並行路徑分頻器電路的製作方法

2023-04-25 19:53:01 1

專利名稱：並行路徑分頻器電路的製作方法
技術領域：
所公開的實施例一般涉及分頻器，包括在無線通信系統中可操作的分頻器。
背景技術：
對於某些應用(例如，無線通信系統)，包括分頻器電路是有用的。在一個示例中，分頻器接收振蕩輸入信號，對該輸入信號進行分頻，並且產生降頻(divided-down)的振蕩輸出信號。該分頻的特徵是按整數進行分頻。在無線通信系統內，分頻器將頻率使用看作無線電收發機(發射機/接收機)的一部分。在一個示例中，在無線電收發機內，分頻器可以用於從本地振蕩器(LO)接收振蕩信號，對該振蕩信號進行降頻，並且產生兩個更低頻率的輸出信號差分同相(I)輸出信號和差分正交(Q)輸出信號。輸出信號I和Q的頻率可以例如是輸入信號的頻率的一半。Q輸出信號具有與I輸出信號相同的頻率，但是相對於I輸出信號偏轉了 90度相位。這樣一來,差分輸出信號I和Q被稱為相位正交。可以將該組降·頻輸出信號例如提供給無線電收發機的接收鏈中的混頻器。這僅僅是分頻器在無線通信系統內的一種應用。分頻器還可以用於本地振蕩器內的鎖相環內，或者可以用於在無線通信系統電路內的其它地方對信號進行分頻。圖I (現有技術)是一種分頻器電路I的視圖。分頻器I包括用於對差分輸入信號LO進行分頻的分頻器電路2、以及用於產生具有25%佔空比的降頻信號的電路3。分頻器I接收差分輸入信號L0，該差分輸入信號LO包含導線4上的信號LO+和導線5上的信號LO-o分頻器I產生兩個差分輸出信號1和Q。差分輸出信號I包含導線6上的信號I+和導線7上的信號I-。差分輸出信號Q包含導線8上的信號Q+和導線9上的信號Q-。分頻器2接收輸入信號L0，並且對輸入信號LO進行分頻。電路3從分頻器2接收信號，而不接收輸入信號L0。在這種方式中，分頻器2和電路3是串聯布置的。在一個示例中，分頻器2可操作以用於按整數2對輸入信號LO進行分頻並且產生50%佔空比的、相位正交的輸出信號。電路3可操作以用於產生25%佔空比的、相位正交的輸出信號。因為分頻器2和電路3是串聯布置的，分頻器2所產生的噪聲通過電路3傳播到輸出信號I和Q。雖然，圖I的電路在某些應用中良好地運轉，但是它有局限性。在一個示例中，如圖I中所示的分頻器消耗了大於20毫安的電流來執行四分頻操作，以便產生在小於10皮秒的相位噪聲規範內的差分輸出信號I和Q。在實際電路設計中，來自本地振蕩器的輸入信號是通過長度通常超過I毫米的信號線來傳輸的。在該距離上，沿著這條線的功率損耗有使振蕩信號的幅度衰減的傾向。為了克服這些損耗並且向分頻器傳送軌對軌(rail to rail)信號，本地振蕩器必須發送更強的信號，其導致非期望的功耗水平。在應用中(例如，在電池供電的蜂窩電話的無線電收發機中)，其可能期望操作如下分頻器該分頻器接收已衰減的振蕩輸入信號並且產生具有極小功耗的、低相位噪聲的、軌到軌I和Q信號
發明內容
並行路徑分頻器(PPFD)包括低功率分頻器電路和高速鎖存電路。將所述PPFD的輸入節點上呈現的輸入信號的第一部分傳輸給所述分頻器電路，並且將第二部分傳輸給所述鎖存電路。所述分頻器電路產生傳輸給所述鎖存電路的被分頻的使能信號。所述鎖存電路產生已降頻的輸出信號，只要使能信號上的相位噪聲小於輸入信號的振蕩周期的一半，該已降頻的輸出信號就對使能信號上呈現的相位噪聲不敏感。因為低功率分頻器所產生的噪聲沒有傳播給PPFD所產生的輸出信號，所以PPFD以相對較低功耗產生低噪聲的分頻信號。在一個實施例中，所述PPFD包含兩個低功率分頻器電路和兩個高速鎖存電路。每個分頻器電路接收差分輸入信號的一部分，按整數值對所述輸入信號進行分頻，並且輸出差分使能信號。差分使能信號的第一部分是由所述第一分頻器電路所產生的同相(I)差分使能信號。差分使能信號的第二部分是由所述第二分頻器電路所產生的正交(Q)差分使能信號。所述I使能信號和Q使能信號彼此相位相差大約90度，因而是相位正交的。將所述 I差分使能信號傳輸給第一高速鎖存電路。所述第一高速鎖存器還接收所述差分輸入信號的一部分並且產生降頻的輸出信號I。將所述Q差分使能信號傳輸給第二高速鎖存電路。第二高速鎖存器還接收所述差分輸入信號的一部分，並且產生降頻輸出信號Q。所述I和Q輸出信號彼此相位相差大約90度，因而是相位正交的。因為將差分輸入信號的一部分傳輸給低功率分頻器電路並且將剩餘部分傳輸給高速鎖存電路，將輸入信號分割成兩個並行路徑。每個高速鎖存電路基於所述差分輸入信號的一部分和低功率分頻器電路所產生的使能信號來產生輸出信號。通過鎖存電路的操作，產生對低功率分頻器所產生的使能信號上呈現的相位噪聲不敏感的分頻輸出信號。由於這個原因，可以由消耗較小功率的相對較小的電晶體來構建低功率分頻器電路，並且能夠利用相對較小的輸入電流來驅動該低功率分頻器電路以產生軌到軌輸出信號。此外，高速鎖存電路可以構建為消耗相對較少量的功率，因為它們需要相對較少的電晶體來實現相對較簡單的鎖存功能。在一個示例中，每個分頻器包括兩個三態反相器、以及配置為作為D-鎖存電路進行操作的反相器。在同一示例中，每個高速鎖存電路僅包括配置為作為鎖存電路進行操作的三個電晶體。在第二實施例中，每個分頻器電路是可編程的。每個可編程的低功率分頻器操作以按可選擇的整數值N對差分輸入信號LO進行分頻。在一個示例中，可編程分頻器在一個配置中按因子2、在另一個配置中按因子4，來對差分輸入信號LO進行分頻。可選擇的整數值N是由二進位數字選擇信號確定的。基於該選擇信號數值，每個分頻器配置為按所期望的整數值來對差分輸入信號LO進行分頻。上述內容是概述，因而必然包括對細節的簡化、概括以及省略；所以，本領域技術人員將會明白，該概述僅僅是示意性的，且並非旨在以任何方式進行限制。本文所描述的設備和/或方法的其它方面、創造性特徵、以及優點，如權利要求所單獨定義的，在本文所述的非限制性詳細描述中將會變得清楚。


圖I (現有技術)是包括串聯布置的分頻器電路的分頻器的視圖。圖2是根據一個新穎方面，採用分頻器113的移動通信設備100的簡化視圖。
圖3是圖2的RF收發機集成電路102的更詳細的視圖。圖4是圖3的RF收發機集成電路102的接收鏈108內的分頻器113的操作的視圖。圖5是圖4的RF收發機集成電路102的接收鏈108的並行路徑分頻器113的詳細視圖。圖6是配置為根據差分輸入信號來產生降頻差分輸出信號的並行路徑分頻器113的詳細視圖。圖7是圖6的低功率分頻器132和高速鎖存電路134的更詳細的視圖。
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圖8是圖7的低功率分頻器132和高速鎖存電路134的輸入波形和輸出波形的圖
/Jn ο圖9是圖6的低功率分頻器133和高速鎖存電路135的更詳細的視圖。圖10是圖9的低功率分頻器133和高速鎖存電路135的輸入波形和輸出波形的圖示。圖11是圖6的並行路徑分頻器113的輸入波形和輸出波形的圖示。圖12是並行路徑分頻器113的第二實施例的圖示。圖13是圖12的並行路徑分頻器113的可編程低功率分頻器132的圖示。圖14是根據一個方面的方法的流程圖。
具體實施例方式圖2是移動通信設備100 (例如，蜂窩電話)的非常簡化的高級框圖。設備100 (除了圖中沒有示出的部分)還包括可用於接收並且發送蜂窩電話通信的天線101、RF收發機集成電路102、以及數字基帶集成電路103。圖3是圖2的RF收發機集成電路102的更詳細的視圖。在對蜂窩電話的操作的一個很簡化的解釋說明中，如果蜂窩電話正在用於接收作為蜂窩電話通話的一部分的音頻信息，則在天線101上接收進入傳輸104。信號經過雙工器105和匹配網絡106，並且被接收鏈108的低噪聲放大器(LNA) 107放大。在經過混頻器109下變頻之後並且經過基帶濾波器110濾波之後，將信息傳輸給數字基帶集成電路103以進行模數轉換並且在數字域中進一步處理。作為下變頻處理的一部分，混頻器109接收由分頻器113所產生的降頻振蕩信號L01/N，並且使用該信號來對接收鏈108所處理的信息進行下變頻。被稱為降頻振蕩信號L01/N的信號實際上包括兩個差分信號1和Q。差分信號I和Q中的每一個是在一組兩條導線上傳輸的。分頻器113近距離物理靠近接收鏈108的電路。分頻器113接收本地振蕩器信號L01，按整數N對該信號進行分頻，並且輸出降頻振蕩信號L01/N。本地振蕩器信號LOl是由本地振蕩器111產生的。LOl可以例如是通過兩條導線傳輸的差分信號。在其它示例中，LOl可以是通過單條導線傳輸的單端信號。LOl通過長的、「有損耗的」線112傳輸到分頻器113。如下面闡述的，信號LOl在長的、「有損耗的」線112上傳輸期間遭受寄生功率損耗。這些損耗使LOl的峰到峰信號幅度以及LOl的高頻分量衰減。另一方面，如果蜂窩電話100正在用於發送作為蜂窩電話通話的一部分的音頻信息，則在數字基帶集成電路103中將要發送的音頻信息轉換成模擬形式。將模擬信息提供給RF收發機集成電路102的發送鏈115的基帶濾波器114。在濾波之後，混頻器116對信號進行上變頻。作為上變頻處理的一部分，混頻器116接收由分頻器119所產生的降頻振蕩信號L02/N，並且使用該信號來對發送鏈115所處理的信息進行上變頻。所形成的上變頻信號被驅動放大器120和外部功率放大器121放大。將放大信號提供給天線101，以作為輸出傳輸122進行傳輸。降頻振蕩信號L02/N包括兩個差分信號1和Q。分頻器119接收本地振蕩器信號L02，按整數因子N對該信號進行分頻，並且輸出降頻振蕩信號L02/N。本地振蕩器信號L02是由本地振蕩器117產生的。L02可以例如是通過兩條導線傳輸的差分信號。在其它示例中，L02可以是通過單條導線傳輸的單端信號。L02通過長的、「有損耗的」線118傳輸到分頻器119，該分頻器119位於近距離靠近發送鏈115的電路的位置。在通過長的、「有損耗的」線118傳輸期間，信號L02遭受寄生功率損耗，使其峰到峰幅度和高頻分量衰減。圖4更加詳細地描繪了在圖3的RF收發機集成電路102的接收鏈108的本地振蕩器(LO)路徑128內、從本地振蕩器111到混頻器109的振蕩信號的傳輸。本地振蕩器111 包括壓控振蕩器(VC0)123和輸出緩存器124。VCO 123產生具有振蕩頻率特徵的正弦振蕩信號。在一個示例中，VC0123產生以大約4Ghz振蕩的正弦信號。輸出緩存器124對VCO123的輸出信號進行放大並且轉換為差分信號L0。差分信號LO包含在導線126上傳輸的信號LO+和在導線129上傳輸的信號L0-。如圖所示，在輸出緩存器124的輸出端處，信號LO近似於以VCO 123所產生的正弦振蕩信號的振蕩頻率進行振蕩的方波。LO路徑128的長的、「有損耗的」線112包括對信號LO+進行傳輸的導線126和對信號LO-進行傳輸的導線129。在其它示例中，本地振蕩器111可以產生單端信號，並且線112可以僅包括對單端輸入信號進行傳輸的單條導線。在無線通信系統(例如，電池供電的蜂窩電話)中，本地振蕩器111向各種子電路提供振蕩信號。因此，構建近距離物理靠近每個子電路的本地振蕩器111是不太可能的。結果，本地振蕩器111通常沒有近距離物理靠近接收鏈108的分頻器113。例如，長的、「有損耗的」線112的長度為I毫米或更長。由於該長度，通過線112傳輸的振蕩信號成為多個功率損耗構件的犧牲品。與晶片襯底(die substrate)的電容f禹合對通過線112傳輸的高頻振蕩信號具有低通濾波效果。電磁輻射損耗也使通過線112傳輸的高頻信號的幅度衰減，並且線112的充電/放電導致l/2cv2f損耗。由於其長度，線112表現得像天線，通過線112傳輸的高頻信號遭受輻射損耗。作為這些功率損耗的結果，通過線112傳輸的振蕩信號遭受峰到峰信號幅度的衰減和高頻分量的衰減。例如，在近距離物理靠近本地振蕩器111所測量的、來自本地振蕩器111的信號LO的波形可能近似於理想的方波。然而，在近距離靠近輸入緩存器125所測量的同一信號可能在幅度和高頻分量方面有所衰減。為了描述的目的，方波的轉折(transition)被極大地衰減,並且在每個轉折處呈現為圓角。雖然能夠通過增大發射功率來克服這些功率損耗，但是這引起非期望的功耗增大。因此，與輸入緩存器125結合的分頻器113應當能夠可靠地並且在極小功耗的情況下對已衰減的輸入信號進行分頻。輸入緩存器125接收通過導線126和129傳輸的差分信號L0。輸入緩存器125根據已衰減的差分信號LO來產生方波差分信號L0。所要求的相位噪聲和由輸入緩存器125所產生的信號的電流水平決定了輸入緩存器125所消耗的功率。隨著相位噪聲需求變得更嚴格並且隨著所產生的信號的所需電流水平增大，輸入緩存器125需要更大的電晶體。為了降低由輸入緩存器125所消耗的功率量，分頻器113應該配置為利用由輸入緩存器125所提供的最小量的輸入電流、在輸出相位噪聲規範內進行操作。在一個示例中，分頻器125在小於10皮秒的輸出相位噪聲規範內執行四分頻操作消耗了不到6毫安。分頻器113通過導線138、139、140、以及141耦合到輸出緩存器127。分頻器113通過導線136和137耦合到輸入緩存器125。分頻器113接收包含導線136上的信號LO+和導線137上的信號LO-的差分輸入信號L0。分頻器113通過按整數N對輸入信號LO進行分頻來產生降頻輸出信號LO/N。L0/N包括兩個差分輸出信 號I和Q。差分輸出信號I包含導線138上的信號I+和導線139上的信號I-。差分輸出信號Q包含導線140上的信號Q+和導線141上的信號Q-。整體地，I+、I-、Q+、以及Q-是相位正交的四個降頻振蕩信號。如下面所闡述的，所有四個信號近似於輸入波形LO的分頻版本，但是這四個信號表示中的每一個具有約90度相位差的特點。將輸出緩存器127耦合到混頻器109。混頻器109包括具有反相器電路的緩存級。基於反相器的混頻器緩存級是針對它們的功率有效的操作特性而使用的。然而，它們需要近似於軌到軌輸入波形來可靠地操作。因此，採用輸出緩存器127來產生差分輸出信號I和Q，所述差分輸出信號I和Q近似於理想的軌到軌幅度波形來可靠地驅動混頻器109。在操作中，輸出信號I+、I_、Q+、以及Q-在幾十毫伏的電路供電電壓內的最大電壓VDD與幾十毫伏的電路接地電壓內的最小電壓VSS之間振蕩。當被來自輸出緩存器127的輸出信號I+、I-、Q+、以及Q-驅動時，混頻器109的混頻器緩存級可靠地操作。圖5是圖3的RF收發機集成電路102的接收鏈108的並行路徑分頻器(PPFD)113的圖示。PPFD 113包括低功率分頻器電路130、高速鎖存電路131、輸入節點180、以及輸出引線187。低功率分頻器130通過導線188耦合到高速鎖存器131。輸出引線187耦合到高速鎖存器131。輸入節點180通過導線181耦合到低功率分頻器130。輸入節點180還通過導線183耦合到高速鎖存器131。將輸入節點180上呈現的輸入信號LO的電流分為兩部分信號部分182和信號部分184。通過導線181將信號182傳輸給低功率分頻器130，並且通過導線183將信號184傳輸給高速鎖存器131。低功率分頻器130接收信號182並且產生使能信號185，該使能信號185通過導線188傳輸給高速鎖存器131。使能信號185是自LO降頻到較低頻率而來的。在一個示例中，低功率分頻器130按二分頻對輸入信號LO進行分頻。高速鎖存器131接收信號184和使能信號185兩者，並且產生通過輸出引線187傳輸的降頻輸出信號186。通過這種方式，將輸入信號LO分割成兩個並行部分。低功率分頻器130對第一部分182進行降頻以產生使能信號185。與針對輸出信號186的相位噪聲的規範相比較，使能信號185符合對相位噪聲的寬鬆規範。例如，使能信號185上呈現的相位噪聲可以達到輸入信號LO的振蕩周期的一半。對於4Ghz的輸入頻率而言，在使能信號185上呈現的相位噪聲可以是如250皮秒那樣大，而不是在輸出信號186上呈現的不到10皮秒的相位噪聲的規範。在一個示例中，使能信號可能延遲大於輸入信號LO的振蕩周期的25%,而輸出信號延遲小於輸入信號LO的振蕩周期的10%。由於對相位噪聲的這種相對較寬鬆的規範，可以由消耗較小功率的相對較小的電晶體來構建低功率分頻器130，並且能夠利用相對較小的輸入電流來驅動該低功率分頻器130以產生軌到軌輸出信號。因此，信號182的電流水平可以更小，從而降低輸入緩存器125的功率需求。將第二部分(信號184)直接傳輸給高速鎖存器131。信號184驅動了不太容易受到噪聲源影響的相對較大的電晶體。例如，輸出信號186上呈現的相位噪聲可能小於10皮秒。因為高速鎖存器131是簡單的鎖存電路而非複雜的分頻器電路，所以需要相對較少的大電晶體。在較少的大電晶體的情況下，利用降低的供電電流和信號184的較小電流水平可以滿足對輸出信號186的相位噪聲規範。通過高速鎖存器131的鎖存電路的操作，輸出信號186上的相位噪聲是源自於信號184上呈現的相位噪聲而非使能信號185的相位噪聲。由於這個原因，可以容忍使能信號185上呈現的相對較大量的相位噪聲，只要該噪聲水平沒有超過輸入信號LO的振蕩周期的一半。由於這個原因，低功率分頻器130的電晶體可以比高速鎖存器131的電晶體小。雖然低功率分頻器130包括比高速鎖存器131更多的電晶體，在一個示例中，將輸入信號LO的電流的大約一半引導到低功率分頻器130，並且將剩餘部分引導到高速鎖存器130。通過這種方式，在低功率分頻器與高速鎖存器所消耗的輸入電流之間達到平衡。在一個示例中，並行路徑分頻器113所消耗的總電流是串聯分頻器所消耗的電流的一半，從而在2GHz輸出信號上實現不到10皮秒的相位噪聲。圖6是圖3的RF收發機集成電路102的接收鏈108的分頻器113的更詳細的視圖。PPFD 113包括低功率分頻器130，該低功率分頻器130包括兩個分頻器電路(分頻器132 和分頻器133)。PPFD 113還包括高速鎖存器131，該高速鎖存器131包括兩個高速鎖存電路(鎖存器134和鎖存器135)。如圖所示，PPFD 113操作以對差分輸入信號(L0+和L0-)進行分頻，來產生相位正交的降頻輸出信號(I+、I-、Q+、Q-)。將信號LO+通過導線126傳輸給振蕩輸入節點141。將輸入節點141上呈現的信號LO+的電流分成兩部分信號部分142和信號部分143。將信號142傳輸給低功率分頻器130的分頻器132和分頻器133兩者。將信號143傳輸到鎖存器135。將信號LO-通過導線129傳輸給振蕩輸入節點144。將輸入節點144上呈現的信號LO-的電流分成兩部分信號部分145和信號部分146。將信號145傳輸給低功率分頻器130的分頻器132和分頻器133兩者。將信號146傳輸給鎖存器134。通過這種方式，將差分輸入信號LO分成兩個並行部分。分頻器132接收信號142的一部分以及信號145的一部分，並且產生使能信號EN_I+和EN_I-。將信號EN_I+通過導線169傳輸給鎖存器134，並且將信號EN_I-通過導線170傳輸給鎖存器134。使能信號EN_I+和EN_I-中的每一個被降頻。在一個示例中，分頻器132對輸入信號LO進行二分頻。鎖存器134接收使能信號EN_I+和EN_I-以及信號146，並且產生降頻輸出信號通過輸出引線138傳輸的I+和通過輸出引線139傳輸的I-。類似地，分頻器133接收信號142的一部分和信號145的一部分，並且產生使能信號EN_Q+和EN_Q-。將信號EN_Q+通過導線171傳輸給鎖存器134，並且將信號EN_Q-通過導線172傳輸給鎖存器135。使能信號EN_Q+和EN_Q-中的每一個從LO降頻到較低頻率。在一個示例中，分頻器133對輸入信號LO進行二分頻。鎖存器135接收使能信號EN_Q+和EN_Q-以及信號143，並且產生降頻輸出信號通過輸出引線140傳輸的Q+和通過輸出引線141傳輸的Q-。整體地，I+、I-、Q+、以及Q-是相位正交的四個降頻振蕩信號。圖7是PPFD 113的低功率分頻器130的分頻器132、高速鎖存器131的鎖存器134的更詳細的視圖。分頻器132包括第一三態反相器150、第二三態反相器151、以及反相器152。三態反相器150包括P-溝道電晶體153 (Pl)、P-溝道電晶體154 (P2)、N_溝道電晶體155 (NI)、N-溝道電晶體156 (N2)、輸入引線173、控制輸入引線174、控制輸入引線175、以及輸出節點190。每個電晶體包括源極、漏極、以及柵極。Pl的源極耦合到提供電壓VDD的電壓源。Pl的漏極耦合到P2的源極。P2的漏極耦合到NI的源極和輸出節點190。NI的漏極耦合到N2的源極。N2的漏極耦合到提供接地電壓的電壓源。控制輸入引線174耦合到P2的柵極。控制輸入引線175耦合到NI的柵極。電晶體Pl和N2的柵極耦合到輸入引線173。三態反相器151包括P-溝道電晶體157 (P3)、P-溝道電晶體158 (P4)、N-溝道電晶體159 (N3)、N-溝道電晶體160 (N4)、輸入引線176、控制輸入引線177、控制輸入引線178、以及輸出節點191。每個電晶體包括源極、漏極、以及柵極。P3的源極耦合到提供電壓VDD的電壓源。P3的漏極耦合到P4的源極。P4的漏極耦合到N3的源極和輸出節點191。N3的漏極耦合到N4的源極。N4的漏極耦合到提供接地電壓的電壓源。控制輸入引線177耦合到P4的柵極。控制輸入引線178耦合到N3的柵極。電晶體P3和N4的柵極耦合到輸入引線176。三態反相器151的輸入引線176耦合到三態反相器150的輸出節點190。反相器152包括P-溝道電晶體161 (P5)、N_溝道電晶體162 (N5)、輸入引線179、以及輸出節點192。P5的源極耦合到提供電壓VDD的電壓源。P5的漏極耦合到N5的源極並且耦合到反相器152的輸出節點192。N5的漏極耦合到提供接地電壓的電壓源。電晶體P5和N5的柵極耦合到輸入引線179。反相器152的輸入引線179耦合到三態反相器151的輸出節點191。三態反相器150的輸入引線173耦合到反相器152的輸出節點192。信號 LO-的一部分是通過三態反相器150的控制輸入引線174以及通過三態反相器151的控制輸入引線178傳輸的。信號LO+的一部分是通過三態反相器150的控制輸入引線175以及通過三態反相器151的控制輸入引線177傳輸的。EN_I+呈現在三態反相器151的輸出節點191處。EN_I+從分頻器132的輸出節點191通過導線169傳輸到鎖存器134。EN_I-呈現在反相器152的輸出節點192處。EN_I-從分頻器132的輸出節點192通過導線170傳輸到鎖存器134。鎖存器134包括第一鎖存電路197和第二鎖存電路198。鎖存電路197包括P_溝道電晶體163 (P6)、N-溝道電晶體164 (N6)、N_溝道電晶體165 (N7)、輸入引線195、控制輸入引線169、以及輸出節點193。每個電晶體包括源極、漏極、以及柵極。P6的源極耦合到提供電壓VDD的電壓源。P6的漏極耦合到N6的源極。N6的漏極耦合到N7的源極和輸出節點193。N7的漏極耦合到提供接地電壓的電壓源。控制輸入引線169耦合到P6的柵極。電晶體N6和N7的柵極耦合到輸入引線195。通過這種方式，輸入引線195上呈現的輸入信號向至多兩個電晶體提供電流以產生輸出信號。鎖存電路198包括P-溝道電晶體166 (P7)、N-溝道電晶體167 (N8)、N_溝道電晶體168 (N9)、輸入引線196、控制輸入引線170、以及輸出節點194。每個電晶體包括源極、漏極、以及柵極。P7的源極耦合到提供電壓VDD的電壓源。P7的漏極耦合到N8的源極。N8的漏極耦合到N9的源極和輸出節點194。N9的漏極耦合到提供接地電壓的電壓源。控制輸入引線170耦合到P7的柵極。電晶體NS和N9的柵極耦合到輸入引線196。通過這種方式，輸入引線196上呈現的輸入信號向至多兩個電晶體提供電流以產生輸出信號。通過反相器197的控制輸入引線195以及通過反相器198的控制輸入引線196來傳輸信號LO-的一部分。信號I+呈現在鎖存器197的輸出節點193處。從鎖存器134的輸出節點193通過導線138傳輸信號I+。信號I-呈現在鎖存器198的輸出節點194處。從鎖存器134的輸出節點194通過導線139傳輸信號I-。圖8描繪了由圖7的分頻器132和鎖存器134所產生的信號的示例性波形。如針對圖7所討論的，將信號LO+和LO-提供給分頻器132，並且將LO-提供給鎖存器134。如在圖7中配置的，分頻器132根據信號LO+和LO-來產生使能信號EN_I+和EN_I_。如圖8中理想地描繪的，分頻器132進行操作以按因子2來對信號LO+和LO-進行分頻，以產生信號EN_I+和EN_I-。信號EN_I+和EN_I_是50%佔空比信號，並且EN_I+和EN_I_彼此相位相差180度。鎖存器134進行操作以接收使能信號和信號L0-，並且產生分頻的、25%佔空比信號I+和I-。鎖存器134以相對較高的轉換速率(slew rate)進行操作，以使可能加到信號I+和I-上的附加相位噪聲的量最小化。雖然鎖存器134對信號LO-上呈現的相位噪聲進行傳播，但是只要使能信號上呈現的相位噪聲沒有超過輸入信號LO-的時鐘周期的一半，它就不對使能信號EN_I+和EN_I-上呈現的相位噪聲進行傳播。通過鎖存器134的動作，信號I+不鎖存為高，直到EN_I+為低並且信號LO-為低為止。換句話說，當LO-降為低時為了使I+轉變為高，EN_I+必須為低。在圖 8中所示的理想環境下，在LO-降為低之前的LO-的時鐘周期的一半內以及在LO-降為低之後的LO-的時鐘周期的一半內，EN_I+為低。因此，在沒有加到信號I+上呈現的相位噪聲上的情況下，信號EN_I+上呈現的相位噪聲可能達到信號LO-的時鐘周期的一半。類似地，在沒有加到信號I-上呈現的相位噪聲上的情況下，信號EN_I-上呈現的相位噪聲可以達到信號LO-的時鐘周期的一半。圖9是PPFD 113的低功率分頻器130的分頻器133、高速鎖存器131的鎖存器135的更詳細的視圖。分頻器133類似於分頻器132。分頻器133包括第一三態反相器199、第二三態反相器200、以及反相器201。鎖存器135包括第一鎖存電路202和第二鎖存電路203。如圖所示，利用差分輸入信號LO來驅動分頻器133的三態反相器199，該差分輸入信號LO具有與分頻器132的三態反相器150的差分輸入信號相反的極性。類似地，利用差分輸入信號LO來驅動分頻器133的三態反相器200，該差分輸入信號LO具有與分頻器132的三態反相器151的差分輸入信號相反的極性。從分頻器133通過導線171向鎖存電路202傳輸信號EN_Q+。從分頻器133通過導線172向鎖存電路203傳輸信號EN_Q-。鎖存電路202和203兩者都是由信號LO+驅動的。從鎖存器135的鎖存電路202通過導線140傳輸信號Q+。從鎖存器135的鎖存電路203通過導線141傳輸信號Q-。圖10描繪了由圖9的分頻器133和鎖存器135所產生的信號的示例性波形。如針對圖9所討論的，將信號LO+和LO-提供給分頻器133，並且將LO+提供給鎖存器135。如在圖9中配置的，分頻器133根據信號LO+和LO-來產生使能信號EN_Q+和EN_Q-。如在圖10中理想地描繪的，分頻器133操作以按因子2來對信號LO+和LO-進行分頻，以產生信號EN_Q+和EN_Q-。信號EN_Q+和EN_Q-是50%佔空比信號，並且EN_Q+和EN_Q-彼此相位相差180度。鎖存器135操作以接收使能信號和信號L0+，以產生分頻的、25%佔空比信號Q+和Q-。鎖存器135以相對較高的轉換速率(slew rate)進行操作，以使可能加到信號Q+和Q-上的附加相位噪聲的量最小化。雖然鎖存器135對信號LO+上呈現的相位噪聲進行傳播，但是只要使能信號上呈現的相位噪聲沒有超過輸入信號LO+的時鐘周期的一半，它就不對使能信號EN_Q+和EN_Q-上呈現的相位噪聲進行傳播。通過鎖存器135的動作，信號Q+不鎖存為高，直到EN_Q+為低並且信號LO+為低為止。換句話說，當LO+降為低時為了使Q+轉變為高，EN_Q+必須為低。在圖10中所示的理想環境下，在LO+降為低之前的LO+的時鐘周期的一半內以及在LO+降為低之後的LO+的時鐘周期的一半內，EN_Q+為低。因此，在沒有加到信號Q+上呈現的相位噪聲的情況下，信號EN_Q+上呈現的相位噪聲可能達到信號LO+的時鐘周期的一半。類似地，在沒有加到信號Q-上呈現的相位噪聲的情況下，信號EN_Q-上呈現的相位噪聲可以達到信號LO+的時鐘周期的一半。
圖11描繪了在針對圖7-10更加完整描述的實施例中，由圖6的低功率分頻器130和高速鎖存器131所產生的信號的示例性波形。低功率分頻器130操作以產生使能信號EN_I+、EN_Q+、EN_I-、以及 EN_Q-。如圖所示，信號 EN_I+、EN_Q+、EN_I_、以及 EN_Q-是彼此相位相差90度的50%佔空比信號。此外，信號EN_I+、EN_Q+、EN_I_、以及EN_Q-是自差分信號LO按因子2進行分頻而來的。高速鎖存器131進行操作以產生輸出信號I+、Q+、I-、以及Q-。如圖所不，輸出/[目號I+、Q+、I_、以及Q-是彼此相位相差90度的25%佔空比彳目號。此外，信號I+、Q+、I-、以及Q-是自差分輸入信號LO按因子2進行分頻而來的。圖12描繪了第二實施例中的PPFD 113。在本實施例中，PPFD 113包括可編程的低功率分頻器130，該低功率分頻器130包括兩個可編程的分頻器電路(分頻器132和分頻器133)。可編程低功率分頻器130進行操作以按可選擇的整數值N對差分輸入信號LO進行分頻。在一個示例中，可編程的分頻器130在一個配置中按因子2、在另一個配置中按因子4，對差分輸入信號LO進行分頻。在其它示例中，可以按其它整數值(例如，2、3、4、6、8)來執行分頻。可選擇的整數值N是由二進位數字選擇信號SEL確定的。可編程的低功率分頻器130接收SEL。基於SEL的值，分頻器130配置為按所期望的整數值來對差分輸入信號·LO進行分頻。圖13更加詳細地描繪了可編程低功率分頻器130的可編程分頻器電路132。分頻器電路132包括第一數據鎖存(D-鎖存)電路204和第二數據鎖存(D-鎖存)電路205。在一個示例中，D-鎖存電路204和205中的每一個可以配置為如針對圖7中所示的分頻器電路132所述的那樣。電路204按因子2對差分輸入信號LO進行分頻，並且產生在D-鎖存器204的輸出端和反相輸出端呈現的降頻差分輸出信號L0/2。D-鎖存電路204的輸出端Q耦合到D-鎖存電路205的時鐘輸入端。通過這種方式，D-鎖存電路205按額外因子2對降頻輸出信號L0/2進行分頻，並且輸出在D-鎖存器205的輸出端和反相輸出端呈現的降頻差分輸出信號L0/4。分頻器電路132還包括開關元件206-209。開關元件206選擇性地將D-鎖存電路204的輸出端耦合到導線169。開關元件207選擇性地將D-鎖存電路204的反相輸出端耦合到導線170。開關元件208選擇性地將D-鎖存電路205的輸出端耦合至IJ導線169。開關元件208選擇性地將D-鎖存電路205的反相輸出端耦合到導線170。如圖所示，二進位數位訊號SEL命令開關元件206和207基本上為非導通的，並且命令開關元件208和209基本上為導通的。在這種配置中，將D-鎖存電路205的輸出端和反相輸出端分別耦合到導線169和170。通過這種方式，按因子4對導線169上呈現的使能信號EN_I+和導線170上呈現的EN_I-進行分頻。在可選的配置中，SEL命令開關元件206和207基本上為導通的，並且命令開關元件208和209基本上為非導通的。在這種配置中，將D-鎖存電路204的輸出端和反相輸出端分別耦合到導線169和170。通過這種方式，按因子2對導線169上呈現的使能信號EN_I+和導線170上呈現的信號EN_I_進行分頻。圖14是根據一個方面的方法220的流程圖。在步驟221中，PPFD 113基于振蕩輸入信號的第一部分來產生使能信號。該使能信號是自輸入信號降頻而來的。在步驟222中，將使能信號傳輸到PPFD 113的高速鎖存電路。在步驟223中，PPFD 113基于振蕩輸入信號的第二部分和使能信號來產生輸出信號。該輸出信號是自輸入信號降頻而來的。在振蕩輸入信號的第一部分與第二部分之間分割振蕩輸入信號的電流。在一個或多個示例性實施例中，所描述的功能可以在硬體、軟體、固件、或者它們的任何組合中實現。如果在軟體中實現，所述功能可以存儲在計算機可讀介質上，或者作為一條或多條指令或代碼通過計算機可讀介質傳輸。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，該通信介質包括有助於電腦程式從一個地方向另一個地方傳輸的任何介質。存儲介質可以是能夠由通用或專用計算機訪問的任何可用介質。這樣的計算機可讀介質可以包括，例如但不限於，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲器、磁碟存儲器或其它磁性存儲設備、或者可用於攜帶或存儲具有指令或數據結構形式的所期望的程序代碼模塊並且能夠由通用或專用計算機、或者通用或專用處理器訪問的任何其它介質。另外，任何連接可以合適地被稱為計算機可讀介質。例如，如果從網站、伺服器、或其它遠程源使用同軸電纜、光纜、雙絞線、數字用戶線(DSL)、或者無線技術(例如紅外線、無線電、以及微波)來傳輸軟體，則同軸電纜、光纜、雙絞線、DSL、或者無線技術(例如紅外線、無線電、以及微波)包括在介質的定義中。如本文所使用的磁碟和光碟包括壓縮光碟(⑶)、雷射光碟、光碟、數字多功能光碟(DVD)、軟盤、以及藍光光碟，其中，磁碟通常用磁來再現數據，而光碟是由雷射器用光來再現數據。以上的組合也應當包括在計算機可讀介質的範圍內。在一個示意性例子中，將一組處理器可執行指令211存儲在圖2的數字基帶集成 電路103中的存儲器(處理器可讀介質)212中。處理器210通過總線來訪問存儲器212並且執行指令211，從而使得集成電路103來配置、控制和監測RF收發機集成電路102的接收鏈108中的分頻器113。雖然上面為了指導的目的而描述了某些具體實施例，但是本專利文獻的教導具有普適性並且不限於上述具體實施例。例如，本申請中已經描述了如包括低功率分頻器和高速鎖存器的分頻器，但是低功率分頻器可以包括鎖存功能並且高速鎖存器可以包括分頻能力。相應地，在不脫離下面給出的權利要求的保護範圍的情況下，能夠實施對所述具體實施例的各種特徵的各種修改、調整、以及組合。
權利要求
1.一種分頻器，包括 第一振蕩輸入節點； 低功率分頻器，其耦合到所述第一振蕩輸入節點，其中所述低功率分頻器響應於所述第一振蕩輸入節點上呈現的振蕩輸入信號來產生第一使能信號；以及 高速鎖存器，其耦合到所述第一振蕩輸入節點和所述低功率分頻器，其中所述高速鎖存器響應於所述振蕩輸入信號和所述第一使能信號來產生輸出信號 ，其中所述輸出信號是自所述振蕩輸入信號分頻而來的。
2.如權利要求I所述的分頻器，其中，所述低功率分頻器包括 第一分頻器電路，其耦合到所述第一振蕩輸入節點和第二振蕩輸入節點，其中所述第一分頻器電路響應於所述第一振蕩輸入節點和所述第二振蕩輸入節點上呈現的差分輸入信號來產生所述第一使能信號和第二使能信號；以及 第二分頻器電路，其耦合到所述第一振蕩輸入節點和所述第二振蕩輸入節點，其中所述第二分頻器電路響應於所述第一振蕩輸入節點和所述第二振蕩輸入節點上呈現的所述差分輸入信號來產生第三使能信號和第四使能信號；以及 其中，所述高速鎖存器包括 第一鎖存電路，其耦合到所述第二振蕩輸入節點和所述第一分頻器電路，其中所述第一鎖存電路響應於所述第一使能信號和所述第二使能信號來產生第一差分輸出信號；以及 第二鎖存電路，其耦合到所述第一振蕩輸入節點並且耦合到所述第二分頻器電路，其中所述第二鎖存電路響應於所述第三使能信號和所述第四使能信號來產生第二差分輸出信號。
3.如權利要求2所述的分頻器，其中，所述第一差分輸出信號是同相(I)差分輸出信號，其中，所述第二差分輸出信號是正交(Q)差分輸出信號，並且其中所述I差分輸出信號和所述Q差分輸出信號是相位正交的。
4.如權利要求2所述的分頻器，其中，所述低功率分頻器包括第一三態反相器、第二三態反相器、以及反相器，所述第一三態反相器包括輸入引線、第一控制輸入引線、第二控制輸入引線、輸出節點，所述第二三態反相器包括輸入引線、第一控制輸入引線、第二控制輸入引線、輸出節點，所述反相器包括輸入引線和輸出節點，其中，所述第一三態反相器的輸出節點耦合到所述第二三態反相器的輸入引線，其中，所述第二三態反相器的輸出節點耦合到所述反相器的輸入引線，其中，所述反相器的輸出節點耦合到所述第一三態反相器的輸入引線，其中，所述第一使能信號呈現在所述第二三態反相器的輸出節點上，並且其中，所述第二使能信號呈現在所述反相器的輸出節點上。
5.如權利要求4所述的分頻器，其中，所述第一三態反相器的第一控制輸入引線和所述第二三態反相器的第二控制輸入引線耦合到所述第二振蕩輸入節點，並且其中所述第一三態反相器的第二控制輸入引線和所述第二三態反相器的第一控制輸入引線耦合到所述第一振蕩輸入節點。
6.如權利要求2所述的分頻器，其中，所述高速鎖存器包括第一N-溝道電晶體、第二N-溝道電晶體、以及P-溝道電晶體，其中，所述P-溝道電晶體的柵極耦合到所述第二三態反相器的輸出節點，其中，所述P-溝道電晶體的漏極耦合到所述第一 N-溝道電晶體的源極，其中，所述第一 N-溝道電晶體的漏極耦合到所述第二 N-溝道電晶體的源極，其中，所述第一 N-溝道電晶體和所述第二 N-溝道電晶體的柵極耦合到所述第二振蕩輸入節點，並且其中所述第一 N-溝道電晶體的漏極耦合到所述高速鎖存器的第一輸出節點。
7.如權利要求I所述的分頻器，其中，將所述第一振蕩節點處的所述振蕩輸入信號的第一部分傳輸給所述低功率分頻器，並且其中，將所述振蕩輸入信號的第二部分傳輸給所述高速鎖存器。
8.如權利要求7所述的分頻器，其中，所述振蕩輸入信號的所述第一部分小於所述振蕩輸入信號的所述第二部分。
9.如權利要求I所述的分頻器，其中，所述振蕩輸入信號以第一頻率進行振蕩，其中，所述第一使能信號以第二頻率進行振蕩，並且其中，所述第一頻率是所述第二頻率的兩倍。
10.如權利要求9所述的分頻器，其中，所述輸出信號以所述第二頻率並且25%的佔空比進行振蕩。
11.如權利要求I所述的分頻器，其中，所述第一使能信號延遲大於所述振蕩輸入信號的振蕩周期的25%，並且其中所述輸出信號延遲小於所述振蕩輸入信號的振蕩周期的10%。
12.如權利要求I所述的分頻器，其中，所述振蕩輸入信號向所述高速鎖存器的至多兩個電晶體提供電流，以產生所述輸出信號。
13.—種方法,包括 基于振蕩輸入信號的電流的第一部分來產生使能信號，其中所述使能信號是自所述振蕩輸入信號降頻而來的； 將所述使能信號傳輸給高速鎖存器；以及 基於所述振蕩輸入信號的電流的第二部分和所述使能信號來產生輸出信號，其中，所述輸出信號是自所述振蕩輸入信號降頻而來的。
14.如權利要求13所述的方法，其中，所述使能信號的產生是由低功率分頻器電路執行的，並且其中，所述輸出信號的產生是由所述高速鎖存器執行的。
15.如權利要求13所述的方法,其中,所述輸出信號的產生包括響應於所述振蕩輸入信號的所述第二部分的數字高狀態和所述使能信號的數字高狀態來將所述高速鎖存器的輸出節點上呈現的電壓鎖存為第一電壓狀態。
16.如權利要求13所述的方法，其中，所述輸出信號上呈現的相位噪聲小於所述使能信號上呈現的相位噪聲。
17.如權利要求13所述的方法，其中，所述使能信號上呈現的相位噪聲大於所述振蕩輸入信號的振蕩周期的10%。
18.如權利要求13所述的方法，其中，所述振蕩輸入信號的所述第二部分向所述高速鎖存器的至多兩個電晶體提供電流，以產生所述輸出信號。
19.一種分頻器，包括 振蕩輸入節點，其接收所述分頻器上的第一振蕩輸入信號；以及 用於按固定整數對所述第一振蕩輸入信號進行分頻從而產生分頻輸出信號的模塊，其中，所述模塊包括低功率分頻器和高速鎖存器，所述低功率分頻器接收所述振蕩輸入信號的第一部分，所述高速鎖存器接收所述振蕩輸入信號的第二部分。
20.如權利要求19所述的分頻器，其中，所述低功率分頻器耦合到所述高速鎖存器，其中所述低功率分頻器產生傳輸給所述高速鎖存器的已分頻的使能信號，並且其中，所述高速鎖存器基於所述振蕩輸入信號的所述第二部分和所述使能信號來產生所述分頻輸出信號。
21.如權利要求19所述的分頻器，進一步包括 第二振蕩輸入節點，其接收所述分頻器上的第二振蕩輸入信號，其中所述第一振蕩輸入信號和所述第二振蕩輸入信號是差分輸入信號，其中，所述分頻輸出信號是同相(I)差分輸出信號，並且其中，所述模塊對所述第二振蕩輸入信號進行分頻從而產生正交(Q)差分輸出信號。
全文摘要
並行路徑分頻器(PPFD)包括低功率分頻器和高速鎖存器。將所述PPFD的輸入節點上呈現的振蕩輸入信號的第一部分傳輸給所述分頻器，並且將第二部分傳輸給所述鎖存器。所述分頻器產生分頻使能信號，將該分頻使能信號傳輸給所述鎖存器。所述鎖存器基於所述振蕩輸入信號和所述使能信號來產生降頻輸出信號。只要使能信號上的相位噪聲小于振蕩輸入信號的振蕩周期的一半，輸出信號就對使能信號上呈現的相位噪聲不敏感。因為低功率分頻器所產生的噪聲沒有傳播給PPFD所產生的輸出信號，所以PPFD以相對較低功耗產生低噪聲的分頻信號。
文檔編號H03L7/00GK102959866SQ201180032250
公開日2013年3月6日 申請日期2011年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者G·L·布朗, A·奇卡利尼, D·喬 申請人:高通股份有限公司