TWI687059B - 無線系統、校準系統和lo信號校準方法 - Google Patents

無線系統、校準系統和lo信號校準方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供了一種無線系統、校準系統和LO信號校準方法。無線系統包括LO信號生成電路、RX電路和校準電路。LO信號生成電路根據參考時鐘生成LO信號，包括用於生成參考時鐘的有源振盪器，有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器。RX電路通過根據LO信號對RX輸入信號進行下變頻，生成下變頻RX信號。校準電路根據下變頻RX信號的信號特徵生成頻率校準控制輸出，並輸出至LO信號生成電路，LO信號生成電路響應於頻率校準控制輸出調整LO信號的LO頻率。使用本發明的應用裝置不需要諸如晶體振盪器的片外振盪器，可減少BOM成本和PCB面積。

Description

無線系統、校準系統和LO信號校準方法
本發明涉及無線通信，更具體地，涉及用於對從不具有機電諧振器(electromechanical resonator)(例如，晶體)的有源振盪器的參考時鐘輸出中得出的本地振盪器信號施加頻率校準的裝置和方法。
無線系統晶片中的發送器(transmitter，TX)電路用於執行上變頻(up-conversion)處理，將TX信號從較低頻率轉換為較高頻率以進行信號傳輸。 無線系統晶片中的接收器(receiver，RX)電路用於執行下變頻(down-conversion)處理，將RX信號從較高頻率轉換為較低頻率以用於信號接收。此外，上變頻處理和下變頻處理均需要具有適當的本地振盪器(local oscillator，LO)頻率設置的LO信號。通常，LO信號源自於片外(off-chip)振盪器提供的參考時鐘。例如，片外振盪器是無源振盪器(例如，典型的晶體振盪器(crystal oscillator,XO))。 當無線系統晶片被應用設備使用時，由於無線系統晶片所需的參考時鐘由片外振盪器(例如，XO)提供，因此片外振盪器也被應用設備所使用。如果可以省略片外振盪器，則可以減少應用裝置的物料清單(bill of material，BOM)成本和印刷電路板(printed circuit board，PCB)面積。因此，需要一種創新的無晶振(crystal-less)無線系統設計。此外，需要控制絕對(absolute)頻率精度以避 免違反歐洲電信標準協會(European Telecommunications Standards Institute，ETSI)或聯邦通信委員會(Federal Communications Commission，FCC)頻譜發送規則。因此，還需要一種創新的頻率校準方案。
本發明的目的之一是提供對從不具有機電諧振器(例如，晶體)的有源振盪器的參考時鐘輸出中得出的本地振盪器信號施加頻率校準的裝置和方法。
根據本發明的第一方面，公開了一種示例性無線系統。示例性無線系統包括本地振盪器(LO)信號生成電路、接收器RX電路和校準電路。本地振盪器LO信號生成電路用於根據參考時鐘生成LO信號，其中，所述LO信號生成電路包括有源振盪器，有源振盪器用於生成所述參考時鐘，其中，所述有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器。接收器RX電路，用於通過根據所述LO信號對RX輸入信號進行下變頻，生成下變頻RX信號。校準電路，用於根據所述下變頻RX信號的信號特徵生成頻率校準控制輸出，並輸出所述頻率校準控制輸出至所述LO信號生成電路，其中，所述LO信號生成電路回應於所述頻率校準控制輸出，調整所述LO信號的LO頻率。
根據本發明的第二方面，公開了一種示例性校準系統。示例性校準系統包括校準信號源和第一無線系統。第一無線系統包括第一LO信號生成電路、第一接收器RX電路和第一校準電路。第一LO信號生成電路，用於根據第一參考時鐘生成第一LO信號，其包括用於產生第一參考時鐘的第一有源振盪器，其中所述第一有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器。第一接收器RX電路，用於通過根據所述第一LO信號對第一RX輸入信號進行下變頻，生成第一下變頻RX信號，其中，所述第一RX輸入信號是從經由另一天線接 收的所述校準參考信號中獲得的。第一校準電路，用於根據所述第一下變頻RX信號的信號特徵產生第一頻率校準控制輸出，並輸出所述第一頻率校準控制輸出至所述第一LO信號生成電路，其中，所述第一LO信號生成電路回應於所述第一頻率校準控制輸出調整所述第一LO信號的LO頻率。
根據本發明的第三方面，公開了一種示例性本地振盪器(LO)信號校準方法。示例性LO信號校準方法包括：根據參考時鐘生成LO信號，其中所述參考時鐘由有源振盪器產生，並且所述有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；通過根據所述LO信號對接收器RX輸入信號執行下變頻，產生下變頻RX信號；以及根據所述下變頻RX信號的信號特徵產生頻率校準控制輸出，其中回應於所述頻率校準控制輸出調整所述LO信號的LO頻率。
根據本發明，使用所提出的無線系統、校準系統以及校準方法的應用裝置不需要諸如晶體振盪器的片外振盪器，可以減少BOM成本和PCB面積。
在閱讀了在附圖和附圖中示出的優選實施例的以下詳細描述之後，本領域通常知識者無疑能夠清楚瞭解本發明的目的。
100、500:校準系統
102:校準信號源
104、200、502、600:無線系統
103、105、503:天線
201、601:晶片
202、602:LO信號生成電路
204:發送器(TX)電路
206:接收器(RX)電路
208、604:開關電路
210:控制電路
212:處理電路
214:有源振盪器
216:頻率合成器
222:正交分相器
224:同相混頻器
226:正交混頻器
504:外部高精度振盪器
在瀏覽了下文的具體實施方式和相應的附圖後，本領域通常知識者將更容易理解上述本發明的目的和優點。
第1圖是示出根據本發明實施例的第一校準系統的示意圖。
第2圖是示出根據本發明的實施例的第一無線系統的示意圖。
第3圖是示出根據本發明實施例的LO信號S_LO的LO頻率與有源振盪器214的控制碼OSC_code之間的關係的示意圖。
第4圖是示出根據本發明實施例的下變頻RX信號的輸出頻譜的示意圖。
第5圖是示出根據本發明的實施例的第二校準系統的示意圖。
第6圖是示出根據本發明的實施例的第二無線系統的示意圖。
第7圖是示出根據本發明實施例的校準設置環境的示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的 元件。本領域通常知識者應可理解，電子設備製造商可以用不同的名詞來稱呼同一元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區別的基準。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的“包含”是開放式的用語，故應解釋成“包含但不限定於”。此外，“耦接”一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。 因此，若文中描述第一裝置電性連接於第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。
本發明提出了一種用於無線系統的無晶振(crystal-less，XOless)技術。例如，XOless技術可以整合在無線系統晶片中。由於所提出的無線系統晶片不需要諸如晶體振盪器(XO)的片外振盪器，因此使用所提出的無線系統晶片的應用裝置可以減少BOM成本和PCB面積。與片外晶體振盪器產生的參考時鐘相比，片上(on-chip)有源振盪器產生的參考時鐘可能具有較低的穩定性和準確性。本發明還提出了一種低成本的頻率校準方案。下面參考附圖描述了所提出的XOless技術和所提出的低成本頻率校準方案的進一步細節。
第1圖是示出根據本發明實施例的第一校準系統的示意圖。校準系統100包括校準信號源102和至少一個無線系統104。為了清楚和簡要起見，第1圖中僅示出了一個無線系統104。在第1圖中，無線系統104是被測設備(device under test，DUT)。校準信號源102被佈置為經由天線103發送校準參考信號S_CAL。 例如，校準參考信號S_CAL是具有校準音調(calibration tone)的連續波形(continuous waveform，CW)信號(例如，具有大約0ppm頻率誤差的CW頻率f0)。在校準過程中應避免不期望的介面(interface)。無線系統104從天線105接收校準參考信號S_CAL，並且對從校準參考信號S_CAL獲得的接收器(RX)信號進行下變頻，以生成下變頻RX信號。無線系統104檢查下變頻RX信號中是否存在校準音調。上變頻過程和下變頻過程均需要具有適當LO頻率設置的LO信號。如果無線系統104使用的LO信號的LO頻率接近校準參考信號S_CAL的CW頻率f0，則校準音調位於有限的(limited)接收器中頻(intermediate frequency，IF)頻寬內，並且可以在下變頻RX信號中找到該校準音調。然而，如果無線系統104使用的LO信號的LO頻率大大偏離校準參考信號S_CAL的CW頻率f0，則校準音調超出有限的接收器IF頻寬，並且在下變頻RX信號中不能找到該校準音調。在該實施例中，無線系統104根據檢查結果執行頻率校準。例如，調整無線系統104的內部振盪器以實現頻率校準。又例如，調整無線系統104的內部頻率合成器以實現頻率校準。再例如，無線系統104的內部振盪器和內部頻率合成器都被調整以實現頻率校準。
第2圖是示出根據本發明的實施例的第一無線系統的示意圖。第1圖所示的無線系統104可以利用第2圖所示的無線系統200來實現。例如，無線系統200可以是無線電檢測和測距(雷達)系統，例如頻率調製連續波(frequency modulated continuous waveform，FMCW)雷達系統、相位調製連續波(phase modulated continuous wave，PMCW)雷達系統、微多普勒(micro-Doppler)雷達系統或者脈衝多普勒雷達系統。又例如，無線系統200可以是汽車系統，例如汽車雷達系統。在該實施例中，無線系統200在晶片201上實現，因此具有多個片上元件。如第2圖所示，無線系統200包括LO信號生成電路202、發送器(TX)電路204、接收器(RX)電路206、開關電路(由“SW”表示)208、控制電路 210和處理電路212。
LO信號生成電路202被設置為根據參考時鐘CK_REF生成LO信號S_LO。在該實施例中，LO信號生成電路202包括有源振盪器214和頻率合成器216。有源振盪器214包括至少一個有源元件(例如，電晶體和/或放大器)，並且不包括機電諧振器(例如晶體、體聲波(bulk acoustic wave，BAW)諧振器或微機電系統(microelectromechamical system，MEMS)諧振器)。也就是說，有源振盪器214是無機電諧振器的振盪器(例如，無晶振振盪器)。例如，有源振盪器214可以是具有放大器電路和LC頻率選擇性(frequency-selective)網路的LC振盪器，其中LC頻率選擇性網路僅由片上無源元件組成，並且用於創建參考時鐘生成(reference clock generation)所需的諧振器。再例如，有源振盪器214可以是具有放大器電路和RC頻率選擇性網路的RC振盪器，其中RC頻率選擇性網路僅由片上無源元件組成，並用於創建參考時鐘生成(reference clock generation)所需的諧振器。簡而言之，有源振盪器214是片上振盪器電路，用於產生和輸出參考時鐘CK_REF。參考時鐘CK_REF可以用作無線系統200的系統時鐘。因此，有源振盪器214生成的參考時鐘CK_REF可以用於創建其他片上元件正常操作所需的週期性信號。
在該實施例中，當無線系統200處於正常操作時，晶片201的引腳不耦接到片外振盪器。例如，片外振盪器是晶體振盪器，其使用壓電材料的振動晶體的機械諧振來產生具有精確頻率的電信號。換句話說，可以通過使用由片上振盪器(即，作為無晶振振盪器的有源振盪器214)提供的內部參考時鐘CK_REF來實現無線系統200的正常操作，並且不需要片外振盪器(例如，典型的晶體振盪器)提供的外部參考時鐘。由於在利用了所提出的無線系統200的應用設備中可以省略片外振盪器，因此可以減少該應用設備的BOM成本和PCB面積。
在該實施例中，從有源振盪器214生成的參考時鐘CK_REF的參考頻率可以不同於(例如，高於或低於)TX電路204和RX電路206所需的LO頻率。 因此，頻率合成器216是頻率處理電路，其被設計為處理參考時鐘CK_REF以創建具有所需LO頻率的LO信號S_LO。例如，頻率合成器216可以包括鎖相迴路(phase-locked loop，PLL)電路、倍頻器電路和/或分頻器電路，取決於LO信號S_LO的LO頻率與參考時鐘CK_REF的參考頻率之間的差異(discrepancy)。
TX電路204和RX電路206可以在控制電路210的控制下通過開關電路208共用相同的片外天線(例如，第1圖中所示的天線105)。具體地，開關電路208是發送/接收(TR)開關，其能夠交替地將TX電路204和RX電路206連接到共用天線。當無線系統200在TX模式下操作時，控制電路210可以關閉RX電路206，並且可以進一步指示開關電路208將TX電路204的輸出埠耦接到片外天線(例如，第1圖中所示的天線105)。當無線系統200在RX模式下操作時，控制電路210可以關閉TX電路204，並且可以進一步指示開關電路208將RX電路206的輸入埠耦接到片外天線(例如，第1圖中所示的天線105)。
TX電路204用於執行上變頻處理，將TX信號從較低頻率轉換為較高頻率，以經由片外天線進行信號發送。RX電路206用於從片外天線接收RX信號，並執行下變頻處理，將RX信號從較高頻率轉換為較低頻率以進行信號接收。LO信號S_LO的LO頻率應被適當設置，以滿足上變頻處理和下變頻處理的要求。在無線系統200是雷達系統(例如，汽車雷達系統或非汽車雷達系統)的情況下，LO信號S_LO可以具有24GHz、60GHz、77GHz或79GHz的LO頻率。然而，這僅用於例示性目的，並不意味著是對本發明的限制。
與從片外晶體振盪器生成外部參考時鐘相比，從片上有源振盪器生成的內部參考時鐘可具有較低的穩定性和準確性。因此，本發明還提出了一種頻率校準方案，用於主要由片上有源振盪器214的不穩定性和不準確性所引起的 校準LO信號S_LO的頻率誤差。在LO信號S_LO的LO頻率被正確校準之後，無線發送的TX信號的頻率誤差可以減少，並且TX信號的發送頻率可以通過FCC/ETSI發送規則。
頻率誤差可以在裝配線(assembly line)的最終測試(final test，FT)階段中被校準，或者可以在大批量生產(mass production，MP)線中被校準。 當啟用所提出的頻率校準方案時，控制無線系統200操作在RX模式下，其中開關電路208將RX電路206的輸入埠耦接到片外天線，並且TX電路202被關閉以避免LO信號洩漏。
無線系統200可以採用同相/正交(in-phase/quadrature，I/Q)調製方案用於信號傳輸，並且無線系統200可以採用I/Q解調方案進行信號接收。以RX電路206為例，它包括正交分相器(quadrature phase splitter)222、同相混頻器224和正交混頻器226。RX電路206通過根據LO信號S_LO對RX輸入信號RX_IN執行下變頻來產生下變頻RX信號。下變頻RX信號包括下變頻同相信號RX_I和下變頻正交信號RX_Q。正交分相器222被配置為根據LO信號S_LO產生同相LO信號LO_I和正交LO信號LO_Q。例如，LO信號S_LO和同相LO信號LO_I可以具有相同的頻率和相同的相位；並且LO信號S_LO和正交LO信號LO_Q可以具有相同的頻率和90度的相位差。同相混頻器224被佈置為將RX輸入信號RX_IN和同相LO信號LO_I混頻以產生下變頻同相信號RX_I。正交混頻器226被佈置為將RX輸入信號RX_IN和正交LO信號LO_Q混頻以產生下變頻正交信號RX_Q。
由於RX電路206使用I/Q解調，因此可以檢測到正頻率音調和負頻率音調兩者中的任何一個。因此，處理電路212可以用作校準電路，用於處理下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)以進行頻率校準。例如，處理電路212可以是片上微控制器單元(microcontroller unit，MCU)或片上雷達信號處理器(radar signal processor，RSP)。處理電路212被設置為根據下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的 信號特性生成頻率校準控制輸出S_CTRL，並將頻率校準控制輸出S_CTRL輸出到LO信號生成電路202。例如，頻率校準控制輸出S_CTRL可以是校準信號輸出或校準資料輸出。LO信號生成電路202回應於頻率校準控制輸出S_CTRL來調整LO信號S_LO的LO頻率。在該實施例中，處理電路212可以通過檢測以當前LO頻率為中心的接收機IF頻寬內是否存在校準音調(其是接收機IF頻寬的直流(direct current，DC)頻率)，來檢查下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的信號特徵。具體而言，第1圖所示的校準信號源102發送具有校準音調(例如，具有CW頻率f0且具有近似0ppm頻率誤差的IF音調)的校準參考信號S_CAL。下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)是IF信號。當LO信號S_LO的LO頻率接近CW頻率f0時，可以在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中找到校準音調(例如，具有CW頻率f0的IF音調)。換句話講，在以當前LO頻率為中心的接收器IF頻寬內存在校準音調表示LO信號S_LO的當前LO頻率接近CW頻率f0。因此，當無線系統200操作在TX模式下時，TX電路204(其使用LO信號S_LO的當前LO頻率)可以實現無頻率誤差或較小頻率誤差的信號傳輸。
當LO信號S_LO的LO頻率大大偏離目標LO頻率時，校準音調(例如，具有CW頻率f0的IF音調)超出接收器IF頻寬，並且在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中找不到校準音調。換句話講，在以當前LO頻率為中心的接收器IF頻寬內不存在校準音調表示LO信號S_LO的當前LO頻率大大偏離目標LO頻率。處理電路212生成頻率校準控制輸出S_CTRL，用於LO信號S_LO的頻率校準。
在第一示例性校準設計中，有源振盪器214接收頻率校準控制輸出S_CTRL，並根據頻率校準控制輸出S_CTRL調整參考時鐘CK_REF的參考頻率。應當注意，頻率合成器216可以不回應於頻率校準控制輸出S_CTRL而調整其合成器設置。由於LO信號S_LO是從參考時鐘CK_REF得出的，因此LO信號 S_LO的LO頻率由於參考時鐘CK_REF的頻率校準而被校準。
在第二示例性校準設計中，頻率合成器216接收頻率校準控制輸出S_CTRL，並根據頻率校準控制輸出S_CTRL調整其合成器設置。因此，LO信號S_LO的LO頻率由於調整的合成器設置而被校準。應當注意，有源振盪器214可以不回應於頻率校準控制輸出S_CTRL而調整參考時鐘CK_REF的參考頻率。
在第三示例性校準設計中，頻率校準控制輸出S_CTRL被提供給有源振盪器214和頻率合成器216兩者。因此，有源振盪器214接收頻率校準控制輸出S_CTRL，並根據頻率校準控制輸出S_CTRL調整參考時鐘CK_REF的參考頻率。另外，頻率合成器216接收頻率校準控制輸出S_CTRL，並根據頻率校準控制輸出S_CTRL調整其合成器設置。由於LO信號S_LO是根據該合成器設置從參考時鐘CK_REF得出的，因此，LO信號S_LO的LO頻率由於參考時鐘CK_REF的頻率校準和調整的合成器設置而被校準。
請結合第4圖參照第3圖。第3圖是示出根據本發明實施例的LO信號S_LO的LO頻率與有源振盪器214的控制碼(control code)OSC_code之間的關係的示意圖。第4圖是示出根據本發明實施例的下變頻RX信號的輸出頻譜的示意圖。從校準信號源102發送具有校準音調(例如，具有CW頻率f0和近似0ppm頻率誤差的IF音調)的校準參考信號S_CAL，用於無線系統104/200的頻率校準。 例如，CW頻率f0被設置成與目標LO頻率相等的值。因此，所提出的頻率校準的一個目的是使LO信號S_LO的LO頻率接近f0。
如第3圖所示，可以通過將控制碼OSC_code從1到N改變，來調整LO信號S_LO的LO頻率。調整頻率範圍FR應該確保能覆蓋期望的CW頻率f0。CW頻率f0處的校準音調可以下變頻為IF信號(即，由同相RX信號RX_I和正交RX信號RX_Q組成的下變頻RX信號)，LO頻率由有源振盪器214的控制碼OSC_code控制。當OSC_code=1時，CW頻率f0處的校準音調超出具有接收器IF頻寬BW_IF並 且以控制碼OSC_code設置的當前LO頻率為中心的輸出頻譜。由於在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中找不到校準音調，因此通過增加控制碼OSC_code來調整頻率校準控制輸出S_CTRL。
當OSC_code=2時，CW頻率f0處的校準音調超出輸出頻譜，該輸出頻譜具有接收器IF頻寬BW_IF並且以控制碼OSC_code設置的當前LO頻率為中心。由於在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中仍找不到校準音調，因此通過增加控制碼OSC_code來進一步調整頻率校準控制輸出S_CTRL。
當OSC_code=3時，CW頻率f0處的校準音調超出輸出頻譜，該輸出頻譜具有接收器IF頻寬BW_IF並且以控制碼OSC_code設置的當前LO頻率為中心。由於在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中仍找不到校準音調，因此通過增加控制碼OSC_code來進一步調整頻率校準控制輸出S_CTRL。
當OSC_code=4時，CW頻率f0處的校準音調在具有接收器IF頻寬BW_IF並且以控制碼OSC_code設置的當前LO頻率為中心的輸出頻譜內，如第4圖所示。由於在下變頻RX信號(RX_I，RX_Q)的輸出頻譜中可以成功檢測到校準音調，因此可以找到優化的控制碼(例如，OSC_code=4)，並且完成頻率校準過程。當在無線系統104/200的正常操作下使用優化的控制碼(例如，OSC_code=4)時，可以確保LO信號S_LO的LO頻率接近CW頻率f0。因此，從片外天線(例如，第1圖中所示的天線105)發送的TX信號確保具有精確的RF mW(微波)頻率或精確的mmWave(毫米波)頻率。
應注意，觀察頻率區域(observation frequency region)取決於接收器IF頻寬BW_IF。因此，應確保接收器IF頻寬BW_IF大於振盪器調諧解析度(tuning resolution)RS。
校準信號源102可以是標準信號源，用於發送具有CW頻率f0的校準參考信號S_CAL以進行無線系統104的頻率校準。在替代設計中，校準信號源102 可以通過使用DUT之一作為標準樣品(golden sample)來實現。第5圖是示出根據本發明的實施例的第二校準系統的示意圖。校準系統100和500之間的主要差異在於校準系統500使用無線系統502作為校準信號源，其中無線系統104和502具有相同的電路結構。例如，無線系統104和502是相同的雷達系統晶片。類似於第1圖中所示的校準信號源102，無線系統502用於經由天線503發送校準參考信號S_CAL。例如，校準參考信號S_CAL是具有校準音調(例如，具有近似0ppm頻率誤差的CW頻率f0)的連續波形(CW)信號。為了實現具有近似0ppm頻率誤差的CW頻率f0，在校準過程期間將外部高精度振盪器504連接到無線系統502。由於精確的外部參考時鐘可以從外部高精度振盪器504提供至無線系統502，因此無線系統502可以根據精確的外部參考時鐘產生校準參考信號S_CAL。例如，外部高精度振盪器504可以是基於機電諧振器的振盪器，例如溫度補償晶體振盪器(temperature compensated crystal oscillator，TCXO)。
第6圖是示出根據本發明的實施例的第二無線系統的示意圖。第5圖中所示的無線系統104和502均可以使用第6圖所示的無線系統600來實現。例如，無線系統600可以是無線電檢測和測距(雷達)系統，例如頻率調製連續波(frequency modulated continuous waveform，FMCW)雷達系統、相位調製連續波(phase modulated continuous wave，PMCW)雷達系統、微多普勒(micro-Doppler)雷達系統或者脈衝多普勒雷達系統。又例如，無線系統600可以是汽車系統，例如汽車雷達系統。在該實施例中，無線系統600在晶片601上實現，因此具有多個片上元件。
無線系統200和600之間的主要區別在於無線系統600還支援在頻率校準過程期間使用片外振盪器。如第6圖所示，LO信號生成電路602包括開關電路(用“SW”表示)604。開關電路604耦接到有源振盪器214，用於接收內部參考時鐘CK_REF。當無線系統600未被選擇作為標準樣品(例如，第5圖中所示 的無線系統104)時，沒有片外振盪器連接到晶片601的引腳，並且開關電路604由處理電路(例如，RSP或MCU)212控制為將內部參考時鐘CK_REF輸出到頻率合成器216。無線系統600被控制為在頻率校準過程期間以TX模式操作，以及執行上述片上頻率校準，以校準LO信號S_LO的LO頻率。
當無線系統600被選擇作為標準樣品(例如，第5圖中所示的無線系統502)時，片外振盪器(例如，第5圖中所示的外部高精度振盪器504)連接到晶片601的引腳，並且開關電路604還耦接到片外振盪器，用於接收外部參考時鐘CK_EXT。由於無線系統600用作用於發送校準參考信號S_CAL的標準樣品，因此無線系統600被控制為在頻率校準過程期間以TX模式操作。因此，控制電路210可以關閉RX電路206，並且還可以指示開關電路208將TX電路204的輸出埠耦接到片外天線(例如，第5圖中所示的天線503)。另外，開關電路604由處理電路(例如，RSP或MCU)212控制，以將外部參考時鐘CK_EXT輸出到頻率合成器216。例如，從頻率合成器216生成的LO信號S_LO可以是具有CW頻率f0的CW信號。以這種方式，具有校準音調(例如，具有近似0ppm頻率誤差的CW頻率f0)的校準參考信號S_CAL可以經由片外天線(例如，第5圖中所示的天線503)發送。
當存在多於一個DUT(例如，多於一個無線系統104)時，從校準信號源(例如，第1圖中所示的校準信號源102或第5圖中所示的無線系統502)發送的校準參考信號可以由多個DUT接收以進行頻率校準。換句話說，校準系統可以使用單個校準信號源來實現多個DUT的同時頻率校準。
第7圖是示出根據本發明實施例的校準設置環境的示意圖。校準設置環境可以用於生產線(production line)校準。例如，無線系統S1、S2、S3和S4中的每一個均可以使用第6圖中所示的無線系統600來實現。無線系統S1是被選擇作為標準樣品的DUT，從而片外振盪器提供的外部參考時鐘CK_EXT用於生成 校準參考信號S_CAL並將其發送到在測試中的多個無線系統S2、S3和S4。在頻率校準過程期間，無線系統S1被控制為以TX模式操作，而無線系統S2、S3和S4均被控制為以RX模式操作。校準參考信號S_CAL可以以視線(line-of-sight)方式或多路徑反射方式從標準樣品發送到一個DUT。由於無線系統S2、S3和S4具有相同的電路結構，因此可以根據具有校準音調的校準參考信號S_CAL，由無線系統S2、S3和S4中的每一個執行上述相同的頻率校準過程。通過這種方式，可以同時校準從無線系統S2、S3和S4的LO信號生成電路生成的LO信號的LO頻率。
或者，校準設置環境可以用於衛星感測器應用。無線系統S1、S2、S3和S4可以在不同的雷達感測器中實現，所述不同的雷達感測器以良好的覆蓋性安裝在用於物體檢測的空間中。所有雷達感測器可以操作在頻分多址(Frequency-division multiple access，FDMA)模式或時間交錯頻率調製連續波形(Time-staggered frequency modulated continuous waveform，TS-FMCW)模式。 它們需要頻率校準，以避免由於每個感測器的頻率誤差而引起的頻率重疊干擾。例如，無線系統S1、S2、S3和S4中的每一個可以使用第2圖中所示的無線系統200來實現。無線系統S1被選擇作為主設備，用於產生校準參考信號S_CAL並將其發送到多個無線系統S2、S3和S4。例如，校準參考信號S_CAL可以以視線方式或多路徑反射方式從主設備發送到一個DUT。由於無線系統S1用作用於發送校準參考信號S_CAL的主設備(master device)，因此具有第2圖所示的電路結構的無線系統S1可以被控制為操作在TX模式下。
因此，控制電路210可以關閉RX電路206，並且進一步指示開關電路208將TX電路204的輸出埠耦接到片外天線(例如，第5圖中所示的天線503)。另外，頻率合成器216使用內部參考時鐘CK_REF來產生LO信號S_LO，其中LO信號S_LO可以是具有CW頻率f0的CW信號。通過這種方式，具有校準音調(例如， CW頻率f 0+△f，其中△f是由內部參考時鐘產生的頻率偏移)的校準參考信號S_CAL可以經由片外天線(例如，第1圖中所示的天線103)發送。在頻率校準過程期間，無線系統S1被控制為以TX模式操作，而無線系統S2、S3和S4中的每一個被控制為以RX模式操作。由於無線系統S2、S3和S4具有相同的電路結構，因此可以根據具有校準音調的校準參考信號S_CAL，由無線系統S2、S3和S4中的每一個執行上述相同的頻率校準過程。通過這種方式，無線系統S2可以在校準模式下找到對應於校準音調的特定振盪器控制碼，並且參考在校準模式中找到的該特定振盪器控制碼，以在正常操作模式下選擇和使用另一振盪器控制碼，從而避免無線系統S1-S4的不期望的頻率重疊干擾。類似地，無線系統S3在校準模式下找到對應於校準音調的特定振盪器控制碼，並且參考在校準模式下找到的該特定振盪器控制碼，以在正常操作模式下選擇和使用另一振盪器控制碼，從而避免了無線系統S1-S4的不期望的頻率重疊干擾。無線系統S4在校準模式下找到對應於校準音調的特定振盪器控制碼，並參考在校準模式下找到的該特定振盪器控制碼，以在正常操作模式下選擇和使用另一個振盪器控制碼，從而避免無線系統S1-S4的不期望的頻率重疊干擾。
如第2圖/第6圖所示，頻率校準功能可以整合到晶片201/601中的無線系統200/600中。因此，不需要昂貴的RF mW(微波)測試儀器或mmWave(毫米波)測試儀器，並且不需要額外的個人電腦(PC)或微控制器單元(microcontroller unit，MCU)從測試儀器讀取資料以及通過控制內部振盪器和/或內部頻率合成器校準頻率誤差。此外，由於可以將相同的頻率校準功能整合到多個無線系統200/600中的每一個中，因此可以同時校準多個無線系統200/600。此外，無線系統600中的一個可以被配置為從外部振盪器接收外部參考時鐘，該無線系統600之一用作標準樣品，其產生校準參考信號並將校準參考信號發送到其餘的無線系統600，因而用於生成並發送校準參考信號的標準信號源 被省略。所提出的頻率校準方案可以在裝配線的最終測試(final test，FT)中容易地實現，或者可以在批量生產(mass production，MP)線中容易地實現。
本領域通常知識者將容易理解，可以在保留本發明的教導的同時對裝置和方法進行多種修改和變更。因此，上述公開內容應被解釋為僅受所附申請專利範圍的範圍和界限的限制。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200:無線系統
201:晶片
202:LO信號生成電路
204:發送器(TX)電路
206:接收器(RX)電路
208:開關電路
210:控制電路
212:處理電路
214:有源振盪器
216:頻率合成器
222:正交分相器
224:同相混頻器
226:正交混頻器

Claims (18)

  1. 一種無線系統，包括：本地振盪器(local oscillator，LO)信號生成電路，用於根據參考時鐘生成LO信號，其中，所述LO信號生成電路包括：有源振盪器，用於生成所述參考時鐘，其中，所述有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；接收器(RX)電路，用於通過根據所述LO信號對RX輸入信號進行下變頻，生成下變頻RX信號；以及校準電路，用於通過檢查所述下變頻RX信號中是否存在校準音調生成頻率校準控制輸出，並輸出所述頻率校準控制輸出至所述LO信號生成電路，其中，所述LO信號生成電路響應於所述頻率校準控制輸出，調整所述LO信號的LO頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線系統，其中所述無線系統在晶片上實現，並且所述有源振盪器是片上振盪器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的無線系統，其中所述校準電路被設置為回應於在所述下變頻RX信號中未找到所述校準音調，設置所述頻率校準控制輸出以改變所述LO信號的LO頻率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的無線系統，其中在所述下變頻RX信號中未找到所述校準音調的情況下，所述有源振盪器接收所述頻率校準控制輸出，並根據所述頻率校準控制輸出，調整所述參考時鐘的參考頻率。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的無線系統，其中所述LO信號生成電路還包括頻率合成器，其中在所述下變頻RX信號中未找到所述校準音調的情況下，所述頻率合成器接收所述頻率校準控制輸出，並根據所述頻率校準控制輸出，調整合成器設置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的無線系統，其中所述無線系統是無線電檢測和測距雷達系統。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的無線系統，其中所述無線系統是汽車系統。
  8. 一種校準系統，包括：校準信號源，用於經由天線發送校準參考信號；以及第一無線系統，包括：第一本地振盪器(local oscillator，LO)信號生成電路，用於根據第一參考時鐘生成第一LO信號，其中，所述第一LO信號生成電路包括用於產生第一參考時鐘的第一有源振盪器，其中所述第一有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；第一接收器(RX)電路，用於通過根據所述第一LO信號對第一RX輸入信號進行下變頻，生成第一下變頻RX信號，其中，所述第一RX輸入信號是從經由另一天線接收的所述校準參考信號中獲得的；以及第一校準電路，用於通過檢查所述第一下變頻RX信號中是否存在校準音調產生第一頻率校準控制輸出，並輸出所述第一頻率校準控制輸出至所述第一LO信號生成電路，其中，所述第一LO信號生成電路回應於 所述第一頻率校準控制輸出調整所述第一LO信號的LO頻率。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述第一有源振盪器用於接收所述第一頻率校準控制輸出，並根據所述第一頻率校準控制輸出調整所述第一參考時鐘的參考頻率。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述校準參考信號是連續波形信號。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述校準信號源包括：第二LO信號生成電路，被配置為根據第二參考時鐘生成第二LO信號，其中，所述第二參考時鐘由包括機電諧振器的參考振盪器產生；以及發送器TX電路，被配置為根據所述第二LO信號發送所述校準參考信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的校準系統，其中所述第二LO信號生成電路還包括：第二有源振盪器，其中所述第二有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；以及開關電路，耦接到所述參考振盪器和所述第二有源振盪器，其中所述開關電路被配置為選擇所述參考振盪器的輸出作為所述第二參考時鐘。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述校準信號源包括： 第二LO信號生成電路，用於根據第二參考時鐘生成第二LO信號，其中，所述第二LO信號生成電路包括：第二有源振盪器，用於生成並輸出所述第二參考時鐘，其中所述第二有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；以及發送器TX電路，用於根據所述第二LO信號發送所述校準參考信號。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述校準系統還包括第二無線系統，所述第二無線系統包括：第二LO信號生成電路，用於根據第二參考時鐘生成第二LO信號，其中，所述第二LO信號生成電路包括用於生成所述第二參考時鐘的第二有源振盪器，其中所述第二有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；第二接收器RX電路，用於通過根據所述第二LO信號對第二RX輸入信號進行下變頻，產生第二下變頻RX信號，其中，所述第二RX輸入信號是從經由天線接收的所述校準參考信號中獲得的；以及第二校準電路，用於通過檢查所述第二下變頻RX信號中是否存在校準音調生成第二頻率校準控制輸出，並輸出所述第二頻率校準控制輸出至所述第二LO信號生成電路，其中，所述第二LO信號生成電路回應所述第二頻率校準控制輸出調整所述第二LO信號的LO頻率。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述第一無線系統是無線電檢測和測距系統。
  16. 如申請專利範圍第8項所述的校準系統，其中所述第一無線系統 是汽車系統。
  17. 一種本地振盪器(local oscillator，LO)信號校準方法，所述方法包括：根據參考時鐘生成所述LO信號，其中所述參考時鐘由有源振盪器產生，並且所述有源振盪器包括至少一個有源元件並且不包括機電諧振器；通過根據所述LO信號對接收器(RX)輸入信號執行下變頻，產生下變頻RX信號；以及通過檢查所述下變頻RX信號中是否存在校準音調產生頻率校準控制輸出，以調整所述LO信號的LO頻率。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的LO信號校準方法，所述方法還包括：輸出所述頻率校準控制輸出至所述有源振盪器，其中所述有源振盪器回應於所述頻率校準控制輸出調整所述參考時鐘的參考頻率。
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