[发明专利]任意相位轨迹频率合成器

说明书

一种频率合成器，其直接生成相位调制的射频(RF)信号。该频率合成器包括：压控振荡器(VCO)，其根据VCO的输入端接收的信号，生成具有频率受控的合成频率信号；数字可调分频器，其通过所述合成频率信号生成降低的频率信号；相位数模转换器(DAC)，其生成定时信号的延时形式(例如，降低的频率信号，或参考时钟信号)，该定时信号根据数字控制信号实现延时；相位检测器(PD)，其通过降低的频率信号和/或延时定时信号生成相位控制信号；数字信号转换器，其对数字可调分频器和相位DAC进行控制，从而使得VCO输出的合成频率信号的相位或频率对编码在数字信号中的期望相位或频率轨迹进行跟踪。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年2月7日提交的61/937,380的美国临时申请的权利，在此将其全部公开的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明的主题涉及提供改善的使用任意相位轨迹控制器来直接生成相位调制射频(RF)信号的发射机和频率合成器结构的技术和设备。

背景技术

从WiFi到汽车门锁，无线通信已经普遍存在。诸如无线传感器网络以及物联网(IoT)等新兴技术极大地提高了对无线设备的要求。尤其是，对低生产成本、小尺寸(即，高度小型化)以及降低功率消耗的无线装置具有较高的需求。由于在这些网络中，长的电池寿命对于许多应用是非常重要的，所以降低无线装置的功耗并开发新的功率输出策略尤其重要。基于此，为了开发更小且成本更低的装置，需要减小无线装置的射频及其所附的中央处理单元(CPU)、闪存、随机存取存储器(RAM)以及数字接口模块。一般，通过下面的Moore准则并使用更加小的集成电路制作技术可以将这些装置小型化。然而，大量射频结构并不兼容低电源电压和降低的净空电压，与广泛的装置不匹配，并具有小晶体管特征尺寸生成的特殊装置行为。此外，无法使用技术的最小特征尺寸来减小传统设计中普遍存在的感应器占用的较大的芯片面积。

部分无线发射机结构生成一对笛卡尔基带信号，称为同相(I)和正交(Q)信号。I和Q信号名义上正交，并使用混频器或镜像混频器将I和Q信号合并且上调到发射机中的RF频率上。通常需要仔细设计混频器并需要足够的功率以生成准确的信号。使用放大器将混频器输出信号放大到传输所用的满功率。对于诸如IEEE 802.15.4或蓝牙等具有恒定振幅包络的低功率调制无线标准来说，使用I和Q信号的信号传输方法是非常浪费的。这些标准中，所有的传输信息都包含在信号的相位中。因此，需要一种替代性方法，该方法不在基带生成和处理I-Q信号对并随后上调到RF，而是直接生成相位。

因此，需要无线通信应用中使用的发射机和频率合成器提供较小且高效传输的新的电路和装置结构。

发明内容

本文的论述通过提供改良的使用任意相位轨迹控制器来直接生成相位调制射频(RF)信号的发射机和频率合成器结构来降低上面所指出的一个或多个问题。

根据本公开的一个方面，一种频率合成器包括：压控振荡器(VCO)，其根据VCO的输入端接收的信号，在输出端生成具有频率受控的合成频率信号；数字可调分频器，其耦接到VCO的输出端并通过所述合成频率信号在输出端生成降低的频率信号；相位数模转换器(DAC)，其接收定时信号和数字控制信号，并在输出端生成定时信号的延时形式，该定时信号根据数字控制信号实现延时；相位检测器(PD)，其耦接到数字可调分频器的输出端、相位DAC的输出端和参考时钟，在与VCO的输入端耦接的PD的输出端上生成相位控制信号；数字信号转换器，其用于控制数字可调分频器和相位DAC从而使得VCO输出的合成频率信号的相位或频率对编码在数字信号转换器所接收到的数字信号中的期望相位或频率轨迹进行跟踪。