CN1457559A - 具有能跟踪频率产生器的频率乘法器的收发信机 - Google Patents

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Abstract

收发信机具有频率产生装置，用于产生具有第一频率的第一信号。频率产生装置具有用于在第一频率上谐振的第一槽路装置。收发信机还具有频率乘法装置，用于把所述第一信号乘以所述第一信号的基波频率的整数倍。频率乘法装置具有用于在基波频率的谐波频率上谐振的第二槽路装置，谐波频率由整数倍数确定。频率乘法装置具有输出装置，用于输出具有谐波频率的第二信号。第一槽路装置在第一频率附近具有高的频率选择性，以及所述第二槽路装置在谐波频率附近具有高的频率选择性。收发信机具有调谐装置，用于同时调谐第一和第二槽路装置，以及具有上/下变频装置，用于上/下变频第二信号。

Description

具有能跟踪频率产生器的频率乘法器的收发信机
发明背景
发明领域
本发明涉及具有频率乘法器的收发信机，频率乘法器用于对由被包括在收发信机中的频率产生器产生的信号进行相乘。频率产生器和频率乘法器可以由被包括在收发信机中的接收机与发射机来共享。这样的收发信机可以是在所谓的WLAN IEEE 802.11b标准下的设备，或可以是任何其他适当的射频设备。这样的设备也可以是分开的发射机或接收机。
相关技术描述
Philips Data Sheet(菲利浦数据资料)SA2420，“Low Voltage RFTransceiver(低压RF收发信机-2.45GHz)”，16页，1997年5月23日，揭示了具有发射机和接收机前端的收发信机前端。收发信机具有倍频器，它通过带通滤波器提供本地振荡器信号给混频器。倍频器使由频率产生器产生的信号的频率倍增。这样的频率产生器典型地由被包括在锁相环中的压控振荡器形成，但其他类型的频率产生器也是已知的。压控振荡器典型地具有包括电容和电感的槽路电路，以及通过加在其上的调谐电压进行调谐。使用这样的SA2420集成电路的已知的收发信机使用一个宽带倍频器，其中槽路电路的加载的品质因数(Q)是低的，典型地为2-3，即，槽路电路具有低的频率选择性。因为低的Q值，增益随频率的变化是平坦的，收发信机在基波频率以及它的奇数倍数上几乎不抑制不想要的频率。这样的不想要的频率在收发信机的接收模式下造成不想要的接收或降低抗阻塞能力，以及必须在芯片外对其进行滤除，特别是当收发信机处在发送模式时。
更一般地，类似的原理适用于被包括在收发信机中的已知的频率乘法器。
发明概要
本发明的目的是向收发信机、发射机或接收机中的频率倍增提供对与产生的频率信号有关的谐波的有效抑制，而不需要施加显著的衰减。
按照本发明，提供了一种收发信机，所述收发信机包括：
频率产生装置，用于产生具有第一频率的第一信号，所述频率产生装置包括用于在所述第一频率上谐振的第一槽路装置；
频率乘法装置，用于把所述第一信号乘以所述第一信号的基波频率的整数倍，所述频率乘法装置包括用于在所述基波频率的一个谐波频率上谐振的第二槽路装置，所述谐波频率由所述整数倍数确定，以及所述频率乘法装置包括输出装置，用于输出具有所述谐波频率的第二信号，所述第一槽路装置在所述第一频率附近具有高的频率选择性，以及所述第二槽路装置在所述谐波频率附近具有高的频率选择性；
调谐装置，用于同时调谐所述第一和第二槽路装置。
在这样的收发信机中，第二信号可被使用于上变频，下变频，或上变频和下变频。在原理上，本发明可被使用于仅有发射机的设备或仅有接收机的设备。
本发明是基于这样的观点，对于抑制不想要的奇数谐波所需要的高的频率选择性使得总的频率特性不再平坦的，所以，需要通过以小的频率增量来调谐槽路电路而加以补偿。实际上，这样可以达到使得总的频率特性再次成为平坦的。
优选地，槽路电路包括由单一电容和电感制成的芯片上匹配的频率确定元件。优选地，在频率产生装置和频率乘法装置中的有源元件是芯片上匹配的元件，诸如具有相等的发射极面积的双极性晶体管，或具有单一沟道尺寸的场效应晶体管。由此，达到在整个想要的频段上的良好的跟踪。
在双变频和或下变频之前，通过在频率乘法装置的输出端处应用高通滤波器，基波频率可被进一步抑制。
优选地，在振荡器槽路电路中多个单一容性和感性元件被选择为相同的。这样，可得到最小跟踪误差。所述第一槽路装置优选地包括第一变容管，以及所述第二槽路装置优选地包括第二变容管，以及所述第一和第二变容管优选地被包括在所述调谐装置中。
附图简述
图1是按照本发明的收发信机的方框图。
图2是按照本发明的频率乘法器的电路图。
图3显示按照本发明的压控振荡器电路中的槽路电路。
图4显示槽路电路的容性调谐。
图5显示在槽路电路中使用的电感调谐。
图6显示本发明的运行。
图7进一步显示本发明的运行。
在所有图上，相同的参考数字被使用于相同的特性。
详细的实施例的描述
图1是按照本发明的收发信机的方框图。在接收支路中，收发信机1包括低噪声放大器2和混频器3，以及在发送支路中，收发信机1包括混频器4，带通滤波器5，和功率放大器6。发送和接收支路被耦合到发送/接收(Tx/Rx)开关7。收发信机1还包括具有槽路电路9的频率产生器8，具有槽路电路11的频率乘法器10，以及任选地，高通滤波器12。按照本发明，槽路电路9和11是高选择性的、可调谐的，以及运行在频率跟踪模式，即，当被调谐时，可以在频率上紧密地互相跟踪。事实上，槽路电路9和11被同时调谐，优选地这是通过施加相同的调谐电压来实现的。十分优选的频率确定元件，诸如感性元件和容性元件，以及在各个槽路电路9和11中的有源元件被进行匹配。当在芯片上实施时，这样的匹配包括以单一感性元件制造电感，和以单一容性元件制造电容，以及制造这样的有源元件，诸如标准几何形状的晶体管，这在双极性晶体管的情形下可以通过应用相等的发射极面积。在使用场效应晶体管的情形下，这样的场效应晶体管通过应用单一沟道尺寸而被匹配。这样的精确的匹配达到精确的频率跟踪。在给出的例子中，频率乘法器10被安排为使得它可作为倍频器运行，即，槽路电路11在频率产生器8的输出频率的两倍处谐振，并且因为它的高的选择性，基本上滤除所有其他的谐波。在原理上，频率乘法器10可以选择其他谐波，诸如三次谐波。在选择三次谐波的情形下，频率乘法器作为三倍频器运行。
相乘频率产生器的频率可被应用到接收和发送支路的两个混频器3和4，可被应用到仅仅发送的支路，或可被应用到仅仅接收的支路。发送支路或者接收支路中的任何一个可以不存在。在后一种情形下，该设备不是收发信机，而分别仅仅是发射机，或仅仅是接收机。
高通滤波器12是可任选的，它达到进一步滤除由频率产生器8提供的基波频率信号的目的。
频率产生器8可以以多种方式被实施。例如，频率产生器8包括一个被包含在锁相环中的压控振荡器。替换地，频率产生器8可以是单个振荡器，或复杂的综合器。频率产生器8的结构对于本发明不是本质性的。
频率乘法器11可以以多种方式被实施，只要它包括高选择性的和可调谐的槽路电路。槽路电路9和11也可以以多种方式被实施。在技术上，许多可调谐的和高选择性槽路电路是已知的以及可以通过模拟，或混合模拟和数字装置进行这样的槽路电路的调谐。调谐可以通过压控变容管或变容管、PIN二极管开关切换的电容阵列、开关切换的电感阵列、晶体管开关切换的电容阵列、或任何其他适当的调谐装置来进行。
图2是按照本发明的频率乘法器10的电路图，在给出的例子中，它被做成倍频器。频率乘法器10包括平衡的输入晶体管对20和21，在它们的各自的集电极路径上具有可调谐的槽路电路22和23，以及还包括输出晶体管24，它被做成为发射极跟随器。图上还显示了耦合电容25，电流源26和27，以及电压源28。可调谐的槽路电路22包括电容29，压控变容管或变容管30，和电感31。可调谐的槽路电路23包括电容32，压控变容管或变容管33，和电感34。
图3显示在按照本发明的压控振荡器电路中的可调谐的槽路电路40。可调谐的槽路电路40包括电感41，42，43和44，压控变容管45和46，电容47和48，以及电阻49和50。在节点51处，可以加上调谐电压。在电容47和48之间的节点52可以耦合由电容47和48，压控变容管45和46，以及电阻49和50构成的调谐电路，以便提供Vcc。图上还显示耦合电容53和54，用于分别耦合压控振荡器(未更详细地显示出)的晶体管47和48。槽路电路40实质上是压控振荡器中确定频率的元件。槽路电路40可以通过使用压控变容管被调谐，类似于在频率乘法器中显示的那样，但许多替换的调谐机制在技术上也是已知的，正如参照图1描述的。重要的是，可调谐的槽路电路9和11应该匹配，以便允许精确的跟踪。
如上所述，在槽路电路22，23和40中，优选地应用在芯片上的单一容性和感性元件。在分频器的情形下，电感41和42合在一起具有电感器31和34的双倍电感量，以及电容45具有电容器29和30，或32和33的双倍电容量。由此，可以得到最小跟踪误差。替换地，电感可以是四倍以及电容是相等的。或者可替换地，电容可以是四倍以及电感是相等的。通过这样的替换的选择，由于预期的元件分散性的较严重的影响，跟踪误差可能是更大的。对于三倍频器，电容量和电感量可以是振荡器槽路电路中的三倍。
图4显示槽路电路的另一个电容调谐的方式。另一个可调谐的槽路电路包括开关切换的电容60和61的阵列(由场效应晶体管62和63进行切换)，电感64和压控变容管65。从原理上说，可以不用压控变容管65。
图5显示在槽路电路中使用电感的调谐。如图所示，被安排在节点72和73之间的一对串联的电感70和71中的一个电感由场效应晶体管74进行切换。
图6显示本发明的运行。实线的高选择性的频率特性80显示二次谐波的频率选择性(由槽路电路22，23和40所实现的)，在频率f＝f0，在给定的频段的中间(例如，在2.4GHz-2.5GHz的频段中的2.45GHz)，以及抑制基波频率f0/2＝1.225GHz和更高的谐波(诸如三次谐波，频率为f＝3f0/2＝3.675GHz)。虚线频率特性81和82是分别在频段的外部边缘2.4GHz和2.5GHz处的频率特性。在边缘处，振荡器槽路电路的频率特性跟踪倍频器槽路电路(即振荡器)的频率特性，即，分别跟踪到1.2GHz和1.25GHz。如图6所示，高选择性的频率特性在给定的频段上稍微偏移。
图7进一步显示本发明的运行。图上显示槽路电路9的频率特性90，它以小的频率步长从f＝f0＝2.45GHz位置的中间频率特性偏移到频段的外边缘。步长可以是频段内的物理频道的增量，或可以是任何其他的适当的增量。调谐可以以离散的或连续的方式进行。由此，按照本发明，实际上可以在整个频段上得到基本上平坦的频率特性，如实线91所示。
鉴于以上说明，本领域技术人员将会看到，可以在此后由附属的权利要求规定的本发明的精神和范围内作出各种修正，因此，本发明并不限于所提供的例子，所用的词语“包括”并不排除存在除了权利要求中所列出的以外的其他单元和步骤。

Claims (11)

1.发射机，包括：
频率产生装置(8)，用于产生具有第一频率的第一信号，所述频率产生装置(8)包括用于在所述第一频率上谐振的第一槽路装置(9)；
频率乘法装置(10)，用于把所述第一信号乘以所述第一信号的基波频率的整数倍，所述频率乘法装置(10)包括用于在所述基波频率的一个谐波频率上谐振的第二槽路装置(11)，所述谐波频率由所述整数倍数确定，以及所述频率乘法装置(10)包括输出装置(24)，用于输出具有所述谐波频率的第二信号，所述第一槽路装置(9)在所述第一频率附近具有高的频率选择性，以及所述第二槽路装置(11)在所述谐波频率附近具有高的频率选择性；
调谐装置(30，33，45，46)，用于同时调谐所述第一和第二槽路装置(9，11)，以及
上变频装置(4)，使用所述第二信号用于上变频发送信号。
2.如权利要求1中要求的发射机，其中所述调谐装置(30，33)被配置成在给定的频段上以所述频段的物理频道的频率增量调谐所述第二槽路装置(11)。
3.如权利要求2中要求的发射机，其中所述物理频道相比于所述给定的频段具有窄的频道带宽。
4.如权利要求1中要求的发射机，其中所述第一槽路装置(9)包括第一频率确定元件(41-48)，以及所述第二槽路装置(11)包括第二频率确定元件(29-34)，所述第一和第二频率确定元件(29-34，41-48)，是第一芯片上匹配元件。
5.如权利要求4中要求的发射机，其中所述第一芯片上匹配元件(29-34，41-48)包括单一容性元件和单一感性元件。
6.如权利要求1中要求的发射机，其中所述频率产生装置(8)包括第一有源元件(47，48)，以及所述频率乘法装置(10)包括第二有源元件(20，21)，所述第一和第二有源元件(20，21，47，48)是第二芯片上匹配元件。
7.如权利要求6中要求的发射机，其中所述第一和第二有源元件(20，21，47，48)包括具有匹配发射极面积的双极性晶体管。
8.如权利要求6中要求的发射机，其中所述第一和第二有源元件(20，21，47，48)包括单一沟道尺寸的场效应晶体管。
9.如权利要求5中要求的发射机，其中所述第一槽路装置(9)包括第一数目的所述单一容性元件和第二数目的所述单一感性元件，以及所述第二槽路装置(11)包括第三数目的所述单一容性元件和第四数目的所述单一感性元件，所述第一数目是所述第三数目的第一倍数，以及所述第二数目是所述第四数目的第二倍数，其中所述第一倍数优选地等于所述第二倍数。
10.收发信机，包括：
频率产生装置(8)，用于产生具有第一频率的第一信号，所述频率产生装置(8)包括用于在所述第一频率上谐振的第一槽路装置(9)；
频率乘法装置(10)，用于把所述第一信号乘以所述第一信号的基波频率的整数倍，所述频率乘法装置(10)包括用于在所述基波频率的谐波频率上谐振的第二槽路装置(11)，所述谐波频率由所述整数倍数确定，以及所述频率乘法装置(10)包括输出装置(24)，用于输出具有所述谐波频率的第二信号，所述第一槽路装置(9)在所述第一频率附近具有高的频率选择性，以及所述第二槽路装置(11)在所述谐波频率附近具有高的频率选择性；
调谐装置(30，33，45，46)，用于同时调谐所述第一和第二槽路装置(9，11)。
11.接收机，包括：
频率产生装置(8)，用于产生具有第一频率的第一信号，所述频率产生装置(8)包括用于在所述第一频率上谐振的第一槽路装置(9)；
频率乘法装置(10)，用于把所述第一信号乘以所述第一信号的基波频率的整数倍，所述频率乘法装置(10)包括用于在所述基波频率的谐波频率上谐振的第二槽路装置(11)，所述谐波频率由所述整数倍数确定，以及所述频率乘法装置(10)包括输出装置(24)，用于输出具有所述谐波频率的第二信号，所述第一槽路装置(9)在所述第一频率附近具有高的频率选择性，以及所述第二槽路装置(11)在所述谐波频率附近具有高的频率选择性；
调谐装置(30，33，45，46)，用于同时调谐所述第一和第二槽路装置(9，11)，以及
下变频装置(3)，使用所述第二信号以便下变频接收的信号。
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