共享TX硬體的低功率RX合成器的製作方法

2023-06-16 15:01:57 1

本發明各實施例一般涉及頻率合成器，尤其涉及用於減小低功率頻率合成器的大小的系統和方法。

相關技術背景

頻率合成器可被用於基於較低頻率參考信號來生成高頻信號。例如，圖1示出了配置為頻率合成器100的常規鎖相環(pll)電路的框圖。合成器100包括相位和頻率檢測器(pfd)102、電荷泵104、環路濾波器106、壓控振蕩器(vco)108、以及分頻器(div)110。主控振蕩器(例如，晶體振蕩器)可以提供由合成器100用作參考時鐘信號的輸入(x)。pfd102將參考信號x與反饋信號(fb)的邊沿之間的相對時間(例如，相位差)進行比較以生成「上」(up)和「下」(dn)控制信號。電荷泵104將up和dn控制信號轉換成與信號x和fb的相位差成比例的電荷(qc)。電荷qc被環路濾波器106濾波(例如，積分)，並作為控制電壓(vc)被提供給vco108。vco108隨後生成具有基於控制電壓vc的頻率的本地振蕩器信號(lo)。本地振蕩器信號lo被傳遞通過分頻器110(例如，以將lo的頻率縮放到x的頻率)，並作為反饋信號fb反饋到合成器100中。

頻率合成器往往在通信設備的模擬前端(afe)中見到，並且可被用於傳送和/或接收數據信號。更具體地，常規頻率合成器可被耦合到afe的發射(tx)鏈和afe的接收(rx)鏈兩者。沿著tx鏈，本地振蕩器信號lo可被用於將傳出數據信號上變頻到載波頻率。沿著rx鏈，本地振蕩器信號lo可被用於將收到載波信號下變頻到適於供通信設備處理的頻率。現代通信設備可進入低功率(例如，「休眠」)模式，其中設備不傳送任何數據，並且僅周期性地啟用廣播數據的接收(例如，包含dtim信息的信幀標)以用於維持與對應網絡和/或設備的連接的目。

概述

提供本概述以便以簡化形式介紹以下將在詳細描述中進一步描述的概念選集。本概述並非旨在標識出要求保護的主題內容的關鍵特徵或必要特徵，亦非旨在限定要求保護的主題內容的範圍。

用於通信設備的模擬前端(afe)包括具有減小的佔用面積的低功率頻率合成器。該afe包括第一頻率合成器以及第二頻率合成器。該第一頻率合成器被耦合到afe的發射(tx)鏈和接收(rx)鏈。該第一頻率合成器在設備在正常操作模式下操作時將生成第一本地振蕩器(lo)信號以用於傳送或接收載波信號。該第二頻率合成器被耦合到rx鏈並且共享tx鏈的一個或多個組件。該第二頻率合成器在設備在低功率模式下操作時利用一個或多個共享組件來生成第二lo信號以用於接收載波信號。對於一些實施例，該第二lo信號可僅被用於在一個或多個遞送話務指示映射(dtim)時段期間接收信標幀。

afe的tx鏈可包括由耦合到電感器組的電壓源供電的混頻器。當設備在低功率模式下操作時，該混頻器可被停用。對於一些實施例，電壓源或電感器組中的至少一者可被第二頻率合成器共享。例如，第二頻率合成器包括用於至少部分地基於電感器-電容器(lc)儲能電路中的振蕩電流來生成第二lo信號的壓控振蕩器(vco)。對於一些實施例，lc儲能電路的電感可至少部分地由tx鏈的共享電感器組來提供。

vco可包括用於提供lc儲能電路的電容並且在設備在低功率模式下操作時控制vco的振蕩頻率的電容器組。此外，當設備在正常操作模式下操作時，該vco可被停用。對於一些實施例，當設備處於正常操作模式時，電容器組可使lc儲能電路的中心頻率下移。

再進一步，對於一些實施例，tx鏈的共享電壓源可被配置成至少部分地基於設備的操作模式來提供多個電壓之一。例如，共享電壓源可被配置成在設備在正常操作模式下操作時提供適於混頻器的操作的電壓。替換地，共享電壓源可被配置成在設備在低功率模式下操作時提供適於操作vco的電壓。

頻率合成器的電壓源和電感器可佔用該頻率合成器的管芯面積的相當大的部分。此外，當通信設備正在低功率模式下操作(例如，沒有數據正被傳送)時，低功率頻率合成器通常僅被用於接收數據。由此，通過將低功率頻率合成器配置成與afe的tx鏈共享一個或多個組件(例如，包括電壓源和/或一個或多個電感器)，afe的管芯大小或佔用面積可被減小而不犧牲性能。

附圖簡要說明

本發明各實施例是作為示例來解說的，且不旨在受附圖中各圖的限定，其中：

圖1示出了常規頻率合成器的框圖。

圖2示出了根據一些實施例的模擬前端(afe)電路的框圖。

圖3示出了根據一些實施例的包括雙模合成器的afe電路的框圖。

圖4示出了根據一些實施例的可操作為混頻器或頻率合成器的雙模合成器的更詳細示例。

圖5示出了可在其內實現一些實施例的通信設備的框圖。

圖6示出了描繪操作包括雙模合成器的通信設備的方法的解說性流程圖。

圖7示出了描繪將雙模合成器作為混頻器操作的方法的解說性流程圖。

圖8示出了描繪將雙模合成器作為頻率合成器操作的方法的解說性流程圖。

相似的附圖標記貫穿全部附圖指示對應的部件。

詳細描述

在以下描述中，闡述了眾多具體細節(諸如具體組件、電路、和過程的示例)，以提供對本公開的透徹理解。如本文所使用的，術語「耦合」意指直接連接到、或通過一個或多個居間組件或電路來連接。而且，在以下描述中並且出於解釋目的，闡述了具體的命名以提供對本公開各實施例的透徹理解。然而，對於本領域技術人員將明顯的是，可以不需要這些具體細節就能實踐本發明各實施例。在其他實例中，可以框圖形式示出公知的電路和設備以避免混淆本公開。各電路元件或軟體塊之間的互連可被示為總線或單信號線。每條總線可替換地為單信號線，而每條單信號線可替換地為總線，並且單線或總線可表示用於各組件之間的通信的大量物理或邏輯機制中的任一個或多個。本發明各實施例不應被解釋為限於本文描述的具體示例，而是在其範圍內包括由所附權利要求所限定的所有實施例。

圖2示出了根據一些實施例的模擬前端(afe)電路200的框圖。afe200包括發射(tx)鏈210、接收(rx)鏈220、主合成器230、以及低功率(lp)合成器240。對於一些實施例，afe200可以在「正常」操作模式或「低功率」模式下操作。例如，在正常操作模式下，afe200能夠傳送傳出(tx)數據和/或接收傳入(rx)數據。然而，當在低功率模式下操作時，afe200可能不傳送也不接收數據。相反，afe200可以僅周期性地甦醒以接收連接信息(例如，以信幀標的形式)以用於維護與相關聯網絡和/或設備的連接的目的。例如，根據ieee802.11規範，afe200可以僅每幾個目標信標傳輸時間(tbtt)區間甦醒以接收來自接入點的遞送話務指示映射(dtim)信息。

tx鏈210包括數模轉換器(dac)212、tx濾波器214、混頻器216、以及驅動放大器(da)218。tx鏈210一般被用於向另一設備(未示出)傳送傳出(tx)數據。tx數據可以由基帶處理器(出於簡化起見未示出)提供給afe200。例如，dac212將tx數據轉換成模擬數據信號，該模擬數據信號進一步通過tx濾波器214。該數據信號隨後被混頻器216上變頻到載波頻率。更具體地，混頻器216將傳出數據信號與由主合成器230生成的本地振蕩器(lo)信號混頻以產生高頻調製載波信號。該載波信號由da218放大，並且隨後作為tx信號輸出。

rx鏈220包括模數轉換器(adc)222、rx濾波器224、混頻器226、以及低噪聲放大器(lna)228。rx鏈220被用於接收傳入(rx)數據(例如，從另一設備)。例如，lna228放大收到載波信號(rx信號)，並將該rx信號轉發給混頻器226。混頻器226將rx信號下變頻到適於供afe200處理的頻率。更具體地，混頻器226將rx信號與由主合成器或lp合成器240提供的lo信號混頻以產生較低頻數據信號。該數據信號隨後由rx濾波器224濾波，並經由adc222轉換成rx數據的數字比特流。該rx數據隨後可被提供給基帶處理器(出於簡化起見未示出)。

如上所述，afe200可以在正常操作模式或低功率模式下操作。在正常操作模式期間，afe200依賴於主合成器230以生成可被用於傳送(例如，上變頻)和接收(例如，下變頻)載波信號的lo信號。lp合成器240可以比主合成器230低的頻率操作，並且可因此消耗比主合成器230少的功率。由此，當afe200在低功率模式下操作時，lp合成器240可代替主合成器230來使用。

對於一些實施例，lp合成器240可以與tx鏈210共享電路系統201。例如，當afe200在低功率模式下操作時，tx鏈210的組件一般是不活躍的(例如，因為沒有傳出數據正被底層通信設備傳送)。相應地，當afe處於低功率模式時，lp合成器240可利用tx鏈210的一個或多個「未使用」組件(例如，當前不被用於數據傳輸的電路系統)來生成lo信號。對於一些實施例，共享電路系統201可包括沿著混頻器216與da218之間的tx鏈210提供的電壓源和/或一個或多個電感器。在tx鏈210與lp合成器240之間共享電路系統允許afe200具有較小佔用面積(footprint)和/或在底層通信設備中佔用較少管芯空間。

圖3示出了根據一些實施例的包括雙模合成器的afe300的框圖。afe300包括tx鏈310、rx鏈320、以及主合成器330。tx鏈310包括dac312、tx濾波器314、雙模合成器316、以及da318。rx鏈320包括adc322、rx濾波器324、混頻器326、以及lna328。對於示例實施例，rx鏈320可以基本上類似於以上關於圖2所描述的rx鏈220並且執行基本上與其相同的功能。

雙模合成器316可取決於afe300的操作模式(例如響應於模式選擇信號(lp_en))而可操作為或混頻器或頻率合成器。例如，當afe300處於正常操作模式時，lp_en可被解除斷言，從而使得雙模合成器316作為混頻器或上變頻器操作。另一方面，當afe300在低功率模式下操作時，lp_en可被斷言，從而使得雙模合成器316作為低功率頻率合成器操作。對於一些實施例，被雙模合成器316用來執行混頻器操作的電路系統中的至少一些電路系統在執行頻率合成器操作時也被使用。例如，此類電路系統可包括電壓源和/或一個或多個電感器。

在正常操作模式期間，tx數據可經由tx鏈310(例如，使用例如天線(出於簡化起見未示出)向另一設備)傳送。例如，dac312將tx數據轉換成模擬數據信號,該模擬數據信號經由tx濾波器314濾波。在此時間期間，雙模合成器316可被配置成作為混頻器操作。由此，雙模合成器316將傳出數據信號與由主合成器330生成的lo信號混頻以產生經上變頻載波信號。該載波信號由da318放大，並且隨後作為tx信號輸出。

當在低功率模式下操作時，tx數據可不經由tx鏈310傳送。相應地，雙模合成器316可被配置成作為低功率頻率合成器操作以接收連接信息(例如，信標幀中提供的連接信息)以用於維持到對應網絡和/或設備的連接的目的。例如，lna328放大收到rx信號(例如，信標幀)，並將該rx信號轉發給混頻器326。混頻器326將rx信號與由雙模合成器316提供的lo信號混頻以產生經下變頻數據信號。該數據信號隨後由rx濾波器324濾波，並經由adc322轉換成rx數據的數字比特流。

圖4示出了根據一些實施例的可操作為混頻器或頻率合成器的雙模合成器400的更詳細示例。雙模合成器400包括混頻器電路系統410、vco電路系統420、以及一組共享電路系統430。儘管出於簡化起見未示出，但是雙模合成器400可包括用於作為頻率合成器(例如，如圖1中所示)和/或作為混頻器操作的附加電路系統。

共享電路系統430包括低壓差調節器(ldo)432以及電感器組l1和l2。ldo432包括差分放大器401通過電晶體402耦合到電壓源vdd。更具體地，ldo432響應於參考電壓vref而維持輸出電壓vreg。例如，如果輸出電壓vreg與參考電壓vref之差增大超過閾值，則放大器401改變電晶體402的柵極電壓以將輸出電壓vreg維持在期望電壓電平處。

對於一些實施例，共享電路系統430可取決於所選操作模式而選擇性地由或混頻器電路系統410或vco電路系統420利用。例如，混頻器電路系統410可以在正常操作模式期間使用共享電路系統430將傳出數據信號上變頻到載波頻率。另一方面，vco電路系統420可以在低功率模式下操作時使用共享電路系統430來生成用於下變頻收到載波信號的lo信號。

在正常操作模式期間，雙模合成器400用作混頻器。由此，ldo432可被配置成向混頻器電路系統410供應功率。對於一些實施例，ldo432可被偏置以產生適於混頻器電路系統410的操作的輸出電壓vreg(例如，vdd)。輸出電壓vreg通過電感器l1和l2供應給混頻器電路系統410。對於一些實施例，當雙模合成器400作為混頻器操作時，vco電路系統420可被停用。例如，vco電路系統420可通過解除斷言lp_en信號(例如，到邏輯低)、由此截止電晶體403來停用。

當在低功率模式下操作時，雙模合成器400用作頻率合成器。由此，ldo432可被配置成向vco電路系統420供應功率。vco電路系統420可通過斷言lp_en信號(例如，到邏輯高)、由此導通電晶體403來激活。對於一些實施例，ldo432可被偏置以產生適於vco電路系統420的操作的輸出電壓vreg(例如，<vdd)。輸出電壓vreg通過電感器l1和l2供應給vco電路系統420。對於一些實施例，當雙模合成器400作為頻率合成器操作時，混頻器電路系統410可被停用。例如，混頻器電路系統410可以通過將其電晶體中的每一者的柵極和源極電壓拉到地電勢來停用。

vco電路系統420包括電容器組422，該電容器組422可以與電感器l1和l2結合使用以產生振蕩信號(例如，lo信號)。例如，電容器組422以及電感器l1和l2可共同形成lc儲能電路。更具體地，lc儲能電路的電容可以基於電容器組422的電容，而lc儲能電路的電感可以基於電感器l1和l2的電感。此外，對於一些實施例，電容器組422可被用於控制lc儲能電路的振蕩頻率。例如，數個電容器可以可切換地與電容器組422耦合或解耦以提供恰適的電容以供lc儲能電路以期望頻率振蕩。例如，數個開關sw1-swn可被用於在共享電路系統430的節點n1與n2之間選擇性地耦合對應數目的電容器對ca1/cb1到can/cbn。開關sw1-swn可由對應數目的控制信號(出於簡化起見未示出)控制，這些控制信號可例如由控制電壓vc生成(另參見圖1)。當雙模合成器400作為混頻器操作時，可以使用電容器組422(例如，通過選擇性地耦合和/或解耦電容器)來使lc儲能電路的中心頻率下移。

如上所述，共享電路系統430可在正常操作模式期間被用於為混頻器電路系統410供電，並且可在低功率模式下操作時被用於為vco電路系統420供電並提供lc儲能電路的至少一部分。此外，ldo432以及電感器l1和l2通常佔據較大管芯面積。由此，在正常操作模式和低功率模式兩者期間使用共享電路系統430可以減小其中實現雙模合成器400的對應afe的總體大小和/或佔用面積。

圖5示出了可在其內實現一些實施例的通信設備500的框圖。通信設備500包括afe510、處理器520、以及存儲器530。對於一些實施例，afe510可包括與afe510的tx鏈共享電路系統的低功率頻率合成器(例如，諸如以上關於圖2所描述的afe200)。替換地，afe510可包括可操作為混頻器或低功率頻率合成器的雙模合成器(例如，諸如以上關於圖3所描述的afe300)。出於本文討論的目的，afe510在圖5中被示為耦合至處理器520。對於實際的實施例，可使用一條或多條總線(出於簡化起見未示出)將afe510、處理器520、和/或存儲器530連接在一起。

存儲器530可包括可存儲以下軟體模塊的非瞬態計算機可讀介質(例如，一個或多個非易失性存儲器元件，諸如eprom、eeprom、快閃記憶體存儲器、硬碟驅動器等)：

●用於在正常操作模式或低功率模式下操作通信設備500的模式選擇模塊532；

●用於至少部分地基於所選操作模式來控制afe510的混頻/上變頻操作的上變頻器(upc)控制模塊534；以及

●用於至少部分地基於所選操作模式來控制afe510的頻率合成操作的低功率合成器(lps)控制模塊536。

每個軟體模塊包括指令，這些指令在由處理器520執行時使得通信設備500(具體地，afe510)執行相應的功能。存儲器530的非瞬態計算機可讀介質由此包括用於執行以下關於圖6-8描述的操作的全部或一部分的指令。

處理器520(其在圖5的示例中被示為耦合到afe510並耦合到存儲器530)可以是能夠執行存儲在通信設備500中(例如，存儲器530內)的一個或多個軟體程序的腳本或指令的任何合適的一個或多個處理器。例如，處理器520可執行模式選擇模塊532以在正常操作模式或低功率模式下操作通信設備500。處理器520還可執行upc控制模塊534以至少部分地基於操作模式來控制afe510的混頻/上變頻操作。再進一步，處理器520可執行lps控制模塊536以至少部分地基於所選操作模式來控制afe510的頻率合成操作。

圖6示出了描繪操作包括雙模合成器的通信設備的方法600的解說性流程圖。例如，參照圖5，方法600可由通信設備500的處理器520來實現。處理器520可首先執行模式選擇模塊532以檢測設備500的操作模式(610)。例如，處理器520可確定設備500處於正常操作模式還是低功率模式。

如果設備500處於正常操作模式(620)，則處理器520可啟用afe510的上變頻操作(630)。如上所述，通信設備500可被配置成在正常操作模式期間傳送(例如，經由tx鏈)和/或接收(例如，經由rx鏈)載波信號。由此，處理器520在執行upc控制模塊534時可在設備500處於正常操作模式時使得afe510能夠上變頻傳出數據信號。此外，模式選擇模塊532在由處理器520執行時可激活afe510的主合成器以生成將被用於混頻/上變頻操作的lo信號。

如果設備500在低功率模式下操作(620)，則處理器520可啟用afe510的頻率合成操作(640)。如上所述，通信設備500可被配置成在低功率模式下操作時僅接收(例如，經由rx鏈)連接信息(例如，包含dtim信息的信標幀)。由此，處理器520在執行lps控制模塊536時可使得afe510能夠通過使用電路系統中用於執行上變頻操作的至少一部分來生成lo信號。此外，模式選擇模塊532在由處理器520執行時可停用afe510的主合成器。

圖7示出了描繪將雙模合成器作為混頻器操作的方法700的解說性流程圖。例如，參照圖5，方法700可由處理器520關於afe510來執行，該afe510包括雙模合成器(諸如圖4中所示的雙模合成器400)。對於一些實施例，方法700可由處理器520在執行upc控制模塊534時執行。

處理器520首先停用雙模合成器的vco電路系統(710)。例如，處理器520可解除斷言lp_en信號，這截止了電晶體430並有效地停用了vco電路系統420。處理器520隨後將ldo432的輸出電壓vreg設為適於混頻器操作的電壓電平(720)。例如，處理器520可調節參考電壓vref以將輸出電壓vreg提升到基本上接近於vdd的電壓電平。對於一些實施例，處理器520可調節lc儲能電路的電容以使lc儲能電路的中心頻率下移(730)。例如，處理器520可激活電容器組422內的開關sw1-swn中的一者或多者以選擇性地將一個或多個電容器與電容器組422解耦(或耦合)，例如以降低lc儲能電路(例如，其由電容器組422以及電感器l1和l2形成)的頻率。最後，處理器520可激活雙模合成器的混頻器電路系統(740)。例如，處理器520可將傳出數據信號和lo信號(例如，由主合成器生成)作為輸入提供給混頻器電路系統410。

圖8示出了描繪將雙模合成器作為頻率合成器操作的方法800的解說性流程圖。例如，參照圖5，方法800可由處理器520關於afe510來執行，該afe510包括雙模合成器(諸如圖4中所示的雙模合成器400)。對於一些實施例，方法800可由處理器520在執行upc控制模塊534時執行。

處理器520首先停用雙模合成器的混頻器電路系統(810)。例如，處理器520可將混頻器電路系統410內的電晶體中的每一者的柵極和源極電壓拉到地電勢。處理器520隨後將ldo432的輸出電壓vreg設為適於頻率合成器操作的電壓電平(820)。例如，處理器520可調節參考電壓vref以將輸出電壓vreg降低到低於vdd的期望電壓電平。對於一些實施例，處理器520可調節lc儲能電路的電容以使得vco電路系統420能夠以期望頻率振蕩(830)。例如，處理器520可激活電容器組422內的開關sw1-swn中的一者或多者以選擇性地將一個或多個電容器對與電容器組422耦合(或解耦)，以將lc儲能電路(例如，其由電容器組422以及電感器l1和l2形成)的頻率增大到期望頻率。最後，處理器520可激活雙模合成器的vco電路系統420(840)。例如，處理器520可斷言lp_en信號，這導通了電晶體403並有效地激活了vco電路系統420。

在說明書前述篇幅中，本發明各實施例已參照其具體示例性實施例進行了描述。然而將明顯的是，可對其作出各種修改和改變而不會脫離如所附權利要求中所闡述的本公開更寬泛的範圍。相應地，本說明書和附圖應被認為是解說性而非限定性的。例如，在圖6-8的流程圖中描繪的方法步驟可以按其他合適的次序執行，多個步驟可以合併成單個步驟，和/或一些步驟可以被省略。