专利名称：集成于单芯片上的fm发射器和非fm接收器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子装置，且更具体来说涉及一种用于无线装置的调频(FM) 发射器。
背景技术：
无线装置可包括可支持多个无线通信系统的通信的多个发射器和多个接收器。发射器可产生以无线装置发送的数据调制的输出射频(RF)信号，且可经由无线信道发射所述输出RF信号。接收器可从基站接收RF信号，且可处理所述接收到的RF信号以获得基站发送的数据。发射器和接收器可实施系统使用的无线电技术。无线装置还可包括FM发射器。FM发射器可将音频输出转换为输出FM信号，且可将输出FM信号发射到汽车无线电或某一其它设备。FM发射器可允许无线装置向在某些情境下可能为优选的另一设备提供音频输出。需要在无线装置上有效地实施FM发射器。
图1展示无线装置的框图。图2展示FM发射器的框图。图3展示数字FM调制器的框图。图4展示数字FM信号的频谱曲线。图5A展示低通滤波器的频率响应。图5B展示另一低通滤波器的频率响应。图6展示Mllen-Key低通滤波器的示意图。图7展示用于执行FM调制的过程。
具体实施例方式词语“示范性”在本文中用以表示“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何设计未必解释为较其它设计来说为优选或有利的。图1展示无线装置100的示范性设计的框图。为了简单起见，仅FM发射器120和非FM接收器130展示于图1中。非FM接收器130可为用于码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、全球定位系统(GPS)、医疗植入式通信系统(MICS)或某一其它非FM无线电技术的接收器。无线装置100还可包括用于其它无线电技术的其它发射器和接收器，所述其它发射器和接收器为了简单起见并未展示于图1中。FM发射器120和非FM接收器130 可实施于集成电路(IC)芯片110上，以便减小成本和大小并获得其它益处。IC芯片110可用于模拟IC、RF IC(RFIC)、混频信号IC、专用集成电路(ASIC)等。FM发射器120接收数字输入信号(例如，针对音频输出)，以数字输入信号执行FM 调制，且产生输出FM信号。输出FM信号经由天线IM而发射且具有来自衬垫122的非所要 RF泄漏。天线134从基站和/或其它发射器台接收RF信号，且向非FM接收器130提供接
4收到的RF信号。来自衬垫122的非所要RF泄漏还经由衬垫132耦合到非FM接收器130。 非FM接收器130处理(例如，放大、滤波、解调和数字化)接收到的RF信号且提供基带输出信号。如图1中所展示的FM发射器120和非FM接收器130在同一 IC芯片110上的集成可由于若干原因而具有挑战性。首先，来自FM发射器120的输出FM信号的信号电平可为高。尽管输出FM信号可以76到108兆赫兹(MHz)之间的相对低频率为中心，但FM信号的谐波(其也称为FM谐波)可以从数百MHz到数千兆赫(GHz)的较高频率存在。当FM发射器120和非FM接收器130集成于同一 IC芯片上且非FM接收器130具有高敏感性要求时，FM谐波可干扰非FM接收器130。如果要求接收器接收处于极低接收到的功率电平(例如，-102dBm)的所要信号，那么接收器可视为具有高敏感性要求。FM谐波可从衬垫122耦合到衬垫132且还从天线IM耦合到天线134。当所述两个衬垫在同一 IC芯片上时，衬垫到衬垫耦合可为更严重的；且天线到天线耦合可为较不严重的。在任何状况下，所耦合的 FM谐波可出现于所接收到的RF信号中的所要信号处或附近，且可严重地妨碍非FM接收器 130恢复所要信号的能力。图2展示FM发射器120的示范性设计的框图，其可具有FM谐波到非FM接收器 130的较少耦合。在FM发射器120内，数字FM调制器210接收数字输入信号(例如，针对音频输出)，以数字输入信号执行FM调制，且提供数字FM信号。低通滤波器220接收数字 FM信号，对数字FM信号进行滤波以使可能干扰非FM接收器130的谐波衰减，且提供经滤波的FM信号。功率放大器(Amp) 230放大经滤波的FM信号以获得所要输出信号电平且提供输出FM信号。功率放大器230也可称为驱动器放大器、输出放大器等。LC储能电路(tank circuit) 240由可变电容器242和电感器244形成且作为带通滤波器操作。LC储能电路 240对输出FM信号进行滤波以使处于所选择FM频率的所要FM信号通过且使FM谐波和噪声衰减。经由天线1 发射输出FM信号。天线134向非FM接收器130提供接收到的RF信号。在非FM接收器130内，低噪声放大器(LNA) 250放大接收到的RF信号并提供经放大的RF信号。解调器260进一步处理(例如，滤波、解调和数字化)经放大的RF信号且提供基带输出信号。在展示于图2中的示范性设计中，数字FM调制器210、低通滤波器220、功率放大器230和电容器242可实施于IC芯片110上。电感器244可实施于IC芯片110外部(如图2中所展示)或IC芯片110上。图2展示FM发射器120的示范性设计。大体来说，FM发射器可包括滤波器、放大器等任何数目个级。电路块也可不同于展示于图2中的配置而布置。图3展示FM发射器120内的数字FM调制器210的示范性设计的框图。数字FM 调制器210使用锁相回路(PLL) 310执行数字FM调制。如本文中所使用，数字FM调制指代振荡器信号的获得数字调频信号(即，数字FM信号)的调频。在PLL 310内，相位-频率检测器312接收参考信号和反馈信号、比较所述两个信号的相位，且提供指示所述两个信号之间的相位差/误差的检测器信号。电荷泵314产生与检测到的相位误差成比例的误差信号。回路滤波器316对误差信号进行滤波且为压控振荡器(VCO) 318提供控制电压。回路滤波器316调整所述控制电压，使得反馈信号的频率锁定到参考信号的频率。VCO 318产生振荡器信号，所述振荡器信号具有由来自回路滤波器316的控制电压确定的频率。多模数除法器320使振荡器信号的频率除以可变除法器因数并提供反馈信号。固定的除法器330使振荡器信号除以固定的除法器比率(例如，2、4等)，并提供数字FM信号。Δ-Σ (Δ Σ )调制器322以相对低的输入速率接收具有多个位(例如，16个或 16个以上位)的分辨率的数字输入信号，且以高输出速率产生具有同一分辨率但使用一个或少许位的调制器输出信号。求和器3Μ对调制器输出信号与对应于所选择FM信道的偏移值求和，并提供多模数除法器320的可变除法器因数。尽管在图3中未展示，但预失真单元可在Δ Σ调制器322之前插入且可针对PLL 310中的增益和相位失配对数字输入信号执行预失真。预失真单元可执行数字增益和/或相位等化以减轻PLL闭合回路带宽对FM调制的效应。Δ Σ调制器322可接着接收经预失真的输入信号而非数字输入信号。PLL 310将反馈信号的频率锁定到参考信号的频率。因此，改变除法器320的除法器比率将引起来自VCO 318的振荡器信号的频率的改变。数字FM调制通过以下操作来实现以通过数字输入信号的瞬时偏差调制振荡器信号的频率的方式控制除法器320的除法器比率。图3展示数字FM调制器210的示范性设计，所述数字FM调制器210也可以其它方式来实施。在另一示范性设计中，数字FM调制器210可执行直接FM VCO调制。此情形可通过在回路滤波器316的输入端处施加求和器324的输出而实现。在又一示范性设计中，数字FM调制器210可执行数字I/Q调制。此可通过以下各项实现；(i)对数字输入信号进行积分，(ii)对经积分的信号进行余弦和正弦运算，以及(iii)使用单边带(SSB)调制器将余弦和正弦分量上变频为载波频率。在又一示范性设计中，数字FM调制器210可执行2-点调制。此可通过以下各项实现(i)经由低通调制路径调制除法器320的可变除法比率或参考信号，以及(ii)经由高通调制路径调制VCO 318。还可以其它方式执行数字FM 调制。图4展示来自数字FM调制器210的数字FM信号的频谱曲线。数字FM信号类似于处于所选择FM频率fFM的数字时钟信号且含有窄带FM调制。FM频率fFM在76到108MHz的范围内且可由用户选择。归因于其类时钟波形，数字FM信号含有处于所选择FM频率的强的所要信号分量以及处于频率3fFM、5fFM、7fFM等的奇次FM谐波。FM谐波中的一些可属于CDMA 系统、GSM系统、GPS等使用的频带。举例来说，第15FM谐波可落于用于GPS的1575. 42MHz 附近且可使GPS接收器的性能降级，所述GPS接收器可具有高敏感性要求且可能更容易受干扰影响。需要使数字FM信号中的FM谐波衰减，尤其是使可属于由非FM接收器130覆盖的频带的那些FM谐波衰减。图5A展示FM发射器120内的低通滤波器220的示范性设计的频率响应510。在此示范性设计中，频率响应510具有覆盖FM频率范围的相对平坦的通频带，且以低通滤波器220的阶数确定的速率逐渐下降。可通过较高阶低通滤波器获得更多衰减。频率响应 510可用以提供处于高频率的FM谐波的更多衰减。图5B展示低通滤波器220的另一示范性设计的频率响应520。在此示范性设计中，频率响应520具有处于频率fn。t。h的凹口，且从3dB带宽频率更急剧下降。所述凹口可用以以较高FM谐波的较小衰减为代价提供一个或一个以上FM谐波的较大衰减。凹口还可
6放置于特定频率(例如，GPS频率)处以获得此频率处的FM谐波的高衰减。图5A和图5B展示低通滤波器220的两个示范性设计的频率响应。还可通过其它低通滤波器设计获得其它频率响应。大体来说，合适的频率响应可基于例如以下各项等各种因素来选择FM发射器120的所要性能、非FM接收器130的要求等。举例来说，如果非 FM接收器130为GPS接收器且需要第15FM谐波的较大衰减，那么可使用图5A中的频率响应510。如果非FM接收器130为以低频带操作的CDMA或GSM接收器且需要低FM谐波的较大衰减，那么可使用图5B中的频率响应520。图6展示低通滤波器220的示范性设计的示意图，所述低通滤波器220通过二阶 Mllen-Key低通滤波器来实施。在低通滤波器220内，具有值R1的电阻器612具有一个接收数字FM信号的末端和耦合到节点A的另一末端。具有值&的电阻器614耦合于节点A 与N通道金属氧化物半导体(NMOQ晶体管620的栅极之间。具有值C1的电容器616耦合于NMOS晶体管620的栅极与电路接地之间。具有值C2的电容器618耦合于节点A与NMOS 晶体管620的源极之间。NMOS晶体管620作为源极随耦器进行耦合，且使其漏极耦合到电源电压VDD，且其源极提供经滤波的FM信号。电流源622耦合于NMOS晶体管620的源极与电路接地之间，且为NMOS晶体管620提供偏置电流。NMOS晶体管620具有为的有限输出阻抗，其由耦合于NMOS晶体管620的源极与电路接地之间的电阻器拟4模型化。如图6中所展示的具有拥有有限输出阻抗的放大器的二阶Mllen-Key低通滤波器的转移函数H(S)可表达为
权利要求
1.一种集成电路，其包含调频(FM)发射器，其接收数字输入信号、以所述数字输入信号执行FM调制，且提供输出FM信号；以及非FM接收器，其接收射频(RF)信号，对所述接收到的RF信号执行解调，且提供基带输出信号。
2.根据权利要求1所述的集成电路，所述FM发射器包含数字FM调制器，其以所述数字输入信号执行FM调制且提供数字FM信号，以及低通滤波器，其对所述数字FM信号进行滤波且提供经滤波的FM信号。
3.根据权利要求2所述的集成电路，所述数字FM调制器包含锁相回路(PLL)，其包含多模数除法器以使振荡器信号的频率除以可变除法器比率，以及Δ - Σ调制器，其接收所述数字输入信号，且产生用以获得所述可变除法器比率的调制器输出信号。
4.根据权利要求2所述的集成电路，所述低通滤波器包含Mllen-Key低通滤波器。
5.根据权利要求2所述的集成电路，所述低通滤波器使处于所选择FM频率的所要信号分量通过，且衰减所述数字FM信号的属于所述非FM接收器的频带的谐波。
6.根据权利要求1所述的集成电路，所述非FM接收器包含码分多址(CDMA)接收器、全球移动通信系统(GSM)接收器或全球定位系统(GPQ接收器。
7.一种设备，其包含数字调频(FM)调制器，其接收数字输入信号、以所述数字输入信号执行FM调制，且提供数字FM信号；以及低通滤波器，其对所述数字FM信号进行滤波且提供经滤波的FM信号。
8.根据权利要求7所述的设备，所述数字FM调制器包含锁相回路(PLL)，其包含多模数除法器以使振荡器信号的频率除以可变除法器比率，以及Δ - Σ调制器，其接收所述数字输入信号，且产生用以获得所述可变除法器比率的调制器输出信号。
9.根据权利要求7所述的设备，所述低通滤波器包含Mllen-Key低通滤波器。
10.根据权利要求9所述的设备，所述Mllen-Key低通滤波器包含具有栅极和源极的金属氧化物半导体(M0Q晶体管，所述源极提供所述经滤波的FM信号，串联耦合且耦合到所述MOS晶体管的所述栅极的第一和第二电阻器， 第一电容器，其耦合于所述MOS晶体管的所述栅极与电路接地之间，以及第二电容器，其耦合到所述MOS晶体管的所述源极以及所述第一和第二电阻器。
11.根据权利要求10所述的设备，所述Mllen-Key低通滤波器具有由所述MOS晶体管的有限输出阻抗形成的凹口。
12.根据权利要求7所述的设备，所述低通滤波器具有至少一个凹口且在每一凹口频率处提供较大衰减。
13.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含放大器，其放大所述经滤波的FM信号且提供输出FM信号；以及 LC储能电路，其通过带通响应对所述输出FM信号进行滤波。
14.根据权利要求7所述的设备，所述数字FM信号包含处于所选择FM频率的所要信号分量和奇次谐波，且所述低通滤波器使处于较高频率的所述奇次谐波衰减。
15.一种设备，其包含数字调频(FM)调制器，其接收数字输入信号、以所述数字输入信号执行FM调制，且提供数字FM信号；以及LC储能电路，其对所述数字FM信号执行滤波且提供输出FM信号。
16.根据权利要求15所述的设备，所述LC储能电路包含并联耦合的可变电容器和电感器，所述可变电容器基于所选择FM频率进行调整。
17.根据权利要求16所述的设备，所述数字FM调制器和所述可变电容器实施于集成电路(IC)芯片上，且所述电感器实施于所述IC芯片外部。
18.—种无线装置，其包含数字调频(FM)调制器，其接收数字输入信号、以所述数字输入信号执行FM调制，且提供数字FM信号；以及小型天线，其发射基于所述数字FM信号产生的输出FM信号，所述小型天线具有小于最高FM频率的四分之一波长的大小。
19.一种执行调频(FM)的方法，其包含以数字输入信号执行数字FM调制以获得数字FM信号；以及对所述数字FM信号进行低通滤波以获得经滤波的FM信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含 放大所述经滤波的FM信号以获得输出FM信号；以及对所述输出FM信号进行带通滤波。
21.根据权利要求19所述的方法，所述执行数字FM调制包含使振荡器信号的频率除以可变除法器比率，以及对所述数字输入信号执行Σ调制以获得所述可变除法器比率。
22.根据权利要求19所述的方法，所述低通滤波包含以具有凹口的低通滤波器对所述数字FM信号进行低通滤波。
23.一种用于执行调频(FM)的设备，其包含用于以数字输入信号执行数字FM调制以获得数字FM信号的装置；以及用于对所述数字FM信号进行低通滤波以获得经滤波的FM信号的装置。
24.根据权利要求23所述的设备，其进一步包含用于放大所述经滤波的FM信号以获得输出FM信号的装置；以及用于对所述输出FM信号进行带通滤波的装置。
25.根据权利要求23所述的设备，所述用于执行数字FM调制的装置包含用于使振荡器信号的频率除以可变除法器比率的装置，以及用于对所述数字输入信号执行Σ调制以获得所述可变除法器比率的装置。
全文摘要
示范性实施例包括可实施于同一IC芯片上的调频(FM)发射器和非FM接收器。所述FM发射器可包括数字FM调制器、低通滤波器、放大器和LC储能电路。所述数字FM调制器可接收数字输入信号，以所述数字输入信号执行FM调制，且提供数字FM信号。所述低通滤波器可对所述数字FM信号进行滤波且提供经滤波的FM信号。所述放大器可放大所述经滤波的FM信号且提供输出FM信号。所述LC储能电路可对所述输出FM信号进行滤波。所述数字FM调制器可通过改变PLL内的多模数除法器的可变除法器比率来执行FM调制。Δ-∑调制器可接收所述数字输入信号，且产生用以获得所述可变除法器比率的调制器输出信号。
文档编号H04B1/52GK102217204SQ200980146098
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月19日 优先权日2008年11月19日
发明者曾义, 林义乡, 潘祖王 申请人:高通股份有限公司