专利名称：为收发器芯片提供时钟信号的方法及收发器芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及为混合信号电信芯片提供时钟信号的方法及混合信号电信芯片。
当射频(RF)信号与基于单一芯片时钟的模拟及数字信号置于一起时，规划就成为要点。很多时候在数字系统中使用多个相互间成非整数比率的时钟。还经常使用异步逻辑电路。可以在很宽的射频范围内找到奇特的时钟频率倍数和/或频率交叉调制产品并有可能因衬底跨度(substrate bounce)的缘故而破坏信息信号。这些衬底跨度效应的存在是因为由时钟操作引起的电流尖峰以电压噪声的形式通过连接线或通过金属氧化物半导体(MOS)的PN结注入衬底。衬底很容易拾取到时钟频率，因而可以在衬底上找到所述时钟频率的倍频。所述衬底由敏感的射频电路所共用，而所述射频电路就会拾取这些信号并可能产生调频(EM)调制，从而干扰由所述电路处理的通信信号。
本发明的目的是寻找解决以上在混合信号电信芯片中时钟信号干扰通信信号问题的方法。
根据本发明的一个方面，提出了用于向具有通信信号频带的通信信号的混合信号电信芯片提供时钟信号的方法，所述时钟信号包含中央时钟频率信号及为所述中央时钟频率信号倍数或分数的分谐波频率信号，其中，这样选择中央时钟频率信号，使得中央时钟频率信号及分谐波频率信号处在通信信号频带以外。从而本发明的这个方面解决了中央时钟频率本身及其分谐波频率不落在电信信号频带的问题。本发明可以仅仅使用单一时钟，而其它时钟频率为所述中心时钟的整数倍或整分频。在本发明中，混合信号通信芯片中的时钟规划是很重要和优越的方法，用于避免经所述芯片处理的通信信号的失真。
根据本发明方法的最佳方面，所述电信信号频带处在2.402GHz与2.480GHz之间，所述频带为用于蓝牙应用的电信信号频带。蓝牙为本发明的最佳应用。
根据本发明方法的最佳方面，所述中央时钟频率为2的倍数。所述中央时钟频率有其优越性，因为2的倍数可以容易地由逻辑电路处理。
根据本发明方法的最佳方面，所述中央时钟频率介于70MHz到90MHz之间，最好是64MHz、76MHz、78MHz或80MHz。对于工作于2.402GHz到2.480GHz之间的蓝牙来说，这样的时钟规划就产生了很有趣的时钟频率，因为像76MHz、78MHz或80MHz这样的时钟频率的奇数倍不落在蓝牙频带里。
根据本发明方法的最佳方面，所述中央时钟频率为64MHz，精度为8比特(8bit)并且过采样因数为32。模数转换器4所需的精度为8比特。为了得到较好的解调，可使用过采样并且其因数取为8较好。这就是为什么64MHz是最佳时钟频率的另一个方面。
根据本发明方法的最佳方面，所述芯片包括多个功能模块，其中，中央时钟频率由片上振荡器提供给各功能模块。所述片上振荡器连接到分开的外部石英振荡器。这个外部石英振荡器与芯片相分离。这个振荡器产生64MHz的中央时钟频率。
根据本发明的一个方面，提出了用于处理通信信号频带的通信信号的混合电信芯片，所述混合电信芯片包括作为功能模块的RF前端部分、模数转换器、解调/调制器、数模转换器、振荡器及RF合成器，其中，向功能模块提供包含中央时钟频率信号及为所述中心频率信号倍数或分频的分谐波频率信号的时钟信号，并且其中所述中央时钟频率信号及分谐波频率信号处在电信信号频带之外。这产生一种优越的电信芯片，在这种电信芯片中，时钟规划有助于防止经所述电路处理的通信信号的失真。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述电信信号频带处在2.402GHz到2.480GHz之间。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述中央时钟频率为2的倍数。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述中央时钟频率介于70MHz到90MHz之间，最好是64MHz、70MHz、70MHz或80MHz。
根据本发明的芯片的最佳方面，其数模转换器直接连接到RF前端部分。当使用以64MHz频率被过采样的数模转换器时，由于过采样而出现的sinc(sinc＝sinX/X)运算将把数模转换器输出端的模拟信号的频谱扩展和衰减。对于蓝牙规范，数模转换器可直接连接到RF前端部分。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述芯片包括向各功能模块提供中央时钟频率的片上振荡器。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述片上振荡器连接到外部振荡器。
根据本发明的芯片的最佳方面，所述外部振荡器为石英振荡器。
现在将通过参照下列附图来描述本发明的最佳实施例，附图中
图1为显示位于芯片上的功能元件、功能元件之间的连接以及从片上振荡器到外部振荡器的连接的示意图；图2为显示对某个模拟信号进行4倍过采样的示意图。过采样由模数转换器4完成；图3为数模转换器6在时域的保持函数；图4为将图3中在时域的保持函数变换到频域的傅立叶变换；图5显示蓝牙的频谱，其采样频率为64MHz；图6显示当数字电路不工作时的电信信号频带的频谱；图7显示当数字电路工作时的电信信号频带的输出频谱；以及图8显示当使用64MHz时钟时的频谱，寄生信号(spurious tone)落在了蓝牙频谱之外。
图1显示芯片的部件及外部石英振荡器12。芯片上的功能部件为RF前端单元2、模数转换器4、数模转换器6、调制/解调器8、RF合成器10、石英振荡器12及外部振荡器14。RF合成器10、数模转换器6、模数转换器4及调制/解调器8连接到石英振荡器12。石英振荡器12提供64MHz的中央时钟频率。RF合成器10连接到RF前端电路。所述合成器合成介于2.402GHz-2.480GHz之间的蓝牙频带的上变频/下变频所需的时钟频率。因此，在这种情况下就使用了单一的频率。RF前端单元2连接到模数转换器4。
在接收信号的情况下，RF前端单元2将接收到的模拟信号传送给模数转换器4以便将模拟信号转换成数字信号。转换后的信号由模数转换器4传送给解调器8。解调器8将信号解调以便进一步的操作。这就是接收到信号以后的信号路径。
在发送信号的情况下，信号首先由调制器调制。经过调制后数字信号被从调制器8传送到数模转换器6。数模转换器6将数字信号转换成模拟信号。数模转换器6从调制器接收数据速率为每秒6 4兆位(64Mbit/s)的信号。转换后的信号则由数模转换器6传送给RF前端单元2。
蓝牙的数据速率为1Mbit/s。对于良好的样值检测，需要每个样值取8位。这就在模数转换器4的输出端产生了8Mbit/s的数据速率。图2显示一条弯曲的曲线，所述曲线被4倍过采样以获得较好的精度。伴随着过采样，信噪比也提高了。为了得到较好的解调，可采用因数为8的过采样，这样的过采样显示可得到恰当的结果。数据速率因此变为64Mbit/s。时钟频率为64MHz。在图2的左侧，显示所需的最低采样频率。采样频率处在奈奎斯特速率。处在奈奎斯特速率的采样频率等于最高信号频率的2倍。
数模转换器6具有如图3所示的在时域的保持函数。时域保持函数的傅立叶变换的结果在频域如图4所示。图中显示sinc函数，它具有滤波器功效，特别是当频率高于fs/2时，fs代表采样频率。
为了取得例如在8MHz时36分贝(dB)的衰减，有2种选择。第一种选择是使用过采样数模转换器6及二阶滤波器。数模转换器6为4倍过采样。采样频率为8MHz。对于1MHz的信号在8MHz时有超过18dB的衰减。滤波器提供了额外36dB的衰减，因此总的衰减为54dB。所述二阶滤波器的替代品为可提供18dB衰减的一阶滤波器，因此总的衰减为大约36dB。
第二种并且是首选的选择为高度过采样的数模转换器6。如果信号经32倍过采样，则采样频率等于64MHz并且衰减为36dB。这个版本有其无需滤波器的优越性，设计因此而简化。
蓝牙的频谱如图5所示。在图5中，蓝牙的信息频带处在0Hz到1MHz的范围内。奈奎斯特频率为2MHz。依据sinc函数(图5)，蓝牙信息频带右边的邻接的上侧频带被衰减了-36dB。图5中的采样频率为64MHz，即意味着采样频率为奈奎斯特频率的32倍。
蓝牙信息频带的邻接的上侧频带在采样频率64MHz附近。在所述处的信息频带范围从63MHz到65MHz。因为过采样，当过采样因数为32时，数模转换器6可以直接连接到RF前端单元。
数模转换器6过采样的另一个优越性是省电。电能被省下来是因为直接将数模转换器6连接到RF前端单元。中间没有其它任何需要供电的组件。
64MHz作为首选的并具优越性的用于蓝牙标准的中央时钟频率的另一个原因是实际上64MHz除以128(2的倍数)得到500KHz，这是被用于锁相环的时钟频率，以便作为振荡器的中心频率。
通过相应地选择一个特定的时钟频率或时钟规划，就不再需要单独的滤波操作或滤波装置，因为滤波器的功效已经通过精确的过采样隐含地获得，此外，在操作频带中没有任何干扰时钟信号出现。图6显示当数字电路不工作时的频谱。中心频率为2.45GHz，其峰值PO的衰减为-5.05dBm且看不到任何干扰频率。
图7显示当数字电路工作时的电信信号频带的输出频谱。13MHz的时钟频率被用于所述数字电路。可以看出中心频率为2.45GHz，其峰值PO的衰减为-5.05dBm并且13MHz时钟信号倍数的P1...Pn在信号频带的中心频率附近出现。可以看出峰值P1的衰减为-50.66dBm，明显高于约为-70dBm的噪声电平。因此谐波频率往往是干扰通信信号。
当64MHz被用作时钟频率时，所述时钟的倍数不落在电信信号的频谱中。这种效应如图8所示。同样在这里，中心频率为2.45GHz，其峰值PO的衰减为-5.05dBm。所述中央时钟频率的整数倍没有出现在电信信号的频率频带内。谐波频率可以通过将中央时钟频率与整因数相乘计算出。显示出的64MHz的时钟频率的谐波频率PH约比2.45GHz的信号频率高110MHz。鉴于这样的频率差距，中央时钟频率的谐波对信号频率没有干扰。
此外，64MHz中央时钟频率的选取与8位精度的结合及对特定的信噪比的要求导致接收部分的模数转换器4的8倍过采样。在发射链中数模转换器6的32倍过采样节省了额外的滤波，因而也省了电。64MHz的时钟频率除以128(2的倍数)得到500KHz，即用于锁相环的时钟频率，以便作为振荡器的中心频率。
权利要求
1.一种用于向具有通信信号频带的通信信号的混合信号电信芯片提供时钟信号的方法，所述时钟信号包含中央时钟频率信号及为所述中央时钟频率信号倍数或分频的分谐波频率信号，其中，这样选择所述中央时钟频率信号，使得所述中央频率信号及分谐波频率信号落在所述电信信号频带之外。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述电信信号频带介于2.402GHz到2.480GHz之间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述中央时钟频率为2的倍数。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述中央时钟频率介于70MHz到90MHz之间，最好是64MHz、76MHz或80MHz。
5.如上述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于所述中央时钟频率为64MHz，精度为8位，并且过采样因数为32。
6.如上述权利要求中任何一个的方法，其特征在于所述芯片包含各种功能电路模块，其中，由片上振荡器(12)向所述各功能模块提供所述中央时钟频率。
7.一种用于处理通信信号频带的通信信号的混合信号电信芯片，它包括作为功能模块的RF前端单元(2)、模数转换器(4)、数模转换器(6)、调制/解调器(8)、RF合成器(10)和振荡器(12)，其中，向所述各功能模块馈送包含中央时钟频率信号及为所述中央时钟频率信号倍数或分频的分谐波频率信号的时钟信号，并且所述中央频率信号及分谐波频率信号落在所述电信信号频带之外。
8.如权利要求7所述的芯片，其特征在于所述电信信号频带介于2.402GHz到2.480GHz之间。
9.如权利要求7或8所述的芯片，其特征在于所述中央时钟频率为2的倍数。
10.如权利要求7至9中任一个所述的芯片，其特征在于所述中央时钟频率介于70MHz到90MHz之间，最好是64MHz、76MHz或80MHz。
11.如权利要求7至10中任一个所述的芯片，其特征在于所述中央时钟频率为64MHz，精度为8位，并且过采样因数为32。
12.如权利要求7至11中任一个所述的芯片，其特征在于所述数模转换器直接连接到RF前端部分。
13.如权利要求7至12中任一个所述的芯片，其特征在于包括向所述各功能模块提供所述中央时钟频率的片上振荡器。
14.如权利要求7至13中任一个所述的芯片，其特征在于所述片上振荡器连接到外部振荡器。
15.如权利要求7至14中任一个所述的芯片，其特征在于所述外部振荡器为石英振荡器。
全文摘要
在本发明的用于向具有通信信号频带的通信信号的混合信号电信芯片提供时钟信号的方法中，所述时钟信号包含中央时钟频率信号和为所述中央时钟频率信号倍数或分频的分谐波频率信号。这样选择所述中央时钟频率信号，使得所述中央时钟频率信号及分谐波频率信号落在电信信号频带之外。本发明的混合信号电信芯片利用了以上时钟规划。
文档编号H04L7/00GK1613192SQ02826904
公开日2005年5月4日 申请日期2002年12月9日 优先权日2002年1月11日
发明者E·J·范德兹万, D·M·W·利奈尔茨, K·J·P·菲利普斯, H·J·博格费尔德, J·A·惠斯肯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司