用于调制解调器的杂散消除系统的制作方法

本申请是于2017年6月23日提交的第15/631,922号美国专利申请的国际申请，该美国专利申请依据35u.s.c.§119(e)要求于2017年1月13日提交的第62/446,102号美国临时专利申请的权益，上述申请通过引用以其整体并入本文。

本公开总体上涉及通信设备领域，尤其涉及通信设备中使用的杂散消除技术。

背景

调制解调器(调制器-解调器)是一种网络设备，它调制和解调信号以促进信息传输。调制解调器可以采用某种类型的频率调制方案来实现调制和解调。例如，诸如蓝牙调制解调器、zigbee调制解调器、蓝牙低能耗(ble)调制解调器等调制解调器可以采用称为频移键控(fsk)调制的特定类型的频率调制方案。fsk调制可以被配置为通过离散频率变化来促进数字信息的传输。

fsk调制解调器使用的频率可以使用振荡器来控制，这可能会导致干扰信号(称为杂散)出现。杂散可能会降低性能并可能导致通信故障。

概述

本公开的实施例针对包括调制器和解调器的调制解调器。解调器包括直流去除(dcr)电路，用于在采集模式和跟踪模式之间转换，在采集模式中dcr电路以第一环路增益工作，在跟踪模式中dcr电路以第二环路增益工作。第二环路增益可以小于第一环路增益，并且采集模式和跟踪模式之间的转换定时可以是可编程的。

应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都只是示例性和解释性的，不一定限制本公开。并入说明书并构成说明书一部分的附图说明了本公开的主题。说明书和附图一起用于解释本公开的原理。

附图简述

通过参考附图，本领域技术人员可以更好地理解本公开的许多优点，其中:

图1是描绘配备有根据本公开实施例配置的解调器的无线电设备的框图；

图2是描述用作解调器的数字前端的一部分的直流去除(dcr)电路的简化框图；

图3是根据本公开实施例的用于在采集模式和跟踪模式之间切换dcr电路的有限状态机的图；

图4是描绘实验数据的图，该实验数据示出了根据本公开的实施例配置的dcr电路的有效性；和

图5是根据本公开实施例的控制模式切换的电路的图。

详细描述

现在将详细参考所公开的主题，其在附图中示出。

总体参考图1，示出了描绘无线电设备100的简化框图。注意，由于无线电设备被本领域技术人员很好地理解，所以图1中描述的无线电设备100的每个组件的详细描述在本公开中不再重复。通常，无线电设备100可以包括射频(rf)收发器102、调制解调器104和振荡器106。rf收发器102可以包括发射器108和接收器110。发射器108可以被配置成发射由调制器112提供的信号。另一方面，接收器110可以被配置成接收信号并将接收的信号提供给解调器114进行处理。应当理解，虽然调制器112和解调器114被示出为正在实现fsk调制，但是fsk调制的实现仅被示出为示例，并不意味着限制。预期调制器112和解调器114可以实现各种其他类型的基于时间的调制，而不脱离本公开的精神和范围。

振荡器106可以被配置成使用数字时钟来产生振荡信号。振荡器106可能导致干扰信号(杂散)。例如，16兆赫(mhz)模数转换器(adc)时钟可以产生在nx16mhz，包括2480mhz的谐波杂散，如果无线电设备100是ble无线电设备，这可以与无线电设备100使用的信道之一的中心频率重合。杂散本身对无线电设备100的性能有显著影响，因此应该被消除或减少。

图2是描述直流去除(dcr)电路200的简化框图，该电路200可以用作解调器114的数字前端的一部分，以帮助减少杂散。dcr电路200可以包括累加器202和环路增益块204。在一些实施例中，环路增益的值可以被限制为2的幂，并且通过寄存器系统实现为比特移位，该寄存器系统移位比特以达到更高数量级的值。可以设想，由于累加器202和环路增益块204被配置成执行线性运算，所以两个块202和204的顺序可以互换，而不脱离本公开的精神和范围。

还可以设想，虽然dcr电路200能够跟踪和减少杂散，但是如果无线电设备100采用功率管理解决方案，则dcr电路200的有效性可能会受到限制。例如，为了帮助降低功耗，无线电设备100的接收路径(例如，接收器110和调制器112)可以在接收到数据包之后关闭。接收路径可以再次打开，以便在下一个数据包到达之前预热(warmup)。dcr电路200可以连续跟踪杂散，并且环路增益块204可以选择用于最小化杂散估计波动的增益值，以便优化访问码和数据解调性能。然而，环路增益块204可能需要相对长的建立时间来使dcr电路200收敛(converge)。较长的建立/预热时间意味着无线电设备100必须比数据包的到达早得多地唤醒，实际上增加了其功耗。

根据本公开的一些实施例配置的dcr电路可以被配置为支持多种杂散消除模式，以提高它们的效率。例如，在一些实施例中，多模式dcr电路200可以以与图2所示的dcr电路200相同的方式设置。然而，可以动态地改变和控制多模式dcr电路200中的环路增益块204，而不是使用固定环路增益块204。由于定时是关键的，可以设想可以实现硬件有限状态机(fsm)来控制环路增益的动态切换。在一些实施例中，fsm可以被配置成在采集模式、跟踪模式和保持模式之间转换。

当无线电设备100的接收路径开启(或唤醒)时，可以进入采集模式。采集模式可配置有大环路增益以快速收敛，从而缩短建立/预热时间。跟踪模式可以在经过可编程时间(例如4μs)之后或者在采集模式结束时进入。与采集模式相比，跟踪模式可以配置有较小的环路增益。

在一些实施例中，在采集模式中获取的杂散估计可以用作跟踪模式的初始值。为了便于该过程，当环路增益块204从采集模式切换到跟踪模式时，环路增益块204保持的累积值可能需要被适当缩放。数学上，累积值和新累积值之间的关系可以表示为:

累积值x环路增益

＝新累积值x新环路增益

这意味着新的累积值可以确定为:

注意，在模式切换期间，该缩放操作可能只需要执行一次。或者，如果累加器202和环路增益块204的顺序相反(相对于图2所示的顺序)，当环路增益模式切换时，累积值不需要缩放，因为模式切换之前的最终环路增益值包括最近的累积值。

在一些实施例中，fsm还可以被配置为支持被称为保持模式的第三模式。如果保持模式被启用，进入保持模式(例如，在同步完成时)可以冻结dcr电路的反馈回路用于数据解调。冻结反馈环路通过保持当前环路增益来节省功率。定时器可以使电路周期性地退出保持模式，以调整当前环路增益或重新进入跟踪模式。或者，可以使用阈值分组差错率来指示环路增益需要调整，并且电路可以脱离保持模式。如果保持模式被禁用，则如上所述，fsm可以简单地在采集模式和跟踪模式之间转换。

可以设想，根据本公开实施例配置的dcr电路可以实现为解调器的数字前端的一部分。可以设想解调器的数字前端可以实现为专用集成电路(asic)，其一部分可以包括图2所示的组成解调器的各种组件。预期如此配置的解调器可用于各种类型的基于时间的调制解调器，包括低频时钟和低功率调制解调器。

图3是用于在采集模式和跟踪模式之间切换dcr电路的有限状态机的图。进入采集模式，并设置300第一环路增益以快速收敛，从而减少建立/预热时间。设置302采集模式定时器，以建立更多采集的限制。当采集更多定时器到期304(例如，4μs)时，以第二环路增益进入跟踪模式306。采集模式定时器可以是可编程的。替代地或附加地，电路可以识别采集模式何时采集到信号。与采集模式相比，跟踪模式可以配置有较小的环路增益。在一些实施例中，当同步完成308，电路可以被置于保持状态，在该状态下，用于连续更新环路增益值的反馈环路被冻结310。接收器然后被关闭314。在一些实施例中，设置314唤醒定时器。当唤醒定时器到期316时，接收器被重新激活用于预热以接收下一个分组。

当唤醒定时器正在执行时，接收器的开启或关闭状态可以被视为接收器状态320。同样，当处于具有采集定时器的采集模式或在接收时更新环路增益值时，机器可以被视为处于dcr状态。根据本公开实施例的有限状态机可以是基于软件的或基于硬件的。

图4是描述实验数据的图，其示出了当数据有效载荷长度被设置为37字节并且接收器预热时间被设置为9μs时多模式dcr电路的有效性。与使用传统dcr电路建立的基线400相比，根据本公开配置的多模式dcr电路402显著减少了收敛时间，并且以足够的裕度满足了杂散信道在-95dbm灵敏度水平下的30.8％分组差错率(per)要求。

图5是根据本公开实施例的控制模式切换的电路的图。在模拟域中工作的无线电设备500接收信号，该信号通过模数转换器502被转换成数字信号。数字混频器504包括混频器506，其接收来自模数转换器502的数字采样信号和来自数控振荡器(nco)508的信号。混频输出被传送到数字前端解调器510，该解调器510被配置成转换采样率、过滤干扰并减轻dc减损。数字前端解调器510包括抽取滤波器512。在一些实施例中，抽取滤波器512可以对输入信号进行比特移位，以将信号从高速时钟域532转换到低速时钟域534，并将其传输到低通滤波器514。经由杂散消除器/dc去除器516从低通滤波信号中去除dc伪像。插值滤波器518然后例如通过比特移位来调整信号，以将信号从低速时钟域534转换到高速时钟域536。

然后，该信号被传送到fsk解调器520，例如高斯频移键控(gfsk)解调器。fsk解调器520包括频率检测器522，该频率检测器522将信号的同相和正交分量转换成频率，并去除频率偏移。频率信号被发送到相关器524，以基于频率峰值识别和关联符号。所识别的符号和原始频率被发送到比特采样器526，比特采样器526将信号转换到适合于由比特均衡器528和限幅器530进行处理的低频域538，限幅器530输出解调的比特流。

相信本文公开的系统和设备及其许多伴随的优点将通过前面的描述被理解，并且很明显，在不脱离本公开的广泛范围或不牺牲它们所有的实质性优点的情况下，可以对其部件的形式、结构和布置进行各种改变。在本文之前描述的形式仅仅是其说明性实施例，本发明权利要求旨在包含和包括这些变化。

以上描述旨在是例证性而不是限制性的。例如，上述实施例(或其一个或更多个方面)可以彼此结合使用。在阅读并且理解以上描述之后，许多其他实施例对于本领域的技术人员将是明显的。在本文档中，术语“一个(a)”或“一个(an)”，如专利文档中常见的那样，用于包括一个或多于一个。在本文档中，术语“或”用于指非排他性的或，使得“a或b”包括“a但不包括b”、“b但不包括a”和“a和b”，除非另有说明。如果本文档和以引用方式并入的文档之间的用法不一致，则并入的文献中的用法应被认为是对本文档用法的补充；对于不可调和的不一致，本文档中的用法将取代任何引用文献中的用法。

虽然参考具体的示例性实施例描述了所要保护的主题，但显然地，在不脱离本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施例作出各种修改和变化。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的意义。因此，权利要求的范围应参考所附权利要求连同这些权利要求有权要求的等效物的整个范围来确定。在所附权利要求中，术语“包含(including)”和“其中(inwhich)”被用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的纯英语等效词。此外，在权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的；包括除了权利要求中的系统、设备、物品或过程之后列出的那些元素之外的元素的这样的系统、设备、物品或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不打算对其对象强加数字要求。

本公开的摘要被提供以符合37c.f.r§1.72(b)，要求摘要能让读者快速确定技术公开的性质。应当理解的是，它被提交但将不用于解释或限制权利要求的范围或意义。