关SW1至SW4被连接至输入端，并且电阻器部分602至608的输出节点通过开关SW8至SW13被连接至输出端。开关SW9介于第一电阻器部分602和电阻器部分604的输出节点之间，开关SW6介于第二电阻器部分604和第三电阻器部分606的输入节点之间，开关SW12介于第三电阻器部分606和第四电阻器部分608的输出节点之间。开关SW5与电阻器部分602至608并行布置，开关SW7介于第四电阻器部分608的输入节点和开关SW5的输出节点之间。
假设每个电阻器部分具有电阻Rx，依据增益、截止频率和操作模式来控制开关SW1至SW13，使得电阻器块的总电阻在从Rx的1/4倍到4倍的范围内变化。
在图6的实施例中，仅开关SW1至SW8接通，而其他开关切断。因此，总电阻按照第一电阻器部分602变为Rx。同样，通过对开关的接通/切断控制，电阻器块的总电阻可被控制在Rx的1/4至4倍的范围内。
图7A至图7F是示出根据本发明的实施例的电阻器块的各种构造的电路图。
图7A示出针对用于对LB信号进行处理的模式1(诸如2G模式)构造的电阻器块，其中，在模式1中，四个电阻器部分702通过开关SW1、SW9、SW6、SW12和SW7被串联，同时其它开关被切断，使得总电阻变为4Rx。
图7b示出针对模式2构造的电阻器块，其中，在模式2中，第三和第四电阻器部分704通过开关SW3、SW12和SW7被串联，同时其它开关被切断，使得总电阻变为2Rx。
图7C示出针对模式3构造的电阻器块，其中，在模式3中，仅第一电阻器部分706通过开关SW1和SW8连接输入端和输出端，同时其它开关被切断，使得总电阻变为Rx。
图7D示出针对模式4构造的电阻器块，其中，在模式4中，第三和第四电阻器部分708通过开关SW3、SW11、SW4和SW13并联在输入端和输出端之间，同时其它开关被切断，使得总电阻变为0.5Rx。
图7E示出针对模式5构造的电阻器块，其中，在模式5中，四个电阻器部分710通过开关SW1、SW2、SW3、SW4、SW8、SW10、SW11和SW13被并联在输入端和输出端之间，同时其它开关被切断，使得总电阻变为1/4Rx。
图7F示出针对模式6构造的电阻器块，其中，在模式6中，除了开关SW5以外的所有开关被切断，使得输入端和输出端被直接连接，而没有介入电阻器部分712。
依据每个滤波器所需的增益以及输入电阻器部分和反馈电阻器部分之间的比例(这是因为通常所期望的增益范围是-12dB至+24dB)，可变地确定单位电阻器部分的Rx。
图8是示出根据本发明的实施例的模拟基带滤波器的构造的电路图。
参照图8，模拟基带滤波器包括四个滤波器块808a、808b、808c和808d；DRXI信号和DRXQ信号以及PRXQ信号和PRXI信号经由各自的频率转换器802和放大器804被输入到输入切换单元806。在控制单元(未示出)的控制下，输入切换单元806依据当前通信模式将输入信号转发到滤波器块808a至808d中的至少两个滤波器块。在3G/4G模式下，输入切换单元806将所述4个输入信号转发到四个滤波器块808a至808d。在2G模式下，输入切换单元806将通过DRXI输入节点和DRXQ输入节点从DRXRF单元输入的2GI信号和2GQ信号传送到第二滤波器块808b和第三滤波器块808c，即，将来自DRXRFQ单元的2GQ信号传送到第二块808b并将来自DRXRFI单元的2GI信号传送到第三滤波器块808c。在另一实施例中，在2G模式下，输入切换单元806将通过PRXI输入节点和PRXQ输入节点从PRXRF单元输入的2GI信号和2GQ信号传送到第二滤波器块808b和第三滤波器块808c，即，将来自PRXRFQ单元的2GQ信号传送到第三滤波器块808c并将来自PRXRFI单元的2GI信号传送到第二滤波器块808b。
第一滤波器块808a在下文中作为代表性滤波器块被描述。第一滤波器块808a包括三个滤波器级(即，RF滤波器810、BQ第一滤波器812和第二BQ滤波器814)以及放大器级816。第一滤波器块808a的滤波器级810、812和814在3G/4G模式下独自进行操作，但未被连接到第二滤波器块808b的滤波器级。在2G模式下，RP滤波器810的电容器C1切断它与OPAMPA的连接，并与第二滤波器块808b的RP滤波器中所包括的电容器C1x并联，并且OPAMPA切断。同样，在2G模式下，下一滤波器级812和814的电容器C2、C3、C4和C5切断它们与OPAMPB、C、D和E的连接，并与和第二滤波器块808b相应的电容器C2x、C3x、C4x和C5x并联。
在控制单元的控制下，滤波器块808a至808d的输出信号通过输出切换单元818被传送到相应的输出端。在3G/4G模式下，输出切换单元818将来自滤波器块808a至808d的输出信号传送到各自的DRXI输出节点、DRXQ输出节点、PTXQ输出混和PRXI输出节点。在2G模式下，输出切换单元818将来自第三滤波器块808c的输出信号传送到2GI输出节点，并将来自第二滤波器块808b的输出信号传送到2GQ输出。
图9A和图9B是示出根据本发明的实施例的电容器的详细布置的电路图。
参照图9A，第一OPAMP902位于第一滤波器块808a中并与两个电容器C11和C12并联。第二OPAMP904位于第二滤波器块808b中并与两个电容器C12和C22并联。电容器C11通过开关SW1和SW2与第一OPAMP902并联，开关SW3介于电容器C11和C12的输入节点之间，开关SW3介于在电容器C11和C12的输入节点之间，开关SW4介于电容器C11和C12的输出节点之间。同样，电容器C21通过开关SW5和SW6与第二OPAMP902并联，开关SW7介于电容器C21和C22的输入节点之间，开关SW8介于电容器C21和C22的输出节点之间。
在3G/4G模式下，插入在电容器C11和C12之间的开关SW1、SW2、SW5和SW6接通(即，闭合)，同时插入在电容器C21和C22之间的开关SW3、SW4、SW7和SW8切断(即，打开)。因此，电容器在相应的滤波器块中进行操作。
参照图9B，在2G模式下，介于不同滤波器块的电容器C11和C12之间以及电容器C21和C22之间的开关SW3、SW4、SW7和SW8接通，同时插入在第一滤波器块808a的电容器C11和C12之间的开关SW1、SW2、SW5和SW6以及OPAMP902切断。因此，电容器C11和C12在与不同于第一滤波器块808a的第二滤波器块808b的OPAMP904并联的状态下进行操作。此时，第一滤波器块808a的OPAMP904可切断以省电。通过依据通信模式类似地控制其他滤波器级以及其它滤波器块的电容器，它们可在2G模式以及3G/4G模式下被共享。
图10A至图10C是示出根据本公开的实施例的滤波器的操作机制的示图。详细地讲，附图示出当至少两个信号被输入时在本发明中所公开的滤波器的操作。根据实施例，如果至少两个信号被输入，则滤波器可在与在载波聚合(CA)模式下进行操作的通信实体的通信中被使用。
参照图10a至图10C，根据本发明的实施例的滤波器模块可包括第一切换单元1040、1050、1060、滤波单元1002和1022以及第二切换单元1042、1052和1062中的至少一个。滤波单元可包括如图5a至图5c之一中所示构造的至少一个滤波器，并且在该实施例中，两个相应的滤波器被包括。第一滤波器1002和第二滤波器1022被相应地配置，并可通过如本发明的实施例中所描述的电容器共享来执行HB滤波和LB滤波。
更详细地讲，滤波单元可包括第一滤波器1002和1022。根据实施例，滤波单元1002和1022可被置于相同的路径上。第一滤波器1002可包括用于对HBPRXI信号和HBPRXQ信号进行滤波的PRX滤波器1004以及用于对第一DRX(DRX1)I信号和第一DRX(DRX1)Q信号进行滤波的DRX1滤波单元1010。第二滤波器1022可包括用于对第二DRX(DRX2)I信号和第二DRX(DRX2)Q信号进行滤波的DRX2滤波单元1024以及用于对第二主要(SRX)I信号和第二主要(SRX)Q信号进行滤波的SRX滤波单元。所述信号被提出以用于描述实施例，根据本发明的实施例，滤波器可对各种信号进行滤波。在实施例中，滤波单元1004、1010、1024和1030可包括相应的I路径滤波单元1006、1014、1026和1032以及相应的Q滤波单元1004、1012、1028和1030。
在实施例中，滤波单元可对通过I路径和Q路径输入的HB输入信号进行滤波，并共享I滤波单元和Q滤波单元的电容器以对LB输入信号进行滤波。在实施例中，仅针对LB滤波器的一个路径上的滤波器，尽管Q路径在实施例中被激活以用于解释，但可激活I路径以对LB信号进行滤波。在实施例中，用于在每个路径上进行滤波的滤波单元可被设计为使得电容器能够被有效共享。
图10A至图10C的滤波器可接收多个信号。在实施例中，可考虑在载波聚合(CA)模式下操作的通信系统中接收到多个信号。在实施中，滤波器可接收多个LB信号(例如，2G信号)。多个LB信号可以是在CA模式下接收到的2G信号。在实施例中，可通过天线单元(未示出)来接收经过载波聚合的信号，并且所述模块可控制第一切换单元1040、1050和1060以及第二切换单元1042、1052和1062将信号发送到滤波单元。在实施例中，第一切换单元1040、1050和1060可执行切换以将接收到的信号发送到被激活的Q路径滤波单元1008、1012、1028和1032。第二切换单元1042、1052和1062可执行切换以将经过滤波的信号发送到预先配置的端口。
图10A针对通过PRX端口和SRX端口接收到多个LB信号的实施例。第一切换单元1040可被控制为将信号发送到Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030。第一切换单元1040可根据调制解调器(未示出)的信号接收结果而被控制。第二切换单元1042可被控制以将由Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030滤波的信号发送到预先配置的端口。
图10B针对通过PRX和DRX1端口接收到多个LB信号的实施例。第一切换单元1050可被控制以将信号发送到Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030。第一切换单元可根据调制解调器(未示出)的信号接收结果而被控制。第二切换单元1052可被控制以将由Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030滤波的信号发送到预先配置的端口。
图10C针对通过DRX2和SRX端口接收到多个LB信号的实施例。第一切换单元1060可被控制以将信号发送到Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030。第一切换单元1060可根据调制解调器(未示出)的信号接收结果而被控制。第二切换单元1062可被控制以将由Q路径滤波单元1008、1012、1028和1030滤波的信号发送到预先配置的端口。
尽管所述描述已针对依据接收多个信号的场景的控制方法，但可按照以下方式来执行滤波：对切换单元进行控制使得被激活的滤波单元接收以在本公开中未描述的方法发送的信号。
如上所述，具有能够通过电容器共享来对低频带信号进行滤波的滤波器的多个滤波单元能够对在载波聚合模式下发送的信号进行滤波。
如上所述，本发明的实施例提供了以下接收器系统和数字控制码，所述接收器系统和数字控制码能够针对3G/4G的分集路径共享电容器区，增强输入和反馈电阻器结构，并根据通信模式来改变输入路径和输出路径。根据本发明的各种实施例，可针对在2G、3G和4G系统中支持的所有移动通信标准提供一种能够实现在基带接收器所需的增益和带宽的各种增益放大器、滤波器电路和算法。
此外，本发明的实施例与传统技术相比能够减少超过一半的电路面积并能够有效地应用于实现下一代移动通信技术中的MIMO接收器构造(诸如4×2、4×4和8×4天线构造)。
如上所述，本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于针对2G、3G和4G系统符合的所有移动通信标准提供一种能够满足基带接收器所需的增益和带宽的可变增益放大器、滤波器电路以及算法。
此外，本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于实现了能够通过与传统技术相比减少电路面积来降低制造成本并增强噪声消除并且有助于多输入多输出(MIMO)接收器构造(诸如4×2、4×4和8×4天线构造)的应用的各种电路结构。
此外，本发明的模拟信号滤波设备和方法优点在于提供一种用于支持载波聚合(CA)以使用多个频带上的载波的通信电路设计的滤波器电路。
尽管已使用特定术语描述了本发明的优选实施例，但说明书和附图将被视为说明性的而不是限制性的含义，以便帮助理解本发明，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的更宽的精神和范围的情况下，可作出各种修改和改变。

Claims (14)

1.一种多模多频带无线电收发器的滤波设备，所述设备包括：
滤波单元，对至少一个频带中的一个频带上的射频(RF)信号进行滤波；
切换单元，根据所选择的通信模式在滤波单元中所包括的至少一个滤波器块之间切换信号；
控制器，选择通信模式并控制切换单元。
2.如权利要求1所述的设备，其中，滤波单元包括接收RF信号作为输入并输出基带信号的至少一个RF单元，所述至少一个滤波器块对基带信号进行滤波和放大，切换单元将所述至少一个RF单元中的至少两个RF单元连接到滤波器块中的至少一个滤波器块，并且所述至少一个滤波器块中的至少一个滤波器块被构造为能够连接到另一滤波器块的电容器区。
3.如权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个滤波器块中的所述至少一个滤波器块的电容器区被布置为接近另一滤波器块的电容器区。
4.如权利要求2所述的设备，其中，所述至少一个RF单元包括：在第一通信模式下输出与所述至少一个频带之中的主要高频带(HB)的RF信号相应的同相(I)信号和正交(Q)信号并在第二通信模式下输出与所述至少一个频带之中的低频带(LB)的RF信号相应的I信号和Q信号的至少一个RF单元。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个滤波器块的电容器区在第二通信模式下共享与所述至少一个滤波器块接近的所述另一滤波器块的有源装置，其中，所述有源装置是关闭的。
6.如权利要求6所述的设备，其中，当所述至少一个RF单元接收到在至少两个LB上的RF信号时，控制单元根据第二通信模式激活滤波器块，并且切换单元执行切换以将由RF单元接收到的信号传送到被激活的滤波器块。
7.如权利要求6所述的设备，还包括：输出切换单元，将从被激活的滤波器块输出的信号连接到特定输出端口。
8.一种用于控制多模多频带无线电收发器的滤波设备的方法，所述方法包括：
在包括至少一个滤波器块的滤波单元接收至少一个频带上的射频(RF)信号；
基于接收到的信号来确定通信模式；
根据通信模式，在滤波单元中所包括的至少一个滤波器块之间切换信号；
在滤波单元对所述信号进行滤波和放大。
9.如权利要求8所述的方法，其中，滤波单元包括接收RF信号作为输入并输出基带信号的至少一个RF单元，所述至少一个滤波器块对基带信号进行滤波和放大，切换单元将所述至少一个RF单元中的至少两个RF单元连接到所述至少一个滤波器块中的至少一个滤波器块，并且所述至少一个滤波器块中的至少一个滤波器块被构造为能够连接到另一滤波器块的电容器区。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个滤波器块中的所述至少一个滤波器块的电容器区被布置为接近另一滤波器块的电容器区。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个RF单元包括：在第一通信模式下输出与所述至少一个频带之中的主要高频带(HB)的RF信号相应的同相(I)信号和正交(Q)信号并在第二通信模式下输出与所述至少一个频带之中的低频带(LB)的RF信号相应的I信号和Q信号的至少一个RF单元。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个滤波器块的电容器区在第二通信模式下共享与所述至少一个滤波器块接近的所述另一滤波器块的有源装置，其中，所述有源装置是关闭的。
13.如权利要求11所述的方法，还包括：
当所述至少一个RF单元接收到在至少两个LB上的RF信号时，在控制单元根据第二通信模式激活滤波器块；并且
在切换单元将由RF单元接收到的信号切换到被激活的滤波器块。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：通过控制输出切换单元，将从被激活的滤波器块输出的信号连接到特定输出端口。
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