[发明专利]一种无线高速短距离通信芯片

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及一种无线高速短距离通信芯片。

背景技术

随着CMOS工艺的日益发展，MOS晶体管的特征频率也在不断提高，从而为毫米波段（30GHz～300GHz）的CMOS集成电路的设计提供了有力的技术支持。在毫米波段中，60GHz频带被认为是最适合进行无线高速短距离通信的频带。这是因为在60GHz频带附近，氧气对电磁波的吸收达到峰值，同时墙壁等障碍物对毫米波的衰减很大，因此工作在60GHz的无线通信系统在短距离通信的安全性能和抗干扰性能上存在得天独厚的优势。

目前存在于市场上的无线通信系统大部分都工作5GHz以下的频带，如移动手机、蓝牙、无线局域网等。相对于这类无线通信系统而言，60GHz的无线通信系统的另一个巨大的优势是带宽。根据香农定理,频谱带宽与信道容量是成正比的,而信道容量则直接决定了通信系统所能传输的最大速率。在60GHz的频段内，全球无需许可即可免费使用的带宽可达7GHz～9GHz，在这样宽的带宽内，无需使用正交频分复用（OFDM）等复杂的高阶调制技术和多输入多输出技术（MIMO），也能够实现高达数个Gbps甚至10Gbps以上数据率的高速无线通信。

针对60GHz的无线通信应用，目前业界已经出现了多种技术标准，包括IEEE802.15.3c、WirelessHD、IEEE802.11ad、WiGig（Wireless Gigabit）联盟和ECMA387等，这些标准主要是针对大文件传输、高清数据流，无线显示等家庭数字应用。对于这类家庭数字应用，如何降低成本是目前面临的一个巨大挑战。

为了降低成本，采用CMOS技术将包括毫米波收发前端、时钟频率综合、基带信号处理等尽可能多的电路模块集成化，从而减小芯片面积。因此，采用创新的天线和封装技术使得系统小型化是60GHz无线高速短距离通信收发系统未来的发展趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提出了一种采用单芯片集成电路技术实现的60GHz无线高速短距离通信收发系统，此系统采用正交相移键控（QPSK）调制方式和二次变频结构，通过集成毫米波收发开关，减少了所需的天线数目从而给此系统带来了面积和成本上的优势，同时此系统的毫米波前端电路采用的宽带化的设计方法，结合模数混合的基带解调模块，能够支持高达10Gbps数据率的高性能通信。系统内部集成有数字控制单元，对接收通路可变增益放大器的增益、本振信号的幅度进行配置。本发明的60GHz无线高速短距离通信芯片包括：

发射单元，其用于将输入所述芯片的数据进行差分和整形处理后调制成一定频率的调制信号并通过天线发射出去；

接收单元，其用于接收和解调来自天线的调制信号，并将解调得到的数据通过输出端发送到所述芯片外部；

数字控制单元，其用于控制产生所述芯片内部的所有可配置变量以及提供与外部数字处理部进行通信的接口，其中所提供的可配置变量包括工作模式、数据来源、时钟频率、调制解调信号的放大增益；

收发开关，其将所述发射模块和接收模块连接到公共天线接口处以在不同时间上基于所述可配置变量控制所述芯片进入发射模式和接收模式；

时钟产生模块，其为所述芯片内部的各个模块提供所需的所有时钟；

偏置产生模块，用于为所述芯片提供所需的偏置电压和偏置电流。

根据本发明的一个实施例，所述发射单元为QPSK发射机，其在发射模式下，用于产生60GHz的QPSK调制信号，并通过所述收发开关和天线发射出去。

根据本发明的一个实施例，所述QPSK发射机包括：

基带数据产生模块，用于在片内产生I,Q两路差分的伪随机数据，其中，其输入端与芯片外部输入端相连，以支持将所述芯片外输入的I,Q单端数据转换为差分数据并驱动到满摆幅，使得I,Q差分输出端上的输出数据可在片内产生的伪随机数据和片外输入数据之间切换，其中，所述基带数据产生模块的同步时钟为时钟产生模块中的基带时钟；

QPSK调制器，用于将所述基带数据产生模块的输出数据调制到20GHz，所述调制器的多路数据输入端分别与所述基带数据产生模块的I,Q差分输出端相连，所述调制器的多路本振输入端由二级本振信号的发射通路缓冲器驱动；

上混频器，差分输入端与所述调制器的差分输出端相连，本振端由一级本振信号的发射通路缓冲器驱动，用于将调制器产生的20GHz频段调制信号进行二次上混频，以及