获取外部时钟源提供的时钟信号的方法与无线通信装置转让专利
申请号 : CN202011174347.X
文献号 : CN112242876B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 傅天煌 , 王晓晖
申请人 : 高拓讯达(北京)科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种获取外部时钟源提供的时钟信号的方法,其特征在于,包括:获取外部时钟信号,所述外部时钟信号为外部时钟源提供的时钟信号;
获取外部时钟偏差,所述外部时钟偏差为所述外部时钟信号的偏差,所述外部时钟偏差包括符号时钟频率偏差和载波时钟频率偏差;
对所述外部时钟偏差进行补偿;
提供所述外部时钟信号的芯片为低精度的外部时钟芯片;
获取外部时钟偏差包括:
接收第一数据包,所述第一数据包为测试仪器发出的;
根据所述第一数据包,确定第一发包时钟偏差,所述第一发包时钟偏差为所述测试仪器的发包时钟偏差;
根据所述第一发包时钟偏差逆推出所述外部时钟偏差。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取外部时钟偏差还包括:接收第二数据包,所述第二数据包为外部通信芯片发出的;
根据所述第二数据包,确定所述外部时钟偏差。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据所述第二数据包,确定所述外部时钟偏差,包括:
根据所述第二数据包确定第一频点值和第二频点值,所述第一频点值为无线通信芯片产生的频点值,所述第二频点值为所述外部通信芯片产生的频点值;
根据所述第一频点值和所述第二频点值确定所述外部时钟偏差。
4.一种无线通信装置,其特征在于,包括:无线通信芯片,所述无线通信芯片用于执行权利要求1至3中任一项所述的获取外部时钟源提供的时钟信号的方法;
外部时钟芯片,所述外部时钟芯片与所述无线通信芯片电连接,用于提供外部时钟源,所述外部时钟源产生所述外部时钟信号。
5.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述外部时钟芯片包括晶振,所述晶振用于生成所述外部时钟信号。
6.根据权利要求5所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信装置还包括第一低通滤波器和第一电容,所述第一低通滤波器包括第二电容和第一电阻,所述第一电容的第一端与所述晶振电连接,所述第一电容的第二端与所述第一电阻的第一端电连接,所述第一电阻的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述无线通信芯片电连接,所述第二电容的第二端接地。
7.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述外部时钟芯片包括输出管脚,所述输出管脚用于输出所述外部时钟信号。
8.根据权利要求7所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信装置还包括第二低通滤波器和第三电容,所述第二低通滤波器包括第四电容和第二电阻,所述第三电容的第一端与所述输出管脚电连接,所述第三电容的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第二电阻的第二端分别与所述第四电容的第一端和所述无线通信芯片电连接,所述第四电容的第二端接地。
9.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信芯片包括第一发射链路,所述第一发射链路包括依次连接的第一数字上采样滤波器、第一数字载波频偏补偿器、第一数字插值滤波器、第一数模转换器、第一模拟低通滤波器、第一模拟混频器、第一功率预放大器、第一功率放大器和第一天线,所述第一数字载波频偏补偿器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿,所述第一数字插值滤波器用于对所述符号时钟频率偏差进行补偿。
10.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信芯片包括第二发射链路,所述第二发射链路包括依次连接的第二数字上采样滤波器、第二数字插值滤波器、第二数模转换器、第二模拟低通滤波器、第二模拟混频器、第二功率预放大器、第二功率放大器和第二天线,所述第二模拟混频器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿,所述第二数字插值滤波器用于对所述符号时钟频率偏差进行补偿。
11.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信芯片包括第一接收链路,所述第一接收链路包括依次连接的第三天线、第一低噪声放大器、第三模拟混频器、第三模拟低通滤波器、第一可变增益放大器、第一模数转换器、第三数字插值滤波器、第二数字载波频偏补偿器和第一数字下采样滤波器,所述第三数字插值滤波器用于所述符号时钟频率偏差进行补偿,所述第二数字载波频偏补偿器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿。
12.根据权利要求4所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信芯片包括第二接收链路,所述第二接收链路包括依次连接的第四天线、第二低噪声放大器、第四模拟混频器、第四模拟低通滤波器、第二可变增益放大器、第二模数转换器、第四数字插值滤波器和第二数字下采样滤波器,所述第四数字插值滤波器用于所述符号时钟频率偏差进行补偿,所述第四模拟混频器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的无线通信装置,其特征在于,所述无线通信芯片为WIFI芯片,所述外部时钟芯片为SOC芯片。
说明书 :
获取外部时钟源提供的时钟信号的方法与无线通信装置
技术领域
背景技术
率等。
产生载波时钟频率(transmit center frequency)必须来自同一个参考晶体(the same
reference oscillator),也就是同源的;802.11标准还规定,20M带宽时该参考晶体最大偏
移不能超过±20PPM。当发射信号的载波时钟频偏和符号时钟频偏超出该规定值,将对信号
的接收造成不利影响,甚至导致信息传输的失败。因为信号的载波时钟频率偏差过大或者
符号时钟频偏过大将直接影响接收端对该信号的检测与同步,并进一步影响信号的解调。
在交互式信息传输系统中,不但发射端会存在载波时钟频率偏差和符号时钟频率偏差,而
且接收端的前端器件也会具有载波时钟频偏和符号时钟频率偏差。如果收/发两端的相对
载波时钟频率偏差或者相对符号时钟频率偏差过大,更会对两者之间的信息传输造成不利
影响,因此一般需要使用质量好或者精度高的外部晶体。
由WIFI芯片进行发送;同时WIFI芯片也会接收其他站点发过来的包,再把包通过传输接口
传给SOC芯片进行处理。
发明内容
时钟的问题。
号;获取外部时钟偏差,所述外部时钟偏差为所述外部时钟信号的偏差,所述外部时钟偏差
包括符号时钟频率偏差和载波时钟频率偏差;对所述外部时钟偏差进行补偿。
仪器的发包时钟偏差;根据所述第一发包时钟偏差逆推出所述外部时钟偏差。
第二频点值为所述外部通信芯片产生的频点值;根据所述第一频点值和所述第二频点值确
定所述外部时钟偏差。
芯片,所述外部时钟芯片与所述无线通信芯片电连接,用于提供外部时钟源,所述外部时钟
源产生所述外部时钟信号。
容的第二端与所述第一电阻的第一端电连接,所述第一电阻的第二端分别与所述第二电容
的第一端和所述无线通信芯片电连接,所述第二电容的第二端接地。
三电容的第二端与所述第二电阻的第一端电连接,所述第二电阻的第二端分别与所述第四
电容的第一端和所述无线通信芯片电连接,所述第四电容的第二端接地。
偿器、第一数字插值滤波器、第一数模转换器、第一模拟低通滤波器、第一模拟混频器、第一
功率预放大器、第一功率放大器和第一天线,所述第一数字载波频偏补偿器用于对所述载
波时钟频率偏差进行补偿,所述第一数字插值滤波器用于对所述符号时钟频率偏差进行补
偿。
器、第二模拟混频器、第二功率预放大器、第二功率放大器和第二天线,所述第二模拟混频
器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿,所述第二数字插值滤波器用于对所述符号时钟
频率偏差进行补偿。
放大器、第一模数转换器、第三数字插值滤波器、第二数字载波频偏补偿器和第一数字下采
样滤波器,所述第三数字插值滤波器用于所述符号时钟频率偏差进行补偿,所述第二数字
载波频偏补偿器用于对所述载波时钟频率偏差进行补偿。
放大器、第二模数转换器、第四数字插值滤波器和第二数字下采样滤波器,所述第四数字插
值滤波器用于所述符号时钟频率偏差进行补偿,所述第四模拟混频器用于对所述载波时钟
频率偏差进行补偿。
包括WIFI芯片在内的无线通信芯片提供高精度的时钟信号。解决了无法低成本地为无线通
信芯片提供高精度的符号时钟和载波时钟的问题。
附图说明
第二低通滤波器;210、第四电容;211、第二电阻;22、第三电容;30、第一发射链路;31、第一
数字上采样滤波器;32、第一数字载波频偏补偿器;33、第一数字插值滤波器;34、第一数模
转换器;35、第一模拟低通滤波器;36、第一模拟混频器;37、第一功率预放大器;38、第一功
率放大器;39、第一天线;40、第二发射链路;41、第二数字上采样滤波器;42、第二数字插值
滤波器;43、第二数模转换器;44、第二模拟低通滤波器;45、第二模拟混频器;46、第二功率
预放大器;47、第二功率放大器;48、第二天线;50、第一接收链路;51、第三天线;52、第一低
噪声放大器;53、第三模拟混频器;54、第三模拟低通滤波器;55、第一可变增益放大器;56、
第一模数转换器;57、第三数字插值滤波器;58、第二数字载波频偏补偿器;59、第一数字下
采样滤波器;60、第二接收链路;61、第四天线;62、第二低噪声放大器;63、第四模拟混频器;
64、第四模拟低通滤波器;65、第二可变增益放大器;66、第二模数转换器;67、第四数字插值
滤波器;68、第二数字下采样滤波器。
具体实施方式
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
描述有元件“连接”至另一元件时,该元件可“直接连接”至该另一元件,或者通过第三元件
“连接”至该另一元件。
和载波时钟的问题,本申请的实施例提供了一种获取外部时钟源提供的时钟信号的方法与
无线通信装置。
片在内的无线通信芯片提供高精度的时钟信号。解决了无法低成本地为无线通信芯片提供
高精度的符号时钟和载波时钟的问题。
是无线通信芯片自带的晶体产生的,不占用无线通信芯片本身的资源,提供外部时钟信号
的芯片可以为SOC芯片,SOC芯片与无线通信芯片通信。该外部时钟信号的精度一般不高,我
们通过步骤S102和步骤S103来对无线通信芯片提供高精度的时钟。
再估计出残留的外部时钟偏差,再在芯片内部进一步补偿残留的外部时钟偏差。反复迭代,
从而获得可跟踪的高精度时钟信号。
Oscillator,DCXO)电路来控制外部时钟精度,最大可能有±100PPM左右频偏,不能满足实
际WIFI芯片需要。因此我们既可以在整机出厂之前对外部时钟偏差进行估计,具体地,获取
外部时钟偏差包括:接收第一数据包,上述第一数据包为测试仪器发出的;根据上述第一数
据包,确定第一发包时钟偏差,上述第一发包时钟偏差为上述测试仪器的发包时钟偏差;根
据上述第一发包时钟偏差逆推出上述外部时钟偏差。具体地,上述测试仪器可以为CMW500,
LITEPOINT等WIFI测试设备;测试仪器发出的第一数据包为标准数据包。具体地,上述测试
仪器的发包时钟偏差是指无线通信芯片时钟和仪器标准时钟的误差,测试仪器发送第一数
据包至无线通信芯片,然后无线通信芯片根据测试仪器的发包时钟偏差确定外部时钟偏
差,实现了外部时钟偏差的精确确定。具体地,该方案中确定外部时钟偏差的具体原理是利
用测试仪器发出来的包是标准时钟特点,由于通信芯片时钟是不标准,这样通信芯片接收
仪器发出来的包就会误以为标准时钟有个偏差,通信芯片可以通过算出收包频率偏差或者
符号偏差得到这个时钟偏差,再根据这个偏差逆推出芯片时钟偏差。
二发包时钟偏差为上述无线通信芯片的发包时钟偏差;根据上述第二发包时钟偏差确定上
述外部时钟偏差。具体地,上述无线通信芯片的发包时钟偏差是指无线通信芯片时钟和测
试仪器时钟的误差,具体地,该方案中确定外部时钟偏差的具体原理是利用测试仪器接收
的时钟是标准时钟特点,由于通信芯片时钟是不标准,发出来的包也携带不标准时钟信息,
测试仪器可以通过收包频率偏差或者符号偏差得到时钟偏差。
始工作时,根据存储器值就可以进行载波时钟频率偏差和符号时钟频率偏差预校准。由于
传统通信芯片自身携带的晶体一般也得进行时钟偏差估计,因此这一步基本不会增加校准
成本。
上述第二数据包为外部通信芯片发出的;根据上述第二数据包,确定上述外部时钟偏差。其
中,外部通信芯片为与上述无线通信芯片进行通信的设备。
频点值,上述第二频点值为上述外部通信芯片产生的频点值;根据上述第一频点值和上述
第二频点值确定上述外部时钟偏差。由于WIFI设备是交互设备,使用的时候肯定需要连到
另外一台WIFI设备。因此,在实际使用时,先打开WIFI设备接收机,当接收到其他WIFI设备
发出去的数据包,就会有载波频差(等同于载波时钟频率偏差)估计,如公式1所示:
为载波偏差或者频偏。
片本身的资源。解决了无法低成本地为无线通信芯片提供高精度的符号时钟和载波时钟的
问题。
号。与晶振10的两端连接的还有第一晶振电容100和第二晶振电容101。
和第一电阻111,上述第一电容12的第一端与上述晶振10电连接,上述第一电容12的第二端
与上述第一电阻111的第一端电连接,上述第一电阻111的第二端分别与上述第二电容110
的第一端和上述无线通信芯片01电连接,上述第二电容110的第二端接地。第一低通滤波器
11用于抑制外部时钟信号的高频分量和噪声,第一电容12用于隔离外部时钟信号的直流分
量以及调整外部时钟信号进入无线通信芯片01的幅值。
时钟信号以外,还可以使用外部时钟芯片02的输出管脚20输出外部时钟信号,当然,输出管
脚20输出外部时钟信号的前提是,应用硬件和/或软件的方式产生外部时钟信号。
第二电阻211,上述第三电容22的第一端与上述输出管脚20电连接,上述第三电容22的第二
端与上述第二电阻211的第一端电连接,上述第二电阻211的第二端分别与上述第四电容
210的第一端和上述无线通信芯片01电连接,上述第四电容210的第二端接地。第二低通滤
波器21用于抑制外部时钟信号的高频分量和噪声,第三电容22用于隔离外部时钟信号的直
流分量以及调整外部时钟信号进入无线通信芯片01的幅值。
第一数字插值滤波器33、第一数模转换器34、第一模拟低通滤波器35、第一模拟混频器36、
第一功率预放大器37(PPA,pre‑power amplifier)、第一功率放大器38(PA power
amplifier)和第一天线39,上述第一数字载波频偏补偿器32用于对上述载波时钟频率偏差
进行补偿,上述第一数字插值滤波器33用于对上述符号时钟频率偏差进行补偿。第一发射
链路30输入基带信号,其中,CFO表示载波时钟频率偏差,PPM表示符号时钟频率偏差,LO是
本振(local oscillatior),用来产生发射信号射频频点,第一数字上采样滤波器31的作用
是把基带信号进行上采样以减少数模转换器设计难度,第一模拟混频器36的作用是把基带
信号频谱搬移到发射射频频点,第一功率预放大器37的作用是对模拟信号进行初步放大,
第一功率放大器38的作用是对模拟信号功率再次放大供天线输出,第一发射链路30的输出
信号为RFOUT,输出信号RFOUT通过第一天线39进行传输。应用本方案的第一发射链路30可
以自动快速地减少无线通信芯片与连接站点的相对载波时钟频偏和相对符号时钟频偏,提
高信息传输效率。连接站点即对端设备。
第一数字上采样滤波器的上游。
二数模转换器43、第二模拟低通滤波器44、第二模拟混频器45、第二功率预放大器46、第二
功率放大器47和第二天线48,上述第二模拟混频器45用于对上述载波时钟频率偏差进行补
偿,上述第二数字插值滤波器42用于对上述符号时钟频率偏差进行补偿。第二发射链路40
输入基带信号,其中,PPM表示符号时钟频率偏差,LONEW表示是本振(local oscillatior),
用来产生发射信号射频频点,第二数字上采样滤波器41的作用是基带信号进行上采样以减
少数模转换器设计难度,第二模拟混频器45的作用是是把基带信号频谱搬移到发射射频频
点,第二功率预放大器46的作用是对模拟信号进行初步放大,第二功率放大器47的作用是
对模拟信号功率再次放大供天线输出,第二发射链路40的输出信号为RFOUT1,输出信号
RFOUT1通过第二天线48进行传输。LONEW是通过配置锁相环模块(PLL)中分频比寄存器产生
新的本振频点。应用本方案的第二发射链路40可以自动快速地减少无线通信芯片与连接站
点的相对载波时钟频偏和相对符号时钟频偏,提高信息传输效率。连接站点即对端设备。
amplifier)、第三模拟混频器53、第三模拟低通滤波器54、第一可变增益放大器55(VGA
variable gain amplifier)、第一模数转换器56、第三数字插值滤波器57、第二数字载波频
偏补偿器58和第一数字下采样滤波器59,上述第三数字插值滤波器57用于上述符号时钟频
率偏差进行补偿,上述第二数字载波频偏补偿器58用于对上述载波时钟频率偏差进行补
偿。第三天线51用于接收信号,其中,CFO表示载波时钟频率偏差,PPM表示符号时钟频率偏
差,LO是本振(local oscillatior),用来产生接收信号射频频点,第一低噪声放大器52的
作用是对接收微弱信号进行初步放大,降低噪声干扰,第三混频器的作用是把接收的射频
信号频谱搬移到基带或者中频位置,第六一可变增益放大器的作用是把不同接收信号功率
放大或者衰减到恒定功率上,第一下采样滤波器的作用是把高采样率信号进行下采样到基
带速率上,第一接收链路50的输出信号为基带信号或者中频信号。另外,第二数字载波频偏
补偿器可以和第一发射链路中的第一数字载波频偏补偿器可以共用,以节省无线通信芯片
的面积。应用本方案的第一接收链路可以自动快速地减少无线通信芯片与连接站点的相对
载波时钟频偏和相对符号时钟频偏,提高信息传输效率。连接站点即对端设备。
后。
第四模拟低通滤波器64、第二可变增益放大器65、第二模数转换器66、第四数字插值滤波器
67和第二数字下采样滤波器68,上述第四数字插值滤波器用于上述符号时钟频率偏差进行
补偿,上述第四模拟混频器63用于对上述载波时钟频率偏差进行补偿。第四天线61用于接
收信号,其中,PPM表示符号时钟频率偏差,LONEW是通过配置锁相环模块(PLL)中分频比寄
存器产生新的本振频点,第二低噪声放大器62的作用是对接收微弱信号进行初步放大,降
低噪声干扰,第四模拟混频器63的作用是接收的射频信号频谱搬移到基带或者中频位置,
第二可变增益放大器65的作用是是把不同接收信号功率放大或者衰减到恒定功率上,第二
数字下采样滤波器68的作用是把高采样率信号进行下采样到基带速率上。另外,第四数字
插值滤波器和第二发射链路中的第二数字插值滤波器可以共用,以节省无线通信芯片的面
积。应用本方案的第二接收链路可以自动快速地减少无线通信芯片与连接站点的相对载波
时钟频偏和相对符号时钟频偏,提高信息传输效率。连接站点即对端设备。
第一功率预放大器(PPA,pre‑power amplifier)、第一功率放大器(PA power amplifier),
以及第二数字上采样滤波器、第二数字插值滤波器、第二数模转换器、第二模拟低通滤波
器、第二模拟混频器、第二功率预放大器和第二功率预放大器、第一低噪声放大器(LNA low
noise amplifier)、第三模拟混频器、第三模拟低通滤波器、第一可变增益放大器(VGA
variable gain amplifier)、第一模数转换器、第三数字插值滤波器、第二数字载波频偏补
偿器和第一数字下采样滤波器以及第二低噪声放大器、第四模拟混频器、第四模拟低通滤
波器、第一可变增益放大器、第二模数转换器、第四数字插值滤波器和第二数字下采样滤波
器可以采用加法器、乘法器、电容、电阻、逻辑门等电子器件实现。
偿器可以共用,补偿具体公式如下:
路两路的第n个基带采样点。
数字滤波器输入进行符号时钟频率偏差补偿,只不过发射链路是进行正PPM补偿,接收链路
是进行负PPM补偿。数字滤波器(第四插值滤波器和第二插值滤波器)常用各种插值滤波器,
包括但不局限于B‑spline插值滤波器,Hermite插值滤波器,Lagrange插值滤波器。这里只
给出了Lagrange插值滤波器实现,采用4阶6点插值滤波器,其时域响应如下:
80MHz仿真的插值器信噪比性能。可以看出,如果输入是40M OFDM信号,经过插值器之后,插
值器对性能影响就是图11中频谱为[‑18.125:18.125]MHz的积分,造成的平均信噪比损失
是‑50dB,能满足802.11发射信号的要求。如果输入是20M OFDM信号,经过插值器之后,插值
器对性能影响就是图11中频谱为[‑9.75:9.75]MHz的积分,造成的平均信噪比损失只有‑
80dB,对802.11发射信号基本没影响。
置锁相环模块(PLL)中分频比寄存器进行补偿。其中,模拟部分是数模转换器后面所有电
路,分频比寄存器具体是指控制锁相环模块(PLL)中产生本振频点值,该方案的具体的实现
原理是:由于载波时钟不准,因此通过。
结构图,传统估计CFO的方法一般用图8中两个LTF1/LTF2(long training field,),采用互
相关方法来估计CFO,但由于互相关对噪声有放大作用,因此估计不太准确。为了提高CFO估
计精度,我们采用每个帧的LSIG域(Low Signal)进行频偏估计:下面HLSIG是LSIG域对应的
信道估计值,它是由两个LTF序列计算得到的,即
OFDM符号周期。
算法(比如CORIDC)计算CFO,基本不增加芯片的面积。其中,conj表示的含义是数学中复数
共轭,也就是公式6中的符号*,accu表示的含义是累加器(accumulator),Atan()表示的含
义是反正切,CFO Error为CFO估计值。
中,SNR表示信噪比(signal noise ratio),BW表示信号带宽(bandwidth),DPLL表示估计频
偏用到的数字锁相环模块(digital phase locked loop),纵坐标residue ppm表示残留的
频偏,横坐标times表示仿真次数。
了对WIFI芯片提供高精度的外部时钟信号。并且可以减少相关电容器件以及WIFI设备中控
制晶体的DCXO等电路,从而减少设备成本,使得设备更具市场竞争力。
钟信号,采用本方案实现了为包括WIFI芯片在内的无线通信芯片提供高精度的时钟信号。
解决了无法低成本地为无线通信芯片提供高精度的符号时钟和载波时钟的问题。
用无线通信芯片本身的资源。解决了无法低成本地为无线通信芯片提供高精度的符号时钟
和载波时钟的问题。
改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。