具有可變增益跨導級的可調諧的自適應濾波器的製作方法

2024-02-19 19:22:15

專利名稱：具有可變增益跨導級的可調諧的自適應濾波器的製作方法
技術領域：
本發明大體來說涉及電子設備，且更具體來說涉及一種包括模擬濾波器的通信裝置。
背景技術：
已知通信系統支持無線及/或有線通信裝置之間的無線及有線通信。根據一種或一種以上通信標準，每一類型的通信系統經建構且因此進行操作。舉例來說，無線通信系統可根據一種或一種以上標準來操作，所述一種或一種以上標準包括(但不限於) IEEE802. 11、藍牙、高級行動電話服務(AMPS)、數字AMPS、全球移動通信系統(GSM)、碼分多址(CDMA)及/或其變體。取決於無線通信系統的類型，無線通信裝置(例如，蜂窩式電話、雙向無線電、個人數字助理(PDA)、個人計算機(PC)、膝上型計算機、家庭娛樂設備等)與其它無線通信裝置直接或間接地通信。為參與無線通信，每一無線通信裝置包括內建式無線電收發器(即， 接收器及發射器)或耦合到相關聯的無線電收發器(例如，用於住宅內及/或建築物內無線通信網路的臺、RF數據機等)。眾所周知，接收器耦合到天線且包括一低噪聲放大器、一個或一個以上中間頻率級、一濾波級及一數據恢復級。所述低噪聲放大器經由天線接收傳入的RF信號且將其放大。所述一個或一個以上中間頻率級將經放大的RF信號與一個或一個以上本機振蕩信號混頻，以將經放大的RF信號轉換成基帶信號或中間頻率(IF)信號。所述濾波級將基帶信號或IF信號濾波以使不需要的帶外信號衰減，從而產生經濾波的信號。所述數據恢復級根據特定無線通信標準從所述經濾波的信號中恢復原始數據。還已知，發射器包括一數據調製級、一個或一個以上中間頻率級及一功率放大器。 所述數據調製級根據特定無線通信標準將原始數據轉換成基帶信號。基帶數位訊號被轉換成模擬基帶信號或中間(IF)信號。發射器濾波級將基帶信號或IF信號濾波以移除由數據數位訊號處理及數/模轉換過程所造成的圖像。所述發射器濾波級根據特定通信標準進一步處理基帶模擬信號或中間模擬信號。 所述一個或一個以上中間頻率級將基帶信號與一個或一個以上本機振蕩信號混頻，以產生 RF信號。在經由天線發射所述RF信號之前，功率放大器放大所述RF信號。為幫助接收及發射模擬信號處理，可將各種類型的模擬濾波器完全集成於晶片上。此類濾波器可為電阻器-電容器(RC)濾波器(無源型或有源型)、開關電容器濾波器及跨導電容器(Gm-C)濾波器。模擬RC濾波器包括電阻器-電容器組合以設定濾波器的極點頻率。在各種配置中其還可包括跨導級(通常稱為gm級)以設定濾波器增益。圖2為模擬濾波器200的層級框圖。模擬濾波器200包含跨導級Ml、電阻器-電容器Rl-Cl組合及跨阻抗級M2。模擬濾波器200被配置為電流模式濾波器，其中其輸入為電流Iin且其輸出為電流lout。跨導級240連接到電阻器沈0的第一端子。電阻器沈0的第二端子連接到電容器觀0的第一端子。電容器觀0的第二端子連接到接地。電阻器沈0 的第二端子連接到跨阻抗級四0。總濾波器轉移函數被定義為Iout/Iin。此典型濾波器配置的3dB截止頻率(因此濾波器帶寬)可大致表示為 F - 1
_2] 捕(劃+丄).Cl等式⑴
Sm濾波器的增益可通過改變跨導級MO的大小而改變。現代通信協議需要接收器及發射器濾波兩者均包括增益控制。在使用跨導級的典型濾波器中，如果濾波器的增益通過改變跨導而改變，則濾波器的極點位置可改變，從而導致濾波器帶寬隨增益控制而變化。然而，濾波器中的帶寬變化可導致無線裝置的接收信號路徑及發射信號路徑兩者的顯著性能降級。在接收路徑中，接收器的基帶模擬濾波器的帶寬變化導致靜態敏感度、存在幹擾者的情況下的敏感度、接收器IP3及抗混疊性能的性能降級。或者，在發射路徑中，發射器的基帶濾波器帶寬的變化導致發射器的EVM(誤差向量幅度)、ACLR (鄰近信道洩漏比)及靜態/瞬時功率屏蔽性能的性能降級。現有技術已展示用於校準濾波器帶寬及增益的各種實施方案，但這些實施方案傾向於需要大量校準時間。在移動通信裝置中，尤其在發射器中，模擬濾波器的增益可在對在增益步長之間允許多長時間的嚴格要求下極快速地改變。首先依序調整濾波器增益的增益且接著依序調整濾波器的帶寬可違反發射器時序要求。因此，實施晶片上濾波器以符合這些嚴格時序要求尤其對於多模式-多協議通信系統為困難的。因此，需要符合這些要求的晶片上濾波器結構及操作方法。

發明內容


圖1展示根據示範性實施例的無線通信裝置的框圖。圖2為模擬濾波器的層級框圖。圖3為根據示範性實施例的濾波器電路的層級框圖。圖4展示同時設定濾波器的增益及極點調諧的示範性實施例。圖5說明矽實施方案的示範性測量數據。圖6展示同時設定增益及極點頻率的流程。
具體實施例方式詞「示範性」在本文中用以意謂「充當實例、例子或說明」。本文中描述為「示範性」 的任何實施例將未必被解釋為比其它實施例優選或有利。
下文結合隨附圖式所闡述的實施方式意在作為本發明的示範性實施例的描述，且不意在表示可實踐本發明的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術語「示範性」意謂「充當實例、例子或說明」，且未必應被解釋為比其它示範性實施例優選或有利。所述實施方式包括特定細節以便實現提供對本發明的示範性實施例的透徹理解的目的。所屬領域的技術人員將顯而易見，可在沒有這些特定細節的情況下實踐本發明的示範性實施例。在一些情況下，以框圖形式展示眾所周知的結構及裝置以避免混淆本文中所呈現的示範性實施例的新穎性。圖1展示根據示範性實施例的無線通信裝置100的框圖。在此示範性設計中，無線通信裝置100包括裝置110(例如，數位訊號處理器(DSP))及收發器120。收發器120包括發射器130及接收器150，其支持雙向無線通信。大體來說，無線通信裝置100可包括用於任何數目個通信系統及任何數目個頻帶的任何數目個發射器及任何數目個接收器。在發射路徑中，裝置110處理待發射的數據且將模擬輸出信號提供給發射器130。 在發射器130內，模擬輸出信號首先通過放大器(Amp) 132放大，接著通過模擬濾波器 134(例如，低通濾波器)濾波以移除由數/模轉換(DAC)所造成的圖像，進一步通過VGA 136放大，且接著通過混頻器138從基帶上變頻轉換到RF。經上變頻轉換的信號接著通過濾波器140濾波以移除由上變頻轉換所造成的圖像，通過驅動器放大器(DA) 142及功率放大器(PA) 144進一步放大，接著經由雙工器/開關146路由，且最終經由天線148發射。在接收路徑中，天線148接收來自基站的信號且提供所接收的信號，其經由雙工器/開關146路由且提供到接收器150。在接收器150內，所接收的信號通過LNA 152放大，通過帶通濾波器IM濾波，且通過混頻器156從RF下變頻轉換到基帶。經下變頻轉換的信號通過VGA 158放大，通過模擬濾波器160(例如，低通濾波器)濾波，且通過放大器162 放大以獲得模擬輸入信號，將所述模擬輸入信號提供到DSP 110。如圖1中所展示，發射器130及接收器150實施直接轉換架構，所述直接轉換架構在一級中將信號的頻率在RF與基帶之間轉換。發射器130及/或接收器150還可實施超外差式架構，其在多個級中將信號的頻率在RF與基帶之間轉換。本機振蕩器(LO)產生器170產生發射與接收LO信號且將所述LO信號分別提供到混頻器138及156。鎖相環路 (PLL) 172從數據處理器110接收控制信息且將控制信號提供到LO產生器170以在適當頻率下產生發射與接收LO信號。大體來說，發射器130及接收器150中的信號的調節可通過放大器、濾波器、混頻器等的一個或一個以上級來執行。這些電路塊可與圖1中所展示的配置不同地加以布置。 此外，圖1中未展示的其它電路塊也可用以調節發射器及接收器中的信號。也可省略圖1 中的一些電路塊。可在模擬集成電路(IC)、RF IC(RFIC)、混頻信號IC等上實施整個收發器120或收發器120的一部分。舉例來說，發射器130中的放大器132到驅動器放大器142 可在RFIC上實施，而功率放大器144可在RFIC外部實施。裝置110可執行無線裝置100的各種功能，例如用於經發射的數據與所接收的數據的數字處理。存儲器112可存儲裝置110的程序代碼及數據。可在一個或一個以上專用集成電路(ASIC)及/或其它IC上實施裝置110。如圖1中所展示，發射器及接收器可包括各種濾波器。可以各種方式實施每一濾波器。
圖3為根據示範性實施例的濾波器電路300的層級框圖(block level diagram)。 所述濾波器電路300包含輸入跨導級340、電阻器-電容器組合360-380及輸出跨阻抗級 390。輸入跨導級340為可變跨導以便設定濾波器的增益。電容器380為可變電容器。在一個實施例中，如隨後將討論且在圖4中所展示，可變電容器可使用一組開關電容器。濾波器300經配置為電流模式濾波器，其中其輸入為電流Iin且其輸出為電流lout。輸入跨導級340連接到電阻器360的第一端子。電阻器360的第二端子連接到電容器380的第一端子。電容器380的第二端子連接到接地。電阻器360的第二端子連接到輸出跨阻抗級390。當輸入跨導級340的跨導gm減小時，電容器380的電容根據等式1減小以維持極點位置，且反之，當輸入跨導級340的跨導gm增加時，電容器380的電容根據等式1增加以維持極點位置。在圖3的示範性實施例中，濾波器的增益通過改變輸入跨導級340的大小而改變。 或者，所述增益可通過改變輸出跨阻抗級390的大小而改變。所屬領域的技術人員可了解， 可在發射器中使用發射器增益控制的兩種實施方案，以促進滿足對增益範圍及粒度的要求。所屬領域的技術人員可了解，可使用可變電阻器或類似組件，或類似的組件組合來設定或調整模擬濾波器的極點位置。由於每一增益控制方法對極點頻率具有不同影響，因此使用這些實施方案的任一者導致電容器大小對增益設定的不同映射。與依序設定增益及極點頻率相對比，可使用數位訊號處理器來同時調整增益及基於增益調整極點位置。因此允許模擬濾波器的增益極快速改變且符合增益步長之間的嚴格時序要求。圖4展示同時設定增益及極點調諧的示範性實施例。無線通信裝置400包含裝置 410(例如，DSP)，及模擬濾波器450。裝置410包含增益控制器420及解碼器430。濾波器 450包含可變跨導級440、電阻器-電容器460-480組合及跨阻抗級490。在圖4的實施例中，可變跨導級包含一組並聯連接的MOS裝置，以便設定模擬濾波器的增益。在圖4的實施例中，可變電容器使用一組開關電容器480。可變跨導級440連接到電阻器460的第一端子。電阻器460的第二端子連接到電容器480的第一端子。可變電容器480的第二端子連接到接地。電阻器460的第二端子連接到跨阻抗級490。增益控制器410直接控制可變跨導級440的大小且因此控制其增益。在替代性實施例(未圖示)中，可另外控制跨阻抗級490的大小且因此控制其增益。增益控制器410 耦合到解碼器420。解碼器420耦合到可變電容器480。響應於增益決策，解碼器420適當地將模擬濾波器的所需增益映射到對應電容，以使濾波器的極點位置保持在所要值處或保持在所要範圍內。因此，在圖4的示範性實施例中，模擬濾波器的增益及極點位置經同時設定。圖5說明矽實施方案的示範性測量數據。圖5展示在根據示範性實施例的模擬濾波器的增益上所測量的3dB頻率。曲線520展示當啟用調諧方案時，在模擬濾波器的增益上的3dB頻率保持在特定範圍內。當停用調諧方案時，則當增益改變時濾波器的3dB頻率顯著改變，如圖5的曲線510所展示。圖6展示根據另一示範性實施例的同時設定增益及極點位置的方法的流程圖。在此實施例中，在步驟610中，增益控制器產生增益決策。在步驟620中，解碼器將模擬濾波器的經決定的增益適當地映射到對應電容，以使模擬濾波器的極點位置保持在特定值處或在特定範圍內。在最後步驟630中，增益控制器及解碼器分別同時設定可變跨導級的增益及可變電容器的電容。可預期，所屬領域的技術人員可在不脫離本發明的範疇的情況下發現實施增益控制器及解碼器的各種配置。同樣，可使用各種映射技術來確定、計算或以其它方式指定對應於增益的電容，使得濾波器極點位置保持在所要值處或保持在所要範圍內。所屬領域的技術人員將進一步了解，可將結合本文中所揭示的實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟實施為電子硬體、計算機軟體或兩者的組合。為清楚地說明硬體與軟體的此可互換性，上文已大體上在功能性方面描述各種說明性組件、塊、 模塊、電路及步驟。所述功能性實施為硬體或是軟體視特定應用及施加於整個系統的設計約束而定。所屬領域的技術人員可針對每一特定應用以不同方式來實施所描述的功能性， 但所述實施決策不應被解釋為導致偏離本發明的示範性實施例的範疇。可通過通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或經設計以執行本文中所描述的功能的其它可編程邏輯裝置、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其任何組合來實施或執行結合本文中所揭示的實施例所描述的各種說明性邏輯塊、模塊及電路。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，處理器可為任何常規的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可實施為計算裝置的組合，例如，DSP 與微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任一其它此配置。結合本文所揭示的實施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬體、由處理器執行的軟體模塊或兩者的組合實施。軟體模塊可駐留於隨機存取存儲器(RAM)、快閃記憶體、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬碟、可裝卸磁碟、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示範性存儲媒體耦合到處理器，使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息及將信息寫入到所述存儲媒體。在替代例中，存儲媒體可與處理器形成一體。處理器及存儲媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留於用戶終端中。在替代例中，處理器與存儲媒體可作為離散組件而駐留於用戶終端中。在一個或一個以上示範性實施例中，可在硬體、軟體、固件或其任何組合中實施所描述的功能。如果實施於軟體中，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼存儲於計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體來傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進將電腦程式從一處轉移到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。作為實例而非限制，所述計算機可讀媒體可包含 RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲裝置、磁碟存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用以載運或存儲呈指令或數據結構形式的所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。 又，可將任何連接恰當地稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字用戶線(DSL)或無線技術(例如紅外線、無線電及微波)而從網站、伺服器或其它遠程源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或無線技術(例如紅外線、無線電及微波)包括於媒體的定義中。如本文中所使用，磁碟及光碟包括壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數字多功能光碟(DVD)、軟性磁碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性的方式再生數據，而光碟通過雷射以光學的方式再生數據。上述各物的組合也應包括在計算機可讀媒體的範疇內。 提供對所揭示示範性實施例的先前描述以使任何所屬領域的技術人員能夠製造或使用本發明。所屬領域的技術人員將易於了解對這些示範性實施例的各種修改，且在不偏離本發明的精神或範疇的情況下，本文所界定的一般原理可應用於其它實施例。因此，本發明不意在限於本文所展示的實施例，而應被賦予與本文所揭示的原理及新穎特徵相一致的最廣泛範疇。
權利要求
1.一種用於控制模擬濾波器的裝置，所述模擬濾波器包括可變增益電路及用於設定所述模擬濾波器的極點位置的可變組件，所述裝置包含增益控制器，其用以決定增益；及解碼器，其用以響應於所述增益決策來設定所述可變組件的電容及電阻中的至少一者，以設定所述模擬濾波器的所述極點位置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其進一步包含用於設定增益的裝置。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述解碼器同時分別設定所述模擬濾波器的所述增益及所述濾波器的可變電容器的電容。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中設定所述電容包括將增益映射到電容。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述映射是可編程的。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中設定增益包括設定可變跨導級及可變跨阻抗級中的至少一者的增益。
7.根據權利要求4所述的裝置，其中設定所述電容包括控制一組開關電容器。
8.根據權利要求4所述的裝置，其中設定所述增益及設定所述電容以同步方式發生。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述模擬濾波器為電流模式濾波器。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述裝置為基帶處理器且所述模擬濾波器是在無線通信裝置的發射路徑中。
11.一種用於控制模擬濾波器的方法，所述模擬濾波器具有可變增益電路及用以設定所述模擬濾波器的極點位置的可變電容器，所述方法包含檢測增益決策；及響應於所述增益決策而設定所述可變電容器的電容，以將所述濾波器的所述極點位置設定在特定值處或設定在特定範圍內。
12.根據權利要求11所述的方法，其進一步包含將所述經決定的增益映射到將所述濾波器的所述極點位置設定在所述特定值處或設定在所述特定範圍內所需的電容。
13.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含設定所述可變增益電路的增益。
14.根據權利要求13所述的方法，其中增益的所述設定及所述電容的所述設定是同時的。
15.一種具有模擬濾波器的無線通信裝置，所述模擬濾波器包括可變增益電路及用於設定所述模擬濾波器的極點頻率的可變電容器，所述無線通信裝置包含用於檢測增益決策的裝置；及用於響應於所述經檢測的增益決策而設定所述可變電容器的電容以設定所述模擬濾波器的所述極點頻率的裝置。
16.根據權利要求15所述的無線通信裝置，其進一步包含用於決定所述增益的裝置。
17.根據權利要求16所述的無線通信裝置，其進一步包含用於設定增益的裝置。
18.根據權利要求17所述的無線通信裝置，其中所述濾波器的所述可變增益裝置的所述增益及所述可變電容器的所述電容同時設定。
19.根據權利要求18所述的無線通信裝置，其中所述用於設定所述電容的裝置進一步包含用於將增益映射到電容的裝置。
20.根據權利要求19所述的無線通信裝置，其中所述用於將增益映射到電容的裝置是可編程的。
21.根據權利要求18所述的無線通信裝置，其中所述可變增益電路為可變跨導及可變跨阻抗中的一者。
22.根據權利要求18所述的無線通信裝置，其中所述可變電容器為一組開關電容器。
23.根據權利要求18所述的無線通信裝置，其中增益控制器將所述增益決策發送到所述用於設定所述可變電容的裝置。
24.一種用於控制模擬濾波器的集成電路，所述模擬濾波器包括可變增益電路及用於設定所述模擬濾波器的極點位置的可變組件，其包含用於決定增益的裝置；及用於響應於所述增益決策來設定所述可變組件的電容及電阻中的至少一者以設定所述模擬濾波器的所述極點位置的裝置。
25.一種電腦程式產品，其供與控制模擬濾波器的處理器裝置一起使用，所述模擬濾波器具有可變增益電路及設定所述模擬濾波器的極點位置的可變電容器，所述電腦程式產品具有致使所述處理器裝置進行以下操作的指令檢測增益決策；及響應於所述增益決策而設定所述可變電容器的電容，以將所述濾波器的所述極點位置設定在特定值處或設定在特定範圍內。
全文摘要
在一示範性實施例中，提供一種包括模擬濾波器(400)的通信裝置，其中數位訊號處理器(410)同時設定所述模擬濾波器的增益(420、440)及所述濾波器的極點位置(430、480)，以便使所述濾波器的極點位置維持在所要值處或維持在所要範圍內。在其它示範性實施例中，還提供用以同時設定所述濾波器的所述增益及所述極點位置的方法。
文檔編號H03H11/12GK102460970SQ201080028478
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月23日 優先權日2009年6月23日
發明者馬希姆·蘭詹 申請人:高通股份有限公司