Frontal (front-end) analógico para digitalización de MENS/SIGE BICMOS de tecnología mixta con muestreo de RF directo.

Frontal (front-end) analógico para digitalización de circuitos integrados,

DAFE, (50) para un receptor, quecomprende:

un substrato (92);

un amplificador de bajo ruido (LNA - Low Noise Amplifier, en inglés) (64) en el substrato (92);

un convertidor de analógico a digital (ADC - Analog to Digital Converter, en inglés) (68) en el substrato (92); y

una pluralidad de conmutadores de sistema micro electromecánico (MEMS - Micro Electro MechanicalSystem, en inglés) (80a', 80b', 80c') en el substrato (92);

caracterizado por

al menos un filtro antisolape (66) en el substrato (92); y

al menos un filtro anti-interferencias (62") en el substrato (92);

donde las características de filtrado del al menos un filtro de anti-interferencias (62") se cambian utilizando almenos uno de la pluralidad de conmutadores de MEMS (80a', 80b', 80c'), y

en el que el al menos un filtro anti-interferencias (62") tiene una sección de filtro (112) que comprende unbanco de filtros (122a) y un conmutador de MEMS (80a') que tiene un primer polo normalmente abierto(80a1'), un segundo polo normalmente abierto (80a2') y un tercer polo normalmente cerrado (80a3'), en losque la sección de filtro (112) está adaptada de manera que el banco de filtros 122a) puede ser eliminado delfiltro (62") cerrando el tercer polo (80a3') y abriendo los polos primero y segundo (80a1', 80a2').

Frontal (front-end) analógico para digitalización de MEMS/SIGE BICMOS de tecnología mixta con muestreo de RF directo.

Descripción La presente invención se refiere a un frontal (front-end) analógico para digitalización (DAFE – Digitizing Analog Front End, en inglés) de circuitos integrados para un receptor, que comprende un substrato, un amplificador de bajo ruido (LNA – Low Noise Amplifier, en inglés) en el substrato, un convertidor de analógico a digital (ADC – Analog to Digital Converter, en inglés) en el substrato y una pluralidad de conmutadores de sistema micro electromecánico (MEMS – Micro Electro Mechanical System, en inglés) en el substrato.

Tal frontal (front-end) analógico para digitalización es conocido de T-C Nguyen C: “Communications Applications of Microelectromechanical Systems” Proceedings, 1998 Sensors Expo, 19 de Mayo de 1998 (1998-05-19) , páginas 447-455.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la protección de convertidores de analógico a digital (ADC – Analog to Digital Converter, en inglés) , a la reducción del consumo de potencia y al mantenimiento de una calidad de señal alta en un frontal (front-end) analógico de un receptor de radio en presencia de señales de interferencia ancha. Más particularmente, la invención se refiere a un receptor de un solo microprocesador que utiliza tecnología de sistema micro electromecánico (MEMS -Micro Electro Mechanical System, en inglés) para recibir señales de banda ancha o de amplio espectro en un entorno de interferencias con un ADC de baja resolución, tal como un receptor de Sistema de Localización Global (GPS – Global Positioning System, en inglés) .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Esta invención es aplicable a todos los sistemas de comunicación. Un sistema de amplio espectro se utilizará para ilustrar su uso y efectividad. Los sistemas de comunicación de amplio espectro transmiten información digitalmente sobre un portador que ha sido modulado con una secuencia binaria pseudoaleatoria de alta velocidad. El espectro de la señal resultante ocupa un gran ancho de banda y aparece como ruidoso. La señal está sujeta a interferencias intencionadas o no intencionadas. Las interferencias ocurren por la transmisión de señales de radiofrecuencia anchas en un espectro de radio cercano o coincidente. Las señales interferidoras situadas fuera de la banda de señal deseada son habitualmente eliminadas utilizando un filtro preselector. Así, son las señales en banda las que presentan el mayor obstáculo para una recepción precisa de la señal transmitida.

La supresión de estas interferencias puede lograrse con el uso de filtros de muesca de RF. Cuando se implementa con tecnología de MEMS, ésta es una solución de bajo coste, baja potencia y baja distorsión para la supresión de interferencias. Un filtro de muesca es particularmente efectivo en la supresión de interferidores de onda continua (CW – Continuous Wave, en inglés) o de banda estrecha. Después de que estos interferidores son eliminados, el receptor puede procesar la señal de amplio espectro como si no existiese la interferencia con una pequeña pérdida, proporcional al ancho de banda que se ha eliminado. Para las señales de amplio espectro sin interferencias la señal recibida puede ser procesada con un ADC de muy baja resolución. Por ejemplo un ADC de 1 bit tiene una degradación de 1, 059 dB con muestreo I (en fase – In phase, en inglés) y Q (en cuadratura – Quadrature, en inglés) de la banda de base ó 1, 96 dB con muestreo de frecuencia intermedia (IF – Intermediate Frequency, en inglés) frente a Ruido Gausiano Blanco Aditivo (AWGN – Additive White Gaussian Noise, en inglés) . Un ADC de 2 bits tiene una degradación de 0, 55 dB con muestreo I (en fase – In phase, en inglés) y Q (en cuadratura – Quadrature, en inglés) de la banda de base ó 0, 96 dB con muestreo de IF. Por lo tanto, para mantener un buen rendimiento con una baja complejidad de ADC y bajo consumo de potencia, debe utilizarse un método de eliminar los interferidores de la señal recibida.

Otro efecto en el diseño del sistema y en el rendimiento del sistema en un entorno de interferencias es en el consumo de potencia y en la distorsión de la señal. En un entorno de interferencias cuando las señales de interferencia no son eliminadas cerca de la antena, los componentes en el frontal (front-end) analógico deben estar diseñados con una alta linealidad, con el coste de un significativamente mayor consumo de potencia. También, la presencia de señales anchas genera mayores demandas en los requisitos del ruido de fase del sistema. Para disminuir los requisitos tanto de alta linealidad como de ruido de fase, es necesario eliminar los interferidores antes de estos componentes.

Métodos de supresión analógica pueden eliminar las señales interferidoras tanto de banda estrecha como de banda ancha utilizando componentes pasivos. No obstante, puesto que las señales interferidoras pueden estar situadas en cualquier lugar dentro de la banda de paso, debe utilizarse algún método para dirigir, insertar y eliminar los circuitos de supresión de la ruta de la señal. Generalmente, las técnicas de filtrado implementadas en los receptores actuales utilizan conmutación mediante semiconductores, por ejemplo, transistores de semiconductores, para alterar las características de los filtros. Las características de los filtros pueden ser alteradas conmutando en diferentes 2

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componentes (por ejemplo, bancos de condensadores) o diferentes filtros a la vez. La conmutación mediante semiconductores, debido a las características de aislamiento limitado de los semiconductores, puede permitir capacitancias parásitas de filtros no seleccionados.

El documento por T-C Nguyen C: “Communications Applications of Microelectromechanical Systems” Proceedings, 1998 Sensors Expo, 19 de Mayo de 1998 (1998-05-19) , páginas 447-455, describe mejoras de dispositivos microelectromecánicos para su uso en subsistemas de comunicación inalámbricos. El documento menciona condensadores micromecanizados sintonizables, inductores de alta Q integrados, conmutadores micromecánicos de bajas pérdidas y resonadores mecánicos vibrantes de microescala con Q’s del orden de las decenas de miles. Las aplicaciones específicas son revisadas para cada uno de estos componentes con énfasis en los métodos para la miniaturización y mejora del rendimiento de los transceptores inalámbricos existentes y futuros. En particular, se muestra una red que tiene un banco de filtros micromecánicos conmutables masivamente en paralelo que pretende reemplazar un solo filtro sintonizable que seleccionaría uno de los diferentes canales en un amplio intervalo de frecuencias.

El documento 2002/0012411 A1 se dirige a sistemas y métodos para un receptor de GPS que son capaces de funcionar en presencia de interferencias. El método incluye detectar una señal interferidora, incluyendo: sintonizar un filtro de paso de banda en un intervalo de frecuencias; y en cada una de la pluralidad de frecuencias incrementales: calcular un conjunto de coeficientes de filtros de paso de banda; enviar el conjunto de coeficientes de filtro de paso de banda a un filtro digital; transformar repetidamente una salida del convertidor de analógico a digital que tiene un nivel de cuantificación que sobrepasa los 2 bits en la salida del filtro de paso de banda con el filtro digital para obtener una pluralidad de muestras; calcular una media de la pluralidad de muestras; y comparar la media con un umbral para detectar picos que exceden un umbral. El correspondiente aparato comprende un circuito de radiofrecuencia analógico, un convertidor de analógico a digital acoplado al circuito de radiofrecuencia analógico, en el que el convertidor de analógico a digital proporciona un nivel de cuantificación que sobrepasa los 2 bits, estando un filtro digital acoplado al convertidor de analógico a digital y un circuito digital acoplado al filtro digital.

El documento EP 0 987 829 A2 se dirige a un método y a un aparato para la supresión de señales interferidoras de banda estrecha de una señal de CDMA. El circuito de supresión está comprendido por una matriz de filtros de polifase que dividen la señal de entrada en una pluralidad de sub-bandas estrechas. Cada señal de sub-banda estrecha es examinada para determinar si la interferencia de banda estrecha existe en ese grupo. Esto se lleva a cabo preferiblemente tomando la media de la amplitud absoluta de las señales del grupo. Si una señal de un grupo tiene una amplitud absoluta que excede en mucho la media del grupo, toda la señal del grupo es eliminada. Un banco de filtros de síntesis... [Seguir leyendo]

1. Frontal (front-end) analógico para digitalización de circuitos integrados, DAFE, (50) para un receptor, que comprende:

un substrato (92) ; un amplificador de bajo ruido (LNA – Low Noise Amplifier, en inglés) (64) en el substrato (92) ; un convertidor de analógico a digital (ADC – Analog to Digital Converter, en inglés) (68) en el substrato (92) ; y una pluralidad de conmutadores de sistema micro electromecánico (MEMS – Micro Electro Mechanical

System, en inglés) (80a’, 80b’, 80c’) en el substrato (92) ;

caracterizado por

al menos un filtro antisolape (66) en el substrato (92) ; y al menos un filtro anti-interferencias (62”) en el substrato (92) ; donde las características de filtrado del al menos un filtro de anti-interferencias (62”) se cambian utilizando al

menos uno de la pluralidad de conmutadores de MEMS (80a’, 80b’, 80c’) , y en el que el al menos un filtro anti-interferencias (62”) tiene una sección de filtro (112) que comprende un banco de filtros (122a) y un conmutador de MEMS (80a’) que tiene un primer polo normalmente abierto (80a1’) , un segundo polo normalmente abierto (80a2’) y un tercer polo normalmente cerrado (80a3’) , en los que la sección de filtro (112) está adaptada de manera que el banco de filtros 122a) puede ser eliminado del

filtro (62”) cerrando el tercer polo (80a3’) y abriendo los polos primero y segundo (80a1’, 80a2’) .

2. DAFE de acuerdo con la reivindicación 1, en el que un primer terminal en el primer polo (80a1’) está conectado a un primer nodo (121) de la sección de filtro (112) , un segundo terminal en el primer polo (80a1’) está conectado a un terminal de entrada del banco de filtros (122a) , un terminal de salida del banco de filtros (122a) está conectado a un

primer terminal en el segundo polo (80a2’) , un segundo terminal en el segundo polo (80a2’) está conectado a un segundo nodo (124) de la sección de filtro (112) , un primer terminal en el tercer polo (80a3’) está conectado al primer nodo (121) y un segundo terminal en el tercer polo (80a3’) está conectado al segundo nodo (124) .

3. DAFE de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el ADC (68) es un ADC de 30 muestreo directo / submuestreo.

4. DAFE de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el filtro anti-interferencias (62”) y el filtro antisolape (66) incluyen un banco de filtros conmutable, y cada banco es seleccionado utilizando al menos un conmutador de MEMS.

5. DAFE de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el filtro anti-interferencias (62”) es un filtro de muesca.

6. DAFE de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el filtro de muesca tiene una frecuencia central dirigible.

7. DAFE de acuerdo con la reivindicación 6, en el que un ancho de banda de muesca es ajustable entre 0 Hz y 2 MHz.

8. DAFE de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende también:

un bucle bloqueado en fase (PLL – Phase Locked Loop, en inglés) (70) en el substrato (92) ; y un oscilador de cristal (72) ene l substrato (92) .

9. DAFE de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el oscilador de cristal es compensado en temperatura.