专利名称：具有频率选择的开关式电压调节器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及集成电路，且更具体地说，涉及无线通信装置中的开关式电压
调节器。
背景技术：
无线通信装置需要电池或外部DC电力供应器作为电源。在无线通信装置内，存在集成电路(IC)。这些IC通常在比附接到无线通信装置的电池或外部DC电力供应器低得多的DC电压下操作。为了促进在低操作电压下的集成电路操作，通常需要开关式电压调节器来将外部DC电力供应器或电池电压转换成集成电路的较低供应电压。在电池电压(VBAT)与集成电路供应电压(VDD)之间的差大于几百毫伏时，开关式电压调节器提供最高功率效率。在一个特定实例中，电池由具有3. 6V标称电压的锂离子电池构成，且集成电路在1. 8V下操作。因此，电池电压与集成电路电压之间的差为3. 6V-1. 8V 或1.8V。在此特定实例中，开关式电压调节器比线性调节器好得多。线性调节器将经历电池与负载之间的全部1. 8V降落。由线性调节器耗散的功率等于1. 8V*IDD(集成电路的负载电流)。由此，开关式电压调节器可仅耗散由集成电路使用的能量的10% (在较宽的负载电流范围上)，而线性调节器将耗散由集成电路使用的能量的100%而与负载电流无关。 为此，常常将开关式电压调节器用于无线通信装置中。开关式电压调节器可结合能量储存装置(电感器或电容器)使用一个或一个以上电子开关而在较高输入电压与较低输出电压之间转换，以在较高外部DC电力供应器电压与较低集成电路电压之间传送能量。作为背景，开关式电压调节器输出电压(Vo)与开关式电压调节器输入电压(Vi) 之间的比率设定了开关式电压调节器的工作周期(D) (D = Vo/Vi)。开关式电压调节器频率是由输出电压纹波要求、开关式电压调节器内的串联电感器及负载滤波电容器的大小、输出DC负载电流及开关式电压调节器的所要功率效率控制。在开关式电压调节器耦合到其它射频(RF)收发器电路的情况下，开关式电压调节器的切换器频率可产生对无线通信装置中的其它此类组件的干扰。此干扰表现为RF收发器电路的VDD及接地连接上的电压纹波。此电压纹波由离散频率分量构成。每一频率分量为开关式电压调节器的切换器频率的谐波。每一谐波的功率电平取决于以下各项(i)开关式电压调节器的切换器频率的工作周期；(ii)输出电压的电容性滤波的程度；以及(iii)开关式电压调节器与RF收发器电路之间的耦合的类型。射频(RF)压控振荡器(VCO)通常嵌入于RF收发器中，且充当本机振荡器(LO)以将通信信号从基带上变频转换到RF或将通信信号从RF下变频转换到基带。在开关式电压调节器直接或间接耦合到RF VCO的典型配置中，在开关式电压调节器的输出处的电压纹波可与RF VCO的频率调谐元件电压组合而在等于开关式电压调节器的切换器频率的谐波的偏移下产生对RF VCO输出的频率调制(FM)。开关式电压调节器引起的对RF VCO的 FM导致在从RF VCO的基本输出载波频率的偏移下出现谐波假性含量(harmonic spuriouscontent)。由开关式电压调节器(直接或耦合到RF VCO上)引起的此谐波假性含量可在某些操作条件下干扰无线通信装置的性能。举例来说，较弱的接收信号强度、在从所要接收信道的特定频率偏移处存在外部干扰信号，及/或到全双工收发器中的接收路径中的发射泄漏均可在存在开关式电压调节器的情况下导致对待上变频转换到射频的模拟信号或待从射频下变频转换的模拟信号的较大干扰。减小由无线通信装置中的开关式电压调节器造成的切换器频率假性含量的效应的已知方式包括(i)使用脉冲宽度调制、脉冲密度调制或跳频来连续地调整开关式电压调节器的频率；b)在无线通信收发器的仅接收模式期间，在开关式电压调节器与线性调节器之间来回切换；及(iii)将开关式电压调节器尽可能地移动远离(使用屏蔽及差动信号路径以实现改进的隔离)敏感的VCO及其它组件，所有这些方式均引入电路板或集成电路区域的一定程度的设计复杂性或低效使用。需要在无常规技术的缺点的情况下减小无线通信装置中来自开关式电压调节器的干扰的效应的改进方式。
发明内容
本发明提供用于通过智能地改变开关式电压调节器的切换器频率来减轻来自所述开关式电压调节器的干扰的技术。在一个方面中，通过对到可编程时钟除法器的频率设定输入进行调整来设定所述切换器频率。在另一方面中，处理器驱动可编程时钟除法器，所述可编程时钟除法器接收代表除法因子的值，将参考时钟频率信号除以所述除法因子，以产生用于所述开关式电压调节器的所要切换器频率。选择性地改变所述可编程时钟除法器的值以实现最佳性能，且减轻给定操作条件下切换器频率假性含量的效应。 下文中进一步详细地描述本发明的各种其它方面及实施例。发明内容无意且不应被解释为表示本发明的完整广度及范围，本发明的这些及额外方面将从详细描述(尤其是在连同附图一起进行时)中变得更显而易见。
图1为无线通信装置的框图。图2为射频(RF)收发器的框图。图3为射频(RF)本机振荡器(LO)产生块的图。图4为射频压控振荡器的示意图。图5为RF VCO输出频率对RF VCO调谐电压(Vt)的图解说明。图6为根据优选实施例的开关式电压调节器的框图。图7展示图2的接收信号处理块的框图。图8为展示在存在干扰信号的情况下来自开关式电压调节器的干扰对(i)RF LO 输出、(ii)发射RF信道泄漏及(iii)接收器性能的影响的图解说明。图9为根据优选实施例的利用开关式电压调节器控制器来选择用于开关式电压调节器的切换器频率的过程的操作流程图。图10为根据优选实施例的在针对CDMA模式的不同操作频带中为开关式电压调节器选择最佳切换器频率Fsw的过程的操作流程图。为了便于理解，在可能的情况下已使用相同参考标号来表示图中共有的相同元件，只是在适当时可能添加了下标来区分此些元件。图式中的图像出于说明性目的而被简化，且未必按比例描绘。
本发明的示范性配置，且由此不应被视为限制本发明的范围，本发明的范围可容许其它同等有效的配置。对应的是，已预期在无进一步叙述的情况下一些配置的特征可有益地并入其它配置中。
具体实施例方式本文中所描述的装置可用于各种无线通信频带，例如蜂窝式、PCS以及IMT及例如 CDMA、TDMA、FDMA、OFDMA及SC-FDMA等空中接口。除了蜂窝式、PCS或IMT网络标准及频带之外，此装置可用于局域网或个人域网络标准、WLAN、蓝牙及超宽带(UWB)。图1为根据如图所示的本发明实施例的无线通信装置10的框图。无线通信装置 10包括连接到RF前端14的射频(RF)天线12。RF前端14使发射及接收RF信号路径分离，且提供放大及信号分配。在收发器20与RF前端14之间传递用于发射的RF信号TX_RF 及用于接收的RF信号RX_RF。收发器20经配置以将RX_RF信号从RF下变频转换到用于由处理器70 (其可为基带调制解调器或其类似物)进行基带I/Q解调的信号。收发器20经类似配置以使用基带 I/Q调制将来自处理器70的信号上变频转换到TX_RF信号。待从基带I/Q调制上变频转换及待下变频转换到基带I/Q调制的信号被展示为连接于收发器20与处理器70之间。存储器75存储处理器程序及数据，且可实施为单个集成电路(IC)(如图所示)。处理器70经配置以解调传入的基带接收I/Q信号、编码且调制基带发射I/Q信号，且运行来自存储装置(例如，存储器7 的应用程序以处理数据或发送数据及命令以启用各种电路块(均以已知方式)。另外，处理器70经由数据总线、串行总线或专用信号集合而产生到收发器20的控制信号。所述控制信号可包括(例如)接通及断开收发器20、测量接收信号强度、设定发射RF信号功率或接收信号路径增益、改变RF信道、检测接收器信号干扰信号，及在高功率模式与省电模式之间切换发射/接收信号块。处理器70还经配置以读取收发器20的状态，且同时还从收发器20接收一个或一个以上中断信号(未图示)。中断信号用以起始收发器20与处理器70之间的命令及算法。应了解，所属领域的技术人员众所周知并理解处理器70、收发器20及存储器75的一般操作，且实施相关联的功能的各种方式(包括跨越较少数集成电路(IC)或甚至在单个 IC内提供或组合功能)也是众所周知的。图1的处理器70、收发器20、存储器75及RF前端14通常需要DC电力供应器来操作。按照惯例，从一般DC电源60提供DC电力。DC电源60可由外部DC电力供应器 61a (输出电压标记为VEXT)或电池61b (输出电压标记为VBAT)组成。来自DC电力供应器 61a的输出电压VEXT或来自电池61b的输出电压VBAT将供应电压驱动到开关式电压调节器40中。开关式电压调节器40经配置以将VEXT或VBAT的供应电压转换为用于为处理器 70 (BB_VDD)、收发器 20 (TCVR_VDD)、存储器 75 (MEM_VDD)及 RF 前端 14 (PA_VDD 及 VBIAS)中的每一者供电的个别供应电压。开关式电压调节器40还可按需要将供应电压提供到其它块(未图示)。开关式电压调节器40经配置以通过在切换器频率(在下文中“Fsw”)下闭合及断开(toggle on/off)与能量储存装置(电感器或电容器)结合的一个或一个以上开关而在较高输入电压与较低输出电压之间转换，以在较高输入电压与较低输出电压之间传送能量。在一个方面中，处理器70依据收发器20的一个或一个以上条件而控制开关式电压调节器40的切换器频率Fsw。如先前在本发明的背景中所描述，开关式电压调节器40可能干扰收发器20的操作。收发器20的条件包括具有相关联的接收信号带宽的操作模式(CDMA、TDMA、FDMA、 OFDMA, SC-FDMA, GPS···)、操作频带(US蜂窝式、US PCS、IMT…)及接收干扰检测电路(存在的干扰信号、干扰信号功率电平，以及从所要接收信号的干扰信号频率偏移)。在无线通信装置10内，开关式电压调节器40、收发器20及处理器70共享参考时钟振荡器80。参考时钟振荡器80产生参考时钟频率信号REF_CLK，如将在随后的图2、图3 及图6中所示。从功能或电路设计角度来说，RF前端14、收发器20、开关式电压调节器40、处理器 70、存储器75及参考时钟振荡器80可在适当时驻存在共用硅上、共用封装衬底上的单独硅上、作为单独经封装的装置，或其组合。图2为根据如图所示的本发明实施例的图1的射频(RF)收发器(收发器20)的框图。收发器20包括发射信号处理块22、接收信号处理块M、RF本机振荡器(RF L0)产生块28，以及控制及状态块26。控制及状态块沈向处理器70提供/从处理器70提供包括干扰信号检测信号的数字控制逻辑。来自参考时钟振荡器80的REF_CLK馈入到RF LO产生块28中。虽然将收发器20展示为仅具有一个发射及接收信号处理块，但也可存在具有多个接收块、多个发射块，或任何数目的可能的发射及接收信号处理块配置的任何组合的收发器20。举例来说，将发射信号处理器块22及接收信号处理块M展示为单独的功能块，但在半双工无线电装置模式中可在某种程度上组合。类似地，虽然将RF LO产生块观在逻辑上展示为安置于发射信号处理块22与接收信号处理块M之间的单独共用块，但也涵盖其它配置。可在不脱离本文中所描述的优选实施例的范围的情况下类似地重新配置控制及状态块沈。图3为根据如图所示的本发明实施例的图2的射频(RF)本机振荡器(LO)产生块沘的图。RF LO产生块28包括RX LO产生块29及TX LO产生块37。RX LO产生块29包括包含RF PLL及回路滤波器的信道选择调谐块31。信道选择调谐块31将来自参考时钟振荡器80的REF_CLK与来自RF VCO 33的输出信号RX_VC0进行比较，以将RF VCO 33锁定到所要频率。来自信道选择调谐块31的输出Vt为用于调谐RF VC033的输出信号RX_VC0 的频率的模拟控制信号。输出信号RX_VC0由LO产生块35进一步处理，且经频率转换到所要的接收RF信道频率RX_L0。可使用频率除法器、混频器、开关或所有三种类型元件的组合来实施LO产生块35，以在信号RX_VC0与RX_L0之间产生多种倍频比或除频比。在特定操作频带(US蜂窝式、US-PCS、IMT、GPS等)中，RX_L0信号频率等于所要的RX RF信道频率。RX_L0信号连接到图2的接收信号处理块M。为简洁起见而未展示TX LO产生37的等效块。应容易理解，如针对RX LO产生块 29所展示的类似块可用于TX LO产生块37，且可利用与RX与TX两者或仅RX的多个信号处理块所需一样多的LO产生块。图4为根据如图所示的本发明实施例的图3的射频压控振荡器RF VCO 33的示意图。RF VCO 33包括固定电感器Lvco 43，其与两个变容二极管元件41 (VCAP1及VCAP2)并
联，以使输出信号RX_VC0的频率移位。此频率(以弧度/秒为单位)
权利要求
1.一种包括用于产生输出电压的开关式电压调节器的装置，其包含可编程时钟除法器，其响应于参考时钟频率信号及代表至少一当前操作条件的切换器频率设定值而产生切换器频率；以及开关式电压调节器控制器，其响应于所述切换器频率及参考电压而调节所述输出电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述切换器频率设定值部分地基于接收信道带压。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述切换器频率设定值部分地基于在全双工操作模式期间的发射信道与接收信道频率分离。
4.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含用以产生干扰信号检测值的干扰检测电路，其中所述切换器频率设定值进一步部分地基于所述干扰信号检测值。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述干扰信号检测值表示从所述接收信道频率偏移的干扰信号的存在。
6.根据权利要求5所述的装置，其进一步包含处理器，所述处理器用于响应于所述干扰信号检测值而产生所述切换器频率设定值。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置为集成电路。
8.一种用于产生开关式电压调节器的输出电压的集成电路(IC)，其包含可编程时钟除法器，其响应于参考时钟频率信号及代表至少一当前操作条件的切换器频率设定值而产生切换器频率；以及开关式电压调节器控制器，其响应于所述切换器频率及参考电压而调节所述输出电压。
9.根据权利要求8所述的IC，其中所述切换器频率设定值部分地基于接收信道带宽。
10.根据权利要求8所述的IC，其中所述切换器频率设定值部分地基于在全双工操作模式期间的发射信道与接收信道频率分离。
11.根据权利要求8所述的IC，其进一步包含用以产生干扰信号检测值的干扰检测电路，其中所述切换器频率设定值进一步部分地基于所述干扰信号检测值。
12.根据权利要求11所述的IC，其中所述干扰信号检测值表示从所述接收信道频率偏移的干扰信号的存在。
13.根据权利要求12所述的IC，其进一步包含处理器，所述处理器用于响应于所述干扰信号检测值而产生所述切换器频率设定值。
14.一种用于产生开关式电压调节器的输出电压的装置，其包含用于响应于参考时钟频率信号及代表至少一当前操作条件的切换器频率设定值而产生切换器频率的装置；以及用于响应于所述切换器频率及参考电压而调节所述输出电压的装置。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述切换器频率设定值部分地基于接收信道带宽。
16.根据权利要求14所述的装置，其中所述切换器频率设定值部分地基于在全双工操作模式期间的发射信道与接收信道频率分离。
17.根据权利要求14所述的装置，其进一步包含用于产生干扰信号检测值的装置，其中所述切换器频率设定值进一步部分地基于所述干扰信号检测值。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述干扰信号检测值表示从所述接收信道频率偏移的干扰信号的存在。
19.根据权利要求18所述的装置，其进一步包含用于响应于所述干扰信号检测值而产生所述切换器频率设定值的装置。
20.一种调节开关式电压调节器的输出电压的方法，其包含 识别当前操作条件；基于所述当前操作条件产生切换器频率设定；使用可编程时钟除法器，利用所述切换器频率设定值及参考频率时钟信号来产生切换器频率；基于至少所述切换器频率，使用开关式电压调节器控制器来产生开关信号；以及来回切换耦合到所述开关式电压调节器控制器的输出的开关以调节所述输出电压。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述切换器频率设定值部分地基于接收信道带觅ο
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述切换器频率设定值部分地基于在全双工操作模式期间的发射信道与接收信道频率分离。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包含产生干扰信号检测值，其中所述切换器频率设定值进一步部分地基于所述干扰信号检测值。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述干扰信号检测值表示从所述接收信道频率偏移的干扰信号的存在。
25.根据权利要求M所述的方法，其进一步包含响应于所述干扰信号检测值而产生所述切换器频率设定值。
26.一种经配置以用于与干扰检测电路及开关式电压调节器一起操作的处理器，其包含用于从所述干扰检测电路接收干扰信号检测值的装置；以及用于响应于所述干扰信号检测值而产生与到所述开关式电压调节器的操作切换频率相关联的切换器频率设定值的装置。
27.一种包括具有指令的计算机可读媒体的计算机程序产品，所述指令用于致使经配置以用于与干扰检测电路及开关式电压调节器一起操作的处理器从所述干扰检测电路接收干扰信号检测值；以及响应于所述干扰信号检测值及当前操作条件而产生切换器频率设定值，以供所述开关式电压调节器用来调节与之相关联的输出电压。
全文摘要
本发明提供用于通过智能地改变开关式电压调节器的切换器频率而减轻来自所述开关式电压调节器的干扰的技术。在一个方面中，通过对到可编程时钟除法器的频率设定输入进行调整来设定所述切换器频率。在另一方面中，处理器驱动可编程时钟除法器，所述可编程时钟除法器接收代表除法因子的值，将参考时钟频率信号除以所述除法因子，以产生用于所述开关式电压调节器的所要切换器频率。选择性地改变所述可编程时钟除法器的值，以实现最佳性能且减轻给定操作条件下切换器频率假性含量的效应。
文档编号H04B15/00GK102239642SQ200980148539
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者塞·C·高 申请人:高通股份有限公司