CN112119587A - 基于n通道滤波器的单端到差分信号转换器 - Google Patents

Abstract

单端到差分信号转换器，使用一个N通道滤波器进行转换。具体地，所述单端到差分信号转换器包括N通道滤波器，所述N通道滤波器包括多个通道，其中每个通道包括低通滤波电路，所述低通滤波电路选择性连接到所述转换器的输入端口，选择性连接到所述转换器的第一输出端口以生成第一输出信号，并且选择性连接到所述转换器的第二输出端口以生成与所述第一输出信号相偏180度的第二信号。通过这种方式，第一和第二输出信号形成对应于单端输入信号的差分信号对。

Description

基于N通道滤波器的单端到差分信号转换器

技术领域

本申请涉及电子电路，更具体地，涉及单端到差分信号转换器。

背景技术

无线接收器接收单端信号，并且通常将接收到的单端信号转换为差分信号(即，差分信号对)进行处理。通常，尽早将接收到的单端信号转换为差分信号(即，差分信号对)是有利的，因为差分接口可以抑制外部干扰噪声，抑制偶数阶失真分量(这在直接转换接收器中非常重要，因为低频信号中的偶数阶分量很难被过滤掉)，以及提高增益(因为输出电压可以是单端信号的两倍)。

将单端信号转换为差分信号有许多已知的技术，但许多技术都受到以下一个或多个因素的影响：不对称、昂贵的面积、噪声、线性和高功耗。

例如，将单端信号转换为差分信号的一种常见技术是使用一个或多个片上电感巴伦。如本领域技术人员所知，电感器巴伦是使用一个或多个电感器将单端信号转换为差分信号的电路。片上电感巴伦的面积成本普遍较高。此外，由于片上电感器巴伦非常窄频带，因此通常使用多个电感器来为宽带操作提供覆盖。接收器通常包括增益级，例如低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)。如图1和图2所示，电感器巴伦102、202可置于增益级104、204之前或之后。如果如图1所示，所述电感器巴伦102置于所述增益级(例如，LNA)104之前，则LNA104的输出将完全差分，并将受益于其输出处降低的偶数阶失真分量。这有助于以简单明了的方式设置输入匹配条件。然而，在所述增益级104之前放置所述电感器巴伦102可能对噪声系数产生不利影响，并且可能需要特别注意任何本地振荡器(localoscillator，LO)的泄漏。相反，如果如图2所示，所述电感器巴伦202放置在所述增益级(例如，LNA)204之后，则电感器巴伦202不能校正由增益级(例如，LNA)204引入的任何非线性。

将单端信号转换为差分信号的另一种常用技术是使用有源巴伦。虽然大多数巴伦包括无源元件，如电感器，但是有源巴伦包括放大装置。因此，有源巴伦可以与增益级(例如，LNA)集成。图3和图4示出了集成到LNA中的有源巴伦的两个示例性实现方式。图3示出了电阻-反馈逆变器差分LNA，图4示出了共源-共栅差分LNA。与电感式巴伦相比，有源巴伦更有优势，因为其本身是宽频带，可以在极小的面积内实现，并且可以使输出信号的振幅增加近一倍。然而，由于它们具有源组件，因此比较耗电。从功能不对称的电路的两个部分获取对称的全差分信号也很困难。这种有源巴伦也容易造成信号噪声和非线性。

下文描述的实施例仅作为示例提供，并不限制解决已知的单端到差分信号转换器的任何或所有缺点的实现方式。

发明内容

本发明内容旨在介绍一些概念，这些概念将在下文的详细说明中进一步描述。本发明内容并不旨在确定权利要求书保护的标的物的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制权利要求书保护的标的物的范围。

本文描述了单端到差分信号转换器，其使用一个N通道滤波器进行转换。具体地，所述单端到差分信号转换器包括N通道滤波器，所述N通道滤波器包括多个通道，其中每个通道包括低通滤波电路，所述低通滤波电路选择性连接到所述转换器的输入端口，选择性连接到所述转换器的第一输出端口以生成第一输出信号，并且选择性连接到所述转换器的第二输出端口以生成与所述第一输出信号相偏180度的第二信号。通过这种方式，第一和第二输出信号形成对应于单端输入信号的差分信号对。

第一方面，提供了一种单端到差分信号转换器，包括：输入端口，用于接收单端信号；第一输出端口，用于输出差分信号对中的第一信号；第二输出端口，用于输出所述差分信号对中的第二信号；以及N通道滤波器，包括多个通道，每个通道包括低通滤波电路，所述低通滤波电路选择性连接到所述输入端口，选择性连接到所述第一输出端口，以及选择性连接到所述第二输出端口。

这种单端到差分信号转换器对噪声的影响可以忽略不计，并且不消耗任何额外的直流电。此外，N通道滤波器还可以用于无线接收器中以执行基带滤波。因此，由于将单端N通道滤波器转换为单端到差分转换器只需要在每个通道中增加一个(或两个)开关，接收器芯片的大小和复杂度的增量可以忽略不计。

每个通道还可以包括：第一切换电路，当其激活时，将所述第一输出端口连接到所述低通滤波电路；以及第二切换电路，当其激活时，将所述第二输出端口连接到所述低通滤波电路；其中，所述第一切换电路由第一控制信号激活，所述第二切换电路由与所述第一控制信号相偏的第二控制信号激活。

每个通道还可以包括第三切换电路，当其激活时，将所述输入端口连接到所述低通滤波电路。

所述多条通道的所述第一切换电路可以按顺序激活，所述多条通道的所述第三切换电路可以按相同顺序激活。

一个通道的所述第三切换电路可以由第三控制信号激活，所述第三控制信号与所述第一和第二控制信号具有不同的相位。

所述第三控制信号的相位与所述第一和第二控制信号中的一个控制信号的相位可以相差360/n，其中n是所述N通道滤波器中的通道数。

一个通道的所述第三切换电路和另一个通道的所述第一或第二切换电路可以由同一控制信号激活。

所述输入端口可以短接到所述第一输出端口，使得当一个通道的第一开关激活时，所述输入端口和所述第一输出端口连接到所述通道的所述低通滤波电路。

一个通道的所述第一切换电路和另一个通道的所述第二切换电路可以由同一控制信号激活。

至少一个通道的所述第一切换电路可以包括单个开关。

至少一个通道的所述第二切换电路可以包括单个开关。

当低通滤波电路以与所述单端信号相同的频率连接到所述输入端口时，所述低通滤波电路可以接收所述单端信号的基带版本，所述基带版本由所述低通滤波电路转换为滤波后的基带信号。

当具有与所述单端信号相同频率的控制信号激活第一切换电路时，所述第一切换电路可以将所述滤波后的基带信号上变频到所述单端信号的原始频带。

当具有与所述单端信号相同频率的控制信号激活第二切换电路时，所述第二切换电路可以将所述滤波后的基带信号上变频到所述单端信号的原始频带。

所述单端信号可以是射频信号。

所述差分信号对的所述第一和第二信号可以是射频信号。

至少一个低通滤波电路可以包括与电阻器并联的电容器。

第二方面提供了一种前端信号处理电路，包括：放大器，用于输出单端信号；以及第一方面所述的单端到差分信号转换器，其中所述单端到差分信号转换器的所述输入端口耦合到所述放大器的输出端口。

第三方面提供了一种用于将单端输入信号转换为差分信号对的方法，包括：将所述单端输入信号依次连接到多个低通滤波电路；通过经由与所述低通滤波电路相关联的第一切换电路依次输出所述低通滤波电路生成的信号来生成所述差分信号对的第一信号；以及通过经由与所述低通滤波电路相关联的第二切换电路依次输出由所述低通滤波电路中的一个生成的信号来生成所述差分信号对的第二信号；其中，所述差分信号对中的所述第一和第二信号包括由同一低通滤波电路在相偏时段生成的信号。

上述特征可酌情组合，这对于技术人员来说是显而易见的，并且可以与本文描述的示例的任何方面组合。

附图说明

现将参考附图详细描述示例，其中：

图1是由电感巴伦和差分LNA组成的电路的框图；

图2是由LNA和电感巴伦组成的电路的框图；

图3是实现有源巴伦的第一示例电路的电路图；

图4是实现有源巴伦的第二示例电路的电路图；

图5是示例单端N通道滤波器的电路图；

图6是图5的单端N通道滤波器的示例控制信号的时序图；

图7是示例差分N通道滤波器的电路图；

图8是包括N通道滤波器的第一示例单端到差分信号转换器的电路图；

图9是包括N通道滤波器的第二示例单端到差分信号转换器的电路图；

图10是示出包括LNA和随后的图9的单端到差分信号转换器的前端电路以及包括LNA和随后的单端N通道滤波器的前端电路的频率响应的图；以及

图11是用于将单端信号转换为差分信号对的示例方法的流程图。

附图示出了各种示例。技术人员将理解，附图中示出的元件边界(例如，方框、方框组或其它形状)表示边界的一个示例。在某些示例中，一个元件可以设计为多个元件，或者多个元件可以设计为一个元件。整个附图中酌情使用共同的附图标记来表示类似的特征。

具体实施方式

下面通过示例进行描述，以使本领域技术人员能够实施和使用本发明。本发明不限于本文描述的实施例，对所公开实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。实施例仅以示例方式描述。

本文描述的是使用单端N通道滤波器从单端输入信号生成差分信号(即，差分信号对)的单端到差分信号转换器。

N通道滤波器(也可称为信道选择滤波器)包括N个相同的并行信号通道，其中N为大于或等于2的整数。每个通道包括：输入调制器，其将所述输入信号下变频到基带；低通滤波电路，其对所述基带信号进行滤波以生成滤波后的基带信号；以及输出调制器，其将所述滤波后的基带信号上变频到所述输入信号的原始频带。在任何给定的时间，所述低通滤波电路通过单个通道连接在输入和输出之间。在基带完成的低通滤波一旦上变频就转化为带通滤波。滤波器的中心频率由混合频率决定。已经证明N通道滤波器可以提供高Q因子和宽中心频率调谐范围的带通滤波器。

现参考图5-图7，其示出了N通道滤波器的特征。图5示出了单端N通道滤波器500的示例，所述单端N通道滤波器500接收单端输入信号并生成单端输出信号，所述单端输出信号是所述输入信号的滤波版本。所述单端N通道滤波器500包括用于接收单端输入信号(V_IN)的输入端口502和用于输出输入信号的滤波后版本(V_OUT)的输出端口504。在某些情况下，单端输入信号(V_IN)和单端输出信号(V_OUT)是射频信号(RF)。然而，在其他情况下，输入信号(V_IN)和输出信号(V_OUT)可以在不同的频带内。

所述N通道滤波器500还包括N个相同信号通道506-1至506-N，其中N为大于或等于2的整数。N的常见值是4和8，但是对于本领域的技术人员来说，这显然仅是示例，可以使用N的其它值。每个通道506-i包括串联的低通滤波电路(R+Ci)和切换电路(Si)。在图5所示的示例中，每个低通滤波电路由电容器Ci和电阻器R构成(表示输入电压源与所述输入端口102之间的电阻)。然而，对于本领域技术人员来说，这显然仅是示例低通滤波电路，可以使用其他低通滤波电路。在图5所示的示例中，每个切换电路包括单个开关Si，然而，在其它示例中，一个或多个切换电路可包括一个以上的开关。

通道i的切换电路(Si)位于输入端口和对应的低通滤波电路之间，使得当切换电路(Si)激活(即，闭合)时，所述输入端口502连接到对应的低通滤波电路(R+Ci)。由于所述输入端口502和所述输出端口504在图5的所述N通道滤波器500中短接，激活切换电路(Si)还将所述输出端口504连接到所述对应的低通滤波电路(R+Ci)。在此配置中，周期性激活通道i的切换电路(Si)将输入信号下变频到基带，所述低通滤波电路(R+Ci)对基带信号进行滤波以生成滤波后的基带信号，同一切换电路(Si)将滤波后的基带信号上变频到提供给所述输出端口504的输入信号的原始频带。选择所述低通滤波电路的组件(例如，C1、C2……CN)以根据输入信号带宽提供期望的信道滤波。

通常，所述切换电路(S1、S2……SN)按顺序激活，使得每次仅一个切换电路(Si)是有效的，并且每个切换电路(S1、S2……SN)的有效时间相同。例如，可以按照S1、S2……SN的顺序激活切换电路。在某些情况下，每个切换电路(Si)由对应的控制信号(Pi)激活。具体地，控制信号P1控制第一切换电路(S1)的激活，控制信号P2控制第二切换电路(S2)的激活，以此类推。在某些情况下，所述控制信号是基于LO信号的。

图6示出了用于图5的所述N通道滤波器500的控制信号(P1、P2……PN)的示例集合，其中，每个控制信号表示LO信号的相移版本。具体地，第i个控制信号Pi表示LO信号的(i–1)*360/N)度相移版本。例如，在N＝4的情况下，将有四个控制信号(P1、P2、P3和P4)，其中P1表示LO信号的0度相移版本，P2表示LO信号的90度相移版本，P3表示LO信号的180度相移版本，P4表示LO信号的270度相移版本。在此示例中，每个控制信号具有等于LO周期(T_LO)的1/N的占空比。这导致每个切换电路(Si)在LO周期的1/N被激活。LO信号可以设置为输入信号的中心频率，使得图5的所述N通道滤波器500非常适合于直接转换接收器。

多条通道506-1至506-N在基带执行的低通滤波在上变频后即转换为带通滤波效果。

图7示出了示例差分N通道滤波器700。图7的所述差分N通道滤波器700接收差分信号对作为输入，并输出表示输入信号的滤波版本的差分信号对。图7的所述差分N通道滤波器700与图5的所述单端N通道滤波器500类似，只是不包括单个输入端口和单个输出端口，但是包括两个输入端口702、703和两个输出端口704、705。每个输入端口702、703接收差分信号对中的一个信号，每个输出端口704、705输出差分信号对中的一个信号。此外，每个通道706-1至706-4不包括将输入端口和输出端口连接到对应的低通滤波器的单个切换电路，而是包括两个切换电路S1-1至S4-1和S1-2至S4-2。具体地，每个通道706-i包括：第一切换电路Si-1，当其激活时，将第一输入端口702和第一输出端口704连接到对应的低通滤波电路(Ci+R/2)；以及第二切换电路Si-2，当其激活时，将第二输入端口703和第二输出端口705连接到对应的低通滤波电路(Ci+R/2)。通道i的第一和第二切换电路Si-1和Si-2由相互间相位不同的控制信号控制(即，每个控制信号表示另一控制信号的180度相移版本)。

例如，如果第一切换电路S1-1至S4-1由表示LO信号的0度、90度、180度和270度相移版本的控制信号激活，则第二切换电路S1-2至S4-2由表示如表1所示的LO信号的180度、270度、0度和90度相移版本的控制信号激活。这意味着，用于控制第一切换电路的控制信号可以复用以控制第二切换电路。例如，用于控制第一通道S1-1的第一切换电路的控制信号也可以用于控制第三通道S3-2的第二切换电路，用于控制第二通道S2-1的第一切换电路的控制信号也可以用于控制第四通道S4-2的第二切换电路，以此类推。

表1

然而，图7的差分N通道滤波器需要差分输入。

本文描述的是使用单端N通道滤波器从单端输入信号生成差分信号(即，差分信号对)的单端到差分信号转换器。所述差分信号是通过以下方式生成的：将所述N通道滤波器的输入端口选择性地连接到每个低通滤波电路，将所述低通滤波电路选择性地连接到第一输出端口以生成第一输出信号，以及将所述低通滤波电路选择性地连接到第二输出端口以生成第二输出信号，使得所述第二输出信号与所述第一输出信号相偏180度。通过这种方式，第一和第二输出信号形成差分信号对，表示单端输入信号的滤波版本。

这可以通过在单端N通道滤波器的每个通道中增加一个或多个切换电路来实现。例如，在一个示例性实施例中，每个通道具有第一切换电路(例如，图5的所述N通道滤波器500的切换电路S1至SN)，当其激活时，将输入端口和第一输出端口连接到对应的低通滤波电路；以及第二切换电路，当其激活时，将对应的低通滤波电路连接到第二输出端口。在另一示例性实施例中，每个通道可以具有第一切换电路，当其激活时，将输入端口连接到对应的低通滤波电路；第二切换电路，当其激活时，将对应的低通滤波电路连接到第一输出端口；以及第三切换电路，当其激活时，将对应的低通滤波电路连接到第二输出端口。在任一情况下，将低通滤波电路分别连接到第一和第二输出端口的同一通道的开关由反相控制信号激活(即，每个控制信号表示另一控制信号的180度相移)。

这种单端到差分信号转换器对噪声的影响可以忽略不计，并且不消耗任何额外的直流电。此外，由于希望实现低成本可调滤波，许多无线接收器可以包括N通道滤波器以执行基带滤波，这意味着接收器芯片的大小和复杂度的增量可忽略不计，因为将单端N通道滤波器转换为单端到差分信号转换器时，每个通道中只需要一个(或两个)额外的开关。

现参考图8，其示出了包括N通道滤波器的第一示例单端到差分信号转换器800。所述单端到差分信号转换器800包括用于接收单端输入信号(V_IN)的输入端口802、用于输出差分信号对的第一输出信号(V_OUT_P)的第一输出端口804和用于输出差分信号对的第二输出信号(V_OUT_N)的第二输出端口805。在此示例中，所述输入端口802短接到所述第一输出端口804。相反，所述第二输出端口805不短接到所述输入端口802。在某些情况下，输入和输出信号可以是RF信号，然而，在其他情况下，输入和输出信号可以在不同的频带中。

所述单端到差分信号转换器800还包括具有N个通道806-1至806-4的N通道滤波器。在此示例中，N＝4。然而，对于本领域技术人员来说，这显然仅是一个示例，N可以是大于或等于2的任何整数。所述N通道滤波器的每个通道806-i包括低通滤波电路808-i、第一切换电路810-i和第二切换电路812-i。在图8所示的示例中，每个低通滤波电路808-i由电容器Ci与电阻器Ri并联形成。然而，对于本领域技术人员来说，这显然仅是低通滤波电路的一个示例，还可以使用其他低通滤波电路。在图8所示的示例中，所述第一和第二切换电路810-i和812-i中的每个切换电路包括单个开关Si-1或Si-2，然而，在其它示例中，所述切换电路810-1至810-4、812-1至812-4中的一个或多个切换电路可以包括一个以上的开关。选择所述低通滤波电路的组件(例如，R1-R4和C1-C4)以根据输入信号带宽提供期望的信道滤波。

每个第一切换电路810-1至810-4位于输入端口802(和第一输出端口804)与对应的低通滤波电路808-1至808-4之间，使得当通道i的第一切换电路810-i激活(即，闭合)时，所述输入端口802和所述第一输出端口804连接到对应的低通滤波电路808-i。在此配置中，通道i的第一切换电路810-i的周期性激活将输入信号下变频到基带，并将基带信号提供给低通滤波电路808-i。低通滤波电路808-i从所述基带信号生成滤波后的基带信号。第一切换电路810-i然后上变频所述滤波后的基带信号到输入信号的原始频带，并将上变频后的信号提供给第一输出端口804。

每个第二切换电路812-1至812-4位于第二输出端口805与对应的低通滤波电路808-1至808-4之间，使得当通道i的第二切换电路812-i激活(即，闭合)时，所述第二输出端口805连接到对应的低通滤波电路808-i。在图8所示的示例中，每个第二切换电路812-i的一端与第二输出端口805连接，第二切换电路812-i的另一端与对应的第一切换电路810-i与对应的低通滤波电路808-i之间的导线或走线连接。当第二切换电路812-1至812-4位于第二输出端口805和对应的低通滤波电路808-i之间时，通道i的第二切换电路812-i的周期性激活使得第二切换电路812-i作为上变频器。具体地，第二切换电路812-i的周期性激活将对应的低通滤波电路808-i生成的滤波后的基带信号上变频到输入信号的原始频段，并将上变频后的信号提供给第二输出端口805。

在这种布置中，当通道i的第二切换电路812-i激活(即，闭合)时，将基本上没有电流流过所述第二切换电路812-i。由于基本上不会有电流流过第二切换电路812-1至812-4，所以第二切换电路812-1至812-4的开关可以小于第一切换电路810-1至810-4的开关。在某些情况下，第二切换电路的开关可以比第一切换电路的开关小一个数量级。所述开关的大小可以是所述开关的物理大小，所述物理大小可以由所述开关的长度(L)和宽度(W)来定义。例如，开关的大小可以由开关的面积来定义，该面积等于长度和宽度的乘积(LxW)。在某些情况下，第二切换电路的开关的最小尺寸可受到最大可接受噪声的限制。例如，第二切换电路812-1至812-4的开关可以减小到任意大小，只要其对总噪声的影响是可接受的。通常，频率越低，开关可以越小。减小第二切换电路的开关的尺寸可以减小实现所述单端到差分信号转换器800的面积。

第一切换电路810-1至810-4按顺序激活，使得每次仅一个第一切换电路810-1至810-4有效，并且每个第一切换电路810-1至810-4有效的时间相同。例如，第一切换电路810-1至810-4可以按照810-1、810-2、810-3和810-4的顺序激活。在某些情况下，每个所述第一切换电路810-1至810-4由对应的控制信号激活，所述控制信号是LO的相移版本，其中每个控制信号具有等于所述LO周期的1/N的占空比。

例如，第一切换电路810-1至810-4可以由图6分别示出的示例性控制信号P0至P4控制。如上所述，在图2所示的示例中，第i个控制信号Pi表示LO信号的(i–1)*360/N)度相移版本。例如，在N＝4的情况下，将有四个控制信号(P1、P2、P3和P4)，其中P1表示LO信号的0度相移版本，P2表示LO信号的90度相移版本，P3表示LO信号的180度相移版本，P4表示LO信号的270度相移版本。对于本领域技术人员来说，这显然仅是一个示例，第一切换电路810-1至810-4的控制信号可以表示LO信号的不同相移，但是，它们通常相隔360/N度。

第二切换电路812-1至812-4按照与对应的第一切换电路810-1至810-4相同的顺序激活。例如，若第一切换电路810-1至810-4按照810-1、810-2、810-3、810-4的顺序激活，则第二切换电路812-1至812-4按照812-1、812-2，812-3，812-4的顺序激活。然而，第二切换电路812-1至812-4与对应的第一切换电路的相位差180度激活。具体地，每个第二切换电路812-1至812-4均被相移180度的控制信号激活，该控制信号用于激活对应的第一切换电路。例如，当N等于4，且第一切换电路810-1至810-4分别由表示LO信号的0度、90度、180度和270度相移版本的控制信号激活时，对应的第二切换电路812-1至812-4由表示LO信号的180度、270度、0度和90度相移版本的控制信号激活，如表2所示。

表2

对于本领域的技术人员来说，这些显然是控制信号的示例性相移，可以使用其它相移。例如，在另一示例中，第一切换电路810-1至810-4可以由表示LO信号的5度、95度、185度和275度相移版本的控制信号激活，第二切换电路812-1至812-4可以由表示LO信号的185度、275度、5度和95度相移版本的控制信号激活。

在图8的转换器800之前可以添加放大器820，例如LNA，以形成无线接收器的前端电路。具体地，放大器(例如，LNA)820可用于接收由天线捕获的单端RF信号，生成接收到的信号的单端放大版本并将其提供给转换器800的输入端口802。然后，转换器800的输出V_OUT(V_OUT_N和V_OUT_P)可以提供给混频器和/或基带处理组件。通过在转换器800之前放置放大器(例如，LNA)820，放大器可以与输入电路(例如，天线)进行阻抗匹配，从而放宽了对转换器800组件的限制(例如，放宽了对切换电路和低通滤波电路的组件的限制)。例如，在某些情况下，在转换器之前放置放大器(例如，LNA)820，放宽了对开关和低通滤波电路的大小的限制。在这种配置中，放大器具有高输出阻抗可能是有利的，因为这将允许低通滤波电路的电容器更小。然而，LNA通常具有低输出阻抗，这不仅导致低通滤波电路的电容器更大，而且还限制了可实现的带外抑制量。虽然使增益级(例如，放大器)在转换器800之前可以提供一些优点，但是这意味着增益级(例如，放大器)在其输入处不接收滤波后的信号(如果转换器800置于增益级(例如，放大器)之前则会出现这种情况)。因此，增益级(例如，放大器)呈现带外阻断器的全部强度，增加了饱和的风险。

图8的单端到差分转换器800可以通过在每个通道上增加单个切换电路而从单端N通道滤波器生成，而不增加控制电路(生成控制切换电路的激活的控制信号的电路)的复杂度，因为用于激活第一切换电路的相同控制信号可用于激活附加的切换电路。但是，由于其中一个输出端口804短接至输入端口802，另一个输出端口805不短接至输入端口802，因此，两个输出端口804和805的驱动能力可能不同。相应地，第一输出信号和第二输出信号(V_OUT_P和V_OUT_N)可能不对称。这对于某些应用程序来说可能并不可取，这取决于下游组件(即单端到差分信号转换器之后的组件)对形成差分信号对的两个信号的不对称性的敏感程度。

相应地，现参考图9，其示出了第二示例单端到差分转换器900，其中第一输出端口和输入端口之间的直接短路被去除，并且每个通道添加第三切换电路，当其激活时，将第一输出端口连接到对应的低通滤波电路。所述单端到差分信号转换器900包括用于接收单端输入信号(V_IN)的输入端口902、用于输出差分信号对的第一输出信号(V_OUT_P)的第一输出端口904和用于输出差分信号对的第二输出信号(V_OUT_N)的第二输出端口905。在此示例中，输出端口904和905均不短接至输入端口902。

所述单端到差分信号转换器900还包括具有N个通道906-1至906-4的N通道滤波器。在此示例中，N＝4。然而，对于本领域技术人员来说，这显然仅是一个示例，N可以是大于或等于2的任何整数。所述N通道滤波器的每个通道906-i包括低通滤波电路908-i、第一切换电路910-i、第二切换电路912-i和第三切换电路914-i。在图9所示的示例中，每个低通滤波电路908-i由电容器Ci与电阻器Ri并联形成。然而，对于本领域技术人员来说，这显然仅是低通滤波电路的一个示例，还可以使用其他低通滤波电路。在图9所示的示例中，所述第一、第二和第三切换电路910-i、912-i和914-i中的每个切换电路包括单个开关Si-1、Si-2或Si-3，然而，在其它示例中，所述切换电路910-1至910-4、912-1至912-4或914-1至914-4中的一个或多个切换电路可以包括一个以上的开关。选择所述低通滤波电路的组件(例如，R1-R4和C1-C4)以根据输入信号带宽提供期望的信道滤波。

每个第一切换电路910-1至910-4位于输入端口902与对应的低通滤波电路908-1至908-4之间，使得当通道i的第一切换电路910-i激活(即，闭合)时，所述输入端口902连接到对应的低通滤波电路908-i。在此配置中，通道i的第一切换电路910-i的周期性激活将输入信号下变频到基带，并将基带信号提供给低通滤波电路908-i。然后低通滤波电路908-i从基带信号生成滤波后的基带信号。

每个第二切换电路912-1至912-4位于第二输出端口905与对应的低通滤波电路908-1至908-4之间，使得当通道i的第二切换电路912-i激活(即，闭合)时，所述第二输出端口905连接到对应的低通滤波电路908-i。在图9所示的示例中，每个第二切换电路912-i的一端与第二输出端口905连接，第二切换电路912-i的另一端与对应的第一切换电路910-i与对应的低通滤波电路908-i之间的导线或走线连接。当第二切换电路912-1至912-4位于第二输出端口905和对应的低通滤波电路之间时，通道i的第二切换电路912-i的周期性激活将滤波后的基带信号上变频到输入信号的原始频带并将上变频后的信号提供给第二输出端口905。

每个第三切换电路914-1至914-4位于第一输出端口904与对应的低通滤波电路908-1至908-4之间，使得当通道i的第三切换电路914-i激活(即，闭合)时，所述第一输出端口904连接到对应的低通滤波电路908-i。在图9所示的示例中，每个第三切换电路914-i的一端与第一输出端口904连接，第二切换电路912-i的另一端与对应的第一切换电路910-i与对应的低通滤波电路908-i之间的导线或走线连接。当第三切换电路914-1至914-4位于第一输出端口904和对应的低通滤波电路之间时，通道i的第三切换电路914-i的周期性激活将对应的低通滤波电路908-i生成的滤波后的基带信号上变频到输入信号的原始频带，并将上变频后的信号提供给第一输出端口904。

在这种布置中，当通道i的第二或第三切换电路912-i或914-i激活(即，闭合)时，将基本上没有电流流过所述第二切换电路912-i或第三切换电路914-i。由于基本上不会有电流流过第二和第三切换电路912-1至912-4和914-1至914-4，所以第二和/或第三切换电路912-1至912-4和/或914-1至914-4的开关可以小于第一切换电路910-1至910-4的开关。在某些情况下，第二和第三切换电路的开关可以比第一切换电路的开关小一个数量级。在某些情况下，第二和第三切换电路的开关的最小尺寸可受到最大可接受噪声的限制。例如，所述第二和第三切换电路912-1至912-4以及914-1至914-4的开关可以减小到任何大小，只要达到最大可接受噪声。一般来说，频率越低，开关可以越小。

在单端N通道滤波器(例如，如图5所示)中，切换电路的导通电阻在信号通道上，因此有电流通过。相应地，在单端N通道滤波器中，切换电路的导通电阻可以限制带外抑制。然而，由于基本上没有电流流经第二和第三切换电路912-1至912-4和914-1至914-4，因此第二和第三切换电路的导通电阻不限制带外抑制。相应地，减小第二切换电路的开关的尺寸可以减小实现单端到差分信号转换器的面积和/或降低对连接到转换器900的输出端口904和905的下游组件的线性度要求。

第一切换电路910-1至910-4按顺序激活，使得每次仅一个第一切换电路910-1至910-4有效，并且每个第一切换电路910-1至910-4有效的时间相同。例如，第一切换电路910-1至910-4可以按照910-1、910-2、910-3和910-4的顺序激活。在某些情况下，每个所述第一切换电路910-1至910-4由对应的控制信号激活，所述控制信号是LO的相移版本，其中每个控制信号具有等于所述LO周期的1/N的占空比。例如，第一切换电路910-1至910-4可以由图6分别示出的示例性控制信号P0至P4控制。如上所述，在图6所示的示例中，第i个控制信号Pi表示LO信号的(i–1)*360/N)度相移版本。例如，在N＝4的情况下，将有四个控制信号(P1、P2、P3和P4)，其中P1表示LO信号的0度相移版本，P2表示LO信号的90度相移版本，P3表示LO信号的180度相移版本，P4表示LO信号的270度相移版本。对于本领域技术人员来说，这显然仅是一个示例，第一切换电路910-1至910-4的控制信号可以表示LO信号的不同相移，但是，它们通常相隔360/N度。

第二和第三切换电路912-1至912-4和914-1至914-4的激活顺序与对应的第一切换电路910-1至910-4的激活顺序相同。例如，如果第一切换电路910-1至910-4按照910-1、910-2、910-3、910-4的顺序激活，则第二切换电路912-1至912-4按照912-1、912-2、912-3、912-4的顺序激活，第三切换电路914-1至914-4按照914-1、914-2、914-3、914-4的顺序激活。然而，第二和第三切换电路912-1至912-4和914-1至914-4以与对应的第一切换电路不同的相位偏移和相互之间180度的偏移来激活的。具体地，每个第二切换电路912-1至912-4均由相位偏移预定量的控制信号激活，该控制信号用于激活对应的第一切换电路；并且相对于用于激活对应的第三切换电路的控制信号相位偏移180度。

例如，其中N等于4，第一切换电路910-1至910-4由分别表示LO信号的0度、90度、180度和270度相移版本的控制信号激活时，第二切换电路912-1至912-4可以由分别表示LO信号的270度、0度、90度和180度相移版本的控制信号激活，第三切换电路914-1至914-4可以由分别表示LO信号的90度、180度、270度和0度相移版本的控制信号激活，如表3所示。

表3

对于本领域的技术人员来说，这些显然是控制信号的示例性相移，可以使用其它相移。特别地，尽管使激活/控制第一切换电路的控制信号与以360/N的因数激活对应的第二或第三切换电路的控制信号相关可能有利，从而可以使用相同的N个控制信号来控制所有切换电路，但是激活/控制第一切换电路的控制信号可能与以其它的数量激活对应的第二或第三切换电路的控制信号相关。例如，在另一示例中，第一切换电路910-1至910-4可以由表示LO信号的0度、90度、180度和275度相移版本的控制信号激活；第二切换电路912-1至912-4可以由表示LO信号的185度、275度、5度和95度相移版本的控制信号激活；第三切换电路914-1至914-4可以由表示LO信号的185度、275度、5度和95度偏移版本的控制信号，如表4所示。

表4

与图8的转换器800相同，在图9的转换器900之前可以添加放大器920，例如LNA，以形成无线接收器的前端电路。具体地，放大器(例如，LNA)920可用于接收由天线捕获的单端RF信号，生成接收到的信号的单端放大版本并将其提供给转换器902的输入端口900。然后，转换器900的输出V_OUT(V_OUT_P和V_OUT_N)可以提供给混频器和/或基带处理组件。

现参考图10，其示出了包括单端LNA和随后的图9的单端到差分信号转换器900的前端电路的频率响应1002以及包括LNA和随后的单端N通道滤波器(例如，图5的单端N通道滤波器500)的前端电路的频率响应1004。在这些示例中，N通道滤波器的中心频率为2.0GHz(即，用于控制N通道滤波器的切换单元的LO信号的频率为2.0GHz)。从图10可以看出，使用图9的单端到差分信号转换器900代替单端N通道滤波器，使得中心频率(2.0GHz)处的增益增加了6dB，且带外抑制明显改善。

相应地，本文描述的单端到差分信号转换器800、900可以提供一组来自单端输入信号的对称差分输出，且无需消耗DC功耗，实现面积的增加最小，控制电路的复杂度最小，对噪声的影响最小。此外，在有些情况下(例如，图9的示例)，可以针对对应的单端输出实现增益增强和/或改进带外抑制。当转换器用于无线接收器中时，改进的带外抑制可降低转换器之后的级和/或组件的线性度要求。

现参考图11，其示出了用于将单端信号转换为差分信号对的示例方法1100。所述方法1100开始于方框1102、1104和1106。在方框1102处，输入信号依次连接到多个低通滤波电路(例如，低通滤波电路808-1至808-4或908-1至908-4)中的每一个。在方框1104处，通过经由与所述低通滤波电路相关联的第一切换电路(例如，切换电路810-1至810-4或914-1至914-4)以相同顺序输出所述低通滤波电路生成的信号来生成差分信号对的第一信号。在方框1106处，通过经由与所述低通滤波电路相关联的第二切换电路(例如，切换电路812-1至812-4或912-1至912-4)以相同顺序输出所述低通滤波电路生成的信号来生成差分信号对的第二信号。所述差分信号对中的所述第一和第二信号包括由同一低通滤波电路在相偏时段生成的信号。

在某些情况下，输入信号可以使用与低通滤波电路相关联的第一切换电路连接到多个低通滤波电路。在其它情况下，输入信号可以使用与低通滤波电路相关联的第三切换电路连接到多个低通滤波电路。

申请方在此单独公开本文描述的每一个体特征及两个或两个以上此类特征的任意组合。以本领域技术人员的普通知识，能够基于本说明书将此类特征或组合作为整体实现，而不考虑此类特征或特征的组合是否能解决本文所公开的任何问题；且不对权利要求书的范围造成。本申请表明本发明的各方面可由任何这类单独特征或特征的组合构成。鉴于前文描述可在本发明的范围内进行各种修改对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (19)

1.一种单端到差分信号转换器，其特征在于，包括：

输入端口，用于接收单端信号；

第一输出端口，用于输出差分信号对中的第一信号；

第二输出端口，用于输出所述差分信号对中的第二信号；以及

N通道滤波器，包括多个通道，每个通道包括低通滤波电路，所述低通滤波电路选择性连接到所述输入端口，选择性连接到所述第一输出端口，以及选择性连接到所述第二输出端口。

2.根据权利要求1所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，每个通道还包括：

第一切换电路，当其激活时，将所述第一输出端口连接到所述低通滤波电路；以及

第二切换电路，当其激活时，将所述第二输出端口连接到所述低通滤波电路；

其中，所述第一切换电路由第一控制信号激活，所述第二切换电路由与所述第一控制信号相偏的第二控制信号激活。

3.根据权利要求2所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，每个通道还包括第三切换电路，当其激活时，将所述输入端口连接到所述低通滤波电路。

4.根据权利要求3所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，所述多条通道的所述第一切换电路按顺序激活，所述多条通道的所述第三切换电路按相同顺序激活。

5.根据权利要求3或4所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，一个通道的所述第三切换电路由第三控制信号激活，所述第三控制信号与所述第一和第二控制信号具有不同的相位。

6.根据权利要求5所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，所述第三控制信号的相位与所述第一和第二控制信号中的一个控制信号的相位相差360/n，其中n是所述N通道滤波器中的通道数。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，一个通道的所述第三切换电路和另一个通道的所述第一或第二切换电路由同一控制信号激活。

8.根据权利要求2所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，所述输入端口短接到所述第一输出端口，使得当一个通道的第一开关激活时，所述输入端口和所述第一输出端口连接到所述通道的所述低通滤波电路。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，一个通道的所述第一切换电路和另一个通道的所述第二切换电路由同一控制信号激活。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，至少一个通道的所述第一切换电路包括单个开关。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，至少一个通道的所述第二切换电路包括单个开关。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，当低通滤波电路以与所述单端信号相同的频率连接到所述输入端口时，所述低通滤波电路接收所述单端信号的基带版本，所述基带版本由所述低通滤波电路转换为滤波后的基带信号。

13.根据权利要求12所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，当具有与所述单端信号相同频率的控制信号激活第一切换电路时，所述第一切换电路将所述滤波后的基带信号上变频到所述单端信号的原始频带。

14.根据权利要求12或13所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，当具有与所述单端信号相同频率的控制信号激活第二切换电路时，所述第二切换电路将所述滤波后的基带信号上变频到所述单端信号的原始频带。

15.根据前述权利要求中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，所述单端信号是射频信号。

16.根据权利要求15所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，所述差分信号对的所述第一和第二信号是射频信号。

17.根据前述权利要求中任一项所述的单端到差分信号转换器，其特征在于，至少一个低通滤波电路包括与电阻器并联的电容器。

18.一种前端信号处理电路，其特征在于，包括：

放大器，用于输出单端信号；以及

根据前述权利要求中任一项所述的单端到差分信号转换器，其中所述单端到差分信号转换器的所述输入端口耦合到所述放大器的输出端口。

19.一种用于将单端输入信号转换为差分信号对的方法，其特征在于，包括：

将所述单端输入信号依次连接到多个低通滤波电路；

通过经由与所述低通滤波电路相关联的第一切换电路依次输出所述低通滤波电路生成的信号来生成所述差分信号对的第一信号；以及

通过经由与所述低通滤波电路相关联的第二切换电路依次输出由所述低通滤波电路中的一个生成的信号来生成所述差分信号对的第二信号；

其中，所述差分信号对中的所述第一和第二信号包括由同一低通滤波电路在相偏时段生成的信号。

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