用于改变动态范围的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及用于改变电路的动态范围的方法和装置。具体地，本发明涉及用于改变通信设备接收器电路的模数转换器电路的动态范围的方法和装置。
背景技术
在射频(RF)通信领域中，RF接收器越来越普遍地包括复杂的模数转换器(ADC)电路，用于将接收到的信号从模拟格式转换成数字格式。ADC的使用使模拟基带滤波减到最少，并且通过使用数字滤波来实现改善的信道选择性。
对于接收器，诸如超低中频(VLIF)接收器，通常需要超过90dB的动态范围，即，ADC数字输出可以如实地表示振幅最多变化到90dB的输入信号。
由于转移到深亚微米工艺的RF接收器以及零中频(ZIF)和VLIF接收器架构的使用，对于这样的高动态范围的需求是相对最近的发展，引起了在接收器架构中由数字滤波对模拟滤波的增加的代替。为充分利用数字滤波，需要高动态范围的ADC。
当接收器需要从剩余噪音中区分期望的接收到的信号时，由于接收到的RF信号是以低至-110dBm的信号强度来接收的，因此出现了对于提供超过90dB的动态范围的需要。类似地，可能是并且实际上通常所预期的是，在邻近RF信道中的干扰信号可以比期望的信号在能量上高出50dB。因此，为了在保持使接收器能够充分地恢复期望的信号的足够信噪比(SNR)的同时，使RF接收器电路中的数字滤波能够移除干扰信号，接收器的高的动态范围是必要的。
公知的是，提供这样的动态范围水平涉及消耗大量的功率来操作复杂的ADC，其中由ADC所消耗的功率和其动态范围通常是单调相关的。如本领域技术人员所意识到的，对于电池供电的设备，因为高功耗限制了设备的电池的寿命，所以高功耗是不合需要的。然而，如上所述，在存在高功率干扰(阻塞)信号的情况下或者当期望的接收到的信号水平处于很低的功率时，需要高的动态范围，以使数字输出如实地表示接收到的输入信号。
因此，存在对于改进的无线通信设备以及提供模数转换器功能的集成电路的需要。
【发明内容】
根据本发明的各方面，如在所附权利要求中所限定的，提供了一种通信设备和一种包括模数转换器电路的集成电路，以及一种改变用于该模数转换器电路的动态范围的方法。
【附图说明】
图1图示了根据本发明示例性实施例的射频(RF)接收器电路。
图2图示了根据本发明示例性实施例地改变射频(RF)接收器电路的动态范围的方法。
图3图示了根据本发明可选示例性实施例的改变射频(RF)接收器电路的动态范围的方法。
【具体实施方式】
在详细描述根据本发明的实施例之前，应当注意，这里所描述的并且如在附图中所示出的各种装置组件已经在附图中用常规的符号恰当地进行了表示，仅示出了与理解本发明的实施例密切相关的那些特定细节，以便于使本公开不与对于受益于这里的描述的本领域技术人员来说显而易见的细节相混淆。因此，应当意识到，为了图示的简化和清晰，可能不描绘在商业上可行的实施例中常见和公知的元素，以便于不太受阻地考虑这些各种实施例。
首先参考图1，图示了根据本发明示例性实施例的无线通信设备的射频(RF)接收器100。RF信号通过天线105来接收，并且通过低噪声放大器(LNA)110来放大。然后，将接收到的放大的模拟信号下变频至超低中频(与超低中频混合)，该超低中频由以‘+fvlif’的偏移频率工作的电压控制振荡器(VCO)115来提供。以该方式，将该VCO编程为RF信道频率，并且然后将偏移添加到该值来确定该VCO将以其进行震荡的频率。然后，在将混合的模拟信号输入到模数转换器电路125之前，通过低通滤波器(LPF)120来滤波该混合的模拟信号。
对于图示的实施例，该模数转换器电路125包括模数转换器(ADC)逻辑130、宽带滤波器135、数字本地振荡器(DLO)145和窄带滤波器150。
通过ADC逻辑130将接收到的模拟信号转换成数字信号。然后，在将该数字信号与由DLO 145提供的超低中频的反向表示(-fvlif)降频混合之前，通过宽带滤波器135来滤波该数字信号。最后，在将该数字信号提供给由接收器100形成其一部分的主机设备的基带接口160之前，通过窄带滤波器150来滤波该数字信号。该宽带滤波器135通常用于便利将接收到的数字信号从在ADC逻辑130输出时所使用的高采样率转换到可以更加经济地实现进一步的计算操作的低采样率。该宽带滤波器135移除从模数转换过程中产生的带外量化噪声，并且还提供一些带外干扰衰减。该宽带滤波器135还典型地提供抽取功能。该窄带滤波器150用于移除除了期望的信号带的能量以外的接收到的能量。
对于图示的实施例，ADC逻辑130是被适配成执行过采样、量化噪声滤波以及数字和抽取滤波的∑-ΔADC(sigma-delta ADC)。如过采样、量化噪声滤波以及数字和抽取滤波一样，∑-ΔADC在本领域中是公知的。如此以来，这里将不进一步详细描述它们。
根据本发明，模数转换电路125进一步包括用以便利在可变动态范围上的操作的电路。以该方式，该模数转换电路125能够提供较高的动态范围，例如超过90dB，这在当接收到的RF信号包括低的信号强度或者当存在RF信道(邻近于期望的信道)中的阻塞信号时是有利的。相反地，当不存在阻塞信号，并且接收到的RF信号包括适当的信号强度时，该模数转换电路125能够提供减少的动态范围，有利地减少该模数转换电路125的功耗。
对于图示的实施例，该模数转换电路125包括可操作地耦合到ADC逻辑130的控制逻辑165，此外，该控制逻辑165向ADC逻辑130提供采样频率参数(fADC)。以该方式，控制逻辑165被布置成改变该ADC逻辑130的采样频率。由于改变该ADC逻辑130的采样频率而导致该ADC逻辑130的动态范围也被改变。
在示例性实施例中，由控制逻辑165向ADC逻辑130所提供的采样频率参数(fADC)可以进一步包括抽取参数。以该方式，由该ADC逻辑130执行的抽取滤波还可以随着采样频率一起改变。因此，该抽取滤波可以以按照在该ADC逻辑130的输出处保持统一的信号数据速率这样的方式与采样频率一起改变。
将该控制逻辑165经由信号分析器140耦合到ADC逻辑130，对于图示的实施例，该控制逻辑165进而被耦合到宽带滤波器135的输出，以从其采样输出信号。对于图示的实施例，在宽带滤波之后，信号分析器140分析该ADC逻辑130的输出信号，并且确定接收到的信号的至少一个特性，诸如接收到的信号的能量水平。然后将该至少一个信号特性传递到控制逻辑165。
该至少一个信号特性使得控制逻辑165能够确定ADC逻辑130是否需要高的动态范围，以便使该ADC逻辑130的输出如实地表示期望的输入信号。
对于图示的实施例，信号分析器140测量ADC逻辑130输出信号的能量，并且将该数据传递到控制逻辑165。以该方式，控制逻辑165能够确定期望的信号的信号干扰(C/I)比。高的C/I比可以指示存在大的阻塞信号，并且如此一来可能需要高的动态范围。该控制逻辑165能够通过频率参数(fADC)来相应地配置该ADC逻辑130。
例如，可以通过将在ADC逻辑130的输出处所测量的宽带能量(EI)与在窄带滤波器150的输出处所测量的窄带能量(EC)进行比较来确定该C/I比。如果EC＜＜EI，则这意味着由于该窄带滤波器150已经移除了大量的能量，所以存在由于阻塞信号而导致大量的带外能量。因此，需要高的动态范围。如果Ei≈Ec，则该窄带滤波器还没有移除多少能量，这意味着不存在阻塞信号。因此，如果接收到的信号能量足够大，则无需高的动态范围。
因此，对于图1所图示的示例性实施例，将控制逻辑165进一步耦合到第二信号分析器155，其进而被耦合到窄带滤波器150的输出。在一些实施例中，该第二信号分析器155可以与第一信号分析器140不同，或者是第一信号分析器140的一部分。在一些实施例中，可以在单个信号分析器中分析ADC逻辑130的输出和窄带滤波器150的输出二者，该单个信号分析器该被布置成分析涵盖两个信号的相对宽带输入信号，或者单独地分析两个信号。因此，该第二信号分析器155分析窄带滤波器150的输出，并且从其获取信号特性。
对于图示的实施例，该第二信号分析器155测量窄带滤波器150输出信号的能量，并且将其传递到控制逻辑165。如本领域技术人员所意识到的，该窄带滤波器150的输出信号的能量表示接收到的信号的能量。以该方式，控制逻辑165能够确定接收到的信号的能量水平。当接收到的信号包括低的能量水平时，需要分析器的高的动态范围来从噪声中正确地识别期望的信号。作为对其的响应，控制逻辑165能够通过频率参数(fADC)来相应地配置ADC逻辑130。
对于图1所图示的示例性实施例，图示了两个分立的信号分析器140、155。但是，本领域技术人员应当意识到，本发明的概念等同地适用于被示出包括单个信号分析器组件的示例性实施例，该单个信号分析器组件用于分析信号的任何一个或实际上两个信号，即ADC逻辑130的输出信号或窄带滤波器150的输出信号。替代地，设想控制逻辑165可以自己执行信号的分析。
在本发明的示例性实施例中，RF接收器100适用于以第一高的动态范围状态以及第二减少的动态范围状态来起作用。对于图示的实施例，当C/I比指示大的阻塞信号，和/或接收的信号能量低于阈值，例如，接近接收器的灵敏度水平时，控制逻辑165将该ADC逻辑130配置成以提供高的动态范围的第一状态来操作。
相反地，当C/I比指示没有阻塞信号，并且该接收到的信号能量高于该阈值时，控制逻辑165将该ADC逻辑130配置成以减小动态范围并且从而减小该ADC逻辑130的功耗的第二状态来操作。
如本领域技术人员应当意识到的，接收到的RF信号经常是信号突发的形式。如此以来，在突发期间，RF接收器100不太可能能够确定输入信号的特性并且切换状态。因此，在本发明的示例性实施例中，当接收到信号突发时，控制逻辑165确定该接收到的突发的信号特性，并且确定适当的状态。然后，该控制逻辑165能够存储所需的状态设置，并且随后将它们应用于接收到的下一个突发，或者替代地，一旦当前突发结束，就将该ADC逻辑130设置成以为下一个突发的所需的状态来操作。
以该方式，当接收到突发信号时，RF接收器100包括逻辑来存储由于先前的突发的特性而导致的适当动态范围的先备知识。
在RF接收器100支持跳频的情况下，状态设置可以与ARFCN(绝对射频信道编号)参数一起被存储。这样，根据针对每个信道的信号特性，针对不同频率信道来存储不同的状态设置。
对于图1所示的实施例，通过分立的组件的方式来图示模拟到RF接收器100的功能元件，并且尤其是模数转换器电路125。然而，本领域技术人员应当意识到，可以将一些或所有这些组件集成为一个或多个集成电路(IC)封装。
现在参考图2，图示了根据本发明示例性实施例的改变/适配射频(RF)接收器电路的动态范围的方法200的流程图。
该方法200在步骤210处以接收信号开始，对于所示的实施例，该信号是突发信号的形式。在步骤220中，在继续到步骤230之前该方法等待直到已经完全接收了信号突发，此后确定在突发内是否存在任何阻塞信号。
本领域技术人员应当意识到，该方法200可以等同地应用于与包括突发的接收到的信号相反的连续的接收到的信号。在连续的接收到的信号的情况下，步骤220可以等待预定的时间段，在该预定的时间段中作出如下所述的测量。
如前所述，关于在图1中所图示的示例性实施例，为了确定C/I比，可以通过测量ADC逻辑130的输出信号的能量来识别阻塞信号。
如果存在阻塞信号，则需要高的动态范围，以便于如实地表示输入信号。因此，该方法继续到步骤240，其中，fADC(图1)被设置成针对高的动态范围来配置该ADC逻辑130。然后，该方法在步骤250处结束，并且等待下一个信号突发。
返回参考步骤230，如果不存在阻塞信号，则该方法继续到步骤260，其中，确定接收到的信号是否相对较弱，例如低于预定的阈值。如之前关于图1中所图示的示例性实施例所提到的，可以通过测量来自窄带滤波器150的输出信号的能量来确定接收到的信号的信号强度。
用于确定弱的接收到的信号的阈值可以取决于处于高和低动态范围模式中的ADC逻辑130的性能。例如，如果需要10dB的信噪比(SNR)来接收信号，并且以高的动态范围模式进行操作的ADC逻辑130为特定的信号提供30dB，同时以低的动态范围模式进行操作的ADC逻辑130提供15dB，则可能为该信号选择低的动态范围模式。但是，如果用以接收信号的所需SNR是25dB，则可能为该信号选择高的动态范围模式。
如果接收到的信号很弱，则该控制逻辑165确定需要高的动态范围。因此，在该实例中，该方法200继续到步骤240，其中，fADC(图1)被设置成针对高的动态范围来配置ADC逻辑130。然后，该方法在步骤250处结束，并且等待下一个信号突发。
返回参考步骤260，如果接收到的信号并不相对较弱，并且如在步骤230所确定的不存在阻塞信号，则无需高的动态范围。因此，该方法继续到步骤270，其中，fADC(图1)被设置成针对减少的动态范围来配置ADC逻辑130。以该方式，有利地减少了RF接收器100的功耗。然后，该方法在步骤250处结束，并且等待下一个信号突发。
现在参考图3，图示了根据本发明可选示例性实施例的改变/适配射频(RF)接收器电路的动态范围的方法300的流程图。
该方法在步骤310处以接收调度的信号突发开始。对于图3的实施例，使用了跳频。如此一来，下一个步骤320包括检索ARFCN参数。
如前所述，在本发明的示例性实施例中，动态范围设置可以与ARFCN参数一起被存储。例如，可以针对每个信道来存储动态范围设置。因此，在步骤330中，确定是否与针对相关信道的ARFCN参数一起存储了动态范围设置，例如fADC数据。
如果没有存储动态范围设置，则该方法继续到步骤340，其中，使用缺省动态范围设置来配置RF接收器电路。例如，可以使用该缺省动态范围设置来支持高的动态范围。以该方式，即使存在阻塞信号，或者接收到的输入信号被发觉为相对较弱，也可以如实的表示输入信号。然后，该方法在步骤350处结束，并且该过程等待下一个信号突发。
返回参考步骤330，如果存储了动态范围设置，则使用该存储的设置来配置RF接收器电路。在本发明一个实施例中，当接收先前的信号突发时，可能已经在执行图2的方法之后存储了该存储的设置。然后，该方法在步骤350处结束，并且该过程等待下一个信号突发。
在本发明的示例性实施例中，图3中所图示的方法实质上合并了图2的方法。例如，无论在步骤340还是在步骤360中，在实现动态范围设置之后，该方法都可以继续到与图2方法的步骤220相对应的步骤，以等待信号突发的完成。
然后，图3的方法可以基本上遵循图2中方法的步骤，以便于为接收到的信号确定适当的设置。以该方式，当没有提前存储动态范围设置时，也可以为以后的突发确定和存储适当的设置。相反地，当提前存储了动态范围设置时，图3的方法用于在情况改变时更新设置。
对于这里所描述并且在附图中所图示的各种实施例，已经关于在高的动态范围设置和减少的动态范围设置之间改变/适配动态范围来描述了本发明。但是，本领域技术人员应当意识到，本发明不限于包括RF接收器电路可以在其间变化的两个分立的设置。具体地，适用于实现本发明的RF电路接收器能够可以可选地具有三个或更多分立的动态范围设置的能力，或者可选地被布置成支持基本上连续范围的动态范围设置。
应当理解，如上所述的射频接收器电路、模数电路以及改变其中的动态范围的方法旨在提供至少下述优点，即当无需高的动态范围时，减少功耗，并且当需要高的动态范围时，使得能够提供高的动态范围。以该方式，例如，当通信设备包括体现本发明的原理的射频接收器电路和/或模数电路时，或者适合于实现根据本发明的改变动态范围的方法时，可以实现通信设备的延长的电池寿命和/或待机时间。仅通过示例的方式，这样的通信设备的例子包括，便携式无线电手持机、移动电话手持机等等。
应当意识到，可以使用在不同功能性单元或控制器或存储器元件之间的功能的任何适当分配，而不减损这里所描述的本发明的原理。因此，对特定功能性设备或元件的引用仅被视作为对用于提供所描述的功能的适当装置的引用，而并不表明严格的逻辑或物理结构或组织形式。
可以以任何适当的形式来实现本发明的各方面，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本发明的实施例的元件和组件可以以任何适当的方式来物理地、功能上地或逻辑上地实现。事实上，可以在单个单元或IC中、在多个单元或IC中实现该功能，或者该功能可以被实现为其它功能性单元的一部分。
尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但并不希望限于这里所阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。此外，尽管可以结合特定的实施例来描述特征，但本领域的技术人员将认识到，可以根据本发明来组合所描述的实施例的各种特征。在权利要求中，术语“包括”不排除其它元件或步骤的存在。
此外，尽管在不同的权利要求中可以包括独立的特征，这些也可能被有利地组合，并且包括在不同权利要求中并不意味着特征的组合是不可行和/或没有优势的。而且，将特征包括在一种类别的权利要求中并不意味限于该类别，而是指示该特征适当地等同地适用于其它权利要求类别。
此外，权利要求中特征的顺序并不意味着必须以其来执行特征的任何特定顺序，并且尤其是在方法权利要求中独立步骤的顺序不意味着步骤必须以该顺序来执行。相反地，步骤可以以任何适当的顺序来执行。此外，单数引用并不排除复数。因此，对“一”、“第一”、“第二”等的引用不排除复数。
因此，已经描述了改进的射频接收器电路、模数电路以及改变其中的动态范围的方法，其中，已经基本上减轻了前述的现有技术布置的缺点。