具有一个锁相环的双天线系统的制作方法

专利名称：具有一个锁相环的双天线系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有一个锁相环的双天线系统。
背景技术：
某些无线系统使用单天线来发射和接收，而某些产品包含多个天线。智能天线系 统可以利用多个在时间和频率上同时工作的天线。例如，多个天线可以提供对被调制 信号的同时接收，其中，使用具有混频器和本地振荡器的分离的(separate)接收路径 来将被调制信号在频率上转换到基带信号。
对于智能天线系统，存在着对控制多个天线接收路径的更优方法的持续要求。

发明内容
本发明一个方面公开了一种直接变频电路，包括用于处理第一被调制信号的第 一接收机，以便提供来自第一接收路径的第一正交信号；以及用于处理第二被调制信 号的第二接收机，以便提供来自第二接收路径的第二正交信号，其中，所述第一和第 二接收路径被一起集成在同一设备上，并且，两者都工作在同一频率并且同为主动 的。
本发明另一个方面公开了一个系统，包括直接变频接收机，所述直接变频接收 机具有第一和第二接收链，用于处理第一和第二被调制信号以提供正交信号，其中，
所述第一和第二接收链被一起集成在同一设备上，且，两者都工作在同一频率并且同 为主动的；处理器，所述处理器被耦合到所述直接变频接收机，用于处理所述正交信 号；以及静态随机访问存储器(设备，所述静态随机访问存储器设备被耦合到所述处 理器，其中，所述直接变频接收机、所述处理器和所述静态随机访问存储器被包括在 全球移动通讯系统通讯设备中。
本发明又一个方面公开了一种方法，包括在第一接收链中第一天线处接收信
号；在第二接收链中第二天线处接收信号；将在所述第一接收链中由所述第一天线接
收的信号与提供同相和正交输出信号的压控振荡器的输出混频，以生成第一频率下变
频信号；将在所述第二接收链中由所述第二天线接收的信号与提供同相和正交输出信 号的压控振荡器的输出混频，以生成第二频率下变频信号；分别利用第一和第二被双 时钟脉冲并且被多路复用的模数转换器对所述第一和第二频率下变频信号进行数字化；对经数字化的第一和第二频率下变频信号进行滤波；以及对滤波后的经数字化的 第一和第二频率下变频信号进行处理。


在本说明书的结束部分，特别指明并被清晰地要求保护被视为本发明的主题，。 但是，当通过与附图一起阅读来参考下面详细的描述时，可以最佳地理解本发明的运 行方式和结构，及其目的、特征和优点，其中
图l示出了本发明的特征，所述特征可以被结合到具有主接收机和分离的次接收 机的无线通讯设备中；
图2示出了在无线通讯设备中的双天线接收机，所述双天线接收机使用驱动两个 混频器的单个压控振荡器(VCO)。
图3示出了支持具有一个合成器的无线设备的完整双重接收路径的实施方案，所 述合成器驱动两个接收VCO;以及
图4示出了支持具有一个合成器的无线设备的完整双重接收路径的实施方案，所 述合成器驱动一个接收VCO。
应该理解，为了说明的简洁和清晰，在图中所示的组成单元不一定按比例绘制。 例如，为了清晰， 一些组成单元的尺寸可能相对于其他组成单元被夸大。此外，在被 认为适当的地方，在图中重复了参考数字，以指示对应或者类似的组成单元。
具体实施方案
在下面的详细描述中，为了提供对本发明的透彻理解，给出了大量具体细节。但 是，本领域熟练技术人员将理解，不需要这些具体细节可以实践本发明。在其他的实 例中，公知的方法、过程、部件和电路没有被详细描述，以避免模糊了本发明。
在下面的描述和权利要求书中，可能用到术语"耦合"(coupled)和"连接" (connected)及其派生词。应该理解，这些术语不是要被当成彼此的同义词。相反， 在特定实施方案中，可以使用"连接"来表示两个或更多个组成单元彼此处于直接的物理接触或者电气上接触。"耦合"可以表示两个或更多个组成单元处于直接的物理接触 或者电气上接触。但是，"耦合"也可以指两个或更多个组成单元彼此不是直接接触， 但是仍旧彼此协作或者相互作用。
图l示出了本发明的特征，所述特征可以被结合在无线通讯设备10中，所述设备 例如全球移动通信系统(GSM)便携式手机。尽管接收机被示出为直接变换(direct conversion)接收机，但是，也包括其他类型的接收机，例如超外差接收机，并且，对 本发明来说，接收机的类型不受限制。此外，为了简洁，已经将电路描述为提供差分信号，但是，应该理解，无需限制所要求保护的主题，也可以使用单端信号。
收发机从多个天线30和130接收或发射被调制信号。主接收机20被示出，主接 收机20具有连接到天线30，用于放大接收到的信号的低噪声放大器(LNA) 40。混 频器50转换被调制信号的载波频率，在主接收机中将被调制信号的频率下变频
(down-converting)。经过下变频的基带信号可以通过滤波器60被滤波，并由模数转 换器(ADC) 70从模拟信号转换为数字表示。在被转移到基带和应用处理器200之 前，可以使该数字表示通过数字信道滤波器。在主接收机20中，混频器50还被连接 到压控振荡器(VCO) 80，以接收振荡器信号。由该本地振荡器所提供的信号的频率 通过由预分频器90对锁相环(PLL)产生的信号做除法(dividing down)来确定。
收发机还包括次接收机120，次接收机120具有放大接收到的信号的低噪声放大 器(LNA) 140，所述低噪声放大器连被接到天线130。混频器150提供被调制信号中 的载波的频率转换。随着在次接收机120中被调制信号的频率被下变频，基带信号可 以通过滤波器160被滤波，并由模数转换器(ADC) 170从模拟信号转换为数字表示 值。在被传递到基带和应用处理器200之前，该数字表示值可以被通过数字信道滤波 器。处理器被连接到主接收机20和次接收机120，以便通常在数字通讯设备10内提 供对接收到的数据的数字处理。
本发明的原理可以在这样的无线设备中来实施，即所述无线设备被连接到诸如IS-95、 CDMA 2000和UMTS-WCDMA的码分多址(CDMA)蜂窝网络中，并被分布在 用于提供无线通讯的蜂窝覆盖的区域内。此外，可以在无线局域网(WLAN)、 WAN、个人区域网(PAN) 、 802.11、正交频分复用(OFDM)、超宽带(UWB)和 GSM等等中来实践本发明的原理。
存储器设备210可以被连接到处理器200以储存数据和/或指令。在一些实施方案 中，存储器设备210可以是易失性存储器，例如静态随机访问存储器(SRAM)、动 态随机访问存储器(DRAM)或同步动态随机访问存储器(SDRAM)，尽管所要求保 护的主题的范围在这个方面不受限制。在另外的实施方案中，存储器设备可以是非易 失性存储器，例如电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪存储器(NAND或NOR类型，每一单元包括多个比特)、铁电 随机访问存储器(FRAM)、聚合物铁电随机访问存储器(PFRAM)、磁性随机访问 存储器(MRAM)、奥弗辛斯基效应统一存储器(Ovonics Unified Memory, OUM)、例如机电硬盘、光盘、磁盘的磁盘存储器，或者其他任何能够储存指令和/ 或数据的设备。但是，应该理解，本发明的范围不局限于这些实施例。
包括主接收机20和次接收机120的模拟前端可以与处理器200嵌入在一起，作为 混合模式集成电路。或者，主接收机20和次接收机120可以是包括低噪声放大器、混
频器、数字滤波器和ADC的单独的射频(RF)集成模拟电路。而在另一个具有不同 的组成单元划分的实施方案中，该模拟电路可以包括低噪声放大器和一个或多个混频 器，而数字滤波器和ADC则可以与基带处理器包括在一起。因此，本发明的实施方案 可以在各种应用中被使用，其中所要求保护的主题被包含在微控制器、通用微处理 器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算(RISC)、复杂指令集计算(CISC) 以及其他电子部件中，或者与上述元件包含在一起。具体来说，本发明可以在智能电 话、通讯机和个人数字助理(PDA)、基带和应用处理器、医疗或生物科技装备、汽 车安全和保护装备和汽车信息娱乐(infotainment)产品中被使用。但是，应该理解， 本发明的范围不局限于这些实施例。
无线通讯设备10中的双天线接收机使用至少两个不同的(distinct)接收机链 (chain)。在将各接收机链置于分离的集成电路上的实施方案中，单个合成器驱动主 接收机20中一个接收机链中的混频器50，并且还驱动次接收机120中的另一个接收 机链中的混频器150。在分离的芯片上的两个不同的接收机链被用来实现基于直接下 变频体系结构的双天线接收机。因此，尽管VCO被置于主接收机20内，来自VCO的 信号通过差分输出缓冲器(例如放大器IOO)被转移到外部端子。差分输入缓冲器
(例如放大器180)的输入被连接到次接收机120上的输入端子，并被耦合以通过迹 线(trace) 190接收来自VCO 80的信号。因此，放大器100将主接收机20上的VCO 80连接到外部环境，并连接到次接收机120上的放大器180。接收机外部的物理迹线 l卯应该提供具有低噪声和低信号损耗的环境。而且，使用差分输出和输入放大器100 和180允许单个VCO驱动在两个分离的集成电路上的混频器，所述集成电路可以被用 来实现基于直接下变频体系结构的双天线接收机。
图2示出了本发明可以被包含在无线通讯设备230中的双天线接收机240中的特 征，所述接收机240使用至少两个不伺的接收机链。在这个实施方案中，第一接收机 链包括天线30、 LNA40、混频器50、滤波器60、 ADC 70和数字信道滤波器。第二 接收机链包括天线130、 LNA 140、混频器150、滤波器160、 ADC 170和数字信道滤 波器。在这个实施方案中，两个接收机链被一起集成在同一集成电路上，所述集成电 路还包括VCO 80。相应的放大器100和180将VCO 80与混频器50和150隔开。注 意，VCO80被耦合到锁相环(PLL)，所述锁相环可以被或可以不与双天线接收机 240集成在一起。还要注意，在一个实施方案中，双天线接收机240可以与处理器200 集成在单个芯片上。
双天线接收机240提供了直接下变频体系结构的面积和功率方面高效率的实现方 式，所述直接下变频体系结构只有一个合成器来驱动两个接收机链的混频器。在这个 实施方案中， 一个PLL驱动VCO 80，而来自VCO的反馈通过预分频器90到达该 PLL。缓冲放大器100和180将VCO信号耦合到每一个接收机链的相应混频器50和 150，其中，缓冲放大器在两个接收机链之间提供了额外的隔离。
参考图1和图2，包括天线30、 LNA40、混频器50、滤波器60、 ADC70和数字 信道滤波器的第一接收机链可以工作在主动模式，以接收信号，并给处理器200提供 正交信号。类似地，包括天线130、 LNA140、混频器150、滤波器160、 ADC170和 数字信道滤波器的第二接收机链可以工作在主动模式，以接收信号，并给处理器200 提供正交信号。但是，两个接收机链在一些时间段均可以是不活动的，并且随后可以 被独立地被选择和被使能(enabled)。
图3示出了支持无线设备的完整双重接收路径的实施方案，所述无线设备例如具 有一个驱动两个接收VCO的合成器的GSM手机。接收机部分310中的第一接收机路 径包括天线30、 LNA40、混频器50、滤波器60和ADC70，并且，接收机部分380 中的第二接收机路径包括天线130、 LNA140、混频器150、滤波器160和ADC 170。 闭环合成器或PLL390设置用来将接收到的RF信号进行下变频的信号的频率。在每 一个接收机部分中，存在定义提供给除法器330的信号和定义回送到PLL390的信号 是否将要被除以N的多路复用器。
接收机部分310和380包括内部电路370，其中，丌关或多路复用器可以被设置 为允许一个接收机部分作为主机(master)工作，而另一个接收机部分作为从属机 (slave)工作。在所示实施方案中，接收机部分310作为主机工作，而接收机部分 380被设置为作为从属机工作。因此，环路合成器390提供了被主机(接收机部分 310)中的VCO350接收的信号。主机中的同一VCO350给从属机(接收机部分 380)中的缓冲器340提供了参考信号。参考信号被做除法(见在从属机芯片中，用附 图标记370表示的"除以'N"，)并被返回到环路合成器390以使环路闭合。
在工作中，两个接收路径可以是操作中的并且正在发送正交的I和Q信号，所述 信号可以被ADC70从模拟转换为数字表示值。但是，为了节约电流并降低运行功 率，通过适当地设置电路370中的开关，接收机部分310或接收机部分380都可以被 配置成从属接收路径。在这种情况下，可以用从属接收路径来用N去除主机VCO信 号并使环路闭合。通过来自基带处理器的命令来控制主机/从属机工作以及双天线结构 中的一个天线工作。命令可以被写入内部寄存器(未示出)并在工作期间被改变。因 此，同一芯片组可以选择性地提供两个接收路径的解决方案和一个接收路径的解决方 案。
应该注意，在另一个实施方案中，来自滤波器60的I和Q信号可以被多路复用进 入ADC70。在ADC70的输入处的多路复用器将选择一个模拟信号，并且在ADC 70 的输出处的采样保持缓冲器将保持被选择的模拟输入信号的数字值表示。多路复用器 将在输入路径之间足够快地被切换(至少是采样率的两倍)，以成功地采样进入的信 号。在只有一条路径有功能的情况下，开关将被设置成支持有功能的路径。因此，ADC可以用双时钟脉冲并被多路复用，从而使第一和第二 ADC以及对应的第一和第 二滤波器可以被用来支持两个接收路径。
图4示出了支持无线设备的完整双重接收路径的另一个实施方案，所述无线设备 例如具有一个驱动一个接收VCO的合成器的GSM手机。环路合成器390产生供给 VCO调谐器360的信号。VCO调谐器360控制VCO 350中的振荡信号的频率。VCO 350的输出通过"除以'N"'430返回，以使环路合成器390的环路闭合。VCO 350还给 驱动正交发生器320的"除以'M'"330提供信号。来自正交发生器320的差分输出信号 被供给混频器50和混频器150。
接收机410中的第一接收机路径包括天线30、 LNA 40、混频器50以及给ADC 70 提供正交信号的滤波器60，并且第二接收机路径包括天线130、 LNA140、混频器150 以及给ADC 170提供正交信号的滤波器160。环路合成器390、 VCO调谐器360、 VCO 350以及"除以'N'"430设置用来将接收到的RF信号进行下变频的信号的频率。
虽然这里已经示出和描述了本发明的某些特征，但是，本领域技术人员将想到很 多的修改、替换、改变和等同。因此，应该理解，所附权利要求书旨在覆盖所有这些 落入本发明的真实精神之内的修改和改变。
权利要求
1.一种直接变频电路，包括用于处理第一被调制信号的第一接收机，以便提供来自第一接收路径的第一正交信号；以及用于处理第二被调制信号的第二接收机，以便提供来自第二接收路径的第二正交信号，其中，所述第一和第二接收路径被一起集成在同一设备上，并且，两者都工作在同一频率并且同为主动的。
2. 如权利要求l所述的直接变频电路，还包括 压控振荡器；在相应的所述第一和第二接收路径中的第一和第二混频器；以及 第一和第二差分缓冲器，所述第一和第二差分缓冲器将所述压控振荡器与所述第一 和第二混频器分离。
3. 如权利要求1所述的直接变频电路，其中，所述第一接收路径被耦合到第一天线， 并且所述第二接收路径被耦合到第二天线。
4. 一个系统，包括直接变频接收机，所述直接变频接收机具有第一和第二接收链，用于处理第一和第二被调制信号以提供正交信号，其中，所述第一和第二接收链被一起集成在同一设备上，且，两者都工作在同一频率并且同为主动的；处理器，所述处理器被耦合到所述直接变频接收机，用于处理所述正交信号；以及 静态随机访问存储器(设备，所述静态随机访问存储器设备被耦合到所述处理器，其中，所述直接变频接收机、所述处理器和所述静态随机访问存储器被包括在全球移动通讯系统通讯设备中。
5. 如权利要求4所述的系统，还包括 压控振荡器；耦合到所述压控振荡器的第一缓冲器，用于接收差分信号并具有耦合到所述第一接 收链的输出；以及耦合到所述压控振荡器的第二缓冲器，用于接收另一差分信号并具有耦合到所述第 二接收链的输出。
6. 如权利要求4所述的系统，还包括 用于接收所述正交信号的第一和第二模数转换器；以及耦合到所述第一和第二模数转换器的第一和第二滤波器，用于给所述处理器提供数 字数据。
7. 如权利要求6所述的系统，其中，所述第一和第二模数转换器被双时钟脉冲并且被多路复用，以使所述第一和第二模数转换器和对应的第一和第二滤波器被用于两个接收路径。
8. —种方法，包括在第一接收链中第一天线处接收信号； 在第二接收链中第二天线处接收信号；将在所述第一接收链中由所述第一天线接收的信号与提供同相和正交输出信号的压控振荡器的输出混频，以生成第一频率下变频信号；将在所述第二接收链中由所述第二天线接收的信号与提供同相和正交输出信号的压控振荡器的输出混频，以生成第二频率下变频信号；分别利用第一和第二被双时钟脉冲并且被多路复用的模数转换器对所述第一和第二频率下变频信号进行数字化；对经数字化的第一和第二频率下变频信号进行滤波；以及对滤波后的经数字化的第一和第二频率下变频信号进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种具有一个锁相环的双天线系统。其中，一种直接变频电路，包括用于处理第一被调制信号的第一接收机，以便提供来自第一接收路径的第一正交信号；以及用于处理第二被调制信号的第二接收机，以便提供来自第二接收路径的第二正交信号，其中，所述第一和第二接收路径被一起集成在同一设备上，并且，两者都工作在同一频率并且同为主动的。
文档编号H04B1/30GK101202554SQ20071018773
公开日2008年6月18日 申请日期2004年3月24日 优先权日2003年5月5日
发明者伊然·西格夫, 尼尔·宾希托克, 罗纳德·贾沃尔, 马尔科姆·史密斯 申请人:马维尔国际贸易有限公司