一种捷变收发器架构制造技术

一种包括接收信道的捷变收发器，该接收信道包括一个输入端，一个粗跟踪滤波器连接所述输入端，所述粗跟踪滤波器包括一组至少两个带通滤波器，用于将来自输入端的信号滤波为至少两个粗通带，连接粗跟踪滤波器的输出端的混频器；连接所述混频器的本地振荡器，用于与粗跟踪滤波器的输出混合并将一所需要的粗通带转移到接近一基带；用于将转移后的所需要的粗通带滤波为细通带的一个细跟踪滤波器；以及一个带通ΣΔ解调器，用于将细通带中的信号由模拟转换成数字。所述捷变收发器可以包括一个相应的发射信道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与相关申请的相互引用本申请要求申请日为2013年12月31日，申请序列号为14/144,767的美国专利申请的优先权及其相关权益。在此通过引用其整体并入本文。
本专利技术涉及射频(RF)收发器，特别涉及一种可重构建/可编程射频(RF)收发器。
技术介绍
对于可重构建/或者可编程的射频收发器的研究已经有好些年了。现行的一种通用解决方式是将几个不同应用范围的射频收发模块集成到一起以提供一些有限的可配置性。然而，这种架构不具备可升级性。因为对于不同频率增加后续的支持需要对射频收发器进行较为明显的重新设计。在具备轻便、低成本和低功耗等特性的前提下，还需要一个用于处理各种无线信号的通用平台。此外，还需要一种可以在一微秒内被配置以支持不同的应用的射频收发器。现有的技术难以实现这些特性。J. L. Shanton在出版于2009年的《IEEE军事通信会议》第1-5页的“软件实现射频变换，”中介绍了一种定义射频架构的软件。它扩展了现有的高频/甚高频/超高频（HF/VHF/UHF）射频功能。然而，所公开的射频主要工作在低频段，而不在高频带通信。J. Craninckx等人在出版于2007年的《IEEE国际固体电子电路会议》的第346-607 页中的“用0.13 pm的CMOS工艺实现的一个完全可配置的用软件定义的射频收发器”描述了一个用软件定义的射频装置。请参阅图1A，这种射频装置可支持1-5GHz RF信号处理并且其用于接收的可配置基带带宽为0.35MHz到23MHz，用于发送的可配置基带带宽为1至16MHz。Craninckx没有公开应用开关速度。然而，如图1B显示的Craninckx所使用的本地振荡器（LO，local oscillator）生成结构，其开关时间预计长达几十微秒，因为LO的切换受到有限的环路带宽控制，这需要很长的初始化时间。请参阅图2，I. Hatai, I. Chakrabarti在出版于2010年的《IEEE国际控制和处理技术交流会议》的第346-607 页中的“一个高速，无ROM直接数字频率合成的用软件定义的射频系统，”公开了用直接数字合成（DDS）器作为LO的用软件定义的射频装置。如此能够提供一种非常快速的信道切换时间。然而，这样的配置通常被综合的时钟的低输出频率所限制，而其通常是输入时钟频率的一个片段。这表明为了获得一个宽频带的射频设备需要让DDS在非常高的频率下运行。然而，在这种非常高的频率下运行会导致过大的功率消耗。同时也可能产生DDS毛刺信号的问题，这可能产生高达-40 dBc的高频输出。在现有技术中，如先进的数字的集成电路技术到来，人们试图直接使前端低噪声放大器（LNA，low noise amplifier）的输入信号数字化并在具有巨大灵活性的数字域中执行信号处理。D. Agarwal, C.R. Anderson, 和 P.M. Athanas在出版于2005年的《IEEE高速系统原型设计的国际研讨会》的第121-127页的“一个GHz的超宽带收发器原型试验平台”公开了一个如图3所示的架构的试验平台。这种结构采用多个高速模拟数字转换器（ADC，analog to digital converter），以一个较高的聚合率进行隔行扫描取样。然而，实际处理的信号的带宽受到每个ADC执行的限制。许多其他的尝试也采用了类似的架构。虽然这种架构可以提供快速频道切换，由于并行带宽的处理，这种架构需要非常高的动态范围的ADC。因此，相应的功率消耗是非常高的，这使得这种架构难以融入一些实际应用中。更进一步，这种架构的高功耗会急剧地增加一个信号带宽。因此这种架构难以使用到超宽带的实际应用中。请参阅图4，R. Bagheri, A. Mirzaei, S. Chehrazi, M.E. Heidari, Minjae Lee, M. Mikhemar, Wai Tang, 和 A.A. Abidi在出版于2006年的《IEEE JSSC》的第41卷，第12号的2860-2876页的“一个在90纳米CMOS工艺下用800MHz-6GHz的软件定义射频收发器”中从低功耗抗锯齿滤波器的角度描述了一个射频收发器，用于研发窗口化的集成采集器和时钟可编程的离散时间模拟滤波器的可编程性。所公开的射频接收器具有宽频带的射频频率。它的前端包括一个低噪声放大器和一个用于覆盖所需带宽的跨度为800MHz到6GHz宽调谐范围的合成器。基于它的窄带宽的信号处理，这个接收器实现了低功耗。这种接收器的功耗与其他用户化的射频接收器的功耗在同一量级上。然而，它的离散滤波方案不可避免地引入了在切换时钟信号时引起的毛刺信号。同时，它的频率合成器也不能实现快速切换信道并且所需切换时间要长于几十微秒。请参阅图5，K. Koli, S. Kallioinen, J. Jussila, P. Sivonen, 和 A. Parssinen在出版于2010年12月的《IEEE JSSC》的第45卷，12号的2807-2818页的“一个在65纳米CMOS工艺下900MHz的ΣΔ射频收发器”中公开了一个基于直接下变频、用于直接转变为射频信号的ΣΔ反馈信号和N通道的滤波技术的ΣΔ射频收发器架构。这种设计在窄带宽下处理信号并且研究出了ΣΔ信号调制以达到极佳的信噪失真比(SNDR，Signal to Noise-plus-Distortion Ratio)和低功耗的效果。然而，这种架构依赖于一个用于配置电路中心频率的LO，因而这种架构不能实现快速切换信道。N. Beilleau, H. Aboushady, F. Montaudon, 和A. Cathelin在出版于2009年的《IEEE RFIC》的第383-386页的“一个在130纳米CMOS工艺下用于SDR ISM-band的接收器的 1.3V 26mV 3.2GS/s欠采样的LC带通的ΣΔ ADC”中公开了一个欠采样LC带通ΣΔ调制器。这个调制器能够将从低噪声放大器(LNA)传递过来的信号直接转换为数字信号。这种架构基于低频带信号处理能够达到低功耗和适宜的信号SNDR的效果。然而，如图6所示的这种设计缺乏可调谐性因而不能够处理很宽频率的射频信号。综上所述，现在需要一种能够实现快速切换信道的、所覆盖的频带宽的、不用过高能耗的射频架构。本专利技术公开的实施例解决了这些问题和其他一些需求。
技术实现思路
本专利技术的第一个实施例中，一个带有接收信道的捷变收发器（agile transceiver）包括：一个连接到输入端的粗跟踪滤波器（coarse tracking filter），所述粗跟踪滤波器包括一组至少两个带通滤波器，用于将来自输入端的信号过滤为至少两个粗通带（coarse pass band）；连接粗跟踪滤波器的输出端的混频器（mixer）；连接所述混频器的可选频本地振荡器（selected local oscillator），用于与所述粗跟踪滤波器的输出混合并将一所需要的粗通带转移到接近一基带；一个细跟踪滤波器（fine tracking filter）, 用于将转移后的所需要的所述粗通带过滤为细通带；以及一个带通ΣΔ解调器（band pass ΣΔ demodulator），本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括接收信道的捷变收发器，其特征在于，包括：一个连接输入端的粗跟踪滤波器，所述粗跟踪滤波器包括至少两个带通滤波器，用于将来自所述输入端的信号过滤为至少两个粗通带；一个连接所述粗跟踪滤波器的输出端的混频器；一个连接所述混频器的可选频本地振荡器，用于与所述粗跟踪滤波器的输出混合并将一所需要的粗通带转移到接近一基带；一个细跟踪滤波器，用于将转移后的所需要的所述粗通带过滤为细通带；以及一个带通ΣΔ解调器，用于将所述细通带中的信号由模拟转换成数字。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.31 US 14/144,7671.一种包括接收信道的捷变收发器，其特征在于，包括：一个连接输入端的粗跟踪滤波器，所述粗跟踪滤波器包括至少两个带通滤波器，用于将来自所述输入端的信号过滤为至少两个粗通带；一个连接所述粗跟踪滤波器的输出端的混频器；一个连接所述混频器的可选频本地振荡器，用于与所述粗跟踪滤波器的输出混合并将一所需要的粗通带转移到接近一基带；一个细跟踪滤波器，用于将转移后的所需要的所述粗通带过滤为细通带；以及一个带通ΣΔ解调器，用于将所述细通带中的信号由模拟转换成数字。2.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，所述可选频本地振荡器包括：一个固定频率发生器，用于产生一个固定频率；一组分频器，用于通过至少两个不同的划分因子将所述固定频率划分成至少两个不同的所划分的固定频率；以及一个复用器，用于选择所述所划分的固定频率中的一个作为所述可选频本地振荡器。3.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，还包括一个数字多相处理器，用于对所述带通ΣΔ解调器的输出进行滤波，并将所述带通ΣΔ解调器的输出转移到基带。4.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，所述输入端包括：一天线；以及一个连接所述天线及连接所述粗跟踪滤波器的低噪声放大器。5.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，还包括：一个连接所述数字多相处理器的一个输出端的数模转换器，用于将所述数字多相处理器输出信号由数字转换为模拟。6.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，所述接收信道从最低可能频率切换到最高可能频率或者从最高可能频率切换到最低可能频率的建立时间少于100纳秒，或者低至50.2纳秒。7.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，所述可选频本地振荡器的建立时间少于10纳秒，或者低至0.2纳秒；并且所述细跟踪滤波器和所述带通ΣΔ解调器的频带切换时间低至50纳秒。8.如权利要求1所述的捷变收发器，其特征在于，还包括一个发射信道，所述发射信道包括：一个带通ΣΔ调制器，用于将来自一发射输入端的信号由数字转换为模拟；一个第二细跟踪滤波器，用于将所述带通ΣΔ调制器的输出过滤为细发射通带；一个连接所述第二细跟踪滤波器的输出端的第二混频器；一个连接所述第二混频器的第二可选频本地振荡器，用于与所述第二细跟踪滤波器的输出混合，并将所述细发射通带转移到一个所需要的粗发射通带；以及一个连接所述第二混频器的输出端的第二粗跟踪滤波器，所述第二粗跟踪滤波器包括一组至少两个带通滤波器；所述第二粗跟踪滤波器用于对来自所述第二混频器的不在所述所需要的粗发射通带中的信号进行滤波。9.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，所述第二可选频本地振荡器包括：一个第二固定频率发生器，用于产生一个第二固定频率；一第二组分频器，用于通过至少两个不同的划分因子将所述固定频率划分成至少两个不同的所划分的固定频率；以及一个第二复用器，用于选择所述所划分的固定频率中的一个作为所述可选频本地振荡器。10.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，还包括一个数字多相处理器，用于对来自所述发射输入端的信号进行滤波并向上变频。11.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，还包括：一天线；以及一个连接所述天线及连接所述粗跟踪滤波器的功率放大器。12.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，还包括：一个位于所述数字多相处理器及所述发射输入端之间的模数转换器，用于将所述发射输入由模拟转换为数字。13.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，所述发射信道从最低可能频率切换到最高频率或者从最高可能频率切换到最低可能频率的建立时间少于100纳秒，或者低至50.2纳秒。14.如权利要求8所述的捷变收发器，其特征在于，所述第二可选频本地振荡器的建立时间少于10纳秒，或者低至0.2纳秒；并且所述第二细跟踪滤波器和所述带通ΣΔ调制器的频带切换时间低至50纳秒。15.如权利要求2所述的捷变收发器，其特征在于，所述固定频率包括48GHz；所述粗跟踪滤波器包括0-4 GHz,、4-8 GHz、 8-12 GHz及 12-16 GHz的通带；以及所述一组分频器包括12、6、4及3的划分因子。16.如权利要求9所述的捷变收发器，其特征在于，所述第二固定频率包括48GHz；所述第二粗跟踪滤波器包括0-4 GHz,、4-8 GHz、 8-12 GHz及 12-16 GHz的通带；以及所述第二组分频器包括12、6、4及3的划分因子。17.一种包括发射信道的捷变收发器，其特征在于，包括：一个带通ΣΔ调制器，用于将来自一发射输入端的信号由数字转换为模拟；一个细跟踪滤波器，用于将所述带通ΣΔ调制器的输出过滤为细发射通带；一个与所述细跟踪滤波器的输出端连接的混频器；一个连接所述混频器的本地振荡器，用于与所述细跟踪滤波器的输出混合，并将所述细发射通带转移到一个所需要的粗发射通带；以及一个连接所述混频器的输出端的粗跟踪...

【专利技术属性】
技术研发人员：志伟·A·徐，彦丞·权，詹姆斯·C·李，唐纳德·A·希特克，约瑟夫·F·詹森，
申请(专利权)人：美国休斯研究所，
类型：发明
国别省市：美国;US