CN108736912A - 无线通信设备和方法 - Google Patents

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Abstract

无线通信设备和方法。一种无线通信设备，包括：振荡器电路，被配置为产生与由天线确定的振荡频率对应的振荡信号；偏置产生器电路，被配置为：响应于使能信号，通过调节偏置信号重新配置包括在振荡器电路中的晶体管的工作区模式。

Description

无线通信设备和方法
本申请要求于2017年4月20日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0050827号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的全部公开为了所有的目的通过引用合并于此。
技术领域
下面的描述涉及无线通信技术。
背景技术
无线收发器使用被配置为在期望的范围内改变振荡频率的振荡器来工作。振荡器可包括电容器和电感器的组合。例如，模拟LC电压控制振荡器可被使用，其中，在模拟LC电压控制振荡器中，振荡频率响应于基于控制电压而变化的振荡电路的电容器的电容的改变而改变。
近年，例如，在医疗领域中已经需要收发器的小型化。为了这个目的，需要与射频(RF)匹配相关的外部元件的小型化。此外，在RC芯片中，可有利地使RF块的数量和用于每个RF块的面积最小化。
发明内容
提供本发明内容来以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意图识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，本发明内容也不意图用于帮助确定要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种无线通信设备，包括：振荡器电路，被配置为产生与由天线确定的振荡频率对应的振荡信号；偏置产生器电路，被配置为：响应于使能信号，通过调节偏置信号重新配置包括在振荡器电路中的晶体管的工作区模式。
偏置产生器电路可被配置为：在接收模式下将第一偏置电压施加到晶体关并在发送模式下将与第一偏置电压不同的第二偏置电压施加到晶体管。
偏置产生器电路可被配置为：在发送模式的瞬态区间中将第一偏置电压施加到晶体管并在瞬态区间之后的稳态区间中将第二偏置电压施加到晶体管。
偏置产生器电路可被配置为：响应于延迟的发送目标信号，将第二偏置电压施加到包括在振荡器电路中的晶体管的栅极节点。
偏置产生器电路可被配置为：基于输出信号的共模电压、输出信号的差分电压和晶体管的阈值来确定第二偏置电压的大小。
偏置产生器电路可被配置为：基于输出信号的共模电压来确定第一偏置电压的大小。
偏置产生器电路可被配置为：在发送模式下，将包括在振荡器电路中的晶体管配置为工作在饱和区中，使得流过天线的电流具有基频。
偏置产生器电路可被配置为：防止包括在振荡器电路中的晶体管工作在深度三极管区中。
偏置产生器电路可被配置为：通过确定偏置信号来将偏置信号供应给振荡器电路，使得第二偏置电压的平均值大于晶体管的漏极电压的平均值。
偏置产生器电路可被配置为：将偏置信号施加到包括在振荡器电路中的晶体管的栅极节点。
天线可包括电容器和电感器。
电容器可包括具有可变电容值的电容器组。
在发送发送目标信号的处理中，振荡器电路可被配置为：在瞬态区间中基于第一偏置电压工作并在稳态区间中基于第二偏置电压工作，其中，第一偏置电压可不同于第二偏置电压。
所述无线通信设备还可包括：发送开关，被配置为：响应于无线通信设备进入发送模式，将电容器连接到包括在振荡器电路中的晶体管的源极节点。
振荡器电路可包括：晶体管对，包含彼此连接的两个晶体管；电容器，连接所述两个晶体管中的一个晶体管的栅极节点和所述两个晶体管中的另一个晶体管的漏极节点；电阻器，连接所述两个晶体管中的一个晶体管的栅极节点和所述两个晶体管中的另一个晶体管的栅极节点。
所述振荡器电路可包括：第一晶体管对，包括使用电阻器和电容器互相连接以进行振荡的两个N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管；第二晶体管对，包括使用电阻器和电容器相互连接以进行振荡的两个P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。
所述无线通信设备还可包括：延迟电路，被配置为：响应于无线通信设备进入发送模式，向偏置产生器电路提供通过延迟发送目标信号产生的延迟的发送目标信号。
所述无线通信设备还可包括：谐振开关，被配置为响应于发送目标信号而接通或断开天线的两端之间的连接；电流源开关，被配置为响应于发送目标信号而改变流到振荡器电路的电流。
所述无线通信设备可被配置为：在发送模式下基于发送目标信号控制谐振开关和电流源开关；在接收模式下基于抑制时钟信号控制谐振开关和电流源开关。
所述无线通信设备还可包括：天线，连接到振荡器电路。
根据另一总体方面，一种无线通信方法，包括：响应于施加的信号，通过调节偏置信号来确定包括在振荡器电路中的晶体管的工作区；通过包括工作在确定的工作区中的晶体管的振荡器电路，产生与通过天线确定的振荡频率对应的振荡信号。
通过包括工作在确定的工作区中的晶体管的振荡器产生与通过天线确定的振荡频率对应的振荡信号的步骤使用天线。
一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时可使处理器执行上述方法。
根据另一总体方面，一种非暂时性计算机可读存储介质存储以下项中的任何一个或者两个或更多个的任何组合：硬件组件模型、它们之间的互联、硬件组件模型配置、硬件组件模型特性、硬件组件模型的操作参数、约束和指令，其中，当所述项由处理器执行时使得处理器执行硬件组件模型的电路布局、仿真和测试操作中的任何一个或者两个或更多个的任何组合，以产生用于制造的物理电路布局和确定制造之前的操作缺陷中的一个或二者，其中，确定制造之前的操作缺陷的步骤包括：响应于施加信号通过调节偏置信号确定包括在振荡器硬件模型中的晶体管硬件模型的工作区；由包括在确定的工作区中工作的近体馆硬件模型的振荡器硬件模型，产生与由天线硬件模型确定的振荡频率对应的振荡信号。
所述非暂时性计算机可读存储介质还可包括：振荡器硬件模型，被配置为产生与由天线硬件模型确定的振荡频率对应的振荡信号；偏置产生器硬件模型，被配置为响应于使能信号通过调节偏置信号来重新配置包括在晶体管硬件中的晶体管硬件模型的工作区模式。
所述非暂时性计算机可读存储介质还可包括：可操作地连接到振荡器硬件模型的天线硬件模型。
通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将变得清楚。
附图说明
图1是示出无线通信设备的示例的框图。
图2是示出无线通信的示例的示图。
图3是示出无线通信设备的操作的示例的示图。
图4是示出无线通信设备的示例的示图。
图5是示出无线通信设备的操作的示例的示图。
图6是示出包括在无线通信设备中的振荡电路的操作的示例的示图。
图7是示出无线通信设备的示例的示图。
图8是示出无线通信设备(诸如，图7的无线通信设备)的操作的示例的示图。
图9是示出无线通信设备的示例的示图。
图10和图11示出无线通信方法的示例。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同或相似的元件。附图可按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对大小、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供下面的详细的描述来帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将清楚。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，并且不受限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，在此描述的操作的顺序可如在理解本申请的公开之后将清楚的那样改变。此外，为了更加清楚和简洁，可省略对在理解本申请的公开之后已知的特征的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式来实施，并且不被解释为受限于在此描述的示例。相反，仅提供在此描述的示例以示出在理解本申请的公开之后将清楚的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可能的方式中的一些方式。在下文中，将参照附图详细地描述实施例。贯穿附图的描述，相同的标号表示相同的元件。
然而，应理解，不意图将本公开限制于所公开的特定实施例。相反，示例实施例将覆盖落入实施例的范围内的所有修改、等同物和替换。
在此使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，并不意图限制。如在此使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解，当术语“包含”和/或“包括”在此使用时，指明存在阐述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用字典中定义的那些术语)将被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不将被理解为理想化或过度形式化的意义。
关于分配给附图中的元件的参考标号，应注意，即使相同的元件在不同的附图中示出，但是它们在任何可能的情况下将由相同的参考标号表示。此外，在实施例的描述中，当认为对公知的相关结构或功能的详细描述将导致本公开的模糊的解释时，将省略这样的描述。
图1是示出根据实施例的无线通信设备的示例的框图。
无线通信设备100包括天线110、振荡器电路120和偏置产生器电路130。
天线110是被配置为将信号发送到外部区域或从外部源接收信号的元件或电路。天线110包括至少一个电容器和至少一个电感器。电容器包括具有可变电容的电容器组。例如，天线110是被配置为发送或接收具有与由电容器和电感器中的一个或二者确定的谐振频率相似的频率的信号的电路。谐振频率对应于振荡器电路120的振荡频率。
振荡器电路120是被配置为产生振荡信号的电路。例如，振荡器电路120使用天线110产生具有由天线110确定的振荡频率的振荡信号。无线通信设备100基于由振荡器产生的振荡信号产生将被发送到外部区域的数据信号或者从外部源接收数据信号。在本公开中，为了易于描述，振荡器电路也被称为振荡器。
振荡器电路120将天线110用作振荡器电路120的谐振电感器。单个振荡器电路可在发送的处理中用作功率振荡器并且在接收的处理中被重新配置为用作超再生振荡器(SRO)。因此，振荡器电路120是可重新配置的，使得它可以以最小化的形状系数执行与相对大量的功率相关联的输出端的操作和与相对少量的输入功率相关联的接收端的操作二者。
偏置产生器电路130是被配置为产生偏置信号并施加产生的偏置信号的电路。偏置产生器电路130响应于使能信号131(例如，图2中的发送施加信号TXEN)而通过调节偏置信号来改变包括在振荡器电路120中的放大器或晶体管工作的区域。在下文中，将提供基于根据供应的偏置信号改变晶体管的工作区的示例的描述，但是实施例不限于此。所述描述也适用于被实现为晶体管或电子装置的整个放大器电路改变工作区的示例。在本公开中，为了易于描述，偏置产生器电路也被称为偏置产生器。
使能信号131是基于无线通信设备100的工作模式和工作速度中的至少一个确定的信号。例如，使能信号131包括用于指示发送模式的信号和用于指示接收模式的信号。稍后将详细描述确定使能信号131的处理。
偏置信号是施加到包括在振荡器电路120中的晶体管的信号。例如，偏置信号包括偏置电压和偏置电流。偏置信号可基于晶体管工作的类别而变化。
晶体管的工作区基于尚未施加信号的静止状态的工作点的位置而被分类。晶体管的工作区基于施加到晶体管的偏置电压和偏置电流中的至少一个而被确定。晶体管的工作区基于输入到晶体管的信号的全部相位(例如，360度(°))中的可放大的相位部分而被分类成类别A、类别AB、类别B和类别C。
当晶体管在类别A模式下工作时，晶体管放大与0°至360°的全部相位对应的信号。例如，在类别A模式下工作的晶体管被用作放大率恒定而不管输入信号的强度的线性放大器电路。
当晶体管在类别AB模式下工作时，晶体管的可放大的相位的范围大于0°与180°之间的范围(例如，在类别B模式下工作的晶体管的可放大的相位的范围)并小于0°与360°之间的范围(例如，在类别A模式下工作的晶体管的可放大的相位的范围)。例如，在类别AB下工作的晶体管是在类别A与类别B之间的工作点工作的晶体管。
当晶体管在类别B模式下工作时，晶体管放大与0°至180°的全部相位对应的信号。例如，在类别B模式下工作的晶体管是工作点位于放大特性的阈值电压Vth附近的晶体管。类别B的晶体管防止电流在交流信号为0的工作点(例如，静态)流动。通过这样，与类别B对应的晶体管的功率效率被最大化。
当晶体管在类别C模式下工作时，晶体管放大与比0°和180°之间的相位小的相位对应的信号。例如，在类别C模式下工作的晶体管是工作点为比放大特性的阈值电压Vth小的电压的晶体管。在类别C模式下工作的晶体管仅放大输入信号的波形的一部分而不是输入信号的整个波形。在类别C模式下工作的晶体管即使其中可发生波形失真，也具有高放大效率。当振荡器电路120在类别C模式下工作时，与振荡器电路120的输出相对的功耗可被提高，并且相位噪声也可被减轻。
无线通信设备100的振荡器电路120在接收模式下通过基于类别A、类别B和类别AB中的至少一个类别而工作来确保射频(RF)增益。此外，无线通信设备100在发送模式下以类别C进行工作，从而实现发送模式下的高功率效率。例如，当无线通信设备100处于接收模式时，振荡器电路120对于以低强度通过天线110输入的外部信号进行响应。当无线通信设备100处于发送模式时，振荡器电路120以低功率和高效率将信号发送到外部区域并且无线通信设备100被最小化。这样，无线通信设备100改变包括在振荡器电路120中的晶体管的工作区和振荡器电路120的配置，从而使用于发送和接收信号的功率的量最小化。
例如，无线通信设备100可适用于RF集成电路(IC)、具有小的形状系数的无线收发器、低功率发送器、通常普通的非计算机相关的事物(诸如，洗衣机、冰箱和其他装置)在通信网络(诸如，互联网或内联网以及医疗植入通信系统(MICS))上被用作另外的节点的物联网(IoT)。
图2是示出根据实施例的无线通信设备的示图。
无线通信设备200包括天线110、振荡器电路120、偏置产生器电路130、发送路由电路240和接收路由电路250。
天线110包括电容器CRES和电感器LRES。例如，电容器CRES包括具有可变电容值的电容器组。振荡器电路120的振荡频率基于电容器CRES的电容值和电感器LRES的电感值来确定。例如，振荡器电路120的振荡频率为与振荡频率fosc对应的每个频率为，例如，w0。
偏置产生器电路130包括偏置电压产生器231和偏置电流产生器232。虽然图2示出彼此分离的偏置电压产生器231和偏置电流产生器232，但是实施例不限于此。例如，单个偏置产生器电路产生偏置电压VBIAS和偏置电流IBIAS，并将产生的偏置电压VBIAS和产生的偏置电流IBIAS提供给振荡器电路120。
在图2的示例中，偏置产生器电路130基于发送施加信号TXEN来产生偏置信号。偏置产生器电路130在发送施加信号为低电平(例如，0)时，向振荡器电路120供应第一偏置电压VA和接收偏置电流IRX。此外，偏置产生器电路130在发送施加信号TXEN为高电平(例如，1)时，向振荡器电路120供应第二偏置电压VC和发送偏置电流ITX。
在本公开中，具有“高”值的发送施加信号TXEN指示无线通信设备200将信号209发送到外部区域的发送模式。此外，具有“低”值的发送施加信号TXEN指示无线通信设备200从外部源接收信号209的接收模式。
例如，第一偏置电压VA是将振荡器电路120的晶体管配置为在类别A下工作的偏置电压。例如，第二偏置电压VC是将振荡器电路120的晶体管配置为在类别C下工作的偏置电压。接收偏置电流IRX指示在接收模式期间从振荡器电路120流到地的电流。发送偏置电流ITX指示在发送模式期间从振荡器电路120流到地的电流。
发送路由电路240是当无线通信设备200在发送模式下工作时被激活的电路。例如，发送路由电路240是由无线通信设备200激活以将信号209发送到外部区域的电路。在例如发送施加信号TXEN为高的发送模式下，发送路由电路240基于发送目标信号VDATA 241控制谐振开关249和电流源开关248。在接收模式下，发送路由电路240基于抑制时钟信号QWGCLK242来控制谐振开关249和电流源开关248。此外，振荡器电路120可对通过发送路由电路240输入的发送目标信号VDATA 241执行高频转换以成为振荡频率。随着与振荡频率对应的信号分量的大小增加，将被发送到外部区域的信号的强度增加。因此，振荡电路120在类别C模式下工作，以放大振荡频率分量(例如，与基频对应的分量)并提高直流(DC)到RF(DC到RF)功率效率。
发送路由电路240在发送目标信号VDATA 241有效的区间(例如，存在数据的区间)期间断开谐振开关249并闭合电流源开关248。通过这样，振荡器电路120使用天线110进行振荡。相反，发送路由电路240在发送目标信号VDATA 241无效的区间(例如，不存在数据的区间)期间，闭合谐振开关249并断开电流源开关248。通过这样，振荡器电路120智能地振荡，以防止或显著地减少功耗。
当无线通信设备200在接收模式下工作时，发送路由电路240在不考虑发送目标信号VDATA 241的情况下工作并基于抑制时钟信号QWGCLK 242来闭合或断开谐振开关249和电流源开关248。发送路由电路240在抑制时钟信号QWGCLK 242有效的区间期间，断开谐振开关249并闭合电流源开关248。此外，发送路由电路240在抑制时钟信号QWGCLK 242无效的区间期间，闭合谐振开关249并断开电流源开关248。
电流源开关248基于电流控制信号VIQWG来改变振荡器电路120的电流。电流源开关248响应于发送目标信号VDATA而改变流到振荡器电路120的电流。谐振开关249基于电压控制信号VVQWG来切换振荡器电路120和天线110的振荡或谐振。谐振开关249响应于发送目标信号VDATA而接通或断开天线110的两端之间的连接。例如，电压控制信号VVQWG为电流控制信号VIQWG的反相信号。如图2所示，电流控制信号VIQWG可在发送模式下为发送目标信号VDATA241并且可在接收模式下为抑制时钟信号QWGCLK 242。
接收路由电路250是当无线通信设备200在接收模式下工作时被激活的电路。此外，接收路由电路250为由无线通信设备200激活以从外部源接收信号209的电路。当接收路由电路250被激活时，振荡器电路120在类别A模式下工作，以放大从外部源接收的相对低强度的RF信号。此外，响应于振荡器电路120基于抑制时钟信号QWGCLK 242工作，无线通信设备200抑制从外部源接收的RF调制的信号，从而提高接收灵敏度和响应时间。例如，基于抑制时钟信号QWGCLK 242工作的振荡器电路120响应于正从外部源接收的具有与振荡频率相似的频率的信号209而开始振荡。
接收路由电路250包括被配置为检测从外部源接收的信号209的包络的包络检波器(ED)和被配置为将检测到的包络转换成数字信号的模数转换器(ADC)。在接收模式下，无线通信设备200使用天线110、振荡器电路120和接收路由电路250来接收信号209，并被重新配置为用作超再生接收器(SRR)。
图3是示出根据实施例的无线通信设备的操作的示例的示图。
图3示出在无线通信设备(诸如，图2所示的无线通信设备)进入发送模式的情况下的无线通信设备的操作的示例。当与高状态对应的发送施加信号TXEN被施加时，无线通信设备基于发送目标信号VDATA产生电流控制信号VIQWG和电压控制信号VVQWG。如上所述，振荡可在发送目标信号VDATA为高的区间中执行，其中，所述区间可在图3中被表示为“OSC ON”。此外，振荡可在发送目标信号VDATA为低的区间中暂停，其中，所述区间在图3中被表示为“OSCOFF”。电流控制信号VIQWG可与发送目标信号VDATA相同。例如，电压控制信号VVQWG为发送目标信号VDATA的反相信号。
在发送施加信号TXEN为低的状态下(例如，在接收模式下)，无线通信设备的偏置产生器电路产生第一偏置电压VA。在发送施加信号TXEN为高的状态下(例如，在发送模式下)，无线通信设备的偏置产生器电路产生第二偏置电压VC。因此，无线通信设备在接收模式下将振荡器电路的晶体管配置为在类别A下工作，并在发送模式下自适应地将晶体管重新配置为在类别C下工作，以选择性地放大和节能。接收模式下的晶体管的工作区不限于前述示例，因此，根据一个或多个实施例，在接收模式下工作的无线通信设备还允许振荡器电路的晶体管在类别A、类别B和类别AB中的一个类别下工作。
瞬态区间t1指示用于启动振荡器电路的时间。该启动可以是用于振荡器电路的振荡的准备操作。无线通信设备在稳态区间t2期间产生将以正常强度发送到外部区域的信号。用于最小化瞬态区间t1的技术被有利地用于要求功率效率和高数据发送率的环境中。
图4是示出根据实施例的无线通信设备的示图。
参照图4，无线通信设备400与图2的无线通信设备200类似地包括天线110、振荡器电路120、偏置产生器电路130和接收路由电路250。
与图2的示例类似地，无线通信设备400的发送路由电路440在发送施加信号TXEN为高时使用发送目标信号VDATA 441并在发送施加信号TXEN为低时使用抑制时钟信号QWGCLK442。无线通信设备400基于发送目标信号VDATA 441或抑制时钟信号QWGCLK 442来控制电流源开关448和谐振开关449。
发送路由电路440还包括延迟电路443。延迟电路443响应于无线通信设备400进入发送模式而向偏置产生器电路130提供通过延迟发送目标信号VDATA 441产生的延迟的发送目标信号VDATA_D。在发送模式下，延迟电路443将发送目标信号VDATA 441延迟预定延迟时间Δtd以产生延迟的发送目标信号VDATA_D。延迟电路可包含本领域的技术人员在获得对本公开的全面理解之后已知的组件。这样的组件可包括电容器、电感器、电阻器、晶体管、缓冲器等。
响应于延迟的发送目标信号VDATA_D，偏置产生器电路130产生偏置信号VBIAS和IBIAS并将偏置信号VBIAS和IBIAS提供给振荡器电路。例如，偏置产生器电路130的偏置电压产生器231响应于延迟的发送目标信号VDATA_D而将第二偏置电压VC施加到包括在振荡器电路中的晶体管的栅极节点。因此，偏置电压产生器231在发送施加信号TXEN被施加之后的延迟时间Δtd期间，将第一偏置电压VA提供给振荡器电路120。此外，在从发送施加信号TXEN被施加的时间点过去延迟时间Δtd之后，偏置电压产生器231将第二偏置电压VC提供给振荡器电路120。
图5是示出根据实施例的无线通信设备的操作的示例的示图。
图5示出响应于图4的无线通信设备进入发送模式而使用通过将发送目标信号延迟预定延迟时间Δtd产生的延迟的发送目标信号VDATA_D来控制振荡器电路的偏置电压VBIAS的示例。
无线通信设备产生对应于与发送目标信号VDATA基本相同的时序的电流控制信号VIQWG，并基于发送目标信号VDATA的反相信号产生电压控制信号VVQWG。
如图5所示，无线通信设备产生延迟的发送目标信号VDATA_D并基于延迟的发送目标信号VDATA_D产生偏置电压VBIAS。例如，当延迟的发送目标信号VDATA_D处于低状态时，无线通信设备将第一偏置电压VA作为偏置电压VBIAS施加到振荡器电路。当延迟的发送目标信号VDATA_D进入高状态时，无线通信设备将第二偏置电压VC作为偏置电压VBIAS施加到振荡器电路。由于延迟的发送目标信号VDATA_D是延迟了延迟时间Δtd的信号，因此振荡器电路的晶体管在无线通信设备进入发送模式之后的延迟时间Δtd期间，例如在类别AB模式下工作。然而，类别的类型不限于类别AB，因此振荡器电路也可在类别A或类别B下工作。在过去延迟时间Δtd之后，振荡器的晶体管在类别C模式下工作。
在发送模式下，偏置产生器电路在瞬态区间t'1中将第一偏置电压VA施加到晶体管。此外，偏置产生器电路在瞬态区间t'1过去之后的稳态区间t'2中将第二偏置电压VC施加到晶体管。因此，针对发送发送目标信号的每个处理，振荡器电路在瞬态区间t'1中基于第一偏置电压VA在类别AB模式下工作。此外，振荡器电路在稳态区间t'2中基于第二偏置电压VC在类别C模式下工作。
包括在无线通信设备中的振荡器电路的晶体管在瞬态区间t'1中被启动。振荡器电路在稳态区间t'2中工作以产生将以正常幅值发送到外部区域的信号。在图5的示例中，无线通信设备在发送模式下通过延迟电路动态地调节施加到振荡器电路的晶体管的偏置电压VBIAS，从而与图3的瞬态区间t1相比减小瞬态区间t'1。通过减小瞬态区间t'1，无线通信设备实现快速启动510并实现发送功率的高效率。
此外，无线通信设备基于电流控制信号VIQWG和电压控制信号VVQWG在发送目标信号VDATA将为低的时间点稳定地终止发送到外部区域的信号的振荡，从而消除振荡的滞后的残余低效(lagging)520。
图6是示出根据实施例的包括在无线通信设备中的振荡器电路的操作的示图。
图6示出用于执行振荡的连接到天线110的振荡器电路120的半电路。天线110包括并联连接的电感器LRES和电容器CRES。
振荡器电路120包括包含两个彼此连接的晶体管的晶体管对。晶体管对还包括将两个晶体管中的一个晶体管(例如，M2)的栅极节点与另一个晶体管的漏极节点连接的电容器COSC以及将两个晶体管中的一个晶体管(例如，M2)的栅极节点与另一个晶体管的栅极节点连接的电阻器ROSC。当包括在振荡器电路120中的晶体管(例如，M2(例如，如图7所示))在深度三极管区(deep triode region)中工作时，电阻器RON可作为晶体管的漏极与源极之间的区域121中的漏极节点与源极节点之间的电阻器存在。
图7是示出根据实施例的无线通信设备的示图。
图7示出图4的无线通信设备的电路。天线110包括一个或多个电感器LRES 711和一个或多个电容器712。在该示例中，电容器712包括电容器组。电容器组的电容值基于控制码来控制。
例如，振荡器电路包括两个晶体管对。在图7的示例中，振荡器电路包括第一晶体管对721和第二晶体管对722。
包括在振荡器电路中的晶体管对用作负电阻产生器电路并被实现为例如交叉连接对。对于N型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管而言，施加到晶体管对中的晶体管的栅极节点的电压被设置为低于输出信号的共模电压。对于P型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管而言，施加到晶体管对中的晶体管的栅极节点的电压被设置为高于输出信号的共模电压。
第一晶体管对721包括使用电阻器和电容器彼此连接以进行振荡的两个NMOS晶体管M2和M3。当接收偏置信号VBIASN时，第一晶体管对721在与偏置信号VBIASN的电压对应的区域中工作。偏置信号VBIASN的电压在发送模式下被确定为第二偏置电压VC，并在接收模式下被确定为第一偏置电压VA。如图7的偏置产生器电路130所示，偏置信号VBIASN是基于无线通信设备的工作模式和工作速度确定的复用器(MUX)的输出信号(例如，VA或VC)。偏置产生器电路130在接收模式下将第一偏置电压VA施加到晶体管M2和M3，并在发送模式下将与第一偏置电压VA不同的第二偏置电压VC施加到晶体管M2和M3。例如，与第一晶体管对721对应的第二偏置电压VC低于第一偏置电压VA。
例如，第二晶体管对722包括使用电阻器和电容器彼此连接以进行振荡的两个PMOS晶体管M4和M5。当接收偏置信号VBIASP时，第二晶体管对722在与偏置信号VBIASP的电压对应的区域中工作。偏置信号VBIASP的电压在发送模式下被确定为第二偏置电压VPC，并在接收模式下被确定为第一偏置电压VPA。如图7的偏置产生器电路130所示，偏置信号VBIASP是基于无线通信设备的工作模式和工作速度确定的MUX的输出信号(例如，VPA或VPC)。此外，无线通信设备可向第二晶体管对722供应电源VDD。偏置产生器电路130在接收模式下将第一偏置电压VPA施加到晶体管M4和M5，并在发送模式下将与第一偏置电压VPA不同的第二偏置电压VPC施加到晶体管M4和M5。例如，与第二晶体管对722对应的第二偏置电压VPC高于第一偏置电压VPA。
在接收模式下，偏置产生器电路130基于输出信号的共模电压VCM来确定第一偏置电压的大小。例如，偏置产生器电路130确定第一偏置电压，使得第一偏置电压在幅值上与输出信号的共模电压相同或相似。通过这样，振荡器电路120接收与共模电压相同的电压。例如，在接收模式下，偏置产生器电路130将与第一晶体管对721对应的偏置信号VBIASN的第一偏置电压VA确定为VBIASN-VCM≈0。此外，例如，在接收模式下，偏置产生器电路130将与第二晶体管对722对应的偏置信号VBIASP的第一偏置电压VPA确定为VBIASP-VCM≈0。
在发送模式下，偏置产生器电路130基于输出信号的共模电压VCM、输出信号的差分电压AT和晶体管的阈值VTHN来确定与第一晶体管对721对应的偏置信号VBIASN的第二偏置电压VC的大小。例如，偏置产生器电路130将与第一晶体管对721对应的第二偏置电压VC的大小确定为VBIASN＜VCM-AT+VTHN。在该示例中，AT表示输出幅值并使用例如Voutp-Voutn来获得。偏置产生器电路130使用上述等式确定与第一晶体管对721对应的第二偏置电压VC，以将振荡器电路120的NMOS晶体管配置为例如在饱和区中工作。
此外，偏置产生器电路130基于输出信号的共模电压VCM、输出信号的差分电压AT和晶体管的阈值VTHN来确定与第二晶体管对722对应的偏置信号VBIANSP的第二偏置电压VPC的大小。例如，偏置产生器电路130将与第二晶体管对722对应的第二偏置电压VPC的大小确定为VBIASP＜VCM-AT+|VTHP|。偏置产生器电路130根据实施例使用例如上述等式来确定与第二晶体管对722对应的第二偏置电压VPC，以允许振荡器电路120的PMOS晶体管在饱和区中工作。
发送路由电路440包括电流源开关M1 448、谐振开关M6 449和延迟电路443。由于对图4的描述适用于这里，因此将省略针对电流源开关M1 448、谐振开关M6 449和延迟电路443的操作的重复的描述。谐振开关M6 449的两端对应于与将被发送到外部区域的信号对应的差分电压。例如，谐振开关M6 449的一端的电压使用Voutp+VCM来获得，并且另一端的电压使用Voutn+VCM来获得。
此外，响应于无线通信设备进入发送模式，发送开关SWTX将电容器连接到包括在振荡器电路中的晶体管的源极节点。在该示例中，包括在振荡器电路中的晶体管的源极节点经由电容器连接到地。
图8是示出无线通信设备(诸如，图7中示出的无线通信设备)的操作的示例的示图。
图8示出响应于图7的无线通信设备进入发送模式而使用通过将发送目标信号延迟延迟时间Δtd生成的延迟的发送目标信号VDATA_D来控制振荡器电路的偏置信号VBIASN和VBIASP的示例。在图8中，发送目标信号VDATA、电流控制信号VIQWG、电压控制信号VVQWG和延迟的发送目标信号VDATA_D可与图5中的发送目标信号VDATA、电流控制信号VIQWG、电压控制信号VVQWG和延迟的发送目标信号VDATA_D相同或相似。
无线通信设备基于延迟的发送目标信号VDATA_D来生成供应给第一晶体管对的偏置信号VBIASN的偏置电压和供应给第二晶体管对的偏置信号VBIASP的偏置电压。
对于第一晶体管对和第二晶体管对中的晶体管(例如，M2、M3、M4和M5)，在进入发送模式之后的瞬态区间t'1中向第一晶体管对和第二晶体管对分别施加第一偏置电压VA和VPA。在过去瞬态区间t'1之后，在稳态区间t'2中向第一晶体管对和第二晶体管对分别施加第二偏置电压VC和VPC。
通过这样，无线通信设备中的振荡器电路的第一晶体管对和第二晶体管对在瞬态区间t'1中被启动，并在稳态区间t'2中工作以生成将要以正常幅值发送到外部区域的信号VTX。在该示例中，使用Voutp-Voutn来获得信号VTX。无线通信设备允许振荡器电路在发送目标信号VDATA为高的期间的初始区间中在类别A、类别B和类别AB中的一个类别下工作。
例如，振荡区间比率T被表示为T＝t'2/(t'1+t'2)。随着振荡区间比率的增加，瞬态区间t'1被最小化，因此输出效率被显著提高。无线通信设备基于例如信号状态动态地调节振荡区间比率。
图9是示出根据实施例的无线通信设备的示例的示图。
图9示出无线通信设备(诸如，图2的无线通信设备)的电路。例如，天线110包括电容器CRES、电感器LRES和电容器组。
振荡器电路120包括包含两个晶体管M2和M3的晶体管对。
发送路由电路440响应于发送施加信号TXEN基于发送目标信号VDATA或抑制时钟信号QWGCLK来产生电压控制信号VVQWG和电流控制信号VIQWG。发送路由电路440基于电压控制信号VVQWG来控制谐振开关M6 449，并基于电流控制信号VIQWG来控制电流源开关M1 448。发送路由电路440还包括被配置为延迟发送目标信号VDATA的延迟电路443。
偏置产生器电路930产生偏置信号VBIASN作为基于无线通信设备的工作模式和工作速度而选择的复用器的输出信号。响应于无线通信设备进入发送模式，偏置产生器电路930将偏置信号VBIASN确定为，例如，VBIASN＜VDD-AT+|VTHN|，其中，VDD表示供应给无线通信设备的电源的电压，AT表示将被发送到外部区域的信号的幅值，VTHN表示包括在振荡器电路120中的晶体管M2和M3的阈值电压。
由于对图1至图8的描述也适用于这里，因此为了清楚和方便，将省略对图1至图8的重复的描述。
图10和图11示出无线通信方法的示例。
图10是示出无线通信方法的示例的流程图。
在操作1010中，无线通信设备响应于使能信号而通过调节偏置信号来确定包括在连接到天线的振荡器电路中的晶体管的工作区。
在操作1020中，通过使用天线，无线通信设备的振荡器电路产生与由例如天线的几何结构、材料和工作特性中的任何一个或者任何两个或多个确定的振荡频率对应的振荡信号。在该示例中，振荡器电路包括在确定的工作区中工作的晶体管。
图11是示出无线通信方法的示例的流程图。
在操作1110中，无线通信设备处于待机状态。例如，无线通信设备处于待机中直到工作模式被确定为止。
在操作1120中，无线通信设备确定工作模式为发送模式还是接收模式。无线通信设备基于发送使能信号或发送施加信号来确定工作模式。
在操作1130中，无线通信设备响应于无线通信设备进入发送模式而将与类别C对应的偏置信号施加到振荡器。
在操作1140中，无线通信设备确定高效快速启动是否被设置。
在操作1150中，当快速启动被设置时，无线通信设备动态地供应偏置信号。在操作1151中，无线通信设备施加偏置信号，使得振荡器在类别AB模式下工作。在操作1152中，无线通信设备延迟发送目标信号。此外，在操作1153中，无线通信设备调节偏置信号，使得振荡器在类别C模式下工作。
在操作1160中，无线通信设备操作发送路由电路将发送目标信号发送到外部区域(诸如，适当配置的接收器装置或多个接收器装置)。
当进入接收模式时，无线通信设备在操作1170中将与类别AB对应的偏置信号施加到振荡器。在操作1180中，无线通信设备操作接收路由电路从外部源(诸如，外部发送装置或多个外部发送装置)接收信号。
无线通信设备的操作不限于图10和图11的示例，并且可与参照图1至图9描述的操作组合。
无线通信设备有利地提供发送模式下的高功率和高功率效率特性以及接收模式下的低功率和高信号增益特性。
通过硬件组件来实现执行在本申请中描述的操作的图1至图11中的无线通信设备及其组件，其中，硬件组件被配置为执行在本申请中描述的由硬件组件执行的操作。可用于执行在本申请中描述的操作的硬件组件的示例在适当情况下包括：控制器、传感器、生成器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器、振荡器、信号产生器、电感器、电容器、缓冲器以及被配置为执行本申请中描述的操作的任何其他电子组件。在其他示例中，通过计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现执行在本申请中描述的操作的硬件组件中的一个或多个硬件组件。可通过一个或多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以限定的方式响应并执行指令以实现期望的结果的任何其他装置或装置的组合)来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。由处理器或计算机实现的硬件组件可执行用于执行在本申请中描述的操作的指令或软件(诸如，操作系统(OS)和在OS上运行的一个或多个软件应用)。硬件组件还可响应于指令或软件的执行来访问、操控、处理、创建和存储数据。为了简明起见，单数术语“处理器”或“计算机”可用于本申请中描述的示例的描述，但是在其他的示例中，多个处理器或计算机可被使用，或者一个处理器或计算机可包括多个处理元件或多种类型的处理元件或二者。例如，单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件可通过单个处理器，或者两个或更多个处理器，或者一个处理器和一个控制器来实现。一个或多个硬件组件可通过一个或多个处理器，或者一个处理器和一个控制器来实现，一个或多个其他硬件组件可通过一个或多个其他处理器，或者另一处理器和另一控制器来实现。一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器可实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有任何一个或多个不同的处理配置，其中，一个或多个不同的处理配置的示例包括：单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理以及多指令多数据(MIMD)多处理。
图1至图11中示出的执行在本申请中描述的操作的方法通过模拟电子组件、混合模式组件中的一个或二者以及计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来执行，其中，计算硬件被实现为如上所述地执行用于执行在本申请中描述的通过该方法执行的操作的指令或软件。例如，单个操作或者两个或更多个操作可通过单个处理器或者两个或更多个处理器或者一个处理器和一个控制器来执行。一个或多个操作可通过一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器来执行，并且一个或多个其他操作可通过一个或多个其他处理器或者另一处理器和另一控制器来执行。一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器可执行单个操作或者两个或更多个操作。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件可被编写为计算机程序、代码段、指令或它们的任何组合，以单独地或共同地指示或配置一个或多个处理器或者计算机作为机器或专用计算机进行操作，以执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法执行的操作。在一个示例中，指令、固件、设计模型或软件包括由一个或多个处理器或者计算机直接执行的机器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)。在另一个示例中，指令、固件、模拟逻辑或软件包括由一个或多个处理器或者计算机使用解释器执行的高级代码。可基于附图中所示的框图和流程图以及说明书中的对应描述，使用任何编程语言来编写指令或软件，其中，附图中所示的框图和流程图以及说明书中的对应描述公开了用于执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法的算法。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或者计算机)实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令、固件或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中，或者可被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其它装置，其中，该任何其它装置被配置为：以非暂时性方式存储指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构，并且向一个或多个处理器或者计算机提供指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构，使得一个或多个处理器或者计算机能够执行指令。在一个示例中，指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得指令和软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构由一个或多个处理器或者计算机以分布式方式存储、访问和执行。
虽然特定术语已被用于本公开中，但是在理解本申请的公开之后将清楚，不同的术语可用于描述相同的特征，并且这样的不同的术语可出现在其他应用中。
虽然本公开包括特定的示例，但是在理解本申请的公开之后将清楚，在不脱离权利要求和它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此描述的示例将被认为仅是描述性的，而不是为了限制的目的。每一示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的相似特征或方面。如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同方式被组合，和/或被其他组件或它们的等同物替换或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由具体实施方式限定，而是由权利要求和它们的等同物限定，并且在权利要求和它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开内。

Claims (22)

1.一种无线通信设备，包括：
振荡器电路，被配置为产生与由天线确定的振荡频率对应的振荡信号；
偏置产生器电路，被配置为：响应于使能信号，通过调节偏置信号重新配置包括在振荡器电路中的晶体管的工作区模式。
2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：在接收模式下将第一偏置电压施加到晶体管并在发送模式下将与第一偏置电压不同的第二偏置电压施加到晶体管。
3.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：在发送模式的瞬态区间中将第一偏置电压施加到晶体管，并在瞬态区间之后的稳态区间中将第二偏置电压施加到晶体管。
4.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：响应于延迟的发送目标信号，将第二偏置电压施加到包括在振荡器电路中的晶体管的栅极节点。
5.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：基于输出信号的共模电压、输出信号的差分电压和晶体管的阈值来确定第二偏置电压的大小。
6.根据权利要求2所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：基于输出信号的共模电压来确定第一偏置电压的大小。
7.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：在发送模式下，将包括在振荡器电路中的晶体管配置为工作在饱和区中，使得流过天线的电流具有基频。
8.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：防止包括在振荡器电路中的晶体管工作在深度三极管区中。
9.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：通过确定偏置信号来将偏置信号供应给振荡器电路，使得第二偏置电压的平均值大于晶体管的漏极电压的平均值。
10.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，偏置产生器电路被配置为：将偏置信号施加到包括在振荡器电路中的晶体管的栅极节点。
11.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，天线包括电容器和电感器。
12.根据权利要求11所述的无线通信设备，其中，电容器包括具有可变电容值的电容器组。
13.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，在发送发送目标信号的处理中，振荡器电路被配置为：在瞬态区间中基于第一偏置电压工作并在稳态区间中基于第二偏置电压工作，其中，第一偏置电压不同于第二偏置电压。
14.根据权利要求1所述的无线通信设备，还包括：
发送开关，被配置为：响应于无线通信设备进入发送模式，将晶体管的源极节点经由电容器连接到地。
15.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，振荡器电路包括：晶体管对，包含彼此连接的两个晶体管；电容器，连接所述两个晶体管中的一个晶体管的栅极节点和所述两个晶体管中的另一个晶体管的漏极节点；电阻器，连接所述两个晶体管中的一个晶体管的栅极节点和所述两个晶体管中的另一个晶体管的栅极节点。
16.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，振荡器电路包括：
第一晶体管对，包括使用电阻器和电容器互相连接以进行振荡的两个N型金属氧化物半导体NMOS晶体管；
第二晶体管对，包括使用电阻器和电容器相互连接以进行振荡的两个P型金属氧化物半导体PMOS晶体管。
17.根据权利要求1所述的无线通信设备，还包括：
延迟电路，被配置为：响应于无线通信设备进入发送模式，向偏置产生器电路提供通过延迟发送目标信号产生的延迟的发送目标信号。
18.根据权利要求1所述的无线通信设备，还包括：
谐振开关，被配置为响应于发送目标信号而接通或断开天线的两端之间的连接；
电流源开关，被配置为响应于发送目标信号而改变流到振荡器电路的电流。
19.根据权利要求18所述的无线通信设备，其中，无线通信设备被配置为：
在发送模式下基于发送目标信号控制谐振开关和电流源开关；
在接收模式下基于抑制时钟信号控制谐振开关和电流源开关。
20.根据权利要求1所述的无线通信设备，还包括：所述天线，连接到振荡器电路。
21.一种无线通信方法，包括：
响应于施加的信号，通过调节偏置信号来确定包括在振荡器电路中的晶体管的工作区；
通过包括工作在确定的工作区中的晶体管的振荡器电路，产生与由天线确定的振荡频率对应的振荡信号。
22.根据权利要求21所述的无线通信方法，其中，通过包括工作在确定的工作区中的晶体管的振荡器产生与由天线确定的振荡频率对应的振荡信号的步骤使用天线。
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