数字调制器和与之相关联的数模转换技术的制作方法

专利名称：数字调制器和与之相关联的数模转换技术的制作方法
数字调制器和与之相关联的数模转换技术
背景技术：
调制是相对于另一波形改变一个波形的过程。在电信中，调制用于通过通信信道 将数据从发射机传送到接收机。例如，在蜂窝电话、调制解调器和其他现代通信设备中的发 射机通常使用调制来高效地传送数据。虽然调制方案被广泛地用在通信系统中，但是先前的发射机已经包括了用于实施 期望模拟或数字调制技术的模拟电路。不过，发明人已经意识到模拟电路因为它的不灵活 性和通常消耗相对大量的功率而不太理想。因此，本发明人已经意识到最大可能性地尝试 以数字形式来调制波形是所期望的。数字电路的使用是有益的，因其与模拟解决方案相比， 通常提供较大的灵活性和较低的功耗。尤其是，较低的功耗使由电池供电的通信设备(例如 蜂窝电话)能够在不重新充电的情况下运行更长的时间段，这是很多终端用户都期望的特 征。


图1是根据一些实施例的包括数字调制器的发射机的框图。图2是图示了包括数字极性(polar)调制器的发射机的功能框图。图2A-2B示出了根据图2的实施例的波形图。图3是图示了包括IQ调制器的发射机的功能框图。图4是包括数模转换器的更详细实施例的发射机的框图。图5图示了可由图4的数模转换器生成的锯齿波形。图6是图示了根据一些实施例的方法的流程图。图7是示出了一些调制技术的一系列波形，在这些技术中，模拟数据被调制到载 波上。图8是示出了一些调制技术的一系列波形，在这些技术中，数字数据被调制到载 波上的。图9-10图示了根据一些实施例的包括数字上转换(up-conversion)元件的发射 机的例子。
具体实施例方式现在参考附图来描述发射机实施方式，其中自始至终同样的附图标记用来指代同 样的元素。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多特定的细节以提供对实施方式的透 彻理解。然而，显然地，这些实施方式可以在没有这些特定细节的情况下实现。鉴于先前的发射机已经使用了模拟电路来执行调制，本公开的一些方面提供了数 字电路来执行调制。例如，一些实施例包括数字调制器(例如微处理器或数字专用集成电路 (ASIC))，其中数模转换器(DAC)耦合到数字调制器的输出端。带通滤波器(例如LC谐振电 路)耦合到DAC的输出端以衰减由DAC提供的模拟波形中的无用(unwanted)频率分量。在 此更详细并进一步理解为，从编程观点看，此处提供的数字电路，在展现出良好的功耗的同时，还有助于提供灵活性，由此有助于向终端用户提供满足或超出其期望的通信设备。图1示出根据一些实施例的发射机100的一个例子。发射机100包括基带处理器 102、数字调制器104、数模转换器(DAC) 106、带通滤波器108、功率放大器110、和射频(RF) 天线112。如所示出的，它们被可操作地(operably)耦合。如下更详细地理解为，数字调制 器104生成多比特值的流(其总体表示已经将数据调制到其上的载波)，然后DAC 106将数 字数据转换成适合于通过天线112进行传输的模拟波形。基带处理器102包括提供频率控制字114的第一输出端和提供数字数据116 (例 如I-Q数据)的流的第二输出端。频率控制字114和数字数据116通常根据由时钟发生器 117提供的采样率来递送。频率控制字114可以是对应于，例如乘以恒定值的载波频率的多 比特值；并且，数字数据116的流通常指定在时间上载波频率将被如何调制。在接收到频率控制字114和数字数据116的流时，数字调制器104输出数字调制 的RF信号118。数字调制的RF信号118是基于频率控制字114和数字数据116这两者的 并根据采样率改变的时变多比特值。DAC 106将数字调制的RF信号118转换成模拟调制的波形120。带通滤波器108 在允许有用(wanted)信号122通过的同时从模拟调制的波形120中除去无用频率分量，其 中带通滤波器108可以组合在与DAC 106相同的集成电路上并可以在一些实施例中包括谐 振电路。然后，功率放大器110放大有用信号122，由此生成将通过天线112传送的RF信号 126。在一些实施例中，基带处理器102还可以调整带通滤波器108(如由可选控制信号 1 所指示)以允许有用信号122传到天线112。例如，控制信号IM可以调整带通滤波器 108中的电容器组以“调谐”滤波器以便当阻挡其他不希望的频率的同时允许载波频率通 过。可以理解的是，因为发射机100包括的是数字调制器104，而非先前方法中使用的 模拟调制器，所以能够将发射机100编程以方便各种通信技术的使用，同时也将功耗保持 在低水平上。因此，至少因为该理由和/或其他理由，包括数字调制器的发射机的各种实施 例是对先前已知的那些实施例的改进。图2示出了包括数字极性调制器201(例如图1的数字调制器104)的发射机200的 另一实施例。数字极性调制器201包括协调旋转数字计算机202、微分器(differentiator) 204、加法器206、相位累加器208、角度到振幅转换元件210以及数字乘法器212。如所示出 的，这些组件可操作地耦合。在许多实施例中，这些组件中的每一个都对时钟信号Fs起作用 并如在此进一步描述的那样促进采样，其中所述时钟信号Fs在时钟线213 (例如耦合到图 1的时钟发生器117)上被接收。尽管图2没有明确地描绘带通滤波器(例如谐振电路)、功 率放大器或天线，但是可以理解这些组件通常包括在例如图1中所示的实施方式中。现在结合图2A参考图2，数字极性调制器201的操作针对仅调幅(其中不存在调 相)来描述。仅调幅在基带处理器214向数字极性调制器201提供频率控制字216以及I-Q 格式的数字数据218时开始。协调旋转数字计算机202将I-Q数据218转换成极性数据222，其包括相位分量 θ (t)和振幅分量r(t)。连续极性数据值由时间Fs分隔开(S卩，根据时钟线213上提供的采 样率)，频率控制字216的连续数据值也是如此。这种配置的优点是其允许基带处理器214通过改变频率控制字216来改变信道频率(载波的频率)。微分器204对极性数据222求微分，由此以采样率提供多比特瞬时频率偏移值 223。每个瞬时频率偏移值223表示当前瞬时频率或相位相对于之前的连续瞬时频率或相 位的偏移。在每个采样间隔处，加法器206将频率控制字216与瞬时频率偏移值223相加，由 此在2 处提供瞬时相位偏移。如图2A所示，对于仅调幅而言，瞬时相位偏移2 是近似 恒定的，其中连续瞬时相位偏移值由采样间隔Fs分隔开。相位累加器208不断地累加连续多比特瞬时相位偏移224，由此在累加器输出端 226处提供瞬时相位。相位累加器208通常包括N比特锁存器，以使其输出端2 展现出 0SZS2〃-1的范围，其中K是任意时间内存储在相位累加器208中的N比特二进制数。 参见图2A中的数字226。因此，对于一些时钟周期，当瞬时相位偏移值2M被加到当前存储 在相位累加器208中的N比特二进制数(K)时，结果所得的N比特二进制数K超过2n-1，由 此导致相位累加器208溢出。因为累加器在这方面是基于模的(modular)，所以累加器输出 端226能够被解释为载波的N比特瞬时相位或“角度”。角度到振幅转换元件210 (在一些实施例中其包括存储正弦或余弦查找表的存储 器)接收该N比特瞬时相位226，并输出相应的多比特二进制数228。如图2A (210)中所 示，角度到转换元件将累加器输出端2 处的瞬时相位“映射”到数字波形的振幅值，例如 正弦或余弦波形。数字乘法器212接收多比特数2 的流，并且基于振幅分量r (t)选择性地修改该 流以产生表示调幅波形230的多比特数的流。因此，在图2A的所图示的例子中，波形228 的后一部分已经被调幅成在230处具有零振幅。这样，数字极性调制器201输出根据采样 率Fs变化的并且表示极性调制波形的多比特二进制数的流。图2B示出了另一例子，其中数字极性调制器201用于在数字极性调制器201的输 出端230处获得调幅调相波形。除了图示的那些以外，数字极性调制器还可以实现其他类 型的调制。图3示出了包括数字IQ调制器302 (例如图1的数字调制器104)的发射机300 的另一实施例。数字IQ调制器302包括相位累加器304，耦合到第一混合器308的角度到 余弦振幅转换元件306、耦合到第二混合器312的角度到正弦振幅转换元件310、以及加法 器314，如所示，所有这些组件都可操作地耦合。尽管图3没有明确地描绘带通滤波器(例如 谐振电路)、功率放大器或天线，但是，可理解的是这些组件通常包括在例如如图1中所示的 实施方式中。在操作期间，频率控制字316被提供给相位累加器304，其同样根据采样率Fs来累 加连续频率控制字。然后，累加值被输出到余弦和正弦振幅转换元件306、310(例如分别为 余弦和正弦查找表)。因此，指示余弦振幅的多比特值被提供给第一混合器308，在此其与Q 数据信号318混合。指示正弦振幅的另一多比特值被提供给第二混合器312，在此其与I数 据信号320混合。随后，混合信号在加法器314处求和以在322上生成表示将通过天线传 送的数字I-Q调制波形的多比特数的流。图4图示了另一发射机400 (例如发射机100、发射机200或发射机300)，其包括 具有耦合到带通滤波器406的差分输出端404的DAC 402。在图示的实施例中，带通滤波器406包括谐振电路，例如由电感器408和电容器410构成的L-C电路。在其它实施例中，带 通滤波器406可以包括表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器、双工器或某一其他类 型的谐振电路。在任何情况下，滤波器都适于从在DAC的输出端404处提供的模拟波形中 除去无用频率分量。当在输入端412接收到表示调制波形的多比特值的流时，DAC 402将多比特值的 流转换成适合于在输出端404处传输的模拟波形。为了促进该行为，DAC可以包括解码器 414和第一和第二变流源(分别为416、418)。第一变流源416耦合到差分输出端404的第一支路(leg) 420，并且第二变流源 418耦合到差分输出端404的第二支路422。每个变流源由多个单独可选电流源组成。所 述单独可选电流源包括与相应的电流源426a-^6f (例如MOS晶体管)串联的相应的开关 元件(例如，MOS晶体管)。每个开关元件能够包括可操作地耦合到总线428的 不同位线的栅极(gate)。为了达到说明的目的，图4示出了每个包括三个单独可选电流源 的变流源。然而，可以理解的是其他实施例可包括任意数目的单独可选电流源。另外，电流 源426a-^6f可以是恒流源或变流源，这需要根据实施方式来决定。例如，代替使用与电流 源426a串联的开关42 ，其他实施例可使用单个可变的或可切换的电流源来代替这两个 元件。为了强调图4的发射机400如何可以在其差分输出端404处产生如图5所示的锯 齿波形500的一个例子，使用下面的表1作为参考。可以理解的是，在实际的实施方式中， 将难以用DAC 402生成锯齿波形500。这是因为滤波器406的存在，该滤波器是带通类型 的，其通常将阻挡这样的锯齿波所必需的许多频率分量。尽管如此，以下讨论图5的锯齿示 例以说明电流源426a-426f和晶体管如何共同运作以在差分输出端404处获得 时变的模拟波形。从这一点来讲，在表1的例子中，在数字调制器的输出端412处提供三比特二进制 信号，并且，解码器414将该三比特二进制信号转换成总线4 上的六比特二进制信号。这 些多比特二进制信号随时间(T0-T9)改变以便选择性地将单独电流源426a-426f耦合到差 分输出端404以生成锯齿模拟波形500。
权利要求
1.一种在发射机中生成射频(RF)信号的方法，包括生成RF信号的多比特表示，其中RF信号的多比特表示根据采样率随时间改变；以及 通过使用具有耦合到DAC的输出端的谐振电路的数模转换器(DAC)将RF信号的多比 特表示转换成时变模拟RF信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中数字极性调制器生成RF信号的多比特表示。
3.如权利要求1所述的方法，其中生成RF信号的多比特表示包括 提供频率控制字的多比特表示；提供根据采样率随时间改变的相位数据的多比特表示；基于频率控制字和相位数据这二者提供多比特调相信号，其中多比特调相信号根据采 样率随时间改变。
4.如权利要求3所述的方法，其中生成RF信号的多比特表示还包括基于振幅数据来改变多比特调相信号以提供根据采样率随时间改变的多比特调幅调 相信号。
5.一种发射机，包括数字调制器，基于数据的多比特表示和频率控制字的多比特表示这二者来提供数字调 制的RF信号；数模转换器(DAC)，基于数字调制的RF信号来生成模拟调制的RF信号；以及 耦合到DAC的输出端的谐振电路，所述谐振电路从模拟调制的RF信号中滤出不希望的频率分量。
6.如权利要求5所述的发射机，其中DAC的输出端是单端输出端。
7.如权利要求5所述的发射机，其中DAC的输出端是差分输出端。
8.如权利要求7所述的发射机，其中DAC包括 耦合到差分输出端的第一支路的第一变流源；以及 耦合到差分输出端的第二支路的第二变流源。
9.如权利要求8所述的发射机，其中第一变流源包括耦合到差分输出端的第一支路的多个电流源； 其中第二变流源包括耦合到差分输出端的第二支路的多个电流源； 其中第一变流源中的多个电流源和第二变流源中的多个电流源被安排成针对数字调 制的RF信号的不同值协作地递送不同的电流到差分输出端的第一和第二支路。
10.如权利要求8所述的发射机，其中第一变流源包括与第一电流元件串联的第一开关元件，其中所述第一开关元件被耦合在第一电流元件 和差分输出端的第一支路之间；以及与第二电流元件串联的第二开关元件，其中所述第二开关元件被耦合在第二电流元件 和差分输出端的第一支路之间；其中所述第一和第二开关元件被安排成针对数字调制的RF信号的不同值协作地递送 不同的电流到差分输出端的第一支路。
11.如权利要求5所述的发射机，其中所述谐振电路包括下列三个元件中的至少一 个表面声波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器或双工器。
12.如权利要求5所述的发射机，其中所述谐振电路包括LC电路，所述LC电路包括与电容器并联的电感器。
13.如权利要求12所述的发射机，其中LC电路中的电容器包括被安排成为LC电路提 供可调整电容的电容器组。
14.如权利要求5所述的发射机，其中数字调制器包括接收I-Q格式的数据以产生数 字调制的RF信号的数字I-Q调制器。
15.如权利要求14所述的发射机，其中所述数字I-Q调制器包括 相位累加器，基于连续频率控制字来提供累加值；角度到余弦振幅转换元件，将所述累加值转换成余弦振幅值； 第一混合器，将余弦振幅值与Q数据信号混合以提供第一混合值； 角度到正弦振幅转换元件，将累加值转换成正弦振幅值；第二混合器，将正弦振幅值与I数据信号混合以提供第二混合值，其中I数据信号相对 于Q数据信号有90度的相移；以及加法器，将第一混合值和第二混合值求和。
16.如权利要求5所述的发射机，其中所述数字调制器包括数字极性调制器，所述数 字极性调制器接收极性格式的数据以产生数字调制的RF信号。
17.—种包括数字调制器的电路，所述数字调制器包括微分器，以采样率接收连续相位值并且基于相位值来提供微分相位值； 加法器，基于微分相位值和频率控制字这二者来以采样率提供连续瞬时相位偏移值； 相位累加器，基于瞬时相位偏移值以采样率提供连续瞬时相位值；以及 角度到振幅转换器，以采样率将瞬时相位值转换成调相波的多比特表示。
18.如权利要求17所述的电路，其中所述数字调制器还包括乘法器，以采样率接收连续振幅值和调相波的多比特表示；并且所述乘法器输出根据 采样率随时间改变的多比特调幅调相信号。
19.如权利要求17所述的电路，还包括数模转换器(DAC)，基于调相波的多比特表示来产生模拟调制的RF信号。
20.如权利要求19所述的电路，还包括数字上转换元件，可操作地耦合在DAC和角度到振幅转换器之间，其中所述数字上转 换元件将调相波的频率从第一频率增加到第二频率。
21.如权利要求19所述的电路，还包括谐振电路，耦合到DAC的输出端并且适于从模拟调制的RF信号中滤出不希望的频率分量。
22.如权利要求18所述的电路，还包括基带处理器，向数字调制器提供连续相位值和频率控制字这二者，其中所述频率控制 字与通过其传送调相波的频道相关联。
23.如权利要求22所述的电路，其中基带处理器提供I-Q格式的相位值，所述电路还 包括协调旋转数字计算机，将I-Q格式的相位值转换成极性格式的相位值。
24.一种在发射机中生成射频(RF)信号的方法，包括提供频率控制字的多比特表示，其中频率控制字与载波频率相关联；根据采样率来提供数据的多比特表示；基于数据的多比特表示和频率控制字的多比特表示这二者来提供多比特数字调制的 RF信号；将多比特数字调制的RF信号转换成模拟RF信号； 通过使用谐振电路从模拟RF信号中除去无用频率分量。
全文摘要
本发明涉及数字调制器和与之相关联的数模转换技术。在此公开的一些实施例涉及发射机。该发射机包括数字调制器，所述数字调制器适于基于数据的多比特表示和载波的多比特表示来提供数字调制的RF信号。数模转换器(DAC)，适于基于数字调制的RF信号来生成模拟调制的RF信号。谐振电路，耦合到DAC的输出端并且适于从模拟调制的RF信号中滤出不希望的频率分量。
文档编号H04L25/03GK102143110SQ20111003423
公开日2011年8月3日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月3日
发明者瓦格纳 E. 申请人:英飞凌科技股份有限公司