专利名称：射频前端电路、滤波校正系统以及调谐射频前端电路的方法
技术领域：
本发明有关于调谐(time)具有嵌入式天线的射频(radio-frequency，RF)前端 (front-end)电路，特别有关于一种通过使用片上(on-chip)负跨导(trans-conductance) 电路调谐射频前端电路至期望的射频频宽以形成振荡器的方法、射频前端电路以及滤波校正系统。
背景技术：
射频接收器被广泛应用于电视、蜂窝电话、寻呼器、全球定位系统(global positioning system, GPS)接收器、有线调制解调器、无线电话、接收射频信号的无线电与其他设备。举例来说，在美国，对于调频(frequency modulate，以下简称为FM)音频传输， FM音频信号广播于频率76MHz至108MHz的带宽中。在传统接收地面(terrestrial)音频传输的系统中，通常使用滤波电路以滤除经由天线接收的信号频谱中的不需要的部分。因此，上述滤波电路(至少一部分)，将输入信号调谐至期望的信道或射频信号频谱的一部分。举例来说，对于FM地面音频传输，上述滤波电路可帮助将接收器调谐至期望的FM信道。FM接收器通常使用耳机线(headphone wires)作为主要的长天线。其存在的问题是，在耳机与接收器断开连接后，就没有信号接收。因此，现在用户需要具有嵌入式天线的接收器，其中嵌入式天线应提供用于接收FM信号的支持。类似地，在某些应用中，用户需要可从数字图书馆(digital library)设备得到音乐并将其在FM带宽上发送的发送器电路，举例来说，以在驾驶时在车载无线电上播放。上述FM发送器亦使用嵌入式天线用于发送。图1为形成于印制电路板(printed circuit board,以下简称为PCB) 10上的嵌入式天线12的示意图。嵌入式天线12可通过多种不同方式形成，例如其下没有接地层 (ground layer)的PCB走线(trace)。嵌入式天线12亦可由缠饶在诸如移动电话的设备的外壳的简单饶线(wire)形成。嵌入式天线12用作FM与其他广播应用的天线。嵌入式天线12，其长度远小于透过嵌入式天线12接收的信号的信号波长(wave length)，其等效电路模型仅为电容器，这里称之为CANT。举例来说，嵌入式天线12的等效电容器Cant的范围可为 l-10pF。相对于用于FM接收的传统长天线来说，嵌入式天线12的接收低数十dB。为了提高天线输出端的信号等级，可使用分流电感器与嵌入式天线12的等效电容谐振(resonance) 以形成高谐振(高Q)，从而获得电压增益。因接收带宽所期望的带宽宽度通常为宽带，必须调谐为槽(tank)谐振频率。在背景技术中，是使用可调谐片上电容器阵列，包含经由开关并联的多个电容器分支，以转换谐振频率。然而，背景技术中仍存在问题，即如何自动并精确地测量槽的谐振频率以将其调谐至适当数值。因此，需要一种改进的调谐嵌入式天线系统的方法。
发明内容
为解决以上技术问题，特提供以下技术方案本发明实施例提供一种射频前端电路，包含可调谐滤波器；负跨导电路，耦接于可调谐滤波器，以产生调谐振荡信号；计数器，用于决定调谐振荡信号的频率；以及控制电路，用于通过调整可调谐滤波器以移动调谐振荡信号的频率，直到调谐振荡信号的频率落在可接受的频率范围内，其中可接受的频率范围对应于期望的信道频带。本发明实施例另提供一种用于射频前端电路的滤波校正系统，包含可调谐滤波器，用于通过调整调谐控制信号被调谐至期望的信道，其中可调谐滤波器可横跨包含多个信道的频率频谱而调谐；负跨导电路，耦接于可调谐滤波器，以在校正模式中产生调谐振荡信号；以及控制电路，用于接收基在调谐振荡信号的反馈信号，从而通过调整可调谐滤波信号以移动调谐振荡信号的频率，直到调谐振荡信号的频率落在可接受的频率范围内，其中可接受的频率范围对应于期望的信道频带。本发明实施例另提供一种调谐射频前端电路的方法，包含利用耦接于可调谐滤波器的负跨导电路，产生调谐振荡信号；决定调谐振荡信号的频率；以及通过调整可调谐滤波器以移动调谐振荡信号的频率，直到调谐振荡信号的频率落在可接受的频率范围内， 其中可接受的频率范围对应于期望的信道频带。以上所述的射频前端电路、滤波校正系统以及调谐射频前端电路的方法，通过使用反馈环路，可快速、自动地调谐射频前端电路的频率。
图1为形成于PCB上的嵌入式天线的示意图。图2为射频前端电路的功能方框图。图3为通过图2中所示射频前端电路执行的频率调谐方法的流程图。图4为射频收发器前端电路的详细方框图。图5为模拟部分射频收发器前端电路以及其对产生的谐振槽的振荡频率的影响的等效电路图。图6为射频接收器前端电路的方框图。图7为射频发送器前端电路的方框图。
具体实施例方式在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在说明书及权利要求书中所提及的“包含”为开放式的用语，因此，应解释成“包含但不限定在”。此外，“耦接”一词在这里包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接在第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。本发明提供一种具有增强的调谐方法的射频前端电路。图2为射频前端电路100的功能方框图。射频前端电路100包含可调谐滤波器102，其由控制电路112输出的调谐控制信号124控制。负跨导电路104连接至可调谐滤波器102。谐振时，负跨导电路104的负跨导抵销射频前端电路100中的其他元件的槽损失，以维持振荡并产生调谐振荡信号122。计数器110测量调谐振荡信号122的振荡频率以计算一个计数值。在调谐程序期间，在一个计数周期内，计数器110对调谐振荡信号122接收的脉波的数量计数，以计算上述计数值。同时，在片上精密频率的协助下，控制电路112计算射频前端电路100被适当地调谐至正确频率，即期望的信道频带时，调谐振荡信号122在计数周期内的预期的脉波数量。然后，计数器110将计数值输出至控制电路112，以让控制电路112将计数值与预期的脉波数量比较。若从计数器110接收的计数值足够接近控制电路112计算的预期的值，或在预定范围内，则认为射频前端电路100被适当地调谐。若计数值不处于预期的值的预定范围内，则控制电路112改变调谐控制信号124的值以调整可调谐滤波器102，从而调整调谐振荡信号122的振荡频率。一旦调谐振荡信号122的振荡频率处于期望的信道频带的可接受的范围内，控制电路112锁存(latch)调谐控制信号124的期望值，然后负跨导电路104 被禁能以用于普通模式操作。负跨导电路104产生用于调整或调谐射频前端电路100的频率的调谐振荡信号122。计数器110对调谐振荡信号122的振荡频率计数并将上述计数值提供至控制电路112作为反馈。使用可调谐滤波器102、负跨导电路104、计数器110、以及控制电路112构成的反馈环路，射频前端电路100的频率可被快速、准确、以及自动地调谐。图3为通过图2中所示的射频前端电路100执行的频率调谐方法的流程图。在步骤150中，为射频前端电路100选择期望的调谐频率。在步骤152中，调谐振荡信号122利用负跨导电路104与可调谐滤波器102的结合产生。然后，在步骤154中，通过计数器110 对调谐振荡信号122的频率计数。然后，在步骤156中，控制电路112决定调谐振荡信号 122的频率是否处于期望的调谐频率的可接受频率范围内。若是，则执行步骤160。否则， 执行步骤158。在步骤158中，控制电路112利用调谐控制信号IM调整可调谐滤波器102 以转换调谐振荡信号122的频率。上述调谐方法在步骤160中结束。图4为根据本发明一个实施例的射频收发器前端电路300的详细方框图。图5为模拟部分射频收发器前端电路300及其对产生的谐振槽的振荡频率的影响的等效电路图。 分流电感器306与所有连接至射频端口的电容的和谐振，且产生的谐振频率等于期望的信道频带。可调谐电容电路308可被控制以针对不同的期望射频信道调谐(转换)上述谐振频率。在图4所示的实施例中，图4的负跨导电路304对应于图2的负跨导电路104，图 4的分流电感器306与可调谐电容电路308对应于图2的可调谐滤波器102，图4的数字计数器310对应于图2的计数器110，以及图4的数字信号处理器(DSP) 312对应于图2的控制电路112。嵌入式天线302用于发送或接收射频信号，且嵌入式天线302可仿真为等效电阻 Rant与等效电容Cant的串接。射频收发器前端电路300可用于支持射频信号的接收与发送， 其中射频信号处于76MHz至108MHz的调频广播频带。射频收发器前端电路300满足下述目标将十分受欢迎，即自动将嵌入式天线302 调谐至76MHz至108MHz的FM频带内的期望的FM信道。通过射频收发器前端电路300提供的调谐灵活性(flexibility)亦允许使用多种嵌入式天线配置，使得上述电路可用于多种不同的产品中。在一个实施例中，集成电路325用于整合射频收发器前端电路300的数个元件。 在下文的描述中，“片上”元件位于集成电路325之上，而“片外”元件不位于集成电路325 之上。举例来说，在一个实施例中，所有片外元件与集成电路325，都排布在PCB 305上，且 PCB具有其自身的等效电容Cpcb。在一个实施例中，分流电感器306位于片外，并用于与嵌入式天线302的电容Cant 谐振。分流电感器306以等效电感Lsh实现。可调谐电容电路308为可变片上电容电路，依据应用可为离散的或连续的，并且由片上DSP 312输出的调谐控制信号3M控制。可调谐电容电路308以等效电感器Cvak实现。片上负跨导电路304用于提供负跨导以及与谐振槽振荡。负跨导电路304被模拟为等效电阻R_gm与等效电容C’的并联。在谐振时，负跨导电路304的负跨导抵销射频收发器前端电路300中的其他元件的槽损失，以维持振荡并产生调谐振荡信号322。在一个实施例中，可调谐电容电路308包含电容器阵列，且可以是片上或片外元件。可调谐电容电路308的电容值可以是离散的或连续的，以及可调谐电容电路308由调谐控制信号3M控制，而此控制可以是数字式、模拟式、或数字与模拟混合式。在一个实施例中，可调谐电容电路308为可调谐电容阵列，以及可调谐电容电路 308与分流电感器306都连接在使用分流配置的信号路径。在另一实施例中，如图5所示， 嵌入式天线302与分流电感器306是片外元件，而负跨导电路与可调谐电容电路308是片上元件。在校正模式期间，负跨导电路304被使能，以及数字计数器310参考一个参考频率 CLKref以测量调谐振荡信号322的振荡频率。参考频率CLKref大致上为恒定频率频率，可用作对其他信号计数的参考。举例来说，参考频率CLKref可以是晶体产生的^MHz频率。 数字计数器310与参考频率CLKref都可整合为片上元件。在参考频率CLKref指示的计数周期内，数字计数器310通过对调谐振荡信号322的脉波计数来计算计数值，以协助调谐程序。在调谐程序期间，在一个计数周期内，数字计数器310对调谐振荡信号322的接收的脉波数量计数，以计算计数值。同时，DSP 312计算调谐振荡信号322的预期的脉波数量， 此预期的脉波数量是射频收发器前端电路300被适当地调谐至正确频率时，在计数周期内应当接收的数量。然后，数字计数器310将计数值输出至DSP 312，以让DSP 312将计数值与预期的脉波数量比较。若从数字计数器310接收的计数值足够接近DSP 312计算的预期的值，或处于预定范围内，则认为射频收发器前端电路300被适当地调谐。若计数值不处于预期的值的预定范围内，则DSP 312改变调谐控制信号3M的值以调整可调谐电容电路308 的可变电容Cvak，从而调整调谐振荡信号322的振荡频率。一旦调谐振荡信号322的振荡频率处于可接受的范围内，DSP312锁存调谐控制信号3M的所需值，然后负跨导电路304被禁能以用于普通模式操作。因此，使用上述调谐方法，负跨导电路304产生用于调整或调谐射频收发器前端电路300的频率的调谐振荡信号322。数字计数器310对调谐振荡信号322 的振荡频率计数并将上述计数值提供至DSP 312作为反馈。使用反馈环路，射频收发器前端电路300的频率可被快速、自动地调谐。请继续参考图4。射频收发器前端电路300具有发送射频信号与接收射频信号的功能。对于接收射频信号，片上低噪声放大器(以下简称为LNA) 314用于放大透过嵌入式天线302接收的接收射频信号，以产生放大的接收射频信号。片上接收混频器316用于对放大的接收射频信号进行频率下转换以用于后续处理。LNA 314的输入阻抗可模拟为等效电阻Rma与等效电容Cm的并联。对于发送射频信号，片上功率放大器(以下简称为PA) 318用于放大将发送的射频信号，以产生透过嵌入式天线302发送的放大的发送射频信号。PA 318可实现为等效电容 Cpa与等效电阻Rpa及等效电流源Ipa的并联。图6为射频接收器前端电路400的方框图。与图4中所示的射频收发器前端电路 300不同，射频接收器前端电路400仅接收射频信号但不包含发送器功能。因此，用于发送射频信号的PA 318未包含在射频接收器前端电路400中。对于射频接收器前端电路400 中的所有其他元件，其功能与上文对于射频收发器前端电路300的描述相同。图7为射频发送器前端电路500的方框图。与图4中所示的射频收发器前端电路 300不同，射频发送器前端电路500仅发送射频信号但不包含接收器功能。因此，用于接收射频信号的LNA 314与混频器316未包含在射频发送器前端电路500中。对于射频发送器前端电路500中的所有其他元件，其功能与上文对于射频收发器前端电路300的描述相同。射频收发器前端电路300、射频接收器前端电路400、以及射频发送器前端电路 500十分适合接收或发送FM无线电信号。嵌入式天线302的长度可小于λ/4，甚至更小于 λ/10，其中波长λ与用于发送或接收信号的射频前端电路所需的调谐频率有关。本发明提出的调谐方法除简单之外，使用本发明提出的解决方案的另一主要优势为，用于接收器或发送器的调谐算法与用于产生本地振荡器的合成器(synthesizer)中使用的片上电压控制振荡器(以下简称为VC0)的调谐方法十分类似。因此，VCO与嵌入式天线调谐可重用同一数字硬件。这样，就无需额外数字硬件。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用于限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种射频前端电路，包含可调谐滤波器；负跨导电路，耦接于该可调谐滤波器，以产生调谐振荡信号；计数器，用于决定该调谐振荡信号的频率；以及控制电路，用于通过调整该可调谐滤波器以转换该调谐振荡信号的该频率，直到该调谐振荡信号的该频率落在对应于所需信道频带的可接受频率范围内。
2.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，该可调谐滤波器包含电感器；以及可调谐电容电路，耦接于该电感器，其中该可调谐电容电路被配置为通过调谐控制信号调谐以转换该调谐振荡信号的该频率。
3.如权利要求2所述的射频前端电路，其中，该可调谐电容电路包含电容器阵列，该电容器阵列中电容器的电容值为离散的或连续的，且该可调谐电容电路被数字式、模拟式、或数字与模拟混合式控制。
4.如权利要求2所述的射频前端电路，其中，该电感器为片外分流电感器以及该可调谐电容电路为片上分流电容器阵列。
5.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，当该射频前端电路处于校正模式时，该负跨导电路被使能以产生该调谐振荡信号，以及当该射频前端电路处于普通模式时，该负跨导电路被禁能。
6.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，该计数器在通过参考频率指示的计数周期内对该调谐振荡信号的脉波计数，以计算计数值；以及该控制电路计算对于该射频前端电路的该所需的信道频带，在该计数周期内所应接收的该调谐振荡信号的预期的脉波数量，将该调谐振荡信号的该预期的脉波数量与该计数器计算的该计数值比较，以及调整该可调谐滤波器以调整该调谐振荡信号的频率，直到该计数值落在该调谐振荡信号的该预期的脉波数量的预定范围之内。
7.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，该射频前端电路包含耦接于该负跨导电路的低噪声放大器与功率放大器中的至少一个。
8.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，该射频前端电路用于射频收发器、射频接收器、或射频发送器。
9.如权利要求1所述的射频前端电路，其中，该所需的信道频带为调频广播频带。
10.如权利要求1所述的射频前端电路，更包含形成于印制电路板上的集成电路，其中该可调谐滤波器、该负跨导电路、该计数器、以及该控制电路都整合在该集成电路中。
11.一种滤波校正系统，用于射频前端电路，该滤波校正系统包含可调谐滤波器，用于通过调整调谐控制信号被调谐至所需信道，其中该可调谐滤波器的调谐横跨包含多个信道的频率频谱；负跨导电路，耦接于该可调谐滤波器，以在校正模式中产生调谐振荡信号；以及控制电路，用于接收基在该调谐振荡信号的反馈信号，且相应地通过调整该调谐控制信号以转换该调谐振荡信号的频率，直到该调谐振荡信号的该频率落在对应于所需信道频带的可接受的频率范围内。
12.如权利要求11所述的滤波校正系统，其中，该反馈信号通过计数器产生，该计数器用于决定该调谐振荡信号的该频率。
13.如权利要求12所述的滤波校正系统，其中，该计数器在通过参考频率指示的计数周期内对该调谐振荡信号的脉波计数，以计算计数值；以及该控制电路计算对于该射频前端电路的该所需的信道频带，在该计数周期内所应接收的该调谐振荡信号的预期的脉波数量，将该调谐振荡信号的该预期的脉波数量与该计数器计算的该计数值比较，以及调整该可调谐滤波器以调整该调谐振荡信号的频率，直到该计数值落在该调谐振荡信号的该预期的脉波数量的预定范围之内。
14.如权利要求11所述的滤波校正系统，其中，该可调谐滤波器包含电感器；以及可调谐电容电路，耦接于该电感器，其中该可调谐电容电路被配置为通过该调谐控制信号调谐。
15.如权利要求14所述的滤波校正系统，其中，该可调谐电容电路包含电容器阵列，该电容器阵列中电容器的电容值为离散的或连续的，且该可调谐电容电路被数字式、模拟式、 或数字与模拟混合式控制。
16.如权利要求14所述的滤波校正系统，其中，该电感器为片外分流电感器以及该可调谐电容电路为片上分流电容器阵列。
17.如权利要求11所述的滤波校正系统，其中，当该射频前端电路处于该校正模式时， 该负跨导电路被使能以产生该调谐振荡信号，以及当该射频前端电路处于普通模式时，该负跨导电路被禁能。
18.如权利要求11所述的滤波校正系统，其中，该滤波校正系统用于射频收发器、射频接收器、或射频发送器。
19.如权利要求11所述的滤波校正系统，其中，该所需的信道频带为调频广播频带。
20.如权利要求11所述的滤波校正系统，更包含形成于印制电路板上的集成电路，其中该负跨导电路与该控制电路都整合在该集成电路中。
21.—种调谐射频前端电路的方法，包含利用耦接于可调谐滤波器的负跨导电路，产生调谐振荡信号；决定该调谐振荡信号的频率；以及通过调整该可调谐滤波器以转换该调谐振荡信号的该频率，直到该调谐振荡信号的该频率落在对应于所需信道频带的可接受频率范围内。
22.如权利要求21所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，该可调谐滤波器包含电感器与可调谐电容电路，以及该方法更包含通过调谐控制信号调谐该可调谐电容电路以转换该调谐振荡信号的该频率。
23.如权利要求22所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，该可调谐电容电路包含电容器阵列，该电容器阵列中电容器的电容值为离散的或连续的，且该可调谐电容电路被数字式、模拟式、或数字与模拟混合式控制。
24.如权利要求22所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，该电感器为片外分流电感器以及该可调谐电容电路为片上分流电容器阵列。
25.如权利要求21所述的调谐该射频前端电路的方法，更包含当该射频前端电路处于校正模式时，使能该负跨导电路以产生该调谐振荡信号；以及当该射频前端电路处于普通模式时，禁能该负跨导电路。
26.如权利要求21所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，决定该调谐振荡信号的该频率的步骤系通过在参考频率指示的计数周期内，对该调谐振荡信号的脉波计数以计算计数值来执行；以及转换该调谐振荡信号的该频率的步骤包含计算对于该射频前端电路的该所需的信道频带，在该计数周期内所应接收的该调谐振荡信号的预期的脉波数量，将该调谐振荡信号的该预期的脉波数量与该计数器计算的该计数值比较，以及调整该可调谐滤波器以调整该调谐振荡信号的频率，直到该计数值在该调谐振荡信号的该预期的脉波数量的预定范围之内。
27.如权利要求21所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，该方法用于射频收发器、 射频接收器、或射频发送器。
28.如权利要求21所述的调谐该射频前端电路的方法，其中，该所需的信道频带为调频广播频带。
全文摘要
一种射频前端电路、滤波校正系统以及调谐射频前端电路的方法，上述射频前端电路包含可调谐滤波器；负跨导电路，耦接于可调谐滤波器，以产生调谐振荡信号；计数器，用于决定调谐振荡信号的频率；以及控制电路，用于通过调整可调谐滤波器以移动调谐振荡信号的频率，直到调谐振荡信号的频率落在可接受的频率范围内，其中可接受的频率范围对应于期望的信道频带。以上所述的射频前端电路、滤波校正系统以及调谐射频前端电路的方法，通过使用反馈环路，可快速、自动地调谐射频前端电路的频率。
文档编号H04B1/40GK102208915SQ201110076280
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月29日 优先权日2010年3月30日
发明者K A 萨那 乌萨马, 廖进兴, 江旭东 申请人:联发科技(新加坡)私人有限公司