CN110546890B - 具有改善频率区分的超再生收发器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种带有具有可控增益的反馈元件的超再生收发器。超再生收发器利用可控增益来改善RF信号数据灵敏度和改善RF信号数据捕获速率。本文描述的超再生收发器允许在宽范围的频率和一系列通信协议上捕获信号数据。本文描述的超再生收发器是可调谐的，消耗非常少的功率用于操作和维护，并且即使在由非常小的电源(例如，纽扣电池)供电时也允许长期操作。

Description

具有改善频率区分的超再生收发器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年2月11日提交的美国临时专利申请No.62/457,823和2017年2月11日提交的美国临时专利申请No.62/457,825的优先权的权益，每个申请均通过引用整体并入本文，包括所有描述、参考文献、图和权利要求，用于所有目的。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
本发明是在国家科学基金会授予的奖项编号(FAIN)1549465和1738563的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开一般而言涉及无线通信接收器、无线通信发送器和电子振荡器设计、系统、方法和设备。特别地，本公开涉及用于实现对无线接收器、无线发送器和电子振荡器中使用的超再生谐振器体系架构的改进的设计、系统、方法和设备。更具体而言，本公开涉及对允许低功率无线接收器和发送器的超再生谐振器体系架构的改进，以及对振荡器的频率稳定性和操作频率范围的改进。
背景技术
RF-MEMS领域迄今为止改进了无线通信的许多方面，与常规技术相比，在降低功耗和减小尺寸方面获得了巨大的收益。片上MEMS设备现在提供从紧凑和低相位噪声参考振荡器到频带选择RF前端双工器的应用。但是，如果可以利用MEMS中可能的高品质因子和CAD可定义频率来实现完整的无线电装置而不需要在现代RF体系架构中使用高耗电的混频和宽带模数转换，那么仍然有更大的潜力。
由于在一些谐振器中可实现高Q因子，使用这种谐振器制造的超再生接收器不仅提供了常规超再生接收器中可能的幅移键控(ASK)，而且允许区分频移键控(FSK)，这是现代数字通信系统的关键能力。先前的专利申请PCT/US2015/031251描述了一种可以用于这种应用的基于高Q因子微机电系统(MEMS)的谐振器。先前的专利申请PCT/US2015/031589描述了一种提供FSK解码能力的基于MEMS的超再生收发器。
发明内容
本公开描述了允许超再生接收器使用许多使用FSK或开关键控(OOK)调制的现代协议来操作的改进，包括但不限于蓝牙或GSM标准的实现或Z-Wave。本公开还描述了一种用于在超再生接收器中使用的改进的基于MEMS的谐振器。
除了上面列出的协议之外，本公开还描述了允许超再生接收器用于以下协议中的至少一个或多个的实现中的改进：Zigbee、IEEE802.15.4、SigFox、Helium、LORA、GPS、ANT+、NB-IoT和Dash7。
蓝牙、蓝牙低能耗(BLE)和Z-Wave是广泛用于家庭和商业自动化以及消费者无线应用的协议。Z-Wave专注于900MHz处9.6kbps至40kbps的低数据速率，与诸如Zigbee之类的2.4GHz协议相比，Z-Wave提供具有增大范围以及更简单的RF硬件和标准兼容性的无线电技术。实际上，简单的频移键控调制和合理的规范允许这种收发器被实现为在家庭和工业监视应用中使用几乎没有困难。蓝牙和BLE标准为各种各样的消费者和其它商业应用提供了更高的兼容性和更多的操作模式，但代价是复杂性有所增加。虽然设计用于电池操作的远程设备，但这些标准的当前实现通常不友好地消耗15mW至50mW或更多的电池，对于在未来无所不在的物联网系统中部署设想的低成本传感器微粒所需的小电池来说，显然远远不能长时间操作。
功耗仍然是无线收发器的设计中的一个重要考虑因素。随着用于物联网(IoT)应用以及消费者电子产品的这种收发器数量的增加，对低功率操作的期望是高度商业相关的。通过减少部件零件数量并简化数据通信复杂性，可以降低功耗。在本公开的一些实施例中，射频(RF)谐振器嵌入在有源可控正反馈环路中，以形成采用超再生接收方案的可调谐RF信道选择无线电收发器。在一些实施例中，在采用超再生接收方案的无线电装置中，组合在闭环反馈中的放大器在谐振时超再生地放大输入信号，允许检测弱无线电信号，而不需要复杂的、高耗电的体系架构。在一些实施例中，所得到的收发器利用一些谐振器(例如，基于MEMS的谐振器)的高Q因子(500-200000)和可调谐频率能力，以实现根据低功率操作的需要在更宽的频带中直接选择单个窄RF信道。
在一些实施例中，使用谐振器的一个或多个电极作为具有用于超再生增益的分开的一个或多个电极的信号输入(例如，来自天线)，影响抑制输入信号馈通的滤波，从而允许更清洁的经滤波的输出。在一些实施例中，差分信号被用于进一步抑制馈通。过去使用常规技术的超再生接收器通常包括与放大器反馈地连线的双端口设备。这意味着输入信号必须直接连接到放大器的输入端，这导致无论如何进入接收器系统的任何东西(例如，来自天线)都在没有任何滤波的情况下被放大。如果在期望频率以外的频率处存在大的干扰(通常针对无线电应用)，那么这些干扰会造成严重问题，并且常常阻止接收。在一些实施例中，利用可能利用所公开的谐振器设计的多个隔离电极，这些输入可以与放大器隔离，从而解决了这个问题。
所公开的接收器、发送器和收发器非常适合于其中低功耗和可靠性很关键的无线传感器节点应用。在一些实施例中，可控频率调谐还允许相同的设备操作为频移键控发送器或者具有简单的输出切换、开关键控发送器，从而在一个非常简单的设备中形成完整的收发器。在一些实施例中，谐振器结构设计的几何灵活性允许大范围的可用RF频率，从60MHz VHF和较低频率一直到UHF或更高。例如，各自针对特定频率范围设计的一组谐振器可以通过开关网络耦合到一个或多个接收器天线、以及具有可选的一个或多个调谐元件的一个或多个反馈元件以及可选的一个或多个响应感测元件，以创建可以跨越宽频率范围的接收器。
本公开的实施例针对使用具有谐振器和具有可变增益的反馈元件的RF接收器从无线信号捕获符号数据的设备、系统和方法。实现针对使用反馈元件增益来控制谐振器的频率响应以改善接收器信号灵敏度或接收器数据速率。附加的实现针对使用多个谐振器调谐谐振器谐振频率和扩展接收器操作频率范围。
附图说明
图1图示了基于MEMS的超再生接收器的示例性示意图。
图2A、图2B、图2C、图2D和图2E示出了传入的无线FSK信号、反馈元件增益、反馈元件控制信号、谐振器的响应和捕获的数据的示例性时间序列图。
图3A、图3B和图3C示出了示例性反馈元件增益和谐振器的对应响应的三个不同时间序列图。
图4A和图4B示出了具有和不具有由反馈元件实现的频率响应整形的两个谐振器的示例性响应。
图5图示了基于MEMS的超再生接收器的示例性示意图，该超再生接收器包括用于捕获标记和空间数据的双谐振器。
图6图示了耦合到谐振器的闭环反馈元件的示例性示意图。
图7图示了用于闭环反馈元件的控制结构的示例性示意图。
图8图示了闭环反馈元件的示例性电路图。
图9图示了耦合到谐振器的受控阻抗元件的示例性示意图。
图10图示了用于受控阻抗元件的控制结构的示例性示意图。
图11图示了受控阻抗元件的示例性电路图。
图12A和图12B分别图示了包括谐振器阵列的超再生接收器和该谐振器阵列中的谐振器的频率灵敏度的示例性示意图。
图13图示了用于复合谐振器的示例性示意图，该复合谐振器包括经由机械耦合梁彼此耦合的两个机械谐振器。
图14图示了用于调谐超再生接收器中的谐振器的谐振频率的参考频率发生器的示例性示意图。
图15A、图15B、图15C和图15D图示了制造谐振器的示例性工艺流程的步骤。
图16A、图16B、图16C和图16D图示了制造谐振器的示例性工艺流程的步骤。
图17A和图17B分别图示了耦合到谐振器的闭环反馈元件和耦合到谐振器的受控阻抗元件的示例性示意图，每个示意图图示两个元件的一些端口之间的差分连接。
图18图示了耦合到谐振器的放大器的简化模型的示例性电路图。
图19图示了使用差分连接的受控阻抗元件的示例性电路图。
具体实施方式
本公开描述了无线电接收器、发送器和收发器实施例，其包括用于家庭和工业传感器/致动器模块或其它无线通信应用的谐振器(例如，基于MEMS的谐振器)，以便将功耗大幅降低到允许在纽扣电池上连续操作多年的水平。在一些实施例中，所公开的设备采用具有谐振器(例如，基于MEMS的谐振器)的超再生无线电接收器体系架构，以便提供所需功率降低所必需的体系架构的简单性，并且允许足够的频率选择以便实现符合现代协议标准所需的基于FSK的解调和附近信道抑制。
由于MEMS设备中可实现高Q因子，使用这种谐振器制造的超再生接收器不仅提供了常规超再生接收器中可能的幅移键控，而且还允许区分频移键控，这是现代数字通信系统的关键能力。实际上，正是这种能力允许基于MEMS的无线电装置使用蓝牙、BLE、Z-Wave或其它现代协议进行操作。
在一些实施例中，利用数千甚至GHz频率的品质因子(Q因子)，本文描述的谐振器(例如，基于MEMS的谐振器)容易地允许调谐到对于传感器节点而言理想的紧密间隔的kHz频带，而不需要当前使用的处理和高耗电的扩频方法。在一些实施例中，已经在100μW以下，甚至面对kΩ范围内的适度的谐振器阻抗，证明了从这种谐振器构成的振荡器的功耗。这种振荡器理想地适合对于其低功耗和可靠性很关键的目标无线传感器节点和电池操作的无线中继微粒应用。
图1中图示了超再生接收器的示例性示意图。在示例性实施例中，超再生接收器100包括具有电极102、103、104和105的谐振器101(例如，压电换能的lamb波RF MEMS谐振器)。接收器100使用耦合到电极102的天线106接收具有FSK编码的符号数据的无线信号(例如，在900MHz)。电极103和104耦合到包括可变增益放大器(未示出)的闭环反馈元件107，以创建反馈环路。谐振器101的谐振频率可以由调谐元件108控制，调谐元件108包括可变电容器，耦合到电极105。闭环反馈元件107的输出端耦合到包络检测器109。包络检测器109的输出端连接到放大器110。放大器110的输出端连接到比较器111。比较器111的输出端连接到输出触发器112。输出触发器112的输出端基于接收的无线信号提供解调的符号数据113。放大器110的输出端还连接到平均峰值检测器114。平均峰值检测器114的输出端连接到增益控制器115。来自指定符号数据的定时的时钟的信号116也连接到增益控制器115。增益控制器115控制闭环反馈元件107的增益以捕获无线信号中的符号数据。
在一些实施例中，包络检测器109、放大器110或平均峰值检测器114中的一个或多个一起形成响应感测元件。在一些实施例中，增益控制器115使用来自平均峰值检测器114的输入来调节闭环反馈元件107的增益，以考虑接收到的无线信号的振幅(例如，取决于接收器100和发送器(未示出)之间的距离，或者发送器功率)。如下所述，增益控制器115在单个符号的周期期间一次或多次调节闭环反馈元件107的增益以捕获符号数据。在一些实施例中，接收器100可以包括具有谐振器101的管芯，其电连接(例如，使用引线键合)到具有其余元件的一个或多个管芯。在一些实施例中，接收器100可以包括具有谐振器101和一个或多个元件的管芯，其余元件在一个或多个其它管芯上。在一些实施例中，反馈元件、调谐元件或响应感测元件中的一个或多个可以包括共同的部件。在一些实施例中，附加部件(例如，放大器、滤波器)可以是反馈元件、调谐元件或响应感测元件的一部分，其然后进而耦合到谐振器。
使用超再生接收器的示例性实施例，图2A图示了由超再生接收器接收的示例性无线FSK信号201。如图2B中所示，耦合到超再生接收器中的谐振器的反馈元件改变其增益202，如在单个符号的每个周期期间所示，以捕获接收到的无线FSK信号201上的传入数据。如图2C中所示，由反馈元件使用控制信号203来改变单个符号的每个周期内的增益(参见图8关于CLKS、CLKF、CLKIN，CLKOUT和CLKCON的描述)。如图2D中所示，超再生接收器在其核心处通过测量振荡响应于来自反馈元件的正反馈而增长的速率来识别传入的“1”或“0”(谐振器的响应，如204所示)。在这个实施例中，在谐振器调谐到与“1”对应的频率的情况下，谐振通带中没有接收到的天线信号功率导致振荡幅度的缓慢上升，这指示“0”。另一方面，在接收到谐振中功率的情况下，信号耦合到正反馈环路，加速上升时间以指示“1”。在一些实施例中，超再生接收器的输出示出了基于包络检测器输出的阈值处理(虚线206在图2D中示出了阈值)的接收到的数据205，图2E。以这种方式操作，这种超再生接收器形成二进制频移键控(BFSK)解调器，其中FSK“标记”(“1”)和“空间”(“0”)分别与开和关谐振信号对应。
在一些实施例中，包络检测器可以是简单的二极管检测器、均方根电路检测器或有源能量检测器。在一些实施例中，除了检测谐振器的输出信号之外，可以在耦合到超再生接收器中的其它部件(例如，反馈元件、调谐元件)的响应感测元件中使用简单的二极管检测器、均方根电路检测器或有源能量检测器(例如，测量谐振器功率、能量、振荡振幅)。在一些实施例中，调谐元件可以使用响应感测元件的输出来调节谐振器的谐振频率。在一些实施例中，调谐元件可以作为反馈元件的一部分被并入。在一些实施例中，反馈元件可以使用响应感测元件的输出来在耦合到谐振器时控制增益。在一些实施例中，反馈元件使用由响应感测元件测量的功率信号的指示来实现增益控制能力以优化接收。例如，随着无线发送器和无线接收器之间的距离减小，无线接收器处接收的RF功率增加，因此可以减小反馈元件的增益(以确保信号检测和测量)。类似地，如果无线发送器的发送功率增加，那么无线接收器处接收的RF功率增加，因此可以减小反馈元件的增益。
在使用基于高Q因子MEMS的谐振器的一些实施例中，超再生接收器隔离单个窄信道，同时抑制附近频谱中的信号。基于通过仅谐振中信号通过基于高Q因子MEMS的谐振器，使得反馈元件的输入与输入天线隔离，从而使得隔离成为可能；基于高Q因子MEMS的谐振器的频率响应阻止了信道外干扰。所公开的实施例标志着对先前的超再生接收器体系架构的显著改进，其中环路放大器必须处理由输入天线接收的任何寄生信号，而不会引起过多的互调。在使用基于高Q因子MEMS的谐振器的一些实施例中，对任何这样的干扰的滤波极大地放宽了接收器的线性度，并因此放宽了接收器的功耗。
维持放大器设计
为了在任何谐振器-放大器系统中发生超再生振荡，必须保持两个条件：1)总闭环相移必须为零；以及2)环路增益必须大于1。[需要决定我们是否想要在权利要求中使用增益或环路增益。可能需要关联增益和环路增益。]在振荡启动期间，振荡振幅小-最初只构成噪声-并且整个系统保持线性。因此，振荡器可以使用小信号等效电路建模，诸如图18中所呈现的一个可能实施例的电路。理解这种振荡器的一种方式是使用阻抗方法。在这种方法中，振荡的临界条件发生在：
Zamp-Zres＝0 (1)
其中Zamp和Zres分别是看向放大器1801和谐振器1802的阻抗。这个模型广泛地适用于谐振器和放大器的许多实施例(如本文所使用的，“反馈元件”一般用于描述放大器，包括下面描述的闭环反馈元件和受控阻抗元件的两个实施例)。这种情况还可以分为实部和虚部：
-Re[Zamp]＝Re[Zres] (2)
-Im[Zamp]＝Im[Zres] (3)
在这里，实部要求看向放大器的有效电阻为负(增益)以补偿谐振器的正电阻(损耗)；而虚部设置振荡处的相移。这种简单的基于阻抗的方法提供了通用框架，该框架可以用于描述这种系统的许多实施例，只要可以为谐振器和反馈元件定义等效阻抗即可。
在一个实施例中，在图8所示的穿孔(pierce)配置中的闭环反馈元件，第一振荡条件由晶体管806实现，晶体管806在输入809和输出808电压之间引入180°的相移。在谐振时，这里在一个实施例中示出的lamb波谐振器的相移是0°，因此需要附加的180°来满足标准2。为了提供这一点，谐振器(未示出)必须在电感区域中操作，即，其频率略高于串联谐振的频率，并且与C1、C2和C3谐振，其包括来自谐振器、放大器及输入809和输出808节点处的周围结构(例如，键合焊盘)的总寄生电容。
振荡开始的最小(或临界)小信号跨导增益采用以下形式：
Figure BDA0002160904270000091
其中C1，2＝C1＝C2。当增益足以克服谐振器损耗(即，环路增益>1)时，振荡器环路振幅随下式给出的时间常数呈指数上升：
Figure BDA0002160904270000092
其中Rx和Lx是谐振器储能槽(tank)(等效LRC电路)的等效电路模型元件，并且T是环路增益。对于下面的穿孔和负阻放大器拓扑示例，T＝-Ramp/Rx，其中Ramp和Rx分别是Zamp和Zres的实部。这里的Rx是正值，而Ramp为负(表示反馈元件的增益)。但要注意的是，这不是环路增益的唯一可能定义，并且对于其它放大器拓扑或模型，此环路增益可以另外定义，因为它表示等效于谐振器+放大器的总增益的无量纲常数，无论其可能如何被实现。
在本公开中，基于Ramp和Rx的环路增益定义适用于单端和差分版本二者中的闭环反馈元件和受控阻抗元件实施例。这为这种系统中的环路增益提供了通用形式，而不管所选择的具体放大器拓扑(例如，穿孔、跨阻抗、负阻等)如何。在这里，用于闭环反馈元件配置的环路增益是明确的：在包括反馈元件和等效谐振器电路模型的闭环中测得的增益。对于受控阻抗元件配置，上述环路增益的定义仍然是准确的描述，应理解这里的“环路”是谐振器等效电路响应的组合，与受控阻抗元件的响应相组合。在这样的模型中，受控阻抗元件可以被视为连接到谐振器的受控阻抗元件节点处的电压与在该受控阻抗元件节点处产生的合成电流之间的传递函数(或反之亦然)。例如，对于负阻放大器配置，如果受控阻抗元件节点仅接地，那么该电路产生比受影响的情况下更大的ac电流。本质上，该传递函数用谐振器响应“闭合”环路，从而允许定义环路增益，并且在受控阻抗元件被设计为使得环路增益可以大于1的情况下，允许增长的振荡。
总的来说，所公开的反馈元件+谐振器组合用作线宽可控(这里“线宽”参考谐振器频率响应形状)谐振器，其环路增益在0(例如，谐振器的未改变的自然损耗(例如，放大器断开连接))到刚好低于为1的环路增益之间的任何地方。在一些实施例中，在频率响应整形段(例如，图3中的超再生循环的302、312、322)期间使用大于零但小于1的环路增益来调节谐振器的频率响应形状。当环路增益增加到1以上时(例如，在符号数据捕获段期间)，设备不再作为谐振器操作，而是作为自维持振荡器操作。然后谐振器信号随着每个振荡周期而增长，直到接收器进入调节段，或者直到谐振器-反馈元件环路中的非线性引起自限制为止。在这里，对于环路增益>1，谐振中信号以两种方式减少上升到阈值振幅所需的时间：首先，驱动器被谐振增强以产生远大于背景热噪声的谐振器起始振幅，第二，随着振荡增加，这个输入信号继续驱动谐振器，从而导致振荡启动期间幅度的进一步增加超过纯粹由反馈元件驱动的响应提供的振幅的增加。
对于任何滤波器而言，滤波器的带宽限制可能的数据传输速率。在这里，这种限制是由谐振器在接收到频率上符号之后达到低动态振幅所需的衰减时间来规定的。如果反馈元件调节段持续时间低于谐振器的衰减时间并且省略了频率响应整形段，那么设置环路增益>1(例如，在符号数据捕获段期间)将快速重启振荡，即使没有频率上输入信号，例如，可能导致频率外输入信号(例如，“0”位)被计数为频率上输入信号(例如，“1”位)。在一些实施例中，图3所公开的频率响应整形方法不仅有助于增加标记与空间的区分，而且还有助于滤除由频率响应整形段期间的频率偏移引起的更陡的谐振器响应滚降引起的频率外输入信号，从而提高了信号灵敏度。
在谐振器已经接收并捕获了频率上符号之后，将放大器增益设置为等于零(例如，在调节段期间)导致谐振器振荡衰减，其时间常数等于谐振器的固有阻尼。为了进一步加速这种衰减并且更快地准备谐振器用于下一个捕获周期，通过将环路增益设置为低于零(例如，将耗散元件(例如，电阻元件)引入到谐振器+反馈元件系统)，可以更快地衰减谐振器振荡。在一些实施例中，通过将一个或多个谐振器电极通过电阻元件短接到地或其它DC源(例如，正电源)，在调节段期间谐振器振荡更快地衰减。这与负环路增益对应。在一些实施例中，通过施加与谐振器异相的放大信号来使用负反馈也可以产生谐振器振荡的更快衰减。
在一些实施例中，超再生接收器在单个符号的每个周期期间改变反馈元件的增益，参见例如图3A-图3C。在一些实施例中，反馈元件增益在单个符号的单个周期内的三个时间段上改变-调节段、频率响应整形段和符号数据捕获段。如本文所使用的，这些段的名称不排除基于接收器设计在不同段期间发生的不同接收器动作(例如，在频率响应整形段期间的捕获、在调节段期间的频率响应整形)。如本文所使用的，“捕获周期”指的是跨越调节时间段(如果没有省略)，随后是频率响应整形时间段，随后是符号数据捕获时间段的时间段。在一些实施例中，在调节段期间，控制反馈元件增益以重置谐振器，例如，衰减谐振器的振荡(例如，从先前的符号数据捕获状态起)。通过在单个符号的前一个周期期间衰减由“1”位数据生成的谐振中振荡，在单个符号的当前周期中测量“0”位数据之前，调节段可以提高测量紧接在1位之后的“0”位的灵敏度。在一些实施例中，谐振器的调节可以包括通过从谐振器汲取功率来阻尼谐振器的振荡，例如通过向谐振器添加耗散元件(例如，电阻器，在基于MEMS的谐振器的环境中引入粘性流体(例如，粘性气体))。在一些实施例中，谐振器的调节可以包括将反馈元件与谐振器去耦合(在本文描述为将反馈元件的增益设置为零，并且允许谐振器以其自然速率衰减)。在一些实施例中，谐振器的调节可以包括通过电阻元件将反馈元件所连接的一个或多个电极接地(在本文描述为将反馈元件的增益设置为负值)。在一些实施例中，谐振器的调节可以包括经由电阻元件将反馈元件连接到的两个或更多个电极连接在一起(在本文描述为将反馈元件的增益设置为负值)。
在一些实施例中，反馈元件增益在调节段期间是固定的。在一些实施例中，反馈元件增益在调节段期间变化。调节段的较短持续时间允许更多时间捕获输入信号，从而增加灵敏度或数据速率。在一些实施例中，与单个符号的周期相比，调节段可以较短(例如，调节段时间<单个符号的周期的大约1％、5％、10％、25％或50％)。在一些实施例中，与捕获期相比，调节段可以较短(例如，调节段时间<捕获周期的约1％、5％、10％、25％或50％)。在一些实施例中，可以消除调节段。
在一些实施例中，在频率响应整形段期间，控制反馈元件增益以改善谐振器的频率响应，例如，增加谐振器的频率灵敏度、增加谐振器的Q因子。在一些实施例中，在频率响应整形段期间，通过增加反馈元件增益(例如，相对于调节段期间的反馈元件增益)来改善谐振器的频率响应。在一些实施例中，通过在频率响应整形段期间的单个步骤中增加反馈元件增益来改善谐振器的频率响应-参见例如图3A。在一些实施例中，通过在频率响应整形段期间的两个或更多个步骤中以逐步方式增加反馈元件增益来改善谐振器的频率响应-参见例如图3B。在一些实施例中，通过在频率响应整形段期间连续增加反馈元件增益来改善谐振器的频率响应-参见例如图3C。在一些实施例中，通过在频率响应整形段期间在一个或多个步骤中以逐步方式增加反馈元件增益然后连续增加反馈元件增益来改善谐振器的频率响应，或者反之亦然(即，连续增加然后逐步增加)。在一些实施例中，与单个符号的周期相比，频率响应整形段可以较长(例如，频率响应整形段时间>单个符号的周期的大约1％、5％、10％、25％或50％)。在一些实施例中，与捕获周期相比，频率响应整形段可以较长(例如，频率响应整形段时间>捕获周期的大约1％、5％、10％、25％或50％)。
在一些实施例中，在符号数据捕获段期间，反馈元件增益被配置为使得谐振器振幅呈指数上升而与振荡频率无关(例如，环路增益>1)。在一些实施例中，控制反馈元件增益以在符号数据捕获段期间产生等于或大于1的环路增益。在一些实施例中，谐振器输出振幅开始呈指数上升，以使反馈元件增益的值等于或大于临界增益值，并且反馈元件增益被控制为等于或大于符号数据捕获段期间的临界增益值。在一些实施例中，反馈元件增益在符号数据捕获段期间是固定的。在一些实施例中，反馈元件增益在符号数据捕获段期间变化。在一些实施例中，与单个符号的周期相比，符号数据捕获段可以较长(例如，符号数据捕获段时间>单个符号的周期的大约1％、5％、10％、25％、50％、75％或90％)。在一些实施例中，与捕获周期相比，符号数据捕获段可以较长(例如，符号数据捕获段时间>捕获周期的大约1％、5％、10％、25％、50％、75％或90％)。
图4A图示了被设置为“1”标记频率的谐振器401的示例性频率响应403，以及被设置为“0”空间频率的谐振器402的示例性频率响应404。在这种配置中，由于谐振器401的宽频率响应403，与“0”对应的传入无线FSK信号将导致谐振器401响应。类似地，由于谐振器402的宽频率响应404，与“1”对应的输入无线FSK信号将导致谐振器402响应。如果省略频率响应整形段(频率响应403或404未修改)并且反馈元件增益被设置为与符号数据捕获段相对应的增益，那么或者谐振器401或者402的所得响应将导致“0”传入位被谐振器401错误地识别为“1”或者“1”传入位被谐振器402错误地识别为“0”的错误的可能性增加。
图4B图示了被设置为“1”标记频率的谐振器405的示例性频率响应407，以及被设置为“0”空间频率的谐振器406的示例性频率响应408。在这个配置中，由于谐振器405的窄频率响应407，与“0”对应的传入无线FSK信号将导致谐振器405的响应减小(与图4A中的配置中的谐振器401相比)。类似地，由于谐振器406的窄频率响应408，与“1”对应的传入无线FSK信号将导致谐振器406的响应减小(与图4A中的配置中的谐振器402相比)。在捕获符号数据期间包括频率响应整形段的情况下，谐振器的频率响应变窄(例如，从403到407、从404到408)，并且由频率响应整形段期间的频率外输入引起的谐振器响应的增加的衰减导致符号数据捕获段期间在传入的位之间更好地区分。在一些实施例中，谐振器的Q因子可以从调节段期间的大约1000的典型值变化到频率响应整形段期间的大约20000的典型值。在一些实施例中，谐振器的Q因子可以从调节段期间的大约10的典型值变化到频率响应整形段期间的大约1000的典型值。在一些实施例中，谐振器的Q因子可以从调节段期间的大约100000的典型值变化到频率响应整形段期间的大约1000000的典型值。
图3A示出了在一个示例性实施例中在传入的单个符号数据的两个周期上作为时间的函数的、耦合到超再生接收器的反馈元件的增益(304，黑色实线)和超再生接收器中的谐振器的响应(305，灰色实线)。在图3A中，在调节段301、频率响应整形段302和符号数据捕获段303中的每一个期间，反馈元件的增益304是固定的。控制反馈元件的增益304以从调节段301期间的第一值变为频率响应整形段302期间的中间第二值，并且变为符号数据捕获段303期间的第三值。在一些实施例中，增益的临界值(306，灰色虚线)可以识别在其之上谐振器表现出超再生振荡的增益。在一些实施例中，增益的第二值(在频率响应整形段期间)可以相对于增益306的临界值任意地接近。在一些实施例中，增益的第二值(在频率响应整形段期间)可以基于增益控制的稳定性而低于增益306的临界值，以便将环路增益保持在1以下。
图3B示出了在一个示例性实施例中在传入的单个符号数据的两个周期上作为时间的函数的、耦合到超再生接收器的反馈元件的增益(314，黑色实线)以及超再生接收器中的谐振器的响应(315，灰色实线)。在图3B中，在调节段311和符号数据捕获段313中的每一个期间，反馈元件的增益是固定的。在频率响应整形段312期间，反馈元件的增益314在两个固定值之间变化。控制反馈元件的增益以从调节段311期间的第一值变为频率响应整形段312的第一部分期间的中间第二值，变为频率响应整形段312的第二部分期间的中间第三值，并且变为符号数据捕获段313期间的第四值。在一些实施例中，增益的临界值(316，灰色虚线)可以识别在其之上谐振器表现出超再生振荡的增益。
图3C示出了在一个示例性实施例中在传入的单个符号数据的两个周期上作为时间的函数的、耦合到超再生接收器的反馈元件的增益(324，黑色实线)以及超再生接收器中的谐振器的响应(325，灰色实线)。在图3C中，在调节段321和符号数据捕获段323中的每一个期间，反馈元件的增益是固定的。反馈元件的增益324在频率响应整形段322期间连续变化。控制反馈元件的增益以从调节段321期间的第一值改变，在频率响应整形段322期间从第一值斜坡变为第二值，并且在符号数据捕获段323期间变为第二值。在一些实施例中，增益的临界值(326，灰色虚线)可以识别在其之上谐振器表现出超再生振荡的增益。
在一些实施例中，控制器可以将反馈元件配置为在单个符号的周期内多次(例如，多于一个捕获周期)捕获符号数据。图2和图3中的迹线示出了其中控制器配置反馈元件以在单个符号的每个周期捕获符号数据一次(一个捕获周期)的示例性实施例。在一些实施例中，控制器可以配置反馈元件以在单个符号的每个周期捕获符号数据两次或更多次(两个或更多个捕获周期)。例如，如果控制器配置反馈元件以在单个符号的每个周期捕获符号数据两次，那么反馈元件可以在单个符号的周期的第一部分上在第一调节段、第一频率响应整形段和第一符号数据捕获段上向谐振器提供反馈。在单个符号的周期的剩余部分上，反馈元件可以在第二调节段、第二频率响应整形段和第二符号数据捕获段上向谐振器提供反馈。在一些实施例中，每个捕获周期的持续时间在单个符号的周期期间可以是相同的。在一些实施例中，至少一个捕获周期的持续时间可以与单个符号的周期期间的至少一个其它捕获周期不同。在一些实施例中，每个捕获周期期间的反馈对于单个符号的周期期间的每个捕获周期可以是相同的。在一些实施例中，在至少一个捕获周期期间的反馈(例如，增益中的单个步骤；参见例如图3A中的增益波形)可以与单个符号的周期期间的至少一个其它捕获周期(例如，增益中的斜坡；参见例如图3C中的增益波形)不同。在一些实施例中，捕获周期的持续时间或定义捕获周期的一个或多个段(例如，调节段、频率响应整形段)的持续时间可以至少部分地基于响应感测元件的输出来确定。例如，符号数据捕获周期的持续时间可以至少部分地基于响应感测元件(例如，包络检测器)的输出，例如，当谐振器振荡振幅超过特定阈值时结束符号数据捕获段。在一些实施例中，可以分析来自单个符号的周期中的每个捕获周期的捕获的符号数据以确定检测到的符号值。例如，来自单个符号的周期的所有捕获符号数据的中值可以用作单个符号的该特定周期的检测到的符号值。
在一些实施例中，如图5中所示，FSK信号可以由接收器500解码，接收器500包括两个镜像的超再生接收器，其中一个谐振器501被调谐以检测针对位“0”(“空间”)的谐振中的频率信号，而另一个谐振器551被调谐以检测针对位“1”(“标记”)的谐振中的频率信号。谐振器501包括电极502、503、504和505。谐振器551包括电极552、553、554和555。接收器500使用耦合到谐振器501的电极502并耦合到谐振器551的电极555的天线506接收具有FSK编码的符号数据的无线信号(例如，在900MHz)。谐振器501的电极503和504耦合到包括可变增益放大器(未示出)的闭环反馈元件507，以创建反馈环路。谐振器551的电极553和554耦合到包括可变增益放大器(未示出)的闭环反馈元件557，以产生反馈环路。谐振器501的谐振频率可以由调谐元件508控制，调谐元件508包括可变电容器，耦合到电极505。谐振器551的谐振频率可以由调谐元件558控制，调谐元件558包括可变电容器，耦合到电极552。闭环反馈元件507的输出端耦合到包络检测器509。闭环反馈元件557的输出端耦合到包络检测器559。包络检测器509的输出端连接到放大器510。包络检测器559的输出端连接到放大器560。放大器510的输出端连接到比较器511的第一端子。放大器560的输出端连接到比较器511的第二端子。通过比较来自标记接收器和空间接收器的信号，整体灵敏度得到改善，并且增加了一定程度的共模噪声抑制。比较器511的输出端连接到输出触发器512。输出触发器512的输出端基于接收到的无线信号提供解调的符号数据513。放大器510的输出端和放大器560的输出端还连接到平均峰值检测器514。平均峰值检测器514的输出端连接到增益控制器515。来自指定符号数据的定时的时钟的信号516也连接到增益控制器515。增益控制器515控制闭环反馈元件507的增益以捕获数据信号中的符号数据。增益控制器515还控制闭环反馈元件557的增益以捕获数据信号中的符号数据。
在一些实施例中，为了满足高Q因子和窄带宽要求(例如，对于Z-Wave FSK解调为～40kHz)的要求，可以使用基于压电换能的lamb波MEMS的谐振器。在一些实施例中，用于制造这种MEMS设备的MEMS制造工艺允许通过改变MEMS设备的CAD设计(以及因此制造后的几何形状)来灵活地在同一管芯上制造针对不同频率的多个MEMS设备。在一些实施例中，用于制造MEMS设备的制造工艺允许在同一管芯上制造CMOS设备。在一些实施例中，MEMS设备包括由节点处的两个梁(beam)支撑的2um厚的AIN板，其中一个或多个电极(例如，要用作谐振器的输入端或输出端)耦合在AIN板上。为了将基于MEMS的谐振器向动态进行驱动，将AC驱动电压施加到输入电极以在MEMS结构上产生在谐振时激发lamb波模式形状的应变。谐振频率由下式给出：
Figure BDA0002160904270000181
其中Wf是所有电极中任意两个指状物之间的间距。E和ρ是AIN谐振器板的杨氏模量和密度(参见例如图1、图15和图16)。这里基于MEMS的谐振器可以被建模为串联的电容器、电感器和电阻器，其中谐振器质量、刚度和损耗等效于电容、电感和电阻。基于MEMS的谐振器电极经由变压器在该模型中提供耦合，每个电极形成与等效储能槽电路分开的变压器。这可以被进一步简化为具有有效谐振器Lx、Rx、Cx和谐振频率的等效简单LRC电路(无变压器)：
Figure BDA0002160904270000182
在该电气模型中可以认识到的是，对于这种谐振器，可以经由施加到谐振器的调谐电极的附加分流电容来调谐谐振频率。实际上，这改变了如公式2中的谐振器储能槽的有效电容，从而改变了谐振频率。频移Δf受下式控制：
Figure BDA0002160904270000183
其中Cx是调谐电极所见的谐振器的动态电容，Ctot是调谐电极处的总电容。还可以认识到的是，这不是调谐基于MEMS的谐振器的谐振频率的唯一方式。经由例如有源电感器电路引入可变电感同样会影响调谐，如经由温度或应力控制的更精细的调谐方法或者通过向MEMS谐振器的元件添加电压偏置(例如，DC电压)提供的机械效应也会影响调谐。在一些实施例中，谐振器的谐振频率可以通过以下中的至少一项或多项来调谐：改变耦合到谐振器的电容器的电容、改变耦合到谐振器的电感器的电感、改变谐振器元件中的机械应力(例如，使用温度)，或改变谐振器的机械几何形状(例如，使用向一个或多个谐振器元件添加的DC电压偏置)。
Figure BDA0002160904270000191
表3
表3总结了示例性谐振器设计，其中所计算的放大器的所需功耗仅为70μW。
在一些实施例中，谐振器的不同部分的温度系数与谐振器的不同部分之间的温度系数差异可能导致谐振器的谐振频率随谐振器温度改变而改变。例如，由于未经补偿的氮化铝谐振器示出典型温度系数(TCF)为-20至-30ppm/℃，因此在0℃至85℃的整个商业温度范围内操作时可能需要某种形式的补偿以满足Z-Wave规范所需的27ppm规范。在一些实施例中，与调谐元件组合的片上温度测量元件可以用于调谐谐振器的谐振频率以匹配通信信道的谐振中频率。
为了实现足够的调谐以补偿整个商业范围，需要2550ppm(假设超过85℃的TCF为-30ppm/℃)调谐。这需要两个分立的谐振器，其频率相隔1350ppm(假设两个分立谐振器的操作频率范围有一些重叠)。在一些实施例中，参见表3，对于小于1350ppm的频率调谐，通过施加到(一个或多个)MEMS谐振器的调谐电极的2pF可变电容来影响调谐。2pF可变电容器将数字控制的电容器组与5fF单位电容和5fF基于二极管的变容二极管组合。方便地，在一些实施例中，这个相同的电容调谐网络允许期望的FSK调制用于发送操作。
如本文所公开的，用于实现超再生接收器的反馈元件可以以任何数量的方式构造。在一些实施例中，反馈元件包括具有可控增益的连接到谐振器的两个或更多个电极的闭环反馈元件。在一些实施例中，反馈元件包括连接到谐振器的一个或多个电极的1端口受控阻抗元件。在一些实施例中，受控阻抗元件包括在其端口中的一个端口处呈现有效变化或固定阻抗的电路元件。在一些实施例中，受控阻抗元件可以包括负阻放大器。在一些实施例中，可以控制反馈元件以提供负增益，以便衰减谐振器的振荡-例如，在调节段期间。在一些实施例中，反馈元件可以具有可控增益以产生谐振器的频率响应的变化-例如，在频率响应整形段期间。在一些实施例中，反馈元件可以是产生频率相关的复阻抗的电路元件。在一些实施例中，反馈元件可以是产生可变增益(例如，正和负，具有不同幅度)或可变相移的电路元件。
图6图示了耦合到谐振器602的两个端口的闭环反馈元件601的示例性示意图。在一些实施例中，谐振器的输入端口603耦合到来自天线(未示出)的信号。在一些实施例中，谐振器602的端口604耦合到调谐元件(未示出)。在一些实施例中，调谐元件可以包括可变电容以调节谐振器602的谐振频率。在一些实施例中，调谐元件可以将电压偏置(例如，DC电压)施加到谐振器602的一个或多个元件，以调节谐振器602的谐振频率。在一些实施例中，谐振器602的端口605耦合到响应感测元件(未示出)的输入端。在一些实施例中，响应感测元件的输出端耦合到闭环反馈元件601的输入端606。在一些实施例中，闭环反馈元件601可以使用来自响应感测元件的输入来调节反馈环路的增益(例如，为了考虑来自天线的输入信号的振幅(例如，基于无线信号发送器的接近度))。闭环反馈元件601端口(608、609)各自连接到谐振器602的一个或多个电极。在一些实施例中，闭环反馈元件601的输入端610连接到一个或多个时钟信号。基于来自控制器的指令，一个或多个时钟信号可以在单个符号的周期期间控制闭环反馈元件601的增益以生成由如本文所述的其它部件(例如，包络检测器、比较器、输出触发器)处理的信号(例如，来自谐振器602(例如，经由端口608))。
图7图示了闭环反馈元件701的示例性示意图，其具有耦合到谐振器(未示出)的反馈输出端口708和反馈输入端口709。在一些实施例中，闭环反馈元件701包括控制块711。在一些实施例中，控制块711包括接收一个或多个时钟信号的输入端710。在一些实施例中，控制块711包括接收响应感测元件(未示出)的输出的输入端706。控制单元的输出712被提供给闭环反馈元件701，以调节反馈元件701的两个端口(708、709)之间的增益。
图8图示了用于具有输出端808和输入端809的闭环反馈元件的实现的示例性电路图。示例性反馈元件的增益由来自N个晶体管801F_1至801F_N和M个晶体管802S_1至802S_M的电流控制。电压信号VF1至VFN连接到控制单元中的晶体管801F_1至801F_N，以在频率响应整形段期间调节电流(并因此调节反馈元件增益)。时钟信号CLKF控制频率响应整形段的定时。电压信号Vs1至VSM连接到控制单元中的晶体管802S_1至802S_M，以在符号数据捕获段期间调节电流(并因此调节反馈元件增益)。时钟信号CLKS控制符号数据捕获段的定时。至少部分地基于响应感测元件的输出，ResSen信号被用于基于谐振器响应(例如，基于无线信号强度)确定捕获周期期间的增益，包括频率响应整形段期间的增益(例如，控制接通的晶体管801F_1至801F_N的数量)和符号数据捕获段期间的增益(例如，控制接通的晶体管802S_1至802S_M的数量)。时钟信号CLKIN控制晶体管803以允许控制器将反馈元件的输入端809(通过电阻元件)接地(还通过电阻元件将谐振器上对应的一个或多个电极接地，并因此实现谐振器振荡的增加的衰减)。时钟信号CLKOUT控制晶体管804以允许控制器将反馈元件的输出端808(通过电阻元件)接地(还通过电阻元件将谐振器上对应的一个或多个电极接地，并因此实现谐振器振荡的增加的衰减)。时钟信号CLKCON控制晶体管805以允许控制器将反馈元件的输入端809和输出端808连接在一起(通过电阻元件；还通过电阻元件将谐振器上对应的一个或多个电极连接在一起，并因此实现谐振器振荡的增加的衰减)。在一些实施例中，可以在调节段期间启用晶体管803、804和805中的一个或多个以衰减谐振器中的振荡。在一些实施例中，晶体管803、804和805中的一个或多个可以包括设计在内的电阻，以充当使谐振器衰减的电阻元件(例如，1千欧姆，基于MOSFET的沟道)。晶体管806是电路中的放大器。晶体管807是偏置晶体管，用于将输出端808和输入端809偏置在相同的电压。
图9图示了包括具有耦合到谐振器902的端口909的1端口受控阻抗元件901的反馈元件的示例性示意图。在一些实施例中，谐振器902的输入端口903耦合到来自天线(未示出)的信号。在一些实施例中，谐振器902的端口904耦合到调谐元件(未示出)。在一些实施例中，调谐元件可以包括可变电容以调节谐振器902的谐振频率。在一些实施例中，调谐元件可以将电压偏置(例如，DC电压)施加到谐振器902的一个或多个元件，以调节谐振器902的谐振频率。在一些实施例中，谐振器902的端口905耦合到响应感测元件(未示出)的输入端。在一些实施例中，响应感测元件的输出端耦合到受控阻抗元件901的输入906。在一些实施例中，受控阻抗元件901可以使用来自响应感测元件的输入906以通过调节其阻抗来调节反馈增益(例如，为了考虑来自天线的输入信号的振幅(例如，基于无线信号发送器的接近度))。在一些实施例中，受控阻抗元件901的输入端910连接到一个或多个时钟信号。基于来自控制器的指令，一个或多个时钟信号可以在单个符号的周期期间控制受控阻抗元件901的反馈增益以生成由如本文所述的其它部件(例如，包络检测器、比较器、输出触发器)处理的信号(例如，来自谐振器902(例如，经由端口909))。
图10图示了具有耦合到谐振器(未示出)的反馈端口1008的1端口受控阻抗元件1001的示例性示意图。在一些实施例中，受控阻抗元件1001包括控制块1011。在一些实施例中，控制块1011包括接收一个或多个时钟信号的输入端1110。在一些实施例中，控制块1011包括接收响应感测元件(未示出)的输出的输入端1006。控制单元的输出1012被提供给受控阻抗元件1001，以调节受控阻抗元件1001的增益。
图11图示了用于具有输入端1109(耦合到谐振器(未示出))和输出端1108(耦合到检测器(未示出))的1端口受控阻抗元件的实现的示例性电路图。在一些实施例中，输入端1109和输出端1108可以是受控阻抗元件中的相同节点。示例性受控阻抗元件的增益由来自N个晶体管1101F_1至1101F_N和M个晶体管1102S_1至1102S_M的电流控制。电压信号VF1至VFN连接到控制单元中的晶体管1101F_1至1101F_N，以在频率响应整形段期间调节电流(并因此调节反馈增益)。时钟信号CLKF控制频率响应整形段的定时。电压信号VS1至VSM连接到控制单元中的晶体管1102S_1至1102S_M，以在符号数据捕获段期间调节电流(并因此调节反馈增益)。时钟信号CLKS控制符号数据捕获段的定时。至少部分地基于响应感测元件的输出，ResSen信号被用于基于谐振器响应确定捕获周期期间的增益，包括频率响应整形段期间的增益(例如，控制接通的晶体管1101F_1至1101F_N的数量)和在符号数据捕获段期间的增益(例如，控制接通的晶体管1102S_1至1102S_M的数量)。时钟信号CLKIN控制晶体管1103以允许控制器将受控阻抗元件的输入端1109(通过电阻元件)接地(还通过电阻元件将谐振器上的对应电极接地，并因此实现谐振器振荡的增加的衰减)。电压Vbias控制晶体管1105以适当地将电路偏置以进行操作。在一些实施例中，可以在调节段期间启用晶体管1103和1105中的一个或多个以衰减谐振器中的振荡。晶体管1106是电路中的放大器。
图19图示了使用具有高输入端1909(耦合到谐振器(未示出)输入高和检测器(未示出)输入高)和低输入端1908(耦合到谐振器输入低和检测器输入低)的差分连接的1端口受控阻抗元件的实现的示例性电路图。示例性受控阻抗元件的增益由来自N个晶体管1901F_1至1901F_N和M个晶体管1902S_1至1902S_M的电流控制。电压信号VF1至VFN连接到控制单元中的晶体管1901F_1至1901F_N，以在频率响应整形段期间调节电流(并因此调节反馈增益)。时钟信号CLKF控制频率响应整形段的定时。电压信号VS1至VSM连接到控制单元中的晶体管1902S_1至1902S_M，以在符号数据捕获段期间调节电流(并因此调节反馈增益)。时钟信号CLKS控制符号数据捕获段的定时。至少部分地基于响应感测元件的输出，ResSen信号被用于基于谐振器响应确定捕获周期期间的增益，包括频率响应整形段期间的增益(例如，控制接通的晶体管1901F_1至1901F_N的数量)和符号数据捕获段期间的增益(例如，控制接通的晶体管1902S_1至1902S_M的数量)。时钟信号CLKIN控制调节晶体管1905和1906以允许控制器使受控阻抗元件的输入端1108和1109(通过电阻元件)短接。在一些实施例中，可以在调节段期间启用1905和1906以衰减谐振器中的振荡。晶体管1903、1904、1907和1908是电路中的增益晶体管。
如图12A所示，包括使用开关网络连接到反馈元件1207的N个谐振器1201_1至1201_N的阵列的超再生接收器可以在宽频带上提供支持或者可以提供与其它基于FSK的协议进行通信的能力。可以使用调谐元件将阵列中的每个谐振器调谐为在给定频率范围内的谐振频率下操作。在一些实施例中，可以使用耦合到谐振器的一个或多个电极的可变电容器来调谐给定谐振器的谐振频率。在一些实施例中，阵列中的谐振器的频率范围形成由超再生接收器支持的重叠或非重叠的频率连续体(图12B中所示的非重叠连续体)。在一些实施例中，阵列中的谐振器的频率范围可以形成由超再生接收器支持的两个或更多个不相交的频率连续体(例如，阵列中的一组谐振器支持900-910MHz并且阵列中的其余谐振器支持950-970MHz)。在一些实施例中，谐振器阵列可以经由开关耦合到差模配置中的一个或多个反馈元件。
在一些实施例中，谐振器与接收器中的一个或多个元件之间的信号可以差分耦合以改善性能。图17A图示了耦合到谐振器1702的两个端口的闭环反馈元件1701的示例性示意图。在一些实施例中，谐振器的差分输入端口1703耦合到来自天线(未示出)的信号。在一些实施例中，谐振器1702的差分端口1704耦合到调谐元件(未示出)。在一些实施例中，谐振器1702的差分端口1705耦合到响应感测元件(未示出)的输入端。在一些实施例中，响应感测元件的输出端耦合到闭环反馈元件1701的输入端1706。闭环反馈元件1701差分端口(1708、1709)各自连接到谐振器1702的两个或更多个电极。在一些实施例中，闭环反馈元件1701的输入端1710连接到一个或多个时钟信号。基于来自控制器的指令，一个或多个时钟信号可以在单个符号的周期期间控制闭环反馈元件1701的增益以生成由如本文所述的其它部件(例如，包络检测器、比较器、输出触发器)处理的信号(例如，来自谐振器1702(例如，经由差分端口1708))。在一些实施例中，端口中的一个或多个(例如，1706、1710)可以是差分端口。在一些实施例中，差分端口中的一个或多个(例如，1704、1708)可以是非差分端口。
图17B图示了包括耦合到谐振器1752的差分端口1759的1端口受控阻抗元件1751的反馈元件的示例性示意图。在一些实施例中，谐振器1752的差分输入端口1753耦合到来自天线(未示出)的信号。在一些实施例中，谐振器1752的差分端口1754耦合到调谐元件(未示出)。在一些实施例中，谐振器1752的差分端口1755耦合到响应感测元件(未示出)的输入端。在一些实施例中，响应感测元件的输出端耦合到受控阻抗元件1751的输入端1756。在一些实施例中，受控阻抗元件1751的输入端1760连接到一个或多个时钟信号。基于来自控制器的指令，一个或多个时钟信号可以在单个符号的周期期间控制受控阻抗元件1751的反馈增益以生成由如本文所述的其它部件(例如，包络检测器、比较器、输出触发器)处理的信号(例如，来自谐振器1752(例如，经由差分端口1759))。在一些实施例中，端口中的一个或多个(例如，1756、1760)可以是差分端口。在一些实施例中，差分端口中的一个或多个(例如，1754、1759)可以是非差分端口。
在一些实施例中，可以组合谐振器和反馈元件的N个集合以允许区分N-FSK信号。例如，可以用4个分开的谐振器+反馈元件检测4-FSK信号，其中每个谐振器的谐振频率被设置为与4-FSK调制的不同频率对应的不同频率。
在一些实施例中，机械耦合的谐振器阵列允许在不显著降低Q因子的情况下进一步降低Rx。在制造期间，若干(N个)完全相同的单个谐振器可以与机械耦合梁耦合，机械耦合梁的尺寸为耦合所使用的任何位移模式中声波长的一半(或其倍数；例如，1/2、1、11/2，等等)。这迫使各个谐振器以单个谐振频率彼此同相移动。有效地，以这种方式机械耦合的谐振器阵列表现为具有类似Q因子的一个单个谐振器，但是对于每个添加的单独谐振器增加了耦合或电极。图13示出了包括经由耦合梁1301C机械耦合的两个谐振器1301A和1301B的示例性谐振器。示例性谐振器包括端口1302、1303、1304和1305。
类似地，通过使用电耦合或四分之一波长机械耦合梁(或其奇数倍；例如，1/4、3/4、5/4等)的多个谐振器(或谐振器阵列)的使得谐振器动态异相的耦合可以产生加宽的通带滤波器。这样的滤波器同样可以用在本文公开的系统中，以允许比单个谐振器提供的更大的接收带宽、更平坦的通带或更快的信道外频率滤波器滚降。
在一些实施例中，谐振器的端口可以连接到以下当中的两项或更多项：反馈元件的端口、调谐元件的端口和响应感测元件的端口。在一些实施例中，响应感测元件可以感测来自天线的传入信号的响应(例如，振幅、能量、功率)。在一些实施例中，响应感测元件的输出端可以至少部分地基于来自天线的传入信号的响应(例如，振幅、能量、功率)。在一些实施例中，响应感测元件可以至少部分地基于来自天线的传入信号向反馈元件或调谐元件提供输出。在一些实施例中，响应感测元件可以耦合到与用于RF输入(例如，来自天线)的端口相同的端口。
在示意图和描述中，响应感测元件(例如，检测器)可以以多种方式实现。在使用二极管符号(简单的检测器)绘制时，可以使用以下中的任意一项或任意组合来制作检测器：包络检测器、电压峰值检测器、Vrms检测器、二极管检测器、功率(或能量)检测器、电压平方检测器、陷波滤波器、非线性滤波器、非线性陷波滤波器，以及甚至基于计数器的系统(对频率上或频率外信号之间的周期或频率的差异进行计数)。
在一些实施例中，谐振器的谐振频率可以与目标频率(例如，标记频率)不同，这归因于以下一些因素中的一项或多项：设备制造变化(例如，由于以下各项中的变化：膜沉积厚度、刻蚀底切、光刻)、谐振器温度的改变(例如，由于环境温度的改变)，以及谐振器的机械特性的改变(例如，蠕变、疲劳、应力松弛)。在一些实施例中，可以通过激光微调一个或多个谐振器元件来调谐谐振器的谐振频率。在一些实施例中，可以使用谐振器(例如，温控烘箱)的有源温度控制将谐振器的谐振频率调谐到目标频率。基于有源温度控制的谐振频率调谐可以消除由于环境温度的改变引起的谐振频率漂移。利用有源温度控制的谐振频率调谐可以通过调谐温度控制设定点将谐振器驱动到目标频率来校正由于设备变化引起的谐振频率变化。
在一些实施例中，谐振器和调谐元件被设计为允许谐振器谐振频率的足够宽的调谐范围以应对在制造和使用期间遇到的任何变化。在一些实施例中，控制器提供激活片上或片外频率参考(例如，基于石英的谐振器或振荡器或其它形式的频率参考)以提供频率参考信号的指令。在一些实施例中，频率参考信号处于谐振器的目标谐振频率(独立于谐振器的谐振频率)。在一些实施例中，频率参考信号可以低于或高于目标谐振频率。在一些实施例中，频率合成器可以使用频率参考信号来基于数值倍频因子生成目标谐振频率。在一些实施例中，倍频器可以小于1或大于1。在一些实施例中，控制器提供将目标谐振频率应用于谐振器输入的指令。控制器指示调谐元件调节谐振器的谐振频率(例如，通过改变调谐电容器、通过调节DC电压偏置)。在一个实施例中，在目标谐振频率的输入振幅固定的情况下，控制器指示调谐元件扫过谐振器可实现的谐振频率范围(例如，如果调谐元件利用可变电容控制谐振频率，那么扫过一系列电容值)，同时经由响应感测元件的输出捕获谐振器的响应。控制器指示调谐元件将谐振器的谐振频率调节到响应感测元件检测到最大响应处的值。
在一些实施例中，还可以通过使用频率差检测器(例如，结合一个或多个分频器、乘法器、分数N体系架构、相位检测器和/或其它典型的PLL体系架构或其它频率比较系统(例如，频率计数器)的模拟或数字锁相环(PLL))将外部参考频率(例如，时钟)或目标谐振频率与谐振器谐振频率进行比较，来实现频率调谐。在一些实施例中，外部参考频率通过数值倍频因子与谐振器的目标谐振频率(独立于谐振器的谐振频率)相关。在一些实施例中，谐振器可以配置有环路增益>1以形成振荡器，并且在频率差检测器的比较中使用来自谐振器的振荡的响应信号(例如，以驱动分频器或分数N电路系统或其它PLL电路配置)。在一些实施例中，通过调谐元件的谐振器谐振频率到外部参考频率的锁定(扫描谐振频率)然后允许所需的调谐参数的测量，其然后可以由调谐元件应用以甚至在断开PLL和外部参考频率之后调谐谐振器。
在一些实施例中，控制器基于设定的时间表执行任何上述谐振器频率调谐处理。在一些实施例中，控制器基于以下当中的一项或多项来执行上述谐振器频率调谐处理中的任何一项：谐振器温度、自上次调谐以来经过的时间、最后调谐调节的幅度等。通过根据需要执行谐振器频率调谐处理，可以实现显著的功率节省。谐振频率调谐的调度允许校正缓慢漂移的谐振频率并确保谐振器的长期灵敏度。
图14图示了结合频率参考的系统的示例性示意图。高稳定性参考振荡器1401输出被馈送到频率比较器和修剪电路1402。频率比较器和修剪电路1402的输出被馈送到可调谐振荡器1403。可调谐振荡器1403的输出被馈送到需要调谐的谐振器(未示出)。可调谐振荡器1403的输出也被反馈到频率比较器和修剪电路1402。频率参考和调谐处理控制的激活由控制器管理。
谐振器谐振频率调谐可以基于使用上述方法之一的谐振频率的测量结果，或者基于对于谐振频率变化的一些源的谐振器的存储信息。例如，表征谐振器的谐振频率随温度的变化的温度-谐振频率信息可以用于调谐谐振频率。在一些实施例中，可以基于与谐振器相关联的温度的测量结果和存储的温度-谐振频率信息来调谐谐振器的谐振频率。在另一个示例中，特定于给定谐振器的谐振频率信息(例如，给定谐振器的谐振频率(例如，基于制造变化))可以用于调谐谐振频率。
在一些实施例中，用于使用RF超再生接收器接收数据的相同电路可以用于实现RF发送操作。在频率被调谐到与要发送的数据对应的频率(例如，“0”或“1”)并且放大器被设置为所选择的增益的情况下，可以生成并发送连续的RF载波。要发送的数据可以用于改变谐振器的调谐频率，同时谐振器的输出被放大并连接到天线。
在一些实施例中，接收器中的谐振器的频率调谐能力附加地允许谐振器系统(例如，耦合到反馈元件的基于MEMS的谐振器)作为FSK或其它基于频率调制的发送器操作，从而在一个简单的设备中实现完整的收发器。在一些实施例中，基于MEMS的系统作为闭环振荡器(环路增益设置为高于1)操作，其中经由在MEMS谐振器的一个或多个电极上施加的调谐电压启用FSK调制，这种发送器在感兴趣的RF频率处提供直接载波生成，而没有先前基于PLL的MEMS发送器的高耗电复杂性。在一些实施例中，代替施加的调谐电压，连接到谐振器的一个或多个端口的可变电容的使用可以被用来移位频率。类似地，在一些实施例中，通过改变反馈元件的增益可以影响振幅调制。附加的实施例可以使用基于MEMS(或其它谐振器)的振荡器作为标准分数N(以及其它配置)PLL合成器的可调谐参考，以产生用于传输的经调制的载波。在一些实施例中，可以包括功率放大器和开关电路系统以产生期望的传输功率和共享的天线接入。
本领域技术人员将认识到的是，本公开中描述的谐振器可以选自(但不限于)以下当中的一项或多项：梳状驱动谐振器、压电耦合谐振器、环形谐振器、轮廓模式环形谐振器、lamb波谐振器、轮廓模式谐振器、酒杯盘谐振器、酒杯环谐振器、Lame模式谐振器、条形谐振器、弯曲梁谐振器、膜谐振器、梳状驱动弯曲模式谐振器、中心支撑盘谐振器、表面声波(SAW)设备、体声波(BAW)设备、薄膜体声波谐振器(FBAR)设备、横向过模量体声波谐振器(LOBAR)设备、压电致动谐振器、内部电介质致动谐振器、具有从半导体结形成的电容耦合的内部换能谐振器，以及前述的组合。在一些实施例中，这里描述的系统和方法可以应用于使用电感器、电容器和电阻器的任意组合的谐振器系统。在一些实施例中，可以使用片上或片外谐振器技术，例如石英或电感器-电容器谐振器。在一些实施例中，所公开的超再生接收器系统和方法可以在振荡器中使用或与振荡器一起使用，而没有RF无线信号耦合到振荡器。
在给定实施例中描述的具体操作频率是示例性的。频率可以是所使用的具体协议期望的任何值或范围。类似地，Q因子可以是具体谐振器设计所期望的任何值或范围。类似地，可以基于任何要求(例如，技术要求、商业要求)来选择谐振器的尺寸。
在一些实施例中，可以使用市售CMOS工艺、CMOS兼容的MEMS工艺、非CMOS兼容的MEMS工艺或其组合来制造谐振器。在一些实施例中，可以使用组合(例如，横向、堆叠)的两个或更多个基板来组装谐振器以形成谐振器，其中每个基板使用市售的CMOS工艺、CMOS兼容的MEMS工艺、非CMOS兼容的MEMS工艺或其组合来制造。在一些实施例中，可以通过堆叠、键合和图案化一个或多个基板来制造谐振器(例如，从键合到标准厚度硅基板的10um厚的硅基板制造的谐振器)。
用于制造本文所述的基于压电换能的lamb波MEMS的谐振器的示例性工艺在图15和图16中示出。制造工艺开始于硅基板(图15A)，其中氧化物(SiO2)层(层1)和金属层(层2)沉积在顶部(图15B)。金属层(层2)使用第一掩模(例如，使用光刻胶和光刻)被图案化并被刻蚀(例如，使用等离子体或湿法刻蚀)(图15C)。在图案化的基板上沉积氮化铝层(层3)。氮化铝层(层3)使用第二掩模被图案化并被刻蚀(例如，使用Cl2/BCl3等离子体)(图15D)。在图案化的基板上沉积第二金属层(层4)(图16A)。第二金属层(层4)使用第三掩模被图案化并被刻蚀(图16B)。氮化铝层(层3)和氧化物层(层1)使用第四掩模被图案化并被刻蚀(例如，使用等离子体或湿法刻蚀)(图16C)。然后使用XeF2气和气相HF刻蚀图案化的结构以创建由支撑梁(未示出)支撑的悬置的AlN板(使用层3)，顶部具有可选电极(使用图案化的层4)并且底部具有可选电极(使用图案化的层2)(图16D)。可以通过沿着每个电极的一个或多个支撑梁延伸一条或多条迹线来建立与AlN板上的层2电极或层4电极的电接触。
MEMS谐振器的气密密封可能是必要的，以减少老化效应并防止随环境因素的变化。这可以经由对谐振器的气密封装密封或芯片级气密密封工艺来实现。芯片级工艺可以适合大规模生产，因为它的成本和复杂性较低。虽然使用的确切技术取决于代工厂和MEMS/谐振器工艺，但是存在许多这样的芯片级工艺。
在一些实施例中，构建完整的市场准备产品的挑战可以包括组装，其中MEMS管芯可以使用传统的多芯片引线键合利用楔形或球形键与CMOS管芯引线键合在一起，并且这些管芯并排或堆叠。用于更紧密集成和更低封装成本的替代方法可以包括倒装芯片或全晶圆键合，或者甚至直接在CMOS之上的MEMS制造。
在一些实施例中，较高级堆栈部件的设计是完整无线电芯片组的功耗的重要部分。这包括低级硬件控制器电路系统、大多数协议所需的数据处理和更高级软件堆栈，以及最终用途应用所需的通用微处理能力。为此，需要低功率设计，在一些实施例中，其可以包括亚阈值电路设计，或者在与其它部件相同的封装中包括附加的功率优化的IC管芯以提供低功率ARM核或类似物。在这样做时，价格或功率优化的CMOS节点可以用于RF部件，而更昂贵但性能更高的节点可以用于微处理器。
如本文所使用的，在说明书和权利要求中，除非明确相反地指出，否则“耦合”应当理解为意为电容性地、电感性地、电阻性地(例如，使用引线或迹线电连接)中的至少一个耦合或经由压电效应耦合。
如本文所使用的，除非明确相反地指示，否则说明书和权利要求书中的“控制器”指的是存在于无线电芯片组的堆叠中的任何地方(包括物理层)的处理单元。
虽然本文已经描述和图示了各种实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文所述的功能或获得本文所述的结果或一个或多个优点的各种其它手段或结构。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、维度、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、维度、材料或配置将取决于使用所公开的教导的一个或多个具体应用。本领域技术人员将认识到或能够使用不超过常规的实验确定本文所述的具体实施例的等同物。因此，应该理解的是，前述实施例仅通过示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，实施例可以不同于具体描述和要求保护的方式实践。本公开的实施例针对本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件或方法。此外，如果这些特征、系统、物品、材料、套件或方法不相互矛盾，那么来自不同实施例的两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、套件或方法的任何组合都包括在本公开的范围内。
可以以多种方式中的任何一种来实现上述实施例。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实现实施例。当在软件中实现时，软件代码可以在一个或多个处理单元上执行，无论是设置在单个计算机中还是分布在多个计算机之间。
而且，计算机可以具有一个或多个输入和输出设备。这些设备另外还可以用于呈现用户界面。可以用于提供用户界面的输出设备的示例包括用于输出的视觉呈现的打印机或显示屏和用于输出的可听呈现的扬声器或其它声音生成设备。可以用于用户界面的输入设备的示例包括键盘和指示设备，诸如鼠标、触摸板和数字化平板电脑。作为另一个示例，计算机可以通过语音识别或其它可听格式接收输入信息。
这些计算机可以通过一个或多个网络以任何合适的形式互连，包括局域网或广域网，诸如企业网络，以及智能网络(IN)或互联网。这些网络可以基于任何合适的技术，并且可以根据任何合适的协议操作，并且可以包括无线网络、有线网络或光纤网络。
被采用以实现本文描述的功能的至少一部分的计算机可以包括一个或多个存储器单元、一个或多个处理单元(本文也简称为“处理器”)、一个或多个通信接口、一个或多个显示单元和一个或多个用户输入设备。存储器单元可以包括任何计算机可读介质，并且可以存储用于实现本文描述的各种功能的计算机指令(本文也称为“处理器可执行指令”)。处理单元(例如，任何合适的控制器(例如，可编程控制器、ASIC、FPGA)、核(例如，CPU、GPU、DSP、SoC)，或其任意组合)可以用于执行指令。(一个或多个)通信接口可以耦合到有线或无线网络、总线或其它通信工具，并且因此可以允许计算机向相同设备中的部件或其它设备发送通信或从相同设备中的部件或其它设备接收通信。例如，可以提供(一个或多个)显示单元以允许用户查看与指令的执行有关的各种信息。例如，可以提供(一个或多个)用户输入设备以允许用户在指令的执行期间进行手动调节、进行选择、输入数据或各种其它信息、或者以各种方式中的任何一种与处理器进行交互。
本文概述的各种方法或处理可以被编码为可在采用各种操作系统或平台中的任何一种的一个或多个处理器上执行的软件。此外，这样的软件可以使用若干合适的编程语言或编程或脚本工具中的任何一种来编写，并且还可以被编译为在框架或虚拟机上执行的可执行机器语言代码或中间代码。
本文描述的概念可以被实现为编码有一个或多个程序的计算机可读介质(或多个计算机可读介质)(例如，计算机存储器、一个或多个软盘、紧凑盘、光盘、磁带、闪存、以现场可编程门阵列或其它半导体设备的电路构造、或其它非瞬态介质或有形计算机存储介质)，所述一个或多个程序当在一个或多个处理单元或计算机上执行时，执行实现本文描述的各种实施例的方法。计算机可读介质可以是可运输的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到一个或多个不同的处理单元或计算机上，以实现本文描述的各个方面和实施例。
本文使用的术语“程序”或“软件”在一般意义上是指可以用于对处理单元或计算机进行编程以实现如本文所述的实施例的各个方面的任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集。此外，根据一个方面，一个或多个计算机程序在执行时执行本文描述的方法或操作而不需要驻留在处理单元或计算机上，但是可以以模块化方式在多个不同处理单元或计算机之间分布以实现各种本文描述的各个方面或实施例。
计算机可执行指令可以是以许多形式，诸如由一个或多个计算机或其它设备执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件或数据结构。通常，程序模块的功能可以根据需要在各种实施例中组合或分布。
数据结构可以以任何合适的形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可以被示出为具有通过数据结构中的地点相关的字段。这种关系同样可以通过为字段分配存储来实现，所述字段在计算机可读介质中具有传达字段之间的关系的地点。可以使用任何合适的机制来在数据结构的字段中的信息之间建立关系，包括通过使用指针、标签或在数据元素之间建立关系的其它机制。
本文描述的概念可以实现为已经提供了其示例的一个或多个方法。除非本文另有限制，否则作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造以不同于所示的次序执行动作的实施例，其可以包括同时执行一些动作，即使在示例性实施例中示为顺序动作。
除非明确相反指示，否则本说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应理解为意为“至少一个”。
除非另有说明，否则对“或”的引用可以被解释为逻辑非排他性的，或者使用“或”描述的任何项可以指示所描述的项中的单个、多于一个和全部。
在权利要求以及以上说明书中，诸如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“由……组成”等的所有过渡短语应该被理解为开放式的，即，意味着包括但不限于。
通过引用并入
本文引用的所有参考文献、文章、出版物、专利、专利出版物和专利申请通过引用整体并入用于所有目的。但是，本文引用的任何参考文献、文章、出版物、专利、专利出版物和专利申请的提及不是也不应当被视为承认或任何形式的暗示它构成有效的现有技术或形成世界上任何国家的公知常识的一部分，或者公开必要事项。
本发明的进一步的实施例
本公开所考虑的其它主题在以下编号的实施例中阐述：
1、一种RF接收器，包括：
谐振器，包括两个或更多个电极，其中所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，并且所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极；以及
反馈元件，耦合到所述至少一个反馈电极，其中所述反馈元件具有增益，所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，并且所述增益被控制以在单个符号的周期期间通过至少一个中间值从第一值改变到第二值。
2、如实施例1所述的RF接收器，其中所述反馈元件包括受控阻抗元件。
3、如实施例1-2中的任一项所述的RF接收器，其中所述两个或更多个电极包括至少两个反馈电极，并且所述受控阻抗元件差分地耦合到所述至少两个反馈电极。
4、如实施例1-3中的任一项所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少一个反馈电极中的至少一个在单个符号的周期的至少一部分期间耦合到耗散元件。
5、如实施例1所述的RF接收器，其中所述两个或更多个电极包括至少两个反馈电极，所述反馈元件包括闭环反馈元件，并且所述闭环反馈元件耦合到所述至少两个反馈电极。
6、如实施例5所述的RF接收器，其中所述谐振器包括四个或更多个电极，所述四个或更多个电极包括至少四个反馈电极，并且所述闭环反馈元件差分地耦合到所述至少四个反馈电极。
7、如实施例5所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少两个反馈电极中的至少一个在单个符号的周期的至少一部分期间耦合到耗散元件。
8、如实施例5所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少两个反馈电极中的至少两个在单个符号的周期的至少一部分期间经由到彼此的耗散元件彼此耦合。
9、如实施例1-8中的任一项所述的RF接收器，还包括：
调谐元件，耦合到至少一个调谐电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个调谐电极，所述调谐元件由一个或多个频率控制信号控制，并且谐振器的谐振频率由调谐元件控制。
10、如实施例9所述的RF接收器，其中调谐元件包括一个或多个电容器，所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号控制调谐元件的输出电容，并且谐振频率至少部分地基于调谐元件的输出电容。
11、如实施例9所述的RF接收器，其中调谐元件包括电压源，所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号控制调谐元件的输出电压，并且谐振频率至少部分地基于所述调谐元件的输出电压。
12、如实施例9-11中的任一项所述的RF接收器，其中所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号至少部分地基于与谐振器相关联的温度。
13、如实施例9-12中的任一项所述的RF接收器，其中所述至少一个反馈电极中的至少一个和所述至少一个调谐电极中的至少一个耦合到所述两个或更多个电极中的第一电极。
14、如实施例9-13中的任一项所述的RF接收器，还包括：
响应感测元件，耦合到至少一个响应感测电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个响应感测电极，所述响应感测元件的输出至少部分地基于谐振器的响应，并且频率控制信号中的至少一个频率控制信号至少部分地基于响应感测元件的输出。
15、如实施例14所述的RF接收器，其中谐振器的响应是所述至少一个响应感测电极中的至少一个上的电压的振幅，并且谐振频率至少部分地基于响应感测元件的输出。
16、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益，所述中间值对应于在零和一之间的环路增益，并且所述第二值对应于为一或更大的环路增益。
17、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益。
18、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，所述中间值对应于环路增益小于一。
19、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述增益在单个符号的周期的至少一部分期间改变到负值。
20、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益的所述第一值对应于反馈元件具有负增益。
21、如实施例1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述中间值是可控的，并且所述中间值可以从两个或更多个目标值中选择。
22、如实施例1-21中的一项所述的RF接收器，其中谐振器类型至少包括以下MEMS类别中的至少一个：表面微机械加工的微机械结构、体微机械加工的微机械结构、可压电致动的微机械结构以及可电容致动的微机械结构。
23、如实施例1-22中的一项所述的RF接收器，其中所述谐振器具有增益等于所述第一值的第一Q因子，谐振器具有增益等于所述中间值的第二Q因子，并且第一Q因子与第二Q因子不同。
24、如实施例1-23中的一项所述的RF接收器，还包括：
响应感测元件，耦合到至少一个响应感测电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个响应感测电极，并且所述响应感测元件的输出至少部分地基于谐振器的响应。
25、如实施例24所述的RF接收器，其中所述谐振器具有增益等于所述第一值的第一Q因子，谐振器具有增益等于所述中间值的第二Q因子，并且第一Q因子与第二Q因子不同。
26、如实施例24-25中的一项所述的RF接收器，其中谐振器的响应是所述至少一个响应感测电极中的至少一个上的电压的振幅。
27、如实施例24-25中的一项所述的RF接收器，其中谐振器的响应是使用所述至少一个响应感测电极中的至少一个感测到的电流的幅度。
28、如实施例24-27中的一项所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号至少部分地基于响应感测元件的输出。
29、如实施例24-28中的一项所述的RF接收器，其中第一值、第二值或中间值中的至少一个至少部分地基于响应感测元件的输出。
30、如实施例4、7和8中的一项所述的RF接收器，其中耗散元件包括电阻元件。

Claims (43)

1.一种RF接收器，包括：
谐振器，包括两个或更多个电极，其中所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，并且所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极；以及
反馈元件，耦合到所述至少一个反馈电极，其中所述反馈元件具有增益，所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，并且所述增益被控制以在单个符号的周期期间通过至少一个中间值从第一值改变到第二值。
2.如权利要求1所述的RF接收器，其中所述反馈元件包括受控阻抗元件。
3.如权利要求2所述的RF接收器，其中所述两个或更多个电极包括至少两个反馈电极，并且所述受控阻抗元件差分地耦合到所述至少两个反馈电极。
4.如权利要求2所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少一个反馈电极中的至少一个在单个符号的周期的至少一部分期间耦合到耗散元件。
5.如权利要求1所述的RF接收器，其中所述两个或更多个电极包括至少两个反馈电极，所述反馈元件包括闭环反馈元件，并且所述闭环反馈元件耦合到所述至少两个反馈电极。
6.如权利要求5所述的RF接收器，其中所述谐振器包括四个或更多个电极，所述四个或更多个电极包括至少四个反馈电极，并且所述闭环反馈元件差分地耦合到所述至少四个反馈电极。
7.如权利要求5所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少两个反馈电极中的至少一个在单个符号的周期的至少一部分期间耦合到耗散元件。
8.如权利要求5所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述至少两个反馈电极中的至少两个在单个符号的周期的至少一部分期间经由到彼此的耗散元件彼此耦合。
9.如权利要求1所述的RF接收器，还包括：
调谐元件，耦合到至少一个调谐电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个调谐电极，所述调谐元件由一个或多个频率控制信号控制，并且谐振器的谐振频率由调谐元件控制。
10.如权利要求9所述的RF接收器，其中调谐元件包括一个或多个电容器，所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号控制调谐元件的输出电容，并且谐振频率至少部分地基于调谐元件的输出电容。
11.如权利要求9所述的RF接收器，其中调谐元件包括电压源，所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号控制调谐元件的输出电压，并且谐振频率至少部分地基于所述调谐元件的输出电压。
12.如权利要求9所述的RF接收器，其中所述一个或多个频率控制信号中的至少一个频率控制信号至少部分地基于与谐振器相关联的温度。
13.如权利要求9所述的RF接收器，其中所述至少一个反馈电极中的至少一个和所述至少一个调谐电极中的至少一个耦合到所述两个或更多个电极中的第一电极。
14.如权利要求9所述的RF接收器，还包括：
响应感测元件，耦合到至少一个响应感测电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个响应感测电极，所述响应感测元件的输出至少部分地基于谐振器的响应，并且频率控制信号中的至少一个频率控制信号至少部分地基于响应感测元件的输出。
15.如权利要求14所述的RF接收器，其中谐振器的响应是所述至少一个响应感测电极中的至少一个上的电压的振幅，并且谐振频率至少部分地基于响应感测元件的输出。
16.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益，所述中间值对应于在零和一之间的环路增益，并且所述第二值对应于为一或更大的环路增益。
17.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，并且所述第一值对应于为零或更小的环路增益。
18.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益是环路增益，并且所述中间值对应于环路增益小于一。
19.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号控制所述增益在单个符号的周期的至少一部分期间改变到负值。
20.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述增益的所述第一值对应于反馈元件具有负增益。
21.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述中间值是可控的，并且所述中间值可以从两个或更多个目标值中选择。
22.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中谐振器类型至少包括以下MEMS类别中的至少一个：表面微机械加工的微机械结构、体微机械加工的微机械结构、可压电致动的微机械结构以及可电容致动的微机械结构。
23.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，其中所述谐振器具有增益等于所述第一值的第一Q因子，谐振器具有增益等于所述中间值的第二Q因子，并且第一Q因子与第二Q因子不同。
24.如权利要求1-15中的一项所述的RF接收器，还包括：
响应感测元件，耦合到至少一个响应感测电极，其中所述两个或更多个电极包括所述至少一个响应感测电极，并且所述响应感测元件的输出至少部分地基于谐振器的响应。
25.如权利要求24所述的RF接收器，其中所述谐振器具有增益等于所述第一值的第一Q因子，谐振器具有增益等于所述中间值的第二Q因子，并且第一Q因子与第二Q因子不同。
26.如权利要求24所述的RF接收器，其中谐振器的响应是所述至少一个响应感测电极中的至少一个上的电压的振幅。
27.如权利要求24所述的RF接收器，其中谐振器的响应是使用所述至少一个响应感测电极中的至少一个感测到的电流的幅度。
28.如权利要求24所述的RF接收器，其中所述一个或多个反馈控制信号中的至少一个反馈控制信号至少部分地基于响应感测元件的输出。
29.如权利要求24所述的RF接收器，其中第一值、第二值或中间值中的至少一个至少部分地基于响应感测元件的输出。
30.如权利要求4、7或8所述的RF接收器，其中耗散元件包括电阻元件。
31.一种使用RF接收器从无线信号捕获符号数据的系统，所述系统包括：
谐振器，包括两个或更多个电极，其中所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，并且所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极；
反馈元件，耦合到所述至少一个反馈电极，其中所述反馈元件具有增益，并且所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制；
一个或多个处理器；以及
一个或多个存储器，操作性地耦合到所述一个或多个处理器中的至少一个处理器并且其上存储有指令，所述指令当由所述一个或多个处理器中的至少一个处理器执行时，使得所述系统：
提供在单个符号的周期的第一部分期间将增益设置为第一值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第一数据的至少一个反馈控制信号被设置；
提供在单个符号的周期的第二部分期间将增益设置为中间值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第二数据的至少一个反馈控制信号被设置，并且所述中间值在第一值和第二值之间；以及
提供在单个符号的周期的第三部分期间将增益设置为第二值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第三数据的至少一个反馈控制信号被设置。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益，所述中间值对应于在零和一之间的环路增益，并且所述第二值对应于为一或更大的环路增益。
33.一种使用RF接收器从无线信号捕获符号数据的计算机实现的方法，其中所述RF接收器包括谐振器和反馈元件，所述谐振器包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极，所述反馈元件耦合到所述至少一个反馈电极，所述反馈元件具有增益，并且所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，所述方法包括：
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第一部分期间将增益设置为第一值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第一数据的至少一个反馈控制信号被设置；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第二部分期间将增益设置为中间值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第二数据的至少一个反馈控制信号被设置，并且所述中间值在第一值和第二值之间；以及
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第三部分期间将增益设置为第二值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第三数据的至少一个反馈控制信号被设置。
34.如权利要求33所述的方法，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益，所述中间值对应于在零和一之间的环路增益，并且所述第二值对应于为一或更大的环路增益。
35.一种或多种存储用于使用RF接收器从无线信号捕获符号数据的指令的计算机可读介质，其中所述RF接收器包括谐振器和反馈元件，所述谐振器包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极，所述反馈元件耦合到所述至少一个反馈电极，所述反馈元件具有增益，并且所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，其中所述指令当被一个或多个计算设备执行时，使得所述一个或多个计算设备中的至少一个计算设备：
提供在单个符号的周期的第一部分期间将增益设置为第一值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第一数据的至少一个反馈控制信号被设置；
提供在单个符号的周期的第二部分期间将增益设置为中间值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第二数据的至少一个反馈控制信号被设置，并且所述中间值在第一值和第二值之间；以及
提供在单个符号的周期的第三部分期间将增益设置为第二值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第三数据的至少一个反馈控制信号被设置。
36.如权利要求35所述的计算机可读介质，其中所述增益是环路增益，所述第一值对应于为零或更小的环路增益，所述中间值对应于在零和一之间的环路增益，并且所述第二值对应于为一或更大的环路增益。
37.一种RF接收器，包括：
两个或更多个谐振器，其中所述两个或更多个谐振器中的每一个谐振器包括两个或更多个电极，其中谐振器的所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到相应的谐振器的所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极；
反馈元件，耦合到至少一个端口，其中所述反馈元件具有增益，所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，并且所述增益被控制以在单个符号的周期期间通过至少一个中间值从第一值改变到第二值；以及
开关，被配置为将所述至少一个端口中的每一个端口耦合到有源谐振器的两个或更多个电极中的至少一个电极，其中所述有源谐振器是至少部分地基于一个或多个谐振器选择信号从所述两个或更多个谐振器选择的。
38.如权利要求37所述的RF接收器，其中所述两个或更多个谐振器中的第一谐振器具有第一谐振频率，所述第一谐振频率在第一谐振频率范围内可调谐，所述两个或更多个谐振器中的第二谐振器具有第二谐振频率，所述第二谐振频率在第二谐振频率范围内可调谐，并且第一谐振频率范围与第二谐振频率范围不同。
39.一种使用RF接收器从无线信号捕获符号数据的系统，所述系统包括：
两个或更多个谐振器，其中所述两个或更多个谐振器中的每一个谐振器包括两个或更多个电极，其中谐振器的所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到相应的谐振器的所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极；
反馈元件，耦合到至少一个端口，其中所述反馈元件具有增益，并且所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制；
开关，被配置为将所述至少一个端口中的每一个端口耦合到有源谐振器的两个或更多个电极中的至少一个电极，其中所述有源谐振器是至少部分地基于一个或多个谐振器选择信号从所述两个或更多个谐振器选择的；
一个或多个处理器；以及
一个或多个存储器，操作性地耦合到所述一个或多个处理器中的至少一个处理器并且其上存储有指令，所述指令当由所述一个或多个处理器中的至少一个处理器执行时，使得所述系统：
提供选择所述两个或更多个谐振器中的第一谐振器作为所述有源谐振器的指令，其中所述第一谐振器至少部分地基于一个或多个谐振器选择信号中的包括第一数据的至少一个谐振器选择信号被选择作为所述有源谐振器；
提供在单个符号的周期的第一部分期间将增益设置为第一值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第二数据的至少一个反馈控制信号被设置；
提供在单个符号的周期的第二部分期间将增益设置为中间值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第三数据的至少一个反馈控制信号被设置，并且所述中间值在第一值和第二值之间；以及
提供在单个符号的周期的第三部分期间将增益设置为第二值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第四数据的至少一个反馈控制信号被设置。
40.一种使用RF接收器从无线信号捕获符号数据的计算机实现的方法，其中所述RF接收器包括两个或更多个谐振器、反馈元件和开关，所述两个或更多个谐振器中的每一个谐振器包括两个或更多个电极，谐振器的所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到相应的谐振器的所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，所述反馈元件耦合到至少一个端口，所述反馈元件具有增益，所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，所述开关被配置为将所述至少一个端口中的每一个端口耦合到有源谐振器的两个或更多个电极中的至少一个电极，并且所述有源谐振器是至少部分地基于一个或多个谐振器选择信号从所述两个或更多个谐振器选择的，所述方法包括：
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供选择所述两个或更多个谐振器中的第一谐振器作为所述有源谐振器的指令，其中所述第一谐振器至少部分地基于一个或多个谐振器选择信号中的包括第一数据的至少一个谐振器选择信号被选择作为所述有源谐振器；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第一部分期间将增益设置为第一值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第二数据的至少一个反馈控制信号被设置；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第二部分期间将增益设置为中间值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第三数据的至少一个反馈控制信号被设置，并且所述中间值在第一值和第二值之间；以及
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供在单个符号的周期的第三部分期间将增益设置为第二值的指令，其中所述增益至少部分地基于所述一个或多个反馈控制信号中包括第四数据的至少一个反馈控制信号被设置。
41.一种调谐RF接收器的谐振频率的计算机实现的方法，其中所述RF接收器包括谐振器、调谐元件、响应感测元件和频率源，所述谐振器包括两个或更多个电极，所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，所述两个或更多个电极包括至少一个调谐电极，所述两个或更多个电极包括至少一个响应感测电极，所述两个或更多个电极包括至少一个驱动电极，所述调谐元件耦合到所述至少一个调谐电极，所述调谐元件由一个或多个频率控制信号控制，谐振器的谐振频率由调谐元件控制，响应感测元件耦合到至少一个响应感测电极，响应感测元件的输出至少部分地基于谐振器的响应，频率源耦合到至少一个驱动电极，频率源具有带有参考频率的频率参考信号，频率源具有带有目标谐振频率的目标谐振频率信号，并且目标谐振频率是参考频率的倍数，所述方法包括：
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供控制频率源以使用目标谐振频率信号来驱动谐振器的指令；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供控制调谐元件以调节谐振器的谐振频率的指令；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器捕获响应感测元件的输出；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器至少部分地基于所捕获的响应感测元件的输出来确定调谐值；以及
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供将所述调谐元件控制到调谐值的指令。
42.一种调谐谐振器的谐振频率的计算机实现的方法，其中所述谐振器包括两个或更多个电极、反馈元件、调谐元件和频率差检测器，所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极，所述两个或更多个电极包括至少一个调谐电极，所述两个或更多个电极包括至少一个感测电极，反馈元件耦合到所述至少一个反馈电极，所述反馈元件具有环路增益，所述环路增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，调谐元件耦合到至少一个调谐电极，调谐元件由一个或多个频率控制信号控制，谐振器的谐振频率由调谐元件控制，频率差检测器耦合到至少一个感测电极，并且频率差检测器具有带有参考频率的频率参考信号，所述方法包括：
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供控制反馈元件以将环路增益设置为一或更大的指令，其中谐振器至少部分地基于谐振频率在振荡频率处产生振荡；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供控制调谐元件以调节谐振频率的指令；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器并使用所述频率差检测器，确定振荡频率信号与所述频率参考信号之间的关系，其中所述振荡频率信号至少部分地基于所述振荡频率；
由一个或多个处理器中的至少一个处理器至少部分地基于所确定的关系确定调谐值；以及
由一个或多个处理器中的至少一个处理器提供将所述调谐元件控制到调谐值的指令。
43.一种RF接收器，包括：
谐振器，包括两个或更多个电极，其中所述两个或更多个电极中的每一个电极耦合到所述两个或更多个电极中的至少一个其它电极，并且所述两个或更多个电极包括至少一个反馈电极；以及
反馈元件，耦合到所述至少一个反馈电极，其中所述反馈元件具有增益，所述增益至少部分地基于一个或多个反馈控制信号被控制，并且所述增益被控制以在单个符号的周期期间将谐振器的Q因子通过至少一个中间值从第一值改变到第二值。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110546890B (zh) 2017-02-11 2021-09-21 穆麦克股份有限公司 具有改善频率区分的超再生收发器
CN108126850A (zh) * 2017-12-29 2018-06-08 大连纳思达汽车设备有限公司 智能喷漆机器人系统
WO2020118095A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 OctoTech, Inc. Rf receiver architectures with parametric circuits
CN110083974B (zh) * 2019-05-13 2020-10-23 广东工业大学 通信与传感分离的射频传感器模型构建方法及射频传感器
US11147018B2 (en) * 2019-10-16 2021-10-12 Silicon Laboratories, Inc. System and method for low power Z-wave beaming detection
EP4066455A4 (en) * 2019-11-27 2023-12-27 Faraidoon Pundole TELEMESURE AND COMMUNICATION WITH A REMOTE DEVICE
WO2023210267A1 (ja) * 2022-04-28 2023-11-02 株式会社村田製作所 受信装置および通信装置

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5491604A (en) * 1992-12-11 1996-02-13 The Regents Of The University Of California Q-controlled microresonators and tunable electronic filters using such resonators
US5839062A (en) * 1994-03-18 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Mixing, modulation and demodulation via electromechanical resonators
US5630216A (en) * 1994-09-06 1997-05-13 The Regents Of The University Of California Micropower RF transponder with superregenerative receiver and RF receiver with sampling mixer
CA2174882A1 (en) * 1995-05-19 1996-11-20 Kurt A. Dykema Trainable transmitter having variable gain control
US6424074B2 (en) * 1999-01-14 2002-07-23 The Regents Of The University Of Michigan Method and apparatus for upconverting and filtering an information signal utilizing a vibrating micromechanical device
US6577040B2 (en) * 1999-01-14 2003-06-10 The Regents Of The University Of Michigan Method and apparatus for generating a signal having at least one desired output frequency utilizing a bank of vibrating micromechanical devices
US6535545B1 (en) 1999-10-15 2003-03-18 Rf Waves Ltd. RF modem utilizing saw resonator and correlator and communications transceiver constructed therefrom
US6943484B2 (en) * 2001-12-06 2005-09-13 University Of Pittsburgh Tunable piezoelectric micro-mechanical resonator
US20060132261A1 (en) * 2003-07-10 2006-06-22 Tomiya Sonoda Tm010 mode resonator, oscillator and transceiver
US6870444B1 (en) * 2003-08-28 2005-03-22 Motorola, Inc. Electromechanical resonator and method of operating same
US7211926B2 (en) * 2005-03-09 2007-05-01 The Regents Of The University Of California Temperature compensated oscillator including MEMS resonator for frequency control
US7274270B2 (en) 2005-04-13 2007-09-25 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Resonator matching network
US7403756B1 (en) * 2006-11-22 2008-07-22 Rockwell Collins, Inc. Highly-integrated MEMS-based miniaturized transceiver
US7724103B2 (en) * 2007-02-13 2010-05-25 California Institute Of Technology Ultra-high frequency self-sustaining oscillators, coupled oscillators, voltage-controlled oscillators, and oscillator arrays based on vibrating nanoelectromechanical resonators
CN101013914B (zh) * 2007-02-15 2010-12-08 中兴通讯股份有限公司 一种用于wcdma移动终端的自动增益控制方法及装置
US7965745B2 (en) * 2007-06-13 2011-06-21 Oewaves, Inc. RF and microwave receivers based on electro-optic optical whispering gallery mode resonators
US8749315B2 (en) 2007-09-05 2014-06-10 Sitime Corporation Resonator electrode shields
US8493157B2 (en) * 2008-06-18 2013-07-23 Nxp B.V. MEMS resonator for filtering and mixing
US7999635B1 (en) 2008-07-29 2011-08-16 Silicon Laboratories Inc. Out-of plane MEMS resonator with static out-of-plane deflection
US8086208B2 (en) 2008-12-05 2011-12-27 Passif Semiconductor Corp. Passive wireless receiver
US8107565B2 (en) 2009-01-28 2012-01-31 Qualcomm Incorporated Automatic gain control (AGC) for OFDM-based transmission in a wireless communication network
US8156805B2 (en) 2009-04-15 2012-04-17 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS inertial sensor with frequency control and method
US8040117B2 (en) 2009-05-15 2011-10-18 Flextronics Ap, Llc Closed loop negative feedback system with low frequency modulated gain
EP2282404A1 (en) * 2009-08-03 2011-02-09 Nxp B.V. Frequency selection and amplifying device
US8717783B2 (en) * 2009-10-30 2014-05-06 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Method and apparatus for regulating gain within a resonant converter
WO2013016624A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 California Institute Of Technology Electromechanical oscillators, parametric oscillators, and torsional resonators based on piezoresistive nanowires
KR101844427B1 (ko) * 2011-09-02 2018-04-03 삼성전자주식회사 무선 전력을 이용한 통신 시스템
EP2647952B1 (en) * 2012-04-05 2017-11-15 Fairchild Semiconductor Corporation Mems device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
JP2014022766A (ja) * 2012-07-12 2014-02-03 Sony Corp 信号処理装置および方法、受信装置および方法、並びに、送信装置および方法
US8981860B2 (en) * 2012-12-20 2015-03-17 Silicon Laboratories Inc. Use of electronic attenuator for MEMS oscillator overdrive protection
JP6169725B2 (ja) * 2013-01-02 2017-07-26 オーイー・ソリューションズ・アメリカ・インコーポレーテッド 集積マッハツェンダ変調器を有する調整可能ｕレーザ送信機
US9136899B2 (en) 2013-06-03 2015-09-15 Texas Instruments Incorporated Built in self test and method for RF transceiver systems
KR101929242B1 (ko) * 2013-07-03 2018-12-17 삼성전자주식회사 주파수 선택도를 개선한 초재생 수신기 회로 및 초재생 수신 방법
US9404727B2 (en) 2013-09-16 2016-08-02 Texas Instruments Incorporated Inductive position sensing with single channel interface to multiple resonant sensors
WO2015126498A2 (en) 2013-12-02 2015-08-27 The Regents Of The University Of California Micromechanical frequency divider
US9595933B2 (en) * 2013-12-30 2017-03-14 Lansus Technologies Inc. Power amplifier device and circuits
US9712128B2 (en) * 2014-02-09 2017-07-18 Sitime Corporation Microelectromechanical resonator
FI126019B (en) * 2014-02-12 2016-05-31 Murata Manufacturing Co Drive circuit for a MEMS resonator
FI125611B (en) 2014-02-12 2015-12-15 Murata Manufacturing Co Drive circuit for starting a MEMS resonator
WO2015176041A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 The Regents Of The University Of California Active resonator system with tunable quality factor, frequency, and impedance
WO2015179407A1 (en) 2014-05-19 2015-11-26 The Regents Of The University Of California Mems-based regenerative transceiver
US9525398B1 (en) * 2014-05-27 2016-12-20 Sandia Corporation Single crystal micromechanical resonator and fabrication methods thereof
US9966949B2 (en) 2015-01-07 2018-05-08 Texas Instruments Incorporated Resonant inductive sensing with negative impedance tuning
US9490746B1 (en) * 2015-08-27 2016-11-08 Maxlinear Asia Singapore PTE LTD Voltage-controlled oscillator and a method for tuning oscillations
CN110546890B (zh) 2017-02-11 2021-09-21 穆麦克股份有限公司 具有改善频率区分的超再生收发器
IT201700124320A1 (it) * 2017-10-31 2019-05-01 St Microelectronics Srl Sistema di risonatore microelettromeccanico con migliorata stabilita' rispetto a variazioni di temperatura
US10879869B2 (en) * 2017-11-09 2020-12-29 Socovar, Societe En Commandite Microelectromechanical system resonator devices and oscillator control circuits
US11118906B2 (en) * 2019-03-29 2021-09-14 Property Management Co., Ltd. Oscillator circuit including oscillator
US11228280B1 (en) * 2021-02-01 2022-01-18 Texas Instruments Incorporated Microelectromechanical system resonator-based oscillator

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