CN110022166A - 一种具有本地振荡器信号的无线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有本地振荡器信号的无线系统，其包括：片上振荡器，用于产生和输出参考时钟；前端电路，用于根据本地振荡器信号处理发送信号或者接收信号，其中所述本地振荡器信号是从所述参考时钟获得的；其中，当所述无线系统在运作时，所述芯片不耦接到片外振荡器。本发明实施例提供的无线系统可以从没有机电谐振器的振荡器输出的参考时钟获得本地振荡器信号，以便前端电路利用本地振荡器信号进行信号处理。

Description

一种具有本地振荡器信号的无线系统
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体的，涉及一种使用本地振荡器信号的无线系统，该本地振荡器信号从不具有机电(electromechanical)谐振器(例如，晶体)的有源振荡器输出的参考时钟获得。
背景技术
无线系统芯片中的发送(Transmit，TX)电路用于执行上转换处理，该上转换处理将TX信号从较低频率转换为较高频率以用于信号发送。无线系统芯片中的接收(Receive，RX)电路用于执行下转换处理，该下转换处理将RX信号从较高频率转换为较低频率以用于信号接收。此外，上转换处理和下转换处理中的每一个都需要具有适当LO频率设置的本地振荡器(local oscillator，LO)信号。通常，LO信号源自从片外振荡器提供的参考时钟。例如，片外振荡器是无源振荡器(例如，典型的晶体振荡器(crystal oscillator，XO))。当无线系统芯片被应用设备使用时，由于无线系统芯片所需的参考时钟是从片外振荡器(例如，XO)提供，因此应用设备也使用片外振荡器。如果可以省略片外振荡器，则可以减少应用设备的材料清单(bill of material，BOM)成本和印刷电路板(printed circuit board，PCB)面积。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种无线系统，其使用的本地振荡器信号从没有机电谐振器(例如，晶体)的有源振荡器输出的参考时钟获得。
本发明一实施例提供一种无线系统，其包括：振荡器，用于产生和输出参考时钟，并且不包括机电谐振器；以及前端电路，用于根据本地振荡器信号处理发送信号或者接收信号，其中所述本地振荡器信号是从所述参考时钟获得的。
本发明另一实施例提供一种无线系统，其包括：有源振荡器，用于产生和输出参考时钟，其中所述有源振荡器包括至少一个有源组件(active component)，并且不包括机电谐振器；以及前端电路，用于根据本地振荡器信号处理发送信号或者接收信号，其中所述本地振荡器信号是从所述参考时钟获得的。其中，该发送信号可以是要发出的信号。
本发明另一实施例提供一种实施在芯片上的无线系统，其包括：片上振荡器，用于产生和输出参考时钟；前端电路，用于根据本地振荡器信号处理发送信号或者接收信号，其中所述本地振荡器信号是从所述参考时钟获得的；其中，当所述无线系统在运作时，所述芯片不耦接到片外振荡器。
本发明实施例提供的无线系统可以从没有机电谐振器的振荡器输出的参考时钟获得本地振荡器信号，以便前端电路利用本地振荡器信号进行信号处理。
在阅读了在各个附图和附图中示出的优选实施例的以下详细描述之后，本发明的这些和其他目的无疑将对本领域普通技术人员变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明实施例示出的第一无线系统的示意图；
图2是根据本发明实施例示出的第二无线系统的示意图；
图3是根据本发明实施例示出的第三无线系统的示意图；
图4是根据本发明实施例示出的第四无线系统的示意图；
图5是根据本发明实施例示出的第五无线系统的示意图；
图6是根据本发明实施例示出的第六无线系统的示意图；
图7是根据本发明实施例示出的第七无线系统的示意图；
图8是根据本发明实施例示出的第八无线系统的示意图。
具体实施方式
在以下描述和权利要求中使用的某些术语，其涉及特定组件。如本领域技术人员将理解的，电子设备制造商可以通过不同的名称来指代组件。本文档无意区分名称不同但功能相同的组件。在以下描述和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式使用，因此应该被解释为表示“包括但不限于......”。而且，术语“耦接”旨在表示间接或直接电连接。因此，如果一个设备耦接到另一个设备，则该连接可以通过直接电连接，或通过经由其他设备和连接的间接电连接。
本发明提出了一种用于无线系统的无晶体(XOless)技术。例如，无晶体(XOless)技术可以集成在无线系统芯片中。由于所提出的无线系统芯片不需要诸如晶体振荡器(XO)的片外振荡器，因此可以降低使用所提出的无线系统芯片的应用设备的BOM成本。参考附图描述无晶体技术的进一步细节。
图1是根据本发明实施例示出的第一无线系统的示意图。例如，无线系统100可以是无线电检测系统和/或雷达测距系统，或者是分子微波吸收系统。又例如，无线系统100可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统100被实施在芯片101上，因此具有多个片上组件，包括有源振荡器102，前端电路104，数字宏(macro)106，校准电路108和多个频率处理电路110和112。有源振荡器102包括至少一个有源组件(例如，晶体管和/或放大器)，并且不包括诸如晶体，体声波(bulk acoustic wave，BAW)谐振器，或微机电系统(micro electromechanical system，MEMS)的机电谐振器。也就是说，有源振荡器102是无机电谐振器的振荡器(例如，无晶体振荡器)，并且不是仅由无源组件(例如，电感器，电阻器和/或电容器)组成。例如，有源振荡器102可以是具有放大器电路和LC频率选择性网络的LC振荡器，其中LC频率选择性网络仅由片上无源(passive)组件组成，并且用于创建生成参考时钟所需的谐振器。再例如，有源振荡器102可以是具有放大器电路和RC频率选择性网络的RC振荡器，其中RC频率选择性网络仅由片上无源组件组成，并用于创建产生参考时钟所需的谐振器。在该实施例中，有源振荡器102是片上振荡器电路，其用于生成并输出参考时钟CK_REF。
在该实施例中，当无线系统100在运作时，芯片101的引脚不耦接到片外振荡器130。例如，片外振荡器130是晶体振荡器，其使用压电(piezoelectric)材料的振动晶体的机械谐振来产生具有精确频率的电信号。换言之，可以利用由片上振荡器(即，有源振荡器102)提供的参考时钟CK_REF来实现无线系统100的正常运作，并且不需要从片外振荡器130提供的参考时钟，例如典型的晶体振荡器。当所提出的无线系统100被应用设备使用时，可以在应用设备中省略片外振荡器130。以这种方式，可以减少使用所提出的无线系统100的应用设备的BOM成本。
参考时钟CK_REF可以作为无线系统100的系统时钟。因此，从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF可以用于产生其他片上组件的正常运作所需的周期性信号，该其他片上组件包括前端电路104，数字宏106等等。
前端电路104用于根据本地振荡器(LO)信号S_LO处理发送(TX)信号和/或接收(RX)信号。在该实施例中，前端电路104是具有TX电路122和RX电路124的收发器电路，其中TX电路122耦接到片外TX天线132，并且RX电路124耦接到片外RX天线134。TX电路122用于执行上转换处理，该上转换处理将TX信号从较低频率转换为较高频率，以便经由TX天线132进行发送信号。RX电路124用于接收来自RX天线134的RX信号，并执行下转换处理，该下转换处理将RX信号从较高频率转换为较低频率以进行信号接收。应适当设置LO信号S_LO的LO频率，以满足上转换处理和下转换处理的要求。例如，LO频率可以由毫米波(millimeterwave，mmWave)频带的频率值或者低于mmWave频带，或者高于mmWave频带的频率值设置，这取决于实际的设计考虑因素。在无线系统100是雷达系统(例如，汽车雷达系统)的情况下，LO信号S_LO可以具有在3.1-10.6GHz频带，24GHz，60GHz，76-77GHz频带或者77-81GHz频带上的LO频率。然而，这仅用于说明目的，并不意味着是对本发明的限制。
如图1所示，一个频率处理电路110用于接收具有参考频率不同于LO频率的参考时钟CK_REF，根据参考时钟CK_REF产生具有LO频率的LO信号S_LO，并将LO信号S_LO输出到前端电路104(特别是TX电路122和RX电路124)。例如，频率处理电路110可以包括锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)电路，倍频器(frequency multiplier)电路和/或分频器(frequency divider)电路，这取决于LO信号S_LO的LO频率与参考时钟CK_REF的参考频率之间的差异(discrepancy)。
数字宏106用于根据具有第一频率的第一时钟CK_1执行至少一个数据处理功能。例如，数字宏106可以具有数字电路，例如片上中央处理单元(central processing unit，CPU)或片上雷达信号处理器(radar signal processor，RSP)。如图1所示，另一频率处理电路112用于接收参考频率不同于第一频率的参考时钟CK_REF，根据参考时钟CK_REF产生具有第一频率的第一时钟CK_1，并将第一时钟CK_1输出至数字宏106。例如，频率处理电路112可以包括PLL电路，倍频器电路和/或分频器电路，这取决于第一时钟CK_1的第一频率与参考时钟CK_REF的参考频率之间的差异。
此外，从频率处理电路112产生的第一时钟CK_1可以输出到位于芯片101外部的外部设备136。外部设备136经由接口138耦接到芯片101，该接口138例如通用异步接收器/发送器(universal asynchronous receiver/transmitter，UART)接口，单线通信接口(one-wire communication interface，OWI)，3线接口，串行外围接口(serial peripheralinterface，SPI)，本地互连网络(local interconnect network，LIN)总线或控制器区域网络(controller area network，CAN)总线。换句话说，片上数字宏106和外部设备136可以共享从频率处理电路112输出的相同的第一时钟CK_1。例如，外部设备136可以是数字信号处理器(digital signal processor，DSP)设备或者闪存设备。
与从片外晶体振荡器产生的参考时钟相比，从片上有源振荡器产生的参考时钟可具有较低的稳定性和准确性。在该实施例中，校准电路108用于控制有源振荡器102以校准参考时钟CK_REF的参考频率。有源振荡器102响应于从校准电路108产生的控制信号S_CTRL改变参考时钟CK_REF的参考频率。例如，校准电路108是自校准电路，其将频率校准应用于有源振荡器102，以响应温度变化引起的频率漂移。
应注意，校准电路108可以是可选组件。因此，在本发明的一些实施例中可以省略校准电路108。实际上，使用具有/不具有频率校准的有源振荡器(例如，片上有源振荡器)的任何无线系统(例如，无线系统芯片)都落入本发明的范围内。
在图1所示的实施例中，如图1所示，从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF的参考频率不同于(例如，高于或低于)前端电路104所需的LO频率。因此，频率处理电路110被实施以处理参考时钟CK_REF以用于产生具有所需LO频率的LO信号S_LO。然而，这仅用于说明目的，并不意味着是对本发明的限制。在替代设计中，当从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF的参考频率等于前端电路104所需的LO频率时，可以省略频率处理电路110。
图2是根据本发明的实施例示出的第二无线系统的图。例如，无线系统200可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统200可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统200被实施在芯片201上，因此具有多个片上组件。无线系统100和200之间的主要区别在于无线系统200具有连接在有源振荡器102的输出端口和前端电路104的输入端口之间的直接路径203。因此，具有参考频率等于LO频率的参考时钟CK_REF经由直接路径203被提供给前端电路104，使得由前端电路104接收的参考时钟CK_REF直接用作LO信号S_LO。
在图1所示的实施例中，如图1所示，从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF的参考频率不同于(例如，高于或低于)数字宏106和外部设备136两者所需的时钟频率。因此，频率处理电路112被实施以处理参考时钟CK_REF以产生具有所需的第一频率的第一时钟CK_1，其中片上数字宏106和外部设备136共享相同的第一时钟CK_1。但是，这仅用于说明的目的，并不意味着是对本发明的限制。在替代设计中，数字宏106所需的时钟频率和外部设备136所需的时钟频率不一定相同。当数字宏106所需的时钟频率不同于(例如，高于或低于)外部设备136所需的时钟频率时，可以在无线系统中使用多个频率处理电路。
图3是根据本发明的实施例示出的第三无线系统的图。例如，无线系统300可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统300可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统300被实施在芯片301上，因此具有多个片上组件。无线系统100和300之间的主要区别在于无线系统300还包括频率处理电路302，并且第一时钟CK_1不输出到外部设备136。
频率处理电路302用于接收具有参考频率不同于第二频率(可以与第一时钟CK_1的第一频率不同)的参考时钟CK_REF，根据参考时钟CK_REF产生具有第二频率的第二时钟CK_2，并通过接口138将第二时钟CK_2输出到外部设备136。例如，频率处理电路302可以包括PLL电路，倍频器电路和/或分频器电路，取决于第二时钟CK_2的第二频率与参考时钟CK_REF的参考频率之间的差异。
在图3所示的实施例中，从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF的参考频率不同于(例如，高于或低于)前端电路104所需的LO频率。因此，频率处理电路110被实施用于处理参考时钟CK_REF，以用于产生具有所需的LO频率的LO信号S_LO。然而，这仅用于说明目的，并不意味着是对本发明的限制。在替代设计中，当从有源振荡器102产生的参考时钟CK_REF的参考频率等于前端电路104所需的LO频率时，可以省略频率处理电路110。
图4是根据本发明的实施例示出的第四无线系统的图。例如，无线系统400可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统400可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统400被实施在芯片401上，因此具有多个片上组件。无线系统300和400之间的主要区别在于：无线系统400具有连接在有源振荡器102的输出端口和前端电路104的输入端口之间的直接路径403。因此，将具有参考频率等于LO频率的参考时钟CK_REF经由直接路径403提供给前端电路104，使得由前端电路104接收的参考时钟CK_REF直接用作LO信号S_LO。
在本发明的一些实施例中，可以修改在无线系统100/300中使用的频率处理电路110，以根据参考时钟CK_REF的参考频率生成频率范围，然后从该频率范围中选择一个频率作为LO频率。从该频率范围中选择准确的频率，可以在有源振荡器102的频率校准之前或之后补偿参考频率的漂移。以这种方式，可以满足频率调节。
如上所述，校准电路108可以是自校准电路，其将频率校准应用于有源振荡器102。然而，这仅用于说明目的，并不意味着是对本发明的限制。或者，有源振荡器102的频率校准可以基于外部源。
图5是根据本发明实施例示出的第五无线系统的图。例如，无线系统500可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统500可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统500被实施在芯片501上，因此具有多个片上组件。无线系统100和500之间的主要区别在于：无线系统500具有校准电路508，校准电路508用于从位于芯片501外部的外部源设备502接收外部参考时钟CK_EXT，并根据外部参考时钟CK_EXT将频率校准应用于有源振荡器102。
图6是根据本发明实施例示出的第六无线系统的图。例如，无线系统600可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统600可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统600被实施在芯片601上，因此具有多个片上组件。无线系统200和600之间的主要区别在于：无线系统600具有校准电路508，校准电路508用于从位于芯片601外部的外部源设备502接收外部参考时钟CK_EXT，并根据外部参考时钟CK_EXT将频率校准应用于有源振荡器102。
图7是根据本发明的实施例示出的第七无线系统的图。例如，无线系统700可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统700可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统700被实施在芯片701上，因此具有多个片上组件。无线系统300和700之间的主要区别在于：无线系统700具有校准电路508，校准电路508被用于从位于芯片701外部的外部源设备502接收外部参考时钟CK_EXT，并根据外部参考时钟CK_EXT将频率校准应用于有源振荡器102。
图8是根据本发明实施例示出的第八无线系统的图。例如，无线系统800可以是雷达系统，例如汽车雷达系统。又例如，无线系统800可以是无线通信系统，例如Wi-Fi系统。在该实施例中，无线系统800被实施在芯片801上，因此具有多个片上组件。无线系统400和800之间的主要区别在于：无线系统800具有校准电路508，校准电路508被用于从位于芯片801外部的外部源设备502接收外部参考时钟CK_EXT，并根据外部参考时钟CK_EXT将频率校准应用于有源振荡器102。
例如，当无线系统500/600/700/800是汽车雷达系统时，外部源设备502可以是电子控制单元(electronic control unit，ECU)。因此，校准电路508可以从定义的接口接收ECU参考时钟，并且可以根据ECU参考时钟将频率校准应用于有源振荡器102，其中频率校准可以是实时校准或上电校准。以这种方式，可以实现与位于芯片501/601/701/801外部的外部ECU的时钟对准。又例如，有源振荡器102的频率校准所需的外部参考时钟CK_EXT可以从射频(RF)信号中提取，然后由外部源设备502提供。
应注意，校准电路508可以是可选组件。因此，在本发明的一些实施例中可以省略校准电路508。实际上，使用具有/不具有频率校准的有源振荡器(例如，片上有源振荡器)的任何无线系统(例如，无线系统芯片)都落入本发明的范围内。
本领域技术人员将容易地观察到，可以在保留本发明的教导的同时对装置和方法进行多种修改和更改。因此，上述公开内容应被解释为仅受所附权利要求的范围和界限的限制。

Claims (13)

1.一种无线系统，其特征在于，包括：
振荡器，用于产生和输出参考时钟，并且不包括机电谐振器；以及
前端电路，用于根据本地振荡器信号处理发送信号或者接收信号，其中所述本地振荡器信号是从所述参考时钟获得的。
2.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，
所述振荡器是有源振荡器，其中所述有源振荡器包括至少一个有源组件。
3.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，
所述振荡器是片上振荡器，所述无线系统被实施在芯片上，其中，当所述无线系统在运作时，所述芯片不耦接到片外振荡器。
4.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，所述无线系统是无线电检测系统或者雷达测距系统。
5.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，所述本地振荡器信号具有在3.1-10.6GHz频带，24GHz,60GHz,76-77GHz频带，或者77-81GHz频带的本地振荡器信号。
6.根据权利要求2所述的无线系统，其特征在于，所述无线系统被实施在芯片上，以及所述有源振荡器是片上振荡器。
7.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，具有所述本地振荡器频率的所述参考时钟被提供给所述前端电路，以及所述前端电路接收的所述参考时钟直接作为所述本地振荡器信号。
8.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，进一步包括：
频率处理电路，用于接收具有不同于本地振荡器频率的参考频率的参考时钟，根据所述参考时钟产生具有所述本地振荡器频率的所述本地振荡器信号，以及输出所述本地振荡器信号到所述前端电路。
9.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，进一步包括：
数字电路，用于根据具有特定频率的时钟，执行至少一个数据处理功能；
频率处理电路，用于接收具有不同于所述特定频率的参考频率的参考时钟，根据所述参考时钟产生具有所述特定频率的所述时钟，以及输出所述时钟到所述数字电路。
10.根据权利要求9所述的无线系统，其特征在于，所述无线系统被实施在芯片上，以及所述频率处理电路进一步用于输出具有所述特定频率的所述时钟到外部设备，所述外部设备位于所述芯片的外部。
11.根据权利要求1所述的无线系统，其特征在于，所述无线系统被实施在芯片上，以及进一步包括：
频率处理电路，用于接收具有不同于特定频率的参考频率的参考时钟，根据所述参考时钟，产生具有所述特定频率的时钟，并且输出所述时钟到外部设备，所述外部设备位于所述芯片的外部。
12.根据权利要求1或者2或者3所述的无线系统，其特征在于，进一步包括：
校准电路，用于控制所述振荡器，以校准所述参考时钟的参考频率。
13.根据权利要求12所述的无线系统，其特征在于，所述无线系统被实施在芯片上，以及所述校准电路用于从外部源设备接收外部参考时钟，以及根据所述外部参考时钟，校准所述参考时钟的参考频率，其中所述外部源设备位于所述芯片的外部。
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