(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6227582
(24)【登録日】2017年10月20日
(45)【発行日】2017年11月8日
(54)【発明の名称】RF受信機の雑音指数または利得を最適化するための複数の技術
(51)【国際特許分類】
H04B 1/18 20060101AFI20171030BHJP
【FI】
H04B1/18 D
【請求項の数】15
【外国語出願】
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2015-62995(P2015-62995)
(22)【出願日】2015年3月25日
(62)【分割の表示】特願2013-514340(P2013-514340)の分割
【原出願日】2011年6月8日
(65)【公開番号】特開2015-156689(P2015-156689A)
(43)【公開日】2015年8月27日
【審査請求日】2015年4月22日
(31)【優先権主張番号】12/796,598
(32)【優先日】2010年6月8日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】595020643
【氏名又は名称】クゥアルコム・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】QUALCOMM INCORPORATED
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100109830
【弁理士】
【氏名又は名称】福原 淑弘
(74)【代理人】
【識別番号】100158805
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 守三
(74)【代理人】
【識別番号】100194814
【弁理士】
【氏名又は名称】奥村 元宏
(72)【発明者】
【氏名】チェン−ハン・ワン
【審査官】
原田 聖子
(56)【参考文献】
【文献】
特開2009−152823(JP,A)
【文献】
国際公開第2010/017137(WO,A2)
【文献】
米国特許出願公開第2010/0041361(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H04B 1/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所望の周波数の範囲にわたり動作可能な受信機であって、
低雑音増幅器(LNA)の出力に結合された第一のセットの複数のキャパシタとミキサーの入力に結合された第二のセットの複数のキャパシタを含むプログラマブル・キャパシタ・バンクと、
雑音指数に関して最適化した、ミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの比率、によって定義されるキャパシタンスの値へと、前記第一および第二のセットの複数のキャパシタを設定するために、キャパシタスイッチ信号を生成するためのコントローラと、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した、ミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの比率は、それぞれの所望の周波数のための所望の合計キャパシタンスを識別し、前記合計キャパシタンスに基づいてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、前記雑音指数に関して最適化した比率へ、前記最適の比率を調整することによって決定され、
前記調整することは、前記受信機の最適な雑音指数(NF)のために、前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を備える受信機。
【請求項2】
前記第一のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと接地との間で結合され、前記第二のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと前記ミキサーとの間で結合される、請求項1に記載の受信機。
【請求項3】
前記ミキサーは受動ミキサーである、請求項1に記載の受信機。
【請求項4】
同調キャパシタンスに関連付けられ、LNAの出力に結合された第一のセットの複数のキャパシタと、
ミキサーのキャパシタンスに関連付けられ、ミキサーの入力に結合された第二のセットの複数のキャパシタと、
周波数同調の間に、雑音指数に関して最適化した比率へと前記同調キャパシタンスおよび前記ミキサーのキャパシタンスをプログラム可能に設定するための、複数のスイッチのセットと、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した比率は、所望の周波数の範囲にわたるそれぞれの周波数についてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、その後、それぞれのそのような周波数について、雑音指数に関して最適化した比率が識別されるまで前記最適の利得の比率を調整することを含むプロセスによって決定された値を使用してコントローラによって設定され、
前記調整することは、受信機の最適な雑音指数(NF)のために前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を備える受信機。
【請求項5】
前記第一のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと接地との間で結合され、前記第二のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと前記ミキサーとの間で結合される、請求項4に記載の受信機。
【請求項6】
前記ミキサーは受動ミキサーである、請求項4に記載の受信機。
【請求項7】
LNA、ミキサー、およびプログラマブル・キャパシタ・バンクを含む受信機をコントロールする方法であって、前記プログラマブル・キャパシタ・バンクは、第一のセットの複数のキャパシタ、第二のセットの複数のキャパシタ、および複数のスイッチを含み、所望の周波数の範囲にわたり動作可能である、前記方法は、
周波数同調の間にコントローラによってプログラム可能に選択されるスイッチコントロール信号を受信することと、
前記スイッチコントロール信号に応答して、雑音指数に関して最適化した比率へと同調キャパシタンスおよびミキサーのキャパシタンスを設定するように、前記プログラマブル・キャパシタ・バンクを構成することと、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した比率は、所望の周波数の範囲にわたるそれぞれの周波数についてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、その後、それぞれのそのような周波数について、雑音指数に関して最適化した比率が識別されるまで前記最適の利得の比率を調整することを含むプロセスによって決定され、
前記調整することは、前記受信機の最適な雑音指数(NF)のために前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を備える、方法。
【請求項8】
受信機を含む集積回路(IC)であって、
同調キャパシタンスに関連付けられ、LNAの出力に結合された第一のセットの複数のキャパシタと、
ミキサーのキャパシタンスに関連付けられ、ミキサーの入力に結合された第二のセットの複数のキャパシタと、
周波数同調の間に、雑音指数に関して最適化した比率へと前記同調キャパシタンスおよび前記ミキサーのキャパシタンスをプログラム可能に設定するための、複数のスイッチのセットと、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した比率は、所望の周波数の範囲にわたるそれぞれの周波数についてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、その後、それぞれのそのような周波数について、雑音指数に関して最適化した比率が識別されるまで前記最適の利得の比率を調整することを含むプロセスによって決定された値を使用してコントローラによって設定され、
前記調整することは、前記受信機の最適な雑音指数(NF)のために前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を備える、集積回路。
【請求項9】
前記第一のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと接地との間で結合され、前記第二のセットの複数のキャパシタは前記LNAと前記ミキサーとの間で結合される、請求項8に記載のIC。
【請求項10】
前記ミキサーは受動ミキサーである、請求項8に記載のIC。
【請求項11】
所望の周波数の範囲にわたり動作するようにプログラマブル・キャパシタ・バンク、ミキサー、およびLNAを含む受信機を構成するためのコントローラを含むデバイスであって、
受信機動作の所望の周波数における変化の検出に応答して、メモリから値を検索するための手段と、
雑音指数に関して最適化した比率へと前記プログラマブル・キャパシタ・バンクのミキサーのキャパシタンスと同調キャパシタンスとをプログラム可能に設定するために前記検索された値に応答してスイッチコントロール信号を生成するための手段と、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した比率は、所望の周波数の範囲にわたるそれぞれの周波数についてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、その後、それぞれのそのような周波数について、雑音指数に関して最適化した比率が識別されるまで前記最適の利得の比率を調整することを含むプロセスによって決定され、
前記調整することは、前記受信機の最適な雑音指数(NF)のために前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を備えるデバイス。
【請求項12】
スイッチコントロール信号を前記生成するための手段は、前記LNAと接地との間の複数のキャパシタの前記プログラマブル・キャパシタ・バンクにおける第一のセットの複数のキャパシタと前記LNAと前記ミキサーとの間の第二のセットの複数のキャパシタとを切り換えるための手段を含む、請求項11に記載のデバイス。
【請求項13】
コントローラと、
メモリと、
受信機であって、
同調キャパシタンスに関連付けられ、LNAの出力に結合された第一のセットの複数のキャパシタと、
ミキサーのキャパシタンスに関連付けられ、ミキサーの入力に結合された第二のセットの複数のキャパシタと、
周波数同調の間に、雑音指数に関して最適化した比率へと前記同調キャパシタンスと前記ミキサーのキャパシタンスとをプログラム可能に設定するための、複数のスイッチのセットと、ここにおいて、前記雑音指数に関して最適化した比率は、前記メモリから検索された値を使用して前記コントローラによって設定され、前記値は、所望の周波数の範囲にわたるそれぞれの周波数についてミキサーのキャパシタンスに対する同調キャパシタンスの最適の利得の比率を計算し、その後、それぞれのそのような周波数について、雑音指数に関して最適化した比率が識別されるまで前記最適の利得の比率を調整することを含むプロセスによって決定され、
前記調整することは、受信機の最適な雑音指数(NF)のために前記ミキサーのキャパシタンスを低下させることを含む、
を有する受信機と、
を備えるワイヤレス通信デバイス。
【請求項14】
前記第一のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと接地との間で結合され、前記第二のセットの複数のキャパシタは、前記LNAと前記ミキサーとの間で結合される、請求項13に記載のワイヤレス通信デバイス。
【請求項15】
前記ミキサーは受動ミキサーである、請求項13に記載のワイヤレス通信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、エレクトロニクスに、およびより明確には、無線通信装置の受信機の雑音指数(noise figure)と利得の最適化のための複数の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
現在の無線通信装置(WCD)は、広い周波数範囲、マルチプルの周波数帯域およびマルチプルの動作モードにおいて動作することを要求される。WCDは、多くの、無線周波数(RF)受信機、RF送信機、フィルタリングを備えたベースバンド利得増幅器(BB)およびベースバンド・プロセッサ(BP)を、典型的には備えている。それぞれのRF受信機は、指定された帯域内で複数のRF信号を受信するために構成される。RF受信機は、中間周波数(IF)へ、またはゼロ中間周波数(ZIP)のいずれかへ、ミキサーを通してRF信号をダウンコンバートする無線周波数(RF)フロントエンド(RF FE)を、典型的には含む。用語「RF受信機」、「受信機」および「RF FE」は、この開示において置換可能に使用される。しかしながら、当業者は、受信機がさらに、複数のローパスフィルタまたは複数の増幅器のような他の構成要素を具備し得ると認識できる。
【0003】
RF FEは少なくとも低雑音増幅器(LNA)およびミキサーを含む。RF受信機は、それぞれの帯域および動作モードに関する増幅の異なる複数のレベルを必要とする。従来の増幅ソリューションは、様々な規格に適合するために、それぞれに異なる増幅スキームを備えた、マルチプルの回路ブロックまたはモジュールを使用する。さらに、複数のRF出力ステージスイッチの使用は、それぞれの帯域またはモードに関して、複数の増幅スキームの間で選ぶために必要である。マルチプルのLNAおよびミキサーを使用するマルチ帯域、マルチモードのRF受信機は、大きな半導体ダイエリアおよび複数の長い相互接続ルーティングを必要とする。任意のパラサイティック(parasitic)抵抗器およびキャパシタンスが、雑音を取り入れるか、または複数のLNAのチューニング範囲を制限するいずれかであるので、このような複数のルーティングに関するキャパシタンスおよび低パラサイティック抵抗器、低信号損失を維持することは、挑戦である。
【0004】
LNAの数を減らすために、複数のRF受信機に関する、同調されたマルチ帯域、マルチモードの複数のRF FEが提案された。これらの複数の提案は、同調可能なICロードを備えた一つのLNAの使用を示唆する。このLNAは、低インピーダンス・ロードがその出力に加えられる時、カレントモードにおいて、動作できる。
図1は、マルチ帯域マルチモードWCDにおいて使用されるLNAを示す。LNA 110は、キャパシタ121およびインダクタパラサイティック抵抗器116、インダクタ114、RF入力電圧信号を電流に変換するための、トランスコンダクタ(transconductor)112、を含む。インダクタ114とキャパシタ121は同調可能である。このように、LNA 100は所望の周波数に同調されることができる。LNA 110はマルチ帯域マルチモードWCDに適する。この構成で、単一のLNAは、マルチプルのLNAの使用なしで、マルチプルの周波数帯域上を動作する。その結果、マルチプルのLNA間を切り替えるには、RF FEの出力においてはいずれのスイッチも必要としないでしょう。同調可能なキャパシタ121は、典型的に、複数のスイッチを通してプログラム可能なキャパシタ・バンクを備える。典型的に、キャパシタ・バンクのキャパシタ当たり一つのスイッチが、あらゆる同調可能な構成に使用される。LNA 110のようなLNAを含むWCDのRF FEを同調する時、キャパシタ121のキャパシタンスが変わるのに伴って、全体的な受信機雑音指数(「受信機NF」)、およびRF FEの電流転送利得(「RF FE利得」)が変わるので、多大な注意が払われなければならない。
【0005】
特定の周波数に関しておよびインダクタ114の固定インダクタンスLに関して、受信機NFまたはRF FE利得を最適化することは、キャパシタ121のキャパシタンスを変えることを必要とするだろう。これは、特に複数の広帯域受信機において、中心周波数から外れることに今度は帰着するだろう。マルチ帯域、マルチモードの複数のシステムにおいて、RF FE中心周波数に影響を与ることなく、受信機NF、またはRF FE利得のいずれかに関して最適化することは、設計挑戦である。
【0006】
マルチ帯域、マルチモードWCD受信機において、受信機NFおよびRF FE利得のコントロール可能な最適化を許すキャパシタ・バンク・アーキテクチャに提供することは、都合がよいだろう。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【
図1】
図1は、マルチ帯域マルチモードWCDにおいて使用されるLNAを示す。
【
図2】
図2は、無線通信装置のシステムレベル・ブロック図を示す。
【
図3A】
図3Aは、典型的な実施形態による装置のブロック図である。
【
図6】
図6は、Cmixer/C
TのファクターとしてNF
totalおよびG
FEのヴァライアンス(variance)を例示するチャートである。
【
図7】
図7は、マルチ帯域マルチモードWCDの受信機NFまたはRF FE利得を最適化する方法に関する流れ図である。
【0008】
「典型的な(”exemplary”)」という用語は、ここで、「例、実例、あるいは例示として役立つ」という意味で使用される。 ここで、「典型的な」と記載されたあらゆる実施形態は、他の実施形態よりも都合がよいあるいは好まれると解釈されるべきでは必ずしもない。
【0009】
添付図面に関して下に述べられた詳細な説明は、現在の発明の典型的な実施形態の説明として意図され、現在の発明が実行されることができるただ一つの実施形態を表わすとは意図されない。詳細な説明は、発明の典型的な実施形態についての完全な理解を提供する目的で、特定の詳細を含む。発明の典型的な実施形態が、これらの特定の詳細なしで実行され得ることは、当業者に明白だろう。いくつかの実例では、周知の構造および装置は、ここに示された典型的な実施形態の新規性(novelty)を不明瞭にすることを避けるためにブロック図の形で示される。
【0010】
当業者は、情報と信号が、任意の様々な異なるテクノロジーおよび技術を使用して表わされることができると理解するだろう。例えば、上記説明全体を通じて参照されることができるチップおよびシンボル、ビット、信号、情報、コマンド、命令、データは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子(magnetic particle)、光学フィールドまたは工学粒子(optical particle)、またはその任意の組み合わせによって示されることができる。
【0011】
本開示は、無線通信装置の受信機雑音指数(NF)またはRF FE利得を最適化するための技術に向けられる。さらにとりわけ、本開示は、受動ミキサーおよび低BB入力インピーダンス・ロードを持った受信機において、受信機NFまたはRF FE利得を最適化するための関連動作方法と回路に向けられる。
【0012】
広帯域WCDのための受信機が開示される。受信機は同調可能なRF FEを持っており、そこでは、RF FEはプログラマブル・キャパシタ・バンクを含んでいる。開示されたプログラマブル・キャパシタ・バンク・アーキテクチャは、受信機NFまたはRF FE利得の最適化を可能にする。キャパシタ・バンクは、実質的に一定に、RF FEのLNAのロードにおいて現れる合計キャパシタンスを維持する間に、受信機NFの、またはRF FE利得の最適化を許す。その結果、受信機NFまたはRF FE利得の最適化は、RF FEの中心周波数に影響しない。
【0013】
図2は、無線通信装置のシステムレベル・ブロック図を示す。WCD 200は、トランシーバ220およびベースバンド・プロセッサ(BP)210を含む。トランシーバ220は、送信機230および受信機280を含む。受信機280は、RF FE 250およびBB 258を含む。RF FE 250は、少なくともLNA 252およびミキサー256を含む。BP 210は、トランシーバ220の様々な機能をコントロールする。従って、BP 210は、RF FE 250をコントロールできる。RF FE
250のコントロールは、LNA252のNFまたは利得、周波数の1つまたは複数の同調を含むことができる。同調LNA 252は、キャパシタ・バンク構成をコントロールすることを含むことができる。提案されたソリューションは、マルチ帯域マルチモードWCDにおいて、受信機NFまたはRF FE利得を最適化する目的のキャパシタ・バンク構成をコントロールする観点に対処する。マルチ帯域マルチモードWCDにおいて、所望の最適化された状態(受信機NFまたはRF FE利得を最適化することのいずれか)をコントロールする概念は、
図3Aのブロック図に関して説明されるでしょう。
【0014】
図3Aは、典型的な実施形態に従った装置のブロック図である。装置300は、1つの集積回路として、またはWCDの様々なICとして実施されることができる。装置300は、RF FE 305、コントローラ320およびメモリ330を含む。RF FE 305は、LNA 310、キャパシタ・バンク350およびミキサー360を含む。LNA 310は、トランスコンダクタ(gm)370および誘導負荷340を含む。キャパシタ・バンク350は、1つの端においてLNA310へ、および別の端においてミキサー360へ結合される。コントローラ320は、所望の最適化された状態のオペレーション(受信機NFまたはRF FE利得のいずれか)に応じて、およびRF FEの同調のための所望の中心周波数に応じて、メモリ330から値を選ぶ。コントローラ320は、キャパシタ・バンク350をコントロールする。キャパシタ320およびメモリ330は、
図3においてRF FE 305の外部に示されるが、当業者は、コントローラ320またはメモリ330のいずれか、あるいは、その両方が、RF FE 305の内部に存在することもまたできることを認識できる。キャパシタ・バンク350は、そのキャパシタンスの部分がLNAのLCロードの一部であり、およびそのキャパシタンスの部分が、LNAの出力をミキサーの入力に交流結合するために使用される、という方法で、コントロールされることができる。キャパシタ・バンク350は、所望の中心周波数へLNA
310を同調するために必要とされる、合計の利用可能なキャパシタンスからの、合計キャパシタンスを選ぶための複数のスイッチを含むことができる。合計利用可能なキャパシタンスは、もしすべてのキャパシタが接地またはミキサー360へ切り替えられる場合、キャパシタ・バンクが実現することができる合計キャパシタンスである。合計キャパシタンスは、第1キャパシタンスおよび第2キャパシタンスの和である。第一キャパシタンス(Ctune)は、誘導負荷340と接地の間で切り替えられるキャパシタ・バンク350からの第一のセットのキャパシタのキャパシタンスである。第一のセットのキャパシタは、LNA 310のLCロードの容量性負荷として働く。第二キャパシタンス(Cmixer)は、誘導負荷340とミキサー360の間で切り替えられるキャパシタ・バンク350からの第二のセットのキャパシタのキャパシタンスである。第二のセットのキャパシタは、ミキサーの入力インピーダンスの一部である。所望の中心周波数は、我々が合計キャパシタンスC
T=Ctune+Cmixerを一定に保ち、接地へ切り替えられたキャパシタ、および異なるキャパシタンス比率Ctune/Cmixerを実現するためにミキサー360に切り替えられたキャパシタを、単に再分配する時、実質的に一定に留まる。さて、Imixerはミキサー360を通して流れる電流とし、I
LNAはLNA
310を通して流れる電流とする。すると、Imixer/I
LNAはRF FE利得である。キャパシタンス比率 Ctune/Cmixerを再分配することによって、RF FE利得の値を最適化することは可能である。更に、受信機NFを最適化することもまた可能である。
【0015】
図3Aの装置を校正する過程は、
図3Bを参照して説明されるでしょう。
図3Bは、
図3Aの装置に関する校正プロセスの流れ図である。第一ステップ370において、Ctune/Cmixer比率値は、計算に基づいてあらかじめ選ばれる。次に、ステップ375において、合計キャパシタンスC
Tは、選択された周波数に同調するために識別される。次に、ステップ380において、Ctune/Cmixerの比率は、最適のRF FE利得の実現のために識別される。最後に、ステップ385において、Cmixer値は低下させられ、受信機NFに関して最適化するために、最適のRF FE利得用のそれよりわずかに高い比率に帰着する。受信機NFに関して、またはRF FE利得に関して最適化するためのCtuneおよびCmixerの、計算に基づいてあらかじめ選択された値を使用することが、いつも正確とは限らないことは、それらの実効値が、プロセス変化によりそれらの理論的なものから変化するかもしれないから、注意されるべきである。ゆえに、テストしている間に装置を校正することは、常に必要である。
【0016】
図4は、
図3のRF FEの典型的な実施である。この例において、RF FE 400はディファレンシャル(differential)RF FEである。当業者は、シングルエンドの実施もまた、本開示によって予測されることを、認識することができる。FE 400は、LNA 410、キャパシタ・バンク420およびダウンコンバータ430を含む。LNA 410は、トランスコンダクタ412、インダクタ414および抵抗器416を含む。ダウンコンバータ430は、ミキサー432およびトランスインピーダンス増幅器(TIA)434を含む。抵抗器436は、TIA 434へのフィードバック抵抗器として働く。ミキサー432は、受動ミキサーになることができる。トランスコンダクタ412は、それがRF入力電圧を電流(I
LNA)に変換する時、LNAの入力においてRF信号を増幅する。インダクタLは固定インダクタとして示されるが、当業者は、同調可能または切り替え可能なインダクタが、誘導負荷の一部としてもまた使用されることができる、ことを認識することができる。
【0017】
キャパシタ・バンク420は、LNA 410の誘導負荷に1つの側で結合される。キャパシタ・バンク420は、1セットのキャパシタ422(1...n)および1セットのスイッチ424(1...n)a+bを含む。それぞれのキャパシタ422は、2個のスイッチ(424a、424b)に結合される。キャパシタ・バンク420は、広帯域アプリケーションを可能にするために重み付けをされた2進法で記述されるが、当業者は、他のキャパシタ・バンク構成が発明の範囲から外れることなしに可能であることを認識することができる。さて、キャパシタ・バンクの中のそれぞれのキャパシタは、任意の特定の時間に、次の状態のうちの一つでのみあり得る:a)両方のスイッチを開いている(424aを開いている、および424bを開いている)b)一つのスイッチを開いている、および一つを接地に閉じている(例えば、424aを開いている、および424bを閉じている)c)一つのスイッチを開いている、および一つをミキサー432に閉じている(例えば、424aを閉じている、および424bを開いている)。これは、トライステート・バッファー(tri-state buffer)のような3状態のロジックで実現されることができる。当業者は、この開示で議論されたキャパシタ・バンクの3状態のロジックを実施するための他の解決策が、発明の範囲から外れることなしに可能であるかもしれないことを認識することができる。
【0018】
さて、第一のセットのキャパシタ(
図4の例における422
g1および422
g2)は、接地へ切り替えられる複数のキャパシタによって定義される。第一のセットのキャパシタのキャパシタンスは、接地へ切り替えられたそれぞれのキャパシタ422のキャパシタンスの和である。このキャパシタンスは、
図3を参照して先に議論されたキャパシタンスCtuneと同等のものである。第二のセットのキャパシタ(
図4の例における422
m1および422
m2)は、ミキサーに切り替えられる複数のキャパシタによって定義される。第二のセットのキャパシタのキャパシタンスは、ミキサーに切り替えられたそれぞれのキャパシタ422のキャパシタンスの和である。このキャパシタンスは、
図3を参照して先に議論されたキャパシタンスCmixerと同等のものである。第三のセットのキャパシタ(
図4の例における422
o1)は、両方のスイッチが開いたキャパシタによって定義される。
【0019】
TIA 434は、ミキサー432の出力における電流を電圧に変換する。ミキサー432は、上に言及されたようにキャパシタ・バンク420の第二のセットのキャパシタを通して、LNA 410に結合される。TIAの入力インピーダンス(Z
TIA)は次のように表現されることができる:
【数1】
【0020】
R
TIAがあるところでは、G
ループ利得(G
loopgain)およびTIAのフィードバック抵抗器は、TIAのループ利得である。G
ループ利得の適切な設計で、提案された実施のための前提条件である、TIAの低入力インピーダンスは実現される。
【0021】
RF FE 400に関して、合計キャパシタンスC
Tは、和Ctune+Cmixerによって定義される。それぞれの中心周波数に関して、所望の中心周波数へLNAを同調することを必要とする1つの最適の合計キャパシタンスがある。選択された合計キャパシタンスに関連したRF FE利得は、比率Ctune/Cmixerのファクターである。ゆえに、それぞれの中心周波数に関して、CmixerとCtuneの特定の組み合わせは、RF FE利得のために最適化するのに適している。他方では、受信機雑音指数は、BB雑音およびミキサー雑音条件によって決まる。更に、受信機NFは、ミキサーのインピーダンスおよびLNAの出力インピーダンスによって影響される。Cmixerは、ミキサーのインピーダンスおよびLNAの出力インピーダンスに影響する。その結果、Cmixerは受信機NFに影響する。ゆえに、比率Ctune/Cmixerを変えることによって、受信機NFに関して最適化することが可能である。
【0022】
RF FE利得に関して最適化するよう比率Ctune/Cmixerを修正する概念の分析は、
図5を参照して実行されるでしょう。
図5は、
図4のRF FEに関する同等の構成である。RF FE 500は、LNA 510、キャパシタ構成520およびダウンコンバータ530を含む。LNA 510は、
図4のLNA 410に類似している。キャパシタ構成520は、特定の中心周波数に関して
図4のキャパシタ・バンク420と同等のものである。キャパシタ構成は、キャパシタ523(2倍のCtune)およびキャパシタCmixer 526aおよびCmixer 526bを含む。ダウンコンバータ530は、
図4のダウンコンバータ430と同等のものである。
図4のミキサー432は、抵抗器R
M 532に取り替えられる。
【0023】
電流転送利得関数(current transfer gain function)に関して、次の方程式を適用する:
【数2】
【0024】
ここで:Z
Lは誘導負荷のインピーダンスであり、およびωは、角周波数である。我々は、分母中の実数部が共振周波数ω
oで無効にされると仮定することができる。ゆえに、RF FE利得を最適化するために、次の方程式が成り立つ::
【数3】
【0025】
αt、共振周波数ω
0。ゆえに:
【数4】
【0026】
それは、特定のLNA誘導負荷、特定のミキサー抵抗および特定のTIA入力インピーダンスに関して、RF FE利得が、CmixerとCtuneのファンクション(function)であることを意味する。ゆえに、最適のRF FE利得を実現するための、および所望の中心周波数へLNAを同調するためのCmixerとCtuneの固有の組み合わせがある。
【0027】
さて、受信機の合計雑音指数は、Friis式によって以下のようにモデル化されるかもしれない:
【数5】
【0028】
F
FEがRF FEの雑音指数である場合、F
BBはBBの雑音指数であり、および、G
FEはRF FE利得である。
【0029】
該方程式によれば、RF FE利得が十分に高ければ、全体的な雑音ファクター(noise factor)、NF
totalは、F
FE、RF FEの雑音ファクターによって支配されるでしょう。この方程式の含意は、
図6を参照して議論されるでしょう。
図6は、Cmixer/C
TのファクターとしてのNF
totalおよびG
FEのヴァライアンスを例示するチャートである。理解されることができるように、Cmixer/C
Tが減少する時、G
FEは、先に議論された最適のRF FE利得である極大値に達する。Cmixer/C
T値の範囲に関して、G
FEは(Cmixer/C
Tが減少する時)増加し、およびNF
totalは減少する。しかしながら、NF
totalは、G
FEがその極大値に達するポイントを越えてさらにCmixer/C
Tが減少する時、さらに減少を続けるでしょう。NF
totalは、最大のG
FEに対応するCmixer/C
T値より低いCmixer/C
T値において局所的最小値に達する。
【0030】
例示されたように、RF FE利得に関して最適化するためのCmixer/C
Tの異なる値、および受信機NFに関して最適化するためのCmixer/C
Tの異なる値がある。
【0031】
マルチ帯域、マルチモードWCDにおけるそれぞれの共振周波数に関するRF FE利得を最適化するためのキャパシタンスの最良の比率のための計算値は、
図3のメモリ330のようなメモリに格納されているかもしれない。該メモリは、少なくとも最適のRF FE利得に関するCmixerおよびCtuneの第1のセットの値を含む。値CtuneおよびCmixerの第二のセットは、最適の受信機NFのために、メモリ330にそれぞれ格納される。コントローラ320のようなコントローラは、所望の最適化された状態に基づいてメモリからのCmixerおよびCtuneの異なる値を選択するためにプログラムされるかもしれない。これらの値は、特定の中心周波数に関してコントローラ440、320に、動作状態、RF FE利得または受信機NFのいずれか、を最適化するために、キャパシタ・バンク350、420を適切に切り替えることを可能にする。最適のRF FE利得が、ある最適の受信機NFを越えて望ましい場合があり、逆もまた同様である。最適のRF FE利得と受信機NFの間の平衡状態が要求される場合に、コントローラ320は、CmixerおよびCtuneに関する値の第三のセットを、メモリ330から、選択するオプションを持ち、ここにおいて、キャパシタンスの該比率は、最適のRF FE利得のための比率および最適の受信機NFのための比率の間にある。
【0032】
コントローラ320によって実行された詳細な方法は、
図7を参照して説明されるでしょう。
図7は、マルチ帯域マルチモードWCDの受信機NFまたはRF FE利得を最適化する方法に関する流れ図である。決定ステップ710において、新しい周波数同調のための要求は識別される。そのときそのような要求があった場合、ステップ715において、新しい合計キャパシタンスC
Tが定義される。その後、決定ステップ720で、新しいキャパシタンス比率Ctune/Cmixerに関する要求は、オペレーション(RF FE利得または受信機NF)の所望の最適化された状態に基づいて識別される。その後、ステップ725で、新しい第一のセットのキャパシタは接地へ切り替えられ、および、新しい第二のセットのキャパシタは、新しいCtune/Cmixer比率に応えてミキサーに切り替えられる。周波数同調の必要がない場合、周波数同調のための要求が識別されるまで、ステップ730において、C
TおよびCtune/Cmixer比率は同じままにある(remain)。同様に、決定ステップ720で、新しいCtune/Cmixer比率に関する要求がない場合、新しい要求が示されるまで、キャパシタンス比率は同じままにある。
【0033】
当業者は、ここに開示される実施形態に関して説明されたアルゴリズム・ステップ、回路、モジュール、および様々な例示的な論理ブロックが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェアまたは両者の組み合わせとして実施できることをさらに認識するだろう。ハードウェアとソフトウェアとのこの交換可能性を明確に例示するために、さまざまな例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能性の観点から一般的に上に記載された。そのような機能性がハードウェアとしてまたはソフトウェアとして実施されるかどうかは、全体的なシステムに課せられている設計制約および特定のアプリケーションによって決まる。当業者は、それぞれの特定のアプリケーションに関する方法を変える際に説明された機能性を実施することができるが、しかし、そのような実施決定は発明の典型的な実施形態の範囲からの逸脱を引き起こすとは解釈されるべきでない。
【0034】
ここに開示される実施形態に関して説明された回路、および、モジュール、様々な例示的な論理ブロックは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、アプリケーション・スペシフィック集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲートアレー(FPGA)または他のプログラム可能な論理装置、個別のゲートあるいはトランジスター・ロジック、個別のハードウェア構成要素またはここに説明されたファンクションを実行することを目指したその任意の組み合わせで、実施または実行できるかもしれない。汎用プロセッサは、マイクロ・プロセッサであり得るが、しかし代替案では、該プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、あるいはステートマシン(state machine)であり得る。プロセッサは、例えばDSPとマイクロ・プロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロ・プロセッサ、DSPコアと関連する1または複数のマイクロ・プロセッサ、または任意のその他このような構成、であるコンピューティング・デバイスの組み合わせとしても実施されることができる。
【0035】
ここに開示された実施形態に関して説明されたアルゴリズムまたは方法のステップは、ハードウェア、プロセッサによって実行されたソフトウェアモジュール、または2つの組み合わせで直接具体化され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュ・メモリー、読み出し専用メモリ(ROM)、電気的にプログラム可能なROM(EPROM)、電気的に消去可能でプログラム可能なROM(EEPROM(登録商標))、抵抗器、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM、あるいは当技術において既知の記憶媒体の任意の他の形式に存在することができる。典型的な記憶媒体は、その記憶媒体から情報を読み取ることができ、またその記憶媒体に情報を書き込むことができるようなプロセッサに結合される。この代わりにおいて、この記憶媒体は、プロセッサに統合され得る。このプロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在することができる。ASICは、利用者端末内に存在することができる。この代わりにおいて、プロセッサおよび記憶媒体は、利用者端末内の個別部品として存在することができる。
【0036】
1つまたは複数の典型的な実施形態において、説明された複数のファンクションは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施され得る。ソフトウェアで実現される場合、上記複数のファンクションは、コンピュータ読取可能媒体上のコードまたは一つあるいは複数の命令群として送信されるか、あるいは格納され得る。コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータ・プログラムのある場所から別の場所への転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体とコンピュータ記憶媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体であり得る。例として、制限ではなく、このようなコンピュータ読取可能媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROMまたはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置またはその他の磁気記憶デバイス、あるいは、コンピュータによってアクセスされることができ、およびデータ構造または命令群の形式で、所望のプログラム・コードを格納または搬送するために使用されるその他任意の媒体を、備えることができる。さらに、いかなる接続も、コンピュータ読取可能媒体と適切に称される。例えば、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイスト・ペア、デジタル加入者線(DSL)、あるいは、赤外線、無線、およびマイクロ波のような無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、あるいはその他の遠隔ソースからソフトウェアが送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイスト・ペア、DSL、あるいは、例えば赤外線、無線、およびマイクロ波のような無線技術が、媒体の定義に含まれる。ここで使用されるdiskおよびdiscは、コンパクト・ディスク(CD)、レーザー・ディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル・バーサタイル・ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、およびブルー・レイ・ディスクを含み、ここにおいてdiscは、レーザを用いてデータを光学的に再生し、それに対して、diskは、通常、データを磁気的に再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ読取可能媒体の範囲内に含まれるべきである。
【0037】
開示された典型的な実施形態の前の説明は、任意の当業者が、現在の発明を、創作するか使用することを可能にするために提供される。これらの典型的な実施形態への様々な修正は、当業者に容易に明白になり(readily apparent)、また、ここに定義された一般的な法則は、発明の範囲または意図から外れることなしに他の実施形態に適用されるかもしれない。したがって、現在の発明は、ここに示された実施形態に制限されるようには意図されないが、ここで開示されている新しい特徴および法則と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1] 下記を具備する、複数の利得と雑音指数の最適化された状態において実行可能な受信機:
コントローラ;および、
複数のキャパシタの組み合わせにおいて切り替え可能なプログラマブル・キャパシタ・バンク、該コントローラは、所望の周波数に関して、所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率および合計キャパシタンスをもった該プログラマブル・キャパシタ・バンクから、第一のセットの複数のキャパシタおよび第二のセットの複数のキャパシタを選ぶ。
[C2] C1に記載の該受信機であって、さらに下記を具備する:低雑音増幅器(LNA)およびミキサー、ここにおいて該第一のセットの複数のキャパシタは該LNAと接地の間で結合され、該第二のセットの複数のキャパシタは該LNAと該ミキサーの間で結合される。
[C3] 該第一のセットの複数のキャパシタは第一のセットの複数のスイッチを通して接地と結合され、該第二のセットの複数のキャパシタは第二のセットの複数のスイッチを通して該ミキサーと結合される、C2に記載の該受信機。
[C4] 該プログラマブル・キャパシタ・バンクのそれぞれのキャパシタは、該第一のセットの複数のスイッチからの一つのスイッチへ、および該第二のセットの複数のスイッチからのある第二のスイッチへ結合される、C3に記載の該受信機。
[C5] それぞれのキャパシタはいずれかの特定の時間に3つの下記条件のうち一つであることのみ可能になる、C4に記載の該受信機:
両方のスイッチがオフになる;
該第一のセットからの一つのスイッチがオンになる;または
該第二のセットからの一つのスイッチがオンになる。
[C6] C1に記載の該受信機であって、さらに下記を具備する:それぞれの所望の周波数に関する、およびそれぞれの最適化された状態に関するキャパシタンスの値を記憶するためのメモリ。
[C7] 複数の利得と雑音指数の最適化された状態において実行可能な受信機をコントロールする方法であって、下記を具備する:
所望の周波数に関して、所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率と合計キャパシタンスをもった、LNAと接地の間でプログラマブル・キャパシタ・バンクからの第一のセットの複数のキャパシタと、該LNAとミキサーの間で該プログラマブル・キャパシタ・バンクからの第二のセットの複数のキャパシタとを、切り替える。
[C8] 該所望の周波数を選ぶことをさらに具備する、C7に記載の該方法。
[C9] 該合計キャパシタンスを識別することをさらに具備する、C8に記載の該方法。
[C10] 所望の最適化された状態に関するキャパシタンスの該比率を識別することをさらに具備する、C9に記載の該方法。
[C11] 下記を具備する、複数のキャパシタの組み合わせにおいて切り替え可能なプログラマブル・キャパシタ・バンクを含む集積回路(IC):
第一のセットのキャパシタ;
第二のセットの複数のキャパシタ、ここにおいて、該集積回路は、コントローラを含んだ受信機における使用に関して適合される、該コントローラは、所望の周波数に関して、該受信機の所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率と合計キャパシタンスをもった該第一および該第二のセットの複数のキャパシタを選ぶ。
[C12] C11に記載の該ICであって、さらに下記を具備する:
LNAとミキサー、ここにおいて該第一のセットの複数のキャパシタは、該LNAと接地の間で結合される;および該第二のセットの複数のキャパシタは、該LNAと該ミキサーの間で結合される。
[C13] 該第一のセットの複数のキャパシタは、第一のセットの複数のスイッチを通して接地と結合され、および該第二のセットの複数のキャパシタは、第二のセットの複数のスイッチを通して該ミキサーと結合される、C12に記載の該IC。
[C14] 該切り替え可能なキャパシタ・バンクのそれぞれのキャパシタは、該第一のセットの複数のスイッチからの一つのスイッチへ、および該第二のセットの複数のスイッチからのある第二のスイッチへ結合される、C13に記載の該IC。
[C15] それぞれのキャパシタはいずれかの特定の時間に3つの下記条件のうち一つであることのみ可能になる、C14に記載の該IC:
両方のスイッチがオフになる;
該第一のセットからの一つのスイッチがオンになる;または
該第二のセットからの一つのスイッチがオンなる。
[C16] 該ミキサーは受動ミキサーである、C12に記載の該IC。
[C17] コントローラおよびメモリを含む装置であって、該コントローラは下記を具備する: 該メモリから第一のキャパシタンス値および第二のキャパシタンス値を識別するための手段;および、
所望の周波数に関して、該受信機の所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率と合計キャパシタンスをもった、プログラマブル・キャパシタ・バンクから第一のセットの複数のキャパシタを、および該プログラマブル・キャパシタ・バンクから第二のセットの複数のキャパシタを選ぶための手段。
[C18] 該第一のセットの複数のキャパシタをLNAと接地の間で、および該第二のセットの複数のキャパシタを該LNAとミキサーの間で切り替えるための手段をさらに具備する、C17に記載の該装置。
[C19] 該所望の周波数を識別するための手段をさらに具備する、C18に記載の該装置。
[C20] 該所望の最適化された状態を識別するための手段をさらに具備する、C18に記載の該装置。
[C21] 下記を具備する、複数の利得と雑音指数の最適化された状態において実行可能な受信機を有する無線通信装置(WCD):
コントローラ;および
複数のキャパシタの組み合わせにおいて切り替え可能なプログラマブル・キャパシタ・バンク、該コントローラは、所望の周波数に関して、所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率および合計キャパシタンスをもった該プログラマブル・キャパシタ・バンクから、第一のセットの複数のキャパシタおよび第二のセットの複数のキャパシタを選ぶ。
[C22] 複数の利得と雑音指数の最適化された状態において実行可能な受信機をコントロールする処理装置で使用するためのコンピュータ・プログラム製品であって、該コンピュータ・プログラム製品は該処理装置に下記を実行させる命令を有する:
所望の周波数に関して、所望の利得と雑音指数の最適化された状態を実現するようなキャパシタンスの比率と合計キャパシタンスをもった、LNAと接地の間でプログラマブル・キャパシタ・バンクからの第一のセットの複数のキャパシタと、該LNAとミキサーの間で該プログラマブル・キャパシタ・バンクからの第二のセットの複数のキャパシタとを、切り替える。