[发明专利]一种可配置低功耗全数字发射机

说明书

本发明属于无线通信技术领域，具体为一种可配置低功耗全数字发射机。本发明的可配置低功耗发射机主要包括可配置基带信号处理电路、坐标转换电路、相位预失真校准、相位调制模块、过采样及噪声整形模块、幅度控制逻辑模块、全数字双电源差分功率放大器、无源匹配网络、低压差线性稳压器、全数字频率综合器、串行外设接口以及输出负载等电路模块。该发射机电路灵活可重构（主要为可重构基带信号带宽、可重构射频频点、可重构发射功率等），能够满足不同无线通信标准协议（如蓝牙低能耗技术BLE、无线体域网WBAN、基于蜂窝的窄带物联网NB‑IoT、802.11ah等）的应用要求。另外，该发射机结构简单且全为数字电路，具有低功耗、高集成度和低成本等优点，易于在实际无线通信系统中应用。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体为一种可配置低功耗全数字发射机电路。

背景技术

无线通信技术的迅速发展极大地改变了人们的生活，目前支持2G/3G/4G移动通信、无线局域网、无线城域网等应用的智能手机和平板电脑已经成为人们日常生活的标准配置。为了使人们的生活更加方便快捷，物联网应运而生。与移动通信系统相比，物联网通信具有广覆盖、实时性强及终端灵活可配置等特点。在Qualcomm、华为等业界巨头的推动下，国际标准协议组织801.11ah也在不断推进Sub-GHz频段的物联网应用。作为物联网通信的典型代表，智能家居、智能交通、智慧农业以及医疗健康等场景均具有数据率可变和低功耗的应用需求。另外，蓝牙低能耗技术（Bluetooth Low Energy，BLE）、无线体域网（Wireless Body Area Network，WBAN）以及ZigBee等通信标准同样也有数据率可变和低功耗的应用需求。

通常，不同的通信标准具有不同的射频频率、信道带宽和发射功率等指标，发射机需要灵活地配置成对应的工作模式来满足不同通信标准的要求。可配置发射机不仅具有灵活可重构的特点，其在低功耗应用领域也有很大潜力。传统的无线通信发射机在设计时需要满足通信系统的最苛刻要求，必然会付出功耗的代价；可配置发射机可以根据不同的应用环境，灵活地配置其性能指标，在满足实际通信指标的要求下降低整体功耗。

在集成电路工艺方面，CMOS集成电路工艺已经进入深亚微米乃至纳米时代，采用CMOS工艺实现的射频发射机具有低成本、低功耗和高集成度的优势。随着特征尺寸的缩小，数字电路在低功耗、小尺寸、低成本以及工艺兼容性等方面体现出更加明显的优势。因此，低功耗全数字发射机已成为当前学术界和工业界研究的热点。

目前，国外学术界和工业界正在开展全数字低功耗射频芯片的研究，如加州大学洛杉矶分校集成电路实验室、伯克利无线研究中心、斯坦福大学微波集成电路实验室等国际知名大学，以及Intel、Broadcom、IMC等国际知名公司。但是，大多数全数字发射机主要支持2.4GHz频段的短距离无线通信或部分频段的2G/3G/4G应用，兼容Sub-GHz频段802.11ah物联网标准协议的发射机芯片很少。在国内，清华大学微电子所、中科院微电子研究所、东南大学射频与光电集成电路研究所、复旦大学国家集成电路实验室等在射频收发机方面都有研究，但兼容物联网、BLE等多种协议标准的可重构低功耗全数字射频收发机的研究较少。

针对上述问题，本发明提出了一种单芯片集成的可配置低功耗全数字发射机电路架构。本发明发射机的射频频率覆盖0.7GHz-2.6GHz，信号带宽覆盖100kHz-5MHz，可满足不同通信标准协议（如802.11ah、NB-IoT、BLE等）的要求。该发射机片上集成可配置基带信号处理电路（110/120）、全数字双电源差分功率放大器（180）、低压差线性稳压器（210）、全数字频率综合器（310）以及串行外设接口（410）等电路模块，可极大地降低应用成本且提高系统的集成度。另外，采用单芯片集成电路的技术给该系统带来成本和体积上的优势；同时，芯片可根据应用环境进行优化配置，从而大大提高了系统的鲁棒性和实用性。

发明内容

本发明的目的在于提出一款具有灵活可重构特点的、实现发射机性能和功耗优化配置的全数字发射机。