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基于数字偏移频率产生器的射频发射器的制作方法

基于数字偏移频率产生器的射频发射器
1.分案申请的相关信息
2.本技术是分案申请，其母案申请是申请日为2018年12月26日、优先权日为2017年12月29日、申请号为“201811599375.9”、并且发明名称为“基于数字偏移频率产生器的射频发射器”的发明专利申请。
技术领域
3.本发明一般来说涉及一种射频发射器，且更具体来说涉及一种基于频率产生器的射频发射器。

背景技术：

4.在依赖于无线通信的各种装置中使用射频(rf)发射器。这些rf发射器基于其应用以各种频率来操作。举例来说，蜂窝式电话、wifi装置、蓝牙装置、数字无线电等全部以各种频率来操作。这些rf发射器通常集成高功率功率放大器(pa)以用于放大常常具有大振幅调制、举例来说具有大的峰均(par)比的信号。此些rf发射器通常采用电压控制振荡器(vco)来产生一或多个射频作为用于产生所要输出频率的基础。具有大振幅调制的此些信号导致电压控制振荡器(vco)的频率拉动，如果将vco频率调谐到所要输出频率或其谐波(举例来说，所要输出频率的倍频)，那么所述vco产生这些射频中的一或多者。通常，采用偏移本机振荡器(lo)方案来产生与所要输出频率或其谐波不相等的vco频率。举例来说，通常利用有源偏移频率混频器来将偏移vco频率转换为所要输出频率，例如，信道频率。此些有源混频器消耗许多电流，因为其需要满足相位噪声目标而且提供强偏移频率信号。此些典型偏移lo方案通常需要要求大硅面积来使非信道分量衰减的多个电感电容(lc)调谐的级。

技术实现要素：

5.一个实例涉及一种装置，所述装置包含：频率倍增器电路，其用以接收基频信号，使所述基频信号倍增，且输出所述基频信号的倍频，而且包含：偏移频率产生器，其包含至少一个逻辑门，用以接收所述基频信号的所述倍频且从所述至少一个逻辑门输出偏移频率信号。所述装置进一步包含：混频电路，其用以接收所述偏移频率信号及数字数据信号，将所述数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示，且将所述偏移频率信号与所述数字数据信号的所述模拟表示混频以产生混频信号。所述装置还进一步包含功率放大器，所述功率放大器用以放大所述混频信号且输出所述经放大混频信号作为所述装置的输出频率信号。
6.另一实例涉及一种方法，所述方法包含：使基频信号倍增；用至少一个逻辑门产生偏移频率信号；及将数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示。所述方法进一步包含：将所述偏移频率信号与所述数字数据信号的所述模拟表示混频以产生混频信号。所述方法还进一步包含：放大所述混频信号且输出所述经放大混频信号作为输出频率信号。
7.又一实例涉及另一装置，所述另一装置包含：频率倍增器电路，其用以接收基频信
号，使所述基频信号倍增，且输出所述基频信号的倍频，而且包含：偏移频率产生器，其包含至少一个逻辑门，用以接收所述基频信号的倍频且从所述至少一个逻辑门输出偏移频率信号。所述装置进一步包含：混频电路，其用以接收所述偏移频率信号以及包含同相分量及正交分量的数字数据信号，将所述同相分量及所述正交分量转换成所述同相分量的第一模拟表示及所述正交分量的第二模拟表示，将所述偏移频率信号与所述同相分量的所述模拟表示及所述正交分量的所述模拟表示混频以产生第一混频信号及第二混频信号，组合所述第一混频信号与所述第二混频信号以产生组合信号。所述装置还进一步包含功率放大器，所述功率放大器用以放大所述组合信号且输出所述经放大组合信号作为所述装置的输出频率信号。
附图说明
8.图1图解说明包含基于逻辑门的本机偏移频率产生器的实例性装置。
9.图2图解说明包含基于逻辑门的偏移频率产生器的另一实例性装置。
10.图3a及3b图解说明偏移本机振荡产生器的实例。
11.图4a及4b图解说明分别在图3a及3b中所图解说明的偏移本机振荡产生器的信号的时序图。
12.图5图解说明图1到4中所展示的偏移频率信号lo_signal的合成时钟频谱图表。
13.图6图解说明从基频信号b_frequency产生输出频率信号o_frequency的实例性方法。
具体实施方式
14.本发明涉及一种装置，所述装置包含：频率倍增器电路，其用以接收基频信号，使所述基频信号倍增，且输出所述基频信号的倍频；及偏移频率产生器，其包含至少一个逻辑门，用以接收所述基频信号的所述倍频且从所述至少一个逻辑门输出偏移频率信号。所述装置进一步包含：混频电路，其用以接收所述偏移频率信号及数字数据信号，将所述数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示，将所述偏移频率信号与所述数字数据信号的所述模拟表示混频以产生混频信号，所述混频信号为所述基频信号的所述倍频的不同频率及非谐波。所述装置还进一步包含功率放大器，所述功率放大器用以放大所述混频信号且输出所述经放大混频信号作为所述装置的输出频率信号。
15.此装置的应用为射频(rf)发射器，其中在蜂窝式电话、wifi装置、蓝牙装置、数字无线电或利用rf发射器的任何其它装置中利用所述装置。与利用偏移频率混频器、缓冲器及滤波器来产生偏移频率信号的典型rf发射器相比较，基于逻辑门的偏移频率产生器不那么复杂(此引起较少电力的消耗)，从而占据较少用以实施的硅面积，且实现较佳噪声因数(nf)。此外，装置不需要由一些典型频率混频器电路利用的组合器，此进一步减少装置的电力消耗及用以实施的硅面积。
16.图1图解说明包含基于至少一个逻辑门125的偏移频率产生器120的实例性装置100(例如，射频发射器)，偏移频率产生器120使用本机振荡器在装置100上局部地产生偏移频率。实例性装置100包含耦合到偏移频率产生器120的频率倍增器110。频率倍增器110接受基频信号b_frequency作为输入。频率倍增器110使此基频信号b_frequency倍增一倍数
以产生基频信号的倍频m_frequency。因此，基频信号的倍频m_frequency是倍增因数x的乘积，其中x乘以基频信号b_frequency以产生基频信号的倍频m_frequency。频率倍增器110输出基频信号的倍频m_frequency。
17.偏移频率产生器120进一步耦合到混频电路130。偏移频率产生器120包含至少一个逻辑门125。偏移频率产生器120接受基频的倍频m_frequency作为输入。偏移频率产生器120从逻辑门125输出偏移频率信号lo_signal。偏移频率产生器120将偏移频率信号输出到混频电路130。通过基于逻辑门125，偏移频率产生器120实现较佳相位噪声(nf)，可在较少硅面积中实施，且具有较小电力消耗(与典型本机偏移频率产生器相比较)。
18.混频电路130接收偏移频率信号及数字数据信号。混频电路130包含数/模转换器(dac)132，数/模转换器(dac)132接收数字数据信号作为输入且输出此数据信号的模拟表示。混频电路130进一步包含频率混频器电路134，其中dac 132耦合到此频率混频器电路134。频率混频器电路134接收数据信号的模拟表示及来自逻辑门125的偏移频率信号作为输入且将所述两个信号混频以产生混频信号。此混频信号为由频率倍增器110产生的基频信号的倍频的不同频率及非谐波。混频电路130进一步包含耦合到频率混频器电路134的功率放大器(pa)136。pa 136放大混频信号且输出经放大混频信号作为装置100的输出频率信号o_frequency。
19.图2图解说明包含基于逻辑门的偏移频率产生器的另一实例性装置200。装置200(例如，射频发射器)包含来自装置100的特征及组件中的至少一些特征及组件。装置200包含频率倍增器210，频率倍增器210包含接收基频信号b_frequency作为输入且使基频信号b_frequency的频率稳定化的锁相环路(pll)214。pll 214耦合到电压控制振荡器(vco)218，电压控制振荡器(vco)218的输出频率通过pll 214锁相到b_frequency，vco 218产生基频信号的中间倍频。vco 218耦合到lc滤波器212，lc滤波器212为vco 218的lc谐振器。pll 214形成pll电路的正向路径，其中将vco 218的输出作为反馈输入提供到pll 214的正向路径以形成pll电路。在实例中，基频信号为40mhz且基频信号的中间倍频m_frequency为6.4ghz。
20.在此实例中，电路进一步包含混频电路230且数字数据信号包含同相分量及正交分量。混频电路230包含两个dac 232a、232b。第一dac 232a接收同相分量作为输入且第二dac 232b接收正交分量作为输入。在实例中，数字数据信号的同相分量及正交分量为彼此异相九十度的dc到10mhz信号。第一dac 232a及第二dac 232b分别产生数字数据信号的同相分量及正交分量的模拟表示。频率混频器电路234接收数字数据信号的同相分量及正交分量的模拟表示作为输入，频率混频器电路234耦合到第一dac232a及第二dac 232b。
21.频率混频器电路234包含第一频率混频器235a及第二频率混频器235b。第一dac232a及第二dac 232b分别耦合到第一频率混频器235a及第二频率混频器235b，第一频率混频器235a及第二频率混频器235b依据施加到其的两个信号形成新频率。举例来说，第一频率混频器235a及第二频率混频器235b以原始频率的和及差产生新信号。第一频率混频器235a及第二频率混频器235b接收分别由第一dac 232a及第二dac 232b产生的数字数据信号的同相分量及正交分量的模拟表示以及来自逻辑门125的同相偏移频率信号及正交偏移频率信号lo_signal两者。在实例中，偏移频率产生器120接收6.4ghz信号作为输入且产生到第一频率混频器235a及第二频率混频器235b两者的2.4ghz信号。在此实例中，频率混
频器电路234进一步包含组合器237，其中第一频率混频器235a及第二频率混频器235b耦合到组合器237。组合器237接着组合由第一频率混频器235a及第二频率混频器235b产生的信号以产生组合信号。组合器237产生到滤波器239(例如，l/c滤波器)的此组合信号，滤波器239抑制此组合信号内的噪声分量(即，噪声经抑制的混频信号)。在一些典型电路中，利用额外频率混频器来产生混频信号。图2中所图解说明的配置不需要此额外频率混频器，从而降低装置200的复杂度、硅大小、耗损及同样地电力要求。
22.混频电路230进一步包含耦合到滤波器239的pa 236。pa 236从滤波器239接收噪声经抑制的组合信号。pa 236放大此信号且产生此信号的经放大版本。在从装置200产生此信号之前，另一滤波器238(例如，l/c滤波器)接收此信号的经放大版本作为输入且抑制此信号的经放大版本内的噪声分量。滤波器238产生此信号的经滤波经放大版本作为装置200的输出频率信号o_frequency。在实例中，输出频率信号o_frequency为2.4ghz。
23.图3a图解说明实例性偏移频率产生器320。偏移频率产生器320包含伪差分数字除法器330，伪差分数字除法器330包含第一除法器332、第二除法器334及第三除法器336。第一除法器332接收基频信号的倍频m_frequency作为输入且将其除以二。在实例中，基频信号的倍频m_frequency为6.4ghz且第一除法器332产生3.2ghz的第一中间频率信号。伪差分数字除法器330进一步包含第二除法器334，第二除法器334耦合到第一除法器332且将第一中间频率信号除以二。因此，第二除法器334产生第二中间频率信号。在实例中，第二除法器334接收3.2ghz的第一中间频率信号作为输入且产生1.6ghz的第二中间频率信号。第二除法器334进一步耦合到第三除法器336。第三除法器336将来自第二除法器334的第二中间频率信号除以二且产生第三中间频率信号。在实例中，第三中间频率信号为0.8ghz。在实例中，可从第三除法器336获得0.8ghz的同相分量及正交分量两者。
24.在此实例中，偏移频率产生器320包含异或(xor)门325。xor门325耦合到第二除法器334及第三除法器336两者且对由第二除法器334及第三除法器336产生的信号进行异或运算(例如，将xor函数施加到输出)。在实例中，xor门325对1.6ghz的第二中间频率信号及0.8ghz的第三中间频率信号进行异或运算且产生2.4ghz的偏移频率信号lo_signal。
25.图3b图解说明另一实例性偏移频率产生器350。偏移频率产生器350包含伪差分数字除法器360，伪差分数字除法器360包含第一除法器361、第二除法器362及第三除法器的两个区段364、366。第一除法器361接收基频信号的倍频m_frequency作为输入且将其除以二。在实例中，基频信号的倍频m_frequency为6.4ghz且第一除法器361产生3.2ghz的第一中间频率信号。第二除法器362接收第一除法器361的所产生频率作为输入且将其除以二。在实例中，第二除法器362接收第一中间频率3.2ghz且第二除法器362产生1.6ghz的第二中间频率信号。伪差分数字除法器360进一步包含由两个级364及366组成的第三除法器，所述第三除法器耦合到第二除法器362且将第二中间频率信号除以二。因此，第三除法器364、366产生第三中间频率信号。在实例中，第三除法器364、366接收1.6ghz的第二中间频率信号作为输入且产生0.8ghz的第三中间频率信号的正交分量。除法器级364及366分别产生第三中间频率的两个相位(同相及正交)。同相相位及正交相位在相位上偏移四分之一周期(π/2弧度)。尽管由除法器334、336、364、366产生的中间频率信号可为基频信号b_frequency的谐波，但其不在装置100、200、300内产生问题，因为由偏移频率产生器120、320、350提供足够芯片外及芯片上衰减。
26.在此实例中，偏移频率产生器350包含两个异或(xor)门355、357。xor门355耦合到第二除法器362及第三除法器的第一级364且对由第二除法器362及第三除法器364产生的信号进行异或运算。xor门357耦合到第二除法器362及第三除法器的第二级366且对由第二除法器362及第三除法器366产生的信号进行异或运算。在实例中，xor门355对1.6ghz及0.8ghz的中间频率信号进行异或运算以产生2.4ghz的第一偏移频率信号lo_signal1且xor门357对1.6ghz及0.8ghz的中间频率信号进行异或运算以产生2.4ghz的第二偏移频率信号lo_signal2。举例来说，第一xor门355对具有0.8ghz的同相分量的1.6ghz进行异或运算以产生同相lo分量且第二xor门357对具有0.8ghz的正交分量的1.6ghz进行异或运算以产生正交lo分量。在实例中，可从第三除法器的两个区段364、366获得0.8ghz的同相分量及正交分量两者。在实例中，第一偏移频率信号lo_signal1及第二偏移频率信号lo_signal2为数字数据信号的同相分量及正交分量。伪差分数字除法器330、360与xor门325、355、357的组合允许装置100、200避免使用典型有源偏移混频器，此减少电流消耗及硅面积(与使用典型有源偏移混频器相比较)。
27.图4a图解说明图3a中所图解说明的偏移频率产生器320的信号的时序图。信号410表示由第三除法器336产生的0.8ghz的第三中间频率信号。信号420表示由第二除法器334产生的1.6ghz的第二中间频率信号。信号430表示由对信号410及420进行异或运算的xor门325产生的2.4ghz的偏移频率信号lo_signal。如所图解说明，信号430由不均匀变化宽度的方波(其由对两个不同频率的信号410、420进行异或运算而产生)构成。尽管信号430包含此些不均匀变化宽度方波，但此信号的最终频率维持在2.4ghz的偏移频率信号lo_signal。由于通过xor门325所执行的混频而产生的lo_signal分量(例如，在0.8ghz及4ghz下)的存在而存在变化宽度或工作周期。由lc滤波器239及238对在组合器237的输出处由这些分量导致的混频进行滤波。
28.图4a及4b图解说明图3b中所图解说明的偏移频率产生器350的信号的时序图。信号410及440表示由第三除法器区段364及366产生的0.8ghz的中间频率信号。信号450及420表示由第一除法器362产生的1.6ghz的中间频率信号。信号430及460表示由对信号410及420进行异或运算的xor门355及对信号440及450进行异或运算的xor门357产生的2.4ghz的偏移频率信号lo_signal1、lo_signal2。信号420及450为相同信号。如所图解说明，信号430及460由不均匀变化宽度的方波(其由对两个不同频率的信号410、420及440、450进行异或运算而产生)构成。尽管信号430及460包含此些不均匀变化宽度方波，但此信号的最终频率维持在2.4ghz的偏移频率信号lo_signal1、lo_signal2。由于通过xor门355、357所执行的混频产生的第二中间频率及第三中间频率(例如，在0.8ghz及4ghz下)的其它混频分量的存在而存在变化宽度或工作周期。由lc滤波器239及238对在组合器237的输出处由这些分量导致的混频进行滤波。
29.图5图解说明图1到4中所展示的偏移频率信号lo_signal的合成时钟频谱图表。特定来说，在520处以1.686db展示2.4ghz偏移频率信号lo_signal。连同所要本机振荡器信号lo_signal一起，还产生在510及530处展示的双边音调频率。特定来说，在510处展示在-3.9375db下的800mhz边带频率且在530处展示在-2.9406db下的4.0ghz边带频率。稍后用混频电路130、230内的滤波器滤除这些边带。
30.鉴于上文所描述的前述结构及功能特征，参考图6将更好地了解根据本发明的各
种方面的方法。虽然出于使解释简单的目的将图6的方法展示及描述为连续地执行，但应理解及了解，本发明并不受所图解说明的次序限制，因为一些方面根据本发明可以与本文中所展示及所描述者不同的次序发生及/或与其它方面同时发生。此外，可并非需要所有所图解说明特征来实施根据本发明的方面的方法。图6的实例性方法可由硬件(例如在ic芯片或模拟及/或离散电路组件的组合中)实施。在图6的实例中，出于阐释目的，在图1到3的实例性装置的上下文中描述方法600。在其它实例中，可关于以不同方式配置的电路及装置实施方法600。
31.图6图解说明从基频信号b_frequency产生输出频率信号o_frequency的实例性方法600。在610处，方法600包含使基频信号倍增。在实例中，频率倍增器110、210使基频信号b_frequency倍增以产生基频的倍频m_frequency。从频率倍增器110、210产生此基频的倍频m_frequency。
32.在620处，方法600进一步包含用逻辑门(例如，逻辑门125、xor门325)产生偏移频率信号lo_signal。举例来说，偏移频率产生器120、320包含产生偏移频率信号lo_signal的逻辑门125、xor门325。在实例中，xor门325接收不同频率(分别来自第二除法器334及第三除法器336的第二中间频率及第三中间频率)的两个信号，且对所述两个信号进行异或运算以产生偏移频率信号lo_signal。
33.在630处，方法600还进一步包含将数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示。在实例中，dac 132接收数字数据信号。在另一实例中，dac 232a、232b接收数字数据信号的同相分量及正交分量。dac 132、232a、232b将这些数字数据信号转换成这些数字数据信号的模拟表示。
34.在640处，方法600包含将偏移频率信号lo_signal与数字数据信号的模拟表示混频以产生混频信号，所述混频信号为由频率倍增器110、210产生的基频信号的倍频m_frequency的不同频率及非谐波。在实例中，频率混频器电路134组合偏移频率信号lo_signal与数字数据信号的模拟表示以产生混频信号。在另一实例中，第一频率混频器235a及第二频率混频器235b接收分别由第一dac 232a及第二dac 232b产生的数字数据信号的同相分量及正交分量的模拟表示及来自逻辑门125的偏移频率信号lo_signal两者。组合器237接着组合第一频率混频器235a的输出与第二频率混频器235b的输出以产生混频信号。在实例中，混频信号为基频信号的倍频的不同频率及非谐波。在实例中，组合器237将此混频信号输出到滤波器239，滤波器239抑制此混频信号内的噪声分量且输出噪声经抑制的混频信号。
35.在650处，方法600甚至进一步包含放大混频信号。在实例中，pa 136放大混频信号以产生输出频率信号o_frequency。在另一实例中，pa 236放大混频信号以产生此信号的经放大版本。滤波器238滤除此信号的经放大版本内的噪声分量且输出装置200的输出频率信号o_frequency。在660处，方法600输出经放大混频信号作为装置100、200的输出频率信号o_frequency。
36.上文所描述的内容为本发明的实例。当然，出于描述本发明的目的而描述每个可想得到的组件或方法组合是不可能的，但所属领域的技术人员将认识到，本发明的许多其它组合及排列是可能的。因此，本发明打算囊括归属于此申请案(包含所附权利要求书)的范围内的所有此类更改、修改及变化形式。

技术特征：

1.一种装置，其包括：频率倍增器电路，其具有基频信号输入和基频信号输出；具有输入和输出的第一除法器电路，所述第一除法器电路输入耦合到所述基频信号输出；具有输入和输出的第二除法器电路，所述第二除法器电路输出耦合到所述第一除法器电路输出；具有第一输入、第二输入和输出的异或xor门，所述xor门第一输入耦合到所述第一除法器电路输出，并且所述xor门第二输入耦合到所述第二除法器电路输出；具有输入、模拟数据信号输入和输出的混频器，所述混频器输入耦合到所述xor门输出；及具有输入和输出的功率放大器，所述功率放大器输入耦合到所述混频器输出。2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括数/模转换器，所述数/模转换器具有经配置以接收数据信号的数字数据信号输入、以及耦合到所述混频器的模拟数据信号输入的输出，其中所述数据信号包含同相分量及正交分量。3.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括第一数/模转换器及第二数/模转换器，所述第一数/模转换器用以接收所述同相分量并且将所述同相分量的模拟表示输出到所述混频器的模拟数据信号输入，并且所述第二数/模转换器用以接收所述正交分量并且将所述正交分量的模拟表示输出到所述混频器的模拟数据信号输入。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述混频器耦合到电感电容滤波器。5.一种方法，其包括：使基频信号倍增；除以所述基频信号以产生第一中间频率信号；除以所述第一中间频率信号以产生第二中间频率信号；除以所述第二中间频率信号以产生第三中间频率信号；以及使用异或门对所述第二中间频率信号和所述第三中间频率信号进行门控以产生偏移频率信号；将数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示；将所述偏移频率信号与所述数字数据信号的所述模拟表示混频以产生混频信号；放大所述混频信号；及输出经放大的所述混频信号作为输出频率信号。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述数字数据信号包含同相分量及正交分量。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述转换所述数字数据信号包含转换所述同相分量以产生所述同相分量的第一模拟表示并且转换所述正交分量以产生所述正交分量的模拟表示。8.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括对经放大的所述混频信号进行滤波。

技术总结

本申请涉及基于数字偏移频率产生器的射频发射器。一种装置(100)包含：频率倍增器电路(110)，其用以接收基频信号，使所述基频信号倍增，且输出所述基频信号的倍频，而且包含：偏移频率产生器(120)，其包含至少一个逻辑门(125)，用以接收所述基频信号的所述倍频且从所述至少一个逻辑门输出偏移频率信号。混频电路(130)接收所述偏移频率信号及数字数据信号，将所述数字数据信号转换成所述数字数据信号的模拟表示，且将所述偏移频率信号与所述数字数据信号的所述模拟表示混频以产生混频信号。所述装置(100)还进一步包含功率放大器(136)，所述功率放大器用以放大所述混频信号且输出所述经放大混频信号作为所述装置(100)的输出频率信号。的输出频率信号。的输出频率信号。