自適應低功耗高性能無線數字收發器制造技術

本發明專利技術公開了無線數字FSK收發器，包括物理層，物理層中包括接口電路、發射機、第一接收機、第二接收機和與媒體接入層進行通信的自適應控制模塊；第一接收機具有比第二接收機復雜度高的射頻接收和模擬前端電路；自適應控制模塊根據信道鏈路質量的預測值與一預定值的比較，從兩個接收機中選擇打開其中的一個作為接收機的輸出。本發明專利技術比現有的技術方案更好的兼顧了無線數字FSK收發器集成電路的功耗和性能。在接收鏈路質量足夠好時使用低功耗接收機，在鏈路質量較差時使用功耗較高但是接收性能更好的接收機。兩個接收機由一個控制模塊自適應控制，在同一時間只有一個是打開的，另一個是關閉的，即保證了收發器的性能，靈敏度高，又降低了功耗。

【技術實現步驟摘要】
自適應低功耗高性能無線數字收發器
本專利技術涉及一種自適應超低功耗高性能無線數字收發器，屬于無線通信
。
技術介紹
FSK、GFSK等調制技術被廣泛應用于短距離無線傳輸中，隨著物聯網和個人無線局域網的發展，市場對這類應用的無線收發器的靈敏度和功耗有著越來越高的期望，特別是低功耗方面的性能如果有所突破將對應用的可能性有著極大地促進作用。集成電路發展到今日已經有成熟的設計方法和流程來保證混合信號(mixed signal)芯片大規模的應用。隨著集成電路工藝制程的發展，集成電路的功耗和面積在隨之逐漸降低，數字集成電路在這方面尤為突出。但是模擬集成電路相對數字集成電路來說進展要緩慢得多，這主要是因為模擬電路中電容電感的物理特性無法直接受益于工藝制程的進度，因此在相同工藝制程下模擬電路在功耗和芯片面積上都比數字電路有較大的差距。目前產業界在無線數字FSK收發器集成電路上主要有兩種技術方向，一種是犧牲接收性能換來功耗超低、復雜度超低的設計方法，這類芯片主要使用結構較為簡單的射頻和模擬前端電路以達到超低功耗的指標，通常使用限幅放大器來產生解調器的輸入信號，這樣就只能使用性能有限的非相干解調方法來接收FSK信號，通常使用的非相干解調方法為“過零檢測”。眾所周知，非相干解調與相干解調的方法在接收性能上有相當大的差距，而“過零檢測”即便是在非相干解調的方法中也是性能相對較差的一種。因此，這種方法雖然達到了超低功耗的要求但是舍棄了接收性能，使得解調器在接收靈敏度方面性能下降，這一缺陷限制了其應用。第二種技術方向是使用結構較為復雜的射頻和模擬前端電路，通常是舍棄限幅放大器，而使用更復雜的電路來提供足夠完整的信號送給解調器，在解調器的輸入端通常由一個ADC將信號從模擬域轉換到數字域，以便使用成熟的數字信號處理技術來做數字解調，以提高接收性能。雖然使用了更復雜的數字電路，但是可以通過使用更先進的制程工藝來很好地控制數字電路的功耗和面積消耗。因此，這種技術方向的集成電路的功耗和面積主要是由射頻和模擬部分決定，其優點是相對第一種技術方案性能得到較大提升，但是存在功耗控制不夠理想的缺陷。以上可以看出，現有技術中的無線數字FSK收發器不能兼顧功耗和性能這兩方面指標，兩個指標存在互相妥協的缺陷。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種自適應超低功耗高靈敏度的無線數字FSK收發器，更好地兼顧無線數字FSK收發器集成電路的功耗和性能。為了達到這個設計目標，本專利技術提出在同一收發器電路中放置兩種現有設計方案的收發器，包括射頻接收模擬前端和模擬及數字解調部分。通過分析研究合并其中功能相同的部分已達到減小面積消耗的目的。加入一個控制模塊用于自適應地根據鏈路質量從兩個接收機中選擇打開其中的一個作為接收機的輸出，此時另一個接收機處于關閉狀態。如果鏈路質量較差且低于一預定的接收靈敏度門限時，開啟第一接收機，同時關閉第二接收機；如果鏈路質量較好且高于預定接收靈敏度門限時，開啟第二接收機，同時關閉第一接收機；這個控制模塊同時用于自適應地根據鏈路質量控制發射機的發射功率，減小不必要的發射功率。總是使用第二接收機完成例如信道能量探測、空閑信道評估等非數據解調的功能，已達到降低功耗的目的。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種無線數字FSK收發器，包括與媒體接入層通訊的物理層，其特征是，所述物理層中包括接口電路、發射機、第一接收機、第二接收機和與媒體接入層進行通信的自適應控制模塊；所述第一接收機、第二接收機中均包含一射頻接收和模擬前端電路，所述第一接收機具有比第二接收機復雜度高的射頻接收和模擬前端電路；自適應控制模塊根據信道鏈路質量的預測值與一預定值的比較，從兩個接收機中選擇打開其中的一個作為接收機的輸出；當預測值大于預定值時，打開所述第一接收機；當預測值小于預定值時，打開所述第二接收機。所述接口電路包括發送數據緩沖器、接收數據緩沖器，所述物理層通過所述接口電路與媒體接入層相互通訊，傳遞鏈路質量信號、鏈路質量的評估信號、空閑信道評估信號坐寸O所述發射機從發送數據緩沖器中讀取發送數據內容，并形成物理層相應的幀格式，通過發射機內部的FSK數字調制器調制成數字基帶信號，再由數字-模擬轉換器將其轉換成模擬信號，并交給射頻發送模擬前端電路發送至天線。所述自適應控制模塊從媒體接入層得到所有的鏈路及其對應的鏈路質量信息，并運用這些信息在自適應控制模塊中建立并實時更新一個包含所有鏈路及其對應的鏈路質量的統計表，每次媒體接入層請求物理層接收數據時，自適應控制模塊根據媒體接入層指定的當前發送方通過查該統計表來得到鏈路質量的預測，根據鏈路質量的預測值和預定值的比較，開啟第一接收機和第二接收機其中之一。所述媒體接入層中匯總有每個鏈路質量的歷史信息，所述自適應控制模塊可以請求從媒體接入層得到這些所有的鏈路及其對應的鏈路質量信息。每次接收到鏈路傳輸的幀之后，當前使用的接收機根據接收到的信號給出一個鏈路質量的評估，并和接收到的數據一起提交給媒體接入層，將每個鏈路質量的信息匯總在所述媒體接入層中。所述自適應控制模塊根據信道鏈路質量信息自適應的控制所述發射機的發射功率。非數據接收的輔助功能例如信道能量探測、空閑信道評估等始終由所述第二接收機接收。本專利技術所達到的有益效果:本專利技術比現有的技術方案更好的兼顧了無線數字FSK收發器集成電路的功耗和性能。在接收鏈路質量足夠好時使用低功耗接收機，在鏈路質量較差時使用功耗較高但是接收性能更好的接收機。兩個接收機由一個控制模塊自適應控制，在同一時間只有一個是打開的，另一個是關閉的，即保證了收發器的性能，靈敏度高，又降低了功耗。【附圖說明】圖1是本專利技術的一實施例模塊示意圖。【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本專利技術的技術方案，而不能以此來限制本專利技術的保護范圍。舉例說明本專利技術在一個符合IEEE 802.15.4-20062.4G標準收發器中的實施例。圖1包括了一個符合IEEE 802.15.4-20062.4G標準收發器物理層(PHY)和媒體接入層(MAC)的模塊圖。物理層(PHY)包括了發射機、接收機A、接收機B和自適應控制模塊；媒體接入層(MAC)通過某種總線和物理層的接口電路部分互相訪問。接口電路包括發送數據緩沖器、接收數據緩沖器，MAC與PHY層之間可相互通訊，傳遞鏈路質量信號、鏈路質量的評估信號、空閑信道評估信號等。發射機從發送數據緩沖器中讀取發送數據內容，并形成物理層相應的幀格式，通過發射機內部的FSK數字調制器調制成數字基帶信號，再由數字-模擬轉換器DAC將其轉換成模擬信號，并交給射頻發送模擬前端電路發送至天線。接收機通過天線將空中的射頻(RF)信號傳入接收機中的模擬前端電路，模擬前端電路對該信號進行一系列適當的濾波、放大和下變頻將接收到的射頻信號轉換成了模擬中頻(IF)信號。中頻信號以數字信號(通過ADC采樣)或者模擬信號的形式由不同結構的FSK解調器進行基帶處理和解調直至恢復出發送方傳遞的信息數據并放入接收數據緩沖器中供MAC層在適當的時刻讀取。本專利技術中同時包含兩個接收機，接收機I包含一個具有較高復雜度的射頻接收的模擬前端電路A以及FSK數字解調器C，兩者通過一個模擬-數字轉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無線數字FSK收發器，包括與媒體接入層通訊的物理層，其特征是，所述物理層中包括接口電路、發射機、第一接收機、第二接收機和與媒體接入層進行通信的自適應控制模塊；所述第一接收機、第二接收機中均包含一射頻接收和模擬前端電路，所述第一接收機具有比第二接收機復雜度高的射頻接收和模擬前端電路；自適應控制模塊根據信道鏈路質量的預測值與一預定值的比較，從兩個接收機中選擇打開其中的一個作為接收機的輸出；當預測值大于預定值時，打開所述第一接收機；當預測值小于預定值時，打開所述第二接收機。

【技術特征摘要】
1.一種無線數字FSK收發器，包括與媒體接入層通訊的物理層，其特征是，所述物理層中包括接口電路、發射機、第一接收機、第二接收機和與媒體接入層進行通信的自適應控制模塊； 所述第一接收機、第二接收機中均包含一射頻接收和模擬前端電路，所述第一接收機具有比第二接收機復雜度高的射頻接收和模擬前端電路； 自適應控制模塊根據信道鏈路質量的預測值與一預定值的比較，從兩個接收機中選擇打開其中的一個作為接收機的輸出； 當預測值大于預定值時，打開所述第一接收機；當預測值小于預定值時，打開所述第二接收機。2.根據權利要求1所述的無線數字FSK收發器，其特征是，所述接口電路包括發送數據緩沖器、接收數據緩沖器，所述物理層通過所述接口電路與媒體接入層相互通訊。3.根據權利要求2所述的無線數字FSK收發器，其特征是，所述發射機從發送數據緩沖器中讀取發送數據內容，并形成物理層相應的幀格式，通過發射機內部的FSK數字調制器調制成數字基帶信號，再由數字-模擬轉換器將其轉換成模擬信號，并交給其內部的射頻發送模擬前端電路發送至天線。4.根據權利要求1所述的無線數字FSK收發器，其特征是，所述自...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李革，李宏，
申請(專利權)人：西安英菲泰爾電子科技有限公司，
類型：發明
國別省市：