專利名稱：具有直接從數(shù)字至rf調(diào)制器的可重配置發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及RF發(fā)射機(jī)，并且更具體地，涉及具有數(shù)字至 RF轉(zhuǎn)換器的可重配置發(fā)射機(jī)。
背景技術(shù)：
在無(wú)線通信應(yīng)用中，設(shè)計(jì)持續(xù)關(guān)注于更簡(jiǎn)單且更便宜的無(wú)線架構(gòu)， 以增強(qiáng)移動(dòng)終端的集成水平。傳統(tǒng)地，直接上變頻發(fā)射機(jī)至少具有I/Q 調(diào)制器、RF混頻器、濾波器和功率放大器。1/Q調(diào)制器是生成調(diào)相信號(hào) 的有效方式。它依賴于兩個(gè)正交的信號(hào)I (同相)和Q (正交)以產(chǎn)生 單個(gè)復(fù)合波形。在直接上變頻發(fā)射機(jī)中，1/Q調(diào)制器將每個(gè)正交輸入信 號(hào)的頻譜轉(zhuǎn)換成RJF載波頻率。因此，需要兩個(gè)數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器以 將數(shù)字基帶轉(zhuǎn)換成模擬基帶，如圖la所示。在這樣的傳統(tǒng)的直接上變 頻發(fā)射機(jī)中，基帶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被分解成同相和正交分量。這些數(shù)據(jù)流然后 使用分離的數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬、低通、基帶信號(hào)。量化的模擬信號(hào) 然后由低通重構(gòu)濾波器濾波，以去除以基帶時(shí)鐘頻率的諧波為中心的信 號(hào)的副本。這些濾波后的模擬信號(hào)被用作I/Q調(diào)制器的輸入。如圖la 所示，1/Q調(diào)制器包括兩個(gè)基帶至RF上變頻混頻器，其中它們的輸出 信號(hào)被求和。I/Q調(diào)制器具有兩個(gè)基帶輸入和彼此之間具有90。相移的兩 個(gè)本地振蕩器輸入(cosov和sin叫，其中w,為本地振蕩器的頻率)。I/Q
調(diào)制器的輸出為RF信號(hào)。
為了構(gòu)造出完整的發(fā)射機(jī)以滿足實(shí)際無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的需要，可能需要包 括以下組件
-.功率放大器(PA),以將輸出功率增加到所需水平； -帶通濾波器，以抑制噪聲和/或突波(spurious);以及
_ 功率控制模塊，以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)下列手段獲得動(dòng)態(tài)范圍能力
1)功率放大器增益調(diào)節(jié)；2)可變?cè)鲆娣糯笃髟鲆嬲{(diào)節(jié)；和3) I/Q調(diào) 制器輸出功率調(diào)節(jié)。
這樣的直接上變頻發(fā)射機(jī)的一個(gè)示例如圖lb中所示。
近年來(lái)，其他形式的發(fā)射機(jī)已經(jīng)受到RF研發(fā)團(tuán)體的關(guān)注使用高 效率、非線性功率放大器的發(fā)射機(jī)，包括C、 D、 E、 F類或飽和B類， 以減小發(fā)射機(jī)功率消耗。但是，這些非線性功率放大器不能在沒(méi)有頻傳 再增長(zhǎng)的情況下通過(guò)幅度調(diào)制。因此，輸入的RF信號(hào)只能進(jìn)行相位調(diào) 制。幅度調(diào)制必須在PA電源中被單獨(dú)地引入。
相對(duì)于使用I和Q基帶信號(hào)的笛卡爾發(fā)射機(jī)，由于幅度和相位的分 離，這些類型的發(fā)射機(jī)架構(gòu)通常被稱為極性發(fā)射機(jī)。
極性發(fā)射機(jī)架構(gòu)具有以下通常形式 包絡(luò)消除與恢復(fù)(EER)
在這種架構(gòu)中，RF信號(hào)首先利用1/Q調(diào)制器產(chǎn)生。包絡(luò)被檢測(cè)并 被饋送入PA電源。該信號(hào)然后通過(guò)限幅器以在被饋送入功率放大器之 前保持僅PM (PM-only)信號(hào)。這樣的架構(gòu)通常也包括上變頻，有時(shí)利 用偏移環(huán)(offset-loop)方案。 具有合成器調(diào)制的極性TX
在這種方案中，不存在包絡(luò)消除及恢復(fù)，而是在數(shù)字基帶中創(chuàng)建幅 度和相位信號(hào)。所述幅度信號(hào)被饋送入DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)并到非線 性功率放大器以及電源上。被微分以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制的所述相位信號(hào)用于 調(diào)制鎖相環(huán)合成器。該合成器通常是N分(fractional-N)PLL,其中FM 數(shù)據(jù)輸入到sigma-delta調(diào)制器中，以獲得頻率調(diào)制。為了將帶寬擴(kuò)展超 過(guò)PLL環(huán)帶寬，可以使用下列技術(shù)
畫預(yù)么喬正或預(yù)加重(pre-emphasis )，以誶M嘗環(huán)3各濾波器動(dòng)態(tài)；
- 在兩點(diǎn)調(diào)制法(見閨2)中直接添加第二 "高通，，相位調(diào)制通路 到VCO控制管腳；以及
- 相位反饋的使用。
與使用I/Q調(diào)制器的直接上變頻發(fā)射機(jī)有關(guān)的基本問(wèn)題為 -I/Q調(diào)制器模塊中的高功率消耗；
-I/Q調(diào)制器內(nèi)模擬組件中的非理想性能，如基帶放大器的非線性、'
由于失諧(mismatch)效應(yīng)導(dǎo)致的載波々貴通； -由模擬基帶電路限制的帶寬；以及 - 對(duì)于集成所有功能所需要的較大死區(qū)。 電流導(dǎo)向D/A轉(zhuǎn)換器可以解決上述與常規(guī)上變頻發(fā)射機(jī)有關(guān)的問(wèn)
聯(lián)單位單元(unit cell),如圖4所示。圖中，轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)典型的分段結(jié) 構(gòu)，其中LSB (最^f氐有效位)單元中的電流利用并^f亍的二元加權(quán)單位生 成，而MSB (最高有效位)子塊具有一組一元編碼單元。 一元編碼單 元的個(gè)數(shù)為(2m-l),其中m為MSB子塊中的位數(shù)。因此，對(duì)于MSB 子塊中第一位的電流在一個(gè)一元編碼單元中生成，對(duì)于MSB子塊中第 二位的電流在兩個(gè)一元編碼單元中生成，而對(duì)于m位的電流在2m"個(gè)單 元中生成。D/A轉(zhuǎn)換器具有兩個(gè)電流通路，用于傳送差分電流I。ut和Ix。ut, 從而模擬數(shù)字輸出V她可以利用兩個(gè)外部負(fù)載電阻(未圖示)形成。
典型地，每個(gè)并聯(lián)單位單元包括串聯(lián)到共發(fā)共基(cascode)電流源 的差分開關(guān)對(duì)，如圖5所示。差分開關(guān)對(duì)具有連接到D/A轉(zhuǎn)換器的輸 出終端V。和Vx。的兩條電流控制通路Ql和Q2。這些通i 各中的電流由
互補(bǔ)信號(hào)Vln+和Vln-控制，互補(bǔ)信號(hào)Vln+和vln—由數(shù)字控制邏輯提供
并且代表信號(hào)N的值。共發(fā)共基電流源具有兩個(gè)晶體管Q3和Q4，以 允許單元中的電流可以通過(guò)DC偏壓4進(jìn)行調(diào)節(jié)。
D/A轉(zhuǎn)換器和I/Q調(diào)制器是復(fù)雜且高性能的模擬元件。這些模擬元 件的需求通常限制了 RF發(fā)射機(jī)的靈活性。 全數(shù)字無(wú)線發(fā)射機(jī)
理想地，數(shù)字無(wú)線發(fā)射機(jī)獨(dú)立于無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并且可以4皮用在所有調(diào) 制方案和信號(hào)頻率中。這么做的 一 種方式將是使用能夠操作在至少兩倍 于所使用的標(biāo)準(zhǔn)的最大射頻的D/A轉(zhuǎn)換器直接將數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為 RF信號(hào)。與RF生成中使用的D/A轉(zhuǎn)換器有關(guān)的一個(gè)主要問(wèn)題是高采 樣頻率。如果生成1.8GHz的RF信號(hào)，則數(shù)字基帶中的采樣速率必須 至少是3.6GI-Iz。并且，為了有效地濾掉采樣頻率和數(shù)字信號(hào)頻率之間
說(shuō)明書第4/ll頁(yè)
的頻差周圍的鏡像分量，需要更高的采樣速率。具有這樣高采樣頻率的 D/A轉(zhuǎn)換器由于高成本和高功率消耗在實(shí)踐中很難實(shí)施。由于這樣的原
因，D/A轉(zhuǎn)換器通常被用在基帶或低IF范圍中。這些轉(zhuǎn)換器隨高性能 模擬混頻器一起使用以生成RF。這些I/Q混頻器很容易消耗數(shù)十毫安 的DC電流。此外，甚至當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器被用在基帶和IF范圍中時(shí)，由 于數(shù)百兆赫茲的高數(shù)據(jù)速率而發(fā)生噪聲電流尖峰。這些噪聲尖峰可限制 RF發(fā)射機(jī)的性能。 ，
因此，提供一種用于實(shí)現(xiàn)與RF生成相關(guān)聯(lián)的數(shù)模轉(zhuǎn)換的具有成本 效益的方法和裝置是有利且期望的。與此同時(shí)，功率消耗也被降低。
Yuan (EP1338085 )公開了 一種直接數(shù)字幅度調(diào)制器，其中使用了 上變頻類型的轉(zhuǎn)換器單元。在Yuan中，大量子切換電流源單位根據(jù)數(shù) 字輸入信號(hào)和延遲或非延遲的時(shí)鐘信號(hào)的組合被開啟或關(guān)閉，以在被延 遲時(shí)鐘信號(hào)精確控制的時(shí)候產(chǎn)生或取消量化的RF、 IF或DC電流和/或 電壓。這樣，由于在將電流源開啟之后電流源中電流穩(wěn)定很慢，電路的 性能很低。
因此，提供一種用于直接數(shù)字幅度調(diào)制的方法和設(shè)備是有利且期望 的，其中可以避免電流的截?cái)唷?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使用兩個(gè)數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換模塊以將數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成 RF信號(hào)。數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換模塊通過(guò)RF載波或IF信號(hào)結(jié)合D/A轉(zhuǎn)換 功能和上變頻功能。模塊包括多個(gè)并行的單位單元，每個(gè)是混頻器 單元類型轉(zhuǎn)換器，其具有串聯(lián)到差分LO開關(guān)對(duì)的差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)部 件。差分LO開關(guān)進(jìn)一步串聯(lián)到電流源。每個(gè)單位單元適于接收表示 數(shù)據(jù)信號(hào)值的控制電壓。
根據(jù)本發(fā)明，I和Q基帶信號(hào)由笛卡爾至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成幅 度數(shù)據(jù)部分和相位數(shù)據(jù)部分。相位數(shù)據(jù)部分由極坐標(biāo)至笛卡爾轉(zhuǎn)換 器再次轉(zhuǎn)換成I相位數(shù)據(jù)部分和Q相位數(shù)據(jù)部分，以用作到數(shù)字至. RF轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字基帶信號(hào)。這樣，來(lái)自數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換模塊的RF
信號(hào)是具有固定包絡(luò)的相位調(diào)制載波。在被放大和帶通濾波后，在 開關(guān)模式功率放大器處，通過(guò)幅度數(shù)據(jù)部分對(duì)相位調(diào)制載波進(jìn)行幅 度調(diào)制。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，發(fā)射機(jī)是僅極性RF發(fā)射機(jī)。 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，可重新配置發(fā)射機(jī)，從而其可操作 在極坐標(biāo)模式和笛卡爾模式中。
因此，本發(fā)明提供RF發(fā)射機(jī)，用于基于第一數(shù)字基帶信號(hào)和第 二數(shù)字基帶信號(hào)發(fā)送RP信號(hào)，第二基帶信號(hào)具有相對(duì)于第一基帶信 號(hào)的相移。發(fā)射機(jī)包括
數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器，具有用于接收第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào) 的轉(zhuǎn)換器輸入端和用于提供第一 RF信號(hào)的轉(zhuǎn)換器輸出端；
功率放大器，用于響應(yīng)于第一RF信號(hào)，提供用于傳輸?shù)腞F信 號(hào)，功率放大器具有電壓供應(yīng)(voltage supply )輸入；
電源，可操作地連接到功率放大器的電壓供應(yīng)輸入，以向功率
放大器提供電源電壓；以及
模式轉(zhuǎn)換裝置，用于響應(yīng)于第一和第二數(shù)字基帶信號(hào)，基于第 一和第二數(shù)字基帶信號(hào)提供極坐標(biāo)形式的信號(hào)，極坐標(biāo)形式的信號(hào)
具有幅度數(shù)據(jù)部分和相位數(shù)據(jù)部分，相位數(shù)據(jù)部分轉(zhuǎn)換成第一相角 數(shù)據(jù)部分和相對(duì)于第 一相角數(shù)據(jù)部分具有相移的第二相角數(shù)據(jù)部 分，其中模式轉(zhuǎn)換裝置可操作地連接到電源，使得基于幅度數(shù)據(jù)部 分的調(diào)制信號(hào)被提供給功率放大器，以對(duì)通往功率放大器的供應(yīng)電 壓進(jìn)行調(diào)制，并且模式轉(zhuǎn)換裝置還可操作地連接到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換 器，從而將第一和第二相角數(shù)據(jù)部分傳送到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換 器輸入端，以提供第一和第二數(shù)字信號(hào)；其中
第一輸入數(shù)字信號(hào)和第二輸入數(shù)字信號(hào)的每一個(gè)具有多個(gè)數(shù)據(jù) 位，并且其中數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器包括用于接收第 一輸入數(shù)字信號(hào)的第 一轉(zhuǎn)換組件，以及用于接收第二輸入數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換組件，第 一和第二轉(zhuǎn)換組件中的每一個(gè)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)位進(jìn)行轉(zhuǎn)換以提供由載 波信號(hào)調(diào)制的差分輸出信號(hào)，載波信號(hào)在兩個(gè)載波信號(hào)端之間提供， 其中差分輸出信號(hào)利用電流負(fù)載形成并且提供在兩個(gè)輸出端之間， 差分輸出信號(hào)表示第一RF信號(hào)，轉(zhuǎn)換組件的每個(gè)包括
并聯(lián)的多個(gè)轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)單元適于接收表示數(shù)據(jù)信號(hào)值的控
制電壓，控制電壓提供在兩個(gè)控制電壓端之間，每個(gè)單元包括 第一差分開關(guān)部件，其具有
兩個(gè)輸入電流通路，每個(gè)可操作地連接到輸出端的不同輸 出端；以及
兩個(gè)差分開關(guān)對(duì)，連接到控制電壓端，用于在兩個(gè)輸入電 流通路中傳送表示數(shù)據(jù)信號(hào)值的差分電流；
第二差分開關(guān)部件，其具有兩個(gè)控制電流通路，每個(gè)可操作地 串聯(lián)到兩個(gè)差分開關(guān)對(duì)的不同差分開關(guān)對(duì)，控制電流通路可操作地 并且單獨(dú)地連接到載波信號(hào)端的不同載波信號(hào)端，用于利用載波信 號(hào)對(duì)差分電流進(jìn)行調(diào)制；以及
電流源，可操作地串聯(lián)到第二差分開關(guān)部件，用于進(jìn)一步控制 控制電流通路中的電 流o
根據(jù)本發(fā)明，RF發(fā)射機(jī)可操作在第一模式和第二模式中。發(fā)射 機(jī)另外包括
切換裝置，可操作地連接到模式轉(zhuǎn)換裝置，使得
當(dāng)發(fā)射機(jī)操作在第一模式中時(shí)，切換裝置適于
將模式轉(zhuǎn)換裝置與電源和數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器斷開，以及
將第 一和第二基帶信號(hào)傳送到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器輸入
端，以提供第一和第二數(shù)字信號(hào)；以及
當(dāng)發(fā)射機(jī)操作在第二模式中時(shí)，切換裝置適于
傳送第 一和第二相角數(shù)據(jù)部分到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器輸
入端，以提供第一和第二數(shù)字信號(hào)；以及 傳送調(diào)制信號(hào)到電源。
根據(jù)本發(fā)明，RF發(fā)射機(jī)另外包括功率控制模塊，可操作地連接 到電源，用于當(dāng)發(fā)射機(jī)操作在第一模式中時(shí)，調(diào)節(jié)通往電壓供應(yīng)輸 入的供應(yīng)電壓。
根據(jù)本發(fā)明，RF發(fā)射機(jī)另外包括
帶通濾波器，用于響應(yīng)于第一RF信號(hào)，在將第一RF信號(hào)傳送 到功率放大器之前對(duì)第一RF信號(hào)進(jìn)行濾波，以及
可變?cè)鲆娣糯笃鳎糜陧憫?yīng)于第一RF信號(hào)，在由帶通濾波器對(duì) 第一 RF信號(hào)進(jìn)行濾波之前調(diào)節(jié)第一 RF信號(hào)的信號(hào)電平。
根據(jù)本發(fā)明，功率控制模式可操作地連接到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器， 用于調(diào)節(jié)第一RF信號(hào)的輸出電平，并且可操作地連接到可變?cè)鲆娣?大器，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)第一RF信號(hào)的信號(hào)電平。
根據(jù)本發(fā)明，RF發(fā)射機(jī)另外包括
數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于響應(yīng)于幅度數(shù)據(jù)部分，提供調(diào)制信號(hào)，以及 頻率濾波器，布置在數(shù)模轉(zhuǎn)換器和功率放大器之間，以對(duì)調(diào)制 信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
根據(jù)本發(fā)明，幅度數(shù)據(jù)部分與模式轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器之間 通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第一通路關(guān)聯(lián)，而相位數(shù)據(jù)部分與模式轉(zhuǎn)換模塊 和功率放大器之間通過(guò)數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的第二通路關(guān)聯(lián)。RP發(fā)射
機(jī)另外包括
通路延遲調(diào)節(jié)裝置，布置在模式轉(zhuǎn)換裝置和功率放大器之間， 用于使得第一通路和第二通路基本上相等。
根據(jù)本發(fā)明，電流源包括具有控制終端的至少 一個(gè)電流調(diào)節(jié)組 件，其可操作地連接到偏置電壓級(jí)，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)電流調(diào)節(jié)組件的 電流；第二差分開關(guān)部件，包括布置在控制電流通路的不同控制電 流通路中的兩個(gè)電流切換組件，每個(gè)電流切換組件具有可才喿作地連 接到載波信號(hào)端的不同載波信號(hào)端的控制終端；并且第一差分開關(guān) 部件包括第一差分開關(guān)對(duì)和第二差分開關(guān)對(duì)，每對(duì)具有可操作地連 接到控制電壓端的不同控制電壓端的兩個(gè)電流開關(guān)。
在結(jié)合圖5-圖IO所做出的描述，本發(fā)明將變得明顯。


圖la是表示傳統(tǒng)直接上變頻發(fā)射機(jī)的框圖！b是表示具有可變?cè)鲆娣糯笃骱凸β士刂颇K的傳統(tǒng)直接上
變頻發(fā)射機(jī)的框圖2是表示兩點(diǎn)合成器調(diào)制模塊的框圖，該調(diào)制模塊用作具有
合成器調(diào)制的現(xiàn)有技術(shù)極性發(fā)射機(jī)的第二高通相位調(diào)制通路； 圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器的示意圖； 圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器中的并行單位單元的電路； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的示意圖； 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器中的并行單位單元的
電路；
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器架構(gòu)中的并行單位單元的電路; 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的使用兩個(gè)數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的調(diào)制器
塊；
圖9a是根據(jù)本發(fā)明的操作在極坐標(biāo)切換模式中的具有數(shù)字至 RF轉(zhuǎn)換器的可重配置發(fā)射機(jī)的框圖9b是根據(jù)本發(fā)明的操作在笛卡爾線性模式中的具有數(shù)字至 RP轉(zhuǎn)換器的可重配置極性發(fā)射機(jī)的框圖；以及
圖IO是表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的極性發(fā)射機(jī)的框圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器利用載波(LO )組合了 D/A轉(zhuǎn) 換功能和上變頻功能，所述載波可以為RF或IF。如圖5所示，數(shù)字至
RF轉(zhuǎn)換器10包括多個(gè)并聯(lián)單位單元20,、 202.......20N.......。所述
上變頻器IO具有分段結(jié)構(gòu)，包括LSB子塊和MSB子塊。LSB子塊中 的電流利用并耳關(guān)二元加一又單位生成，而MSB子塊中的電流在一組一元 編碼單元中生成。 一元編碼也可以:故用在LSB子塊中。如通過(guò)圖1中 所示的傳統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換器，數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器IO的MSB子塊中一元編碼 單元的個(gè)數(shù)也是2"M,其中m是MSB子塊中的位數(shù)。數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換
器10具有用于傳送差分電流I。ut和Ix。ut的兩個(gè)差分電流通路，從而調(diào)制
后的輸出信號(hào)RF。ut可以利用兩個(gè)外部負(fù)載電阻R形成。調(diào)制后的輸出
信號(hào)在兩個(gè)終端V。和Vx。處提供。上變頻通過(guò)將來(lái)自本地振蕩器的載波信號(hào)(LO)施加到每個(gè)并聯(lián)單位單元20而實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)并聯(lián)單位單元20為吉爾伯特單元(Gilbert-cell)型轉(zhuǎn)換器。該 轉(zhuǎn)換器包括與差分LO-開關(guān)對(duì)和電流源串聯(lián)的差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)部件，如圖 6所示。所述差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)部件具有兩個(gè)差分開關(guān)對(duì)(Q1、 Q2)和(Q3、 Q4 )。每個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)對(duì)具有連接到輸出終端V。和Vx。的兩個(gè)電流控 制通路In和Ixn。這些通路中的電流由互補(bǔ)信號(hào)Vln+和Vw.控制，互補(bǔ) 信號(hào)Vln+和vln—由數(shù)字控制邏輯(未圖示)提供并且表示信號(hào)N的值。 如在圖6中所示，控制電壓Vln+用于控制Ql和Q4中的電流，而控制 電壓Vln.用于控制Q2和Q3中的電流。因此，電流通路Ql被并聯(lián)到電 流通^各Q3。同樣，電流通^各Q2被并聯(lián)到電流通^各Q4。
每個(gè)差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)對(duì)被串聯(lián)到差分LO開關(guān)Q5或Q6,從而來(lái)自本 地振蕩器(圖4中的LO)的差分信號(hào)LO+和LO-可用于調(diào)制在差分?jǐn)?shù) 據(jù)開關(guān)對(duì)中的電流。利用Q5和Q6形成的差分LO開關(guān)被串聯(lián)到電流源 Q7,以使得在單元20中生成的電流通過(guò)DC偏壓7而被調(diào)節(jié)。
應(yīng)該注意到，圖6中描述的Ql至Q7為MOS晶體管，^旦是它們中 的任何一個(gè)都可以用其他類型的晶體管來(lái)代替。
在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器架構(gòu)中，單元20中的切換元件也被連接到 模擬電路。如圖7中所示。如圖所示，數(shù)據(jù)信號(hào)與本地鎖存器同步并利 用軌至軌(rail-to-rail)逆變器進(jìn)行緩存，所述軌至軌逆變器提供用于數(shù) 字開關(guān)的重疊控制信號(hào)。本地LO-緩存器也具有用于促使LO開關(guān)在它 們的線性區(qū)域中操作的全供應(yīng)電壓。因此，可以獲得信號(hào)的高度線性， 具有對(duì)數(shù)據(jù)和LO開關(guān)兩者的控制波形的對(duì)稱性和精確定時(shí)。
在如圖7中所示的直接數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器(DRFC)中，8位數(shù)據(jù)信 號(hào)利用5+3分段來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中5個(gè)MSB利用31個(gè)單位轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn) 換，而3個(gè)LSB利用7個(gè)單位轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換。LSB電流為MSB電流的 1/8。溫度計(jì)解碼器用于轉(zhuǎn)換針對(duì)MSB單元的5位二進(jìn)制信號(hào)。LSB單 元被控制而不必解碼。必需數(shù)量的單元被并聯(lián)至的LSB單元形成二元 加權(quán)。將LO準(zhǔn)確分布到所有38個(gè)單位單元在獲取高動(dòng)態(tài)性能方面是 極其重要的。利用大LO-緩沖器驅(qū)動(dòng)的樹形分布網(wǎng)絡(luò)與所有分支中的均
衡(well-balanced )負(fù)載結(jié)合使用。對(duì)于MSB單元的切換順序被優(yōu)化以 彌補(bǔ)LO同步中的失諧。
本發(fā)明使用兩個(gè)直接數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器(DRFC)來(lái)構(gòu)建直接數(shù)字 RF調(diào)制器(DDRM)。如圖8所示，DDRM 140包括兩個(gè)直接數(shù)字至 RF轉(zhuǎn)換器30、分頻器40、多個(gè)LO緩沖器50和片上負(fù)載60。調(diào)制器 14.0的功能類似于傳統(tǒng)模擬直接轉(zhuǎn)換調(diào)制器。然而，因?yàn)椴淮嬖谀M基 帶，所以通常由不精確的模擬組件生成的例如相位和幅度失配和DC偏 移的不期望影響可以被顯著減小。在DDRM140中，因?yàn)樾盘?hào)生成的切 換特性，幅度失配通常較小，這主要取決于兩個(gè)DRFC的偏置電流匹配。
在圖9a和圖9b示出根據(jù)本發(fā)明的可重配置發(fā)射機(jī)。具體地，根據(jù) 本發(fā)明的可重配置發(fā)射機(jī)300可在切換模式中操作為極性發(fā)射機(jī)，或者 在線性模式中操作為笛卡爾發(fā)射機(jī)。作為極性發(fā)射機(jī)，通過(guò)數(shù)字至RF 轉(zhuǎn)換器，輸入RF信號(hào)可僅有相位調(diào)制。幅度調(diào)制在功率放大器的電源 中被單獨(dú)地引入。在如圖9a中所示的極性發(fā)射機(jī)300中，笛卡爾至極 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器110將I數(shù)據(jù)102和Q數(shù)據(jù)104轉(zhuǎn)換為幅度(AM )數(shù)據(jù)部 分112和相位(PM)數(shù)據(jù)部分114。因?yàn)锳M ^:據(jù)部分和PM數(shù)據(jù)部分 在它們?cè)诓僮饔谇袚Q模式的功率放大器處再次相遇前通過(guò)了不同的通 路，所以它們的通路可能不同。因此，延遲調(diào)節(jié)塊120用于調(diào)節(jié)該通路 以使得它們基本上相等。AM數(shù)據(jù)部分被饋入到DAC 190并且接著被向 前饋入，從而通過(guò)調(diào)制高效率非線性功率放大器170的電源(由電源196 提供)來(lái)將AM數(shù)據(jù)部分加到載波上。PM數(shù)據(jù)部分由極坐標(biāo)至笛卡爾 轉(zhuǎn)換器130再次轉(zhuǎn)換成"單位"或固定幅度的笛卡爾I數(shù)據(jù)和Q數(shù)據(jù)。 I相位數(shù)據(jù)132和Q相位數(shù)據(jù)134接著由DDRM 140轉(zhuǎn)換成具有固定包 絡(luò)的相位調(diào)制載波142。
為了構(gòu)成完整的發(fā)射機(jī)，可能需要發(fā)射機(jī)100另外包括可變?cè)鲆娣?大器150,以及用于抑制噪聲和突波的帶通濾波器160。為了滿足無(wú)線 標(biāo)準(zhǔn)的要求，功率控制模塊180通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器181、 182、 183可操作 地連接到DDRM 140、可變?cè)鲆娣糯笃?50和功率放大器170,從而在 輸出172處獲得RF信號(hào)的期望的動(dòng)態(tài)范圍能力和期望的輸出電平。
通過(guò)開關(guān)310和220,發(fā)射機(jī)300也可在線性模式中操作為笛卡爾 發(fā)射機(jī)。可重配置發(fā)射機(jī)300另外包括時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器146以向DDRM 140提供時(shí)鐘信號(hào)CLKBB; LO頻率合成器230和正交發(fā)生器240以向 DDRM 140提供LOin+和LOin.信號(hào)。正交發(fā)生器240可以是移相器或正 交除法器。此外，PA偏置電壓控制176用于基于發(fā)射機(jī)是處于線性模 式還是處于開關(guān)模式來(lái)向功率放大器170提供PA偏置電壓和電流。發(fā) 射機(jī)300還可以包括低通濾波器200、 220以抑制噪聲和其他不期望的 高頻分量。
如圖9b中所示，當(dāng)發(fā)射機(jī)300操作在笛卡爾線性模式中時(shí)，I數(shù)據(jù) 102和Q數(shù)據(jù)104被饋入到DDRM 140,從而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)102和104直接 在DDRM 140中轉(zhuǎn)換成RF。在這種才莫式中，來(lái)自DDRM 140和可變?cè)?益放大器150的輸出信號(hào)包含AM和PM部分二者。突波和量化噪聲可 由帶通濾波器160濾去。同時(shí)，在功率控制180的控制下，電源196向 功率放大器170提供恒定電壓供應(yīng)。當(dāng)發(fā)射機(jī)300操作在笛卡爾線性模 式中時(shí)，多個(gè)組件塊可以被斷電以節(jié)能。例如，笛卡爾至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器 110、延遲調(diào)節(jié)塊120、極坐標(biāo)至笛卡爾轉(zhuǎn)換器130、 DAC190和低通濾 波器200可以被斷電。另外，不需要做出任何采樣率轉(zhuǎn)換來(lái)處理發(fā)生在 極性系統(tǒng)中的帶寬擴(kuò)展?？勺?cè)鲆娣糯笃?50的動(dòng)態(tài)范圍可以通過(guò)功率 控制180和通過(guò)調(diào)節(jié)DRFC電流源的偏置來(lái)獲得(參見圖6 )。
通過(guò)移除開關(guān)320、 310,圖9a中所示的RF發(fā)射機(jī)可以被簡(jiǎn)化， 從而其可以被用作僅極性RP發(fā)射機(jī)。另外，如圖IO中所示，還可以去 除低通濾波器200和220中的一個(gè)或二者。
因此，雖然根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行 形式上及細(xì)節(jié)上的前述的以及各種其他改變、.省略和偏離。
權(quán)利要求
1.一種RF發(fā)射機(jī)，用于基于第一數(shù)字基帶信號(hào)和第二數(shù)字基帶信號(hào)發(fā)送RF信號(hào)，所述第二基帶信號(hào)具有相對(duì)于所述第一基帶信號(hào)的相移，所述發(fā)射機(jī)特征在于數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器，具有用于接收第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換器輸入端和用于提供第一RF信號(hào)的轉(zhuǎn)換器輸出端；功率放大器，用于響應(yīng)于所述第一RF信號(hào)，提供用于傳輸?shù)腞F信號(hào)，功率放大器具有電壓供應(yīng)輸入；電源，可操作地連接到所述功率放大器的所述電壓供應(yīng)輸入，以向所述功率放大器提供電源電壓；以及模式轉(zhuǎn)換裝置，用于響應(yīng)于所述第一和所述第二數(shù)字基帶信號(hào)，基于所述第一和第二數(shù)字基帶信號(hào)提供極坐標(biāo)形式的信號(hào)，所述極坐標(biāo)形式的信號(hào)具有幅度數(shù)據(jù)部分和相位數(shù)據(jù)部分，所述相位數(shù)據(jù)部分轉(zhuǎn)換成第一相角數(shù)據(jù)部分和相對(duì)于所述第一相角數(shù)據(jù)部分具有相移的第二相角數(shù)據(jù)部分，其中所述模式轉(zhuǎn)換裝置可操作地連接到所述電源，使得基于所述幅度數(shù)據(jù)部分的調(diào)制信號(hào)被提供給所述功率放大器，以對(duì)通往所述功率放大器的所述供應(yīng)電壓進(jìn)行調(diào)制，并且所述模式轉(zhuǎn)換裝置還可操作地連接到數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器，從而將所述第一和第二相角數(shù)據(jù)部分傳送到所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器輸入端，以提供所述第一和第二數(shù)字信號(hào)；其中所述第一輸入數(shù)字信號(hào)和第二輸入數(shù)字信號(hào)的每一個(gè)具有多個(gè)數(shù)據(jù)位，并且其中所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器包括用于接收所述第一輸入數(shù)字信號(hào)的第一轉(zhuǎn)換組件，以及用于接收所述第二輸入數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換組件，所述第一和第二轉(zhuǎn)換組件中的每一個(gè)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)位進(jìn)行轉(zhuǎn)換以提供由載波信號(hào)調(diào)制的差分輸出信號(hào)，所述載波信號(hào)在兩個(gè)載波信號(hào)端之間提供，其中所述差分輸出信號(hào)利用電流負(fù)載形成并且提供在兩個(gè)輸出端之間，差分輸出信號(hào)表示所述第一RF信號(hào)，所述轉(zhuǎn)換組件的每個(gè)包括并聯(lián)的多個(gè)轉(zhuǎn)換單元，每個(gè)單元適于接收表示數(shù)據(jù)信號(hào)值的控制電壓，所述控制電壓提供在兩個(gè)控制電壓端之間，每個(gè)單元包括第一差分開關(guān)部件，具有兩個(gè)輸入電流通路，每個(gè)可操作地連接到所述輸出端的不同輸出端；以及兩個(gè)差分開關(guān)對(duì)，連接到所述控制電壓端，用于在所述兩個(gè)輸入電流通路中傳送表示所述數(shù)據(jù)信號(hào)值的差分電流；第二差分開關(guān)部件，具有兩個(gè)控制電流通路，每個(gè)可操作地串聯(lián)到所述兩個(gè)差分開關(guān)對(duì)的不同差分開關(guān)對(duì)，所述控制電流通路可操作地并單獨(dú)地連接到所述載波信號(hào)端的不同載波信號(hào)端，用于利用所述載波信號(hào)對(duì)所述差分電流進(jìn)行調(diào)制；以及電流源，可操作地串聯(lián)到所述第二差分開關(guān)部件，用于進(jìn)一步控制在所述控制電流通路中的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，可操作在第一模式和第 二模式中，所述發(fā)射機(jī)另外特征在于切換裝置，可操作地連接到所述模式轉(zhuǎn)換裝置，使得當(dāng)所述發(fā)射機(jī)操作在所述第 一模式中時(shí)，所述切換裝置適于將所述模式轉(zhuǎn)換裝置與所述電源和所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器斷 開，以及將所述第一和第二基帶信號(hào)傳送到所述數(shù)字至RP轉(zhuǎn)換器的 轉(zhuǎn)換器輸入端，以提供所述第一和第二數(shù)字信號(hào)；以及 當(dāng)所述發(fā)射機(jī)操作在所述第二模式中時(shí)，所述切換裝置適于傳送所述第 一和第二相角數(shù)據(jù)部分到所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器 的轉(zhuǎn)換器輸入端，以提供所述第一和第二數(shù)字信號(hào)；以及傳送所述調(diào)制信號(hào)到所述電源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的RF發(fā)射機(jī)，'其另外特征在于功率控 制模塊，可操作地連接到所述電源，用于當(dāng)所述發(fā)射機(jī)操作在所述 第一模式中時(shí)，調(diào)節(jié)通往所述電壓供應(yīng)輸入的所述供應(yīng)電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，另外特征在于 帶通濾波器，用于響應(yīng)于所述第一RF信號(hào)，在將所述第一RF 信號(hào)傳送到所述功率放大器之前對(duì)所述第一RF信號(hào)進(jìn)行濾波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的RF發(fā)射機(jī)，另外特征在于 可變?cè)鲆娣糯笃?，用于響?yīng)于所述第一RF信號(hào)，在由所述帶通濾波器對(duì)所述第一 RF信號(hào)進(jìn)行濾波之前調(diào)節(jié)所述第一 RF信號(hào)的信 號(hào)電平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的RF發(fā)射機(jī)，其另外特征在于功率控 制模塊，可操作地連接到所述可變?cè)鲆娣糯笃?，以進(jìn)一步調(diào)節(jié)所述 第一RF信號(hào)的信號(hào)電平。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，另外特征在于 可變?cè)鲆娣糯笃?，用于響?yīng)于所述第一RF信號(hào)，在將所述第一RF信號(hào)傳送到所述功率放大器之前，調(diào)節(jié)所述第一 RF信號(hào)的信號(hào) 電平。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其另外特征在于功率控 制模塊，可操作地連接到所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器，以調(diào)節(jié)所述第一 RF信號(hào)的輸出電平。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，另外特征在于 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于響應(yīng)于所述幅度數(shù)據(jù)部分，提供所述調(diào)制信
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的RF發(fā)射機(jī)，另外特征在于 頻率濾波器，布置在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器和功率放大器之間，以對(duì)所述調(diào)制信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的RF發(fā)射機(jī)，其特征在于所述幅度 數(shù)據(jù)部分與所述模式轉(zhuǎn)換模塊和功率放大器之間通過(guò)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換 器的第一通路關(guān)聯(lián)，而所述相位數(shù)據(jù)部分與所述模式轉(zhuǎn)換模塊和功 率放大器之間通過(guò)所述數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換器的第二通路關(guān)聯(lián)，所述RF 發(fā)射機(jī)另外特征在于通路延遲調(diào)節(jié)裝置，布置在所述模式轉(zhuǎn)換裝置和功率放大器之 間，用于使得所述第一通路和第二通路基本上相等。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述電流 源包括具有控制終端的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)組件，其可操作地連接到 偏置電壓級(jí)，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)所述電流調(diào)節(jié)組件的電流。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其特征在于，所述第二 差分開關(guān)部件包括布置在所述控制電流通路的不同控制電流通路中 的兩個(gè)電流切換組件，每個(gè)所述電流切換組件具有可4喿作地連接到 所述載波信號(hào)端的不同載波信號(hào)端的控制終端。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF發(fā)射機(jī)，其特征在于所述第一差 分開關(guān)部件包括第一差分開關(guān)對(duì)和第二差分開關(guān)對(duì)，每對(duì)具有可操 作地連接到所述控制電壓端的不同控制電壓端的兩個(gè)電流開關(guān)。
全文摘要
一種RF發(fā)射機(jī)使用兩個(gè)數(shù)字至RF轉(zhuǎn)換模塊以將數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)。在笛卡爾模式中，基帶信號(hào)被傳送到轉(zhuǎn)換模塊以用于RF轉(zhuǎn)換。在極坐標(biāo)模式中，基帶信號(hào)被轉(zhuǎn)換成幅度和相位數(shù)據(jù)部分。相位數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成I和Q數(shù)據(jù)部分以由轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)，RF信號(hào)在功率放大器中通過(guò)功率放大器的電源由幅度數(shù)據(jù)部分來(lái)調(diào)制。每個(gè)數(shù)字至RF模塊使用并行單位單元以通過(guò)IF信號(hào)執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換功能和上變頻功能。適于接收表示數(shù)據(jù)信號(hào)值的控制電壓的每個(gè)單位單元是具有串聯(lián)到差分LO-開關(guān)對(duì)的差分?jǐn)?shù)據(jù)開關(guān)部件的混頻器單元類型轉(zhuǎn)換器。LO開關(guān)另外串聯(lián)到電流源。
文檔編號(hào)H04B1/04GK101167324SQ200580049642
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者J·H·弗普薩萊南, N·E·謝克沙夫特, P·厄洛朗塔, P·塞皮南 申請(qǐng)人:諾基亞公司