专利名称：无线通信收发器中rf干扰信号和噪声的抑制的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于数字通信系统的无线收发器。更具体地，本发明涉及一种对RF干扰信号进行自适应可配置的抑制的系统和方法，同时避免了对昂贵的芯片外RF SAff滤波器的需求。本发明结合了这样的技术，使得在例如40nm的低压CMOS工艺限制下实施时，在最低功率消耗具有宽接收器动态范围。
背景技术：
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发明内容
本发明实施例涉及允许各接收器处理一种以上干扰源的方法、系统和设备。优点是单独的无线接收器可在恶劣的干扰环境中成功运行。本发明实施例提供了一种自适应、可重新配置的多频带无SAW无线接收器和/或发射器，其可在40nm和类似的低压CMOS工艺的限制下运行的。其包括以下一种或多种不同的单独且独立的元素的结合
I)单个LNA或多个(取决于适用的频带和方式)LNA的电流输出节点。在后一种情况下，电流输出节点汇总所有单独的LNA输出。这意味着信号在LNA之外及沿接收路径移动时被处理的是电流而不是电压。2) 一种用于衰减添加到LNA电流输出节点的干扰信号的并联式可控频率陷波滤波器(shunt style of steerable frequency notch filter)。这样会为整个接收器产生低或最小介入损耗并使噪声系数降低。3) 一种自适应的负电导电路，可使陷波滤波器提供的干扰抑制量根据偏流设置和RF设备尺寸设置而变化。4) 一种用于补偿诸如在40nm或类似低压CMOS工艺中遇到的寄生电阻的自适应负电导电路。补偿水平可以是偏流设置和RF设备宽度的函数。例如，自适应负电导电路可装置在LNA负载感应器中，以便提升Q (质量)因数。5) 一种加速监听电路，提供一种用于指示可用供电电压在负电导电路的设备之间的分配的信号。该信号还可应用于本地模拟回路，以便将具有指定陷波滤波器抑制(notchfilter rejection)水平的陷波滤波器(notch filter)线性最大化,该本地模拟回路用于调整负电导电路中偏流和RF设备宽度的。可选地，此控制回路可通过数字基带闭合。6) 一种并联式可控频率陷波滤波器，设置在蜂窝发射器中一个或多个PPA (功率预放大器)之前可控频率陷波，用于抑制产生在对应的接收器频带和/或杂散频率分量中的发射器噪声。7) 一种可控频率陷波滤波器，设置在LO (本地振荡器)之前，用于向诸如上变频器(发射器应用)，或下变频器(接收器应用)的频率变换器提供输入，以便衰减掉频带噪声或杂散分量。本发明实施例允许单独的无线信号接收器在恶劣的干扰环境中成功运行，即当存在片上资源干扰时，例如存在2GHz数字逻辑时钟和2. 48GHzffiFi传输时，接收需要的无线播送信号，该需要的无线播送信号具有所要求的信号-噪声和干扰比。本发明实施例为特定应用在RF频率上提供了高度的片上(因而成本低)接收器选择性，如GPS的I. 575GHzο也适用于LTE等其他无线接收器。本发明实施例允许接收器处理一种以上的干扰源。
本发明实施例可在40nm CMOS(或类似)工艺的低供电电压及相对高的互连寄生限制中实现。尽管频率变换回路可用于以“无SAW”方式实现对干扰信号的抑制，本发明实施例在不依赖频率转换的自适应RF陷波滤波器上应用了一种本质上不同的技术。尤其可使用“并联陷波(shunt notch) ”。在回路(IF陷波滤波器)中进行下变频(downconversion)后,频率变换回路可以用作陷波滤波器而非低通滤波器。本发明实施例提供了一种本质上不同的技术，不依赖于
频率变换。将后置LNA陷波滤波器(post LNA notch)应用于使用了由加法器和复杂的自适应估计器组成的自适应滤波器的蜂窝应用时，此自适应估计器依赖于接收的发射器输出信号和单独的参考信号。本发明实施例提供了一种本质上不同的技术，其在抑制本地Tx信号 或天线接收到的外部拦截方面与干扰信号无关。已知一种用于下变频之后(post downconversion)的陷波滤波器,可称为IF (中频，Intermediate Frequency)陷波滤波器,而非在下变频之前执行的RF (射频)陷波滤波器。区别主要在于IF陷波滤波器不保护下变频模块(混频器)而RF陷波滤波器则保护。在无线接收器中，下变频模块可能是限制接收器线性的原因，因而用RF陷波滤波器对其进行保护具有重要性。用于镜像抑制滤波应用的片上无SAW技术，其所需频带和抑制频带之间的分数间隔(fractional spacing)高,例如F_抑制=0. 5*F_所需，不适用于一般？_抑制=0. 96*F_所需的蜂窝Tx抑制应用。此方法不使用Q增强，因而其仅限于所需信号与干扰信号的宽间隔。在使用了有Q增强的RF陷波滤波器的情况下，有几个实质性问题应牢记I)基于单谐振(LC)的陷波电路与本发明实施例不同，本发明实施例使用峰(peak)、槽(trough)双谐振(LCC)来将干扰信号抑制最大化。这样便只使用一个感应器，这一点的重要性在于感应器需要大量硅面积，即意味着更多成本。2)如果使用了三层设备堆栈(device stacking), Q增强电路可能会面临例如低电压、40nm及以下CMOS实现的挑战。本发明实施例只能使用两层设备堆栈。3)本发明实施例可包括加速监听电路作为Q增强电路的一部分，其在一切条件下都会将电路调整到最大线性。这使得这些实施例适合40nm及以下CMOS。4)本发明实施例可选择实现第二谐振来处理双重干扰的情况。随着现代蜂窝标准的发展，对蜂窝通信无线子系统性能的要求提高了。尤其是对无线接收器的要求，在大动态范围和宽频带覆盖方面的要求尤其苛刻，同时还要在严格的成本预算内进行。设计高性能蜂窝接收器所面临的挑战中的一个额外因素是模块(block)有可能作为CMOS SoC的一部分实现，并在低供电电压的情况下运行，一般是I. 2V或更低。在本发明实施例中，无线系统不需要使用接收或发送SAW滤波器(receive ortransmit SAW filters)或外部LNA。可以使用无感应器、宽带的电流输出LNA(currentoutput LNA)，并为需要的每个频带输入重复使用。一个或多个电流输出LNA之后是并联式可控频率陷波滤波器，用于过滤掉发射拦截和/或不需要的干扰信号。优选地，过滤应达到使干扰信号不会在后续接收模块中造成任何重大失真的程度。优选地，LNA加陷波滤波器的组合之后是被动电容式衰减器(passive capacitive attenuator),其允许LNA在高增益的情况下运行以便取得最小噪声指数，同时确保混频器前的增益处于避免混频器线性问题的水平上。在40nm WCDMA和LTE蜂窝应用中，已对接收器进行了充分分析。例如，在普遍运行的960MHz频带中，已模拟了以下性能参数
权利要求
1.一种无线接收器或收发器，具有与一个或多个天线输入对应的一个或多个低噪声放大器，其中一个或多个低噪声放大器的一个或多个输出在单输出电流总和节点上进行结合，一种可调并联式陷波滤波器与求和的输出节点相耦合或连接以便衰减Tx拦截或干扰信号、外部拦截或干扰信号或内部片上干扰信号。
2.根据权利要求I所述的无线接收器，其中所述一个或多个低噪声放大器使用宽带、电流输出拓扑。
3.根据权利要求I或2所述的无线接收器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出频率空值的串联电容和串联电感，该陷波滤波器中的串联电容可进行调节以便允许将该空值调整到拦截和/或干扰信号。
4.根据权利要求I或2所述的无线接收器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出频率空值和频率峰值的串联电容和并联电感和电容，该陷波滤波器中的串联电容和并联电容可进行调节以便允许将该空值和峰值分别调整到拦截和/或干扰信号和所需信号。
5.根据权利要求I或2所述的无线接收器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出两个单独的频率空值和一个频率峰值的串联电容和串联电感和并联式阻抗和电感方法，该陷波滤波器中的串联电容和并联电容可进行调节以便允许将各该空值和峰值分别调整到拦截和/或干扰信号和所需信号。
6.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中所述并联式陷波滤波器具有负电导小区以便向并联式陷波滤波器中的感应器和/或电容器等滤波器组件提供Q因数增强。
7.根据权利要求6所述的无线接收器，其中所述负电导小区包括可变偏流和/或可变设备尺寸负电导生成晶体管。
8.根据权利要求7所述的无线接收器，其中所述可变偏流包括电流源电路中的可切换设备。
9.根据权利要求7所述的无线接收器，其中所述可变设备尺寸负电导生成晶体管包括单独切换的射频设备。
10.根据权利要求6所述的无线接收器，其中所述负电导小区具有晶体管并包括确定晶体管上的电压分布并输出与此对应的DC信号的电路。
11.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中所述陷波滤波器的陷波通过在数字状态机或微处理器中运行的校准算法设置为正确的空值或峰值频率。
12.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中所述陷波滤波器用于在不存在不需要的Tx拦截或外部干扰信号时被下电。
13.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中所述陷波滤波器适合在无需抑制存在的不需要的Tx拦截或外部干扰信号时在低供电电流情况下运行，从而节约功率消耗。
14.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中所述陷波滤波器用于提供干扰信号抑制同时还用于确保其不会降低总接收器线性。
15.根据任一上述权利要求所述的无线接收器，其中LNA后面是被动衰减器，该被动衰减器允许根据噪声指数、线性、阻抗匹配和增益设置，而将混频器前总增益设置为完整的系统所需要的值。
16.一种用于校准接收器的陷波滤波器方法，所述接收器包括低噪声放大器，以及包括电容和负电导小区的可调节、并联式陷波滤波器，其特征在于，所述方法包括 步骤I:读取任何片上可用的电容器校正值并将其应用到并联式陷波滤波器的电容器控制字(Cn, Cp)； 步骤2 :将负电导小区的偏流和RF设备宽度控制字设置为确保稳定运行的初值； 步骤3 :将校准信号在所需接收信道频率的情况下应用到LNA输入并调整Cp值直至陷频响 应开始达到幅度峰值； 步骤4 :将测试信号重新调谐到对应的发射频率，并调整Cn值直至陷波衰减达到最大值； 步骤5 :计算所产生的陷波抑制并轮询Vmonitor信号以便确定负G块中的偏压对于电路线性是否最优。
17.一种用于校准发射器的陷波滤波器方法，所述发射器包括PPA、上变频器，以及包括电容器和负电导小区的可调节并联式陷波滤波器，其特征在于，所述方法包括 步骤I :读取任何片上可用的电容器校正值并将其应用到并联式陷波滤波器的电容器控制字(Cn, Cp)； 步骤2 :将负电导小区的偏流和RF设备宽度控制字设置为确保稳定运行的初值； 步骤3 :通过上变频器在所需发送信道频率的情况下应用校准信号并调整Cp值直至陷频响应开始达到幅度峰值； 步骤4 :将测试信号重新调谐到对应的接收频率，并调整Cn值直至陷波衰减达到最大值； 步骤5 :计算所产生的陷波抑制并轮询Vmonitor信号以便确定负G块中的偏压对于电路线性是否最优。
18.—种无线发射器或收发器,其中功率放大器,如一个或多个PPA,之前有与所述一个或多个PPA的求和的输入节点相连接的可调节并联式陷波滤波器，所述并联式陷波滤波器用于衰减对应接收器频带中的发射噪声和/或清除杂散频率分量。
19.根据权利要求18所述的无线发射器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出频率空值的串联电容和串联电感，该陷波滤波器中的串联电容可进行调节以便允许调节空值。
20.根据权利要求18所述的无线发射器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出频率空值和频率峰值的串联电容和并联电感和电容，该陷波滤波器中的串联电容和并联电容可进行调节以便允许调节空值和峰值。
21.根据权利要求18所述的无线发射器，其中所述并联式陷波滤波器具有在电流变换函数中给出两个单独的频率空值和一个频率峰值的串联电容和串联电感和并联电容和电感方法，该陷波滤波器中的串联电容和并联电容可进行调节以便允许调节空值和峰值。
22.根据权利要求18-21任一项所述的无线发射器，其中所述并联式陷波滤波器具有负电导小区以便向并联式陷波滤波器中的感应器和/或电容器等滤波器组件提供Q因数增强。
23.根据权利要求22所述的无线发射器，其中所述负电导小区包括可变偏流和/或可变设备尺寸负电导生成晶体管。
24.根据权利要求23所述的无线发射器，其中所述可变偏流包括电流源电路中的可切换设备。
25.根据权利要求23或24所述的无线发射器，其中所述可变设备尺寸负电导生成晶体管包括单独切换的RF设备。
26.根据权利要求22所述的无线发射器，其中所述负电导小区具有晶体管并包括确定晶体管上的电压分布并输出与此对应的DC信号的电路。
27.根据权利要求18-26任一项所述的无线发射器，其中所述陷波滤波器的陷波通过在数字状态机或微处理器中运行的校准算法设置为正确的空值或峰值频率。
28.根据权利要求18-27任一项所述的无线发射器，其中所述陷波滤波器在没有衰减发射噪声或杂散频率分量的要求时被下电。
29.根据权利要求18-28任一项所述的无线发射器，其中所述陷波滤波器适合在无需最大化抑制存在的不需要的发射噪声时在低供电电流情况下运行，从而节约功率消耗。
30.根据权利要求18-29任一项所述的无线发射器，其中所述陷波滤波器用于提供发射噪声抑制同时还用于确保其不会降低总发射器线性。
31.一种无线发射器或收发器，其特征在于，包括设置在上变频器的本地振荡器端口之前的并联式陷波滤波器，所述陷波滤波器用于衰减对应接收器频带中的发射噪声，即所谓的发射频带外噪声，或衰减不需要的杂散频率分量。
32.一种无线接收器或收发器，其特征在于，包括设置在下变频器的本地振荡器端口之前的并联式陷波滤波器，所述陷波滤波器用于衰减接收频带外噪声或衰减不需要的杂散频率分量。
33.一种自适应负电导电路，用于补偿诸如在40nm或类似低压CMOS工艺中的寄生电阻，其中补偿水平是偏流设置和RF设备宽度的函数。
全文摘要
本发明描述了一种可在40nm的限制和类似低压CMOS技术节点中运行的自适应、可重新配置的多频带无SAW无线接收器和/或发射器，包括1)来自单个或多个LNA的电流输出节点。在后一种情况下，电流输出节点汇总所有单独的LNA输出。2)一种用于衰减添加到LNA电流输出节点的干扰信号的并联式可控频率陷波滤波器。3)一种自适应的负电导电路，可使陷波滤波器提供的干扰抑制量根据偏流设置和RF设备尺寸设置而变化。4)一种允许诸如在40nm或类似低压CMOS技术节点中遇到的寄生电阻被补偿的自适应负电导电路。补偿水平可以是偏流设置和RF设备宽度的函数。5)一种提供一种信号的加速监听电路，该信号表明了可用供电电压在负电导电路中的设备之间的分配。该信号还可用于调整负电导电路中偏流和RF设备宽度的本地模拟回路，以便将针对特定水平的陷波滤波器抑制的陷波滤波器线性最大化。可选地，此控制回路可通过数字基带闭合。6)一种放置在蜂窝发射器中一个或多个PPA(功率预放大器)前面的并联式可控频率陷波滤波器，用于抑制在对应的接收器频带和/或杂散频率分量中产生的发射器噪声。7)一种放置在LO(本地振荡器)之前的可控频率陷波滤波器，该LO输入到向上变换器(发射器应用)或频率向下变换器(接收器应用)等频率转换器，以便衰减掉频带噪声和/或杂散频率分量。
文档编号H04B1/10GK102870333SQ201180020008
公开日2013年1月9日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年2月24日
发明者米奇·麦卡拉 申请人:华为技术有限公司