专利名称：倍频电路装置及具此电路装置之移动无线装置的制作方法
发明叙述本发明系相关于一种倍频电路装置，以及亦相关于具有该电路装置的一移动无线装置。
在基频以及一无线电频率无线频道之间的频率转换系正常地在移动无线传输器以及在无线移动接收器两者中皆有所需要，一频率混合器系被用于内差式传输装置(homodyne transmittingarrangements)之中，举例而言，以用于将一基频调变信号转换成为十亿赫兹(Gigahertz)的一无线电频率，而为了此目的，则需要对应于该所需要之传输频率的一载波频率(carrier frequency)。
该载波频率系正常地藉由一电压控制振荡器而加以提供，但是，该电压控制振荡器并不会在该传输频率，而是在不同于该传输频率的一频率进行振荡，其中，该频率则是以其可以藉由尽可能小之努力而被转换成为该传输频率的方式而加以选择，而选择该传输频率外之一振荡频率的情形则是会减少该传输频率对于该振荡器的影响。再者，若是该振荡器频率系被选择为低于该传输频率时，则该电压控制振荡器的效能系可以额外地获得改善，举例而言，该振荡器系可以在该传输频率的一半进行振荡，以确保一低的功率消耗以及良好的相位噪声特征，因此，系需要将该振荡器频率转换成为该所需之载波频率，在此例子中系对应为该传输频率，的一倍频电率。
相同地，一倍频电路系亦可以在用于将基频或是一中间频率转换成为一已接收无线电频率的接收装置中加以使用，以自一振荡器信号提供一无线电频率，所谓的局部振荡器信号。
通常，所叙述之该倍频操作系会受到具有两皆连接至该振荡器、以及会对在该混合器输出之该振荡器信号进行平方的输入的一无线电频率混合器的影响，而为了这个目的，该振荡器信号系会藉由一相位位移器(phase shifter)被分开成为(正交于彼此之)两信号分量，并且，系会进行向上混合(up-mixed)而成为该所需之传输频道，因此，由于所述之信号平方操作，则该振荡器频率两倍的一输出信号系可以在该混合器的该输出处获得，因此，除了一无线电频率混合器之外，该已知的倍频电路系仍需要用于产生正交信号分量的一相位位移器。
文件JP 10-004683 A系叙述一种用于处理一单端信号(single-ended signal)的整流器电路，其中，形成该电路之输出的一运算放大器(operational amplifier)系加以提供，而该输出则是经由电阻而反馈输入连接，此外，系会供给一外部的参考信号。
本发明目的系在于载明一倍频电路装置，以及具有该电路装置的一移动无线装置，其中该电路装置系尽可能的以较少的努力、低功率消耗、以及良好的噪声特征而进行该频率的加倍。
至于该电路装置，根据本发明之该目的系藉由具有下列各项的一倍频电路而加以达成，-一输入终端对，以用于供给处于一输入频率的一输入信号；-一输出终端对，而自该输出终端对系有处于该输入频率之两倍的一输出信号可以被分接；-一整流器，其系将该输入终端对耦接至该输出终端对，以及系打算将该输出信号整流成为一参考变量的一函数；以及-一调节装置，其系具有被耦接至该输出终端对的一调节器输入，以及被耦接至该整流器之一控制输入、以用于供给该参考变量之目的的一调节器输出，而该调节装置系加以设计为以在该输出信号之频谱中的偶数数量较高谐波频率分量会消失、或是被大量降低的方式而调节该输出信号的该参考变量，其中，该整流器系以该输入信号以及该参考变量被用以驱动一起形成一差动放大器之不同晶体管的方式而加以设计。
依照本发明，处于一输入频率，举例而言，处于连接至该输入终端对之一电压控制振荡器之频率，的一输入信号，其系会被供给至该输入终端对，而该信号则是藉由所叙述的该电路装置而进行加倍，并且，该已加倍的输入频率系会被提供于该电路装置的该输出终端对，再者，该整流器系会整流该输入信号，一开始是在没有使其平滑以及没有进行过滤的情形下，但作为一参考变量的一函数，而在此例子中，由于当概略地进行考虑时，该输入信号的较低半周期(half-cycles)系会向上旋绕(convolved)，因此，现在，处于两倍该频率的一信号系变为可获得，然后，即紧接着位于该整流器之该输出、以及因此位在该输出终端对的此整流步骤，然而，该信号系将会具有较高的谐波频率分量，如在较佳提供为全波整流的例子中，特别是，偶数数量较高谐波频率分量，系会于该输出信号的该频谱中具支配性的地位，不过，自该输出终端对而作用于该整流器之一控制输入上的该调节装置系会藉由调节该整流参考变量，而降低在该输出信号之频谱中的这些偶数数量较高谐波频率分量，因此，为了这个目的，该输出信号的DC分量，举例而言，一共同模式信号形式者，系较佳地进行评估，并且，作为参考变量，而被供给至该整流器的一控制输入。
当该电路装置系以一适当的方式而进行尺寸切割时，该等不需要的较高谐波，特别是在该输出信号之频谱中的该等偶数数量较高谐波频率分量，系被降低、或是被消除。在本发明之原则中，该倍频操作的效能系会对应于平方该振荡器信号的效能(已于一开始进行解释)，然而，在本发明之原则中，该功率消耗系较该振荡器信号少3至5倍，并且，当为一集成电路形式时，有可能额外使用少数分量的简单设计系会减半所需的芯片面积。
该输入终端对系较佳地加以设计，以用于供给一已平衡形式之一输入信号、或是差动电压信号，而该输出终端对系较佳地加以设计，以提供一已平衡形式之一信号、或是差动电流信号。
较佳地是，该调节装置系加以设计，以提供该参考变量，而作为可以在该输出终端对之该两输出终端间进行分接之一差分信号(difference signal)的一函数，举例而言，关于在一图式中举例说明该信号，该调节装置系较佳地以该参考变量会分开该已整流信号、以使得其于时间进程期间具有整数(integral)的方式而加以设计，在此例子中，该参考变量系较佳地为一DC(直流)信号。
该整流器系较佳地为一全波整流器形式。全波整流器相较半波整流器所具有的优点是一较低的哼声电压(hum voltage)以及一较高的哼声频率(hum frequency)，在此例子中，第二个以及更进一步的偶数数量较高谐波系会形成该噪音电压的主要部分。
依照本发明的一另一个较佳实施例，一稳定装置系加以提供，以达成在时间进程期间稳定(为一DC信号形式之)该参考变量的目的。在此例子中，该稳定装置系被连接至该调节器输出，并且因此亦连接至该整流器之该控制输入。
该整流器，举例而言，系亦用两差动放大器而加以架构，其中，该两差动放大器的每一个系包括具有一第一以及一第二晶体管的一晶体管对，在此例子中，该两第一晶体管之控制路径系彼此并联连接，以及该两第二晶体管之控制路径系同样地彼此并联连接，且该两第一晶体管之该等控制连接系会形成在该电路装置中的该输入终端对，而同时，该两第二晶体管之该等控制连接系会连接至彼此，并且连接至该整流器的该控制输入，此外，此型态的一整流器系可以利用双极电路系统以及CMOS、或BICOMS电路系统两者而加以执行，并且，其系藉由一小的面积需求、一低功率消耗、以及一简单的设计而有所区别。
该调节装置，举例而言，系为具有一反相以及一非反相输入的一运算放大器，而该两输入的每一个系被连接至在该电路装置中之该输出终端对的一输出终端，再者，该运算当大器系具有被连接至该整流器之该控制输入的一输出。
该操作放大器系会侦测该输出信号的该DC分量，以及较佳地，系会将其作为整流参考变量而馈送至该整流器。
该电路装置系较佳地加以设计，以用于处理可以被供给至该等输入终端、并且其频率包含有用信息的一讯号，而此系为，特别是，具有该所叙述之倍频电路在其中被用于调适一振荡器频率之移动无线装置的例子，在此例子中，对依照本发明之原则的该电路装置的功能而言，用于该倍频电路之该输入信号是否仅是一载波信号、或是其本身即为一已调变之无线电频率信号皆不重要。
至于该移动无线装置，该目的系藉由如上述之一电路装置而加以达成，其系具有-至少一用于在一无线电频率以及一基频信号之间进行频率转换的装置，该装置系具有用于供给处于一载波频率之一信号的一辅助输入；-一频率产生器，其系于一输出提供处于一参考频率之一参考信号；以及-该倍频电路装置其输入终端对系被耦接至该频率产生器的输出，以及其输出终端对系被耦接至该至少一用于频率转换之装置的该辅助输入。
本发明电路装置的优点，亦即该倍频信号之一显著降低的功率消耗、一显著降低的芯片面积、以及良好的噪声特征，显而易见地，系较具优势地，特别是，在移动无线装置中为有用。
此外，对在该频率产生器以及频率转换器之间的一所需信号的频率进行加倍系使得该振荡器可以在没有反应的情形下进行操作，并且，系使得提供具有一功率消耗以及良好相位噪声特征的一振荡器成为可能，尤其是由于该已降低的振荡频率。
本发明原则之更详尽以及更具优势的改进则在附属权利要求中加以叙述。
本发明系于之后利用复数个示范性实施例以及藉由图式做为参考而有更详尽的解释，其中第1图其系使用一简化的电路图来显示根据本发明之该电路装置的一示范性实施例；以及第2图其系显示具有如第1图所示之一电路装置的一移动无线装置。
第1图系显示一倍频电路装置。在此例子中，一整流器3系被连接至一输入终端对1以及一输出终端对2之间，其中，该输入终端对1系用以供给处于一输入频率的一输入信号，而从该输出终端对2则是可以分接处于该输入频率之两倍的一输出信号，该整流器3系加以设计，以对该输入信号进行整流，而作为一参考变量的一函数，再者，一调节装置4系加以提供，其具有一调节器输入、且系用于达成提供该参考变量的目的，而其中，该调节装置系具有耦接至该输出终端对2的一调节输入，以及其输出系被耦接至该整流器3(为了供给该参考变量之目的)的一控制输入5。该输入终端对1以及该输出终端对2之每一个系对称地加以设计，以运载差动信号，该调节器4系为一运算放大器的形式，且系具有一非反相输入以及一反相输入，而其每一个系被连接至该输出终端对2的一连接终端，该整流器3其本身系包括两差动放大器，而其每一个则包括一射极耦接之电晶对体6、7；8、9，每一个差动放大器系包括一第一晶体管6，8以及一第二晶体管7，9，在该第一差动放大器中的NPN双极晶体管6，7系被藉由其射极连接而被耦接至彼此，以及系经由一供给电流源10而被耦接至一参考电位连接11，至于在该第二差动放大器中之该等NPN双极晶体管8，9的该共同射极连接则是被连接至该第一差动放大器的该等射极连接6，7，再者，在该两差动放大器中之该等第一晶体管6，8之集极的每一个系会被连接至彼此，以及连接至该输出终端对2的一输出终端，而在该两差动放大器中之等该第二晶体管7，9之集极系同样地被连接至彼此，以及连接至该输出终端对2的一另一输出终端连接，而且，该等第一晶体管6、8的两基极连接系会形成该已平衡输入终端对1。另外，会发射处于该输入频率之该输入信号的一振荡器12系被连接至该输入终端对1，而该整流器3的该控制输入5则被连接至在该等差动放大器中之该等第二晶体管7、9的该等基极连接，并且，系会更进一步地经由一稳定电容13而被连接至该参考电位连接11。
首先，该整流器3系被用于对施加至该输入1之一所谓的差动输入信号进行整流，而在此例子中，所叙述之该整流器系操作为一全波整流器(full-wave rectifier)，其中，该调节器4系被用于大量地抑制通常在全波整流期间所产生之第二个以及更进一步偶数数量较高谐波(harmonics)，此系藉由该调节器4将(被供给至该整流器3之该控制输入5的)该参考电位重新调整成为产生在该输出之该输出信号的函数而加以达成，再者，处于该输入信号之两倍频率的该信号系加以产生，以作为在该整流器3之该输出，也就是说，在该电路装置的该输出2，的一差动、或是已平衡信号。
本发明之倍频电路系需要之操作电流，系比习知(需要方波信号)的频率加倍器电路少上3至5倍，并且，系可以被集成于一半的芯片面积上。
第2图系显示具有在第1图中所示、并且被提供以参考符号14之该倍频电路装置的一移动无线装置。在此例子中，一递增频率混合器(step-up frequency mixer)15系被提供在一传输路径之中，以及一递减频率混合器(step-down frequency mixer)16则是被提供在该移动无线装置的一接收路径之中，而该递增频率转换器15系具有用以供给一基频调变信号BB-TX一调变输入，以及系被耦接至提供该基频调变信号的一数字信号处理器17，其中，该调变信号系为可在该递增频率转换器15之输出获得的一已调变载波(已经被转换成为一无线电频率者)，该递增频率混合器15的该输出系被耦接至一双工单元(duplexing unit)18，而该双工单元则依次被双向连接至一天线19。该双工单元18的一个输出系会更进一步地，于该接收方向中，被连接至该递减频率混合器16的一无线电频率输入，以用于供给一无线电频率已接收信号，而该递减频率混合器16的输出则被连接至该数字信号处理器17的一输入，而在此例子中，该输入系被供给以已经向下混合(down-mixed)的一已调变的已接收信号。再者，亦可以包括一锁相回路(phase-locked loop)的一电压控制振荡器12系加以提供，以用于藉由一载体信号而驱动该等频率混合器15、16的目的，此电压控制振荡器12系经由该倍频电路装置14而被连接每一个该等混合器15、16的一辅助输入，因此，两倍于该振荡器12的振荡频率系被供给至该等混合器15、16的该等辅助输入。
根据本发明之倍频单元的特征，例如，低功率消耗以及小芯片面积，系在特别是移动设备的应用上特别的重要，而由于该振荡器12系可以在该振荡频率的一半进行操作，因此，系可以确保该电路布局的更进一步简单化。
此外，外差式架构(heterodyne architectures)以及低IF架构系亦较具有优势，而可取代所显示之该移动无线的直接转换架构，至于在第2图中所显示之该收发器的该接收路径，则系亦配备有根据本发明的该倍频电路。
参考符号列表1 输入终端对2 输出终端对3 整流器4 调节装置5 控制输入6 第一晶体管7 第二晶体管8 第一晶体管9 第二晶体管10电流源11参考电位连接12振荡器13电容14倍频电路15递增频率转换器16递减频率转换器17数字信号处理器18双工单元19天线
权利要求
1.一种倍频电路装置，其系具有-一输入终端对(1)，以用于供给处于一输入频率的一输入信号；-一输出终端对(2)，而自该输出终端对(2)系有处于该输入频率之两倍的一输出信号可以被分接(tapped off)；-一整流器(3)，其系会将该输入终端对(1)耦接至该输出终端对(2)，以及用以整流该输入信号，以作为一参考变量的一函数；以及-一调节装置(4)，其系具有被耦接至该输出终端对(2)的一调节器输入，以及被耦接至该整流器(3)之一控制输入(5)、以用于供给该参考变量之目的的一调节器输出，而该调节装置系加以设计为，以在该输出信号之频谱中的偶数数量较高谐波频率分量系会消失、或是会被大量降低的方式而调节该输出信号的该参考变量，其中，该整流器(3)系以该输入信号以及该参考变量被用于驱动一起形成一差动放大器之不同晶体管(6，7)的方式而加以设计。
2.根据权利要求第1项所述的电路装置，其中，该调节装置(4)系加以设计，以提供该参考变量作为可以在该输出终端对(2)之该两输出终端之间加以分接之一差分信号(differencesignal)的一函数。
3.根据权利要求第1或第2项所述的电路装置，其中，该整流器(3)系为一全波整流器(full-wave rectifier)的形式。
4.根据权利要求第1至第3项其中之一所述的电路装置，其中，一稳定装置(13)系加以提供，而其系被连接至该调节器输出，以达成在时间进程期间稳定该参考变量(为一DC信号形式之)的目的。
5.根据权利要求第1至第4项其中之一所述的电路装置，其中，-该整流器(3)系具有二晶体管对(6，7；8，9)，而其每一对系会连接成为差动大器，以及每一对系会包括一第一晶体管(6，8)以及一第二晶体管(7，9)；-该两第一晶体管(6，8)之控制路径系彼此为并联连接；-该两第二晶体管(7，9)之控制路径系彼此为并联连接；-该电路装置的该输入终端对(1)系被连接至该等第一晶体管(6，8)的该两控制连接；以及-该整流器(3)的该控制输入(5)系被连接至该等第二晶体管(7，9)的该两控制连接。
6.根据权利要求第1至第5项其中之一所述的电路装置，其中，该调节装置(4)系包括一运算放大器(operational amplifier)，而该运算大器系具有连接至该电路装置之该输出终端对(2)的两输入，以及系具有连接至该整流器(3)之该控制输入(5)的一输出。
7.根据权利要求第1至第6项其中之一所述的电路装置，其中，该电路装置系加以设计，以用于处理可以被供给至该等输入终端(1)、并且其频率会包含有用信息的一讯号。
8.一种包括具有如权利要求第1至第7项其中之一所述之特征之一电路装置的移动无线装置，其系包括-至少一用于在一无线电频率以及一基频信号之间进行频率转换的装置(15，16)，而该装置系具有用于供给处于一载波频率(carrierfrequency)之一信号的一辅助输入；-一频率产生器(12)，其系会于一输出提供处于一参考频率之一参考信号；以及-该倍频电路装置(14)输入终端对(1)系被耦接至该频率产生器(12)的该输出，以及其输出终端对(2)系被耦接至该至少一用于频率转换之装置(15，16)的该辅助输入。
全文摘要
一种在本身之输出(2)处提供处于两倍频率之一信号(其系被施加至一输入(1))的倍频电路装置系加以载明。在此例子中，将该输入信号进行整流以作为一参考变量之一函数的一整流器(3)系加以提供，以达成耦接该输入(1)以及输出(2)的目的，而一调节器(4)系被用于将该参考变量供给至该整流器(3)的一控制输入(5)。在此例子中，控制回路系以，特别是，在该输出信号中之偶数数量较高谐波(even－numbered higher harmonics)会消失、或是会受到大量抑制的方式而加以设计。而由于所叙述的该倍频电路系具有一低功率消耗结合一较小的芯片面积，因此，其系特别适合被装设于移动行动装置之中，以用于调适载波频率以及局部振荡器频率。
文档编号H03C3/00GK1643801SQ03806140
公开日2005年7月20日 申请日期2003年2月17日 优先权日2002年3月15日
发明者C·格雷温格, A·汉克, D·塞佩 申请人:因芬尼昂技术股份公司