用于解调并传输相移键控信号的接收器和收发器架构及方法
【专利说明】用于解调并传输相移键控信号的接收器和收发器架构及方 法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 该申请是要求2013年1月30日提交的美国专利申请No. 13/754, 819、2013年 1月30日提交的美国专利申请No. 13/754, 841、及2013年1月30日提交的美国专利申 请No. 13/754,853的优先权的国际申请，所有这些美国专利申请要求2012年1月31日 提交的美国临时专利申请No. 61/593, 221、及2012年3月23日提交的美国临时专利申请 No. 61/615, 169的优先权，所有申请通过引用将其全部并入本文。
技术领域
[0003] 本发明的实施例总体涉及通信系统和方法，尤其涉及用于接收并传输二进制相移 键控（BPSK)信号及可选地，正交相移键控（"QPSK"）信号的接收器和收发器架构及方法。
【背景技术】
[0004] 高速集成电路技术的最近进展通过超低功率无线链路（诸如网状传感器网络、远 程工业监控及植入式医疗设备）使各种创新和通用的应用程序成为可能。对于无线数据访 问，所适应的调制方案在比特率和误码率方面对链路质量来说是至关重要的。
[0005] 相移键控（"PSK")，具体为二进制相移键控（"BPSK"）和正交相移键控（"QPSK")， 是诸如IEEE802. 15. 4,全球定位系统（"GPS"）、IEEE802. 11 ( "WiFi"）系统和医疗遥测 装置的无线系统中广泛使用的数字调制方案。该技术通过移位载波信号的相而表示数字比 特。在类似的带宽占用下，与幅移键控（"ASK"）或频移键控（"FSK"）调制方案相比，PSK 信号对噪声更具鲁棒性。
[0006] PSK信号的解调通常需要由载波恢复电路（诸如COSTAS环路）完成的相干检测和 同步。然而，由于其复杂性，COSTAS环路的功耗降低余地是有限的。这成了进一步发展的 障碍。因此，主要发展是必要的并具有重大作用。
【发明内容】
[0007] 描述了一种接收器和收发器。接收器包括具有被配置为接收BPSK信号的第一输 入端和被配置为接收第一基准频率的第二输入端的第一注入锁定振荡器。接收器还包括具 有被配置为接收BPSK信号的第三输入端和被配置为接收第二基准频率的第四输入端的第 二注入锁定振荡器。进一步地，接收器包括与第一注入锁定振荡器的第二输入端耦接的第 一锁相环路。第一锁相环路被配置为生成第一基准频率。并且，第二锁相环路与第二注入 锁定振荡器的第四输入端耦接。第二锁相环路被配置为生成第二基准频率。
[0008] -种接收器，包括被配置为接收正交相移键控（"QPSK"）信号的滤波器。进一步 地，接收器包括与所述滤波器耦接的放大器。并且，QPSK分解滤波器与所述放大器耦接。所 述QPSK分解滤波器被配置为基于所述QPSK信号生成第一BPSK信号并基于所述QPSK信号 生成第二BPSK信号。
[0009] -种收发器，包括具有被配置为接收二进制相移键控（"BPSK"）信号的第一输入 端和被配置为接收第一基准频率的第二输入端的第一注入锁定振荡器。所述第一注入锁定 振荡器被配置为生成第一注入锁定振荡器输出。第二注入锁定振荡器具有被配置为接收所 述BPSK信号的第三输入端和被配置为接收第二基准频率的第四输入端。所述第二注入锁 定振荡器被配置为生成第二注入锁定振荡器输出。收发器还包括与所述第一注入锁定振荡 器的所述第二输入端耦接的第一锁相环路。所述第一锁相环路被配置为生成所述第一基准 频率。进一步地，收发器包括与所述第二注入锁定振荡器的所述第四输入端耦接的第二锁 相环路。所述第二锁相环路被配置为生成所述第二基准频率。收发器包括被配置为接收所 述第一锁相环路输出并被配置为接收所述第二锁相环路输出的混频器。所述混频器还被配 置为基于所述第一注入锁定振荡器输出和所述第二注入锁定振荡器输出生成载波频率信 号。并且收发器包括被配置为接收所述载波频率信号的调制器。
[0010] 本发明实施例的其他特定和优点将从附图和之后的详细描述中变得显而易见。
【附图说明】
[0011] 并入该说明书中的附图示出了本文中公开的本发明的一个或多个示例性实施例， 并且与详细描述一起用于解释本发明的原理和示例性实施。本领域技术人员将理解附图仅 仅是说明性的，并且其中所描述的可以基于说明书的文本和本文中教学的精神和范围而适 应。
[0012] 在附图中，类似参考编号在说明书中指的是类似参考。
[0013] 图1示出了根据实施例的包括锁相环路的接收器架构的电路框图；
[0014] 图2示出了根据实施例的包括锁频环路的接收器架构的电路框图；
[0015] 图3示出了根据实施例的注入锁定环路控制电路的电路框图；
[0016] 图4示出了根据实施例的包括多个分频器的注入锁定环路控制电路的电路框图；
[0017] 图5示出了根据实施例的注入锁定振荡器的电路框图；
[0018] 图6示出了根据实施例的实施有限状态机的过程；
[0019] 图7示出了根据实施例的用于处理QPSK信号的接收器架构的框图；
[0020] 图8示出了根据实施例的QPSK分解滤波器的电路框图；
[0021] 图9示出了根据实施例的包括开关控制电路的QPSK分解滤波器的电路框图；
[0022] 图10示出了根据实施例的包括QPSK交错滤波器的接收器架构的电路框图；
[0023] 图11示出了根据实施例的QPSK交错滤波器的电路框图；
[0024] 图12示出了根据实施例的包括开关控制电路的QPSK交错滤波器的电路框图；以 及
[0025] 图13示出了根据实施例的收发器架构的电路框图。
【具体实施方式】
[0026] 本领域的普通技术将理解，以下详细描述仅仅是说明性的且不旨在以任何方式限 制。本发明的其他实施例可以表明技术人员具有本公开的益处及其中提供的教学。现在详 细参照如附图中所示的本发明的示例性实施。
[0027] 为了清晰起见，未示出并描述本文描述的示例性实施的所有常规特点。当然要了 解，在开发任何这样的实际实施的过程中，可以做出许多实施特定的决策以便达到开发者 的特定目的，诸如遵守法规、安全、社会、环境、健康和业务相关的约束，并且这些特定目的 将因实施和开发者不同而不同。
[0028] 本公开的实施例总体涉及通信系统和方法，诸如但不限于无线和光学通信系统， 并且尤其涉及用于接收并传输二进制相移键控（"BPSK"）信号及任选地，正交相移键控 ("QPSK"）信号的接收器架构及方法。
[0029] 参照附图，图1示出了根据实施例的用于接收器的接收器架构100的电路框图。 根据图1中所示的实施例，滤波器104被配置为接收具有载波频率（fc)的BPSK信号102。 对于实施例，载波频率可以是包括800兆赫兹（MHz)至包括6千兆赫（GHz)范围内的频率。 本领域技术人员将理解在具有其他本领域中已知的频率使用技术的情况下，可以使用BPSK 信号。对于实施例，BPSK信号102可以来自天线和/或电路，其包括但不限于本领域中已知 的用于接收、放大、整形或接收传播通过包括但不限于导体、空气和玻璃（诸如光纤电缆） 的介质的信号的一个或多个组件。滤波器104可以是带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器 或其组合。根据实施例，滤波器104可以使用离散组件（诸如电阻器、电容器和电感器）、有 源组件（诸如晶体管和运算放大器）、数字信号处理器、现场可编程门阵列（"FPGA")、专用 集成电路（"ASIC"）、及对信号进行滤波的其他电路来实施。滤波器104被配置为具有带 宽以选择所期望信号的频率范围并使用包括本领域中已知的技术最小化信号的不需要的 噪声或部分。
[0030] 对于实施例，BPSK信号102通过滤波器104进行滤波，该滤波器104被配置为选 择以载波频率（fc)为中心的信号带的带通滤波器（"BPF"）。对于实施例，滤波器104被 配置为通过以信号带外的频率减小信号的幅度，除去信号频率、取消信号的频率或一部分、 或使用其他技术（诸如本领域中已知的技术）来选择以载波频率为中心的信号带，以便选 择以载波频率为中心的信号带。滤波器104被配置为生成滤波的BPSK信号105。根据图1 中所示的实施例，滤波器104与放大器106耦接。放大器106包括但不限于用于增大信号 的幅度的一个或多个组件，如本领域中所已知的。组件包括但不限于晶体管、电阻器、电容 器、电感器、运算放大器、集成电路或用于整形或处理信号的其他设备中的一个或多个。放 大器被配置为具有增益。对于一些实施例