CN1132442C - 具有双频率源选择的无线电设备的结构 - Google Patents

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Abstract

一种无线电设备具有两种结构平台，且集成在一个IC内。合成器控制器(312)在偏移LO合成器(318)和第二LO合成器(316)之间进行选择，为FDD或TDD系统设计提供一个通用的结构，同时还提供两个频率及之间的隔离。偏移LO信号(319)被变换为隔离的的LO信号310并与主LO信号(322)相组合，以提供该FDD平台。第二LO信号(314)被变换为隔离的LO信号310并与主LO信号(322)相组合，以提供该TDD平台。第二LO合成器信号(314)在接收方式时对两个系统是共用的。

Description

具有双频率源选择的无线电设备的结构
本发明涉及无线电通信电路，具体涉及无线电设备的结构。
设计双工双变换收发信机要求包括多个频率合成器分别地对于时分双工(TDD)或频分双工(FDD)操作以相同的或不同的频率同时地接收和发送。在FDD系统中，利用偏移的本地振荡器(LO)合成器和基带信号相结合，产生调制的中频(IF)信号。在TDD系统中，第二本地振荡器(LO)信号与基带信号相组合，产生调制的中频，又与主本地振荡器LO相混合，来产生载频。
图1示出典型的FDD无线电设备的方框图。该FDD系统使用三个分离的合成器，亦即主LO合成器114、第二LO合成器116和偏移LO合成器110。偏移LO合成器110为TX发送路径提供中频。第二LO合成器116用于RX接收路径。在典型的FDD系统100中，在麦克风102接收的进入的音频信号104通过控制器部分106被变换为编码音频信号，该信号称为“TX基带信号”108。该TX基带信号108然后在调制器112中与偏移LO合成器产生的偏移LO信号111组合，产生调制的IF信号124。调制的IF信号124在TX混频器126中再与主LO合成器114产生的主LO信号122混合。这就产生TX载频132，再由滤波器134滤波和由放大器138放大，产生放大的RF(射频)信号140。然后该放大的RF信号140通过天线耦合器(例如双工器142)耦合到天线146，作为RF信号发送出去。
在FDD系统100的接收RX路径中，RF信号144由天线146接收并通过双工器142耦合，使RF信号作为RX信号148耦合到RX路径上。该RX信号148通过放大器150放大并通过滤波器154滤波。然后，滤波后的信号130在RX混频器128与主LO信号122混合，产生IF载波信号120。该IF载波信号120被馈送到零IF部分(ZIF)118，在那里该IF信号与第二LO合成器116产生的、以与该IF载波信号同频的第二LO信号121混合，直接地变换为RX基带频率156。该基带信号156在控制部分106中针对定时和数/模变换进行处理并在扬声器158输出音频。
在图2所示的典型的TDD无线电设备中，音频信号204由麦克风202接收并在控制器部分206中处理，在控制器部分中音频信号被该变换为编码的音频信号，该信号称为“TX基带信号”208。第二LO合成器252产生第二LO信号212，该信号在调制器210与TX基带信号208组合，产生调制的IF信号214。调制的IF信号214再在TX混频器218与主LO信号216混合，产生TX载频信号220。主LO信号216从主LO合成器217产生。TX载频220在放大器222被放大，以产生放大的TX载频信号224并由天线开关226切换到TX路径，然后在滤波器228滤波并由天线240作为发送的RF信号230发送出去。
在TDD系统的接收方式下，RF信号230由天线240接收，由滤波器228滤波，再通过天线开关226切换到RX路径上，作为RX信号242。RX信号242再由放大器244放大，在RX混频器248中与从主LO合成器217产生的主LO信号216混合，以产生RX IF载频信号250。RX IF载频信号250在ZIF254中与第二LO合成器信号212组合，以形成RX基带信号256。RX基带信号256传送到控制部分206，在这里得到处理并在扬声器258中被变换为音频。
如图1和图2所示，FDD和TDD系统示为两个分离的无线电设备。在一个实施例中提供平台组合的设备对于系统和无线电设备的设计者试图设计经济有效的无线电设备并同时减少设计时间是有用的。
图1示出现有技术的FDD无线电设备平台的方框图。
图2示出现有技术的TDD无线电设备平台的方框图。
图3示出根据本发明的双结构无线电设备平台的方框图。
图4示出图3的双结构无线电设备平台的合成器控制器电路的方框图。
图3示出了本发明的优选实施例的无线电设备300方框图。无线电设备300包括一个控制器部分306，用于音频处理、定时规程控制和模/数和数/模变换。无线电设备300还包括一个调制器317，用于组合和调制发送信号，和一个ZIF350，用于混合和下变换接收的信号为基带。三个合成器即一个主本地振荡器(LO)合成器320、第二LO合成器316和一个偏移LO合成器318)产生各种LO频率，用于无线电设备300的发送和接收方式。无线电设备300还包括一个发送路径内含一个发送(TX)混合器326，用于产生RF信号和一个接收路径，内含一个接收(RX)混频器346，用于变换输入的射频(RF)信号为中频。在优选实施例中，调制器317、ZIF350、主LO合成器320、第二LO合成器316、偏移LO合成器318以及合成器控制器312能被集成到称为“ZIF/SYN356”的单个集成电路IC上。
控制器部分306麦克风302处接收音频信号，然后处理它为TX基带信号308。从位于控制器部分306内的微处理器(未示出)来的选择线311能使合成器控制器312存取或选择偏移LO合成器318或第二LO合成器316，并产生隔离的LO信号310。然后，隔离的LO信号310在调制器317与TX基带信号308组合，产生调制的IF信号324。调制的IF信号324再在TX混合器326中与主LO合成器320产生的主LO信号322混合，以产生TX载频328，再经放大器330放大为放大的TX载频332。放大的TX载频332再经天线耦合器334耦合到TX路径，然后作为RF信号336由天线340发送出去。
合成器控制器312确定是TDD系统还是FDD系统被启动经选择线311。合成器控制器312用以接通偏移的LO合成器318或第二LO合成器316。为了启动FDD系统，合成器控制器312使偏移LO合成器信号319隔离为隔离的LO信号310和在调制器317把它与TX基带信号308组合，以产生调制的IF信号324。为了启动TDD系统第二LO合成器信号314将作为隔离的LO信号310被处理，并在调制器317内与基带信号308组合，以产生调制的IF信号324。在FDD系统中，偏移LO合成器318驱动调制器317，在TDD系统中第二LO合成器316驱动调制器317。能够选择第二LO合成器316或偏移LO合成器318来为TDD和FDD系统设计提供通用的结构。
如无线电设备300所示的天线耦合器可包括一个隔离器、一个双工器、一个环形器或一个天线开关，这由启动那个无线电系统平台有关。双工器用于全FDD，天线开关用于TDD方式或具有规程定时的FDD方式，它允许在不同的时隙发送和接收。
对于从两个合成器电路(第二合成器316或偏移LO合成器318)的任一个合成器电路来的信号LO信号利用图4所示的由第一和第二隔离电路组成的隔离电路方案来执行制定路由。第一隔离电路耦合到偏移LO合成器318上，并且包括第一驱动电路406，该电路具有耦合到偏移合成器的一个输入端和耦合到第一缓冲器408的一个输出端。当使第一隔离电路工作时，最好通过选择线311，在第一缓冲器408的输出端产生偏移LO信号319作为隔离LO信号310。当隔离电路不工作时，在第一缓冲器408的输出端呈现高阻抗。第二隔离电路包括一个第二驱动电路402，驱动电路402有耦合到第二LO合成器316的一个输入端和耦合到第二缓冲器404的一个输出端，当第二隔离电路被启动时，在第二缓冲器404的输出端提供第二LO合成器信号314作为隔离LO信号310。当第二隔离器电路不工作时，在第二缓冲器404的输出端呈现高阻抗两个缓冲器的输出耦合在一起作为隔离的LO信号310。同时没有一个隔离电路被启动，借此提供两个频率源之间的隔离。此外，合成器源的选择允许在TDD系统中关断没有使用的合成器、偏移LO合成器318。
对于从两个合成器电路(第二LO合成器316或偏移LO合成器318)的任何一个合成器电路的LO信号最好利用一对三态差分电流模式的发送驱动器和接收缓冲器(用于第一和第二驱动器406、402和第一和第二缓冲器408、404)来执行制定路由。
偏移LO合成器318耦合到第一差分驱动器406的输入端，第二LO合成器316耦合到第二差分驱动器402的输入端。合成器选择线311控制驱动器402、406和缓冲器404、408的接通和关断。对于FDD系统，合成器选择线311进入高电位，接通第一差分驱动器406和发送差分电流模式信号407到第一RX缓冲器408，它也由合成器选择信号311接通。RX缓冲器408变换差分信号407为单端电压模式输出并提供它作为调制器317的隔离LO信号310。合成器选择信号311还耦合到一个逻辑门，例如反相器420，它反相该选择信号311为选择/信号416。选择/信号416耦合到第二差分驱动器402和第二RX缓冲器404。用处于逻辑电平低的选择/信号416，第二驱动器402和第二缓冲器404被关断，且在第二RX缓冲器的输出出现高阻抗，它连接到第一RX缓冲器408的输出。
在TDD系统中，合成器选择信号311进入低电平关闭第一驱动406和第一缓冲器408并且至第一缓冲器的输出呈现高阻抗。反相器420反相合成器选择信号311至逻辑电平高和选择/信号416接通第二驱动器402和第二缓冲器404。该第二LO合成器信号314被变换为在第二驱动器402输出的差分电流模式信号403。然后该差分电流模式信号403耦合到第二RX缓冲器404，以便产生表示为LO信号310的单端电压模式输出。
在相应于各个合成器部件(316或318)提供LO至调制器317的时间，仅一个驱动器/接收器对被启动。从电流模式接收机输出的单端电压模式连接在一起，产生接收的LO信号310。作为差分电流模式信号的LO信号的传送使从各个LO信源耦合到其它靠近电路的能力为最小，因为沿互连线的电压变化是很小的。差分信号也有助于抵消来自其它配置电路杂音的任何共模耦合。以这种方式，在频率源和任何其它敏感的电路或发送机电路部件之间取得好的隔离。用两个合成器部件(316，318)运行执行测试，其中，一个提供LO主调制器。在调制器317测量隔离在250MHZ低于65dB。而且，该偏移合成器能被关闭，而同时TDD系统被启动，提供降低耗用电流。
接收路径对于FDD和TDD两种系统是共用的。RF信号由天线340接收，通过天线耦合器334耦合到RX路径以作为RX信号342。该RX信号342由放大器346放大，然后在RX混频器346与从主LO合成器320产生的主LO信号322混频，以产生IF载频信号348，该信号在ZIF350中与第二LO信号314相组合并变换为RX基带信号352。RX基带信号352然后由控制器部分306处理，并在扬声器354变换为音频。
本文所描述的本发明的优选实施例利用合成器控制器312来优化两个不同频率源之间的隔离，以使一种通用的结构可用于TDD和FDD系统。两种结构平台组合在一个集成电路中，因对不同的无线电系统允许使用同一个集成电路IC或在单一无线电设备中提供双结构平台，故设备成本降低了。此外，在这种结构中，LO源的选择允许不使用的合成器源被关断，TDD系统中的偏移LO合成器318和因此获得可观的耗用电流的节省。双结构系统的另一优点是：该第二LO合成器可用在TDD和FDD系统，消除了在TDD中在发送模式时对于独立的合成器的需求。第二LO合成器在TDD和FDD两种系统中在接收方式时起一个共用合成器的作用。
两种结构平台的组合降低了设计无线电设备的成本和节省了设计和策划无线电系统的时间。通用分的无线电设备的测试夹具和集成电路测试夹具都可被使用，这样又降低了测试成本和减少了测试时间。再则，如所述的本发明的隔离方案减少了耦合的问题，并允许电路的不使用部分被关断，以对整个无线电产品提供耗用电流的节省。

Claims (9)

1.一种能提供第一和第二无线电设备结构的无线电设备，其特征在于，包括：
一个控制器部分，用以提供选择信号和发送基带信号；
一个集成电路，包括：
一个合成器控制器，用以控制第一和第二无线电设备结构的选择，该合成器控制器具有第一和第二输入端、一个用于接收选择信号的选择输入端、和一个用于提供隔离的本地振荡器(LO)信号的输出端；
一个主LO合成器，用以提供主LO信号；
一个偏移LO合成器，用以向合成器控制器的第一输入端提供偏移LO信号；
一个第二LO合成器，用以向合成器控制器的第二输入端提供第二LO信号；
一个调制器，用以组合隔离的LO信号和发送基带信号，以形成调制的中频(IF)信号；
一个发送混频器，用于混合调制的IF信号和主LO信号并产生发送载频信号；和所述合成器控制器包括；
一个第一隔离电路，具有耦合到偏移LO信号的一个输入端和具有一个隔离器输出端；和
第一隔离输出和第二隔离输出耦合在一起，响应选择信号，提供一个单端电压模式输出作为隔离的LO信号，而且每次或者是第一隔离电路或是第二隔离电路被启动，当第一隔离电路被启动时，启动第一无线电设备的结构，和当第二隔离电路被启动时，启动第二无线电设备的结构。
2.根据权利要求1的无线电设备，其特征在于，第一隔离电路包括：
一个第一驱动器电路，具有耦合到偏移LO信号并提供差分电流模式信号的一个输入端；和
一个第一缓冲器，具有一个输入端，耦合到第一驱动器的差分电流模式信号和响应选择信号提供隔离的LO信号到该调制器。
3.根据权利要求2的无线电设备，其特征在于，第一驱动器电路包括：
一个三态差分电流模式驱动器，当选择信号是逻辑电平高时，提供差分电流模式信号。
4.根据权利要求2的无线电设备，其特征在于，第一缓冲器包括：
一个第一三态差分电流模式接收缓冲器，耦合到第一三态差分电流模式驱动器的差分电流模式信号，和当选择信号是逻辑电平高时提供单端电压模式输出，而当选择信号是逻辑低时，提供一个高阻抗输出给调制器。
5.根据权利要求1的无线电设备，其特征在于，第二隔离电路包括：
一个第二驱动器电路，具有一个输入端，耦合第二LO信号和提供差分电流模式信号；和
一个第二缓冲器，具有一个输入端，耦合到第二驱动器的差分电流模式信号和响应选择的信号提供隔离的LO信号到调制器。
6.根据权利要求5的无线电设备，其特征在于，第二驱动器电路包括：
一个第二三态差分电流模式驱动器，当选择信号是逻辑电平低时，提供差分电流模式信号。
7.根据权利要求5的无线电设备，其特征在于，第二缓冲器包括：
一个第二三态差分电流模式接收缓冲器，耦合到第二三态差分电流模式驱动器的差分电流模式信号和当选择信号是逻辑电平低时提供单端电压模式输出，和当选择信号是逻辑电平高时，提供高阻抗输出给调制器。
8.根据权利要求1的无线电设备，其特征在于，该无线电设备进一步包括：
一个接收混频器，用于混合RF信号与主LO信号和产生接收的IF载频信号；
一个零IF部分，用于组合第二LO信号与接收IF载频信号并产生接收基带信号；和
当选择信号是逻辑低电平时，偏移LO合成器被关闭。
9.一种能提供第一和第二无线电设备结构的集成电路，其特征在于，包括：
一个合成器控制器，具有一个选择输入端，用于在第一和第二无线电设备的结构之间选择，和提供隔离的本地振荡器(LO)信号；
一个偏移LO合成器，提供偏移LO信号至合成器控制器；和
一个第二LO合成器，提供第二LO信号至合成器控制器；
一个第一隔离电路，具有一个输入端，耦合到偏移LO信号和响应被选择的第一无线电设备结构提供差分电流模式信号；
一个第二隔离电路，具有一个输入端，耦合到第二LO信号和响应被选择的第二无线电设备结构提供差分电流模式信号；和
该第一隔离电路具有一个输出端，和第二隔离电路有一个输出端，其中第一和第二隔离电路输出端耦合在一起，响应于选择信号提供单端电压模式输出作为隔离的LO信号，在每一次或是第一隔离电路或是第二隔离电路被启动，当第一隔离电路被启动时，第一无线电结构被启动，和当第二隔离器电路被启动时，启动第二无线电设备结构。
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