CN105763217B

CN105763217B - 无线隧道传送收发器中的低功率操作

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Publication number: CN105763217B
Application number: CN201511001562.9A
Authority: CN
Inventors: D·切尔尼亚夫斯基; C·H·多恩; 范文; M·G·福布斯; B·H·约翰; N·库玛; J·R·帕克
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2035-12-28
Also published as: TWI650027B; US20160198410A1; TW201630449A; CN105763217A; US10015744B2

Abstract

本公开的实施例涉及在无线隧道传送收发器中的低功率操作。一种无线隧道传送系统通过无线链路隧道传送了在第一主机装置和第二主机装置之间的通信，而同时维持了在第一和第二主机装置之间的通信符合有线通信协议并且以功率有效方式操作。两个主机装置可以通过无线链路使用无线隧道传送系统相互通信，好像两个主机装置通过有线电缆连接一样。无线隧道传送系统操作在高功率状态和一个或多个低功率状态中的一个中。在高功率状态中，无线隧道传送系统以较高数据速率交换数据用于隧道传送。在低功率状态中，无线隧道传送系统禁用功耗大的部件以用于节省电能。

Description

无线隧道传送收发器中的低功率操作

技术领域

本公开的实施例总体上涉及无线装置的领域，并且更特别地涉及用于无线隧道传送的收发器架构。

背景技术

在无线隧道传送系统中，通过无线信道隧道传送传统上在有线通信链路上通信的数据。常规地，无线通信显著地慢于在有线链路上的通信。然而，诸如60GHz无线通信系统的先进无线技术能够以适用于诸如通用串行总线(USB)、高清晰度媒体接口(HDMI)和DisplayPort(DP)的传统有线协议的多千兆位数据速率进行传输。然而，因为高频无线传输的高功耗，在开发适用于诸如移动电话的电池供电装置的商业可用的无线隧道传送系统中存在挑战。

发明内容

公开的无线隧道传送系统通过无线链路隧道传送了在第一主机装置和第二主机装置之间的通信，而同时维持了在第一和第二主机装置之间的通信符合有线通信协议，并且以功率有效的方式操作。

在一个实施例中，无线隧道传送系统包括通过无线链路相互通信的至少两个全双工收发器装置。第一全双工收发器装置耦合至第一主机装置并且第二全双工收发器装置耦合至第二主机装置。两个主机装置可以通过无线链路使用两个全双工收发器而通信，好像两个主机装置通过有线电缆而连接一样。

每个收发器装置包括发射器、接收器和状态机。发射器和接收器根据状态机而操作在高功率状态与一个或多个低功率状态中的一个中。在高功率状态中，发射器和接收器以较高的数据速率发射和接收数据。操作在高功率状态的发射器和接收器比操作在任意一个或多个低功率状态而呈现更高的功耗。在一个方面中，发射器和接收器操作在高功率状态以用于通过无线链路隧道传送在两个主机装置之间的通信。在一个或多个低功率状态中，发射器和接收器以较低的数据速率发射和接收数据，尝试与另一装置通信地交互，和/或禁用功耗大的部件。

发射器包括高频发射电路、低频发射电路、以及上变频器。高频发射电路操作在高功率状态中以从第一主机装置接收发射数据并且以第一数据速率在第一发射基带信号中编码发射数据。发射数据以第二主机装置为目标并且符合有线通信协议。可以在一个或多个低功率状态中禁用高频发射电路。

低频发射电路操作在一个或多个低功率状态中以低于第一数据速率的第二数据速率产生第二发射基带信号。第二发射基带信号包括控制信息。

上变频器电路当处于高功率状态时接收第一发射基带信号并且当处于一个或多个低功率状态时接收第二发射基带信号。上变频器电路将第一或第二发射基带信号调制至载波信号上以产生用于发射的无线发射信号。

接收器包括下变频器电路、高频接收电路、以及低频接收电路。下变频器电路接收无线接收信号并且解调无线接收信号以产生接收基带信号。

高频接收电路操作在高功率状态中以接收该接收基带信号。高频接收电路解码接收基带信号以获得用于向第一主机装置提供的接收数据。接收数据符合有线通信协议。当处于一个或多个低功率状态时高频接收电路可以被禁用。

低频接收电路操作在一个或多个低功率状态中以接收该接收基带信号并且基于在接收基带信号中的控制信息而产生控制信号。状态机部分地基于控制信号而控制收发器装置在高功率状态和一个或多个低功率状态之间的切换。

在一个示例性实施例中，无线隧道传送系统产生具有打开时段的包络的基带信号以指示收发器装置的一个发射装置的状态，或者使得执行在收发器装置的一个接收装置处的操作。在收发器装置的发射装置中，状态机基于状态机的状态而确定发射基带信号的包络的打开时段。

在一个示例性实施例中，下变频器电路包括包络检测器。包络检测器滤除无线接收信号的高频分量以产生接收基带信号。低频接收电路确定接收基带信号的包络的打开时段，并且状态机至少部分地基于所确定的打开时段而控制收发器装置的操作状态。

在一个示例性实施例中，低频发射电路包括包络发生器电路以产生包络信号，其中包络信号的打开时段编码了多个唤醒事件中的一个。此外，低频发射电路包括伪随机二进制序列发生器以产生具有伪随机改变的脉冲宽度的多个脉冲。此外，低频发射电路包括逻辑电路以通过输出恒定电压以表示包络信号的关闭时段并通过输出多个脉冲以表示包络信号的打开时段而产生第二发射基带信号。

在一个实施例中，状态机周期性地使能低频发射电路和低频接收电路以检测在预定接近范围内的另一个收发器装置。在接近检测状态中，可以禁用高频发射和接收电路。状态机可以响应于检测到在预定接近范围内另一装置而进入高功率状态。

在一个示例性实施例中，收发器装置中的至少一个包括基于物理接近第二收发器装置而被激活的机械开关。当被激活时，状态机解除复位并且使得收发器启动接近检测过程以快速地检测第二收发器。

附图说明

通过结合附图考虑以下详细描述能够容易地理解对在此公开的实施例的教导。

附图(图)1示出了无线隧道传送系统的一个实施例。

图2示出了无线隧道传送系统的发射器的示例实施例。

图3示出了无线隧道传送系统的接收器的示例实施例。

图4A、图4B和图4C示出了示例情形，其中低频信令可以用于促使改进无线隧道传送系统中的功率效率。

图5A示出了根据一个实施例的从发射器的低频发射电路产生的示例基带信号及其具有不同打开时段的包络。

图5B示出了根据一个实施例的用于产生低数据速率基带信号的低频发射电路的示例实施例。

图6示出了在接收器的低频接收电路中的部件的示例实施例。

图7示出了根据一个实施例的执行接近检测的两个计算系统的示例性交互图。

图8示出了根据一个实施例的用于执行接近检测的两个计算系统的示例时序图。

图9示出了根据一个实施例的能够隧道传送USB数据的无线隧道传送系统的示例状态转换图。

图10示出了示例交互图，其示出了根据一个实施例的用于在USB无线隧道传送系统中的W2退出事件的过程。

具体实施方式

说明书中描述的特征和优点不是无所不包的，并且特别地，考虑到附图、说明书和权利要求，许多额外的特征和优点对本领域技术人员而言将是明显的。此外，应该注意的是，说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导目的而选择，并且可以不被选择用于描绘或限制创新性主题。

附图(图)和以下说明书仅借由示意说明方式涉及优选实施例。应该注意的是，从以下讨论，在此所公开的结构和方法的备选实施例将容易被认为是可以在脱离本发明的原理情况下采用的可行备选例。

现在将详细参照本发明的数个实施例，其示例示出在附图中。应该注意的是，只要可行，类似或相同附图标记可以在附图中使用并且可以指示类似或相同的功能。附图仅为了示意说明目的描述实施例。本领域技术人员将易于从以下说明书认识到可以采用在此所述结构和方法的备选实施例而并不脱离在此所述原理。

图1示出了无线隧道传送系统100的实施例。无线隧道传送系统100包括经由无线链路130与第二计算系统150b通信的第一计算系统150a。每个计算系统150a、150b(在此统称为计算系统150)包括耦合至各自主机装置110a、110b(在此统称为主机装置110)的收发器120a、120b(在此统称为收发器120)。在一个实施例中，无线隧道传送系统100为诸如USB、HDMI、DisplayPort的传统有线通信或其他串行通信协议提供替代。例如，不同于经由传统电缆通信的主机装置110a、110b，主机装置110a、110b替代地与它们各自收发器120a、120b通信，其接着以超过使用传统有线通信可以实现的速度而在高速点对点串行无线链路130上隧道传送数据。

收发器120操作在低延迟下并且以足够使得主机装置110维持符合传统有线协议(例如USB、HDMI或DisplayPort)的连接的速度而在主机装置110之间中继传输。从主机装置110的角度，连接与好像它们经由传统电缆连接一样。因此，主机装置110无需在操作或设计上偏离在经由这些协议的传统有线通信中所使用的装置。

以USB作为示例，具有USB接口的传统无线装置在收发器中终止USB协议并且重编码数据至用于传输的不同无线协议中。传统的无线装置可视作USB树形拓扑中的节点(USB集线器、USB装置或USB中继器)。相反地，USB隧道传送收发器允许发射USB链路层数据通信量而没有非常低延迟的修改并且不终止USB协议层。因此，这些收发器装置(或隧道传送装置)在USB拓扑中不可见。

主机装置110包括输出用于通信发送至另一主机装置110的信号(例如数据和/或命令)的计算机或数字逻辑。在一个实施例中，主机装置110根据诸如例如USB、HDMI、或DisplayPort的通信协议而输出信号(和/或处理所接收的信号)。例如，在配置用于USB通信的实施例中，主机装置110以好像主机装置110输出至另一主机装置110而两者之间没有两个收发器120一样的方式向收发器120输出符合USB协议的USB信号。类似地，主机装置110以好像主机装置110直接从另一主机装置110接收信号一样的方式接收并处理符合USB协议的从收发器120接收到的USB信号。在其他实施例中，主机装置110可以根据HDMI协议、DisplayPort协议或其他串行通信协议而通信，并且维持符合串行通信协议的与另一主机装置110的连接。

收发器120包括发射器122、接收器124、以及功率状态机126。发射器122从主机装置110接收数据并且在无线链路130上发射数据至不同计算系统150的接收器124。接收器124在无线链路130上从另一计算系统150的发射器122接收数据并且向主机装置110提供所接收的数据。功率状态机126通过如以下进一步详述的在用于发射高频数据的高功率状态与一个或多个低功率状态之间切换收发器120而控制收发器120的功率状态。收发器此外模仿了在隧道传送协议内通过信号发送的低功率状态。在实施例中，收发器120能够全双工通信以使其可以同时在无线链路130上发射和接收数据。

在一个实施例中，收发器120a、120b是基本上等同的装置。备选地，收发器120a、120b是具有类似高层级架构的不同互补装置类型，但是在本文所描述的某些架构或操作特性上不同。例如，在一个实施例中，第一收发器120a包括配置用于操作具体化为坞站的主机装置110a的第一装置类型，而第二收发器120b包括配置用于操作具体化为移动装置的主机装置110b的第二装置类型。在一个实施例中，为了实施全双工通信，不同类型的互补收发器120具有不同的天线极化以使得两个不同的发射器/接收器天线对可以同时沿两个方向操作。例如，收发器120a可以具有X类型发射天线和Y类型接收天线，而收发器120b具有互补的Y类型发射天线和X类型接收天线。此外，不同类型的收发器120可以根据不同控制方案而操作以便于优化对中的收发器120之一的功率效率。例如，当第一收发器120a配置用于操作坞站并且第二收发器120b配置用于操作移动装置时，收发器120a、120b可以非对称地操作以便于以由坞站托管的收发器120b的代价而降低由移动装置托管的收发器120b的功耗。可以需要这种折衷，因为坞站通常连接至连续电源，而移动装置依赖于具有有限电能的电池。

在一个实施例中，与收发器120相关联的装置类型(以及与其相关联的操作)可以永久地设计至收发器120中。备选地，收发器120可以基于开关或寄存器设置而在两个或多个装置类型之间可配置。以下进一步描述在互补对中的收发器120a、120b的不同配置之间的架构和/或操作差异。

在一个实施例中，无线链路130包括60GHz无线链路。无线链路130限制于短程通信，其中收发器120相互非常靠近(例如在几毫米内)。在无线链路130上的数据传输可以具有例如每秒6千兆位或更高的数据速率。

在一个实施例中，收发器120具体化为可以耦合至主机装置110的端口(例如USB端口、HDMI端口或DisplayPort端口)的可移除电子狗(dongle)。在其他实施例中，收发器120内部地耦合至主机装置110(例如经由印刷电路板上的迹线)或者可以完全地与主机装置110集成(例如在集成电路中)。

计算系统150(及其部件)可以使用模拟电路部件、数字逻辑、软件或其组合而实施。在一个实施例中，计算系统150的一个或多个部件可以实施为处理器以及存储了当由处理器执行时使得处理器执行视为部件的功能的指令的非瞬态计算机可读存储介质。备选地或者额外地，数字部件可以实施作为专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或使用实施方式的组合。

图2示出了发射器122的示例实施例(例如发射器122a或发射器122b)。发射器122包括高频(HF)发射电路202，低频(LF)发射电路204，以及包括数字至模拟转换器(DAC)206、发射(Tx)混频器208(在此也称作“上变频器电路”)、合成器214、功率放大器210以及天线212的共用发射数据路径。高频发射数据路径包括HF发射电路202并且可以与共用发射数据路径一起操作或者包括共用发射数据路径。类似地，低频发射数据路径包括LF发射电路204并且可以与共用发射数据路径一起操作或者包括共用发射数据路径。

HF发射电路202提供用于接收数字数据的与主机装置110接口，并且产生高数据速率(例如6Gbps)的数字基带信号(在此也称作“第一发射基带信号”)。例如，在一个实施例中，HF发射电路202接收符合USB协议、HDMI协议、DisplayPort协议或其他通信协议的串行数据，并且产生适用于无线传输的高速信号。

LF发射电路204产生低数据速率信号(在此也称作“第二发射基带信号”)，具有比由HF发射电路202产生的高数据速率信号显著较低的数据速率。低数据速率信号通常包括用于传递控制信息或状态信息的控制信号，诸如例如用于操作在接近检测状态或装置附连/分离状态中或者在其之间转变的信息，以及用于控制收发器120的功率状态的其他状态信息。

数字至模拟转换器206将分别来自HF发射电路202和LF发射电路204的高速和低速信号从数字域转换至模拟域以产生模拟基带信号。Tx混频器208基于(由合成器214产生的)载波信号上变频模拟基带信号至射频信号以产生上变频信号。功率放大器210放大上变频信号以产生由天线212在无线链路130上发射的放大信号(在此也称作“无线发射信号”)。在一个实施例中，功率放大器210包括多级功率放大器，以满足输出功率和线性需求的方式放大上变频信号。如上所述，天线212可以是不同类型的，取决于发射器122是第一装置类型(例如用于壁式供电的坞站装置)还是第二装置类型(例如用于电池供电的移动装置)。

功率状态机126取决于发射器122的操作状态而控制发射器122的各个部件的功率状态以便于改进发射器122的功率效率。例如，因为HF发射电路202的功耗与LF发射电路204相比相对较高，功率状态机126可以控制HF发射电路202以操作在低功率状态或者在不使用HF发射电路202时的低频传输期间关闭HF发射电路202。在高频传输期间，LF发射电路204可以断电。此外甚至在接近检测期间(如稍后所述)，因为LF发射电路204发射操作通常相对不频繁地发生，所以功率状态机126可以在当HF发射电路202或LF发射电路204均不操作时的周期期间关闭对数字至模拟转换器206、Tx混频器208、合成器214和功率放大器210的供电。该发射数据路径的工作循环(duty-cycling)有助于当在时间上平均时较低的功耗。

图3示出了接收器124的示例实施例(例如接收器124a或124b)。接收器124包括共用的接收数据路径，包括天线302、低噪声放大器(LNA)304、以及下变频器电路(例如射频(RF)包络检测器306)；高频接收数据路径，包括时钟/数字恢复块312和高频接收电路314；以及低频接收数据路径，包括低频模拟至数字转换器和测量子系统308以及低频接收电路310。高频接收数据路径可以与共用接收数据路径一起操作或者包括共用接收数据路径。类似地，低频接收数据路径可以与共用接收数据路径一起操作或者包括共用接收数据路径。

天线302经由无线链路130接收由低噪声放大器304放大的无线信号(在此也称作“接收无线信号”)。如上所述，天线302可以是不同类型的，取决于接收器124是第一装置类型(例如用于坞站装置)还是第二装置类型(例如用于移动装置)。低噪声放大器304提供增益并且包括自动增益控制以确保在RF包络检测器306的输入端处的最佳信号水平。RF包络检测器306通过检测放大信号的包络以恢复基带信号(在此也称作“接收基带信号”)而解调放大的无线信号(或放大的RF信号)。例如，在一个实施例中，RF包络检测器306应用非线性(例如平方律)放大以整流放大的RF信号，并且随后滤除高频分量以提供基带信号。

在高频接收数据路径中，时钟/数据恢复块312恢复隐含在基带信号中的时钟信号并且使用时钟信号以恢复高速数据。HF接收电路314处理高速数据信号并且产生适用于对接至主机装置110的信号(在此也称作“接收数据”)。例如，HF接收电路314产生符合USB协议、HDMI协议、DisplayPort协议或与主机装置110相关联的其他数据协议的数据信号。

在低频接收数据路径中，LF ADC和测量子系统308将基带信号转换为数字表示并且提供数字信号至LF接收电路310。LF接收电路310处理数字信号以产生表示用于向功率状态机126提供的控制(在此也称作“控制信号”或“控制信息”)或用于向主机装置110提供的状态信息的信号。

功率状态机126取决于接收器124的操作状态而控制接收器124的各个部件的功率状态以便于改进接收器124的功率效率。例如，因为HF接收电路314的功耗与LF接收电路310相比相对较高，功率状态机126可以控制HF接收电路314以操作在低功率状态或者在当不使用HF接收电路314时的低频传输期间关闭HF接收电路314。类似地，时钟/数据恢复块312可以在低频传输期间断电。在高频传输期间，诸如LF ADC和测量子系统308以及LF接收电路310的低频部件可以断电。

低频接收数据路径的架构适用于低功率操作。与传统接收架构相反，接收器124的接收数据路径并不包括合成器，其通常在传统接收器架构中消耗大量功率。替代地，接收器124可以基于包络检测而恢复低频和高频传输，由此操作在比传统接收器显著更低的功率下。基于开-关键控并使用RF包络检测器306的该低功率RF架构并不取决于固定的本振频率。

图4A、图4B和图4C提供了其中低频信令可以用于促进改进无线隧道传送系统100中的功率效率的示例场景。在图4A中，收发器120a、120b不足够接近彼此以使得在无线链路130上进行通信。低频发射和接收数据路径(在此也称作“低频数据路径”)可以由发射器122和接收器124利用以周期性扫描接近而同时保持高频发射和接收数据路径(在此也称作“高频数据路径”)关闭(或处于较低功率状态)。高频数据路径(其消耗显著更多功率)被关闭并且只有一旦检测到接近而被使能。

在图4B中，收发器120a、120b足够接近彼此，但是收发器120b从主机装置110b断开并且因此无法发射或接收高速数据。在此，可以利用低频数据路径以在收发器120a、120b之间周期性发送“KEEP_ALIVE”(保持活动)信号以指示继续接近而并无显著能耗，同时高频数据路径断电以减少能耗。在远远更粗的时间尺度下，HF发射电路202和HF接收电路314可以周期性通电以检测收发器120是否已经附接至主机装置110并且如果没有检测到附接则再次断电。

在图4C中，收发器120a、120b足够接近彼此，并且均连接至它们各自的主机装置110a、110b。然而，在该情形中，主机装置110a、110b处于低功率状态并且不具有待通信发送的任何高速数据(例如对于USB主机的“U3”状态)。在此，高频数据路径可以断电以减少能耗同时主机装置110a、110b处于低功率状态。如果主机装置110a、110b任一退出低功率状态，则可以使用低频数据路径以将低功率退出事件通过信号发送至其他收发器120并且使得收发器120打开其高频数据路径以准备接收高频通信。

图5A示出了根据一个实施例的从发射器122的LF发射电路204产生的示例发射基带信号及其具有不同打开时段的包络。在一个示例中，LF发射电路204使用具有不同打开时段的修改的开/关包络信号(例如包络信号510、530、550和570)产生发射基带信号520以对来自不同低功率状态的诸如各个唤醒事件的不同控制信息编码。与在开/关信号的打开时段期间发射恒定HIGH信号不同，发射基带信号520包括表示包络信号的关闭时段的恒定电压525(例如LOW或零伏)，以及表示包络信号的打开时段的具有改变的脉冲宽度的多个脉冲515。

图5B示出了低频发射电路204的一个示例实施方式，包括振荡器552(例如操作在具有±10％精度的大约14MHz的低功率RC振荡器)、计数器554、包络发生器电路558、伪随机二进制序列(PRBS)发生器556、以及AND逻辑电路560。这些部件一起产生第二发射基带信号520，其编码了用于经由低频发射电路304传输的唤醒事件。

振荡器552(例如低功率RC振荡器)产生参考时钟信号(例如在±10％精度内的14MHz时钟信号)。计数器554对预定义数目的时钟周期计数(例如36)，并且当达到计数时输出信号至包络发生器电路558。包络发生器电路558基于所需的唤醒事件以及计数器554的输出而产生包络信号(例如包络信号510、530、550和570中的一个)。例如，包络发生器电路558产生包络信号，其中如参照图9更详细所述，包络信号的打开时段编码了多个唤醒事件中的一个。

包络发生器电路558产生具有根据预定数目的参考时钟信号脉冲的周期的包络以指示不同的唤醒事件。例如，包络发生器电路558产生具有含单位数目(例如36)的参考时钟信号的脉冲的周期的包络信号510以表示USB3U3退出事件。类似地，包络发生器电路558产生具有含两个单位数目(例如72)的参考时钟信号脉冲的周期的包络信号530以表示USB2挂起-恢复。包络发生器电路558产生具有含四个单位数目(例如144)的参考时钟信号脉冲的周期的包络信号550以表示接近检测状态。类似地，包络发生器电路558产生具有含八个单位数目(例如288)的参考时钟信号脉冲的周期的包络信号570以表示“KEEP_ALIVE”状态。接收器124可以配置用于在20us、100us、100us、100us内检测包络信号510、530、550和570，分别如表1中所列。

表1

伪随机二进制序列发生器556产生具有伪随机地改变的脉冲宽度的多个脉冲515。在一个实施方式中，伪随机二进制序列发生器556实施为基于异或(XOR)的11位线性反馈移位寄存器。

与(AND)逻辑电路560从包络发生器电路558接收包络信号，从伪随机二进制序列发生器556接收多个脉冲515，并且使用逻辑AND操作组合信号以产生第二发射基带信号520。在该配置中，AND逻辑电路560通过输出恒定电压525以表示包络信号的关闭时段以及通过输出多个脉冲515以表示包络信号的打开时段而产生第二发射基带信号520。

有利地，如上所述使用包络信号产生发射基带信号的低频发射电路204使得节省大量的功率。具体地，在包络信号的关闭时段期间，Tx混频器208和功率放大器210不产生发射无线信号。因此，发射数据路径的工作循环有助于当在时间上平均时较低的功耗。

通过在包络信号的打开时段期间实施PRBS脉冲，可以分散无线频谱中的音调以减少对于其他无线频带的干扰。例如，使用PRBS脉冲的无线频谱可以符合60GHz频带中的频谱掩蔽需求。

图6示出了LF接收电路310的示例实施例。LF接收电路310接收了接收基带信号605(或来自LF ADC测量子系统308的其数字表示)并且产生控制信号655或状态信息。在一个实施例中，LF接收电路310包括边缘检测器610、不稳定性检测模块630、以及事件检测模块640。这些部件可以使用模拟电路部件、数字逻辑、软件或其组合而实施。

在一个实施例中，LF接收电路310确定接收基带信号605的打开时段，并基于接收基带信号605的确定的打开时段而产生控制信号655或状态信息。接收基带信号605的打开时段可以对应于从另一收发器产生的发射基带信号520的包络信号的打开时段。

LF接收电路310基于从在RF包络检测器306的输出端处的LF ADC和测量子系统308(例如10位SAR(采样并保持)ADC)获得的信号功率的测量而实施检测算法。在一个实施方式中，10个ADC位中的6个位可以用于测量。

LF ADC和测量子系统308操作在低频发射电路204中的参考时钟信号的频率下(例如14MHz)并且LF ADC和测量子系统308的每个输出位可以每隔一半单位的采样(例如16个采样)而测量，呈现了(14/16)MHz的采样频率。

边缘检测器610检测接收基带信号605(或ADC的输出)的边缘。为了在脉冲中部开始检测过程，忽略第一正边缘并且检测从第一负边缘开始。当序列的边缘高于检测阈值时，可以检测到边缘。测量负至正边缘间隔以及正至负边缘间隔两者并且获得平均间隔。为了改进检测的稳定性，对序列的检测边缘进行平滑并且将其与幅度阈值比较。在幅度阈值上的那些被发送至不稳定性检测模块630。

不稳定性检测模块630确定来自接收基带信号605的测量是否是稳定的。

事件检测模块640对于每个序列类型比较打开时段测量与阈值，并且根据不稳定性检测模块630的输出，确定接收基带信号605的打开时段。事件检测模块640也可以基于所确定的脉冲宽度确定检测到哪个唤醒序列种类。根据所确定的接收基带信号605的打开时段或者检测到的唤醒序列的种类，事件检测模块640产生控制信号655或状态信息。

图7示出了根据一个实施例的在接近检测状态执行接近检测的两个计算系统150a、150b的示例交互图。接近检测由计算系统150a和计算系统150b执行以确定两个计算系统150a和150b是否在预定接近范围内。在该示例中，计算系统150a是第二装置类型(例如电池供电的移动装置)，以及计算系统150b是第一装置类型(例如壁式供电的坞站装置)。备选地，计算系统150a和150b可以是装置类型的任意组合。

在接近检测状态中，计算系统150a(例如移动装置)针对Tdet时间周期性地使能(也即打开)710低频接收数据路径，以试图检测接近检测信号(ProxDet)。计算系统150a基于是否成功检测到接收接近检测信号(ProxDet)而确定720是否检测到附近装置。响应于未接收任何接收接近检测信号(也即并未检测到任何附近装置)，计算系统150a禁用725LF接收数据路径并且等待直至接收器睡眠时间Trxp结束。在接收器睡眠时间Trxp之后，计算系统150a重新使能710LF接收数据路径以再次搜索可能的附近装置。响应于在检测时间Tdet期间检测到接收接近检测信号，低频发射电路204产生发射邻近检测信号(ProxDet)，并且针对Ttxp时间发射730接近检测信号以指示附近装置其接收到了接近检测信号并且可用于连接。在发射接近检测信号之后，功率状态机126将收发器120转换至高功率状态，并且使能740高数据速率的通信。

在接近检测状态中，计算系统150b(例如坞站装置)针对至少接收器睡眠时间Trxp周期性地使能低频发射数据路径并且发射760接近检测信号(ProxDet)。在发射接近检测信号之后，计算系统150b针对时间Tdet使能770低频接收数据路径，以试图搜索由计算系统150a产生的接近检测信号(ProxDet)。计算系统150b基于其是否检测到接收接近检测信号而确定780是否检测到附近装置。响应于在Tdet时间期间没有接收到任何接收接近检测信号(也即并未检测到任何附近装置)，计算系统150b禁用LF发射和接收数据路径并且等待785直至发射器睡眠时间Ttxp结束。优选地，Ttxp的数值远远大于Trxp和Tdet。在发射器睡眠时间Ttxp之后，计算系统150b再次发射760发射接近检测信号。响应于在检测时间Tdet期间检测到接收接近检测信号，功率状态机126将收发器120转换至高功率状态，并且使能790高数据速率的通信。

在一个方面中，设计图7中的接近检测方案以使得用于计算系统150a的功耗小于计算系统150b。具体地，在检测附近装置之前，计算系统150b周期性地使能LF发射数据路径，而计算系统150a周期性地使能LF接收数据路径，其中发射操作可以消耗比接收操作更多的功率。

图8示出了根据一个实施例的执行接近检测的两个计算系统150a和150b的示例时序图。计算系统150a和150b根据功率状态机126而周期性地执行接近检测。

计算系统150a(例如移动装置)在时间段810A、810B……810H期间针对检测时间Tdet周期性地打开LF接收数据路径。在计算系统150b不在附近的情形中，计算系统150a无法从计算系统150b接收到接收接近检测信号，并且禁用计算系统150a的LF接收数据路径直至接收器睡眠时间Trxp结束。计算系统150a在时间段810期间周期性地搜索接收接近检测信号直至在预定接近范围内检测到计算系统150b。

计算系统150b(例如坞站装置)在时间段820A、820B期间周期性地使能LF发射数据路径并且针对至少接收器睡眠时间Trxp时间发射了发射接近检测信号。每次在发射了发射接近检测信号之后，计算系统150b分别在时间段825A、825B期间针对检测时间Tdet搜索响应于发射接近检测信号而产生的接收接近检测信号。如果计算系统150b未能检测到接收接近检测信号，则其针对发射器睡眠时间Ttxp使能LF发射和接收数据路径，并且重新发射了发射接近检测信号。如果计算系统150b检测到接收接近检测信号，则计算系统150a和150b建立无线链路130并且使能高数据速率通信。

有利地，通过参照图7和图8所述非对称地执行接近检测，可以实现对于计算系统150a和150b的低功耗。对于第一装置类型(例如坞站装置)，计算系统150b根据长发射器睡眠时间Ttxp而周期性地发射了发射接近检测信号并且搜索响应以减少功耗。例如，发射器睡眠时间Ttxp(例如1s)远远长于检测时间Tdet(例如3.7ms)与接收器睡眠时间Trxp(例如10.05ms)的总和。使得用于计算系统150a的发射时间足够长以确保发射器112内的合成器214的足够的建立时间。当产生了发射接近检测信号时，发射器122的合成器214花费相对较长的建立时间以产生适当的载波频率。采用长的发射器睡眠时间Ttxp，第一装置类型的发射器122中功耗大的部件可以长时间被禁用。因此，发射器睡眠时间Ttxp的大数值有助于具有低平均功耗的工作循环因子。

对于第二装置类型(例如移动装置)，计算系统150a根据接收器睡眠时间Trxp而周期性地搜索接收接近检测信号。接收器睡眠时间Trxp小于发射器睡眠时间Ttxp，因此计算系统150a更频繁地打开。不同于计算系统150b，计算系统150a更频繁地使能避开了功耗大的高频合成器的接收器124，并且很少使能发射器122。结果，第二装置类型可以执行频繁接收操作而并不消散大功耗。

在一个实施例中，计算系统150a和/或150b可以包括机械开关以进入高功率状态。例如，当计算系统150a和150b紧密接近(例如物理地连接)时可以触发机械开关。计算系统150a或150b中的机械开关可以耦合至复位管脚，其促使计算系统150a或150b搜索附近装置并且在检测时间Tdet内建立无线链路130。此外，计算系统150a和150b中的每一个的功率状态机126在检测到接近之后进入高功率状态。

图9示出了根据一个实施例的用于能够隧道传送USB数据的无线隧道传送系统的示例性状态转换图。在该实施例中，五个可能的功率状态可应用：W0状态902，W2状态906，W3状态908，接近检测状态910，以及睡眠状态904。W0状态902表示高功率状态，其中使能了高频发射电路202、高频接收电路314以及相关部件，并且收发器120主动地发射或可应用并准备好发射高频串行数据(例如USB数据)。

在W0状态中，高频发射电路202和高频接收电路314打开并且收发器120可以主动地隧道传送USB数据。如果失去了其他装置的接近，则收发器120转换至接近检测状态。在接近检测状态910中，高频发射电路202和高频接收电路314关闭。低频发射电路204和低频接收电路310打开以周期性地检查另一装置的接近，如参照图7－图8如上所述，并且当不使用时关闭。如果接近检测成功但是确定主机装置110未被附接(如图4B的示例中所述)，则收发器对120a和120b可以从W0状态进入睡眠状态904。该确定在W0状态902中做出。在睡眠状态904中，只有“常开”块在运行并且为了功率效率而关闭其他部件。收发器保持在睡眠状态904预定义的时间，并且随后返回至接近检测状态910以确保维持了无线接近。如果检测到附近装置，则收发器120转换回到W0状态902，其中检查主机装置的附接。当收发器对120a/120b无线接近，主机装置110a/110b处于附接状态，但是主机装置110处于低功率状态或者并不主动地通信发送数据(如图4C中示例所述)时，进入W2和W3状态906、908。例如，当主机装置110处于USB 3.0超高速的“U2”低功率状态时进入W2状态，并且当主机装置110处于USB3.0超高速的“U3”状态或者处于USB 2.0高速的“挂起”状态时进入W3状态908。

图9中每个弧形表示在状态之间可能的转换。在表2中概述用于在状态之间转换的条件并且以下更详细描述。

表2

转换出W0状态902(例如经由弧线a、b1、c1和g1)取决于本地收发器的状态以及接近本地收发器的远程收发器的状态。为了将本地装置的状态通信发送至远程装置，并且反之亦然，当W0状态902中指示向由本地装置条件指令的新状态的转换时在装置之间周期性地发送信号proposed_link_state。例如，在一个实施例中，信号proposed_link_state是编码了由本地装置基于其条件而宣告的状态的2位信号(例如0b00表示W0，0b01表示W2，0b10表示W3，以及0b11表示睡眠)。信号proposed_link_state被周期性地更新并且当在W0状态902时在无线链路上被交换。

当其检测到主机装置110被禁用或断开时，装置宣告转换至睡眠状态904(弧线a)。当其检测到USB 2.0已经断开或挂起以及USB 3.0已经进入U2低功率状态时，装置宣告转换至W2状态906(弧线b1)。当其检测到USB 2.0已经断开或挂起，以及USB 3.0已经进入U3状态时，装置宣告转换至W3状态908(弧线c1)。当失去HF无线链路(也即使用高频发射和接收数据路径的无线链路130)时，装置宣告转换至接近检测状态910。

仅在无线链路130的两侧均宣告相同低功率状态(例如睡眠、W2或W3)之后发生从W0的状态改变。否则，装置保持在W0状态902。在W0状态902中，周期性地发送proposed_link_state的数值。为了完整握手，也将远程proposed_link_state的数值周期性通信发送回至远程装置。该握手解决了在尝试进入低功率状态期间当失去HF无线链路时的情形。当本地和远程装置均宣告相同低功率状态时，每个装置转换至该状态。

由发送退出事件的上游或下游主机装置触发从W2状态906离开至W0状态902(弧形b2)。例如，在USB 3.0中，退出事件可以包括到无线装置的U2退出LFPS(低频周期信令)。为了使得发生W2退出，无线装置发射回具有足够低延迟的握手LFPS以满足下层串行协议的需求(例如对于USB 3.0链路，2ms)。在一个实施方式中，通过当操作在W2状态906时保持对所有锁相环(PLL)供电而促进快速W2退出。现在对于USB 3.0链路描述W2退出序列。

图10示出了用于从W2状态906转换至W0状态902的过程的实施例。初始地，上游主机装置1002和下游主机装置1008处于低功率USB 3.0U2状态，并且上游收发器1004和下游收发器1006均处于低功率W2状态906。上游主机装置1002使用LFPS发射1052U2退出事件至上游收发器1004。上游收发器1004检测退出事件并且产生1054用于由LF发射电路204传输的USB唤醒事件。上游收发器1004在LF无线链路(也即使用低频数据路径的无线链路130)上发射1056USB唤醒事件，并且随后打开1058HF数据部件。下游收发器1006经由LF接收电路310检测USB唤醒并且打开1060HF接收部件。下游收发器1006随后使用LFPS发射1062U2退出事件至下游主机装置1008。一旦全双工高频无线链路可应用1063，下游主机装置1008经由LFPS提供1064LFPS握手至下游收发器1006。取决于响应时间，该步骤可以在过程中更早发生，但是通常以足够抵抗握手超时的容限而发生(例如在USB 3.0中，2ms)。下游收发器1006经由LFPS使用HF无线链路发射1066握手至上游收发器1004。上游收发器1004随后经由LFPS在发生握手超时之前提供1068握手至上游主机装置1002。

由发送退出事件或恢复信号(例如经由LFPS发送的USB 3.0U3退出或USB 2.0恢复信号)的上游或下游装置触发退出W3状态908至W0状态902(弧线c2)。同样如上所述的W2退出，收发器操作以在握手超时周期内(例如对于U3退出10ms或在20ms内恢复)发射握手LFPS。由于PLL稳定用时，从W3状态908退出通常比从W2状态906退出花费较长时间。W3退出序列另外类似于如上所述的W2退出序列。

当确定了USB 3.0禁用并且USB 2.0断开时从W0状态902进入睡眠状态904(弧线a)。一旦进入睡眠状态904，所有部件(除了某些“常开”部件之外)关闭。在SLEEP_TIME(例如1秒)之后，状态切换至接近检测状态910(弧线d1)。如果在接近检测状态检测到接近，装置转换至W0状态902(弧线g2)。如果收发器120仍然与主机110分离，则状态机126将再次转换回睡眠状态904。因此，通过从W0状态902(检测主机是否连接或断开)、睡眠状态904(等待SLEEP_TIME期满)、以及接近检测状态910(确定是否存在对于另一装置的接近，并且如果是，则返回至W0状态902)的转换而实施了装置附接轮询。

在W2和W3低功率状态906、908期间，无线装置可以失去接近。一旦进入W2或W3状态906、908，上游和下游无线装置启动计时器，计数直至达到预定义数值(例如500ms)。当达到预定义计数时，上游装置发射无线“保持活动”信号并且复位计数器。一旦接收到保持活动信号，下游装置复位其计数器，等待另一预定义周期，并且随后发射无线保持活动信号。当上游或下游装置错失两个连续的保持活动信号时，装置进入接近检测状态910(弧线e、f)。

当阅读本公开时，本领域技术人员将通过在此所公开的原理而知晓另外额外的备选实施例。因此，尽管已经示出并描述了特定实施例和应用，应该理解的是所公开的实施例不限于在此所公开的精确构造和部件。可以对在此所公开方法和设备的设置、操作和细节作出对本领域技术人员将是明显的各种修改、改变和变形而并不脱离在此所述的范围。

Claims

1.一种全双工收发器装置，所述收发器装置用于无线地隧道传送在第一主机装置和第二主机装置之间的通信而同时维持在所述第一主机装置和所述第二主机装置之间的通信符合有线通信协议，所述收发器装置包括：

发射器，包括：

高频发射电路，操作在高功率状态中以从所述第一主机装置接收发射数据并以第一数据速率在第一发射基带信号中编码所述发射数据，所述发射数据以所述第二主机装置为目标并且符合所述有线通信协议，所述高频发射电路在一个或多个低功率状态中被禁用，

低频发射电路，操作在所述一个或多个低功率状态中以比所述第一数据速率低的第二数据速率产生第二发射基带信号，所述第二发射基带信号包括控制信息，以及

上变频器电路，配置用于：

当处于所述高功率状态时接收所述第一发射基带信号并且将所述第一发射基带信号调制到载波信号上，以产生第一发射无线信号；

当处于所述一个或多个低功率状态时接收所述第二发射基带信号并且将所述第二发射基带信号调制到所述载波信号上，以产生第二发射无线信号；

接收器，包括：

下变频器电路，配置用于接收接收无线信号并解调所述接收无线信号以产生接收基带信号，

高频接收电路，操作在所述高功率状态中以接收所述接收基带信号，所述高频接收电路配置用于解码所述接收基带信号以获得用于向所述第一主机装置提供的接收数据，所述接收数据符合所述有线通信协议，当处于所述一个或多个低功率状态中时所述高频接收电路被禁用，以及

低频接收电路，操作在所述一个或多个低功率状态中以接收所述接收基带信号，基于在所述接收基带信号中的控制信息而产生控制信号，并且至少部分地基于所述接收基带信号的边缘来确定所述接收基带信号的包络的打开时段；以及

状态机，配置用于部分地基于所述控制信号而控制所述收发器装置在所述高功率状态和所述一个或多个低功率状态之间的切换，并且至少部分地基于所述接收基带信号的包络的打开时段的脉冲宽度来控制所述收发器装置的操作状态。

2.根据权利要求1所述的全双工收发器装置，其中所述低频发射电路包括：

包络发生器电路，配置用于产生包络信号，其中所述包络信号的打开时段编码有多个唤醒事件中的一个；

伪随机二进制序列发生器，配置用于产生具有伪随机地改变的脉冲宽度的多个脉冲；以及

逻辑电路，配置用于通过输出恒定电压以表示所述包络信号的关闭时段、以及通过输出所述多个脉冲以表示所述包络信号的打开时段而产生所述第二发射基带信号。

3.根据权利要求1所述的全双工收发器装置，其中处于接近检测状态中的所述状态机周期性地使能所述低频发射电路和所述低频接收电路以执行接近检测序列以检测在预定接近范围内的另一收发器装置。

4.根据权利要求3所述的全双工收发器装置，其中所述状态机响应于在所述预定接近范围内检测到另一装置而进入所述高功率状态。

5.根据权利要求3所述的全双工收发器装置，

其中所述收发器装置操作在所述接近检测状态中以针对预定时间段周期性地使能所述低频接收电路以搜索接收接近检测信号，并且

其中所述收发器装置进一步配置用于响应于在所述预定时间段期间检测到所述接收接近检测信号而由所述低频发射电路产生发射接近检测信号以及由所述状态机将所述收发器装置转换至所述高功率状态。

6.根据权利要求3所述的全双工收发器装置，

其中所述收发器装置操作在所述接近检测状态中以针对预定时间段周期性地使能所述低频发射电路以产生发射接近检测信号，并且针对另一预定时间段使能所述低频接收电路以搜索响应于所述发射接近检测信号而产生的接收接近检测信号，以及

其中响应于检测到所述接收接近检测信号，所述收发器装置进一步配置用于由所述状态机将所述收发器装置转换至所述高功率状态。

7.根据权利要求1所述的全双工收发器装置，进一步包括：

机械开关，基于物理接近第二收发器装置而被激活，当被激活时所述机械开关用于执行复位，使得所述收发器装置启动接近检测过程以检测所述第二收发器装置。

8.根据权利要求1所述的全双工收发器装置，其中所述收发器装置进一步配置用于：

当操作在所述高功率状态中时，检测所述收发器与所述第一主机装置的分离；

响应于检测到所述分离，进入睡眠状态；

在预定义时间段之后，转换至接近检测状态以确定所述收发器装置是否在另一装置的接近范围内；以及

响应于检测到所述收发器装置接近所述第一主机装置，转换至所述高功率状态。

9.根据权利要求8所述的全双工收发器装置，其中当操作在分离主机低功率状态中时，响应于未能在预定义时间段内在所述低频接收电路处接收到保持活动信号而转换至接近检测状态。

10.根据权利要求1所述的全双工收发器装置，其中所述有线通信协议是通用串行总线协议。

11.一种用于使用全双工收发器无线地隧道传送在第一主机装置和第二主机装置之间的通信而同时维持在所述第一主机装置和所述第二主机装置之间的通信符合有线通信协议的方法，所述方法包括：

当操作在高功率状态中时由高频发射电路从所述第一主机装置接收发射数据；

由所述高频发射电路以第一数据速率在第一发射基带信号中编码所述发射数据，所述发射数据以所述第二主机装置为目标并且符合所述有线通信协议；

当操作在一个或多个低功率状态中时由低频发射电路以低于所述第一数据速率的第二数据速率产生第二发射基带信号，所述第二发射基带信号包括控制信息；

当在所述高功率状态中时，由上变频器电路接收所述第一发射基带信号；

当在所述高功率状态中时，由所述上变频器电路将所述第一发射基带信号调制到载波信号上，以产生第一发射无线信号；

当在所述一个或多个低功率状态中时由所述上变频器电路接收所述第二发射基带信号；

当在所述一个或多个低功率状态中时由所述上变频器电路调制所述第二发射基带信号至所述载波信号上，以产生第二发射无线信号；

由下变频器电路接收接收无线信号；

由所述下变频器电路解调所述接收无线信号以产生接收基带信号；

由操作在所述高功率状态中的高频接收电路解码所述接收基带信号以获得用于向所述第一主机装置提供的接收数据，所述接收数据符合所述有线通信协议；

由操作在所述一个或多个低功率状态中的低频接收电路基于所述接收基带信号中的控制信息而产生控制信号；

由状态机部分地基于所述控制信号控制在所述高功率状态与所述一个或多个低功率状态之间的切换；

至少部分地基于所述接收基带信号的边缘来确定所述接收基带信号的包络的打开时段；以及

至少部分地基于所确定的所述接收基带信号的包络的打开时段的脉冲宽度来控制所述收发器的操作状态。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

由包络发生器电路产生包络信号，其中所述包络信号的打开时段编码有多个唤醒事件中的一个唤醒事件；

由伪随机二进制序列发生器产生具有伪随机地变化的脉冲宽度的多个脉冲；以及

由逻辑电路通过输出恒定电压以表示所述包络信号的关闭时段并且通过输出所述多个脉冲以表示所述包络信号的打开时段而产生所述第二发射基带信号。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

周期性地使能所述低频发射电路和所述低频接收电路以在预定接近范围内检测另一收发器装置。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

响应于在预定接近范围内检测到另一装置而进入所述高功率状态。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

在接近检测状态中针对预定时间段周期性地搜索接收接近检测信号；以及

响应于在所述预定时间段期间检测到所述接收接近检测信号，产生发射接近检测信号，并且转换至所述高功率状态。

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

在接近检测状态中针对预定时间段周期性地产生发射接近检测信号；

在所述接近检测状态中针对另一预定时间段搜索响应于所述发射接近检测信号而产生的接收接近检测信号；以及

响应于检测到所述接收接近检测信号，转换至所述高功率状态。

17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

当操作在所述高功率状态中时检测所述收发器与所述第一主机装置的分离；

响应于检测到所述分离，进入睡眠状态；

在预定义时间段之后，转换至接近检测状态以确定所述收发器是否在另一装置的接近范围内；以及

响应于检测到所述收发器接近所述第一主机装置，转换至所述高功率状态。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：

当操作在分离主机低功率状态中时，响应于未能在预定义时间段内在所述低频接收电路处接收到保持活动信号而转换至接近检测状态。