TWI508465B

TWI508465B - 用於通訊系統的電路及其射頻積體電路

Info

Publication number: TWI508465B
Application number: TW101147844A
Authority: TW
Inventors: Ahmad Mirzaei; Mohyee Mikhemar; Hooman Darabi
Original assignee: Broadcom Corp
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2015-11-11
Also published as: EP2654216A2; CN103378872A; US20130272349A1; US8855593B2; CN103378872B; TW201345173A; EP2654216A3; EP2654216B1; HK1186859A1

Description

用於通訊系統的電路及其射頻積體電路

本公開總體上涉及通訊系統和方法。更具體地，其涉及具有在發射器頻率的陷波(notch)的無表面聲波(SAW-less)接收器，該陷波用於衰減至接收器的發射器洩漏信號。

接收器包括接收無線電波並且將該無線電波所承載的資訊轉換成有用形式的電子器件。接收器使用天線，該天線截取無線電波並且將他們轉換成應用於接收器的交流電。接收器可從該交流電提取期望的資訊。透過接收器產生的資訊可以是以聲音(例如音訊信號)、圖像(例如視訊信號)或資料(例如數位信號)的形式。

本發明的一個方面涉及一種電路，其包括：發射器的本地振盪器，所述本地振盪器用於產生發射器本地振盪器信號；以及受所述發射器本地振盪器信號控制的開關，所述開關被連接至阻抗元件以產生陷波頻率信號，所述陷波頻率信號被加入至發射器洩漏信號以在期望的接收器信號被接收器解調之前衰減所述發射器洩漏信號。

在上述電路，優選所述阻抗元件包括與RC濾波器和限制電容器連接的反相器。

在上述電路，優選所述阻抗元件包括與回授電阻器和限制電容器連接的運算放大器。

在上述電路，優選還包括：用以儲存所述陷波頻率信號的緩衝器和與所述緩衝器連接的數位類比轉換器。

在上述電路，優選所儲存的陷波頻率信號被加入至所述數位類比轉換器的通訊資訊以預失真所述通訊資訊。

在上述電路，優選所述通訊資訊是在所述模數轉換器被預失直。

在上述電路，優選還包括：低雜訊放大器，其中，所述陷波頻率信號在所述發射器洩漏信號穿過所述低雜訊放大器之後被加入所述發射器洩漏信號。

在上述電路，優選所述陷波頻率透過發射器本地振盪器頻率的I₊、I_-、Q₊以及Q_-產生。

在上述電路，優選應用所產生的陷波頻率以節省所述接收器和所述發射器的功率。

本發明的另一方面涉及一種射頻積體電路，其包括：發射器，包括發射器混合器，所述發射器混合器基於本地振盪器信號產生被調變的發射器信號；接收器，包括接收器混合器，所述接收器混合器解調被調變的發射器信號，所述接收器還從所述發射器接收發射器洩漏信號；以及阻抗元件，與所述接收器混合器連接，所述阻抗元件用於產生陷波頻率信號，所述陷波頻率信號被加入至所述發射器洩漏信號以在所述被調變的發射器信號由接收器解調之前衰減所述發射器洩漏信號。

在上述電路，優選所述發射器還包括與所述發射器混合器連接的數位類比轉換器，其中，所述數位類比轉換器將通訊信號發送至所述發射器混合器，並且其中，所述陷波頻率信號被加入至所述通訊信號以預失真所述通訊信號。

在上述電路，優選還包括與所述發射器混合器連接以驅動所述被調變的發射器信號的2級功率放大器驅動器(Class 2 power amplifier driver)。

在上述電路，優選還包括與所述接收器混合器連接的低雜訊放大器，其中，所述陷波頻率信號在所述發射器洩漏信號穿過所述低雜訊放大器之後被加入至所述發射器洩漏信號。

本發明的又一方面涉及一種電路，其包括：數位類比轉換器，用於將類比通訊信號轉換成數位通訊信號；數位緩衝器，與所述數位類比轉換器連接，所述數位緩衝器用於儲存與所述數位通訊信號相關的預失真資訊並且用將所述預失真資訊應用於所述數位通訊信號以產生被預失真的數位通訊信號，其中所述預失真資訊從產生在發射器洩漏頻率的陷波頻率信號的阻抗元件確定；以及功率放大器驅動器，用於驅動被預失真的數位通訊信號。

在上述電路，優選所述功率放大器包括B級功率放大器。

在上述電路，優選所述陷波頻率信號被加入至發射器洩漏信號以在期望的接收器信號由接收器解調之前衰減所述發射器洩漏信號。

在上述電路，優選所述阻抗元件包括運算放大器。

110‧‧‧通訊裝置

112‧‧‧發射器

114‧‧‧接收器

116‧‧‧記憶體

118‧‧‧處理器

120‧‧‧天線

122‧‧‧聽筒

130‧‧‧交通工具

140‧‧‧蜂窩塔

150‧‧‧人造衛星

200‧‧‧收發機

210‧‧‧射頻積體電路(RFIC)

220‧‧‧外部電路板

222‧‧‧PA驅動器(PAD驅動器)

224‧‧‧發射混合器

226‧‧‧發射器本地振盪器頻率(TX_LO)

232‧‧‧LNA

234‧‧‧天線

236、238‧‧‧混合器

237、239‧‧‧頻率信號

240‧‧‧發射器功率放大器(TX PA)

242‧‧‧雙工機

245、320‧‧‧TX洩漏信號

250‧‧‧期望RX

300、700‧‧‧全雙工收發機

310‧‧‧陷波信號

400‧‧‧陷波濾波電路

402、404、406、408‧‧‧開關

410、412、414、416‧‧‧阻抗元件(ZBB)

420‧‧‧Zin(f)

422‧‧‧ZBB(f)

500‧‧‧反相器電路

510、520、530‧‧‧反相器

512、514、522、524、532、534‧‧‧開關

540‧‧‧濾波器

550、650‧‧‧限制電容器(C’)

560‧‧‧回授電阻器(Rf)

570、670‧‧‧圖表

600‧‧‧運算放大器(OpAmp)電路

610‧‧‧運算放大器(OpAmp)

620、630‧‧‧回授電阻器(Rf)

640‧‧‧電容器(C)

710‧‧‧數位緩衝器

720‧‧‧數位類比轉換器(DAC)

730‧‧‧低通濾波器(LAF)

LO1、LO2、LO3、LO4‧‧‧發射器本地振盪器

圖1是範例性通訊環境的方塊圖。

圖2是範例性全雙工收發機的電路圖。

圖3是範例性雙工收發機的電路圖。

圖4是範例性陷波電路的電路圖。

圖5是用以產生針對陷波信號的基頻阻抗的範例性反相器電路的電路圖。

圖6是用以產生基頻阻抗的範例性運算放大器的電路圖。

圖7是範例性全雙工收發機的電路圖。

在全雙工或其他分頻雙工(FDD)(例如3G寬頻分碼多工多重存取行動通訊系統(WCDMA)和4G長期演進(LTE))中，無線電發射器和接收器(例如收發機等)可同時操作。由於接收器與發射器之間有限的物理和/或電隔離，發射器信號可能會洩漏至接收器。洩漏的發射器信號會堵塞或阻礙接收器輸入，從而對接收器的線性度要求提出了挑戰。線性度要求會比在不存在洩漏的情況下要求更多的功率以滿足它們。此外，由於接收器本地振盪器(RX-LO)相位雜訊，來自發射器的強阻礙信號會在基頻(baseband)中的期望信號上被相反地降頻轉換(down-convert)，其結果是，會對RX-LO提出嚴格的相位雜訊要求。

挑戰性相位雜訊要求會導致在接收器電壓控制振盪器(VCO)以及在接收器的本地振盪器發生器(LOGEN)模組(block)中的大功耗。發射器洩漏信號的存在可能要求大型接收器混合器二階輸入截取點(IIP2)。大型IIP2可能要求大尺寸的混合器開關，其可加入LOGEN功率消耗。因此，在一種實施方案中，由發射器本地振盪器(TX-LO)控制的陷波濾波可在降頻轉換混合器之前引入接收器RF前端，以衰減發射器阻礙者(transmitter blocker)。此衰減技術會造成在RX-VCO中以及在RX LOGEN中更低的功率消耗。

圖1是範例性通訊環境100的方塊圖。可在終端之間發送通訊信號。在一個例子中，終端是通訊裝置110，諸如，手機、個人數位助理、平板電腦、可攜式電子郵件裝置、智慧手機或可攜式遊戲系統。通訊裝置可包括發射器112、接收器114、記憶體116、處理器118以及天線120以與其他終端無線地交換諸如電子郵件、文本消息、廣播、音樂、電視、視訊、視訊遊戲、數位資訊等資訊。發射器112和接收器114可分開配置或配置在一起，例如收發機。通訊裝置110還可無線地連接至無線電接收器或諸如聽筒122的其他音訊裝置。

通訊環境100還可包括諸如交通工具130(例如汽車、飛機、船隻以及太空船)的其他終端。通訊環境100還可以是用以提供終端之間的通訊鏈路的裝置，例如蜂窩塔(cellular tower)140和人造衛星150。發射器112還可以是透過無線電通訊的許多電子裝置(諸如無線電腦網路、藍芽致能裝置、車庫門遙控開關、雷達設備以及導航信標(beacon))的元件。天線120可被密封在盒體內或被附接至如在以手機、步談機以及自動無鑰匙遙控為例的可攜式裝置中的發射器112與接收器114的外部。

圖2是範例性全雙工收發機200的電路圖。收發機200可包括射頻積體電路(RFIC)210和外部電路板220。RFIC 210可包括功率放大器驅動器，例如，用於發射通訊信號的PA驅動器222。PA驅動器222可接收來自發射混合器224的被調變發射器本地振盪器信號。發射混合器224可將基頻中的被調變信號上變頻至發射器本地振盪器頻率(TX_LO)226。RFIC還可包括用於接收通訊信號並且放大被天線234接收的可能微弱通訊信號的低雜訊放大器(LNA)232。LNA 232可連接至混合器236和238以例如透過分別利用針對I和Q通道的接收器本地振盪器(LO)產生的頻率信號237和239來解調所接收的調變信號。

除了天線234之外，外部電路板220還可包括發射器功率放大器240以放大要被發射的信號。外部電路板220還可包括雙工機242以同時處理被發射和被接收的信號。

在WCDMA中，發射器和接收器可在約80至100百萬赫芝(MHz)的高頻帶中或在約45百萬赫芝的低頻帶中被分開。在沒有位於雙工機242與LNA 232之間的表面聲波(SAW)濾波器的情況下，LNA 232可從發射器功率放大器240接收約-20dBM的洩漏。另外，LO相位雜訊可在期望信號(期望RX 250)之上相反地降頻轉換洩漏246。因此，LO信號可能需要滿足不會使其影響期望RX 250(在VCO和本地振盪發生器(LOGEN)模組中可要求約20mA功率)的高相位雜訊標準。TX洩漏還可造成針對大型接收器混合器IIP2(其可包括針對LOGEN的大混合器開關或更大的功率消耗以降低相位雜訊)的需求以及嚴格的刻度要求。

圖3是範例性全雙工收發機300的電路圖。可透過利用來自發射器本地振盪器頻率(TX_LO)226的純淨發射頻率信號產生在發射器頻率fTX的陷波頻率信號fTX 310。為了衰減TX洩漏信號245，陷波信號310可在TX洩漏信號245穿過LNA 232之後並且在混合器236和238之前在該電路的A點插入。因此，被衰減的TX洩漏信號320可避免在透過混合器236和238解調期望的接收器信號fRX之前干擾期望的接收器信號fRX。替代地或附加地，陷波可被結合進LNA 232，而不是在LNA 232之後施加。對於1dB的衰減，RX中的LO相位雜訊可被減輕約1dB。例如，透過TX洩漏245衰減很少的約3dB，可節省接收器的約一半的VCO功率。對於使TX洩漏245衰減約6dB，在接收器的VCO中可降低達約3/4的功率。

附加地或可替換地，被衰減的TX洩漏信號245可放寬IIP2要求。降頻轉換混合器236和238的放寬的IIP2要求可允許實體更小的混合器開關，其可帶來對LOGEN更小的負載從而節省功率消耗。

圖4是範例性陷波濾波電路400的電路圖。該電路可包括針對I+、I-、Q+以及Q-通道被本地振盪器LO1、LO2、LO3以及LO4以25%的占空因數以及類似於混合器LO 236和238的相位延遲而驅動的開關402、404、406以及408。開關402、404、406以及408可分別與阻抗元件ZBB 410、412、414以及416連接。濾波器陷波可基於低品質因素(Q)基頻阻抗ZBB(f)442的頻率轉移或變換來操作，以獲得高Q帶通濾波陷波Zin(f)420。

因此，可從基頻阻抗ZBB(f)442(例如從阻抗元件ZBB 410、412、414以及416)來產生Zin(f)420。可例如透過發射器本地振盪器LO1、LO2、LO3以及LO4的頻率將Zin(f)420頻率轉移至射頻。TX_LO可對應於圖3中的發射器本地振盪器LO1、LO2、LO3以及LO4。因此，在射頻側，頻率陷波信號可在頻率fTX產生並且被施加在電路400中的點A以衰減TX洩漏信號。在期望的接收器信號fRX透過混合器236和238降頻轉換之前TX洩漏信號可被衰減，同時基本上不影響期望的接收器信號fRX的RX頻率。陷波信號的產生可與LNA 232結合或在LNA 232之後實施(例如利用圖5中的電路)。

圖5是用以產生用於產生陷波信號fTX的基頻阻抗ZBB(f)的範例性反相器電路500的電路圖。反相器電路500可被實施為圖4中的阻抗元件ZBB 410、412、414以及416。電路500可包括具有開關512和514的反相器510、具有開關522和524的反相器520以及具有開關532和534的反相器530。為了向反相器510、520以及530供電，它們可被連接至電源VDD。電路500還可包括被連接在反相器之間的電阻器/電容器(RC)濾波器540。透過回授，反相器可在期望的操作點(例如VDD/2)被偏置。R的範例性值是約10K歐姆(ohm)而C的範例性值是約8pF。電路500還可包括被連接至反相器510的輸入端的限制電容器C’550(例如約200毫微微法拉(femtofarad))以及將最後的反相器530連接至反相器510的輸入端的回授電阻器Rf 560。

在高頻(例如約20MHZ<f<200MHZ)，電路500可充當被電容器C’限制的帶通濾波器。(例如，圖表570)。在低頻(例如約5MHZ以下)，電路500包括大環增益(例如，約大於1000)，因此包括低輸入阻抗ZBB。輸入阻抗ZBB(f)可被確定為除以(1+A) 的回授電阻Rf，其中A是迴路增益。

例如，約1k歐姆的回授電阻器在低頻將提供約1歐姆基頻阻抗ZBB。在更高頻率，基頻阻抗ZBB會較大。例如，迴路增益可能在約1/2πRC開始下降並且基頻阻抗ZBB可能開始增加。因此，電路500可被配置成使得在約80百萬赫芝迴路增益約為0，這提供了非常高的基頻阻抗ZBB，例如約500歐姆以上。此電路500可被用於產生圖4的基頻阻抗ZBB。

圖6是用以產生基頻阻抗ZBB的範例性運算放大器(OpAmp)電路600的電路圖。電路600可包括OpAmp 610、回授電阻器Rf 620和630、電容器640以及限制電容器C’650。

在高頻，例如約20MHz<f<200MHz，電路600可充當被電容器C’限制的帶通濾波器。(例如，參見圖表670)。在低頻，例如約5MHZ以下，電路600包括大增益，例如，約大於1000，因此包括低輸入阻抗ZBB。輸入阻抗ZBB(f)是被OpAmp(1+A)的增益除的回授電阻Rf。例如，約1K歐姆的回授電阻Rf將在低頻提供約1歐姆基頻阻抗ZBB。在更高頻率，基頻電阻ZBB會較大。例如，迴路增益會在約1/2πRC開始下降並且基頻阻抗ZBB會開始增加。因此，電路600可被配置成使得在約80百萬赫芝迴路增益約為0，這提供了非常高的基頻阻抗ZBB，諸如約500歐姆以上。此電路600可被用於產生圖4的基頻阻抗ZBB。

圖7是範例性全雙工收發機700的電路圖。PA驅動器22可在B級(Class B)而不是A級中被偏置。A級模式會比B級模式(其具有比A級差的線性度但卻具有更好的功率效率)要求更多的功率消耗。然而，由於接近的發射信號和接收信號的線性度要求，FDD發射通常要求A級PA驅動器。為了使用B級PA驅動器，可確定涉及基頻阻抗ZBB(f)的電壓資訊VBB I和VBB Q，例如，圖4、圖5和圖6中涉及VBB(f)的電壓。陷波的電壓資訊VBB I和VBB Q可表示降頻轉換的TX洩漏信號。因此，可從阻抗元件ZBB來確定TX洩漏信號失真資訊。

可從陷波的基頻側的誤差向量幅度(EVM)和相鄰通道洩漏率(ACLR)來確定電壓資訊VBB I和VBB Q。然後可用模數轉換器將電壓資訊VBB I和VBB Q數位化。數位化的資訊可被用於確定通訊信號被失真了多少或透過PA驅動器22造成多大的非線性。失真資訊可作為預失真資訊儲存在數位緩衝器710中。

預失真資訊可被輸入至數位類比轉換器(DAC)720，以預失真儲存在DAC 720中的TX信號資料。預失真的TX信號資料可從DAC 720發送至低通濾波器730。由於基頻阻抗資訊被用於確定發射器洩漏和PA驅動器失真，所以基頻阻抗資訊可被用於節省發射器和接收器終端的功率。

取決於不同的實施方案，可使用替代的或附加的元件。例如，接收器可與各種類型的通訊系統一起使用。通訊系統可包括利用接收器以硬體、軟體或硬體和軟體二者的不同結合實施的方法、裝置以及邏輯。例如，可利用被程式的硬體或韌體元件(例如專用積體電路(ASIC)、電可擦除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、控制器、微處理器、元件的組合等)或其他相關元件來實現通訊功能。

可利用可存取代碼記憶體(其儲存用於計算裝置的操作的電腦可讀程式碼)的計算裝置來實現該功能，在這種情況下，電腦可讀程式碼可被儲存在固定的、有形的以及直接可讀的介質(例如可移動磁片、唯讀儲存型光碟(CD-ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、唯讀記憶體(ROM)、固定磁片、USB驅動、或諸如磁片或光碟的其他機器可讀介質)上，或者電腦可讀程式碼可被遠端地儲存，但可經由透過傳輸介質(其可以是有線介質(例如光學通訊線或類比通訊線)或無線介質(例如微波、紅外線或其他傳輸方案)或其結合)連接至網路(包括但不限於網際網路)的數據機或其他介面裝置(例如通訊適配器)傳輸。

儘管已描述了本公開的各種實施方式，但顯而易見的是在本公開的範圍內也可以有許多其他的實施方式和實施方案。因此，本公開不受除了所附申請專利範圍及其等同方案之外的描述的限制。