CN107210769A - 用于e频带应用的具有多个独立中频的双下变频 - Google Patents

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CN107210769A CN201580074684.2A CN201580074684A CN107210769A CN 107210769 A CN107210769 A CN 107210769A CN 201580074684 A CN201580074684 A CN 201580074684A CN 107210769 A CN107210769 A CN 107210769A
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Abstract

一种装置，包括第一接收机和第二接收机。第一接收机可以被配置为响应于射频(RF)输入信号和第一本机振荡器信号而生成多个第一中频信号。第二接收机可以被配置为响应于第一中频信号而生成多个输出信号。输出信号中的每个响应于第一中频信号中的相应的一个和相应的第二本机振荡器信号而在独立信道中生成。

Description

用于E频带应用的具有多个独立中频的双下变频
技术领域
本发明一般地涉及无线通信，并且更具体地涉及用于实现用于E频带应用的具有多个独立中频的双下变频的方法和/或装置。
背景技术
对语音、视频和数据的带宽密集型无线通信的不断增大的需求正在对点对点和回程无线电网络以及蜂窝基站施加压力，特别是在人口密集的大城市地区。为了减轻这种压力，移动运营商正转向欧洲电信标准协会(ETSI)“E频带”频谱，以按照光纤口径(caliber)的数据率来扩展无线网络容量。用于点对点(PTP)(也称为“无线回程”)的E频带频谱包括两个5GHz宽的块：71-76GHz和81-86GHz。ETSI E频带规范指定接收机(也称为“下变频器”)能够处理在两个5GHz宽的块内的任何位置(除非非常接近期望信号)处的“强干扰”(即，比阈值高30dB)。
强干扰进而创建强干扰的频率在E频带接收机的下变频混频器的本机振荡器信号的频率与所期望的射频(RF)信号之间的中点(因此处于IF/2)的称为“IF/2”的线性度规范。对于被设计成在5GHz的块内操作的外差接收机，IF/2线性度规范意味着中频(IF)被设定为大于10GHz(即，2×5GHz＝10GHz)。由于接收机滤波器的有限带宽，在真实的系统内IF值增大以将IF设定为大于12GHz，其中17GHz是一个可能的选择。
一种类型的现代接收机具有四个IF输出，表示0、90、180和270度，这些输出是重组的。这四个IF输出通常称为I、Q、I_bar和Q_bar。在较低频系统中(即，18GHz或38GHz的ETSI点对点无线电)，这四个IF输出处于低得多的频率(例如，1～3GHz)，并且对这些IF输出进行的重组是简单的。在IF＝17GHz的E频带接收机中，重组IF输出是困难和昂贵的。
所期望的是实现用于E频带应用的具有多个独立中频的双下变频。
发明内容
本发明包括一个方面，该方面涉及包括第一接收机和第二接收机的装置。第一接收机可以配置为响应于射频(RF)输入信号和第一本机振荡器信号而生成多个第一中频信号。第二接收机可以配置为响应于第一中频信号而生成多个输出信号。输出信号中的每个都响应于第一中频信号中的相应的一个和相应的第二本机振荡器信号而在独立信道中生成。
在上述装置方面的一些实施例中，第二接收机包括多个并行的中频(IF)信道，并且IF信道中的每个都被配置为生成输出信号中的一个。
在上述装置方面的一些实施例中，第一接收机和第二接收机被制作于单个集成电路上。在制作于单个集成电路上的一些实施例中，集成电路是微波单片集成电路(MMIC)。在制作于单个集成电路上的一些实施例中，集成电路还包括配置为生成第一本机振荡器信号和第二本机振荡器信号中的至少一个的本机振荡器放大器和乘法器电路。在制作于单个集成电路上的一些实施例中，集成电路还包括用于将RF输入焊盘耦接至第一接收机的输入的低噪声放大器(LNA)电路。
在上述装置方面的一些实施例中，第一接收机将RF输入信号下变频至第一中频范围，并且第二接收机将第一中频信号中的每个下变频至(i)基带以及比第一中频信号的范围低的第二中频范围中的至少一个。
在上述装置方面的一些实施例中，独立信道中的每个都包括电阻混频器。在独立信道中的每个都包括电阻混频器的一些实施例中，独立信道中的每个的电阻混频器都包括高电子迁移率晶体管(HEMT)、赝晶HEMT(pHEMT)、场效应晶体管(FET)、异质结构FET(HFET)、调制掺杂FET(MODFET)、双极型晶体管中的一种以及二极管中的至少一个。在独立信道中的每个都包括电阻混频器的一些实施例中，独立信道中的每个的电阻混频器都包括还被配置为向每个中频信号线提供静电放电保护的一个或多个晶体管。
本发明还包括一个方面，该方面涉及用于转换E频带信号的方法。该方法包括使用第一接收机电路响应于射频(RF)输入信号和第一本机振荡器信号而生成多个第一中频信号，以及使用第二接收机电路响应于第一中频信号而生成多个输出信号。输出信号中的每个都响应于第一中频信号中的相应的一个和相应的第二本机振荡器信号而在独立的接收机信道中生成。
在上述方法方面的一些实施例中，第一中频信号中的每个都被呈现给多个并行的中频(IF)信道中的相应一个的输入，并且IF信道中的每个都被配置为生成输出信号中的一个。
在上述方法方面的一些实施例中，方法还包括生成第一本机振荡器信号以及多个第二本机振荡器信号。
在上述方法方面的一些实施例中，方法还包括生成具有为多个第二本机振荡器信号的频率的倍数的频率的第一本机振荡器信号；
在上述方法方面的一些实施例中，方法还包括使用低噪声放大器(LNA)电路来放大RF输入信号。
在上述方法方面的一些实施例中，方法还包括配置每个独立接收机信道的混频器，以在第一接收机电路和第二接收机电路没有加电时向每个中频信号通路提供静电放电保护，以及在加电时作为用于每个对应的IF信道的电阻混频器来操作。
在上述方法方面的一些实施例中，RF输入信号被下变频至第一中频范围并被分成分量信号，以及分量信号每个都被下变频至基带以及比第一中频范围低的第二中频范围中的至少一个。
在上述方法方面的一些实施例中，第一中频为大约17GHz。
在上述方法方面的一些实施例中，第二中频为大约1GHz至大约3GHz。
在上述方法方面的一些实施例中，第一接收机和第二接收机是E频带短距离回程信号通路的部分。
本发明的目的、特征和优点包括提供用于实现用于E频带应用的具有多个独立中频的双下变频的方法和/或装置，该方法和/或装置可以(i)在第一接收机级中生成多个中频信号并且将中频信号中的每个在第二接收机级的相应的独立信道中下变频，(ii)产生可以输入到常规的低频接收机的多个中频信号，(iii)将E频带信号下变频至多个基带信号，(iv)为第二接收机级的每个信道提供静电放电(ESD)保护，和/或(v)被实施于单个微波单片集成电路(MMIC)中。
附图说明
本发明的这些及其它目的、特征和优点将根据下面的具体实施方式、所附权利要求及附图而变得清楚，在附图中：
图1是例示根据本发明的示例实施例的接收机系统的示图；
图2是例示根据本发明的实施例的双下变频接收机架构的示图；
图3是例示图2的第二接收机电路的接收机架构的示图；
图4是例示图2的双下变频接收机的示例实施方式的示意图；
图5是根据本发明的实施例的处理的流程图；以及
图6是例示可以使用根据本发明的实施例的双下变频接收机的通信系统的示图。
具体实施方式
参考图1，示出了例示包括根据本发明的示例实施例的电路100的无线电接收机系统的示图。电路100总体上实现了根据本发明的实施例的双下变频接收机(DDCR)。电路100可以被配置为响应于射频(RF)输入信号(例如，RF_IN)和多个本机振荡器(LO)信号(例如，LO1和LO2)而生成多个输出信号(例如，OUT_A、OUT_B、OUT_C、OUT_D)。在各种实施例中，信号RF_IN包括在ETSI E频带频谱中的RF信号，并且输出信号OUT_A、OUT_B、OUT_C和OUT_D包括中频(IF)或基带(BB)信号。尽管所示的实施例示出了生成四个输出信号的电路100，但是在一些实施例中，电路100可以被配置为仅生成两个输出信号(例如，OUT_A和OUT_B)。
在一个示例中，电路100可以具有可以接收信号RF_IN的第一输入、可以接收第一本机振荡器信号(例如，LO1)的第二输入、可以接收第二本机振荡器信号(例如，LO2)的第三输入以及可以呈现输出信号OUT_A、OUT_B、OUT_C和OUT_D中的两个或四个的多个输出。在一个示例中，信号RF_IN可以由低噪声放大器(LNA)102根据接收自天线的信号(例如，RF_ANT)来提供。LNA 102一般地通过相应的滤波器(例如，带通滤波器、抗镜像滤波器(anti-imagefilter)等)电路(未示出)耦接至天线和电路100。
在一些实施例中，本机振荡器信号LO1和LO2可以由本机振荡器放大器和乘法器电路104提供。在一个示例中，本机振荡器信号LO1的频率可以是本机振荡器信号LO2的频率的倍数(例如，×2、×4、×8、×10等)。本机振荡器放大器和乘法器电路104可以被配置为响应于来自本机振荡器合成器电路106的输出而生成信号LO1和LO2。在一些实施例中，本机振荡器合成器电路106的输出可以被用作第二本机振荡器信号LO2。在一个示例中，电路104和电路106可以使用常规的技术来实现。
参考图2，示出进一步例示根据本发明的示例实施例的示例双下变频接收机架构的电路100的示图。在一个示例中，电路100可以包括电路110和电路112。电路110可以实现第一接收机级。电路112可以实现第二接收机级。电路110可以接收信号RF_IN和第一本机振荡器信号LO1，并呈现多个输出信号(例如，I、I_bar、Q和Q_bar)。在仅期望两个输出的实施例中，电路110可以被配置为仅呈现信号I和Q。电路112可以具有可以接收信号I、I_bar、Q和Q_bar的多个输入、可以接收第二本机振荡器信号LO2的输入以及可以在其处呈现输出信号OUT_A、…、OUT_D的多个输出。在仅期望两个输出的实施例中，电路112可以被配置为接收信号I和Q，并且呈现信号OUT_A和OUT_B。电路112还可以被配置为向中频信号线提供静电放电保护。
参考图3，示出了例示图2的第二接收机电路112的示例架构的框图。在各种实施例中，电路112可以包括多个中频信道120a-120d和本机振荡器定相电路(phasing circuit)122。中频信道120a-120d中的每个都可以具有(i)接收中频信号I、I_bar、Q和Q_bar中的相应的一个的第一输入，(ii)接收第二本机振荡器信号的LO2相应相位的第二输入，以及(iii)在其处呈现输出信号OUT_A、OUT_B、OUT_C和OUT_D中的相应的一个的输出。在各种实施例中，中频信道120a-120d中的每个都可以包括电阻混频器，电阻混频器配置为响应于信号I、I_bar、Q、Q_bar中的相应信号以及本机振荡器信号LO2的相应相位而生成信号OUT_A、OUT_B、OUT_C和OUT_D中的相应的一个。电阻混频器可以被实现为还向中频信号线提供静电放电(ESD)保护。
参考图4，示出了例示电路100的示例实施方式的示意图。在各种实施例中，电路100可以被实现为具有块(或电路)130、块(或电路)132、块(或电路)134、多个块136a-136d、多个块(或电路)138a-138d以及多个块(或电路)140a-140d。块130可以实现RF分离和相位调整电路。块132可以生成第一本机振荡器信号LO1的多个相位(例如，0、90、180和270)。块134可以生成第二本机振荡器信号LO2的多个相位(例如，0、90、180和270)。在各种实施例中，可以通过结合配置为在适当的频率范围内向信号提供预定量的相移的多个传输线(例如，带状线、微带线等)来实现块132和134。在一些实施例中，块132和134可以使用移相电路来实现，移相电路包括，但不限于，兰格耦合器(Lange Coupler)、混合耦合器、微带线上的鼠径耦合器(Rat-Race Coupler)，或者带状线电路上的覆盖耦合器(overlay coupler)。
块136a-136d可以实现多个第一下变频混频器。在各种实施例中，块136a-136d可以在第一中频(例如，17GHz)处操作。在解决高线性度应用的实施例中，块136a-136d可以用电阻/冷FET型混频器来实现。在其它实施例中，块136a-136d可以被实现为基本的或反并联的二极管混频器。但是，可以相应地实现其它类型的混频器以满足特定实施方式的设计标准。
块138a-138d可以实现多个RF滤波器。在一个示例中，块138a-138d可以被实现为LC带通滤波器。块138a-138d一般地被配置为允许中频(IF)的传输，同时阻止LO和RF信号从IF端口泄漏出来。块138a-138d还在RF、LO及其它非IF频率处提供适当的阻抗负载。
块140a-140d可以实现多个独立的第二下变频混频器信道。在各种实施例中，块140a-140d中的每个都可以被配置为从第一中频(例如，17GHz)下变频至第二中频(例如，1-3GHz)或者从第一中频(例如，17GHz)下变频至基带。在各种实施例中，块140a-140d用配置为电阻下变频混频器的场效应晶体管(FET)来实现。块140a-140d的输出一般地直接连接至集成电路的引脚(或焊盘)。输出滤波器可以由最终用户提供以满足其特定应用的特定设计标准。
在一个示例中，块140a-140d中的每个都可以使用高电子迁移率晶体管(HEMT)来实现，高电子迁移率晶体管(HEMT)也称为异质结构FET(HFET)或调制掺杂FET(MODFET)。在一个示例中，可以使用赝晶(pseudomorphic)HEMT。但是，可以相应地实现其它器件(例如，所有类型的双极型晶体管(BJT、HBT等)、场效应晶体管(FET)和/或二极管)。晶体管可以使用任何可利用的技术来制作(例如，化合物半导体、硅等)。块140a-140d的晶体管一般要被调整尺寸以满足设计标准(例如，系统的线性度规范)以及还向各个中频信号线提供ESD保护。在各种实施例中，还可以包括多个块(或电路)142a-142d。块142a-142d中的每个都可以实现用于块140a-140d中的对应的一个的本机振荡器输入端口的T型偏置器(bias tee)。
电路100可以按照各种集成电路配置来实现。在第一配置中，集成电路焊盘150将信号RF_IN直接连接至块130的输入，集成电路焊盘152将信号LO1直接连接至块132的输入，集成电路焊盘154将信号LO2直接连接至块134的输入，并且块140a-140d的输出分别直接连接至集成电路焊盘156a-156d。在第二配置中，本机振荡器放大器和乘法器电路将焊盘152和154中的一个或两个分别耦接至块132和134。在第三配置中，低噪声放大器电路将焊盘150耦接至块130的输入，并且本机振荡器放大器和乘法器电路将焊盘152和154中的一个或两个分别耦接至块132和134。
参考图5，示出了例示根据本发明的示例实施例的示例下变频处理的流程图。在一个示例中，处理或方法200可以包括步骤202、步骤204和步骤206。在步骤202中，处理200可以接收RF信号(例如，E频带短距离回程信号)。在步骤204中，处理200可以使用第一中频(例如，LO1)来执行下变频，以获得多个信号(例如，I和Q，或者，I、I_bar、Q和Q_bar)。在步骤206中，处理200可以对在步骤204中生成的每个信号执行第二下变频。在步骤206中，下变频信号中的每个都使用独立的中频信道和相应的第二本机振荡器信号并行地生成。
参考图6，示出了例示通信系统300的示图，在该通信系统300中可以使用根据本发明的各种实施例的双下变频接收机。在各种实施例中，可以使用多个点对点(PTP)无线桥接回程信道来链接多个基站302a-302d。多个点对点(PTP)无线桥接回程信道中的每个都可以使用根据本发明的各种实施例的双下变频接收机来实现。
在各种实施例中，提供了一种新的接收机架构，该接收机架构在将来自第一接收机(下变频器)的多个IF输出(例如，代表0、90、180和270度，且通常称为I、Q、I_bar和Q_bar)传递给单信道第二接收机(下变频器)之前，没有将这些IF输出结合起来。作为替代，这种新的无线电构架包括包含并行信道的第二接收机级，这些并行信道中的每个都将接收自第一接收机的IF输出中的相应的一个下变频至基带或者低得多的IF。在一些实施例中，该较低的IF为在现有的且常见的ETSI点对点无线电(例如，在18GHz或38GHz下)中使用的1-3GHz。在一些实施例中，该较低的IF可以处于或接近零频率(例如，直接转换应用)。具有多个并行的IF信道的第二接收机(下变频器)可以用各种技术来实现(例如，砷化镓(GaAs)、硅锗(SiGe)等)。所使用的特定技术可以基于特定系统的总体线性度和噪声规范来选择。在一个示例中，接收机可以用GaAs来制作，其中第一接收机(下变频器)和第二接收机(下变频器)被结合到单个微波单片集成电路(MMIC)上。在各种实施例中，第二接收机(下变频器)被配置为复用保护IF线的静电放电(ESD)保护场效应晶体管(FET)，以同样充当第二接收机的下变频混频器，由此节省相当大的电路面积并降低成本。
虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以作出形式和细节方面的各种改变。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
第一接收机，配置为响应于射频(RF)输入信号和第一本机振荡器信号而生成多个第一中频信号；以及
第二接收机，配置为响应于所述第一中频信号而生成多个输出信号，其中所述输出信号中的每个都响应于所述第一中频信号中的相应的一个和相应的第二本机振荡器信号而在独立信道中生成。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第二接收机包括多个并行的中频(IF)信道，并且所述IF信道中的每个都被配置为生成所述输出信号中的一个。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述第一接收机和所述第二接收机被制作于单个集成电路上。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述集成电路是微波单片集成电路(MMIC)。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中所述集成电路还包括以下中的一个或多个：
(i)本机振荡器放大器和乘法器电路，配置为生成所述第一本机振荡器信号和所述第二本机振荡器信号中的至少一个；以及
(ii)低噪声放大器(LNA)电路，用于将RF输入焊盘耦接至所述第一接收机的输入。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其中所述第一接收机将所述RF输入信号下变频至第一中频范围，并且所述第二接收机将所述第一中频信号中的每个下变频至(i)基带以及比所述第一中频信号的范围低的第二中频范围中的至少一个。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其中所述独立信道中的每个都包括电阻混频器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述独立信道中的每个的电阻混频器都包括以下中的至少一个：
高电子迁移率晶体管(HEMT)；
赝晶HEMT(pHEMT)；
场效应晶体管(FET)；
异质结构FET(HFET)；
调制掺杂FET(MODFET)；
双极型晶体管中的一种；
二极管；以及
还被配置为向每个中频信号线提供静电放电保护的一个或多个晶体管。
9.一种转换E频带信号的方法，包括：
使用第一接收机电路响应于射频(RF)输入信号和第一本机振荡器信号而生成多个第一中频信号；以及
使用第二接收机电路响应于所述第一中频信号而生成多个输出信号，其中所述输出信号中的每个都响应于所述第一中频信号中的相应的一个和相应的第二本机振荡器信号而在独立的接收机信道中生成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中：
所述第一中频信号中的每个都被呈现给多个并行的中频(IF)信道中的相应一个的输入，并且所述IF信道中的每个都被配置为生成所述输出信号中的一个。
11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括以下中的一个或多个：
生成所述第一本机振荡器信号以及所述多个第二本机振荡器信号；
生成具有为所述多个第二本机振荡器信号的频率的倍数的频率的所述第一本机振荡器信号；
使用低噪声放大器(LNA)电路来放大所述RF输入信号；以及
配置每个独立接收机信道的混频器，以(i)在所述第一接收机电路和所述第二接收机电路没有加电时向每个中频信号通路提供静电放电保护，并且(ii)在加电时作为用于每个对应的IF信道的电阻混频器来操作。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的方法，其中：
所述RF输入信号被下变频至第一中频范围并被分成分量信号；以及
所述分量信号每个都被下变频至基带以及比所述第一中频范围低的第二中频范围中的至少一个。
13.根据权利要求9至12中的任一项所述的方法，其中所述第一中频为大约17GHz。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第二中频为大约1GHz至大约3GHz。
15.根据权利要求9至14中的任一项所述的方法，其中所述第一接收机和所述第二接收机是E频带短距离回程信号通路的部分。
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