CN102460970B

CN102460970B - 具有可变增益跨导级的可调谐的自适应滤波器

Info

Publication number: CN102460970B
Application number: CN201080028478.5A
Authority: CN
Inventors: 马希姆·兰詹
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2030-06-23
Also published as: CN102460970A; EP2446533A2; US9602079B2; KR20120030154A; JP5698231B2; WO2011005588A3; JP2012531819A; KR101707258B1; US20100323651A1; KR20150034811A; WO2011005588A2

Abstract

在一示范性实施例中，提供一种包括模拟滤波器(400)的通信装置，其中数字信号处理器(410)同时设定所述模拟滤波器的增益(420、440)及所述滤波器的极点位置(430、480)，以便使所述滤波器的极点位置维持在所要值处或维持在所要范围内。在其它示范性实施例中，还提供用以同时设定所述滤波器的所述增益及所述极点位置的方法。

Description

具有可变增益跨导级的可调谐的自适应滤波器

根据35U.S.C.§119主张优先权

本专利申请案主张2009年6月23日所申请的题为“具有可变增益跨导级的可调谐的自适应滤波器(TUNABLEADAPTIVEFILTERWITHVARIABLEGAINTRANS-CONDUCTANCESTAGE)”的第61/219,730号临时申请案的优先权，且所述申请案已转让给本发明的受让人且在此以引用的方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明大体来说涉及电子设备，且更具体来说涉及一种包括模拟滤波器的通信装置。

背景技术

已知通信系统支持无线及/或有线通信装置之间的无线及有线通信。根据一种或一种以上通信标准，每一类型的通信系统经建构且因此进行操作。举例来说，无线通信系统可根据一种或一种以上标准来操作，所述一种或一种以上标准包括(但不限于)IEEE802.11、蓝牙、高级移动电话服务(AMPS)、数字AMPS、全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)及/或其变体。

取决于无线通信系统的类型，无线通信装置(例如，蜂窝式电话、双向无线电、个人数字助理(PDA)、个人计算机(PC)、膝上型计算机、家庭娱乐设备等)与其它无线通信装置直接或间接地通信。为参与无线通信，每一无线通信装置包括内建式无线电收发器(即，接收器及发射器)或耦合到相关联的无线电收发器(例如，用于住宅内及/或建筑物内无线通信网路的台、RF调制解调器等)。

众所周知，接收器耦合到天线且包括一低噪声放大器、一个或一个以上中间频率级、一滤波级及一数据恢复级。所述低噪声放大器经由天线接收传入的RF信号且将其放大。所述一个或一个以上中间频率级将经放大的RF信号与一个或一个以上本机振荡信号混频，以将经放大的RF信号转换成基带信号或中间频率(IF)信号。所述滤波级将基带信号或IF信号滤波以使不需要的带外信号衰减，从而产生经滤波的信号。所述数据恢复级根据特定无线通信标准从所述经滤波的信号中恢复原始数据。

还已知，发射器包括一数据调制级、一个或一个以上中间频率级及一功率放大器。所述数据调制级根据特定无线通信标准将原始数据转换成基带信号。基带数字信号被转换成模拟基带信号或中间(IF)信号。发射器滤波级将基带信号或IF信号滤波以移除由数据数字信号处理及数/模转换过程所造成的图像。

所述发射器滤波级根据特定通信标准进一步处理基带模拟信号或中间模拟信号。所述一个或一个以上中间频率级将基带信号与一个或一个以上本机振荡信号混频，以产生RF信号。在经由天线发射所述RF信号之前，功率放大器放大所述RF信号。

为帮助接收及发射模拟信号处理，可将各种类型的模拟滤波器完全集成于芯片上。此类滤波器可为电阻器-电容器(RC)滤波器(无源型或有源型)、开关电容器滤波器及跨导电容器(Gm-C)滤波器。模拟RC滤波器包括电阻器-电容器组合以设定滤波器的极点频率。在各种配置中其还可包括跨导级(通常称为gm级)以设定滤波器增益。

图2为模拟滤波器200的层级框图。模拟滤波器200包含跨导级M1、电阻器-电容器R1-C1组合及跨阻抗级M2。模拟滤波器200被配置为电流模式滤波器，其中其输入为电流Iin且其输出为电流Iout。跨导级240连接到电阻器260的第一端子。电阻器260的第二端子连接到电容器280的第一端子。电容器280的第二端子连接到接地。电阻器260的第二端子连接到跨阻抗级290。总滤波器转移函数被定义为Iout/Iin。

此典型滤波器配置的3dB截止频率(因此滤波器带宽)可大致表示为：

F_{- 3 dB} \approx \frac{1}{(R 1 + \frac{1}{g_{m}}) . C 1}

等式(1)

滤波器的增益可通过改变跨导级240的大小而改变。

现代通信协议需要接收器及发射器滤波两者均包括增益控制。在使用跨导级的典型滤波器中，如果滤波器的增益通过改变跨导而改变，则滤波器的极点位置可改变，从而导致滤波器带宽随增益控制而变化。然而，滤波器中的带宽变化可导致无线装置的接收信号路径及发射信号路径两者的显著性能降级。在接收路径中，接收器的基带模拟滤波器的带宽变化导致静态敏感度、存在干扰者的情况下的敏感度、接收器IP3及抗混叠性能的性能降级。或者，在发射路径中，发射器的基带滤波器带宽的变化导致发射器的EVM(误差向量幅度)、ACLR(邻近信道泄漏比)及静态/瞬时功率屏蔽性能的性能降级。

现有技术已展示用于校准滤波器带宽及增益的各种实施方案，但这些实施方案倾向于需要大量校准时间。在移动通信装置中，尤其在发射器中，模拟滤波器的增益可在对在增益步长之间允许多长时间的严格要求下极快速地改变。首先依序调整滤波器增益的增益且接着依序调整滤波器的带宽可违反发射器时序要求。因此，实施芯片上滤波器以符合这些严格时序要求尤其对于多模式-多协议通信系统为困难的。因此，需要符合这些要求的芯片上滤波器结构及操作方法。

发明内容

附图说明

图1展示根据示范性实施例的无线通信装置的框图。

图2为模拟滤波器的层级框图。

图3为根据示范性实施例的滤波器电路的层级框图。

图4展示同时设定滤波器的增益及极点调谐的示范性实施例。

图5说明硅实施方案的示范性测量数据。

图6展示同时设定增益及极点频率的流程。

具体实施方式

词“示范性”在本文中用以意谓“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施例将未必被解释为比其它实施例优选或有利。

下文结合随附图式所阐述的实施方式意在作为本发明的示范性实施例的描述，且不意在表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意谓“充当实例、例子或说明”，且未必应被解释为比其它示范性实施例优选或有利。所述实施方式包括特定细节以便实现提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的。所属领域的技术人员将显而易见，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些情况下，以框图形式展示众所周知的结构及装置以避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。

图1展示根据示范性实施例的无线通信装置100的框图。在此示范性设计中，无线通信装置100包括装置110(例如，数字信号处理器(DSP))及收发器120。收发器120包括发射器130及接收器150，其支持双向无线通信。大体来说，无线通信装置100可包括用于任何数目个通信系统及任何数目个频带的任何数目个发射器及任何数目个接收器。

在发射路径中，装置110处理待发射的数据且将模拟输出信号提供给发射器130。在发射器130内，模拟输出信号首先通过放大器(Amp)132放大，接着通过模拟滤波器134(例如，低通滤波器)滤波以移除由数/模转换(DAC)所造成的图像，进一步通过VGA136放大，且接着通过混频器138从基带上变频转换到RF。经上变频转换的信号接着通过滤波器140滤波以移除由上变频转换所造成的图像，通过驱动器放大器(DA)142及功率放大器(PA)144进一步放大，接着经由双工器/开关146路由，且最终经由天线148发射。

在接收路径中，天线148接收来自基站的信号且提供所接收的信号，其经由双工器/开关146路由且提供到接收器150。在接收器150内，所接收的信号通过LNA152放大，通过带通滤波器154滤波，且通过混频器156从RF下变频转换到基带。经下变频转换的信号通过VGA158放大，通过模拟滤波器160(例如，低通滤波器)滤波，且通过放大器162放大以获得模拟输入信号，将所述模拟输入信号提供到DSP110。

如图1中所展示，发射器130及接收器150实施直接转换架构，所述直接转换架构在一级中将信号的频率在RF与基带之间转换。发射器130及/或接收器150还可实施超外差式架构，其在多个级中将信号的频率在RF与基带之间转换。本机振荡器(LO)产生器170产生发射与接收LO信号且将所述LO信号分别提供到混频器138及156。锁相环路(PLL)172从数据处理器110接收控制信息且将控制信号提供到LO产生器170以在适当频率下产生发射与接收LO信号。

大体来说，发射器130及接收器150中的信号的调节可通过放大器、滤波器、混频器等的一个或一个以上级来执行。这些电路块可与图1中所展示的配置不同地加以布置。此外，图1中未展示的其它电路块也可用以调节发射器及接收器中的信号。也可省略图1中的一些电路块。可在模拟集成电路(IC)、RFIC(RFIC)、混频信号IC等上实施整个收发器120或收发器120的一部分。举例来说，发射器130中的放大器132到驱动器放大器142可在RFIC上实施，而功率放大器144可在RFIC外部实施。

装置110可执行无线装置100的各种功能，例如用于经发射的数据与所接收的数据的数字处理。存储器112可存储装置110的程序代码及数据。可在一个或一个以上专用集成电路(ASIC)及/或其它IC上实施装置110。

如图1中所展示，发射器及接收器可包括各种滤波器。可以各种方式实施每一滤波器。

图3为根据示范性实施例的滤波器电路300的层级框图(blockleveldiagram)。所述滤波器电路300包含输入跨导级340、电阻器-电容器组合360-380及输出跨阻抗级390。输入跨导级340为可变跨导以便设定滤波器的增益。电容器380为可变电容器。在一个实施例中，如随后将讨论且在图4中所展示，可变电容器可使用一组开关电容器。滤波器300经配置为电流模式滤波器，其中其输入为电流Iin且其输出为电流Iout。输入跨导级340连接到电阻器360的第一端子。电阻器360的第二端子连接到电容器380的第一端子。电容器380的第二端子连接到接地。电阻器360的第二端子连接到输出跨阻抗级390。

当输入跨导级340的跨导gm减小时，电容器380的电容根据等式1减小以维持极点位置，且反之，当输入跨导级340的跨导gm增加时，电容器380的电容根据等式1增加以维持极点位置。

在图3的示范性实施例中，滤波器的增益通过改变输入跨导级340的大小而改变。或者，所述增益可通过改变输出跨阻抗级390的大小而改变。所属领域的技术人员可了解，可在发射器中使用发射器增益控制的两种实施方案，以促进满足对增益范围及粒度的要求。

所属领域的技术人员可了解，可使用可变电阻器或类似组件，或类似的组件组合来设定或调整模拟滤波器的极点位置。

由于每一增益控制方法对极点频率具有不同影响，因此使用这些实施方案的任一者导致电容器大小对增益设定的不同映射。

与依序设定增益及极点频率相对比，可使用数字信号处理器来同时调整增益及基于增益调整极点位置。因此允许模拟滤波器的增益极快速改变且符合增益步长之间的严格时序要求。

图4展示同时设定增益及极点调谐的示范性实施例。无线通信装置400包含装置410(例如，DSP)，及模拟滤波器450。装置410包含增益控制器420及解码器430。滤波器450包含可变跨导级440、电阻器-电容器460-480组合及跨阻抗级490。在图4的实施例中，可变跨导级包含一组并联连接的MOS装置，以便设定模拟滤波器的增益。在图4的实施例中，可变电容器使用一组开关电容器480。可变跨导级440连接到电阻器460的第一端子。电阻器460的第二端子连接到电容器480的第一端子。可变电容器480的第二端子连接到接地。电阻器460的第二端子连接到跨阻抗级490。

增益控制器410直接控制可变跨导级440的大小且因此控制其增益。在替代性实施例(未图示)中，可另外控制跨阻抗级490的大小且因此控制其增益。增益控制器410耦合到解码器420。解码器420耦合到可变电容器480。响应于增益决策，解码器420适当地将模拟滤波器的所需增益映射到对应电容，以使滤波器的极点位置保持在所要值处或保持在所要范围内。因此，在图4的示范性实施例中，模拟滤波器的增益及极点位置经同时设定。

图5说明硅实施方案的示范性测量数据。图5展示在根据示范性实施例的模拟滤波器的增益上所测量的3dB频率。曲线520展示当启用调谐方案时，在模拟滤波器的增益上的3dB频率保持在特定范围内。当停用调谐方案时，则当增益改变时滤波器的3dB频率显著改变，如图5的曲线510所展示。

图6展示根据另一示范性实施例的同时设定增益及极点位置的方法的流程图。在此实施例中，在步骤610中，增益控制器产生增益决策。在步骤620中，解码器将模拟滤波器的经决定的增益适当地映射到对应电容，以使模拟滤波器的极点位置保持在特定值处或在特定范围内。在最后步骤630中，增益控制器及解码器分别同时设定可变跨导级的增益及可变电容器的电容。

可预期，所属领域的技术人员可在不脱离本发明的范畴的情况下发现实施增益控制器及解码器的各种配置。同样，可使用各种映射技术来确定、计算或以其它方式指定对应于增益的电容，使得滤波器极点位置保持在所要值处或保持在所要范围内。

所属领域的技术人员将进一步了解，可将结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体上在功能性方面描述各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。所述功能性实施为硬件或是软件视特定应用及施加于整个系统的设计约束而定。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但所述实施决策不应被解释为导致偏离本发明的示范性实施例的范畴。

可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或经设计以执行本文中所描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器，或任一其它此配置。

结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合实施。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸磁盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。将示范性存储媒体耦合到处理器，使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息及将信息写入到所述存储媒体。在替代例中，存储媒体可与处理器形成一体。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代例中，处理器与存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端中。

在一个或一个以上示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述的功能。如果实施于软件中，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体来传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处转移到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例而非限制，所述计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。又，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)而从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性的方式再生数据，而光盘通过激光以光学的方式再生数据。上述各物的组合也应包括在计算机可读媒体的范畴内。

提供对所揭示示范性实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将易于了解对这些示范性实施例的各种修改，且在不偏离本发明的精神或范畴的情况下，本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明不意在限于本文所展示的实施例，而应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征相一致的最广泛范畴。

Claims

1.一种包括用于设定模拟滤波器中的跨导g_m参数及极点频率参数的基带处理器的装置，所述装置包含：

增益控制器，其经配置以基于增益的所要改变的确定来调节所述跨导g_m参数；及

解码器，其经配置以基于所述确定来调整所述极点频率，以在增益的所述所要改变期间保持所述模拟滤波器的带宽，从而反映由跨导参数的所述调节导致电容的预期改变。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述模拟滤波器为电流模式滤波器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述模拟滤波器是在无线通信装置的发射路径中。

4.一种用于设定模拟滤波器中的跨导g_m参数及极点频率参数的方法，所述方法包含：

基于增益的所要改变的确定来调整所述跨导g_m参数；及

基于所述确定来调整所述极点频率，以在增益的所述所要改变期间保持所述模拟滤波器的带宽，从而反映由跨导参数的所述调整导致电容的预期改变。

5.一种用于在电流模式中设定跨导g_m参数及极点频率参数的数字信号处理装置，所述数字信号处理装置包含：

用于基于增益的所要改变的确定来调整所述跨导g_m参数的装置；及

用于基于所述确定来调整所述极点频率，以在增益的所述所要改变期间保持所述电流模式模拟滤波器的带宽，从而反映由跨导参数的所述调整导致电容的预期改变的装置。

6.一种用于设定模拟滤波器的跨导g_m参数及极点频率参数的集成电路，其包含：

用于基于所述确定来调整所述极点频率，以在增益的所述所要改变期间保持所述模拟滤波器的带宽，从而反映由跨导参数的所述调整导致电容的预期改变的装置。