专利名称：用于优化rf接收机的增益或噪声系数的技术的制作方法
用于优化RF接收机的增益或噪声系数的技术技术领域
本公开涉及电子技术，并且尤其涉及用于优化无线通信设备的接收机的增益或噪声系数的技术。
背景
现代无线通信设备(WCD)需要在宽频率范围、多个频带和多个操作模式中工作。 WCD典型地包括数个射频(RF)接收机、RF发射机、带有滤波的基带增益放大器(BB)和基带处理器(BP)。每个RF接收机被配置成用于接收指定频带内的RF信号。RF接收机典型地包括射频(RF)前端(RF FE)以将该RF信号通过混频器抑或下变频到中频(IF)抑或下变频到零中频(ZIF)。在本公开中可互换地使用术语“RF接收机”、“接收机”和“RF FE”。然而， 本领域技术人员可领会，接收机还可包括其他组件，诸如低通滤波器或放大器之类。
RF FE至少包括低噪声放大器(LNA)和混频器。RF接收机对于每个频带和操作模式需要不同的放大级。传统放大解决方案采用多个电路块或模块——每个电路块或模块具有不同放大方案——以容适各种标准。而且，为了在用于每个频带或模式的放大方案之间进行选择，RF输出级开关的使用是必要的。使用多个LNA和混频器的多频带、多模式RF接收机需要大的半导体管芯面积和长的互连接路由。要为此类路由维持低信号损失、低寄生电阻和电容是一项挑战，这是由于任何寄生电阻和电容均将抑或引入噪声抑或限制LNA的调谐范围。
为了减少LNA的数目，已经提出了用于RF接收机的经调谐多频带、多模式RF FE。 这些提议建议使用带有可调谐LC负载的一个LNA。该LNA可在低阻抗负载被添加到其输出时在电流模式中工作。图I示出在多频带多模式WCD中使用的LNA。LNAllO包括用于将 RF输入电压信号转换成电流的跨导112、电感器114、电感器寄生电阻器116和电容器121。 电感器114和电容器121是可调谐的。由此，LNA100可被调谐到期望频率。LNAllO适合于多频带多模式WCD。利用此配置，单个LNA在多个频带上工作而无需使用多个LNA。因而， 在该RF FE的输出处将无需任何开关以在多个LNA之间切换。典型地，可调谐电容器121 包括可通过多个开关来编程的电容器排。典型地，对于每个可调谐配置，电容器排的每电容器使用一个开关。当调谐包括诸如LNAllO之类的LNA的WCD的RF FE时，必须非常小心， 因为该RF FE的电流传递增益(“RF FE增益”)和总体接收机噪声系数(“接收机NF”)会随电容器121的电容变化而变化。
对于给定频率并且对于电感器114的固定电感L，优化RF FE增益或接收机NF将需要改变电容器121的电容。这将进而导致偏离中心频率，在宽带接收机中尤甚。在多频带、多模式系统中，要抑或优化RF FE增益抑或优化接收机NF而不影响RF FE中心频率是一项设计挑战。
提供允许对多频带、多模式WCD接收机中的RF FE增益和接收机NF的可控制优化的电容器排架构将是有利的。
附图
简要说明
图I示出在多频带多模式WCD中使用的LNA。
图2示出无线通信设备的系统级框图。
图3A是根据一示例性实施例的设备的框图。
图3B是对图3A的设备的校准过程的流程图。
图4是图3的RF FE的示例性实现。
图5是图4的RF FE的等效配置。
图6是将Gfe和NF总的变化解说为CffiS^/CT的因子的图表。
图I是优化多频带多模式WCD的RF FE增益或接收机NF的方法的流程图。
具体描述
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，而无意代表能在其中实践本发明的仅有实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。
本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、 和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
本公开针对用于优化无线通信设备的RF FE增益或接收机噪声系数(NF)的技术。 本公开尤其涉及用于以无源混频器和低BB (基带)输入阻抗负载来优化接收机中的RF FE 增益或接收机NF的电路及相关操作方法。
公开了用于宽带WCD的接收机。该接收机具有可调谐RF FE，其中该RF FE包括可编程电容器排。所公开的可编程电容器排架构允许实现对RF FE增益或接收机NF的优化。 该电容器排允许在将在该RF FE的LNA的负载处视在的总电容维持在基本上恒定的同时实现对该RF FE增益或该接收机NF的优化。结果是，对RF FE增益或接收机NF的优化不影响RF FE的中心频率。
图2示出无线通信设备的系统级框图。WCD200包括收发机220和基带处理器(BP) 210。收发机220包括发射机230和接收机280。接收机280包括RF FE250和BB258。RF FE250至少包括LNA252和混频器256。BP210控制收发机220的各种功能。相应地，BP210 可控制RF FE250。控制RF FE250可包括调谐LNA252的频率、增益或NF的一者或更多者。 调谐LNA252可包括控制电容器排配置。所提出的解决方案涉及出于优化多频带多模式WCD 中的RF FE增益或接收机NF的目的来控制电容器排配置的方面。将参考图3A的框图来描述控制多频带多模式WCD中的期望的经优化状态(抑或优化RFFE增益抑或优化接收机NF) 的概念。
图3A是根据一示例性实施例的设备的框图。设备300可被实现为一个集成电路、或WCD的各种1C。设备300包括RF FE305、控制器320和存储器330。RF FE305包括 LNA310、电容器排350和混频器360。LNA310包括跨导(gm) 370和电感负载340。电容器排350在一端被耦合到LNA310并且在另一端被耦合到混频器360。控制器320响应于用于调谐RF FE的期望中心频率并且响应于期望的经优化操作状态(抑或RF FE增益抑或接收机NF)从存储器330选择各值。控制器320控制电容器排350。尽管电容器320和存储器 330在图3中被示为在RF FE305的外部，但是本领域技术人员可领会，抑或控制器320抑或存储器330抑或其两者还可驻留在RF FE305的内部。可以使电容器排的电容的一部分为 LNA的LC负载的一部分并且其电容的一部分被用于将该LNA的输入ac (交流)耦合到混频器的输入的方式来控制电容器排350。电容器排350可包括开关以从总可用电容中选择将 LNA310调谐到期望中心频率所需的总电容。总可用电容是电容器排在所有电容器均被切换到地或切换到混频器360的情况下可达成的总电容。该总电容是第一电容和第二电容之和。该第一电容(Cijw)是来自电容器排350的切换在电感负载340和地之间的第一组电容器的电容。该第一组电容器作为LNA310的LC负载的电容性负载。该第二电容(Cffigs)是来自电容器排350的切换在电感负载340和混频器360之间的第二组电容器的电容。该第二组电容器是混频器的输入阻抗的一部分。在将总电容CT=CiJW+Cffisss保持恒定并且仅仅是重新分配切换到地的电容器和切换到混频器360的电容器以达成不同的电容比CiJW/Cffi 1 时，期望的中心频率保持基本上恒定。现在，令为流过混频器360的电流并且Ima 为流过LNA310的电流。那么，/Ilna就是RF FE增益。通过重新分配电容比Cia谐/Cffi 频#，优化RF FE增益的值便是可行的。而且，优化接收机NF也是可行的。
将参考图3B来描述校准图3A的设备的过程。图3B是对图3A的设备的校准过程的流程图。在第一步骤370中，基于演算来预选Cijw比值。然后，在步骤375中，总电容Ct被标识以调谐到选定频率。然后，在步骤380中，标识用于达成最优RF FE增益的C 调谐/C 比。最后，在步骤385中，值被降低——结果得到比用于最优RF FE增益的比率稍高的比率——以优化接收机NF。应当注意，使用预选的、基于演算的和Cijw值来优化RFFE增益或接收机NF并不总是准确的，因为它们的实际值或许因过程变动而与其理论值有所不同。因此，在测试期间校准设备总是必要的。
图4是图3的RF FE的示例性实现。在此示例中，RF FE400是差分RF FE。本领域技术人员可领会，本公开还预见到单端实现。FE400包括LNA410、电容器排420和下变频器430。LNA410包括跨导412、电感器414和电阻器416。下变频器430包括混频器432和跨阻抗放大器(TIA)434。各电阻器436作为到TIA434的反馈电阻器。混频器432可以是无源混频器。跨导412随着LNA将RF输入电压转换成电流(Iutt)而放大LNA的输入处的 RF信号。尽管电感器L被示为固定电感器，但是本领域技术人员可领会，可调谐或可切换电感器也可被用作电感负载的一部分。
电容器排420在一侧被耦合到LNA410的电感负载。电容器排420包括一组电容器 422(1. · ·η)和一组开关424 (I...n) a+b。每个电容器422被耦合到两个开关(424a，424b)。 尽管电容器排420被描绘为是二进制加权的以允许宽带应用，但是本领域技术人员可领会，其他电容器排配置也是可行的而不会脱离本发明的范围。现在，该电容器排中的每个电容器在任何给定时间仅能是以下状态之一 a)两个开关皆开路(424a开路且424b开路);b) 一个开关开路且一个开关闭路接地(例如，424a开路且424b闭路);c) 一个开关开路且一个开关闭路接混频器432 (例如，424a闭路且424b开路)。这可用诸如三态缓冲器之类的三态逻辑来达成。本领域技术人员可领会，用于实现本公开中讨论的电容器排的三态逻辑的其他解决方案可以是可行的而不会脱离本发明的范围。
现在，第一组电容器(图4示例中的422gl和422g2)由切换到地的电容器定义。第一组电容器的电容是切换到地的每个电容器422的电容之和。该电容等效于上文参考图3 讨论的电容CiJW。第二组电容器(图4示例中的422ml和422m2)由切换到混频器的电容器定义。第二组电容器的电容是切换到混频器的每个电容器422的电容之和。该电容等效于上文参考图3讨论的电容第三组电容器(图4示例中的422。)由两个开关均开路的电容器定义。
TIA434将混频器432的输出处的电流转换成电压。混频器432通过如上所提及的电容器排420的第二组电容器来稱合到LNA410。TIA的输入阻抗(Ztia)可表达为
权利要求
1.一种能操作于多个增益和噪声系数经优化状态中的接收机，包括 控制器；以及 能在多个电容器组合中切换的可编程电容器排，所述控制器从所述可编程电容器排选择第一组电容器和第二组电容器，所述第一组电容器和所述第二组电容器具有使得对于期望频率能达成期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
2.如权利要求I所述的接收机，还包括低噪声放大器(LNA)和混频器，其中所述第一组电容器耦合在所述LNA和地之间，并且所述第二组电容器耦合在所述LNA和所述混频器之间。
3.如权利要求2所述的接收机，其中所述第一组电容器通过第一组开关耦合到地，并且所述第二组电容器通过第二组开关耦合到所述混频器。
4.如权利要求3所述的接收机，其中所述可编程电容器排的每个电容器耦合到来自所述第一组开关的一个开关并且耦合到来自所述第二组开关的第二开关。
5.如权利要求4所述的接收机，其中每个电容器在任何给定时间仅能处于以下三种状态之一 两个开关皆关断； 来自所述第一组的一个开关开通；或者 来自所述第二组的一个开关开通。
6.如权利要求I所述的接收机，还包括用于为每个经优化状态和为每个期望频率存储电容值的存储器。
7.—种控制能操作于多个增益和噪声系数经优化状态中的接收机的方法，包括 将来自可编程电容器排的第一组电容器切换在LNA和地之间，并且将来自所述可编程电容器排的第二组电容器切换在所述LNA和混频器之间，所述第一组电容器和所述第二组电容器具有使得对于期望频率能达成期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
8.如权利要求7所述的方法，还包括选择所述期望频率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括标识所述总电容。
10.如权利要求9所述的方法，还包括为期望的经优化状态标识所述电容比。
11.一种包括可编程电容器排的集成电路(IC)，所述可编程电容器排能在多个电容器组合中切换，并且包括 第一组电容器； 第二组电容器，其中所述集成电路适配成在包括控制器的接收机中使用，所述控制器选择所述第一组电容器和所述第二组电容器，所述第一组电容器和所述第二组电容器具有使得对于期望频率能达成所述接收机的期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
12.如权利要求11所述的1C，还包括LNA和混频器，其中所述第一组电容器耦合在所述LNA和地之间；并且所述第二组电容器耦合在所述LNA和所述混频器之间。
13.如权利要求12所述的1C，其中所述第一组电容器通过第一组开关耦合到地并且所述第二组电容器通过第二组开关耦合到所述混频器。
14.如权利要求13所述的1C，其中所述可切换电容器排中的每个电容器耦合到来自所述第一组开关的一个开关并且耦合到来自所述第二组开关的第二开关。
15.如权利要求14所述的1C，其中每个电容器在任何给定时间仅能处于以下三种状态之一 两个开关皆关断； 来自所述第一组的一个开关开通；或者 来自所述第二组的一个开关开通。
16.如权利要求12所述的1C，其中所述混频器是无源混频器。
17.—种包括控制器和存储器的设备，所述控制器包括 用于从所述存储器标识第一电容值和第二电容值的装置；以及 用于从可编程电容器排选择第一组电容器、并且从所述可编程电容器排选择第二组电容器的装置，所述第一组电容器和所述第二组电容器具有使得对于期望频率能达成所述接收机的期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
18.如权利要求17所述的设备，还包括用于将所述第一组电容器切换在LNA和地之间、并且将所述第二组电容器切换在所述LNA和混频器之间的装置。
19.如权利要求18所述的设备，还包括用于标识所述期望频率的装置。
20.如权利要求18所述的设备，还包括用于标识所述期望的经优化状态的装置。
21.一种具有能操作于多个增益和噪声系数经优化状态中的接收机的无线通信设备(WCD)，包括 控制器；以及 能在多个电容器组合中切换的可编程电容器排，所述控制器从所述可编程电容器排选择第一组电容器和第二组电容器，所述第一组电容器和第二组电容器具有使得对于期望频率能达成期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
22.一种与处理器设备联用的计算机程序产品，所述处理器设备控制能操作于多个增益和噪声系数经优化状态中的接收机，所述计算机程序产品具有使所述处理器设备执行以下动作的指令 将来自可编程电容器排的第一组电容器切换在LNA和地之间，并且将来自所述可编程电容器排的第二组电容器切换在所述LNA和混频器之间，所述第一组电容器和所述第二组电容器具有使得对于期望频率能达成期望的增益和噪声系数经优化状态的总电容和电容比。
全文摘要
公开了用于优化RF接收机的增益或噪声系数的技术。在示例性实施例中，控制器控制该接收机的RF前端(FE)的LNA和混频器之间的电容器排。对于给定中心频率，第一组电容器被切换到混频器并且第二组电容器被切换到地。该第二组电容器与该第一组电容器的电容比抑或影响该RF FE的增益抑或影响该接收机的噪声系数。因此，可以抑或优化RF FE增益抑或优化接收机噪声系数的方式来控制该接收机的该RF FE。
文档编号H04B1/18GK102986142SQ201180033867
公开日2013年3月20日 申请日期2011年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者C-H·王 申请人:高通股份有限公司