可配置的無線電前端的制作方法

專利名稱：可配置的無線電前端的制作方法
可配置的無線電前端無線電處處皆有，且可采取很多不同形式。例如，無線電可用來接收不同波段的信號，如AM、FM、氣象波段等等。無線電也能用于很多不同系統。這些系統的范圍從相對簡單而基本的低價無線電(例如晶體管收音機、鐘收音機和便攜式收音機)到較復雜的系統 (例如家庭娛樂系統、汽車娛樂系統、蜂窩電話、高級的便攜式傳媒裝置等等)。歷史上，無線電曾是用許多分立的模擬單元裝成。然而，近年來，在半導體器件中納入了許多無線電單元，減少了無線電材料清單內容。然而，這種半導體器件的一個問題是它們在的制造時往往是固定的，以至于難以為將給定的半導體器件納入更多不同的系統類型中提供靈活性。于是，一些制造商要生產許多不同的半導體產品，各個針對特定的無線電市場。然而，這就導致設計、制造、營銷等的低效率。所以，已知的無線電(無論由模擬單元裝成的還是基于半導體的)都缺乏靈活性，可能導致為將無線電納入一個系統時的嚴峻的設計要求。

發明內容
按照一個方面，本發明針對可適配于集成電路(IC)內的單芯片無線電調諧器。可對該調諧器提供可配置的前端以便通過信號路徑接收并處理射頻(RF)信號。依照該調諧器適配的特定的無線電實施方案，該可配置前端可用不同方式來控制。在此方面，該無線電調諧器包括低噪聲放大器(LNA)，其具有耦合到該IC的第一管腳的輸入端和耦合到該IC的第二管腳的輸出端。取決于無線電實施方案，該LNA可控制成為或不成為信號路徑的一部分。該前端還可包括混頻器，其具有耦合到該IC的第三管腳的輸入端，耦合到該IC的另一個管腳的可變阻抗器，和耦合到該IC的還有另一個管腳的可變電抗器。所有這些單元可按照特定無線電實施方案的需要被控制以在該調諧器內起作用。芯片外(off-chip)的單元可跟這些不同的芯片上(on-chip)的單元相互作用。例如，可沿位于天線和混頻器輸入端之間的信號路徑耦合跟蹤濾波器。此外，該可變電抗器可構成該跟蹤濾波器的振蕩回路的一部分，并被控制以為選擇的頻道而調諧該跟蹤濾波器。 有些無線電實施方案還可包括一個平衡跟非平衡轉換器，其耦合在跟蹤濾波器輸出端和混頻器輸入端之間，以便將跟蹤濾波器的單端輸出轉換為輸入混頻器的差動信號。本發明還有的另一方面針對一種無線電，其包括一種帶可配置的無線電調諧器的調諧器IC，該無線電調諧器被根據儲存在IC或無線電中別處的控制設置作運行的配置。該調諧器可包括如上所述的可配置的前端。例如，該LNA可通過該IC的第一管腳接收來自輸入源的RF信號，并且從該IC的第二管腳輸出放大了的RF信號，而該混頻器可從諸如跟蹤濾波器之類芯片外電路通過該IC的第三管腳接收經過濾波的RF信號。該可配置前端還可包括諸如一個或多個可控制的阻抗之類的單元。本發明還有的另一方面針對一種包括天線和無線電調諧器的系統，無線電調諧器具有至少部分位于該IC內的可配置前端。在不同的配置中，當輸入的RF信號是單端時，該 IC的混頻器可經一個管腳接收輸入的RF信號，而當輸入的RF信號是差動的時，經兩個管腳接收。跟蹤濾波器可耦合到該IC的LNA的輸出端，以從該LNA接收放大了的RF信號，并輸出過濾了的RF信號以輸入到所述混頻器內。該芯片外的跟蹤濾波器可采用電抗和芯片上的可變電抗器以實現該濾波器的振蕩回路。要實現所需的配置，該IC可包括控制器來控制該前端和別的單元。


圖1是按照本發明的一個實施例的無線電調諧器的前端的一部分的示意圖。圖2是按照本發明的一個實施例的無線電系統的示意圖。圖3A是按照另一個系統的無線電系統的示意圖。圖3B是按照還有另外一個實施方案的無線電系統的示意圖。圖4是按照本發明的還有一個實施例的系統的示意圖。圖5是按照本發明的一個實施例的跟蹤濾波器的方框圖。圖6是按照本發明的一個實施例的跟蹤濾波器的示意圖。圖7A和7B是按照本發明的一個實施例中的用于標定可變電抗器的方法的流程圖。圖8是按照本發明的實施例的控制無線電調諧器的方法的流程圖。圖9是按照本發明的實施例的可控輸入阻抗的示意圖。圖10是按照本發明的實施例的無線電系統的方框圖。
具體實施方案這些實施例可為無線電調諧器提供配置能力，從而能利用單一的可配置的集成電路(IC)無線電調諧器使不同的無線電設計有不同的信號路徑。一個例子是，信號路徑可直接將來自天線的射頻(RF)信號跟用于下轉換的混頻器耦合而無需居間的低噪聲放大器 (LNA)。別的實施方案有，配置芯片上的LNA以運行在通環模式，在該模式下，讓其輸出以送回到芯片外的方式送至信號路徑的別的單元。例如，當需要高度的線性度時，信號路徑可直接引入混頻器。而如果關心的是靈敏度，則可居間插入LNA。別的實施方案中，可能需要在信號路徑中包括一個跟蹤濾波器來預選波段。一個實施例中，該跟蹤濾波器可包括可變電容器和可變電阻器，它們可用作衰減器從而可箝位(clamp down)強信號，該強信號使調諧器的模擬前端的模擬電路過載。然而，這種跟蹤濾波器會影響天線的運行，特別是在有多個(例如配對的)調諧器的環境里。例如，假定第一調諧器調諧在88. 5MHz的頻道并且于是跟蹤濾波器也調諧到 88.5MHz。然而，跟蹤濾波器會影響送給配對調諧器的信號，后者正在運行(例如實施自動頻率跳躍的波段掃描，且可能處于不同的頻率(例如108MHz))。在這樣的一個實施方案中， LNA可用在通環模式，實質上作為緩沖器從而讓該LNA的輸出耦合到跟蹤濾波器。在該LNA 配置在通環模式的配對調諧器模式中，該LNA基本上起分離器作用，以將跟蹤濾波器從該 LNA隔離開。該LNA (和第二調諧器的配對LNA)將信號緩沖，讓該LNA后的跟蹤濾波器不發生相互作用。而且，這兩個LNA的組合提供了合適的阻抗(例如阻抗50歐姆)。 不同實施方案中也可提供差動的或者單端的運行，讓該LNA為天線提供例如50歐姆或別的阻抗的終接。于是不同的實施例中，天線可直接耦合到LNA，其輸出提供至混頻器輸入端。或者在不含有LNA的實施例中，可將輸入的RF信號提供至耦合在混頻器之前的跟蹤濾波器。在別的實施方案中(例如為低成本的應用)，不用LNA或跟蹤濾波器將RF信號送入混頻器也是可能的。作為一個這種例子，可控制混頻器在單端運行模式下，并且將RF 信號與它耦合。第二個例子可以是提供一個簡單電路產生差動信號用于到混頻器的輸入而不需用平衡跟非平衡轉換器。例如，LC組合提供一條路徑相對其它路徑的相移，在給定頻率或頻段給出差動信號。采用這種電路時，混頻器可為差動操作而配置。如果加上幾個不貴的單元，就可給出略微好的性能。還有另一例是將RF信號提供進入平衡跟非平衡轉換器以產生輸入混頻器的較好的差動信號。如果需要，在這些實施方案的任一個的前端也可采用寬帶匹配網絡。現在參照圖1，示出的是按照本發明的一個實施例的無線電調諧器的前端的一部分的簡化示意圖。如圖1所示，調諧器10可為單個小片IC，其包括了模擬和數字兩部分電路，并且也可為混合信號芯片。各種實施方案中，該IC可采用互補金屬氧化物半導體 (CMOS)處理工藝來制備。各種實施例中，該無線電調諧器可配置得用于各種各樣的系統中， 范圍從相對低成本的無線電方案到高端的無線電設備。而且，應當理解可能包含該調諧器的各種系統既可為常規的無線電，也可是提供在另一裝置(例如計算機系統(如臺式計算機、移動筆記本、便攜式計算機、智能電話、手提數字助理(PDA)或別的便攜式裝置))中的無線電功能。可配置別的實施方案以用于汽車娛樂系統、家庭娛樂系統等等。如圖1所示，調諧器10可包括可耦合到該IC的管腳的各種前端單元。注意這里的“管腳”這個術語表示的意思是芯片上的單元跟芯片外的單元之間的連接器并且可借助管腳、墊片、表面管座、導電凸起或者任何別的在芯片上區域跟芯片外區域之間的導電連接的方式。雖然圖示為到這類管腳的直接連接，在某些實施方案中應理解為該前端的一個或多個單元可借助接合線、導電引線或別的這樣的方式耦合到相應的一個或多個管腳。上面簡單討論了要描述的不同單元的不同功能和配置，以下還將仔細討論。為了具有較寬范圍的配置能力，調諧器10的前端可包括諸如LNA15之類的單元。 在一個實施例中，該LNA可用多個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)(例如η型溝道的MOSFETs)來實現。來自控制器(例如該調諧器的微控制單元(MCU))的控制信號可耦合到MOSFETs的柵極，使它們開或關(即，將它們接入或轉出信號路徑)。如所見，LNA 15 可耦合在一對管腳之間(圖1一般將所有管腳以標記P示出)。輸入終接阻抗可耦合到該 LNA(該終接是電路拓撲、晶體管特性和它們跟電阻器Rl間的相互作用的函數)。在各種實施例中，可選擇控制該阻抗來提供所需的輸入終接水平(例如通過來自MCU的控制信號)。 由可變阻抗R2代表的內部負載可耦合到LNA輸出端。該可變阻抗可起內部負載的作用，該內部負載可被調節來提供不同的增益。此外，該前端可包括電壓調整器25，該電壓調整器可以芯片外的方式提供電壓，并且還可耦合到LNA 15的輸出端。之所以生成調整電壓的一個理由是要有一個外部濾波器電容器(圖1未顯示)以便降低可能影響靈敏度的調整器噪聲。它也使得可根據所需的性能特性，用外部負載代替R2。該LNA輸出端通過調整器25 以電源電壓為參考。另一些實施例也可包括外部負載電阻器來減少對于該LNA的輸入和輸出管腳的接合線耦合的問題。該外部電阻可以附加到或者取代內部負載電阻器(即圖1的 R2)。這樣的外部電阻可幫助調節通環模式時的增益，如像內部電阻器所能做到的那樣。也可在該前端內提供混頻器20，在一個實施例中，它可為用η型溝道的MOSFETs 構成的混頻器。混頻器20可有差動輸入端，其通過一對管腳接收來自芯片外單元的信號。混頻器20可轉成單端模式，在該模式下性能得到優化，或者僅用在一些較差性能的單端模式。如下還將描述的，對于一些實施方案，還可有另一個芯片上的LNA 30，其可以是高阻抗的(高Z)LNA并且可以具有經芯片上的連接(例如通過一個多路轉換器(圖1未顯示)) 耦合到混頻器20的輸入端的自己的輸出端。在一些實施方案中，可以提供芯片外的匹配網絡。在一個實施例中，此網絡可用在氣象頻段的信號，這些信號需要好的靈敏度。匹配網絡可包括電感器和電容器以提供預定的頻率(例如160MHz)下的升壓和共振。可將這種網絡耦合到不同配置的各種位置，例如高Z的LNA (LNA 30)、主LNA (LNA 15)、混頻器或者一些組合(例如混頻器和高Z的LNA或 LNA15和混頻器)。這些網絡起不同的作用。它們可為LNA作寬帶匹配，并為混頻器起同樣作用，或者可形成用于混頻器的跟蹤濾波器。應該記住，也還有別種配置(就像對LNA 15 的寬帶匹配那樣)和隨后耦合在LNA 15的輸出端跟混頻器的輸入端之間的跟蹤濾波器。為了能夠利用芯片上的單元進行各種濾波和衰減操作，可在相應的管腳(或在外部網絡的節點)跟參考電壓(例如接地電壓)之間耦合可變阻抗R3和R4(在此情況，該接地是圖1所示的rfgnd管腳，因為各個電阻器可內部連接到該管腳)。然而，各個電阻器可有自己的第二連接管腳，或者在一些組合中它們可以共用一個接地管腳。該阻抗可為數字方式控制的，例如通過來自MCU的控制信號，并且在一個實施例中可用MOSFETs來實現。 或者MOSFETs可被用來接入電阻，從而讓接入的電阻成為開關電阻和被接入的電阻器的組合。在一個實例中，該電阻可為大約80%的芯片上的電阻和20%的MOSFETs的電阻，下面還要描述此例。作為一個實例，可變阻抗R3可用作衰減器來防止相鄰頻道干擾(splatter)。當存在多個大的阻塞信號時，結果產生許多相互調制分量(這些分量可能干擾同一波段內較小頻道的接收)，可能發生這種相鄰頻道干擾。在一個實施例中，大約20毫伏的信號(例如在該混頻器輸入端或該LNA輸入端)可為一個典型的設置點，使得超過該值的輸入信號可被衰減到該值。雖然圖1顯示借助于可用于某些應用(例如接收信號可在較高電平的汽車應用)中的兩個阻抗，但是一些實施方案可能只需提供單一的衰減器。另外，在前端還可提供可變電抗器Cl，使得可應用可變電容，該可變電容可用于下述的濾波和調諧操作。在一個實施例中，芯片上的可變電抗器(也耦合到rfgnd管腳)可以由可用數字方式控制的電容器的并聯網絡實現。還可看到，可有測試聲調發生器40，其可以如下討論的可切換方式耦合到一個或多個衰減器上(例如R3和R4上)。在一個實施例中，可根據所接收到的時鐘信號(例如本地振蕩器(LO)信號的分頻形式(divided version))，測試聲調發生器40可生成預定頻率的測試聲調。雖然在圖1的實施例中所示的是帶這些特定的單元，但是應該理解，前端可包括更多的、不同的或較少的單元，而這些器件的不同耦合可用于特定的系統設計，這些設計的某些例子以下還要討論。也應該理解，可以有另外的管腳并且其被耦合以接收來自芯片外的信號并且發送信號到芯片外。許多不同的系統類型可采用如圖1所示之類的可配置的前端以實現所需的功能。 例如，代表性的用例可包括帶有跟蹤濾波器的高性能調諧器；可用于低成本無線電的不帶跟蹤濾波器的低檔材料清單(BOM)的調諧器；帶有跟蹤濾波器和配對調諧器的高性能調諧器；以及不帶跟蹤濾波器卻帶有配對調諧器的低BOM調諧器等。當然還會有別的用例。
現在參照圖2，所示為按照本發明的一個實施例的無線電系統100的示意圖。如圖 2所示，系統100是配置成使用跟蹤濾波器的系統(從天線到跟蹤濾波器是直接連接)，從而避免了使用芯片上的LNA。一個實施例中，系統100可以為具有高性能的高性能無線電， 沒有與LNA相關的噪聲和靈敏度問題。如此處所用，兩個單元之間的直接連接意味著在第一個跟第二個單元之間沒有有源器件。然而，可能的情形是，可以有各種無源單元(例如匹配網絡、衰減器、電容器等等)耦合到一個信號路徑，該路徑直接連接在所述第一個跟第二個單元之間。在這些情況下，應該理解在第一與第二單元之間仍然存在直接連接。而且應該理解，如圖2所示，右邊的所有單元(即在管腳的右邊)可在納入調諧器10的IC內，而其余的單元都可為芯片外的。例如，那些單元可配置在母板或別的用來提供對各種單元支撐和信號路由的電路板或基板上(例如通過板上的導電引線)。別的單元當然可以設置在這種板外。例如天線可典型地設在板外并且經適當連接方式連接到該板。如圖2所示，耦合天線110以通過輸入電容器Cx將輸入RF信號提供給跟蹤濾波器120。Cx可將調諧器(圖2未畫出)的AM路徑跟FM路徑隔離。注意特定波段的信號 (即FM和氣象波段)可直接提供給跟蹤濾波器120，而不同的是AM信號可分開耦合到該調諧器。例如，AM可直接從天線提取至IC上的AM管腳(圖2未畫出)。在AM路徑上單元對 AM低阻抗而對FM為高阻抗，故各部分互不影響。可見，可變電抗器Cl和可變阻抗R4也從芯片上耦合到跟蹤濾波器120以幫助調諧到所需頻率，并提供對輸入的RF信號所需的衰減水平。下面還要討論跟蹤濾波器120進一步的細節。還要注意，可通過可變阻抗R3提供進一步衰減，R3從芯片上通過其管腳耦合到節點N，節點N耦合于電容器Cx和跟蹤濾波器120 之間。于是如圖2所示，在本實施方案中該LNA并未用到，這可有助于改進性能，因為可以避免與LNA有關的噪聲和靈敏度問題。注意，跟蹤濾波器120可用包括天線阻抗和Cx的多個單元來實施。于是就將兩個衰減器連接在該跟蹤濾波器內。因為從天線和跟蹤濾波器120的輸出是單端的，所以可提供平衡-非平衡轉換器 130來將單端信號轉換為差動形式以直接輸入混頻器20。在圖示的實施例中，平衡-非平衡轉換器130可由一對線圈來組成。原線圈可具有耦合到跟蹤濾波器120的輸出端的第一端和耦合到接地的第二端。依次，原線圈磁耦合到副線圈，該副線圈可具有耦合到至混頻器20 的差動輸入的兩端。如所見，該副線圈可有一耦合至接地的中心抽頭。耦合到IC管腳的別的單元(如電壓調整器、LNA、阻抗R3和RF接地)如圖2所示可不連接的或者可接地。雖然在圖2所示實施例中所示的是一特殊實施方案，但是本發明的范圍并不局限于這方面。一些實施例還可配置成在還有一個配對調諧器的情況下在回環模式下使用LNA。 如圖3A所示，系統200可如此配置，讓來自天線110的輸入信號直接提供到LNA 15。如所見，除了耦合電容器Cx，還有電感Ll來提供偏置電流到該LNA。還可有別的單元來調整Cx 的存在，以將AM信號路徑從FM信號路徑退耦合。來自該LNA的輸出隨后被回送到芯片外并且經耦合電容器到跟蹤濾波器120，并且依次經過平衡-非平衡轉換器130以回到芯片上的方式到混頻器20。注意可稍微改變跟蹤濾波器的DC連接而去除耦合電容器，但是功能上是相似的。在一個實施例中，控制信號(例如MCU配置寄存器的控制位)可被設置來將混頻器模式從差動配置改變為單端配置。這為系統制造商提供了靈活性以選擇是否使用平衡-非平衡轉換器。在這一配置中LNA15在信號路徑內，使得跟蹤濾波器120不會影響提供給配對調諧器250的天線信號。此外，衰減器R3可耦合至信號路徑以例如像由增益控制器(例如MCU 的自動增益控制(AGC)電路)控制的那樣提供信號衰減。也注意這個實施方案中，可將外部負載電阻R5耦合到該LNA輸出端和調整器輸出端，連同起著用于調整器輸出的濾波電容器作用的電容C5。然而注意可不用R5，因為可以實現連接到同一信號的內部負載電阻器， 并且R5是可調節的以設置所需的LNA增益。在別的實施方案中，這個內部電阻器負載可關閉，如果用外部負載電阻可達到更佳性能的話。在一些應用中，如果使用多個調諧器，則可以將輸入阻抗(對單個調諧器的實施方案可以是一個50歐姆終接)控制為100歐姆模式， 讓該LNA有效地成為一個集成的分離器，它將RF信號取出并分離成兩個輸出。例如，可以設置控制位來控制LNA是處在50歐姆模式、100歐姆模式或者位于別的阻抗負載。如所見，一個實施例中配對調諧器250可包括內部的LNA^5，它在一個實施例中可以是一個高Z的LNA。在這樣一個實施例中，通過采用高Z配置的LNA^5，到配對調諧器 250的輸入可直接分接天線110，減少了芯片外的單元。在此配置中，LNA15會提供終接，并且例如會被設置為50歐姆模式。然而在此配置中，配對調諧器250的噪聲性能會受到稍微影響(例如，有幾個dB)，雖然其相互調制有所改進，因為耦合到調諧器10的LNA15的終接在某種程度上減弱了信號。在另一些實施方案中，配對調諧器可以跟主調諧器實質相同的方式來配置。就是說，兩個調諧器可屬于同樣的IC設計。現參照圖:3B，所示為系統200’的實施方案，其中配對調諧器250’被直接耦合以通過它自己的芯片上的LNA275接收來自天線的RF信號，該 LNA然后輸出放大了的RF信號回到芯片外，使得它經過平衡-非平衡轉換器230，并且隨后到達混頻器220。在圖;3B的實施方案中，到兩個LNA的輸入終接的每個都可控制在100歐姆，提供了 50歐姆的組合終接阻抗，從而無需匹配。然而注意，對配對調諧器250’可以沒有另外的跟蹤濾波器。然而在別的實施方案中，可能就有這種跟蹤濾波器。于是這兩個調諧器可耦合到同一天線，其中每個調諧器可帶有或者不帶相互不發生干擾的跟蹤濾波器。別的實施方案可先行采用跟蹤濾波器。作為一例，這種配置可用在低BOM無線電系統。現參照圖4，所示為按照本發明的另一個實施例的系統的示意圖。如圖4所示，系統 300具有直接連接(通過或不通過耦合電容Cx)到LNA15的天線110。如所見，LNA15的輸出被送到芯片外并且通過平衡-非平衡轉換器130以提供差動輸入到混頻器20。在此實施方案中，沒有跟蹤濾波器。盡管不用跟蹤濾波器并且由于存在LNA(例如它有些噪聲和線性問題)會使得性能變差，但是在這種配置非常適合于較低性能無線電之類的許多應用。一般來說，該前端的別的單元可如所見用芯片上的衰減器R3在該LNA前提供衰減。注意，取決于實施方案和信號條件，可變電抗器Cl和阻抗R4以及芯片外的電感L2可耦合或可不耦合到例如至平衡-非平衡轉換器130的輸入端，以調諧該LNA的中心頻率及進一步衰減。上面就圖2-4對特定應用例子的討論是按照本發明的實施例的調諧器的RF單元的前端的一些配置的代表。在別的應用例子中還可能有別的配置。現在參照圖5，所示為按照本發明的一個實施例的跟蹤濾波器的方框圖。如圖5所示，跟蹤濾波器400可配置成芯片外的單元，雖然它在運行時可使用一個或多個芯片上的單元。在此情況，芯片上的單元可跟該跟蹤濾波器有密切聯系。該跟蹤濾波器配置可用于氣象和FM波段。在165MHz/88MHz的波段差下(即1. 8的比值)，導致Cmax/Cmin大于3. 2， 該比值可以通過利用芯片上的可變電抗器Cl，借助跟蹤濾波器實現。而且在這種方式下，簡化了系統制造商的設計。類似地，芯片上的可變電抗器可用來調諧無線電以覆蓋別的波段， 例如對日本的76-90MHZ或者76-lOSMHz以制造對世界大多數地區都適用的無線電。如圖5所示，跟蹤濾波器400可被耦合以從天線405接收輸入的RF信號，例如一個單端信號。在圖5的實施例中，從天線到跟蹤濾波器400的信號路徑包括耦合電容器，其大小可使在AM信號的低頻率處，該電容器起高阻抗阻塞作用，使得AM區段看不見FM區段的低阻抗單元，后者會減弱所接收到的AM信號的大小。如圖5中所示，跟蹤濾波器400 —般可包括匹配網絡和振蕩回路。匹配網絡410 可提供用于衰減的節點，其例如可用芯片外的衰減器并且提供來自芯片上的衰減器(例如 R4)的連接而提供。接著，振蕩回路420可提供具有相對高的Q因子(例如一個實施例中約為25)的頻率選擇性。為了提供另外的衰減，可以在振蕩回路輸出端提供電容網絡Ctl，它有可耦合到平衡-非平衡轉換器30的中間節點。雖然在圖5的框圖中以高層方式顯示，但是應該理解，它可有各種實施方案。現參照圖6，所示為按照本發明的一個實施例的跟蹤濾波器的細節的示意圖。如圖6所示，跟蹤濾波器400包括匹配網絡410，它可包括多級串聯耦合的電感器連同并聯的幾個電容和電感。此匹配網絡提供低Q值匹配并進一步提供衰減節點。如所見，節點N1和 N2可提供耦合芯片上的或者芯片外的衰減器的衰減節點。作為一例，可提供約50歐姆-400 歐姆的阻抗來做衰減。當然還可用別的拓撲，例如用串聯電容器帶耦合到接地的電感或者用串聯路徑上的電感器和電容器的組合來實施。接著，匹配網絡410可耦合到包括LC組合的振蕩回路420。電感器可包括一對串聯電感器，它們接著并聯耦合到可控電容，該可控電容例如可用芯片上的可變電抗器Cl實現，其可有較高的Q因子(如在一個實施例中約為100)。通過控制該可變電抗器就可實現調諧。如所見，LC振蕩回路410的輸出可耦合到電容分壓器Ctl和混頻器負載&，以為混頻器設置恰當的輸入水平并為振蕩回路提供較高的阻抗。在一個實施例中，&可為一個業歐姆的負載。為得到高Q值，跟蹤濾波器可在共振頻率具有高阻抗。網絡將可來自50歐姆源的輸入的RF信號變換為高阻抗信號。在一些實施方案中，跟蹤濾波器輸入端的阻抗可達數 k歐姆的量級。按照本發明的一個實施例的調諧器可被提供電路和控制以實施各種標定操作。為幫助實施頻率標定，例如通過標定芯片上的可變電抗器，測試聲調發生器(例如圖1的發生器40)可提供已知頻率(例如在LO頻率)的信號。該測試聲調發生器可包括發出強信號的緩沖器，該強信號可隨后經過阻抗(電阻性的或別的)被驅動到跟蹤濾波器的節點。該衰減器電阻器(也作用于跟蹤濾波器上)隨后可用來控制加在該網絡上的測試聲調的水平。 在一個實例中，緩沖器和固定電阻器位于芯片上并且連接到與衰減器同樣的管腳。在一些實施例中，該固定電阻器可有多種設置來給出更多的范圍。此安排可被視為在來自緩沖器的固定電阻和其低端接地的可變衰減器電阻器之間的電壓分壓器。并且因為這些衰減器連接到跟蹤濾波器400的節點，所以該可變的測試聲調信號就被呈送進該網絡。例如，如果一個衰減器被連接到靠近天線的Cx，則該測試聲調信號實際上類似一個天線信號。這樣，信號可被有效地引導到天線輸入端。該信號然后經跟蹤濾波器進入混頻器，由于高Q值，混頻器也濾除了原始測試聲調源中可能存在的諧波，給出了比較干凈的RF測試信號。因為該調諧器可能具有分析混頻器輸入端和/或輸出端(以及LNA輸入端和/或輸出端)的信號的峰值探測器，所以可設置信號強度以優化該測試聲調的范圍，讓該信號落在峰值探測器的范圍內。在一個實施例中，可以施加IOOMHz的測試聲調，并且可調節可變電抗器直到在峰值探測器上見到最大信號，從而調諧了跟蹤濾波器。在一個實施例中，兩個測試聲調輸出可選擇地接通或關斷以被施加到衰減器R3和R4上。而且，通過改變一個或多個衰減器的電阻， 可控制測試聲調信號的強度。在一個實施例中，可對跟蹤濾波器作一次性標定。可用該測試聲調發生器來進行此標定。注意，可在多個頻率實施標定(例如在調諧范圍內每0.2MHz進行)以得到足夠的數據點。然后可生成一個表并將其儲存在例如無線電的非易失存儲器內，該表然后可在運行期間下載到調諧器。在調諧器內具有非易失存儲器的實施方案中，這個表可儲存在調諧器本身內。這樣，在調諧到一個頻道時控制器就可訪問該表。在別的實施例中，可不采用一次性因子編程，實施例可在常規使用中完成標定，例如用戶每次打開無線電時或者每次調諧到一個新的頻道時，就可在該調諧頻率處進行標定的子集。現參照圖7A和7B，所示為按照本發明的一個實施例的用于標定可變電抗器的方法的流程圖。更具體地說，可用方法600來進行標定操作，該標定操作可被用來獲取控制參數以根據所需的運行頻率控制可變電抗器。如上所述，方法600可進行一次，例如在工廠標定或在制造包括該IC的無線電期間。在另一些實施方案中，此標定可以例如在該無線電每次開機時進行。一般地說，該標定的進行要用到測試聲調和衰減器以及一個或多個RF峰值探測器以用于標定該可變電抗器。可在單一、兩個或多個頻率處進行標定。作為一個實例， 可以采用兩個頻率，例如76MHz和108MHz。然后可采用共振電路的功能生成隨后被存儲的常數。以后該MCU可用這些常數對任何頻率設置恰當的可變電抗器的值。如圖7A所示，方法600可起始于輸入測試聲調模式(塊60 。例如，調諧器MCU 可控制測試聲調發生器使之能夠并且輸出測試聲調信號。而且，還可控制無線電的另外的單元。例如圖7A所示，該測試聲調發生器輸出(即測試信號)可施加到或者接通到可控衰減器。例如返回參照圖1，從測試聲調發生器40輸出的測試信號可耦合到可控衰減器R4。在衰減器處于高阻抗(關斷)狀態并且可變電抗器處在其最低電容值時開始標定。隨后細調峰值探測器的閾值(塊610)。從最低的峰值探測器閾值開始，隨后提高該閾值直到峰值探測器未被關閉(tripped)。如果有需要，可插入額外的衰減。一旦發現在峰值探測器未被關閉的峰值探測器的閾值跟衰減水平的組合，方法600繼續到塊615，此時可變電抗器被設置到它的最低水平(例如，數字編碼0，意味著電容設在其最低值)。接著可變電抗器的電容被調節(例如遞增)直到峰值探測器關閉(例如到達編碼1)(塊620)。將可變電抗器控制在這一關閉點的編碼被儲存為第一編碼(塊62幻。接著繼續可變電抗器的掃視直到已經增加了足夠的電容，從而使得該前端不能正常調諧并且峰值探測器關閉回 0(塊630)。得到該電容值的控制可儲存為第二編碼(塊63幻。用第一和第二編碼，可確定一個中值(塊640)。現參照圖7B，可繼續該方法，一般用相同的方式獲得標定下的頻率的最終的可變電抗器設置。具體說來，細調閾值，但現在采用新的可變電抗器的值，它較接近正確值(塊 645)。然后從中值以下開始到中值以上，完成電容值的再次掃視以尋找峰值探測器關閉的兩點(開并且隨后閉)(塊650-670)。可以確定這兩個點的中值以尋找該頻率的正確的可變電抗器值(塊670)，該值然后可被儲存到例如非易失存儲器(塊67 。該非易失存儲器可屬于無線電系統本身。以后在正常運行時，對應于給定頻率的可變電抗器設置可從無線電下載到該MCU的存儲器。注意，此標定方法可對多個頻率(例如給定運行波段的多個頻率)迭代實施。然后可以基于確定的可變電抗器的設置作內插，以便對每個可能的頻道都提供相應的可變電抗器設置。在各種實施例中，采用感興趣波段的頻率子集，可做線性內插或者可以執行二次方程來生成感興趣波段的別的頻率的值。或者可用描述函數的給定方程以利用從標定確定的常數確定可變電抗器的值。雖然在圖7的實施例中用這個特定的實施方案來說明，但是本發明的范圍并不限于這一方面。現參照圖8，所示為按照本發明的一個實施例的控制無線電調諧器的方法的流程圖。如圖8所示，方法700可實現為提供初始控制參數，用于將無線電配置入特定系統環境內以及用于在該環境內，以正常使用方式使該無線電運行。如所見，方法700開始于設置該無線電的微控制器的控制信息(塊710)。更具體地，對設有無線電調諧器的給定系統可設置控制信息。例如，該調諧器可為許多不同的無線電類型，例如低BOM系統、包括跟蹤濾波器、平衡-非平衡轉換器、匹配網絡、配對調諧器等的系統。根據給定的實施方案，接收器的基本控制設置可設置在微控制器的非易失存儲器內。例如可設置用于使LNA能工作或者不能工作的配置信息、用于使混頻器工作于單端或差動的配置信息等。這些參數例如可儲存在非易失存儲器內，并且可在正常運行時向調諧器IC的微控制器的配置寄存器提供配置信息。可選地，在調諧器IC內實現非易失存儲器來保存配置信息。一旦配置好了，包括調諧器的該IC可耦合到信號源(塊720)。例如，制造過程中該IC可納入該無線電的電路板上并且耦合到天線電纜，后者具有與天線恰當的連接。于是，完成制造并且該無線電可納入終端用戶的產品(例如作為汽車無線電或者別的系統)中。于是，在現場用戶可開機該調諧器(塊730)。在此開機過程中，來自MCU的各種控制信號可提供給前端單元以設置該系統。如已討論的，這些信號可以是有選擇地使各種前端單元工作或者不工作以及為其它的這類單元設置阻抗值的控制信號。然后根據用戶輸入，系統可確定所需的頻道(塊740)。為幫助根據其頻率調諧到所需的頻道，因此可控制可變電抗器(塊750)。例如，在開機過程期間，可從無線電的非易失存儲器向MCU提供例如作為表的控制值，以合適地控制可變電抗器，從而在有跟蹤濾波器時向跟蹤濾波器提供所需的電容。注意，如果沒有跟蹤濾波器，則可用該可變電抗器調諧較低Q值的寬帶濾波器。然而，在此情況下，調諧的重要性降低，并且可在非易失存儲器內存儲幾個優選值，或者可不用該可變電抗器。在此點，收到所需的RF信號并且可以處理和輸出來自所需頻道的音頻信息。在運行時，可根據信號信息將各增益控制級控制在恰當水平。于是，在塊760，可測量輸入信號的信號信息。例如，可將峰值探測器設在調諧器IC的各個部分，例如，在混頻器輸入端和/或輸出端，或者別的位置。基于此信息，MCU可將控制信號提供給一個或多個前端和別的調諧器單元以便為衰減器、LNA和別的增益級提供恰當的設置(塊770)。雖然在圖8的實施例中顯示了這個特定的實施方案，但是本發明的范圍并不限于這一方面。如上所述，在不同設置中，LNA的可控輸入級可用MCU來控制，以例如在降低靈活性的情況下用于不同系統實施方案中的匹配目的。現參照圖9，所示為按照本發明的一個實施例的可控輸入級的示意圖。如圖9所示，LNA15可耦合在該IC的兩個管腳之間。就是說，LNA15被耦合以通過輸入管腳Pl接收輸入的RF信號，并且通過輸出管腳P2輸出放大形式的輸入信號。雖然可采用各種形式的輸入阻抗，但是在一些實施方案中，阻抗可以是固定阻抗和可變阻抗的組合，實現方式是借助于MOSFETs或別的開關器件。于是在圖9的實施例中，輸入阻抗Rl可采用具有串聯耦合的固定電阻和MOSFETs 的并聯分支的形式。左分支可包括固定電阻&和包括共發共基放大器晶體管和放大器晶體管的共柵極拓撲結構。如所見，&可耦合于輸入管腳和第一 MOSFETs之間，后者可為NMOS M1，其源極端耦合到固定電阻，其柵極端被耦合以接收偏壓Vbi，并且漏極端耦合到共發共基放大器器件，也即第二 NMOS M2，其源極端耦合到Ml的漏極端，柵極端被耦合以接收第二偏壓VB。2，而其漏極端耦合到輸出管腳P2。如所見，第二分支可由類似單元構成，包括固定電阻&和晶體管13和114。根據各偏壓的控制，可將有效輸入阻抗控制在所需水平。在一些實施例中，固定電阻可構成比起MOSFETs實現的阻抗更大的阻抗部分(如在一個實施例中， 該比值約為4 1)。在一個實施例中，各個分支可有100歐姆的阻抗。在一個實施例中，當兩個分支耦合到信號路徑中去時可將VBa和VB。2控制到相同電壓，或者獨立控制這些偏壓， 例如使得一個分支關斷。雖然圖9未示出，但是應該理解，取決于所需的阻抗，第二個分支可控制地可接入或接出信號路徑。而且，雖然圖9的實施例中只畫出兩個這類分支，但是在別的實施例中還可有額外的一些分支。上面的圖1-4只示出了無線電調諧器的有限個RF前端單元。如所述，按照本發明的一個實施例的無線電調諧器可為包含模擬和數字電路的CMOS混合信號芯片。然而，應該理解，可以在許多不同的接收器(例如能夠在多個波段(例如在AM、FM和氣象波段)運行的無線電收發信機)中實現實施例。現在參照圖10，所示為按照本發明的一個實施例的無線電系統的方框圖。如圖10 所示，無線電系統501包括可制備在單片半導體小片上的接收器500。接收器500可進行多波段接收并且可用幾個不同的信號處理運行模式進行處理。輸入的RF信號從外部接收天線110接收，并且經過包括電容Cx、電感Li、芯片上的可控制的阻抗Rl、LNA 15的信號路徑(LNA 15在本系統內是信號路徑的一部分，雖然在別的配置中它可被控制為不在信號路徑內)。在圖10的配置中，LNA 15的輸出可從接收器 500經輸出管腳輸出到芯片外的單元，包括跟蹤濾波器120和平衡-非平衡轉換器130。然后，該信號以回送到芯片上的方式送至混頻器20，該混頻器可為由可調諧本地振蕩器控制的復數混頻器，其頻率選擇了接收器500待調諧到的所需的無線電頻道。在別的實施方案中，可耦合混頻器20以便直接從天線接收輸入信號(信號路徑中沒有跟蹤濾波器或LNA)， 或者在有第二 LNA(圖10中未畫出)的情況下，經芯片上的連接(例如通過多路復用器) 接收來自天線的輸入信號。這種方式下，可選擇配置來提供經過各種單元的輸入。對于衰減和調諧的控制，也注意到可變阻抗Rl和R4(還可能有R3)跟可變電抗器Cl也可連接到接收器500的管腳上，如上面所討論過的。一般說來，通過混頻器20的這些接收器單元可被認為就是RF前端單元。響應輸入的RF信號，混頻器20生成相應的模擬中頻(IF)正交調制信號，然后該信號在被路由至ADC5M之前通過可編程的增益放大器(PGA) 594，該ADC 524將來自PGA 594的模擬IF信號轉換為數字信號，該數字信號被提供給DSP 520。一般說來，從PGA 594 到ADC 524的這些單元可被認為是一個中頻級，并且其可以配置為在一個低IF上運行。
DSP 520解調接收到的復數信號以便在其輸出端提供相應的數字的左和右聲道的立體信號；并且這些數字立體聲信號被DAC 532轉換為模擬形式，DAC532可提供來自芯片的音頻輸出，或者在另一些實施方案中，可從DSP直接引出數字輸出。按照本發明的一些實施例，該多模式FM接收器500也可包括微控制器單元 (MCU) 598，該MCU協調接收器500的總體運行，例如為給定的系統實施方案而配置接收器。 為此目的，MCU 598可包括例如非易失存儲器的控制存儲器(或者它也可耦合到芯片上的非易失存儲器)，控制存儲器可包括各種配置設置，用于控制特定系統類型的各種前端和其它單元，在特定系統類型中接收器得以實現。例如，MCU 598可讀取配置寄存器并且輸出控制信號來使可配置的前端單元得到控制，包括LNA 15是否被連接到信號路徑或與信號路徑斷開，混頻器20是否運行在單端或差動模式，以及用于可控制的阻抗R1、R3、R4和可變電抗器Cl的阻抗和電容水平的控制。另外，可以完成其它設置(例如輸入終結阻抗水平)以及提供控制信號以控制各種前端單元的增益和衰減設置。如此，實施例可包括計算機可讀介質形式的制品，在其上寫入指令。這些指令可使DSP和MCU或別的可編程處理器完成前端配置和控制，以進行信號處理以及按照本發明的實施例的別的處理。雖然上面僅僅就有限個數的實施例描述了本發明，本領域的技術人員會從這些實施例體會出它的許許多多的修改或變形。后面的權利要求書包括了屬于本發明的真實精神和范圍的所有這些修改和變形。
權利要求
1.一種裝置，包括無線電調諧器，形成于適配在集成電路(IC)中的單個半導體小片上，該無線電調諧器具有可配置的前端以通過信號路徑接收和處理射頻(RF)信號，該無線電調諧器包括低噪聲放大器(LNA)，具有耦合到所述IC的第一管腳的輸入端和耦合到該IC的第二管腳的輸出端，其中根據所述IC適配其中的無線電的配置，可控制所述LNA作為或不作為所述信號路徑的一部分；混頻器，具有耦合到所述IC的第三管腳的輸入端；可變阻抗，耦合到所述IC的第四管腳；及可變電抗器，耦合到所述IC的第五管腳。
2.如權利要求1的裝置，其中所述無線電調諧器通過下列方式可配置地運行通過所述RF信號經所述第一管腳到所述LNA輸入端的直接連接，或者通過所述RF信號經所述第三管腳到所述混頻器輸入端的直接連接。
3.如權利要求2的裝置，其中所述無線電調諧器被配置為借助沿所述信號路徑耦合的跟蹤濾波器運行，該跟蹤濾波器耦合在天線與所述混頻器輸入端之間。
4.如權利要求3的裝置，其中所述可變電抗器構成所述跟蹤濾波器的振蕩回路的一部分，并且其中通過借助所述無線電調諧器的微控制器對所述可變電抗器的控制，所述跟蹤濾波器的頻率是可控的。
5.如權利要求1的裝置，還包括一個配對調諧器，其耦合成從天線接收所述RF信號，而所述LNA被配置成為一個緩沖器以將所述配對調諧器與耦合到所述LNA的輸出端的跟蹤濾波器隔離。
6.如權利要求1的裝置，還包括跟蹤濾波器，其耦合成接收所述LNA的輸出并且提供輸入給所述混頻器，其中所述跟蹤濾波器包括由位于所述IC外部的電感和所述可變電抗器構成的振蕩回路。
7.如權利要求6的裝置，還包括匹配網絡，其耦合到所述跟蹤濾波器的輸入端，并且包括至少一個節點，它通過所述IC的第六管腳耦合可控的阻抗。
8.如權利要求6的裝置，其中所述IC還包括電壓調整器以從所述IC，經該IC的第七管腳提供調整的電壓，其中所述LNA的輸出端還通過可控負載阻抗耦合到所述第七管腳。
9.一種方法，包括用調諧器集成電路(IC)所在其中的無線電的配置信息來設置所述調諧器IC的控制器的至少一個控制寄存器，該調諧器IC具有可配置的前端以通過信號路徑接收和處理射頻 (RF)信號，該調諧器IC包括低噪聲放大器(LNA)，其具有耦合到該調諧器IC的第一管腳的輸入端和耦合到該IC的第二管腳的輸出端，其中根據該無線電的配置可控制該LNA成為或不成為該信號路徑的一部分，以及混頻器，其具有耦合到該IC的第三管腳的輸入端；及響應于該配置信息，向所述可配置的前端提供控制信號以配置所述調諧器IC，包括提供第一控制信號以使得所述LNA成為或不成為該信號路徑的一部分和提供第二控制信號來配置該混頻器以作單端的或是差動運行。
10.如權利要求9的方法，還包括控制耦合到所述調諧器IC的第五管腳的所述調諧器 IC的可變電抗器以向耦合到所述調諧器IC的跟蹤濾波器提供選擇的電容量，從而能夠進行所需頻道的調諧。
11.如權利要求10的方法，還包括將來自所述調諧器IC的測試聲調發生器的測試聲調信號耦合到耦合在該調諧器IC的第六管腳上的可控衰減器，其中該第六管腳耦合到所述跟蹤濾波器；接收該調諧器IC內的該跟蹤濾波器的輸出，并且通過該調諧器IC的峰值探測器確定該跟蹤濾波器輸出的水平；根據用于控制該調諧器IC的可變電抗器的電容的第一和第二編碼來確定第一值，其中當該峰值探測器在第一衰減器水平處關閉和不關閉時由第一和第二編碼控制該可變電抗器；根據用于控制所述電容的第三和第四編碼來確定控制值，其中當所述峰值探測器在第一衰減器水平處關閉和不關閉時由第三和第四編碼控制該可變電抗器，所述第三編碼小于所述第一值；及以預訂的頻率存儲與用于可變電抗器的設定相對應的控制值。
12.如權利要求11的方法，還包括在非易失存儲器內儲存所述控制值，在該非易失存儲器內儲存多個控制值，各個控制值對應于無線電波段中的一個頻率范圍，當無線電開機時提供多個控制值給該調諧器IC的微控制器，并且當調諧所選擇的頻道時利用所述控制值中的一個來控制所述可變電抗器。
13.一種系統，包括接收射頻(RF)信號的天線；及無線電調諧器，它至少一部分位于集成電路(IC)內，該無線電調諧器包括可配置的前端，該可配置的前端具有低噪聲放大器(LNA)，該LNA具有耦合到該IC的第一管腳的輸入端和耦合到該IC的第二管腳以便從該IC輸出放大了的RF信號的輸出端，以及混頻器，其具有耦合到該IC的第三管腳和第四管腳的輸入端，其中該混頻器配置為當輸入的RF信號為單端時通過所述第三管腳接收該輸入的RF信號，而當輸入的RF信號為差動時通過所述第三和第四管腳接收該輸入的RF信號。
14.如權利要求13的系統，還包括耦合到該IC的第五管腳的可變阻抗，以及耦合到該 IC的第六管腳的可變電抗器。
15.如權利要求14的系統，還包括跟蹤濾波器，其耦合到該IC的第二管腳以接收來自所述LNA的放大的RF信號并且將用于輸入的濾波過的RF信號輸出到混頻器，其中跟蹤濾波器包括由電感和該可變電抗器構成的振蕩回路，其中該可變電抗器通過該第六管腳耦合到該跟蹤濾波器。
16.如權利要求15的系統，其中該IC還包括控制器以控制該LNA來接收和放大所述 RF信號，并且通過該可變電抗器的控制使得選擇性地耦合預定電容到該跟蹤濾波器。
17.如權利要求16的系統，其中所述控制器根據該RF信號的水平使得可變阻抗的被選擇的阻抗經過所述第五管腳選擇地耦合到與所述跟蹤濾波器的輸入端耦合的匹配網絡的節點。
全文摘要
在一個實施例中，本發明包括可適配于集成電路內的單芯片的無線電調諧器。該調諧器可被提供可配置的前端以接收和處理通過信號路徑的射頻(RF)信號。取決于該調諧器適配的特定的無線電實施方案，該可配置的前端可用不同方式控制。
文檔編號H03J3/00GK102185588SQ20101062458
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者D·B·卡沙, J·李, M·約翰遜, R·克羅曼, S·D·威林厄姆 申請人:硅實驗室公司