具有雙頻率源選擇的無線電設備的結構的製作方法
2023-10-17 02:15:04
專利名稱：具有雙頻率源選擇的無線電設備的結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線電通信電路，具體涉及無線電設備的結構。
設計雙工雙變換收發信機要求包括多個頻率合成器分別地對於時分雙工(TDD)或頻分雙工(FDD)操作以相同的或不同的頻率同時地接收和發送。在FDD系統中，利用偏移的本地振蕩器(LO)合成器和基帶信號相結合，產生調製的中頻(IF)信號。在TDD系統中，第二本地振蕩器(LO)信號與基帶信號相組合，產生調製的中頻，又與主本地振蕩器LO相混合，來產生載頻。
圖1示出典型的FDD無線電設備的方框圖。該FDD系統使用三個分離的合成器，亦即主LO合成器114、第二LO合成器116和偏移LO合成器110。偏移LO合成器110為TX發送路徑提供中頻。第二LO合成器116用於RX接收路徑。在典型的FDD系統100中，在麥克風102接收的進入的音頻信號104通過控制器部分106被變換為編碼音頻信號，該信號稱為「TX基帶信號」108。該TX基帶信號108然後在調製器112中與偏移LO合成器產生的偏移LO信號111組合，產生調製的IF信號124。調製的IF信號124在TX混頻器126中再與主LO合成器114產生的主LO信號122混合。這就產生TX載頻132，再由濾波器134濾波和由放大器138放大，產生放大的RF(射頻)信號140。然後該放大的RF信號140通過天線耦合器(例如雙工器142)耦合到天線146，作為RF信號發送出去。
在FDD系統100的接收RX路徑中，RF信號144由天線146接收並通過雙工器142耦合，使RF信號作為RX信號148耦合到RX路徑上。該RX信號148通過放大器150放大並通過濾波器154濾波。然後，濾波後的信號130在RX混頻器128與主LO信號122混合，產生IF載波信號120。該IF載波信號120被饋送到零IF部分(ZIF)118，在那裡該IF信號與第二LO合成器116產生的、以與該IF載波信號同頻的第二LO信號121混合，直接地變換為RX基帶頻率156。該基帶信號156在控制部分106中針對定時和數/模變換進行處理並在揚聲器158輸出音頻。
在圖2所示的典型的TDD無線電設備中，音頻信號204由麥克風202接收並在控制器部分206中處理，在控制器部分中音頻信號被該變換為編碼的音頻信號，該信號稱為「TX基帶信號」208。第二LO合成器252產生第二LO信號212，該信號在調製器210與TX基帶信號208組合，產生調製的IF信號214。調製的IF信號214再在TX混頻器218與主LO信號216混合，產生TX載頻信號220。主LO信號216從主LO合成器217產生。TX載頻220在放大器222被放大，以產生放大的TX載頻信號224並由天線開關226切換到TX路徑，然後在濾波器228濾波並由天線240作為發送的RF信號230發送出去。
在TDD系統的接收方式下，RF信號230由天線240接收，由濾波器228濾波，再通過天線開關226切換到RX路徑上，作為RX信號242。RX信號242再由放大器244放大，在RX混頻器248中與從主LO合成器217產生的主LO信號216混合，以產生RX IF載頻信號250。RX IF載頻信號250在ZIF254中與第二LO合成器信號212組合，以形成RX基帶信號256。RX基帶信號256傳送到控制部分206，在這裡得到處理並在揚聲器258中被變換為音頻。
如圖1和圖2所示，FDD和TDD系統示為兩個分離的無線電設備。在一個實施例中提供平臺組合的設備對於系統和無線電設備的設計者試圖設計經濟有效的無線電設備並同時減少設計時間是有用的。
圖1示出現有技術的FDD無線電設備平臺的方框圖。
圖2示出現有技術的TDD無線電設備平臺的方框圖。
圖3示出根據本發明的雙結構無線電設備平臺的方框圖。
圖4示出圖3的雙結構無線電設備平臺的合成器控制器電路的方框圖。
圖3示出了本發明的優選實施例的無線電設備300方框圖。無線電設備300包括一個控制器部分306，用於音頻處理、定時規程控制和模/數和數/模變換。無線電設備300還包括一個調製器317，用於組合和調製發送信號，和一個ZIF350，用於混合和下變換接收的信號為基帶。三個合成器即一個主本地振蕩器(LO)合成器320、第二LO合成器316和一個偏移LO合成器318)產生各種LO頻率，用於無線電設備300的發送和接收方式。無線電設備300還包括一個發送路徑內含一個發送(TX)混合器326，用於產生RF信號和一個接收路徑，內含一個接收(RX)混頻器346，用於變換輸入的射頻(RF)信號為中頻。在優選實施例中，調製器317、ZIF350、主LO合成器320、第二LO合成器316、偏移LO合成器318以及合成器控制器312能被集成到稱為「ZIF/SYN356」的單個集成電路IC上。
控制器部分306麥克風302處接收音頻信號，然後處理它為TX基帶信號308。從位於控制器部分306內的微處理器(未示出)來的選擇線311能使合成器控制器312存取或選擇偏移LO合成器318或第二LO合成器316，並產生隔離的LO信號310。然後，隔離的LO信號310在調製器317與TX基帶信號308組合，產生調製的IF信號324。調製的IF信號324再在TX混合器326中與主LO合成器320產生的主LO信號322混合，以產生TX載頻328，再經放大器330放大為放大的TX載頻332。放大的TX載頻332再經天線耦合器334耦合到TX路徑，然後作為RF信號336由天線340發送出去。
合成器控制器312確定是TDD系統還是FDD系統被啟動經選擇線311。合成器控制器312用以接通偏移的LO合成器318或第二LO合成器316。為了啟動FDD系統，合成器控制器312使偏移LO合成器信號319隔離為隔離的LO信號310和在調製器317把它與TX基帶信號308組合，以產生調製的IF信號324。為了啟動TDD系統第二LO合成器信號314將作為隔離的LO信號310被處理，並在調製器317內與基帶信號308組合，以產生調製的IF信號324。在FDD系統中，偏移LO合成器318驅動調製器317，在TDD系統中第二LO合成器316驅動調製器317。能夠選擇第二LO合成器316或偏移LO合成器318來為TDD和FDD系統設計提供通用的結構。
如無線電設備300所示的天線耦合器可包括一個隔離器、一個雙工器、一個環形器或一個天線開關，這由啟動那個無線電系統平臺有關。雙工器用於全FDD，天線開關用於TDD方式或具有規程定時的FDD方式，它允許在不同的時隙發送和接收。
對於從兩個合成器電路(第二合成器316或偏移LO合成器318)的任一個合成器電路來的信號LO信號利用圖4所示的由第一和第二隔離電路組成的隔離電路方案來執行制定路由。第一隔離電路耦合到偏移LO合成器318上，並且包括第一驅動電路406，該電路具有耦合到偏移合成器的一個輸入端和耦合到第一緩衝器408的一個輸出端。當使第一隔離電路工作時，最好通過選擇線311，在第一緩衝器408的輸出端產生偏移LO信號319作為隔離LO信號310。當隔離電路不工作時，在第一緩衝器408的輸出端呈現高阻抗。第二隔離電路包括一個第二驅動電路402，驅動電路402有耦合到第二LO合成器316的一個輸入端和耦合到第二緩衝器404的一個輸出端，當第二隔離電路被啟動時，在第二緩衝器404的輸出端提供第二LO合成器信號314作為隔離LO信號310。當第二隔離器電路不工作時，在第二緩衝器404的輸出端呈現高阻抗兩個緩衝器的輸出耦合在一起作為隔離的LO信號310。同時沒有一個隔離電路被啟動，藉此提供兩個頻率源之間的隔離。此外，合成器源的選擇允許在TDD系統中關斷沒有使用的合成器、偏移LO合成器318。
對於從兩個合成器電路(第二LO合成器316或偏移LO合成器318)的任何一個合成器電路的LO信號最好利用一對三態差分電流模式的發送驅動器和接收緩衝器(用於第一和第二驅動器406、402和第一和第二緩衝器408、404)來執行制定路由。
偏移LO合成器318耦合到第一差分驅動器406的輸入端，第二LO合成器316耦合到第二差分驅動器402的輸入端。合成器選擇線311控制驅動器402、406和緩衝器404、408的接通和關斷。對於FDD系統，合成器選擇線311進入高電位，接通第一差分驅動器406和發送差分電流模式信號407到第一RX緩衝器408，它也由合成器選擇信號311接通。RX緩衝器408變換差分信號407為單端電壓模式輸出並提供它作為調製器317的隔離LO信號310。合成器選擇信號311還耦合到一個邏輯門，例如反相器420，它反相該選擇信號311為選擇/信號416。選擇/信號416耦合到第二差分驅動器402和第二RX緩衝器404。用處於邏輯電平低的選擇/信號416，第二驅動器402和第二緩衝器404被關斷，且在第二RX緩衝器的輸出出現高阻抗，它連接到第一RX緩衝器408的輸出。
在TDD系統中，合成器選擇信號311進入低電平關閉第一驅動406和第一緩衝器408並且至第一緩衝器的輸出呈現高阻抗。反相器420反相合成器選擇信號311至邏輯電平高和選擇/信號416接通第二驅動器402和第二緩衝器404。該第二LO合成器信號314被變換為在第二驅動器402輸出的差分電流模式信號403。然後該差分電流模式信號403耦合到第二RX緩衝器404，以便產生表示為LO信號310的單端電壓模式輸出。
在相應於各個合成器部件(316或318)提供LO至調製器317的時間，僅一個驅動器/接收器對被啟動。從電流模式接收機輸出的單端電壓模式連接在一起，產生接收的LO信號310。作為差分電流模式信號的LO信號的傳送使從各個LO信源耦合到其它靠近電路的能力為最小，因為沿互連線的電壓變化是很小的。差分信號也有助於抵消來自其它配置電路雜音的任何共模耦合。以這種方式，在頻率源和任何其它敏感的電路或發送機電路部件之間取得好的隔離。用兩個合成器部件(316，318)運行執行測試，其中，一個提供LO主調製器。在調製器317測量隔離在250MHZ低於65dB。而且，該偏移合成器能被關閉，而同時TDD系統被啟動，提供降低耗用電流。
接收路徑對於FDD和TDD兩種系統是共用的。RF信號由天線310接收，通過天線耦合器334耦合到RX路徑以作為RX信號342。該RX信號342由放大器346放大，然後在RX混頻器346與從主LO合成器320產生的主LO信號322混頻，以產生IF載頻信號348，該信號在ZIF350中與第二LO信號314相組合併變換為RX基帶信號352。RX基帶信號352然後由控制器部分306處理，並在揚聲器354變換為音頻。
本文所描述的本發明的優選實施例利用合成器控制器312來優化兩個不同頻率源之間的隔離，以使一種通用的結構可用於TDD和FDD系統。兩種結構平臺組合在一個集成電路中，因對不同的無線電系統允許使用同一個集成電路IC或在單一無線電設備中提供雙結構平臺，故設備成本降低了。此外，在這種結構中，LO源的選擇允許不使用的合成器源被關斷，TDD系統中的偏移LO合成器318和因此獲得可觀的耗用電流的節省。雙結構系統的另一優點是該第二LO合成器可用在TDD和FDD系統，消除了在TDD中在發送模式時對於獨立的合成器的需求。第二LO合成器在TDD和FDD兩種系統中在接收方式時起一個共用合成器的作用。
兩種結構平臺的組合降低了設計無線電設備的成本和節省了設計和策劃無線電系統的時間。通用分的無線電設備的測試夾具和集成電路測試夾具都可被使用，這樣又降低了測試成本和減少了測試時間。再則，如所述的本發明的隔離方案減少了耦合的問題，並允許電路的不使用部分被關斷，以對整個無線電產品提供耗用電流的節省。
權利要求
1.一種能提供第一和第二無線電設備結構的無線電設備，其特徵在於，包括一個控制器部分，用以提供選擇信號和發送基帶信號；一個集成電路，包括一個合成器控制器，用以控制第一和第二無線電設備結構的選擇，該合成器控制器具有第一和第二輸入端、一個用於接收選擇信號的選擇輸入端、和一個用於提供隔離的本地振蕩器(LO)信號的輸出端；一個主LO合成器，用以提供主LO信號；一個偏移LO合成器，用以向合成器控制器的第一輸入端提供偏移LO信號；一個第二LO合成器，用以至向合成器控制器的第二輸入端提供第二LO信號；一個調製器，用以組合隔離的LO信號和發送基帶信號，以形成調製的中頻(IF)信號；一個發送混頻器，用於混合調製的IF信號和主LO信號並產生發送載頻信號；和所述合成器控制器包括；一個第一隔離電路，具有耦合到偏移LO信號的一個輸入端和具有一個隔離器輸出端；和第一隔離輸出和第二隔離輸出耦合在一起，響應選擇信號，提供一個單端電壓模式輸出作為隔離的LO信號，而且每次或者是第一隔離電路或是第二隔離電路被啟動，當第一隔離電路被啟動時，啟動第一無線電設備的結構，和當第二隔離電路被啟動時，啟動第二無線電設備的結構。
2.根據權利要求1的無線電設備，其特徵在於，第一隔離電路包括一個第一驅動器電路，具有耦合到偏移LO信號並提供差分電流模式信號的一個輸入端；和一個第一緩衝器，具有一個輸入端，耦合到第一驅動器的差分電流模式信號和響應選擇信號提供隔離的LO信號到該調製器。
3.根據權利要求2的無線電設備，其特徵在於，第一驅動器電路包括一個三態差分電流模式驅動器，當選擇信號是邏輯電平高時，提供差分電流模式信號。
4.根據權利要求2的無線電設備，其特徵在於，第一緩衝器包括一個第一三態差分電流模式接收緩衝器，耦合到第一三態差分電流模式驅動器的差分電流模式信號，和當選擇信號是邏輯電平高時提供單端電壓模式輸出，而當選擇信號是邏輯低時，提供一個高阻抗輸出給調製器。
5.根據權利要求1的無線電設備，其特徵在於，第二隔離電路包括一個第二驅動器電路，具有一個輸入端，耦合第二LO信號和提供差分電流模式信號；和一個第二緩衝器，具有一個輸入端，耦合到第二驅動器的差分電流模式信號和響應選擇的信號提供隔離的LO信號到調製器。
6.根據權利要求5的無線電設備，其特徵在於，第二驅動器電路包括一個第二三態差分電流模式驅動器，當選擇信號是邏輯電平低時，提供差分電流模式信號。
7.根據權利要求5的無線電設備，其特徵在於，第二緩衝器包括一個第二三態差分電流模式接收緩衝器，耦合到第二三態差分電流模式驅動器的差分電流模式信號和當選擇信號是邏輯電平低時提供單端電壓模式輸出，和當選擇信號是邏輯電平高時，提供高阻抗輸出給調製器。
8.根據權利要求1的無線電設備，其特徵在於，該無線電設備進一步包括一個接收混頻器，用於混合RF信號與主LO信號和產生接收的IF載頻信號；一個零IF部分，用於組合第二LO信號與接收IF載頻信號並產生接收基帶信號；和當選擇信號是邏輯低電平時，偏移LO合成器被關閉。
9.一種能提供第一和第二無線電設備結構的集成電路，其特徵在於，包括一個合成器控制器，具有一個選擇輸入端，用於在第一和第二無線電設備的結構之間選擇，和提供隔離的本地振蕩器(LO)信號；一個偏移LO合成器，提供偏移LO信號至合成器控制器；和一個第二LO合成器，提供第二LO信號至合成器控制器；一個第一隔離電路，具有一個輸入端，耦合到偏移LO信號和響應被選擇的第一無線電設備結構提供差分電流模式信號；一個第二隔離電路，具有一個輸入端，耦合到第二LO信號和響應被選擇的第二無線電設備結構提供差分電流模式信號；和該第一隔離電路具有一個輸出端，和第二隔離電路有一個輸出端，其中第一和第二隔離電路輸出端耦合在一起，響應於選擇信號提供單端電壓模式輸出作為隔離的LO信號，在每一次或是第一隔離電路或是第二隔離電路被啟動，當第一隔離電路被啟動時，第一無線電結構被啟動，和當第二隔離器電路被啟動時，啟動第二無線電設備結構。
全文摘要
一種無線電設備具有兩種結構平臺，且集成在一個IC內。合成器控制器(312)在偏移LO合成器(318)和第二LO合成器(316)之間進行選擇，為FDD或TDD系統設計提供一個通用的結構，同時還提供兩個頻率及之間的隔離。偏移LO信號(319)被變換為隔離的LO信號310並與主LO信號(322)相組合，以提供該FDD平臺。第二LO信號(314)被變換為隔離的LO信號310並與主LO信號(322)相組合，以提供該TDD平臺。第二LO合成器信號(314)在接收方式時對兩個系統是共用的。
文檔編號H04J1/00GK1124080SQ9519016
公開日1996年6月5日 申請日期1995年2月21日 優先權日1994年3月7日
發明者賈米·A·博拉斯, 馬克·J·錢伯斯, 傑瑟斯·S·佩納菲諾爾, 阿曼杜·J·岡薩雷斯, 西澤·W·卡拉勒魯, 塞依德·H·貝拉蒂, 利文特·Y·厄伯拉 申請人:摩託羅拉公司