本發(fā)明涉及一種在通信系統(tǒng)中使用的電子設(shè)備，并且涉及但不僅限于一種通信信號(hào)混合器。

背景技術(shù)：

通信系統(tǒng)在信息和通信技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。信息可被調(diào)制成不同形式的電信號(hào)，并且這些電信號(hào)可以進(jìn)一步地通過(guò)使用不同類型的通信系統(tǒng)來(lái)傳送。

在無(wú)線電信號(hào)通信系統(tǒng)中，信號(hào)可被調(diào)制成具有不同頻率且適于在有線或無(wú)線通信系統(tǒng)中的某個(gè)頻段上傳送的無(wú)線電信號(hào)。信號(hào)混合器可用于將信號(hào)變換到適于使用無(wú)線電發(fā)射機(jī)發(fā)射的無(wú)線電頻率中。通常，該變換包括對(duì)一個(gè)或多個(gè)信息信號(hào)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生具有多個(gè)頻率分量的新的電信號(hào)，其中在所述多個(gè)頻率分量中只有一個(gè)或少量頻率分量是有用的，其他頻率分量則會(huì)促使產(chǎn)生干擾有用信號(hào)或其他頻段中的其他信號(hào)的噪聲。如能抑制這些噪聲信號(hào)被傳輸，將是非常理想的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，所提供的是一種在通信系統(tǒng)中使用的電子裝置，包括：開關(guān)模塊，其被布置成組合與所述開關(guān)模塊相連的多個(gè)輸入端口接收的多個(gè)輸入信號(hào)，以便限定具有多個(gè)頻率分量的組合輸入信號(hào)；以及負(fù)載模塊，其被布置成接收來(lái)自開關(guān)模塊的組合輸入信號(hào)，并且通過(guò)使用多個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)處理該組合輸入信號(hào)來(lái)單獨(dú)分離該組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)，所述每一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)頻率分量相關(guān)聯(lián)的諧振頻率上諧振。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載模塊被布置成向與負(fù)載模塊相連的輸出端口輸出輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)具有從組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中分離的預(yù)期頻率分量。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)頻率分量還包括鏡像頻率分量。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載模塊還被布置成禁止鏡像頻率分量到達(dá)輸出端口。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)包括電感-電容網(wǎng)絡(luò)。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)包括第一諧振器和第二諧振器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一諧振器包括與第一電容器相連的第一電感器，第二諧振器包括與第二電容器相連的第二電感器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一諧振器被布置成將鏡像頻率分量傳遞至接地端。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一諧振器被布置成在與鏡像頻率分量相關(guān)聯(lián)的第一諧振頻率上諧振。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一諧振頻率是用表示的，其中ω_stop是第一諧振頻率，L₁是第一電感器的第一電感值，以及C₁是第一電容器的第一電容器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一電感器和第一電容器是串行連接的。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第二諧振器被布置成將預(yù)期頻率分量傳遞至輸出端口。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第二諧振器被布置成在與預(yù)期頻率分量相關(guān)聯(lián)的第二諧振頻率上諧振。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第二諧振頻率是用表示的，其中ω_pass是第二諧振頻率，L₁是第一電感器的第一電感值，C₁是第一電容器的第一電容值，L₂是第二電感器的第二電感值，以及C₂是第二電容器的第二電容值。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第二電感器和第二電容器是并行連接的。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載模塊是以變壓器為基礎(chǔ)的負(fù)載。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一電感器近似于第二電感器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一電感器和第二電感器是磁耦合的。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，第一電容器和第二電容器是可控電容器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，該可控電容器是能以數(shù)字方式控制的。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，該可控電容器被布置成改變負(fù)載模塊的諧振頻率，以使該電子裝置被布置成在頻域中的帶寬以內(nèi)工作。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，還包括：與多個(gè)輸入端口中的至少一個(gè)相連的輸入緩存器；以及與輸出端口相連的輸出緩存器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，該輸入緩存器被布置成對(duì)在多個(gè)輸入端口上接收的多個(gè)輸入信號(hào)中的至少一個(gè)執(zhí)行從低到高的阻抗變換。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，輸出緩存器被布置成對(duì)輸出信號(hào)執(zhí)行從高到低的阻抗變換。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)輸入信號(hào)包括中頻信號(hào)和本機(jī)振蕩器信號(hào)中的至少一個(gè)；以及其中輸出信號(hào)包括射頻信號(hào)。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，該電子裝置是通信信號(hào)混合器。

在關(guān)于第一個(gè)方面的一個(gè)實(shí)施例中，該開關(guān)模塊和/或負(fù)載模塊是用集成電路工藝實(shí)施的。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖來(lái)舉例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中：

圖1是具有電感負(fù)載的混合器的一個(gè)示例的示意圖；

圖2是具有電阻負(fù)載的混合器的一個(gè)示例的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的在通信系統(tǒng)中使用的電子裝置的示意圖，其中該電子裝置包括基于變壓器的負(fù)載；

圖4是圖1的電子裝置的具有虛擬接地的負(fù)載模塊的半個(gè)部分的示意圖；

圖5是圖1的電子裝置的數(shù)字可控電容器的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子裝置以及在該電子裝置的兩個(gè)不同位置上的響應(yīng)的例圖；

圖7是顯示了所模擬的圖6中的電子裝置的轉(zhuǎn)換增益的曲線圖；

圖8是顯示了圖6的電子裝置中的鏡像轉(zhuǎn)換損失的曲線圖；以及

圖9是顯示計(jì)算得到的圖6的電子裝置中的鏡像抑制的曲線圖。

具體實(shí)施方式

發(fā)明人通過(guò)自己的研究、嘗試和實(shí)驗(yàn)想到，在收發(fā)信機(jī)的前端，混合器在使用LO(local oscillator,本機(jī)振蕩器)來(lái)將信號(hào)IF(intermediate frequency,中頻)調(diào)制到RF(radio frequency,射頻)的處理中發(fā)揮著非常重要的作用。然而，如果不將ω_desired(LO+IF)作為預(yù)期輸出，那么將會(huì)產(chǎn)生作為兩個(gè)輸入之差ω_image(LO-IF)的名為“鏡像”的副作用。這種鏡像不但會(huì)浪費(fèi)寶貴的頻譜，而且還會(huì)干擾其他信道的用戶。

大多數(shù)的前端結(jié)構(gòu)都存在著劣化了系統(tǒng)性能并且浪費(fèi)了寶貴的頻譜的鏡像問(wèn)題。作為示例，Hartley鏡像抑制混合器具有不同的問(wèn)題，其在毫米波波段以及高速通信中尤其如此。首先，尤其是在毫米波波段，所需要的0°和90°移相器是極其昂貴的。其次，0°和90°移相器的輸出之間的振幅是很難相等的。并且，這種常規(guī)的混合器用于高數(shù)據(jù)速率的寬帶移相器是不可能的。即使忽略了成本和困難，這種結(jié)構(gòu)在文獻(xiàn)或商用產(chǎn)品中也只能提供不到20dB的鏡像抑制(image rejection)。

這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)施一種具有零IF結(jié)構(gòu)的收發(fā)信機(jī)來(lái)解決。然而，其眾所周知的DC偏移和嚴(yán)格的二次諧波抑制需求會(huì)顯著地劣化系統(tǒng)性能。如此一來(lái)，如果忽略了鏡像問(wèn)題，那么滑動(dòng)IF(sliding-IF)將是最有利的選擇。作為替換，鏡像抑制可以通過(guò)引入包含了0°和90°移相器的常規(guī)Hartley混合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，隨著工作頻率的上升，相位和幅度的不平衡將會(huì)處于支配地位，并且將會(huì)惡化常規(guī)混合器的鏡像抑制。此外，高數(shù)據(jù)速率通信需要高頻的滑動(dòng)IF結(jié)構(gòu)，而這會(huì)使抑制比變得更差。

參考圖1-2，該圖顯示的是在通信系統(tǒng)中使用的混合器100的示例。該混合器100可以包括雙平衡混合器結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)具有混合器核心102，并且該核心具有形成開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)晶體管或開關(guān)104。所述開關(guān)接收來(lái)自輸入端口106的輸入信號(hào)，例如LO和IF信號(hào)，并且由此響應(yīng)于這些輸入信號(hào)來(lái)執(zhí)行開關(guān)操作。然后，IF信號(hào)可以與LO信號(hào)混合或結(jié)合，以便形成組合信號(hào)。之后，這些輸入信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)呢?fù)載110而被傳遞至輸出端口108，其中所述負(fù)載110可以作為如圖1和2中分別顯示的電感負(fù)載或電阻負(fù)載來(lái)實(shí)施。

參考圖3，該圖顯示的是在通信系統(tǒng)中使用的電子裝置300的優(yōu)選實(shí)施例，包括：開關(guān)模塊302，其被配置成組合與所述開關(guān)模塊302相連的多個(gè)輸入端口306接收的多個(gè)輸入信號(hào)，以限定具有多個(gè)頻率分量的組合輸入信號(hào)；以及負(fù)載模塊310，其被布置成接收來(lái)自開關(guān)模塊302的組合輸入信號(hào)，并且通過(guò)使用多個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)處理該組合輸入信號(hào)來(lái)單獨(dú)分離該組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)，所述每一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)頻率分量相關(guān)聯(lián)的諧振頻率上諧振。

在該實(shí)施例中，電子裝置300是可以在通信系統(tǒng)中使用的通信信號(hào)混合器或頻率混合器。該混合器300采用了雙平衡結(jié)構(gòu)(double balanced structure)，以使輸入-輸出的信號(hào)隔離度可以更高。舉例來(lái)說(shuō)，開關(guān)模塊302包括與多個(gè)輸入端口306相連的多個(gè)(例如圖中所示的四個(gè))開關(guān)306或晶體管。在該配置中，中頻(IF)信號(hào)會(huì)與在連接至開關(guān)306的多個(gè)輸入端口306上接收的本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)混合或組合，并且由此獲得一個(gè)組合輸出(IF和LO)。優(yōu)選地，該開關(guān)306可以是任何電子晶體管，例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，或是本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的可作為開關(guān)使用的其他任何電子元件。

優(yōu)選地，IF信號(hào)和LO信號(hào)具有不同的頻率，由此，組合輸入信號(hào)包括至少兩個(gè)不同的頻率分量，例如總和(LO+IF)和差值(LO-IF)?；诓煌膽?yīng)用，所述總和(LO+IF)可被定義成預(yù)期頻率分量，而所述差值(LO-IF)則被認(rèn)為是鏡像頻率分量。所述預(yù)期頻率分量可以在通信系統(tǒng)中作為射頻(RF)信號(hào)由信號(hào)發(fā)射機(jī)或收發(fā)信機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸。

由于鏡像頻率分量有可能會(huì)對(duì)相同頻譜內(nèi)部的其他頻率信號(hào)產(chǎn)生噪聲或干擾，因此，較為理想的是在輸出信號(hào)中抑制或者從輸出信號(hào)中消除非預(yù)期的鏡像頻率分量。

如圖3所示，電子裝置300還包括被布置成接收來(lái)自開關(guān)模塊302的組合輸入信號(hào)的負(fù)載模塊310。在雙平衡混合器中，由于雙平衡結(jié)構(gòu)對(duì)于終端阻抗(termination impedance)非常敏感，因此輸入端口和輸出端口是匹配的。與具有圖1和圖2分別顯示的簡(jiǎn)單的電感負(fù)載110或電阻負(fù)載110不同，該負(fù)載模塊310優(yōu)選包含了電感-電容網(wǎng)絡(luò)，其中在所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有多個(gè)電感器和電容器。除了匹配端口之外，該負(fù)載模塊310還可以被布置成提高混合器300的性能。

優(yōu)選地，負(fù)載模塊310還可以被布置成處理組合輸入信號(hào)，以便單獨(dú)分別組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)頻率分量。通過(guò)分離組合輸入信號(hào)的不同頻率分量，可以選擇地將諸如總和(LO+LF)之類的預(yù)期頻率分量作為輸出信號(hào)傳遞到輸出端口，而非預(yù)期的鏡像頻率分量(LO-IF)則可以被抑制或是定向到其他端口，例如所述電路的接地端。

在該示例中，負(fù)載模塊310包括多個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，其中每一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號(hào)的多個(gè)頻率分量中的每一個(gè)頻率分量相關(guān)聯(lián)的諧振頻率上諧振，由此分離組合輸入信號(hào)中的不同的頻率分量。所述多個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以包括具有多個(gè)電感器和電容器的電感-電容網(wǎng)絡(luò)，并且所述電感器和電容器形成了一個(gè)或多個(gè)諧振器，以使所述諧振網(wǎng)絡(luò)可以在不同的頻率上諧振。

該諧振網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)包含了第一電感器L1和第一電容器C1的第一諧振器310A。如圖3所示，第一電感器L1和第一電容器C1是串行連接的，并且第一電感器L1與第一電容器C1的組合是并行連接在開關(guān)模塊302與輸出端口308之間的。優(yōu)選地，第一諧振器310A被布置成在與鏡像頻率分量的頻率ω_image相關(guān)聯(lián)或是相等的第一諧振頻率上諧振。由于混合器300是以差分方式饋電(differentially fed)的，因此，在如4所示的負(fù)載的中間會(huì)存在虛擬接地，并且非預(yù)期的鏡像頻率分量(LO-IF)實(shí)際上會(huì)被繞到該虛擬接地。由此，負(fù)載模塊310可以禁止鏡像頻率分量到達(dá)輸出端口308。

在該示例中，負(fù)載模塊310還被布置成向輸出端口308輸出一個(gè)輸出信號(hào)，其中該信號(hào)具有從組合輸入信號(hào)中分離的預(yù)期頻率分量。優(yōu)選地，該諧振網(wǎng)絡(luò)還包括第二諧振器310B，并且所述第二諧振器包含了第二電感器L2和第二電容器C2。如圖3所示，第二電感器L2和第二電容器C2是并行連接的，并且進(jìn)一步是并行連接在開關(guān)模塊302與輸出端口308(以及第一諧振器310A)之間的。優(yōu)選地，第二諧振器310B被布置成在與預(yù)期頻率分量的頻率ω_desired關(guān)聯(lián)或相等的第二諧振頻率上諧振。由此，預(yù)期頻率分量會(huì)加載在這個(gè)由第二電感器L2和第二電容器C2形成的分路諧振器310B中，以便在沒(méi)有衰減的情況下將預(yù)期頻率分量傳遞到輸出端口308?？蛇x地，第二諧振器310B可被布置成在將預(yù)期頻率分量傳遞至輸出端口308的時(shí)候放大此類頻率分量。

優(yōu)選地，通帶(pass-band)和阻帶(stop-band)諧振可以用以下的等式來(lái)表示：

以及

其中ω_stop是第一諧振頻率，ω_pass是第二諧振頻率，L₁是第一電感器L1的第一電感值，C₁是第一電容器C1的第一電容值，L₂是第二電感器的第二電感值，以及C₂是第二電容器的第二電容值。

由于ω_stop和ω_pass的值取決于電感器(L1,L2)和/或電容器(C1,C2)的值，因此，在一些實(shí)施例中，第一電容器C1和第二電容器C2是可控電容器。通過(guò)改變可控電容器的電容值(C₁,C₂)，該電容器可以改變負(fù)載模塊310的諧振頻率(ω_stop,ω_pass)，以使電子裝置300可以在頻域中的某個(gè)帶寬內(nèi)部工作。優(yōu)選地，如圖4所示，所述可控電容器是能以數(shù)字控制的。例如，在L₁和L₂保持固定的同時(shí)，通過(guò)引入不同的C₁和/或C₂，可以改變?cè)缦仍诘仁?1)和(2)中顯示的ω_stop和ω_pass的值。

非常有利的是，該可控電容器能使混合器300覆蓋廣闊的頻譜，例如用于WiGig的9GHz帶寬，而不是固定的IF和/或LO信號(hào)頻率。作為替換，具有不同電容值的電容器可被實(shí)施，以使電子裝置300可以在任何預(yù)期的頻譜范圍和/或帶寬范圍中工作。

在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，負(fù)載模塊310可以是基于變壓器的負(fù)載。參考圖3，第一電感器L1近似于第二電感器L2，由此，這兩個(gè)電感器(L1,L2)彼此是磁耦合的，并且形成一個(gè)將初級(jí)和次級(jí)鐵芯作用于兩個(gè)電感器(L1,L2)的變壓器。優(yōu)選的，第一和/或第二電容器(L1,L2)的尺寸僅僅是常規(guī)電感負(fù)載110中的負(fù)載電感器的一半，第一與第二電感器的組合(L1,L2)與常規(guī)結(jié)構(gòu)100中的一個(gè)電感器所占用的面積相同。電子裝置300的實(shí)施方式不會(huì)增加成本或芯片面積。

作為選擇，在輸入端口306和/或輸出端口可以引入緩存器312，以便提供關(guān)于輸入和/或輸出信號(hào)的適當(dāng)?shù)淖杩棺儞Q。例如，電子裝置300可以包括一個(gè)與輸入端口306、例如被布置成接收IF信號(hào)的輸入端口相連的輸入緩存器312A。該緩存器可被布置成對(duì)在IF輸入端口306上接收的IF信號(hào)執(zhí)行從低到高的阻抗變換。與之相似或是作為替換，在LO輸入端口306可以放置輸入緩存器312A或附加的輸入緩存器。

此外，電子裝置300還可以包括與輸出端口308相連的輸出緩存器312B。例如，該電子裝置300可以包括一個(gè)與輸出端口308、例如被布置成輸出RF信號(hào)的輸出端口相連的輸出緩存器312B。該輸出緩存器312B可被布置成對(duì)在RF輸出端口308上輸出的RF信號(hào)執(zhí)行從高到低的阻抗變換。

包含了負(fù)載模塊310、開關(guān)模塊302和/或緩存器312的電子裝置300可以用集成電路(IC)工藝來(lái)實(shí)施，例如將單片IC制造和封裝成單個(gè)IC芯片。

這些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于：該電子裝置可以在不使用移相器的情況下顯著抑制“鏡像”(混合副產(chǎn)品)。如此一來(lái)，鏡像抑制比在高頻通信中將不會(huì)惡化。此外，這些實(shí)施例并未增加芯片尺寸和制造成本。通過(guò)插入數(shù)控電容器，本發(fā)明的實(shí)施例可以覆蓋很寬的帶寬。由此，該電子裝置在具有鏡像問(wèn)題的高頻滑動(dòng)IF通信系統(tǒng)中會(huì)非常有用。此外，即使使用了常規(guī)方法，也可以使用此類結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)鏡像抑制。

此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的混合器可以很容易地通過(guò)改變諧振器中的電容來(lái)覆蓋很廣的帶寬。，而不需要在系統(tǒng)中包含非常昂貴的超寬帶移相器。

參考圖6，該圖顯示的電子裝置的一個(gè)實(shí)施例。該電子裝置是在用CMOS65nm制造工藝設(shè)計(jì)的60GHz WiGig兩級(jí)式通信系統(tǒng)中使用的混合器。所述WiGig通信支持四個(gè)信道，并且其中每一個(gè)信道都占用了2.5GHz帶寬。為了覆蓋其從57-65GHz的頻譜，該混合器可以傳遞該圖所示的預(yù)期頻段以及衰減該圖所示的鏡像頻段。

在圖7中顯示了所模擬的該混合器在四個(gè)信道中的轉(zhuǎn)換增益。在圖8和9中分別顯示了鏡像的轉(zhuǎn)換損失以及計(jì)算得到的鏡像抑制。在這些結(jié)果中顯示出，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的混合器對(duì)鏡像產(chǎn)生的抑制可以超過(guò)30dB。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離廣義描述的發(fā)明實(shí)質(zhì)或范圍的情況下，在具體實(shí)施例中顯示的本發(fā)明是可以進(jìn)行眾多的變更和/或修改的。因此，當(dāng)前的實(shí)施例的所有方面都被認(rèn)為是說(shuō)明性而不是限制性的。

除非另有說(shuō)明，否則不應(yīng)把引用這里包含的現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)作是承認(rèn)該信息為公知常識(shí)。