发射数模转换器（DAC）杂散衰减的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年2月23日向美国专利商标局提交的非临时申请no.14/628,996的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

本公开总体上涉及无线通信系统，并且更具体地涉及一种用于使用接地低压降稳压器来衰减发射数模转换器(dac)杂散的方法和装置。

背景技术：

无线通信设备已经变得越来越小并且功能越来越强大。越来越多的用户依靠无线通信设备进行手机使用以及电子邮件和互联网接入。同时，设备的尺寸也变小了。此外，设备现在可以并入多个发射器和天线。这些因素可能会增加用户对射频(rf)辐射的暴露。诸如蜂窝电话、个人数字助理(pda)、膝上型计算机和其他类似设备等设备提供具有扩展的覆盖区域的可靠的服务。这样的设备可以被称为移动台、站、接入终端、用户终端、用户单元、用户设备和类似的术语。

无线通信系统可以同时支持多个无线通信设备的通信。在使用中，无线通信设备可以通过上行链路和下行链路上的传输与一个或多个基站通信。基站可以被称为接入点、nodeb或其他类似的术语。上行链路或反向链路是指从无线通信设备到基站的通信链路，而下行链路或前向链路是指从基站到无线通信设备的通信。

无线通信系统可以是能够通过共享诸如带宽和发射功率等可用系统资源来支持与多个用户的通信的多址系统。这样的多址系统的示例包括码分多址(cdma)系统、时分多址(tdma)系统、频分多址(fdma)系统、宽带码分多址(wcdma)系统、全球移动系统(gsm)通信系统、gsm演进增强数据速率(edge)系统和正交频分多址(ofdma)系统。

无线设备可以并入用于执行上述功能中的很多功能的片上系统(soc)。现代soc将灵敏的模拟/射频(rf)块集成在同一管芯上，以节省空间。这些灵敏的块可以与噪声数字处理电路位于同一管芯上。由数字核心生成的开关噪声可以传播通过功率和接地分配网络到模拟/rf块，导致性能下降。技术缩放和封装件引脚数限制可能会加剧问题，因为随着越来越多的晶体管和功能在同一管芯中实现，存在更多的开关噪声。这个问题由于功率和接地引脚的数目有限而恶化，这促进了噪声耦合。

dac信号是灵敏的混合信号，其易受在输出频谱中表现为杂散的代码相关噪声的影响。在一些应用中，杂散使得对应频带中的接收路径脱敏。在本领域中需要一种用于衰减接收频带中的dac杂散的方法和装置。

技术实现要素：

本公开中包含的实施例提供了一种用于衰减发射数模转换器(dac)杂散的方法。该方法开始于向放大器中注入参考电压。接下来，测量接地低压降稳压器的输出，并且将其与参考电压相比较。然后，基于比较的结果来调节放大器的输出。如果参考电压高于接地低压差稳压器的输出，则将放大器的输出调节到接地。如果参考电压低于接地低压降稳压器的输出，则调节放大器的输出以匹配参考电压。

另一实施例提供一种用于衰减发射dac杂散的装置。该装置包括放大器、与放大器通信的第一晶体管、与第一晶体管通信的第二晶体管、与第二晶体管通信的第三晶体管、与第一和第二晶体管通信的第四晶体管；以及接地低压降稳压器(gndldo)。晶体管可以是金属氧化硅场效应晶体管(mosfet)或其他合适的晶体管。此外，放大器可以是反相放大器。

另一实施例提供了一种用于衰减发射dac中的杂散的装置。该装置包括：用于向放大器中注入参考电压的装置；用于测量接地低压降稳压器的输出的装置；用于将接地低压降稳压器的输出与参考电压相比较的装置；以及用于基于比较来调节放大器的输出的装置。

另一实施例提供了一种包含指令的非暂态计算机可读介质，指令在被执行时引起处理器执行以下步骤：向放大器中注入参考电压；测量接地低压降稳压器的输出；将接地低压降稳压器的输出与参考电压相比较；以及基于比较来调节放大器的输出。

附图说明

图1示出了根据本公开的某些实施例的无线多址通信系统。

图2是根据本公开的实施例的无线通信系统的框图。

图3是示出根据本公开的实施例的噪声接地脱敏接收器频带的示意图。

图4是根据本公开的实施例的用于使用接地低压降稳压器来衰减dac杂散的装置的框图。

图5是根据本公开的实施例的接地低压降稳压器的框图。

图6是根据本公开的实施例的用于在多个核心之间共享数字接地和噪声隔离的装置的框图。

图7示出了在不利用本公开的实施例的情况下信号的dac输出频谱。

图8示出了在利用根据本公开的实施例的的接地低压降稳压器的情况下的dac输出频谱。

图9是根据本公开的实施例的用于dac杂散衰减的方法的流程图。

具体实施方式

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，而非旨在表示其中可以实践本发明的唯一实施例。在整个说明书中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，而不应当被解释为比其他示例性实施例优选或有利。详细描述包括具体细节以便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显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的示例性实施例。在一些情况下，以框图形式示出了众所周知的结构和设备，以避免模糊本文中给出的示例性实施例的新颖性。

如本申请中所使用的，术语“部件”、“模块”、“系统”等旨在表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于在处理器上运行的进程、集成电路、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。作为说明，在计算设备上运行的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可以驻留在进程和/或执行线程内，并且部件可以被本地化在一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些部件可以从其上存储有各种数据结构的各种计算机可读介质来执行。部件可以借由本地和/或远程进程进行通信，诸如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自与本地系统中的另一部件、分布式系统交互和/或通过网络(诸如因特网)借由信号与其他系统交互的一个部件的数据)。

此外，本文中结合接入终端和/或接入点描述了各个方面。接入终端可以是指向用户提供语音和/或数据连接的设备。接入无线终端可以连接到诸如膝上型计算机或台式计算机等计算设备，或者它可以是诸如蜂窝电话等独立的设备。接入终端也可以称为系统、用户单元、用户站、移动台，移动装置、远程站、远程终端、无线接入点、无线终端、用户终端、用户代理、用户设备(device)或用户设备(equipment)。无线终端可以是用户站、无线设备、蜂窝电话、pcs电话、无绳电话、会话发起协议(sip)电话、无线本地环路(wll)站、个人数字助理(pda)、具有无线连接能力的手持设备、或连接到无线调制解调器的其他处理设备。另外被称为基站或基站控制器(bsc)的接入点可以是指通过空中接口通过一个或多个扇区与无线终端进行通信的接入网络中的设备。接入点可以通过将所接收的空中接口帧转换为ip分组来用作无线终端与接入网络的其余部分(其可以包括因特网协议(ip)网络)之间的路由器。接入点还协调空中接口的属性的管理。

此外，本文中所描述的各个方面或特征可以使用标准编程和/或工程技术来实现为方法、装置或制品。本文中所使用的术语“制品”旨在包括从任何计算机可读设备、载体或介质可访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于磁存储设备(例如，硬盘、软盘、磁条...)、光盘(例如，压缩盘(cd)、数字通用盘(dvd)...)、智能卡、和闪存设备(例如，卡、棒、钥匙驱动器...)、以及集成电路，诸如只读存储器、可编程只读存储器和电可擦除可编程只读存储器。

将在可以包括多个设备、部件、模块等的系统的方面来呈现各个方面。应当明白和理解，各种系统可以包括附加的设备、部件、模块等，和/或可以不包括结合附图讨论的所有设备、部件、模块等。也可以使用这些方法的组合。

通过考虑确保描述、附图和所附权利要求，本发明的其他方面以及各方面的特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。

图1示出了根据一个方面的多址无线通信系统100。接入点102(ap)包括多个天线组，一个天线组包括104和106，另一天线组包括108和110，又一天线组包括112和114。在图1中，对于每个天线组仅示出了两个天线，然而，对于每个天线组，可以使用更多或更少的天线。接入终端116(at)与天线112和114通信，其中天线112和114通过下行链路或前向链路118向接入终端116发射信息，并且通过上行链路或反向链路120从接入终端116接收信息。接入终端122与天线106和108通信，其中天线106和108通过下行链路或前向链路124向接入终端122发射信息，并且通过上行链路或反向链路126从接入终端122接收信息。接入终端122可以具有多个发射器和天线，以提供更好的服务。在频分双工(fdd)系统中，通信链路118、120、124和126可以使用不同的频率进行通信。例如，下行链路或前向链路118可以使用与由上行链路或反向链路120使用的频率不同的频率。

每组天线和/或这些天线被设计用于通信的区域通常被称为接入点的扇区。一方面，天线组均被设计为与在由接入点102覆盖的区域的扇区中的接入终端进行通信。

在通过下行链路或前向链路118和124的通信中，接入点的发射天线利用波束成型，以便改善用于不同的接入终端116和122的下行链路或前向链路的信噪比(snr)。此外，与通过单个天线向其所有接入终端发射的接入点相比，使用波束成型来向被随机地散射通过其覆盖范围的接入终端发射的接入点对相邻小区中的接入终端的干扰较小。

接入点可以是用于与终端通信的固定站，并且也可以称为nodeb、演进的nodeb(enb)或某个其他术语。接入终端也可以称为移动台、用户设备(ue)、无线通信设备、终端或某个其他术语。对于某些方面，ap102或接入终端116、122都可以利用下面描述的技术来改善系统的性能。

图2示出了无线通信设备200的示例性设计的框图。在该示例性设计中，无线设备200包括数据处理器210和收发器220。收发器220包括支持双向无线通信的发射器230和接收器250。通常，无线设备200可以包括用于任何数目的通信系统和任何数目的频带的任何数目的发射器和任何数目的接收器。无线通信设备200上的每个发射器和天线发出rf辐射。

在发射路径中，数据处理器210处理要发射的数据，并且向发射器230提供模拟输出信号。在发射器230内，模拟输出信号通过放大器(amp)232被放大，通过低通滤波器234被滤波以去除由数模转换引起的图像，通过vga236被放大，并且通过混频器238从基带被上变频到rf。上变频信号通过滤波器240被滤波，进一步通过驱动放大器242和功率放大器244被放大，被路由通过开关/双工器246，并且经由天线249被发射。

在接收路径中，天线248从基站和/或其他发射器站接收信号，并且提供接收信号，接收信号被路由通过开关/双工器246并且被提供给接收器250。在接收器250内，接收的信号通过lna252被放大，通过带通滤波器254被滤波，并且通过混频器256从rf被下变频到基带。下变频信号通过vga258被放大，通过低通滤波器260被滤波，并且通过放大器262被放大以获得模拟输入信号，其被提供给数据处理器210。

图2示出了实现在一个级中在rf与基带之间转换信号的直接转换架构的发射器230和接收器250。发射器230和/或接收器250还可以实现在多个级中在rf与基带之间对信号进行频率转换的超外差架构。本地振荡器(lo)生成器270生成发射和接收lo信号，并且将其分别提供给混频器238和256。锁相环(pll)272从数据处理器210接收控制信息，并且向lo生成器270提供控制信号，以便以适当的频率来生成发射和接收lo信号。

图2示出了示例性收发器设计，并且无线设备200可以包含多个收发器。通常，发射器230和接收器250中的信号的调节可以由一个或多个级的放大器、滤波器、混频器等来执行。这些电路可以不同于图2所示的配置来布置。图2中的一些电路也可以省略。收发器220的全部或部分可以在一个或多个模拟集成电路(ic)、rfic(rfic)、混合信号ic等上来实现。例如，发射器230中的放大器232到功率放大器244也可以在rfic上实现。驱动放大器242和功率放大器244也可以在rfic外部的另一ic上实现。

数据处理器210可以执行无线设备200的各种功能，例如用于发射器和所接收的数据的处理。存储器212可以存储用于数据处理器210的程序代码和数据。数据处理器210可以在一个或多个专用集成电路(asic)和/或其他ic上实现。

现代soc将灵敏的模拟/rf块与噪声数字处理电路集成在同一管芯上。开关噪声可能由多个开关的操作引起。由数字核心生成的开关噪声可以传播通过功率和接地分配网络到模拟/rf块，并且可能导致性能下降。技术缩放和封装件引脚数限制可能会加剧问题，因为随着越来越多的晶体管和功能在同一管芯中实现，存在更多的开关噪声。此外，由于设备上的数目有限的功率和接地引脚，可以促进噪声耦合。

图3描绘了包括典型的电流舵型dac最高有效位(msb)单元306和其开关驱动器302的最后一级的装置300。每个单元由msb单元306内的p沟道金属氧化物半导体(pmos)电流源m1和m2、以及msb单元306内的成对的pmos开关m3和m4组成。开关驱动器302是数字电路。开关驱动器302与芯片上的很多其他数字电路共享接地。pmos电流源和开关比n沟道金属氧化物半导体(nmos)器件被更频繁地使用，特别是在信号链中的下一块没有与dac在同一管芯上时。

在操作中，pmos开关在其栅极通过开关驱动器302中的nmos被短路到接地时被导通。此时，开关驱动器302的接地304处的噪声可以调制msb单元306中的开关晶体管m3的电压vgs。这导致除了正常电流imsb之外的噪声电流in。在典型的无线调制解调器soc中，这种接地噪声不仅包括白噪声，还包括由发射晶体振荡器(tcxo)脉冲电流和调制解调器发射(txfe)操作引起的彩色噪声。上述机制使得接地噪声污染dac输出。所得到的噪声电流in是代码相关的，并且因此作为频率为|fsignal+/-fnoise|的杂散呈现在dac输出频谱中，其中fsignal是dac输入频率，并且fnoise是接地噪声频率。在频分双工(fdd)应用中，这种杂散使对应频带中的接收路径脱敏，导致接收质量变差。

在本公开中所描述的实施例提供了一种克服上述困难的方法。为了克服接地噪声引入的杂散，引入了接地低压降稳压器(gndldo)，如下面进一步详细描述的。

图4示出了用于减小dac接收频带中的接地噪声杂散的装置。装置400包括gndldo406，gndldo406衰减噪声接地处的噪声并且向dac核心提供干净的“接地”。gndldo406包括放大器418和晶体管420。该装置还包括电压低压降稳压器(vddldo)402。vddldo包括放大器410和晶体管412。dvdldo402连接到电容器cdecap414、其他dac负载416、和最后一级开关驱动器404。最后一级开关驱动器404连接到cdecap414、其他dac负载416、gndldo406和msb单元408。msb单元408包括pmos晶体管422和424、以及pmos开关426和428。

gndldo406用于衰减噪声接地处的噪声，并且向dac核心提供干净的“接地”。dac核心还可以包括开关驱动器404和时钟缓冲器、以及未讨论的其他附加块。另一实施例并行地提供去耦电容器cdecap414，以提供动态电流。

图5是根据本文中所描述的实施例的接地低压降稳压器(gndldo)的框图。组件500包括误差放大器506、由m5520和m6514组成的源极跟随器级、补偿网络、和传输晶体管mpass524。m5220的源极连接到噪声接地526，使得m5520可以感测噪声并且与m6514一起用作公共栅极单位增益放大器，以将传输晶体管mpass524的vgs保持在期望的带宽内。cff528用于增加公共栅极放大器的高频增益，从而有效地扩展带宽以实现噪声抑制。电阻器rz510和电容器cc512确保了gndldo500回路在整个负载电流范围内都是稳定的。

在操作中，ldo稳压器是即使当电源电压非常接近输出电压时仍然可以调节输出电压的直流(dc)电压稳压器。ldo稳压器优于其他dc到dc稳压器的优点包括：降低的开关噪声(因为不发生开关)、更小的器件尺寸(不需要大的电感器或变压器)、以及更大的设计简单性。通常，ldo设计包含参考、放大器和传输元件。一个缺点是，线性dc稳压器必须耗散整个调节设备的功率，以便调节输出电压。

ldo稳压器的主要部件是功率场效应晶体管(fet)和误差放大器。误差放大器506的一个输入监测由两个电阻器或输入之间的电阻比确定的输出的分数。在实施例中，输入是gndldo输出522，其在误差放大器506的正端子上被输入。误差放大器506的第二输入来自稳定的参考电压，这里是vref504，其在误差放大器506的负端子上被输入。如果输出电压相对于参考电压升高太高，则晶体管m5520、m6514和mpass524进行调节以维持恒定的电压。如上所述，电阻器rz510和电容器cc512有助于在可能的负载电流的整个范围内确保反馈回路的稳定性。

晶体管518连接恒流源502以产生偏置电压，用于m5520与m6514组合用作用于调节mpass524的误差放大器输出信号的源极跟随器级，并且用作感测噪声接地526噪声并且衰减gndldo522的输出噪声的公共栅极放大器。

在操作中，电压参考vref504被注入到运算放大器506的反相(-输入)中。电路输出(gndldo输出522)被注入到运算放大器506的非反相输入(+输入)中。运算放大器506的输出通过电阻器rz510和电容器cc512被插入到运算放大器506的非反相侧。运算放大器506的输出也被注入到第一n沟道金属氧化硅场效应晶体管(n沟道mosfet)m6514的栅极中。第一n沟道mosfetm6514的漏极连接到vdda502。第一n-mosfetm6514的源极连接到第二n-mosfetm5520的漏极。电容器cff528连接在m6514的栅极和源极两端。m5520的源极连接到噪声接地526。

参考：电流源连接在vdda502与第三n-mosfet518的栅极和漏极之间。n-mosfet518的源极连接到低噪声模拟接地508。n-mosfet518的栅极连接到m5520的栅极。这将m5520偏置为公共栅极放大器配置。第一n-mosfetm6514的源极也连接到第四n-mosfetmpass524的栅极。第四n-mosfetmpass524的漏极连接到gndldo输出522。第四n-mosfetmpass524的源极连接到噪声接地526。

由运算放大器506通过第一n-mosfetm6514进行的偏置以及由vdda502与第三n-mosfet518之间的恒定电流源与第二n-mosfet520一起进行的偏置从噪声接地中汲取信号并且产生用于偏置第四n-mosfetmpass524的栅极的非反相信号。第四n-mosfetmpass524降低了gndldo522的噪声。

图6示出了将概念扩展到具有多个核心的芯片。组件600包括第一核心602，第一gndldo604用于衰减核心602可能潜在地从共享的噪声数字接地(dgnd)拾取的任何杂散。来自第一核心602的输出被输入到锁相环(pll)606。来自pll606的输出被输入到第二核心608。第二gndldo610操作以衰减可能污染由第二核心608产生的信号的噪声接地(gnd)上的杂散。来自第二核心608的输出被输入到模数转换器(adc)612。来自pll606的第二输出被输入到第三核心614。gndldo616操作以抑制噪声接地dgnd上的噪声，并且防止污染由第三核心614产生的信号。如图6所示，gndldo的使用可以被扩展到性能可能受到接地噪声影响的其他模拟/混合信号设计。

图7示出了仿真的dac输出频谱。在仿真中，79mhz的5m的vppsine噪声被注入到开关驱动器接地304中，并且双音dac输入信号分别在6mhz和8mhz。可以看到接地噪声在73mhz、85mhz、71mhz和87mhz处引入4个-71dbc的杂散。诸如此类的杂散将使接收信号链极大地脱敏，并且需要减少这样的杂散。

图8示出了使用gndldo来衰减dac输出频谱中的杂散的可能的改进。图8中的仿真条件与图7所示的相同。然而，通过使用gndldo，dac杂散已经衰减13db，并且现在在可接受的范围内。仿真指示，接收频带的性能可能得到改善，而不会使其他接收频带劣化。

图9是根据本文中所描述的实施例来衰减dac杂散的方法的流程图。方法900开始于向放大器中注入参考电压的步骤902。在步骤904中，测量接地低压降稳压器(gndldo)的输出。在步骤906中，将gndldo的输出与参考电压相比较。如果gndldo的测量输出高于参考电压，则在步骤908，将放大器输出调节到接地。如果比较指示gndldo输出低于参考电压，则在步骤910中，将放大器输出调节到参考电压。在如以上步骤908和910中所述地进行调节之后，该过程在步骤902再次开始。

本领域技术人员将理解，信息和信号可以使用各种不同的工艺和技术中的任何一种来表示。例如，可以在上述描述中被引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或任何其组合来表示。

本领域技术人员还将了解，结合本文中公开的示例性实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经在其功能方面一般性地描述了各种说明性部件块、模块、电路和步骤。这样的功能被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式来实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应当被解释为导致偏离本发明的示例性实施例的范围。

结合本文中公开的示例性实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以通过被设计用于执行本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、结合dsp核心的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质来发射。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质二者，包括便于将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括ram、romeeprom、cd-rom或其他光盘存储装置或其他磁存储设备、或者可以用于以指令或数据结构的形式来携带或存储期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果软件使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源来被发射，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(诸如红外线、无线电和微波)都被包括在介质的定义中。如本文中所使用的磁盘和光盘包括压缩盘(cd)、激光盘、光盘、数字通用盘(dvd)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。以上的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围内。

提供了所公开的示例性实施例的先前描述以使得本领域任何技术人员能够制造或使用本发明。对于这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本发明不旨在限于本文中所示的示例性实施例，而是符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。