用于校准收发器中带通滤波器和静噪检测器的方法和设备与流程

本公开大体上涉及校准滤波器和静噪检测，并且更具体来说，但非排他地，涉及校准基于pll的频移键控收发器的接收器和发射器滤波器以及静噪检测。

背景技术：

大部分收发器需要用于接收器和发射器的滤波器。接收器滤波器去除传入的噪声和谐波以提供清晰信号用于另外处理。发射器滤波器根据应用去除来自先前阶段的谐波，例如，去除数/模转换或调制器的谐波。

低通或高通滤波器可由于失配和处理变化而具有不同的角频率。对于带通滤波器(“bpf”)，中心频率(也为高或低通频率)可通过处理变化而改变。

对于有源电阻器-电容器(“rc”)滤波器，角频率或中心频率与1/rc成比例，其中电阻器或电容器可需要调节以补偿处理变化。

对于滤波器校准，需要保持1/rc不变以保持rc滤波器响应和相位形状接近设计的型式以确保系统性能(即，去除噪声和谐波)。

滤波器校准可芯片上或芯片外执行，并且不同方法可用于滤波器校准，然而，这些不同方法需要额外电路系统，这产生更大风险、复杂度并且占用更多晶片面积。

技术实现要素：

下文呈现各种实施例的简要概述。实施例解决产生用于校准fsk收发器的接收器和发射器滤波器以及静噪检测器的方法的需要。

为了克服现有技术的这些和其它缺点，并且鉴于需要产生用于校准fsk收发器的接收器和发射器滤波器以及静噪检测器的方法，呈现各种示例性实施例的简要概述。在以下概述中可做出一些简化和省略，这旨在突出并且介绍各种示例性实施例的一些方面，但不限制本发明的范围。

以下将在之后的章节中详细描述足以允许本领域的普通技术人员产生和使用本发明概念的优选的示例性实施例。

各种实施例涉及用于校准在频移键控(“fsk”)收发器中的带通滤波器(“bpf”)的中心频率的方法，方法包括以下步骤：通过bpf滤波载波频率信号以产生滤波后信号，通过相位-频率检测器(“pfd”)检测在载波频率信号和来自bpf的滤波后信号之间的相位差，扫描bpf的校准码，检测相位差的符号的转变，和捕获与相位差的符号的转变相关联的校准码用于校准bpf。

在本公开的实施例中，用于校准在fsk收发器中的bpf的中心频率的方法，方法另外包括通过比较器接收来自bpf的信号，和通过多路复用器选择接收载波频率信号和将载波频率信号传输到相位-频率检测器(“pfd”)。

在本公开的实施例中，用于校准在fsk收发器中的bpf的中心频率的方法，方法另外包括通过比较器将来自bpf的信号与电压阈值信号进行比较。

在本公开的实施例中，用于校准在fsk收发器中的bpf的中心频率的方法，方法另外包括通过多路复用器在fsk收发器正常操作期间选择接收来自锁相环路(“pll”)中的压控振荡器(“vco”)的信号。

在本公开的实施例中，在锁相环路期间，信号从pfd传递到电荷泵、pll滤波器和vco。

在本公开的实施例中，确定用于校准bpf的校准码的辅助路径包括电荷泵。

在本公开的实施例中，在校准操作期间，第一开关闭合并且第二开关打开，并且在正常操作期间，第二开关闭合并且第一开关打开。

在本公开的实施例中，正常操作为闭合pll，并且校准操作为打开pll。

在本公开的实施例中，在输入到pfd中之前，比较器将来自bpf的信号改变到cmos电平。

在本公开的实施例中，校准码对应于bpf的输出相位并且储存在集成存储器中。

在本公开的实施例中，用于校准在频移键控(“fsk”)收发器中的带通滤波器(“bpf”)的中心频率的方法，方法另外包括通过以下校准在fsk收发器中的静噪检测器阈值：通过静噪检测器接收静噪检测器阈值，通过静噪检测器接收来自bpf的信号，从最大值朝向最小值扫描静噪检测器阈值，通过静噪检测器将静噪检测器阈值与来自bpf的信号进行比较，和当来自bpf的信号超过静噪检测器阈值时，捕获用于静噪检测器阈值的校准码。

各种实施例涉及用于校准在fsk收发器中的静噪检测器阈值的方法，方法包括以下步骤：通过静噪检测器接收静噪检测器阈值，通过静噪检测器接收来自bpf的信号，从最大值朝向最小值扫描静噪检测器阈值，通过静噪检测器将静噪检测器阈值与来自bpf的信号进行比较，和当来自bpf的信号超过静噪检测器阈值时，捕获用于数字控制器的静噪检测器阈值的校准码。

各种实施例涉及包括被配置成校准bpf的中心频率的bpf的fsk收发器，fsk收发器包括被配置成滤波载波频率信号以产生滤波后信号的bpf，被配置成检测在载波频率信号和来自bpf的滤波后信号之间的相位差的pfd，被配置成扫描校准码的bpf，被配置成检测相位差的符号的转变的bpf，和被配置成捕获与相位差的符号的转变相关联的校准码用于校准bpf的bpf。

在本公开的实施例中，fsk收发器包括被配置成接收来自bpf的信号的比较器，和被配置成选择接收载波频率信号和将载波频率信号传输到相位-频率检测器(“pfd”)的多路复用器。

在本公开的实施例中，fsk收发器包括被配置成将来自bpf的信号与电压阈值信号进行比较的比较器。

在本公开的实施例中，fsk收发器包括被配置成在fsk收发器正常操作期间选择接收来自锁相环路(“pll”)中的压控振荡器(“vco”)的信号的多路复用器。

在本公开的实施例中，在锁相环路期间，信号从pfd传递到电荷泵、pll滤波器和vco。

在本公开的实施例中，确定用于校准bpf的校准码的辅助路径包括电荷泵。

在本公开的实施例中，在校准操作期间，第一开关闭合并且第二开关打开，并且在正常操作期间，第二开关闭合并且第一开关打开。

在本公开的实施例中，正常操作为闭合pll，并且校准操作为打开pll。

在本公开的实施例中，在输入到pfd中之前，比较器将来自bpf的信号改变到cmos电平。

在本公开的实施例中，校准码对应于bpf的输出相位并且储存在集成存储器中。

在本公开的实施例中，fsk收发器包括被配置成校准bpf的中心频率的bpf，fsk收发器另外包括被配置成通过以下校准静噪检测器阈值的fsk收发器：通过静噪检测器接收静噪检测器阈值，通过静噪检测器接收来自bpf的信号，从最大值朝向最小值扫描静噪检测器阈值，通过静噪检测器将静噪检测器阈值与来自bpf的信号进行比较，和当来自bpf的信号超过静噪检测器阈值时，捕获用于静噪检测器阈值的校准码。

各种实施例涉及被配置成校准静噪检测器阈值的fsk收发器，fsk收发器包括被配置成接收静噪检测器阈值的静噪检测器，被配置成接收来自bpf的信号的静噪检测器，被配置成从最大值朝向最小值扫描静噪检测器阈值的静噪检测器，被配置成将静噪检测器阈值与来自bpf的信号进行比较的静噪检测器，和被配置成当来自bpf的信号超过静噪检测器阈值时捕获用于静噪检测器阈值的校准码的数字控制器。

附图说明

附图与下文的详细描述一起并入在本说明书中并且形成本说明书的一部分，并且用以另外示出包括所要求保护的发明的概念的实施例并且解释那些实施例的各种原理和优点，在附图中，在单独的视图中相同的附图标记始终指代相同或功能上类似的元件。

在以下说明书中更充分地公开这些和其它更详细的和具体的特征，其中已参考附图，在附图中：

图1示出具有静噪检测器的通用串行总线(“usb”)功率递送fsk收发器的框图；

图2a至图2c分别为示出bpf的振幅和相位的图形的图2a，示出移位bpf的校准码和对相位的影响的图形的图2b，和示出校准不足的bpf和校准过度的bpf的时域行为的图形的图2c；

图3示出使用锁相环路(“pll”)校准bpf的流程图；

图4示出具有pll解调器；和静噪检测器的fsk收发器的框图；

图5示出具有滤波器的校准码从00000改变成11111、pfd上下信号和双削波器输出信号的图形；和

图6示出施加到接收器输入的信号、静噪比较器接收的信号、具有改变静噪阈值校准码的用于静噪检测器比较器参考的信号和用于静噪检测器比较器输出的信号的图形。

具体实施方式

应理解，附图仅为示意性的并且不按比例绘制。还应理解，贯穿附图使用的相同附图标记指示相同或类似的零件。

描述和附图示出各种例子实施例的原理。因此将了解，本领域的技术人员将能够设计各种布置，尽管本文中未明确地描述或示出该布置，但该布置体现本发明的原理并且包括于本发明的范围内。此外，本文中所述的所有例子主要明确地旨在用于教学目的以辅助读者理解本发明的原理以及由发明人所提供的概念，从而深化本领域，并且所有例子不应解释为限于此类特定叙述例子和条件。另外，除非另外指示(例如，“或另外”或“或在替代方案中”)，否则如本文所使用的术语“或”是指非排他性或(即，和/或)。并且，本文所描述的各种实施例不一定相互排斥，因为一些实施例可与一个或多个其它实施例组合从而形成新的实施例。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的描述词不意味着限制所讨论元件的次序，并且用于区分一个元件与下一个元件，并且通常可互换。

传统地，频移键控(fsk)收发器的bpf已经使用在fsk收发器中的附加电路系统校准。然而，在当前实施例的方法中，方法使用现有电路系统校准fsk收发器的滤波器，并且因此，校准技术不需要附加电路系统。

当前实施例的方法断开pll环路并且使用pll的相位频率检测器(“pfd”)和电荷泵调节滤波器中心频率。

当前实施例的方法还包括静噪检测器校准，其中所有增益变化、偏移和组件的失配在仅需要单次校准的静噪检测阈值电平下吸收。

当前实施例提出用于校准fsk收发器的接收器和发射器滤波器的方法。

校准方法可以与通过tester的校准相同的形式执行，该tester为通过数字控制器控制的芯片上算法，然而，当前实施例也可在不需要tester或其组合的情况下执行相同的校准。

当前实施例包括滤波器校准技术，该滤波器校准技术使用集成的基于pll的fsk调制器用于通过断开pll环路以及使用用于校准的辅助电荷泵和集成双削波器校准。pll用于解调fsk信号。

具有等于fsk载波频率的频率的信号(通过tester或由数字控制器)可施加到pfd的第一输入。然后信号可传递通过bpf，该bpf的阶数可在6和8之间，并且bpf的输出将被施加到pfd的第二输入。因此，当bpf中心频率等于载波频率时，在bpf输出处的信号的相位为零。

滤波器校准码可从最小值(例如“00000”)到最大值(例如“11111”)扫描。bpf输入相位wrt参考信号的输出相位将从负改变成正，这允许来自输出的输出相位从低变成高并且将捕获校准码。

对于静噪检测器校准，静噪检测器阈值电平可在bpf校准之后校准，其中所有增益变化、偏移和组件的失配在仅需要单次校准的静噪检测阈值电平下吸收。

虽然当前实施例的方法涉及有源rc滤波器，但是方法可施加到任何滤波器类型，包括跨导体-c(“gm-c”)或金属-氧化物半导体场效应晶体管-c(“mosfet-c”)。

当前实施例的方法不需要用于校准bpf和静噪检测器的任何附加电路系统，因为该方法使用已经存在的用于校准的电路组件。

fsk解调器可使用不同方法(例如，注入锁定技术)实施，以实现千兆位数据范围或基于高效率整流器的pll或使用混频器和包络检测器或完全为数字。

当前实施例的方法涉及具有基于pll的fsk解调器的接收器并且在bpf校准之后，并且使用方法通过调节静噪检测阈值电平用于静噪检测器校准。

bpf校准为低风险和低复杂度bpf校准，并且与其它校准技术相比，不需要附加电路系统，这导致较小复杂度，并且不需要额外晶片，并且方法通过断开现有pll环路执行，该pll环路充当fsk解调器，环路和使用用于校准的相位差。静噪检测器的校准需要在静噪检测器比较器阈值电平下吸收滤波器的增益变化、偏移和组件的失配。

图1示出具有静噪检测器的通用串行总线(“usb”)功率递送fsk收发器100的框图。

fsk收发器100包括在接收器侧104上的接收器bpf101、fsk解调器102和静噪检测器103和在发射器侧108上的fsk调制器105、bpf106、线路驱动器107和压控振荡器(“vco”)。

发射器侧108和接收器侧104可通过一条线路，例如，usbpd虚拟总线(“vbus”)109或根据应用不同的线路进行通信。另外，作为比较器的静噪检测器103使用低通滤波器110，然而，接收器侧104使用更高阶滤波器，具体来说，bpf101。静噪检测器将信号与参考信号进行比较，并且当信号电平高于作为参考信号的阈值时，静噪检测器将信号转换成0和1的序列并且将信号传输到数字控制器112。数字控制器112将处理信号并且启用fsk解调器102。

数字控制器112将向fsk调制器105发送0和1的序列以将0和1的序列转换成fsk信号。然后信号传递通过bpf106和线路驱动器107。开关113当处于传输模式时打开并且当处于接收模式时闭合。

需要接收器侧104bpf101抑制接收器侧104噪声，并且需要发射器侧108bpf106满足发射器侧108频谱屏蔽，并且由于处理变化和组件失配，bpf101的中心频率可移位，这需要校准。

图2a示出bpf的振幅和相位的图形200。图形200示出双二阶bpf的振幅201和相位202。相位202在中心频率203之前(即，f＜f0)为正，并且相位202在中心频率203之后(即，f＞f0)为负。任何更高阶bpf的相位在bpf中心频率附近具有类似行为，然而，对于带外频率，相位以更复杂的方式表现。

双二阶bpf滤波器的转移函数为：

h(s)＝(a1*s*b1)/(s^2+a2*s+b2)，其中，在中心频率203f0处，信号的振幅在最大值处并且输出相位为零。

根据bpf滤波器的架构，中心频率203可与1/(rc)成比例(或与1/(c^a*r^b)成比例，其中a和b可为整数或分数)。

然而，对于中心频率203f0校准，r*c＝常量，并且电阻器或电容器的任何变化将通过加权的电容器或电阻器变化来补偿。

根据需要的精确度，为滤波器校准选择位数。例如，在当前实施例中，为实施的应用选择5位。

图2b示出对于校准码的不同值的bpf的移位的图形210和示出校准码对相位的影响的图形211。

如在图形210上所示，bpf校准码从“00000”改变成“11111”将bpf滤波器中心频率从fc，最小移位到fc，最大。

图2c示出校准不足的bpf和校准过度的bpf的时域行为的图形220。

图形220示出具有滞后的信号的校准不足的221bpf滤波和具有超前的信号的校准过度的222bpf滤波的时域行为。当信号处于bpf的边缘处而不在中心频率处时，可发生振幅下降。

图3示出使用锁相环路(“pll”)校准bpf的流程图300。

图3示出使用pfd302和电荷泵303校准bpf301。通过从为“00000”304的最小值到为“11111”305的最大值扫描校准码，bpf301输出相位相对于输入信号306从滞后位置移位到超前位置。pfd302检测在两个输入信号之间的相位差。

通过移位bfp301输出相位，pfd302上下输出可改变，这将在电荷泵303的输出处累积，并且pll环路滤波器307可示出f0-δ到f0+δ的电压差，其中δ为校准的精确度。pll环路滤波器的输出也连接到压控振荡器312用于pll的正常操作。

比较器308可检测电压差的改变，并且比较器308的输出309可呈从低到高转变的形式，此时捕获的码为用于bpf301滤波器校准的精确码。这对应于相位差改变符号，即，在相位差跨越零值时从负变成正。

输入信号306可通过测试仪芯片上算法在外部施加或直接通过数字控制器(也通过从fsk发射器输出到fsk接收器输入的回环)在内部施加。

在正常操作期间，开关310闭合，这意味着pll307环路闭合并且不存在从滤波器的输入到pfd的输入的直接路径，并且在校准模式期间，开关310打开。在校准模式期间，开关311闭合。

如果捕获的码储存在集成存储器中，例如，一次性可编程存储器(“otp”)或多次可编程存储器(“mtp”)。然而，如果没有存储器为可用的，那么当芯片加电并且将捕获的码保存在触发器或其它临时储存器内时，数字控制器可运行算法。

图4示出具有pll解调器和静噪检测器的fsk收发器400的框图。在校准方法的当前实施例中的概念可在具有基于pll的fsk解调器的fsk收发器400上实施。在接收器侧405上的fsk收发器包括基于pll的fsk解调器，该基于pll的fsk解调器包括2×1多路复用器401、比较器407、相位-频率检测器402、电荷泵403、电荷泵404、pll环路滤波器409、压控振荡器410和双削波器411。基于pll的fsk解调器的接收器侧另外包括bpf406和静噪检测器408。

通过在基于pll的fsk解调器的接收器侧405上的电荷泵404和双削波器411形成的路径被形成为获得低噪声低误码率(“ber”)基于pll的fsk解调器。

比较器407接收bpf406输出信号和电压参考信号，并且将bpf406输出信号改变到cmos电平并且将改变的信号输入到pfd402中。

2×1多路复用器401选择在正常收发器操作中pll环路闭合的x412，并且2×1多路复用器401选择在校准模式期间断开pll环路的y412，这将输入信号vbus414施加到pfd402。

fsk收发器的发射器侧415包括fsk解调器416、bpf417和线路驱动器418。

静噪检测器408通过接收电压参考vref执行阈值校准，该电压参考vref为在滤波器中心频率被校准之后校准的静噪检测器408的阈值。

例如，具有频率fc(即，fsk信号的载波频率)的需要检测的静噪电平(例如对于usbpdfsk标准，45mv)下的信号被施加到接收器的输入vbus414。从最大值到等于来自vbus414的传入信号电平的点扫描电压参考vref，这引起静噪检测器408开始向数字控制器419发送0/1序列并且将码捕获为电压参考vref校准码。

电压参考vref校准码补偿通过静噪检测器408接收的输入信号的所有增益、偏移、组件失配。

图5示出具有校准码的图形500。图形500包括双削波器(修整比较器)的输出的图形504和pfd上下信号的图形505。如图形505中所示，随着时间(x轴)508增加，扫描校准码，并且pfd信号保持在502上面直到大约修整码14，其中pfd信号下降到503。这指示校准码为正确的，因此pfd未检测到在载波频率信号和来自bpf的信号之间的任何相位差。

如双削波器输出的图形504所示，双削波器保持在506上面直到大约修整码14，其中双削波器输出下降到507并且来自双削波器的校准码用于校准bpf。

图6示出施加到输入的信号、静噪比较器接收的信号、具有改变校准码的用于静噪检测器比较器参考的信号和用于静噪检测器比较器的信号的图形600。

施加到输入的信号vbus603为输入到fsk收发器中的信号。静噪检测器接收的信号604为从bpf输出并且通过静噪检测器接收的信号。包括改变校准码的用于静噪检测器参考的信号602为vref。从静噪检测器输出的信号601为从静噪检测器传输到数字控制器的信号。

校准方法可用于使用bpf的任何fsk接收器(或fsk收发器)，然而，根据滤波器的类型，算法可不同。另外，静噪检测阈值的校准可用于任何类型的静噪检测器校准。

在当前实施例中，使用辅助电荷泵和双削波器，不需要额外电路系统(除2×1多路复用器之外)。然而，当使用没有辅助路径的pll时，比较器可在可执行校准的vco之前使用。

从前述描述中将显而易见的是，可在硬件中实施本发明的各种示例性实施例。此外，各种示例性实施例可实施为储存在非暂时性机器可读储存介质，诸如易失性或非易失性存储器上的指令，该指令可通过至少一个处理器读取和执行，以执行本文中详细描述的操作。非暂时性机器可读储存介质可包括用于以机器可读形式储存信息的任何机构，诸如，个人计算机或膝上型计算机、服务器或其它计算装置。因此，非暂时性机器可读储存介质可包括只读存储器(rom)、随机访问存储器(ram)、磁盘储存介质、光学储存介质、闪存存储器装置，以及类似的储存介质，并且不包括暂时性信号。

本领域的技术人员应了解，本文中的任何框图表示体现本发明的原理的说明性电路系统的概念视图。类似地，将了解任何流程图表、流程图、状态转变图、伪码等等表示可基本上呈现在机器可读介质中并且因此由计算机或处理器执行的各种过程，无论此类计算机或处理器是否明确地示出。

因此，应理解，以上描述旨在为说明性并且非限制性的。在阅读以上描述后，除所提供的例子以外的许多实施例和应用将显而易见。范围不应参考上文描述或下文摘要来确定，而是实际上应参考所附权利要求书以及此类权利要求所授权的等效物的全部范围来确定。预期并且旨在，未来的开发将对于本文中所讨论的技术进行，并且所公开的系统和方法将并入到所述未来的实施例中。总之，应理解，本申请能够进行修改和变化。

益处、优点、问题解决方案以及可以使任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何(一种或多种)元件不应被理解为任何或所有权利要求书的重要、必要或基本特征或元件。本发明仅由所附权利要求书限定，该所附权利要求书包括在发布的本申请和那些权利要求的所有等效物的未决期间所作出的任何修正。

除非本文中相反地明确指示，否则权利要求书中所用的所有术语都旨在被给出如对于如本文中所述的技术博学的人员所理解的其最广泛的合理构造和其普通含义。具体地说，除非权利要求相反地叙述明确限制，否则例如“一”、“所述(the)”、“所述(said)”等的单数冠词的使用应理解为叙述一个或多个所指示的要素。

提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开内容的性质。该摘要在遵守以下理解的情况下提交：其将不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在前述具体实施方式中，可看出在各种实施例中，出于精简本公开的目的将各种特征分组在一起。不应将此公开内容的方法解释为反映以下意图：所要求保护的实施例需要比每一项权利要求中明确叙述的更多的特征。实际上，如所附权利要求书所反映，本发明主题在于少于单个所公开实施例的全部特征。因此，以下权利要求书特此并入到具体实施方式中，其中每一项权利要求独自作为单独所要求保护的主题。