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，并且這些電信號可以進(jìn)一步地通過使用不同類型的通信系統(tǒng)來傳送。

在無線電信號通信系統(tǒng)中，信號可被調(diào)制成具有不同頻率且適于在有線或無線通信系統(tǒng)中的某個頻段上傳送的無線電信號。信號混合器可用于將信號變換到適于使用無線電發(fā)射機(jī)發(fā)射的無線電頻率中。通常，該變換包括對一個或多個信息信號的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生具有多個頻率分量的新的電信號，其中在所述多個頻率分量中只有一個或少量頻率分量是有用的，其他頻率分量則會促使產(chǎn)生干擾有用信號或其他頻段中的其他信號的噪聲。如能抑制這些噪聲信號被傳輸，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)模塊相連的多個輸入端口接收的多個輸入信號，以便限定具有多個頻率分量的組合輸入信號；以及負(fù)載模塊，其被布置成接收來自開關(guān)模塊的組合輸入信號，并且通過使用多個諧振網(wǎng)絡(luò)處理該組合輸入信號來單獨(dú)分離該組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個，所述每一個諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個頻率分量相關(guān)聯(lián)的諧振頻率上諧振。

在關(guān)于第一個方面的一個實(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，該輸出信號具有從組合輸入信號的多個頻率分量中分離的預(yù)期頻率分量。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

在關(guān)于第一個方面的一個實(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。

附圖說明

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

圖1是具有電感負(fù)載的混合器的一個示例的示意圖；

圖2是具有電阻負(fù)載的混合器的一個示例的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(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)明的一個實(shí)施例的電子裝置以及在該電子裝置的兩個不同位置上的響應(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)來將信號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，那么將會產(chǎn)生作為兩個輸入之差ω_image(LO-IF)的名為“鏡像”的副作用。這種鏡像不但會浪費(fèi)寶貴的頻譜，而且還會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題。作為示例，Hartley鏡像抑制混合器具有不同的問題，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)。

這個問題可以通過實(shí)施一種具有零IF結(jié)構(gòu)的收發(fā)信機(jī)來解決。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顯著地劣化系統(tǒng)性能。如此一來，如果忽略了鏡像問題，那么滑動IF(sliding-IF)將是最有利的選擇。作為替換，鏡像抑制可以通過引入包含了0°和90°移相器的常規(guī)Hartley混合器來實(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處于支配地位，并且將會惡化常規(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IF結(jié)構(gòu)，而這會使抑制比變得更差。

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)的多個晶體管或開關(guān)104。所述開關(guān)接收來自輸入端口106的輸入信號，例如LO和IF信號，并且由此響應(yīng)于這些輸入信號來執(zhí)行開關(guān)操作。然后，IF信號可以與LO信號混合或結(jié)合，以便形成組合信號。之后，這些輸入信號通過適當(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相連的多個輸入端口306接收的多個輸入信號，以限定具有多個頻率分量的組合輸入信號；以及負(fù)載模塊310，其被布置成接收來自開關(guān)模塊302的組合輸入信號，并且通過使用多個諧振網(wǎng)絡(luò)處理該組合輸入信號來單獨(dú)分離該組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個，所述每一個諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個頻率分量相關(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-輸出的信號隔離度可以更高。舉例來說，開關(guān)模塊302包括與多個輸入端口306相連的多個(例如圖中所示的四個)開關(guān)306或晶體管。在該配置中，中頻(IF)信號會與在連接至開關(guān)306的多個輸入端口306上接收的本機(jī)振蕩器(LO)信號混合或組合，并且由此獲得一個組合輸出(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信號和LO信號具有不同的頻率，由此，組合輸入信號包括至少兩個不同的頻率分量，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)信號由信號發(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對相同頻譜內(nèi)部的其他頻率信號產(chǎn)生噪聲或干擾，因此，較為理想的是在輸出信號中抑制或者從輸出信號中消除非預(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自開關(guān)模塊302的組合輸入信號的負(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，以便單獨(dú)分別組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個頻率分量。通過分離組合輸入信號的不同頻率分量，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包括多個諧振網(wǎng)絡(luò)，其中每一個諧振網(wǎng)絡(luò)被布置成在與組合輸入信號的多個頻率分量中的每一個頻率分量相關(guān)聯(lián)的諧振頻率上諧振，由此分離組合輸入信號中的不同的頻率分量。所述多個網(wǎng)絡(luò)可以包括具有多個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或多個諧振器，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輸出一個輸出信號，其中該信號具有從組合輸入信號中分離的預(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)期頻率分量會加載在這個由第二電感器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，通過引入不同的C₁和/或C₂，可以改變早先在等式(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，這兩個電感器(L1,L2)彼此是磁耦合的，并且形成一個將初級和次級鐵芯作用于兩個電感器(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中的一個電感器所占用的面積相同。電子裝置300的實(shí)施方式不會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/或輸出信號的適當(dāng)?shù)淖杩棺儞Q。例如，電子裝置300可以包括一個與輸入端口306、例如被布置成接收IF信號的輸入端口相連的輸入緩存器312A。該緩存器可被布置成對在IF輸入端口306上接收的IF信號執(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可以包括一個與輸出端口308、例如被布置成輸出RF信號的輸出端口相連的輸出緩存器312B。該輸出緩存器312B可被布置成對在RF輸出端口308上輸出的RF信號執(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)工藝來實(shí)施，例如將單片IC制造和封裝成單個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，鏡像抑制比在高頻通信中將不會惡化。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題的高頻滑動IF通信系統(tǒng)中會非常有用。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改變諧振器中的電容來覆蓋很廣的帶寬。，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實(shí)施例。該電子裝置是在用CMOS65nm制造工藝設(shè)計的60GHz WiGig兩級式通信系統(tǒng)中使用的混合器。所述WiGig通信支持四個信道，并且其中每一個信道都占用了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)施例的混合器對鏡像產(chǎn)生的抑制可以超過30dB。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，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)為是說明性而不是限制性的。

除非另有說明，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。