可配置的无线电前端的制作方法

专利名称：可配置的无线电前端的制作方法
可配置的无线电前端无线电处处皆有，且可采取很多不同形式。例如，无线电可用来接收不同波段的信号，如AM、FM、气象波段等等。无线电也能用于很多不同系统。这些系统的范围从相对简单而基本的低价无线电(例如晶体管收音机、钟收音机和便携式收音机)到较复杂的系统 (例如家庭娱乐系统、汽车娱乐系统、蜂窝电话、高级的便携式传媒装置等等)。历史上，无线电曾是用许多分立的模拟单元装成。然而，近年来，在半导体器件中纳入了许多无线电单元，减少了无线电材料清单内容。然而，这种半导体器件的一个问题是它们在的制造时往往是固定的，以至于难以为将给定的半导体器件纳入更多不同的系统类型中提供灵活性。于是，一些制造商要生产许多不同的半导体产品，各个针对特定的无线电市场。然而，这就导致设计、制造、营销等的低效率。所以，已知的无线电(无论由模拟单元装成的还是基于半导体的)都缺乏灵活性，可能导致为将无线电纳入一个系统时的严峻的设计要求。

发明内容
按照一个方面，本发明针对可适配于集成电路(IC)内的单芯片无线电调谐器。可对该调谐器提供可配置的前端以便通过信号路径接收并处理射频(RF)信号。依照该调谐器适配的特定的无线电实施方案，该可配置前端可用不同方式来控制。在此方面，该无线电调谐器包括低噪声放大器(LNA)，其具有耦合到该IC的第一管脚的输入端和耦合到该IC的第二管脚的输出端。取决于无线电实施方案，该LNA可控制成为或不成为信号路径的一部分。该前端还可包括混频器，其具有耦合到该IC的第三管脚的输入端，耦合到该IC的另一个管脚的可变阻抗器，和耦合到该IC的还有另一个管脚的可变电抗器。所有这些单元可按照特定无线电实施方案的需要被控制以在该调谐器内起作用。芯片外(off-chip)的单元可跟这些不同的芯片上(on-chip)的单元相互作用。例如，可沿位于天线和混频器输入端之间的信号路径耦合跟踪滤波器。此外，该可变电抗器可构成该跟踪滤波器的振荡回路的一部分，并被控制以为选择的频道而调谐该跟踪滤波器。 有些无线电实施方案还可包括一个平衡跟非平衡转换器，其耦合在跟踪滤波器输出端和混频器输入端之间，以便将跟踪滤波器的单端输出转换为输入混频器的差动信号。本发明还有的另一方面针对一种无线电，其包括一种带可配置的无线电调谐器的调谐器IC，该无线电调谐器被根据储存在IC或无线电中别处的控制设置作运行的配置。该调谐器可包括如上所述的可配置的前端。例如，该LNA可通过该IC的第一管脚接收来自输入源的RF信号，并且从该IC的第二管脚输出放大了的RF信号，而该混频器可从诸如跟踪滤波器之类芯片外电路通过该IC的第三管脚接收经过滤波的RF信号。该可配置前端还可包括诸如一个或多个可控制的阻抗之类的单元。本发明还有的另一方面针对一种包括天线和无线电调谐器的系统，无线电调谐器具有至少部分位于该IC内的可配置前端。在不同的配置中，当输入的RF信号是单端时，该 IC的混频器可经一个管脚接收输入的RF信号，而当输入的RF信号是差动的时，经两个管脚接收。跟踪滤波器可耦合到该IC的LNA的输出端，以从该LNA接收放大了的RF信号，并输出过滤了的RF信号以输入到所述混频器内。该芯片外的跟踪滤波器可采用电抗和芯片上的可变电抗器以实现该滤波器的振荡回路。要实现所需的配置，该IC可包括控制器来控制该前端和别的单元。


图1是按照本发明的一个实施例的无线电调谐器的前端的一部分的示意图。图2是按照本发明的一个实施例的无线电系统的示意图。图3A是按照另一个系统的无线电系统的示意图。图3B是按照还有另外一个实施方案的无线电系统的示意图。图4是按照本发明的还有一个实施例的系统的示意图。图5是按照本发明的一个实施例的跟踪滤波器的方框图。图6是按照本发明的一个实施例的跟踪滤波器的示意图。图7A和7B是按照本发明的一个实施例中的用于标定可变电抗器的方法的流程图。图8是按照本发明的实施例的控制无线电调谐器的方法的流程图。图9是按照本发明的实施例的可控输入阻抗的示意图。图10是按照本发明的实施例的无线电系统的方框图。
具体实施方案这些实施例可为无线电调谐器提供配置能力，从而能利用单一的可配置的集成电路(IC)无线电调谐器使不同的无线电设计有不同的信号路径。一个例子是，信号路径可直接将来自天线的射频(RF)信号跟用于下转换的混频器耦合而无需居间的低噪声放大器 (LNA)。别的实施方案有，配置芯片上的LNA以运行在通环模式，在该模式下，让其输出以送回到芯片外的方式送至信号路径的别的单元。例如，当需要高度的线性度时，信号路径可直接引入混频器。而如果关心的是灵敏度，则可居间插入LNA。别的实施方案中，可能需要在信号路径中包括一个跟踪滤波器来预选波段。一个实施例中，该跟踪滤波器可包括可变电容器和可变电阻器，它们可用作衰减器从而可箝位(clamp down)强信号，该强信号使调谐器的模拟前端的模拟电路过载。然而，这种跟踪滤波器会影响天线的运行，特别是在有多个(例如配对的)调谐器的环境里。例如，假定第一调谐器调谐在88. 5MHz的频道并且于是跟踪滤波器也调谐到 88.5MHz。然而，跟踪滤波器会影响送给配对调谐器的信号，后者正在运行(例如实施自动频率跳跃的波段扫描，且可能处于不同的频率(例如108MHz))。在这样的一个实施方案中， LNA可用在通环模式，实质上作为缓冲器从而让该LNA的输出耦合到跟踪滤波器。在该LNA 配置在通环模式的配对调谐器模式中，该LNA基本上起分离器作用，以将跟踪滤波器从该 LNA隔离开。该LNA (和第二调谐器的配对LNA)将信号缓冲，让该LNA后的跟踪滤波器不发生相互作用。而且，这两个LNA的组合提供了合适的阻抗(例如阻抗50欧姆)。 不同实施方案中也可提供差动的或者单端的运行，让该LNA为天线提供例如50欧姆或别的阻抗的终接。于是不同的实施例中，天线可直接耦合到LNA，其输出提供至混频器输入端。或者在不含有LNA的实施例中，可将输入的RF信号提供至耦合在混频器之前的跟踪滤波器。在别的实施方案中(例如为低成本的应用)，不用LNA或跟踪滤波器将RF信号送入混频器也是可能的。作为一个这种例子，可控制混频器在单端运行模式下，并且将RF 信号与它耦合。第二个例子可以是提供一个简单电路产生差动信号用于到混频器的输入而不需用平衡跟非平衡转换器。例如，LC组合提供一条路径相对其它路径的相移，在给定频率或频段给出差动信号。采用这种电路时，混频器可为差动操作而配置。如果加上几个不贵的单元，就可给出略微好的性能。还有另一例是将RF信号提供进入平衡跟非平衡转换器以产生输入混频器的较好的差动信号。如果需要，在这些实施方案的任一个的前端也可采用宽带匹配网络。现在参照图1，示出的是按照本发明的一个实施例的无线电调谐器的前端的一部分的简化示意图。如图1所示，调谐器10可为单个小片IC，其包括了模拟和数字两部分电路，并且也可为混合信号芯片。各种实施方案中，该IC可采用互补金属氧化物半导体 (CMOS)处理工艺来制备。各种实施例中，该无线电调谐器可配置得用于各种各样的系统中， 范围从相对低成本的无线电方案到高端的无线电设备。而且，应当理解可能包含该调谐器的各种系统既可为常规的无线电，也可是提供在另一装置(例如计算机系统(如台式计算机、移动笔记本、便携式计算机、智能电话、手提数字助理(PDA)或别的便携式装置))中的无线电功能。可配置别的实施方案以用于汽车娱乐系统、家庭娱乐系统等等。如图1所示，调谐器10可包括可耦合到该IC的管脚的各种前端单元。注意这里的“管脚”这个术语表示的意思是芯片上的单元跟芯片外的单元之间的连接器并且可借助管脚、垫片、表面管座、导电凸起或者任何别的在芯片上区域跟芯片外区域之间的导电连接的方式。虽然图示为到这类管脚的直接连接，在某些实施方案中应理解为该前端的一个或多个单元可借助接合线、导电引线或别的这样的方式耦合到相应的一个或多个管脚。上面简单讨论了要描述的不同单元的不同功能和配置，以下还将仔细讨论。为了具有较宽范围的配置能力，调谐器10的前端可包括诸如LNA15之类的单元。 在一个实施例中，该LNA可用多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)(例如η型沟道的MOSFETs)来实现。来自控制器(例如该调谐器的微控制单元(MCU))的控制信号可耦合到MOSFETs的栅极，使它们开或关(即，将它们接入或转出信号路径)。如所见，LNA 15 可耦合在一对管脚之间(图1一般将所有管脚以标记P示出)。输入终接阻抗可耦合到该 LNA(该终接是电路拓扑、晶体管特性和它们跟电阻器Rl间的相互作用的函数)。在各种实施例中，可选择控制该阻抗来提供所需的输入终接水平(例如通过来自MCU的控制信号)。 由可变阻抗R2代表的内部负载可耦合到LNA输出端。该可变阻抗可起内部负载的作用，该内部负载可被调节来提供不同的增益。此外，该前端可包括电压调整器25，该电压调整器可以芯片外的方式提供电压，并且还可耦合到LNA 15的输出端。之所以生成调整电压的一个理由是要有一个外部滤波器电容器(图1未显示)以便降低可能影响灵敏度的调整器噪声。它也使得可根据所需的性能特性，用外部负载代替R2。该LNA输出端通过调整器25 以电源电压为参考。另一些实施例也可包括外部负载电阻器来减少对于该LNA的输入和输出管脚的接合线耦合的问题。该外部电阻可以附加到或者取代内部负载电阻器(即图1的 R2)。这样的外部电阻可帮助调节通环模式时的增益，如像内部电阻器所能做到的那样。也可在该前端内提供混频器20，在一个实施例中，它可为用η型沟道的MOSFETs 构成的混频器。混频器20可有差动输入端，其通过一对管脚接收来自芯片外单元的信号。混频器20可转成单端模式，在该模式下性能得到优化，或者仅用在一些较差性能的单端模式。如下还将描述的，对于一些实施方案，还可有另一个芯片上的LNA 30，其可以是高阻抗的(高Z)LNA并且可以具有经芯片上的连接(例如通过一个多路转换器(图1未显示)) 耦合到混频器20的输入端的自己的输出端。在一些实施方案中，可以提供芯片外的匹配网络。在一个实施例中，此网络可用在气象频段的信号，这些信号需要好的灵敏度。匹配网络可包括电感器和电容器以提供预定的频率(例如160MHz)下的升压和共振。可将这种网络耦合到不同配置的各种位置，例如高Z的LNA (LNA 30)、主LNA (LNA 15)、混频器或者一些组合(例如混频器和高Z的LNA或 LNA15和混频器)。这些网络起不同的作用。它们可为LNA作宽带匹配，并为混频器起同样作用，或者可形成用于混频器的跟踪滤波器。应该记住，也还有别种配置(就像对LNA 15 的宽带匹配那样)和随后耦合在LNA 15的输出端跟混频器的输入端之间的跟踪滤波器。为了能够利用芯片上的单元进行各种滤波和衰减操作，可在相应的管脚(或在外部网络的节点)跟参考电压(例如接地电压)之间耦合可变阻抗R3和R4(在此情况，该接地是图1所示的rfgnd管脚，因为各个电阻器可内部连接到该管脚)。然而，各个电阻器可有自己的第二连接管脚，或者在一些组合中它们可以共用一个接地管脚。该阻抗可为数字方式控制的，例如通过来自MCU的控制信号，并且在一个实施例中可用MOSFETs来实现。 或者MOSFETs可被用来接入电阻，从而让接入的电阻成为开关电阻和被接入的电阻器的组合。在一个实例中，该电阻可为大约80%的芯片上的电阻和20%的MOSFETs的电阻，下面还要描述此例。作为一个实例，可变阻抗R3可用作衰减器来防止相邻频道干扰(splatter)。当存在多个大的阻塞信号时，结果产生许多相互调制分量(这些分量可能干扰同一波段内较小频道的接收)，可能发生这种相邻频道干扰。在一个实施例中，大约20毫伏的信号(例如在该混频器输入端或该LNA输入端)可为一个典型的设置点，使得超过该值的输入信号可被衰减到该值。虽然图1显示借助于可用于某些应用(例如接收信号可在较高电平的汽车应用)中的两个阻抗，但是一些实施方案可能只需提供单一的衰减器。另外，在前端还可提供可变电抗器Cl，使得可应用可变电容，该可变电容可用于下述的滤波和调谐操作。在一个实施例中，芯片上的可变电抗器(也耦合到rfgnd管脚)可以由可用数字方式控制的电容器的并联网络实现。还可看到，可有测试声调发生器40，其可以如下讨论的可切换方式耦合到一个或多个衰减器上(例如R3和R4上)。在一个实施例中，可根据所接收到的时钟信号(例如本地振荡器(LO)信号的分频形式(divided version))，测试声调发生器40可生成预定频率的测试声调。虽然在图1的实施例中所示的是带这些特定的单元，但是应该理解，前端可包括更多的、不同的或较少的单元，而这些器件的不同耦合可用于特定的系统设计，这些设计的某些例子以下还要讨论。也应该理解，可以有另外的管脚并且其被耦合以接收来自芯片外的信号并且发送信号到芯片外。许多不同的系统类型可采用如图1所示之类的可配置的前端以实现所需的功能。 例如，代表性的用例可包括带有跟踪滤波器的高性能调谐器；可用于低成本无线电的不带跟踪滤波器的低档材料清单(BOM)的调谐器；带有跟踪滤波器和配对调谐器的高性能调谐器；以及不带跟踪滤波器却带有配对调谐器的低BOM调谐器等。当然还会有别的用例。
现在参照图2，所示为按照本发明的一个实施例的无线电系统100的示意图。如图 2所示，系统100是配置成使用跟踪滤波器的系统(从天线到跟踪滤波器是直接连接)，从而避免了使用芯片上的LNA。一个实施例中，系统100可以为具有高性能的高性能无线电， 没有与LNA相关的噪声和灵敏度问题。如此处所用，两个单元之间的直接连接意味着在第一个跟第二个单元之间没有有源器件。然而，可能的情形是，可以有各种无源单元(例如匹配网络、衰减器、电容器等等)耦合到一个信号路径，该路径直接连接在所述第一个跟第二个单元之间。在这些情况下，应该理解在第一与第二单元之间仍然存在直接连接。而且应该理解，如图2所示，右边的所有单元(即在管脚的右边)可在纳入调谐器10的IC内，而其余的单元都可为芯片外的。例如，那些单元可配置在母板或别的用来提供对各种单元支撑和信号路由的电路板或基板上(例如通过板上的导电引线)。别的单元当然可以设置在这种板外。例如天线可典型地设在板外并且经适当连接方式连接到该板。如图2所示，耦合天线110以通过输入电容器Cx将输入RF信号提供给跟踪滤波器120。Cx可将调谐器(图2未画出)的AM路径跟FM路径隔离。注意特定波段的信号 (即FM和气象波段)可直接提供给跟踪滤波器120，而不同的是AM信号可分开耦合到该调谐器。例如，AM可直接从天线提取至IC上的AM管脚(图2未画出)。在AM路径上单元对 AM低阻抗而对FM为高阻抗，故各部分互不影响。可见，可变电抗器Cl和可变阻抗R4也从芯片上耦合到跟踪滤波器120以帮助调谐到所需频率，并提供对输入的RF信号所需的衰减水平。下面还要讨论跟踪滤波器120进一步的细节。还要注意，可通过可变阻抗R3提供进一步衰减，R3从芯片上通过其管脚耦合到节点N，节点N耦合于电容器Cx和跟踪滤波器120 之间。于是如图2所示，在本实施方案中该LNA并未用到，这可有助于改进性能，因为可以避免与LNA有关的噪声和灵敏度问题。注意，跟踪滤波器120可用包括天线阻抗和Cx的多个单元来实施。于是就将两个衰减器连接在该跟踪滤波器内。因为从天线和跟踪滤波器120的输出是单端的，所以可提供平衡-非平衡转换器 130来将单端信号转换为差动形式以直接输入混频器20。在图示的实施例中，平衡-非平衡转换器130可由一对线圈来组成。原线圈可具有耦合到跟踪滤波器120的输出端的第一端和耦合到接地的第二端。依次，原线圈磁耦合到副线圈，该副线圈可具有耦合到至混频器20 的差动输入的两端。如所见，该副线圈可有一耦合至接地的中心抽头。耦合到IC管脚的别的单元(如电压调整器、LNA、阻抗R3和RF接地)如图2所示可不连接的或者可接地。虽然在图2所示实施例中所示的是一特殊实施方案，但是本发明的范围并不局限于这方面。一些实施例还可配置成在还有一个配对调谐器的情况下在回环模式下使用LNA。 如图3A所示，系统200可如此配置，让来自天线110的输入信号直接提供到LNA 15。如所见，除了耦合电容器Cx，还有电感Ll来提供偏置电流到该LNA。还可有别的单元来调整Cx 的存在，以将AM信号路径从FM信号路径退耦合。来自该LNA的输出随后被回送到芯片外并且经耦合电容器到跟踪滤波器120，并且依次经过平衡-非平衡转换器130以回到芯片上的方式到混频器20。注意可稍微改变跟踪滤波器的DC连接而去除耦合电容器，但是功能上是相似的。在一个实施例中，控制信号(例如MCU配置寄存器的控制位)可被设置来将混频器模式从差动配置改变为单端配置。这为系统制造商提供了灵活性以选择是否使用平衡-非平衡转换器。在这一配置中LNA15在信号路径内，使得跟踪滤波器120不会影响提供给配对调谐器250的天线信号。此外，衰减器R3可耦合至信号路径以例如像由增益控制器(例如MCU 的自动增益控制(AGC)电路)控制的那样提供信号衰减。也注意这个实施方案中，可将外部负载电阻R5耦合到该LNA输出端和调整器输出端，连同起着用于调整器输出的滤波电容器作用的电容C5。然而注意可不用R5，因为可以实现连接到同一信号的内部负载电阻器， 并且R5是可调节的以设置所需的LNA增益。在别的实施方案中，这个内部电阻器负载可关闭，如果用外部负载电阻可达到更佳性能的话。在一些应用中，如果使用多个调谐器，则可以将输入阻抗(对单个调谐器的实施方案可以是一个50欧姆终接)控制为100欧姆模式， 让该LNA有效地成为一个集成的分离器，它将RF信号取出并分离成两个输出。例如，可以设置控制位来控制LNA是处在50欧姆模式、100欧姆模式或者位于别的阻抗负载。如所见，一个实施例中配对调谐器250可包括内部的LNA^5，它在一个实施例中可以是一个高Z的LNA。在这样一个实施例中，通过采用高Z配置的LNA^5，到配对调谐器 250的输入可直接分接天线110，减少了芯片外的单元。在此配置中，LNA15会提供终接，并且例如会被设置为50欧姆模式。然而在此配置中，配对调谐器250的噪声性能会受到稍微影响(例如，有几个dB)，虽然其相互调制有所改进，因为耦合到调谐器10的LNA15的终接在某种程度上减弱了信号。在另一些实施方案中，配对调谐器可以跟主调谐器实质相同的方式来配置。就是说，两个调谐器可属于同样的IC设计。现参照图:3B，所示为系统200’的实施方案，其中配对调谐器250’被直接耦合以通过它自己的芯片上的LNA275接收来自天线的RF信号，该 LNA然后输出放大了的RF信号回到芯片外，使得它经过平衡-非平衡转换器230，并且随后到达混频器220。在图;3B的实施方案中，到两个LNA的输入终接的每个都可控制在100欧姆，提供了 50欧姆的组合终接阻抗，从而无需匹配。然而注意，对配对调谐器250’可以没有另外的跟踪滤波器。然而在别的实施方案中，可能就有这种跟踪滤波器。于是这两个调谐器可耦合到同一天线，其中每个调谐器可带有或者不带相互不发生干扰的跟踪滤波器。别的实施方案可先行采用跟踪滤波器。作为一例，这种配置可用在低BOM无线电系统。现参照图4，所示为按照本发明的另一个实施例的系统的示意图。如图4所示，系统 300具有直接连接(通过或不通过耦合电容Cx)到LNA15的天线110。如所见，LNA15的输出被送到芯片外并且通过平衡-非平衡转换器130以提供差动输入到混频器20。在此实施方案中，没有跟踪滤波器。尽管不用跟踪滤波器并且由于存在LNA(例如它有些噪声和线性问题)会使得性能变差，但是在这种配置非常适合于较低性能无线电之类的许多应用。一般来说，该前端的别的单元可如所见用芯片上的衰减器R3在该LNA前提供衰减。注意，取决于实施方案和信号条件，可变电抗器Cl和阻抗R4以及芯片外的电感L2可耦合或可不耦合到例如至平衡-非平衡转换器130的输入端，以调谐该LNA的中心频率及进一步衰减。上面就图2-4对特定应用例子的讨论是按照本发明的实施例的调谐器的RF单元的前端的一些配置的代表。在别的应用例子中还可能有别的配置。现在参照图5，所示为按照本发明的一个实施例的跟踪滤波器的方框图。如图5所示，跟踪滤波器400可配置成芯片外的单元，虽然它在运行时可使用一个或多个芯片上的单元。在此情况，芯片上的单元可跟该跟踪滤波器有密切联系。该跟踪滤波器配置可用于气象和FM波段。在165MHz/88MHz的波段差下(即1. 8的比值)，导致Cmax/Cmin大于3. 2， 该比值可以通过利用芯片上的可变电抗器Cl，借助跟踪滤波器实现。而且在这种方式下，简化了系统制造商的设计。类似地，芯片上的可变电抗器可用来调谐无线电以覆盖别的波段， 例如对日本的76-90MHZ或者76-lOSMHz以制造对世界大多数地区都适用的无线电。如图5所示，跟踪滤波器400可被耦合以从天线405接收输入的RF信号，例如一个单端信号。在图5的实施例中，从天线到跟踪滤波器400的信号路径包括耦合电容器，其大小可使在AM信号的低频率处，该电容器起高阻抗阻塞作用，使得AM区段看不见FM区段的低阻抗单元，后者会减弱所接收到的AM信号的大小。如图5中所示，跟踪滤波器400 —般可包括匹配网络和振荡回路。匹配网络410 可提供用于衰减的节点，其例如可用芯片外的衰减器并且提供来自芯片上的衰减器(例如 R4)的连接而提供。接着，振荡回路420可提供具有相对高的Q因子(例如一个实施例中约为25)的频率选择性。为了提供另外的衰减，可以在振荡回路输出端提供电容网络Ctl，它有可耦合到平衡-非平衡转换器30的中间节点。虽然在图5的框图中以高层方式显示，但是应该理解，它可有各种实施方案。现参照图6，所示为按照本发明的一个实施例的跟踪滤波器的细节的示意图。如图6所示，跟踪滤波器400包括匹配网络410，它可包括多级串联耦合的电感器连同并联的几个电容和电感。此匹配网络提供低Q值匹配并进一步提供衰减节点。如所见，节点N1和 N2可提供耦合芯片上的或者芯片外的衰减器的衰减节点。作为一例，可提供约50欧姆-400 欧姆的阻抗来做衰减。当然还可用别的拓扑，例如用串联电容器带耦合到接地的电感或者用串联路径上的电感器和电容器的组合来实施。接着，匹配网络410可耦合到包括LC组合的振荡回路420。电感器可包括一对串联电感器，它们接着并联耦合到可控电容，该可控电容例如可用芯片上的可变电抗器Cl实现，其可有较高的Q因子(如在一个实施例中约为100)。通过控制该可变电抗器就可实现调谐。如所见，LC振荡回路410的输出可耦合到电容分压器Ctl和混频器负载&，以为混频器设置恰当的输入水平并为振荡回路提供较高的阻抗。在一个实施例中，&可为一个业欧姆的负载。为得到高Q值，跟踪滤波器可在共振频率具有高阻抗。网络将可来自50欧姆源的输入的RF信号变换为高阻抗信号。在一些实施方案中，跟踪滤波器输入端的阻抗可达数 k欧姆的量级。按照本发明的一个实施例的调谐器可被提供电路和控制以实施各种标定操作。为帮助实施频率标定，例如通过标定芯片上的可变电抗器，测试声调发生器(例如图1的发生器40)可提供已知频率(例如在LO频率)的信号。该测试声调发生器可包括发出强信号的缓冲器，该强信号可随后经过阻抗(电阻性的或别的)被驱动到跟踪滤波器的节点。该衰减器电阻器(也作用于跟踪滤波器上)随后可用来控制加在该网络上的测试声调的水平。 在一个实例中，缓冲器和固定电阻器位于芯片上并且连接到与衰减器同样的管脚。在一些实施例中，该固定电阻器可有多种设置来给出更多的范围。此安排可被视为在来自缓冲器的固定电阻和其低端接地的可变衰减器电阻器之间的电压分压器。并且因为这些衰减器连接到跟踪滤波器400的节点，所以该可变的测试声调信号就被呈送进该网络。例如，如果一个衰减器被连接到靠近天线的Cx，则该测试声调信号实际上类似一个天线信号。这样，信号可被有效地引导到天线输入端。该信号然后经跟踪滤波器进入混频器，由于高Q值，混频器也滤除了原始测试声调源中可能存在的谐波，给出了比较干净的RF测试信号。因为该调谐器可能具有分析混频器输入端和/或输出端(以及LNA输入端和/或输出端)的信号的峰值探测器，所以可设置信号强度以优化该测试声调的范围，让该信号落在峰值探测器的范围内。在一个实施例中，可以施加IOOMHz的测试声调，并且可调节可变电抗器直到在峰值探测器上见到最大信号，从而调谐了跟踪滤波器。在一个实施例中，两个测试声调输出可选择地接通或关断以被施加到衰减器R3和R4上。而且，通过改变一个或多个衰减器的电阻， 可控制测试声调信号的强度。在一个实施例中，可对跟踪滤波器作一次性标定。可用该测试声调发生器来进行此标定。注意，可在多个频率实施标定(例如在调谐范围内每0.2MHz进行)以得到足够的数据点。然后可生成一个表并将其储存在例如无线电的非易失存储器内，该表然后可在运行期间下载到调谐器。在调谐器内具有非易失存储器的实施方案中，这个表可储存在调谐器本身内。这样，在调谐到一个频道时控制器就可访问该表。在别的实施例中，可不采用一次性因子编程，实施例可在常规使用中完成标定，例如用户每次打开无线电时或者每次调谐到一个新的频道时，就可在该调谐频率处进行标定的子集。现参照图7A和7B，所示为按照本发明的一个实施例的用于标定可变电抗器的方法的流程图。更具体地说，可用方法600来进行标定操作，该标定操作可被用来获取控制参数以根据所需的运行频率控制可变电抗器。如上所述，方法600可进行一次，例如在工厂标定或在制造包括该IC的无线电期间。在另一些实施方案中，此标定可以例如在该无线电每次开机时进行。一般地说，该标定的进行要用到测试声调和衰减器以及一个或多个RF峰值探测器以用于标定该可变电抗器。可在单一、两个或多个频率处进行标定。作为一个实例， 可以采用两个频率，例如76MHz和108MHz。然后可采用共振电路的功能生成随后被存储的常数。以后该MCU可用这些常数对任何频率设置恰当的可变电抗器的值。如图7A所示，方法600可起始于输入测试声调模式(块60 。例如，调谐器MCU 可控制测试声调发生器使之能够并且输出测试声调信号。而且，还可控制无线电的另外的单元。例如图7A所示，该测试声调发生器输出(即测试信号)可施加到或者接通到可控衰减器。例如返回参照图1，从测试声调发生器40输出的测试信号可耦合到可控衰减器R4。在衰减器处于高阻抗(关断)状态并且可变电抗器处在其最低电容值时开始标定。随后细调峰值探测器的阈值(块610)。从最低的峰值探测器阈值开始，随后提高该阈值直到峰值探测器未被关闭(tripped)。如果有需要，可插入额外的衰减。一旦发现在峰值探测器未被关闭的峰值探测器的阈值跟衰减水平的组合，方法600继续到块615，此时可变电抗器被设置到它的最低水平(例如，数字编码0，意味着电容设在其最低值)。接着可变电抗器的电容被调节(例如递增)直到峰值探测器关闭(例如到达编码1)(块620)。将可变电抗器控制在这一关闭点的编码被储存为第一编码(块62幻。接着继续可变电抗器的扫视直到已经增加了足够的电容，从而使得该前端不能正常调谐并且峰值探测器关闭回 0(块630)。得到该电容值的控制可储存为第二编码(块63幻。用第一和第二编码，可确定一个中值(块640)。现参照图7B，可继续该方法，一般用相同的方式获得标定下的频率的最终的可变电抗器设置。具体说来，细调阈值，但现在采用新的可变电抗器的值，它较接近正确值(块 645)。然后从中值以下开始到中值以上，完成电容值的再次扫视以寻找峰值探测器关闭的两点(开并且随后闭)(块650-670)。可以确定这两个点的中值以寻找该频率的正确的可变电抗器值(块670)，该值然后可被储存到例如非易失存储器(块67 。该非易失存储器可属于无线电系统本身。以后在正常运行时，对应于给定频率的可变电抗器设置可从无线电下载到该MCU的存储器。注意，此标定方法可对多个频率(例如给定运行波段的多个频率)迭代实施。然后可以基于确定的可变电抗器的设置作内插，以便对每个可能的频道都提供相应的可变电抗器设置。在各种实施例中，采用感兴趣波段的频率子集，可做线性内插或者可以执行二次方程来生成感兴趣波段的别的频率的值。或者可用描述函数的给定方程以利用从标定确定的常数确定可变电抗器的值。虽然在图7的实施例中用这个特定的实施方案来说明，但是本发明的范围并不限于这一方面。现参照图8，所示为按照本发明的一个实施例的控制无线电调谐器的方法的流程图。如图8所示，方法700可实现为提供初始控制参数，用于将无线电配置入特定系统环境内以及用于在该环境内，以正常使用方式使该无线电运行。如所见，方法700开始于设置该无线电的微控制器的控制信息(块710)。更具体地，对设有无线电调谐器的给定系统可设置控制信息。例如，该调谐器可为许多不同的无线电类型，例如低BOM系统、包括跟踪滤波器、平衡-非平衡转换器、匹配网络、配对调谐器等的系统。根据给定的实施方案，接收器的基本控制设置可设置在微控制器的非易失存储器内。例如可设置用于使LNA能工作或者不能工作的配置信息、用于使混频器工作于单端或差动的配置信息等。这些参数例如可储存在非易失存储器内，并且可在正常运行时向调谐器IC的微控制器的配置寄存器提供配置信息。可选地，在调谐器IC内实现非易失存储器来保存配置信息。一旦配置好了，包括调谐器的该IC可耦合到信号源(块720)。例如，制造过程中该IC可纳入该无线电的电路板上并且耦合到天线电缆，后者具有与天线恰当的连接。于是，完成制造并且该无线电可纳入终端用户的产品(例如作为汽车无线电或者别的系统)中。于是，在现场用户可开机该调谐器(块730)。在此开机过程中，来自MCU的各种控制信号可提供给前端单元以设置该系统。如已讨论的，这些信号可以是有选择地使各种前端单元工作或者不工作以及为其它的这类单元设置阻抗值的控制信号。然后根据用户输入，系统可确定所需的频道(块740)。为帮助根据其频率调谐到所需的频道，因此可控制可变电抗器(块750)。例如，在开机过程期间，可从无线电的非易失存储器向MCU提供例如作为表的控制值，以合适地控制可变电抗器，从而在有跟踪滤波器时向跟踪滤波器提供所需的电容。注意，如果没有跟踪滤波器，则可用该可变电抗器调谐较低Q值的宽带滤波器。然而，在此情况下，调谐的重要性降低，并且可在非易失存储器内存储几个优选值，或者可不用该可变电抗器。在此点，收到所需的RF信号并且可以处理和输出来自所需频道的音频信息。在运行时，可根据信号信息将各增益控制级控制在恰当水平。于是，在块760，可测量输入信号的信号信息。例如，可将峰值探测器设在调谐器IC的各个部分，例如，在混频器输入端和/或输出端，或者别的位置。基于此信息，MCU可将控制信号提供给一个或多个前端和别的调谐器单元以便为衰减器、LNA和别的增益级提供恰当的设置(块770)。虽然在图8的实施例中显示了这个特定的实施方案，但是本发明的范围并不限于这一方面。如上所述，在不同设置中，LNA的可控输入级可用MCU来控制，以例如在降低灵活性的情况下用于不同系统实施方案中的匹配目的。现参照图9，所示为按照本发明的一个实施例的可控输入级的示意图。如图9所示，LNA15可耦合在该IC的两个管脚之间。就是说，LNA15被耦合以通过输入管脚Pl接收输入的RF信号，并且通过输出管脚P2输出放大形式的输入信号。虽然可采用各种形式的输入阻抗，但是在一些实施方案中，阻抗可以是固定阻抗和可变阻抗的组合，实现方式是借助于MOSFETs或别的开关器件。于是在图9的实施例中，输入阻抗Rl可采用具有串联耦合的固定电阻和MOSFETs 的并联分支的形式。左分支可包括固定电阻&和包括共发共基放大器晶体管和放大器晶体管的共栅极拓扑结构。如所见，&可耦合于输入管脚和第一 MOSFETs之间，后者可为NMOS M1，其源极端耦合到固定电阻，其栅极端被耦合以接收偏压Vbi，并且漏极端耦合到共发共基放大器器件，也即第二 NMOS M2，其源极端耦合到Ml的漏极端，栅极端被耦合以接收第二偏压VB。2，而其漏极端耦合到输出管脚P2。如所见，第二分支可由类似单元构成，包括固定电阻&和晶体管13和114。根据各偏压的控制，可将有效输入阻抗控制在所需水平。在一些实施例中，固定电阻可构成比起MOSFETs实现的阻抗更大的阻抗部分(如在一个实施例中， 该比值约为4 1)。在一个实施例中，各个分支可有100欧姆的阻抗。在一个实施例中，当两个分支耦合到信号路径中去时可将VBa和VB。2控制到相同电压，或者独立控制这些偏压， 例如使得一个分支关断。虽然图9未示出，但是应该理解，取决于所需的阻抗，第二个分支可控制地可接入或接出信号路径。而且，虽然图9的实施例中只画出两个这类分支，但是在别的实施例中还可有额外的一些分支。上面的图1-4只示出了无线电调谐器的有限个RF前端单元。如所述，按照本发明的一个实施例的无线电调谐器可为包含模拟和数字电路的CMOS混合信号芯片。然而，应该理解，可以在许多不同的接收器(例如能够在多个波段(例如在AM、FM和气象波段)运行的无线电收发信机)中实现实施例。现在参照图10，所示为按照本发明的一个实施例的无线电系统的方框图。如图10 所示，无线电系统501包括可制备在单片半导体小片上的接收器500。接收器500可进行多波段接收并且可用几个不同的信号处理运行模式进行处理。输入的RF信号从外部接收天线110接收，并且经过包括电容Cx、电感Li、芯片上的可控制的阻抗Rl、LNA 15的信号路径(LNA 15在本系统内是信号路径的一部分，虽然在别的配置中它可被控制为不在信号路径内)。在图10的配置中，LNA 15的输出可从接收器 500经输出管脚输出到芯片外的单元，包括跟踪滤波器120和平衡-非平衡转换器130。然后，该信号以回送到芯片上的方式送至混频器20，该混频器可为由可调谐本地振荡器控制的复数混频器，其频率选择了接收器500待调谐到的所需的无线电频道。在别的实施方案中，可耦合混频器20以便直接从天线接收输入信号(信号路径中没有跟踪滤波器或LNA)， 或者在有第二 LNA(图10中未画出)的情况下，经芯片上的连接(例如通过多路复用器) 接收来自天线的输入信号。这种方式下，可选择配置来提供经过各种单元的输入。对于衰减和调谐的控制，也注意到可变阻抗Rl和R4(还可能有R3)跟可变电抗器Cl也可连接到接收器500的管脚上，如上面所讨论过的。一般说来，通过混频器20的这些接收器单元可被认为就是RF前端单元。响应输入的RF信号，混频器20生成相应的模拟中频(IF)正交调制信号，然后该信号在被路由至ADC5M之前通过可编程的增益放大器(PGA) 594，该ADC 524将来自PGA 594的模拟IF信号转换为数字信号，该数字信号被提供给DSP 520。一般说来，从PGA 594 到ADC 524的这些单元可被认为是一个中频级，并且其可以配置为在一个低IF上运行。
DSP 520解调接收到的复数信号以便在其输出端提供相应的数字的左和右声道的立体信号；并且这些数字立体声信号被DAC 532转换为模拟形式，DAC532可提供来自芯片的音频输出，或者在另一些实施方案中，可从DSP直接引出数字输出。按照本发明的一些实施例，该多模式FM接收器500也可包括微控制器单元 (MCU) 598，该MCU协调接收器500的总体运行，例如为给定的系统实施方案而配置接收器。 为此目的，MCU 598可包括例如非易失存储器的控制存储器(或者它也可耦合到芯片上的非易失存储器)，控制存储器可包括各种配置设置，用于控制特定系统类型的各种前端和其它单元，在特定系统类型中接收器得以实现。例如，MCU 598可读取配置寄存器并且输出控制信号来使可配置的前端单元得到控制，包括LNA 15是否被连接到信号路径或与信号路径断开，混频器20是否运行在单端或差动模式，以及用于可控制的阻抗R1、R3、R4和可变电抗器Cl的阻抗和电容水平的控制。另外，可以完成其它设置(例如输入终结阻抗水平)以及提供控制信号以控制各种前端单元的增益和衰减设置。如此，实施例可包括计算机可读介质形式的制品，在其上写入指令。这些指令可使DSP和MCU或别的可编程处理器完成前端配置和控制，以进行信号处理以及按照本发明的实施例的别的处理。虽然上面仅仅就有限个数的实施例描述了本发明，本领域的技术人员会从这些实施例体会出它的许许多多的修改或变形。后面的权利要求书包括了属于本发明的真实精神和范围的所有这些修改和变形。
权利要求
1.一种装置，包括无线电调谐器，形成于适配在集成电路(IC)中的单个半导体小片上，该无线电调谐器具有可配置的前端以通过信号路径接收和处理射频(RF)信号，该无线电调谐器包括低噪声放大器(LNA)，具有耦合到所述IC的第一管脚的输入端和耦合到该IC的第二管脚的输出端，其中根据所述IC适配其中的无线电的配置，可控制所述LNA作为或不作为所述信号路径的一部分；混频器，具有耦合到所述IC的第三管脚的输入端；可变阻抗，耦合到所述IC的第四管脚；及可变电抗器，耦合到所述IC的第五管脚。
2.如权利要求1的装置，其中所述无线电调谐器通过下列方式可配置地运行通过所述RF信号经所述第一管脚到所述LNA输入端的直接连接，或者通过所述RF信号经所述第三管脚到所述混频器输入端的直接连接。
3.如权利要求2的装置，其中所述无线电调谐器被配置为借助沿所述信号路径耦合的跟踪滤波器运行，该跟踪滤波器耦合在天线与所述混频器输入端之间。
4.如权利要求3的装置，其中所述可变电抗器构成所述跟踪滤波器的振荡回路的一部分，并且其中通过借助所述无线电调谐器的微控制器对所述可变电抗器的控制，所述跟踪滤波器的频率是可控的。
5.如权利要求1的装置，还包括一个配对调谐器，其耦合成从天线接收所述RF信号，而所述LNA被配置成为一个缓冲器以将所述配对调谐器与耦合到所述LNA的输出端的跟踪滤波器隔离。
6.如权利要求1的装置，还包括跟踪滤波器，其耦合成接收所述LNA的输出并且提供输入给所述混频器，其中所述跟踪滤波器包括由位于所述IC外部的电感和所述可变电抗器构成的振荡回路。
7.如权利要求6的装置，还包括匹配网络，其耦合到所述跟踪滤波器的输入端，并且包括至少一个节点，它通过所述IC的第六管脚耦合可控的阻抗。
8.如权利要求6的装置，其中所述IC还包括电压调整器以从所述IC，经该IC的第七管脚提供调整的电压，其中所述LNA的输出端还通过可控负载阻抗耦合到所述第七管脚。
9.一种方法，包括用调谐器集成电路(IC)所在其中的无线电的配置信息来设置所述调谐器IC的控制器的至少一个控制寄存器，该调谐器IC具有可配置的前端以通过信号路径接收和处理射频 (RF)信号，该调谐器IC包括低噪声放大器(LNA)，其具有耦合到该调谐器IC的第一管脚的输入端和耦合到该IC的第二管脚的输出端，其中根据该无线电的配置可控制该LNA成为或不成为该信号路径的一部分，以及混频器，其具有耦合到该IC的第三管脚的输入端；及响应于该配置信息，向所述可配置的前端提供控制信号以配置所述调谐器IC，包括提供第一控制信号以使得所述LNA成为或不成为该信号路径的一部分和提供第二控制信号来配置该混频器以作单端的或是差动运行。
10.如权利要求9的方法，还包括控制耦合到所述调谐器IC的第五管脚的所述调谐器 IC的可变电抗器以向耦合到所述调谐器IC的跟踪滤波器提供选择的电容量，从而能够进行所需频道的调谐。
11.如权利要求10的方法，还包括将来自所述调谐器IC的测试声调发生器的测试声调信号耦合到耦合在该调谐器IC的第六管脚上的可控衰减器，其中该第六管脚耦合到所述跟踪滤波器；接收该调谐器IC内的该跟踪滤波器的输出，并且通过该调谐器IC的峰值探测器确定该跟踪滤波器输出的水平；根据用于控制该调谐器IC的可变电抗器的电容的第一和第二编码来确定第一值，其中当该峰值探测器在第一衰减器水平处关闭和不关闭时由第一和第二编码控制该可变电抗器；根据用于控制所述电容的第三和第四编码来确定控制值，其中当所述峰值探测器在第一衰减器水平处关闭和不关闭时由第三和第四编码控制该可变电抗器，所述第三编码小于所述第一值；及以预订的频率存储与用于可变电抗器的设定相对应的控制值。
12.如权利要求11的方法，还包括在非易失存储器内储存所述控制值，在该非易失存储器内储存多个控制值，各个控制值对应于无线电波段中的一个频率范围，当无线电开机时提供多个控制值给该调谐器IC的微控制器，并且当调谐所选择的频道时利用所述控制值中的一个来控制所述可变电抗器。
13.一种系统，包括接收射频(RF)信号的天线；及无线电调谐器，它至少一部分位于集成电路(IC)内，该无线电调谐器包括可配置的前端，该可配置的前端具有低噪声放大器(LNA)，该LNA具有耦合到该IC的第一管脚的输入端和耦合到该IC的第二管脚以便从该IC输出放大了的RF信号的输出端，以及混频器，其具有耦合到该IC的第三管脚和第四管脚的输入端，其中该混频器配置为当输入的RF信号为单端时通过所述第三管脚接收该输入的RF信号，而当输入的RF信号为差动时通过所述第三和第四管脚接收该输入的RF信号。
14.如权利要求13的系统，还包括耦合到该IC的第五管脚的可变阻抗，以及耦合到该 IC的第六管脚的可变电抗器。
15.如权利要求14的系统，还包括跟踪滤波器，其耦合到该IC的第二管脚以接收来自所述LNA的放大的RF信号并且将用于输入的滤波过的RF信号输出到混频器，其中跟踪滤波器包括由电感和该可变电抗器构成的振荡回路，其中该可变电抗器通过该第六管脚耦合到该跟踪滤波器。
16.如权利要求15的系统，其中该IC还包括控制器以控制该LNA来接收和放大所述 RF信号，并且通过该可变电抗器的控制使得选择性地耦合预定电容到该跟踪滤波器。
17.如权利要求16的系统，其中所述控制器根据该RF信号的水平使得可变阻抗的被选择的阻抗经过所述第五管脚选择地耦合到与所述跟踪滤波器的输入端耦合的匹配网络的节点。
全文摘要
在一个实施例中，本发明包括可适配于集成电路内的单芯片的无线电调谐器。该调谐器可被提供可配置的前端以接收和处理通过信号路径的射频(RF)信号。取决于该调谐器适配的特定的无线电实施方案，该可配置的前端可用不同方式控制。
文档编号H03J3/00GK102185588SQ20101062458
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者D·B·卡沙, J·李, M·约翰逊, R·克罗曼, S·D·威林厄姆 申请人:硅实验室公司