CN1953342A - 局部振荡频率发生设备和具有该设备的无线收发器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可产生至少两个频带中的局部振荡频率的多局部振荡频率发生设备和一种具有该多局部振荡频率发生设备的无线收发器。所述局部振荡频率发生设备包括：振荡单元，包括多个VCO，所述多个VCO提供用于调制或解调至少两个频带中的RF信号的具有不同频率的至少两个局部振荡信号；PLL，锁住由VCO提供的局部振荡信号的频率；第一开关，根据RF信号的频带选择由VCO提供的局部振荡信号之一；频率转换单元，转换选择的局部振荡信号的频率；和相移单元，通过对由频率转换单元输出的信号进行相移来产生I局部振荡信号和Q局部振荡信号。

Description

局部振荡频率发生设备和具有该设备的无线收发器
本申请要求于2005年10月21日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0099738号韩国专利申请的优先权，该申请完全公开于此以资参考。
技术领域
与本发明一致的设备涉及一种无线收发器，更具体地讲，涉及一种可产生属于不同频带的至少两个局部振荡频率的多局部振荡频率发生设备和一种具有该多局部振荡频率发生设备的无线收发器。
背景技术
通常，无线收发器所采用的频率转换方法分为直接转换方法和超外差方法。在超外差方法中，射频(RF)被转换为中频(IF)，IF被转换为基频(BF)。由于超外差方法需要用于将输入的RF转换为IF的多个混频器或表面声波(SAW)滤波器，所以它难以将超外差方法实现为单个芯片。
最近，为了解决这个关于超外差方法的问题，已广泛采用直接转换方法，在直接转换方法中，RF被直接转换为BF，而无需被转换为IF。将直接转换方法实现为包括用于无线通信的多个装置的单个芯片相对容易。另外，采用直接转换方法的无线收发器的制造成本相对较低，并且这种无线收发器的功耗较小。
图1是相关技术的采用直接转换方法的无线收发器的电路图。参考图1，该相关技术的无线收发器包括天线5、带通滤波器(BPF)10、接收器20、发送器30和局部振荡频率发生器40。以下将由局部振荡频率发生器40产生的用于调制基带信号或解调RF信号的局部振荡信号的频率称为局部振荡频率。
接收器20包括低噪声放大器(LNA)22、解调器24和接收信号处理器26。发送器30包括发送信号处理器32、调制器34和功率放大器(PA)36。
局部振荡频率发生器40包括正交相位信号发生器41、倍频器42、压控振荡器(VCO)43和锁相环(PLL)44。PLL 44使用驱动解调器24和调制器34所需的局部振荡频率fLO的一半来振荡VCO 43。从VCO 43输出的信号的频率被倍频器42加倍。正交相位信号发生器41通过相位信息输出同相(I)局部振荡信号和正交相位(Q)局部振荡信号，并将该I局部振荡信号和Q局部振荡信号提供给解调器24和调制器34。
现在将描述相关技术的无线收发器接收RF信号的方法。经由天线5接收的RF信号很弱。因此，LNA 22放大接收的RF信号，解调器24对放大的RF信号进行下变换。这里，解调器24将接收的RF信号与由局部振荡频率发生器40提供的局部振荡信号进行混频，然后对混频的结果进行下变换。因此，下变换的结果具有等于局部振荡频率fLO和接收的信号的频率fRF之间的差的频率。在不涉及IF的使用的直接转换方法中，局部振荡频率fLO等于接收的RF信号频率fRF。下变换的RF信号被接收信号处理器26放大和滤波，从而从接收信号处理器26输出基带信号。接收信号处理器26是包括可变增益放大器(未显示)、低通滤波器(未显示)和输出缓冲器(未显示)的模拟处理块。根据期望的信号将被放大的幅度，接收信号处理器26的可变增益放大器可被实现为单个级联结构或多个级联结构。
现在将描述相关技术的无线收发器发送RF信号的方法。发送信号处理器32对基带信号进行滤波和放大并将其输出。调制器34将从发送信号处理器32输出的基带信号与由局部振荡频率发生器40提供的局部振荡信号进行混频，并对混频的结果进行上变换，从而获得RF信号。功率放大器36将该RF信号放大到合适的程度，通过带通滤波器10和天线5发送放大的RF信号。
通常，不同类型的无线收发器，例如，无线局域网(WLAN)装置、无线宽带互联网(Wi-Bro)装置和蓝牙装置，具有不同的操作频带。具体地讲，相关技术的无线收发器被要求与多个操作频带中的一个操作频带相一致地操作，因而，它们可能不能被提供由不同频带所提供的各种服务，诸如通信和卫星广播服务以及无线互联网服务。另外，通常，为了接收与多个频带相关的服务，无线收发器必须包括可产生分别与这些频带相应的多个局部振荡信号的多个局部振荡频率发生器，这导致增加了无线收发器的制造成本和大小。
发明内容
本发明提供一种可产生属于不同频带的至少两个局部振荡频率的局部振荡频率发生设备和一种具有该局部振荡频率发生设备的无线收发器。
根据本发明的一方面，提供一种无线通信装置中的局部振荡频率发生设备。该局部振荡频率发生设备包括：振荡单元，包括多个VCO，所述多个VCO提供用于调制和/或解调至少两个频带中的RF信号的具有不同频率的至少两个局部振荡信号；PLL，锁住由VCO提供的局部振荡信号的频率；第一开关，根据预定的RF信号的频带选择VCO之一；频率转换单元，转换由第一开关选择的由VCO所提供的局部振荡信号的频率；相移单元，通过对由频率转换单元输出的信号进行相移来产生I局部振荡信号和Q局部振荡信号，并输出I局部振荡信号和Q局部振荡信号；和控制单元，控制振荡单元、PLL、第一开关、频率转换单元和相移单元。
根据本发明的另一方面，提供一种无线收发器。该无线收发器包括：天线，发送和/或接收至少两个频带中的RF信号；接收单元，接收由天线接收的RF信号并输出基带信号；发送单元，将基带信号转换为RF信号，并将该RF信号发送到无线收发器的外部；局部振荡频率发生设备，输出具有不同频率的至少两个局部振荡信号，所述局部振荡信号包括属于与接收单元所接收的RF信号相同频带的局部振荡信号或属于与发送单元所发送的RF信号相同频带的局部振荡信号；和控制单元，控制天线、接收单元、发送单元和局部振荡频率发生设备。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面将变得更清楚，其中：
图1是相关技术的采用直接转换方法的无线收发器的电路图；
图2是根据本发明示例性实施例的具有局部振荡频率发生设备的无线收发器的电路图；
图3是图2的局部振荡频率发生设备的框图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的在图2的解调器中执行的将局部振荡信号和RF信号混频的方法的电路图；
图5是示出由根据本发明示例性实施例的无线收发器执行的将接收的RF信号转换为基带信号的方法的示图；和
图6是示出由根据本发明示例性实施例的无线收发器执行的将基带信号转换为将被发送的RF信号的方法的示图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述本发明，在附图中显示了本发明的示例性
实施例。
根据本发明示例性实施例的局部振荡频率发生设备是用于产生和输出具有与期望的RF信号相同频率的局部振荡信号，从而可在至少两个无线频带中执行RF信号的发送/接收。例如，所述局部振荡频率发生设备不仅可提供5GHz WLAN装置所需的5GHz频带的局部振荡信号，而且还可提供2GHzWLAN装置、Wi-Bro装置、蓝牙装置和卫星数字多媒体广播(DMB)调谐器所需的2GHZ频带的局部振荡信号。
图2是根据本发明的示例性实施例的具有局部振荡频率发生设备230的无线收发器的电路图。为方便起见，现在将假设所述无线收发器采用直接转换方法。然而，对本领域的普通技术人员而言显而易见的是，还可将本发明应用于采用超外差方法的无线收发器。现在将由局部振荡频率发生设备230产生的用于调制基带信号或解调RF信号的局部振荡信号的频率称为局部振荡频率。
参考图2，所述无线收发器包括：接收单元210，通过天线202接收信号并输出基带信号；发送单元220，将基带信号转换为RF信号并通过天线202将该RF信号输出到无线收发器的外部；局部振荡频率发生设备230，输出具有与接收单元210所接收的RF信号或发送单元220所发送的RF信号相同频率的局部振荡信号；和控制单元240，控制接收单元210、发送单元220和局部振荡频率发生设备230。
接收单元210包括低噪声放大单元211、解调器212、至少一个压控放大器213和215、低带通滤波器214以及输出缓冲器216。
低噪声放大单元211包括多个第一和第二低噪声放大器，即211a至211b，这些低噪声放大器分别被设置为至少两个频带并且放大接收的RF信号。例如，第一低噪声放大器211a可以是放大属于2GHZ频带的RF信号的放大器，第二低噪声放大器211b可以是放大属于5GHZ频带的RF信号的放大器。低噪声放大单元211可具有增益控制功能。低噪声放大单元211可包括能处理宽带频率信号的单个宽带低噪声放大器，而不是包括图2所示的多个低噪声放大器。
解调器212将由低噪声放大单元211放大的RF信号和由局部振荡频率发生设备230提供的局部振荡信号进行混频，从而获得基带信号。
压控放大器213和215控制由解调器212获得的基带信号的电平。图2示出的接收单元210包括两个压控放大器。然而，接收单元210可包括一个压控放大器或多于两个的压控放大器。低带通滤波器214从由压控放大器213输出的基带信号去除高频噪声，输出缓冲器216缓冲已被低带通滤波器214低带通滤波后的基带信号并输出缓冲的基带信号。可根据接收的RF信号和将被发送的RF信号的频率以及基带信号的带宽设置低带通滤波器214的切断频率。可以以与图2所示的不同的顺序布置压控放大器213和215以及低带通滤波器214。
发送单元220包括电平转换器221、低带通滤波器222、压控放大器223、调制器224和功率放大器225。
电平转换器221是一种调整发送信号的共模电平的输入缓冲器。低带通滤波器222从由电平转换器221输出的发送信号去除高频噪声。压控放大器223将由低带通滤波器222输出的信号的电平调整为该信号可以被适当地发送的合适的电平。调制器224将由压控放大器223输出的信号与由局部振荡频率发生设备230提供的局部振荡信号进行混频，从而获得RF信号。通过调制器224获得的RF信号被功率放大器225放大，放大的RF信号通过带通滤波器204和天线202被发送。
图3是图2的局部振荡频率发生设备230的框图。参考图3，所述局部振荡频率发生设备230包括锁相环231、振荡单元232、第一开关233、频率转换单元234、第二开关235、乘法器236、相移单元237、第三开关238和输出缓冲器239。
振荡单元232包括并联在PLL 231和第一开关233之间的多个VCO，即第一VCO VCO1至第n VCO VCOn，振荡单元232可根据接收单元210所接收的或发送单元220所发送的RF信号的频带提供具有不同频率的局部振荡信号，从而能够对属于至少两个不同频带的RF信号进行调制或解调。根据需要的RF信号的频带选择由第一VCO VCO1至第n VCO VCOn输出的局部振荡信号之一，从而为需要的RF信号产生局部振荡信号。所述无线收发器需要具有不同频率的多个局部振荡信号来使用不同的频带。因此，根据本发明的当前示例性实施例，通过多个VCO提供具有不同频率的多个局部振荡信号，并适当地转换这些局部振荡信号的每个的频率，从而向所述无线收发器提供调制/解调RF信号所需的局部振荡信号。
例如，在5GHz WLAN中使用具有4.9-5.9GHz频率的RF信号和具有8.3MHz带宽的基带信号；在卫星SMB中使用具有大约2.6GHz频率的RF信号和具有8.242MHz带宽的基带信号；在Wi-Bro中使用具有2.3-2.9GHz频率的RF信号和具有4.5MHz的带宽的基带信号(具有9MHz带宽的RF信道)；在2.4GHz WLAN中使用具有2.4-2.5GHz频率的RF信号和具有5-20MHz带宽的信道。关于这方面，无线收发器之间的RF信号的频带可能不同，因而，需要根据RF信号的频带改变调制或解调RF信号所需的局部振荡信号的频率。通常，无线收发器的局部振荡频率发生单元仅提供一个局部振荡频率。另一方面，局部振荡频率发生设备230可提供多种局部振荡频率。
PLL 231锁住由振荡单元232产生的局部振荡信号的频率。
第一开关233根据接收的RF信号或将被发送的RF信号的频带选择第一VCO VCO1至第nVCO VCOn之一。
频率转换单元234通过执行预定的操作将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率转换为调制/解调RF信号所需的具有预定局部振荡频率的局部振荡信号。频率转换单元234可包括：至少一个倍频器，将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率乘以预定数；和至少一个除法器，将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率除以预定数。
例如，频率转换单元234可包括：第一除法器234a，将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率除以整数L；第二除法器234c，将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率除以整数N；和倍频器234b，将由第一开关233选择的局部振荡信号的频率乘以整数M。现在将详细描述频率转换单元234的操作。
如果第一开关根据预定的RF信号的频带选择由VCO1至VCOn产生的局部振荡信号之一，则可由第一除法器234a、第二除法器234c和倍频器234b对选择的局部振荡信号的频率进行转换，并可输出频率转换的结果。例如，如果由第一开关233选择的局部振荡信号具有频率fPLL，则第一除法器234a输出具有频率f1＝fPLL/L的信号，第二除法器234c输出具有频率f3＝fPLL/N的信号，倍频器234b输出具有频率f2＝fPLL×M的信号，其中，通过将频率fPLL除以整数L获得频率f1＝fPLL/L，将频率fPLL除以整数N获得频率f3＝fPLL/N，将频率fPLL乘以整数M获得频率f2＝fPLL×M。
第二开关235可选择由第一除法器234a和倍频器234b输出的信号之一，乘法器236可将由第二开关选择的信号乘以由第二除法器234c输出的信号，从而获得由第一开关233选择的局部振荡信号的另一频率转换的信号。
由第一除法器234a、倍频器234b、和乘法器236输出的信号被输入到相移单元237的各相移器237a、237b和237c，并被相移器237a、237b和237c相移为I局部振荡信号和Q局部振荡信号。第三开关选择由相移器237a、237b和237c之一输出的I局部振荡信号和Q局部振荡信号，并将选择的I局部振荡信号和Q局部振荡信号输出到解调器212或调制器224。
简而言之，频率转换单元234包括至少一个除法器和倍频器，因而可通过直接输出除法器和倍频器的输出信号或适当地将除法器和倍频器的输出信号进行混频来产生具有不同频率的多个局部振荡信号。
相移单元237的第一相移器237a、第二相移器237b和第三相移器237c对由频率转换单元234输出的信号的每个进行相移，从而获得I局部振荡信号和Q局部振荡信号。输出缓冲器239缓冲由相移单元237输出且由第三开关238选择的经过相移的局部振荡信号，并将缓冲的局部振荡信号提供给解调器212或调制器224。
图4是示出将由局部振荡频率发生设备230产生的局部振荡信号和由低噪声放大单元211放大的RF信号进行混频的方法的电路图，该方法由图2的解调器212执行。参考图4，解调器212包括I混频器212a和Q混频器212b。I混频器212a将由局部振荡频率发生设备230输出的I局部振荡信号LOI和由低噪声放大单元211输出的RF信号进行混频，从而获得I基带信号BBI。Q混频器212b将由局部振荡频率发生设备230输出的Q局部振荡信号与由低噪声放大单元211输出的RF信号进行混频，从而获得Q基带信号BBQ。
图5是示出根据本发明的示例性实施例的将无线收发器接收的RF信号转换为基带信号的方法的示图，图6是示出根据本发明的示例性实施例的将将被无线收发器发送的基带信号转换为RF信号的方法的示图。
参考图5，当接收到具有2.4GHz中间频率的RF信号501时，局部振荡频率发生设备230产生具有与RF信号501的频率相同的频率fLO1的第一局部振荡信号，解调器212通过将接收的信号与由局部振荡频率发生设备230产生的第一局部振荡信号进行混频来将RF信号501转换为基带信号。如果接收到具有5.2GHz中间频率的RF信号502，则局部振荡频率发生设备230产生与RF信号502的频率相同的频率fLO2的第二局部振荡信号，解调器212通过将RF信号502与由局部振荡频率发生设备230产生的第二局部振荡信号进行混频来将RF信号502转换为基带信号。这里，可通过适当地选择局部振荡频率发生设备230的第一VCO VCO1至第nVCO VCOn之一以及第一开关233、第二开关235和第三开关238之一来产生局部振荡频率fLO1和fLO2的每个。
参考图6，为了可通过具有2.4GHz中间频率的载波加载基带信号来发送该基带信号，局部振荡频率发生设备230在控制单元240的控制下输出具有2.4GHz频率的第一局部振荡信号，调制器224通过将基带信号与第一局部振荡信号进行混频来将基带信号转换为具有2.4GHz频率的RF信号。同样，为了可通过具有中间频率5.2GHz的载波加载基带信号来发送该基带信号，局部振荡频率发生设备230在控制单元240的控制下输出具有频率5.2GHz的第二局部振荡信号。调制器224通过将基带信号与第二局部振荡信号进行混频来将基带信号转换为具有频率5.2GHz的RF信号。
如上所述，根据本发明，可实现结构简单的无线收发器，并可通过使一个局部振荡频率发生设备能够提供用于调制/解调RF信号的属于不同频带的多个局部振荡信号来减少构成无线收发器的电子部件和装置的数量。另外，可通过将RF信号处理模块实现为单个芯片来最小化无线收发器的芯片面积。
尽管已参考本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (16)

1、一种局部振荡频率发生设备，包括：
振荡单元，包括多个压控振荡器，所述多个压控振荡器产生用于调制或解调多个频带中的射频信号的具有不同频率的多个局部振荡信号；
锁相环，锁住由压控振荡器产生的局部振荡信号的频率；
第一开关，根据射频信号的频带在由压控振荡器产生的局部振荡信号中选择一个局部振荡信号；
频率转换单元，转换由第一开关选择的局部振荡信号的频率；和
相移单元，通过对由频率转换单元输出的信号进行相移来产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号，并输出该同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
2、如权利要求1所述的振荡频率发生设备，其中，所述频率转换单元包括：
倍频器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率乘以第一整数；和
至少一个除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以第二整数。
3、如权利要求1所述的振荡频率发生设备，其中，所述频率转换单元包括：
第一除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以整数L；
第二除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以整数N；
倍频器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率乘以整数M；  和
第二开关，考虑所述射频信号的频带在由第一除法器输出的信号和由倍频器输出的信号中选择一个信号；
其中，所述振荡频率发生设备还包括：乘法器，将由第二开关选择的信号乘以由第二除法器输出的信号。
4、如权利要求3所述的振荡频率发生设备，其中，所述相移单元包括：
第一相移器，对由第一除法器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；
第二相移器，对由倍频器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；和
第三相移器，对由乘法器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
5、如权利要求4所述的振荡频率发生设备，还包括：
第三开关，选择由第一相移器、第二相移器和第三相移器之一产生的同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；和
输出缓冲器，缓冲由第三开关选择的同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
6、如权利要求1所述的振荡频率发生设备，还包括：输出缓冲器，缓冲其相位已被相移单元移位的局部振荡信号。
7、如权利要求1所述的振荡频率发生设备，还包括：控制单元，控制振荡单元、锁相环、第一开关、频率转换单元和相移单元。
8、一种无线收发器，包括：
天线，发送或接收多个频带中的射频信号；
接收单元，接收由天线接收的第一射频信号并输出基带信号；
发送单元，将基带信号转换为第二射频信号，并将第二射频信号输出到天线以被发送；
局部振荡频率发生设备，输出具有不同频率的多个局部振荡信号，所述局部振荡信号包括属于与接收单元所接收的第一射频信号相同频带的第一局部振荡信号或属于与由发送单元输出的第二射频信号相同频带的第二局部振荡信号。
9、如权利要求8所述的无线收发器，其中，所述局部振荡频率发生设备包括：
振荡单元，包括多个压控振荡器，所述多个压控振荡器产生用于调制或解调多个频带中的射频信号的具有不同频率的局部振荡信号；
锁相环，锁住由压控振荡器产生的局部振荡信号的频率；
第一开关，根据射频信号的频带在由压控振荡器产生的局部振荡信号中选择一个局部振荡信号；
频率转换单元，转换由第一开关选择的局部振荡信号的频率；和
相移单元，通过对由频率转换单元输出的信号进行相移来产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号，并输出该同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
10、如权利要求9所述的无线收发器，其中，所述频率转换单元包括：
倍频器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率乘以第一整数；和
至少一个除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以第二整数。
11、如权利要求9所述的无线收发器，其中，所述频率转换单元包括：
第一除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以整数L；
第二除法器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率除以整数N；
倍频器，将由第一开关选择的局部振荡信号的频率乘以整数M；和
第二开关，考虑所述射频信号的频带在由第一除法器输出的信号和由倍频器输出的信号中选择一个信号；
其中，所述振荡频率发生设备还包括：乘法器，将由第二开关选择的信号乘以由第二除法器输出的信号。
12、如权利要求11所述的无线收发器，其中，所述相移单元包括：
第一相移器，对由第一除法器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；
第二相移器，对由倍频器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；和
第三相移器，对由乘法器输出的信号进行相移以产生同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
13、如权利要求12所述的无线收发器，还包括：
第三开关，选择由第一相移器、第二相移器和第三相移器之一产生的同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号；和
输出缓冲器，缓冲由第三开关选择的同相局部振荡信号和正交相位局部振荡信号。
14、如权利要求8所述的无线收发器，其中，接收单元包括；
低噪声放大单元，包括放大属于不同频带的射频信号的至少一个低噪声放大器；
解调器，通过将所述射频信号与由局部振荡频率发生设备提供的局部振荡信号进行混频来将由低噪声放大单元输出的射频信号转换为基带信号；
至少一个压控放大器，调整由解调器输出的基带信号的电平；和
低带通滤波器，从由压控放大器输出的信号去除高频噪声。
15、如权利要求8所述的无线收发器，其中，所述发送单元包括：
低带通滤波器，从发送的信号去除高频噪声；
压控放大器，调整由低带通滤波器输出的信号的电平；
调制器，通过将压控放大器的输出信号与由局部振荡频率发生设备提供的局部振荡信号进行混频来将由压控放大器输出的信号转换为射频信号；和
功率放大器，放大由调制器输出的射频信号。
16、如权利要求8所述的无线收发器，还包括：控制单元，控制接收单元、发送单元和局部振荡频率发生设备。
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