一种RF放大器集成电路及包括其的无线电设备的制作方法

一种rf放大器集成电路及包括其的无线电设备


背景技术：

1.本发明涉及用于放大射频(rf)电信号的方法和设备。
2.在无线电通信中，常用放大器来放大rf电信号。这可在电信号被发送到天线以作为无线电信号发射之前或在传入的无线电信号已由无线电天线转换为电信号之后进行。发射路径上的放大器通常被称为功率放大器，而接收路径上的放大器将通常是低噪声放大器。放大器可含于集成的无线电收发器模块内。它们还可设置于独立的集成电路(ic)rf前端模块中。
3.独立的前端装置通常具有用于从单独的无线电收发器装置接收传出rf电信号的输入，以及用于将经放大的传出rf信号提供到芯片外天线的输出。它们还可具有用于从芯片外天线接收传入rf电信号的输入，以及用于将经放大的传入rf电信号提供到无线电收发器装置的输出。单独的前端芯片可安装在与无线电收发器芯片共同的印刷电路板(pcb)上，或可与无线电芯片一起集成在多芯片模块中。
4.独立的放大器装置或前端装置有时用作任选的范围扩展器，用于增加无线电收发器装置的发射和/或接收范围。前端装置可除放大外还提供滤波和切换功能。
5.前端装置的实例包含来自texas instruments
tm
的“cc2592 2.4-ghz范围扩展器”和来自 skyworks
tm
的“sky66112-11前端模块”。这些都是用于在2.4ghz频带中放大传入和传出 rf信号的完全集成的rf前端模块(fem)，且可用于例如zigbee
tm
和bluetooth smart
tm
等应用。
6.此些装置可提供芯片上无线电装置的范围的有用增加。然而，申请人已经认识到，许多常规rf放大器装置不能很好地适于提供恒定或最佳的放大，尤其是在不断改变的条件下。
7.因此，本发明试图提供一种更好的方法。


技术实现要素：

8.依据第一方面，本发明提供一种射频(rf)放大器装置，其包括：
9.信号输入，其用于接收rf电信号；
10.可变增益放大器，其用于放大所接收rf电信号；
11.信号输出，其用于输出经放大rf电信号；
12.串行输入，其用于接收编码自定义增益水平的串行化数据；
13.存储器，其用于存储表示自定义增益水平的数据；
14.二进制输入，其用于在第一水平和自定义增益水平之间切换放大器的增益；
15.配置逻辑，其被配置成在串行输入处接收编码自定义增益水平的串行化数据，且将表示自定义增益水平的数据存储在存储器中；以及
16.增益控制逻辑，其被配置成从存储器读取表示自定义增益水平的数据，且根据二进制输入的状态将放大器的增益设定到第一水平或设定到自定义增益水平。
17.因此，将看到，根据本发明，可首先通过经由串行接口向装置写入自定义增益水平
而用经挑选增益水平配置放大器装置，且接着可随后通过改变二进制输入的逻辑状态来快速且直接地选择此自定义增益水平，所述二进制输入可以是通用输入/输出垫或引脚。
18.这与不具有串行接口且仅支持硬连线增益水平的例如texas instruments
tm cc2592和 skyworks
tm sky66112-11等装置形成对比。texas instruments
tm cc2592提供仅单个固定发射增益，以及可通过改变输入引脚的逻辑状态进行双态切换的可供选择的两个固定接收增益水平(“高增益模式”和“低增益模式”)。skyworks
tm sky66112-11提供可通过改变输入引脚的逻辑状态进行双态切换的可供选择的两个固定发射功率模式(“大功率”或“低功率”)，以及单个固定接收增益。
19.本发明的实施例有利地使客户能够针对特定上下文定制放大器装置的增益，以便使装置与特定无线电收发器设计或特定天线设计匹配，或符合关于最大功率输出的特定地理规章，或补偿装置之间的制造变化。此外，实施例可在同时还简单地通过改变二进制输入控制的状态提供切换到自定义增益水平或从自定义增益水平切换的速度和简单性的同时，提供此可配置性。
20.在一些实施例中，可变增益放大器是功率放大器。装置可适于放大电信号以供作为无线电信号发射。信号输出可被配置成连接到一个或多个天线。
21.在一些实施例中，可变增益放大器是低噪声放大器。装置可适于放大从所接收无线电信号导出的电信号。信号输入可被配置成连接到一个或多个天线。
22.存储器(例如，寄存器)可以是易失性的(例如，包括触发器)，但优选地为非易失性的。通过将自定义增益水平存储在非易失性存储器中，即使当例如在电池改变期间移除功率时也可保持所述水平。因此，举例来说，系统集成商可购买体现本发明的一定数量的放大器装置，针对特定上下文校准其中的每一个以确定相应自定义增益水平，且经由串行输入将自定义增益水平加载到所有装置。当存储器为非易失性时，在生产后处理期间，在将成品装运到顾客之前，此写入仅需要执行一次。随后，经校准增益水平可保持无限期地存储在装置上，且视需要可供经由二进制输入进行选择。
23.可变增益放大器可支持任何数目的增益设定-例如，三个、四个、八个、十六个、三十二个、2
16
或2
32
个，或更多个。每一增益水平可对应于放大器的不同相应增益设定。举例来说，增益水平可以由五位数字表示，且放大器可支持三十二个增益设定-即，支持针对每一不同增益水平值的不同设定。增益水平可编码为来自整数集合的整数，但所述水平不一定直接对应于放大器的可测量增益，例如可仅存在线性对应性，或可完全不存在对应性。对应性可在一个装置与下一装置之间不同，即使在电路设计为相同的情况下也如此，这是归因于过程或其它制造变化。配置逻辑可被配置成接收编码多位增益水平的串行化数据，即，两个或更多个位上编码的水平值。
24.放大器的增益可在横跨至少2、3、5或10db的增益水平范围内变化。放大器可支持10 db或更低的第一增益水平，且可支持20db或更高的第二增益水平。其可支持这些第一和第二增益水平之间和/或低于第一增益水平和/或高于第二增益水平的任何数目的增益水平。增益可在部分或整个增益范围内以至多1或2db的最大步长变化。举例来说，增益可至少在10 db到20db的范围内以1db或更精细的粒度来配置。然而，在其它实施例中，步长可大于或小于1db。装置可支持其中放大器的增益为0db的旁路模式。放大器可支持一个或多个负增益水平，例如以提供阻尼来减小或限制输出功率。
25.放大器装置可以是集成电路装置。确切地说，可变增益放大器、配置逻辑和增益控制逻辑可例如集成在共同半导体衬底上。信号输入、串行输入、二进制输入和信号输出可包括装置上的相应衬垫或引脚。
26.在一些实施例中，放大器装置不含用于生成rf电子信号(例如，用于编码和/或调制rf 信号)的电路系统，和/或不含用于解调rf电子信号的电路系统。一些实施例不包含数/模转换器。一些实施例不包含混频器。装置可以是独立的前端装置。其可以是无线电范围扩展器。其可以是裸片，或可以是封装集成电路。信号输入、串行输入和二进制输入可以是装置的外部接口(例如，包括一个或多个相应接触衬垫或引脚)。放大器装置可电联接到被配置成将rf 电信号输出到放大器装置的rf发射器装置，和/或电联接到被配置成从放大器装置接收rf 电信号的rf接收器装置。其可由在放大器装置外部的电导体电联接，例如，印刷电路板(pcb) 的导体。
27.然而，在其它实施例中，有可能放大器装置可以与无线电收发器集成。因此，放大器装置可包括射频发射器或射频接收器，例如，包括用于调制或解调承载rf信号的数字数据的无线电调制解调器。放大器装置可以是包括无线电发射器和/或接收器的单个集成电路装置。其可以是芯片上无线电装置。在此情况下，信号输入、串行输入和二进制输入可以是装置内的内部接口(例如，相应功能单元之间的内部信号线)。
28.放大器装置可包括用于将放大器装置连接到两个或更多个天线(例如，两个或更多个信号输入，或者两个或更多个信号输出)的连接。其可包括用于在两个或更多个天线之间进行选择的开关，例如用于从多个天线选择单个发射或接收天线以供每次使用。
29.依据另一方面，本发明提供一种无线电设备，其包括：
30.射频(rf)放大器装置；
31.rf发射器或接收器装置；
32.电连接，其用于在rf放大器装置和rf发射器或接收器装置之间传递rf电信号，
33.其中rf放大器装置包括：
34.信号输入，其用于接收rf电信号；
35.可变增益放大器，其用于放大所接收rf电信号；
36.信号输出，其用于输出经放大rf电信号；
37.串行输入，其用于接收编码自定义增益水平的串行化数据；
38.存储器，其用于存储表示自定义增益水平的数据；
39.二进制输入，其用于在第一水平和自定义增益水平之间切换放大器的增益；
40.配置逻辑，其被配置成在串行输入处接收编码自定义增益水平的串行化数据，且将表示自定义增益水平的数据存储在存储器中；以及
41.增益控制逻辑，其被配置成从存储器读取表示自定义增益水平的数据，且根据二进制输入的状态将放大器的增益设定到第一水平或设定到自定义增益水平。
42.rf发射器或接收器装置可以是rf发射器装置或rf接收器装置或rf收发器装置。rf 放大器装置的信号输入可连接到rf发射器或接收器装置，且信号输出可连接到天线。或者， rf放大器装置的信号输入可连接到天线，且信号输出可连接到rf发射器或接收器装置。放大器装置可被配置成从rf收发器装置接收rf电信号，以及将经放大rf电信号输出到rf 收发器装置。电连接可以是双向的。
43.无线电设备可包括放大器装置和rf发射器或接收器装置接合到的pcb。电连接可包括 pcb轨道。
44.无线电设备可包括处理系统，其可包括处理器和用于存储软件指令以供由处理器执行的存储器。处理系统可定位于rf发射器或接收器装置内，或例如微控制器单元(mcu)等单独的处理装置内。处理系统可被配置成例如使用处理器上执行的软件指令来控制放大器装置的二进制输入的状态。在一些实施例中，处理系统可被配置成通过响应于一个或多个条件(例如，确定设备处于特定地理区域中，或被配置成使用特定无线电协议)改变二进制输入的状态来改变放大器装置的增益。如果设备支持多个天线，则处理系统可在两个或更多个天线之间切换时改变增益。
45.替代地或另外，无线电设备可包括用于控制二进制输入的状态的机械开关，例如pcb上的双列直插型封装(dip)开关，或二进制输入可以硬连线到逻辑一或逻辑零。
46.无线电设备可包括放大器装置和发射器或接收器装置之间的串行连接。发射器或接收器装置上的处理系统可被配置成将可编码自定义增益水平的串行化数据发送到放大器装置的串行输入。然而，到rf发射器或接收器装置的串行连接不是必要的：在一些实施例中，串行输入可暂时连接到外部设备以用于将编码自定义增益水平的串行化数据发送到放大器装置(例如，在生产后校准过程期间)，且可在后续部署期间保持断开连接。这可避免需要rf发射器或接收器装置一起具有spi引脚，且避免需要无线电设备包括串行连接；这在一些情况下可以是有利的(例如，通过减小无线电设备的成本或物理大小)。因此，在一些实施例中，串行输入连接到pcb上的测试点。
47.无线电设备可包含一个或多个无线电天线(例如，多个天线，其可提供更大分集、定向性等)。在一些实施例中，放大器装置可包括内部无线电天线，在此情况下，用于输出经放大 rf电信号的信号输出可以是放大器装置内的内部输出。然而，在一些实施例中，信号输出是放大器装置的外部接口(例如，接触衬垫或引脚)，用于将经放大rf电信号输出到天线或其它外部组件。在一些实施例中，信号输入是放大器装置的外部接口(例如，接触衬垫或引脚)，用于从天线或其它外部组件接收rf电信号。
48.放大器装置可包括振荡器、平衡-不平衡转换器、电感器、开关、滤波器等。
49.放大器装置的串行输入可包括用于接收传入数据的多个引脚，且编码自定义增益水平的串行化数据可经由两个或更多个引脚或衬垫接收。然而，在优选实施例中，经由单个引脚或衬垫接收编码自定义增益水平的串行化数据。串行输入可包括用于传出数据的单独的引脚或衬垫。其可包括时钟引脚或衬垫。其可包括从属选择引脚或衬垫。串行输入可以是串行外围接口(spi)。
50.存储器可以是可重写的，例如，ram、触发器、快闪或eeprom存储器。然而，在一组优选实施例中，其包括一次可编程(otp)存储器，例如，电可编程熔丝(efuse)存储器。在装置的寿命期间，otp存储器的使用在需要配置自定义增益水平仅一次时，例如在生产后调谐阶段期间，可能是有益的；这可避免随后无意中或恶意地改变值的风险(例如，通过用户尝试违规地增加发射器输出功率高于规定的限制)。
51.二进制输入可以是衬垫或引脚。其可以是通用输入/输出(gpio)引脚。它可以是多个二进制输入中的一个，其逻辑状态一起确定放大器的增益(任选地与例如装置的内部状态等一个或多个其它状态组合)。增益控制逻辑可被配置成当二进制输入具有第一逻辑状
态(例如，逻辑0)时将放大器的增益设定到第一水平，且当二进制输入具有第二逻辑状态(例如，逻辑 1)时将放大器的增益设定到所存储的增益水平。然而，在一些实施例中，第一二进制输入在增益控制逻辑(或更一般地说，装置)处于第一状态时在第一水平和自定义增益水平之间切换增益，但在增益控制逻辑(或更一般地说，装置)处于第二状态时(例如，在装置正有效地放大信号时)并不如此切换增益。在一些装置状态中，二进制输入可执行不同功能，或完全不执行任何功能。
52.第一水平可以是恒定的，或其可取决于装置的状态，例如取决于另一二进制输入的状态或取决于增益控制逻辑的状态。第一水平可以是另一自定义增益水平，或其可以是不可配置的增益水平。
53.在一些实施例中，配置逻辑可被配置成在串行输入处接收编码第二增益水平的串行化数据，且将表示第二增益水平的相应数据存储在可以是非易失性的第二存储器(例如第二寄存器)中。在此些实施例中，至少在一些状态中，第一水平可以是所述第二增益水平。因此，二进制输入可用于在两个自定义增益水平之间方便地切换。这例如在装置可能需要在具有不同最大功率输出限制的两个不同国家或地区可用时可能是有用的；二进制输入使放大器装置能够例如经由所连接的芯片上系统装置上执行的软件或通过手动激活pcb上的dip开关而视需要在两个所存储水平之间直接双态切换。
54.一些实施例可被配置成将串行输入处接收的表示三个或更多个自定义增益水平的数据存储在相应存储器(其可以是易失性、非易失性可重写或一次写入的)中。装置可包括一个或多个另外的二进制输入，其状态可由增益控制逻辑使用以设定放大器的增益，例如在三个或更多个所存储增益水平之间进行选择。
55.通过使得能够经由串行输入配置且接着经由二进制逻辑引脚选择两个或更多个自定义增益水平，实施例可提供针对多种情形的优化的增益设定，同时允许在初始配置阶段之后简单且快速地设定所要增益水平。
56.放大器装置可支持一个或多个不可配置的增益水平。优选地，客户不可能改变这些水平。增益控制逻辑可被配置成响应于二进制输入处接收的输入将放大器的增益设定到不可配置的增益水平。这些不可配置的增益水平可硬连线，或可由存储于一个或多个非易失性存储器中的数据确定。这些存储器可以是只读(rom)，或其可以是可在生产期间例如由芯片制造商将数据写入到的一次可编程存储器。应了解，通常，此些水平将不针对一组特定最终用途条件优化，因为这些使用条件由系统集成商或其它客户确定且通常是芯片制造商未知的。尽管如此，一个或多个默认增益水平的提供可提供额外灵活性，例如，在配置增益水平不是必需的或不是所希望的情况下。装置可包括可用于将放大器的增益设定到不可配置的增益水平的一个或多个另外的二进制输入。
57.将自定义增益水平存储在非易失性存储器中的实施例还可以被配置成经由串行输入接收表示瞬时增益水平的数据。其可将表示瞬时增益水平的数据存储到易失性存储器中。如果装置复位或进行功率循环，则瞬时增益水平数据可能丢失。增益控制逻辑可被配置成在满足一个或多个条件(例如，装置处于特定状态)时将放大器的增益设定到瞬时增益水平。以此方式，长期存储的一个或多个增益水平可至少临时地由经由串行输入接收的增益水平覆写。这可提供现场修改增益的更大灵活性，例如，在一次可编程存储器中的数据中识别出错误的情况下，或在部署装置之后产生新的使用案例的情况下。
58.除提供二进制输入用于在第一水平和自定义增益水平之间切换放大器的增益外，一些实施例还使得能够响应于经由串行输入接收的命令在第一水平和自定义增益水平之间切换增益。在一些实施例中，二进制输入(和任选地一个或多个另外的二进制输入)与可经由串行输入写入的相应寄存器相关联。寄存器可以是单个位寄存器。装置可被配置成使得二进制输入的状态的改变致使相关联寄存器中的值的改变。装置可进一步被配置成使得串行输入上的命令(例如，寻址寄存器的写入命令)可致使寄存器中的值的改变。增益控制逻辑可被配置成通过读取其相关联寄存器来确定二进制输入的状态。以此方式，二进制输入和串行输入两者均可用于设定放大器的增益。这为装置的用户提供额外灵活性。
59.在一些实施例中，rf放大器装置可以被配置成用于放大rf信号以供无线电发射，以及用于放大所接收的无线电信号。rf放大器装置可包括用于放大发射路径上的信号的第一放大器，和用于放大接收路径上的信号的第二放大器。第一放大器可以是功率放大器。第二放大器可以是低噪声放大器。第一放大器可以是所述可变增益放大器，且第二放大器可以是所述可变增益放大器。所述装置可包括：第二可变增益放大器；第二存储器，其用于存储表示第二放大器自定义增益水平的数据；以及第二二进制输入，其用于在第二放大器第一水平和第二放大器自定义增益水平之间切换第二放大器的增益。配置逻辑可被配置成在串行输入处接收编码第二放大器自定义增益水平的串行化数据，且将表示第二放大器自定义增益水平的数据存储在第二存储器中。增益控制逻辑可被配置成从第二存储器读取表示第二放大器自定义增益水平的数据，且根据第二二进制输入的状态将第二放大器的增益设定到第二放大器第一水平或设定到第二放大器自定义增益水平。
60.rf放大器装置可用于提供自动增益控制。这可通过放大器装置单独改变增益水平来进行，或其可与rf发射器或接收器装置组合进行。
61.rf放大器装置可包括用于执行软件指令的通用处理器。然而，在一组优选实施例中，装置包括硬件状态机且不含任何通用处理器。配置逻辑和增益控制逻辑优选地纯粹在硬件中实施，例如使用基于晶体管的逻辑门。装置可包括实施配置逻辑和增益控制逻辑两者的控制逻辑。
62.体现本发明的放大器装置可以许多不同方式使用，其中一些已经在上文例示。在一些应用中，配置装置和操作装置可在不同时间且由不同参与者完成。
63.依据另一方面，本发明提供一种配置射频(rf)放大器装置的方法，其中所述装置包括：
64.信号输入，其用于接收rf电信号；
65.可变增益放大器，其用于放大所接收rf电信号；
66.信号输出，其用于输出经放大rf电信号；
67.串行输入，其用于接收编码自定义增益水平的串行化数据；
68.存储器，其用于存储表示自定义增益水平的数据；
69.二进制输入，其用于在第一水平和自定义增益水平之间切换放大器的增益；
70.配置逻辑，其被配置成在串行输入处接收编码自定义增益水平的串行化数据，且将表示自定义增益水平的数据存储在存储器中；以及
71.增益控制逻辑，其被配置成从存储器读取表示自定义增益水平的数据，且根据二进制输入的状态将放大器的增益设定到第一水平或设定到自定义增益水平，
72.所述方法包括：
73.将编码自定义增益水平的串行化数据输入到串行输入；以及
74.配置逻辑将表示自定义增益水平的数据存储在存储器中。
75.此方法可在生产后配置过程期间执行，例如，在放大器装置的第一次销售之后，但在组合放大器装置与rf电信号源(例如无线电收发器)的产品的第一次销售之前。
76.方法可进一步包括测量从由装置输出的经放大rf电信号产生的无线电信号的强度。其可包括基于所述测量的结果确定自定义增益水平。所述测量可在体现本发明的第一装置上执行，以确定自定义增益水平，且所确定的该自定义增益水平可存储于体现本发明的一个或多个另外的装置中。
77.依据另一方面，本发明提供一种操作射频(rf)放大器装置的方法，其中所述装置包括：
78.信号输入，其用于接收rf电信号；
79.可变增益放大器，其用于放大所接收rf电信号；
80.信号输出，其用于输出经放大rf电信号；
81.串行输入，其用于接收编码自定义增益水平的串行化数据；
82.存储器，其用于存储表示自定义增益水平的数据；
83.二进制输入，其用于在第一水平和自定义增益水平之间切换放大器的增益；
84.配置逻辑，其被配置成在串行输入处接收编码自定义增益水平的串行化数据，且将表示自定义增益水平的数据存储在存储器中；以及
85.增益控制逻辑，其被配置成从存储器读取表示自定义增益水平的数据，且根据二进制输入的状态将放大器的增益设定到第一水平或设定到自定义增益水平，
86.所述方法包括：
87.改变二进制输入的状态；以及
88.增益控制逻辑响应于二进制输入的状态的改变将放大器的增益设定到由存储于存储器中的数据表示的自定义增益水平。
89.增益控制逻辑还可响应于二进制输入的状态的改变从存储器读取表示自定义增益水平的数据。然而，这不是必要的，因为存储器中的数据可例如在启动程序期间读取且复制到易失性寄存器或以某一其它方式使用以在实际上将增益设定到自定义增益水平之前使放大器准备好设定到自定义增益水平。
90.本文所述的任何方面或实施例的特征可以在适当的情况下应用于本文所述的任何其它方面或实施例。在参考不同的实施例或实施例组时，应当理解，这些不一定是不同的而是可以重叠。
附图说明
91.现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的某些优选的实施方案，其中：
92.图1是体现本发明的无线电设备的示意图；
93.图2是体现本发明的变型无线电设备的示意图；
94.图3是无线电设备内的控制单元的示意图；
95.图4是体现本发明的放大器装置的状态图；以及
96.图5是根据本发明在配置和操作放大器装置时执行的步骤的流程图。
具体实施方式
97.图1展示由在上面安装集成电路范围扩展器3和芯片上无线电(roc)4的印刷电路板 (pcb)2组成的无线电设备1。范围扩展器3是如本文所公开的放大器装置。roc 4是rf发射器和接收器装置。
98.除放大传出无线电发射外，范围扩展器3还含有用于放大传入无线电信号的低噪声放大器(lna)。因此，范围扩展器3增加roc 4的发射范围和接收灵敏度两者。代替于将天线 5、6直接连接到roc 4，两个天线5、6改为连接到范围扩展器3的相应rf信号输出。roc 4经由pcb轨道将传出rf电信号发送到范围扩展器3的信号发射/接收(trx)输入/输出引脚7。roc 4经由相同轨道从相同引脚7接收传入rf电信号。
99.在此实施例中，范围扩展器3和roc 4是安装在pcb 2上的单独封装的芯片。然而，应理解，在其它实施例中，它们可以集成为单个半导体装置。
100.roc 4是芯片上系统(soc)装置，且包括处理器(例如，arm
tm
核心)8、存储器9和无线电设备10。无线电设备10包含用于调制和解调rf电信号的模拟和数字电路系统。存储器9存储软件以供由处理器8执行。roc 4还将包含其它常规组件，例如总线、外围设备、振荡器等，其在此处为简单起见而省略。roc 4可使用bluetooth low energy
tm
、长期演进cat
‑ꢀ
m1(lte-m)、narrowband-iot(nb-iot)或任何其它数字无线电协议支持双向通信。roc 4 可就其自身而言具有达8dbm的输出功率。
101.范围扩展器3包括实施硬件状态机的控制单元11。其还包括连接到trx引脚7的单极双掷(single-pole dual-throw，spdt)rf开关12，用于选择设定trx引脚7用于传入还是传出rf信号。第一另一spdt开关13连接到第一天线引脚(ant1)14从而产生第一天线5，而第二另一spdt开关15连接到第二天线引脚(ant2)16，从而产生第一天线6。每一天线5、6可在发射和接收之间切换。每次一个天线5、6处于作用中。当用于接收时，天线 5、6连接到范围扩展器3中的接收(rx)电路系统17。当用于发射时，天线5、6连接到范围扩展器3中的发射(rx)电路系统18。
102.接收电路系统17包含lna 17a和任选地一个或多个滤波器17b、17c。
103.发射电路系统18包含可变增益功率放大器18a，以及可包含发射驱动器、平衡-不平衡转换器和滤波器的其它任选组件18b、18c。功率放大器18a支持三十二个不同放大设定(其可包含0db旁路设定和/或一个或多个负阻尼设定)。
104.范围扩展器具有连接到控制单元11的一组九个gpio引脚19，其在下表中描述。
[0105][0106]
引脚19中的每一个通过pcb轨道连接到roc 4上的一组九个引脚20中的相应引脚。 roc 4上的gpio外围设备21通过处理器8上执行的软件支持引脚20的控制。gpio外围设备21包含对于spi通信的支持。
[0107]
范围扩展器3具有用于功率和接地连接以及用于测试目的的其它引脚，其为简单起见而省略。无线电设备1还可具有例如电源、晶体振荡器和芯片外电阻器、电容器和电感器等其它组件，其中一些可安装在pcb 2上，或可与pcb 2分离。这些为简单起见而从图1省略。
[0108]
四个引脚sck、mosi、miso和csn提供roc 4和范围扩展器3之间的双向spi串行连接。
[0109]
图2展示类似于图1的变型实施例，但其中不存在roc 4和范围扩展器3之间的spi串行连接，且范围扩展器芯片3的串行引脚改为可经由一组测试点22访问，以用于自定义增益水平的外部编程，如下文更详细地解释。并且，在此变型中，mode引脚不连接到roc 4而是改为连接到pcb 2上的机械dip开关23，这允许人们选择自定义增益水平中的所要自定义增益水平(例如，适合于设备正运送到的国家的国家法律)。并且，ant_sel引脚连接到接地使得第一天线引脚(ant1)14被永久地选择，且没有天线连接到第二天线引脚(ant2) 16。这些改变将roc 4上的gpio引脚20的数目减少六个，降至三个。当然，一些实施例可仅实施这些变化的子集。
[0110]
图3更详细地展示控制单元11，其包含控制逻辑30、spi控制器31、用户可写入otpefuse存储器32、制造商可写入otp efuse存储器33和易失性存储器34。这些示意性地表示为块，但当然可以任何适当的方式跨芯片3物理地分布。
[0111]
用户efuse存储器32包括用于存储第一5位自定义增益水平的第一寄存器，和用于存储第二5位自定义增益水平的第二寄存器。
[0112]
制造商efuse存储器33包括用于存储第一5位默认增益水平的第一寄存器，和用于存储第二5位默认增益水平的第二寄存器。
[0113]
易失性存储器34包括用于经由spi接口接收命令的易失性位字段寄存器(0x00到0x11)。
[0114]
spi控制器31位于控制逻辑30和四个spi引脚之间。其提供接口以对易失性存储器34 中的寄存器进行读取和写入，这允许roc 4上的硬件和/或软件控制范围扩展器3的特定操作。其还提供对efuse存储器32、33和易失性存储器34中的寄存器的写入存取。
[0115]
引脚tx_en、rx_en和mode中的每一个具有易失性存储器34中的相关联单个位寄存器(标记相同)，其可经由spi接口写入。这允许经由gpio引脚或spi访问相同功能性。引脚和spi控制逻辑上进行or运算。
[0116]
控制逻辑30实施本文中所公开的配置逻辑和增益控制逻辑两者，以及此处不相关的其它功能。
[0117]
控制逻辑30控制开关12、13、15和范围扩展器3的其它动态组件。值得注意的是，其控制功率放大器18a的增益。
[0118]
图4是控制逻辑30的状态图。
[0119]
在断电状态40中，装置3断电且所有模块被停用。
[0120]
在编程状态41中，装置3可被配置和设定为其它状态。
[0121]
在uicr(用户信息配置寄存器)编程状态42中，用户限定的自定义值可写入到用户 efuse存储器32和易失性存储器34。确切地说，第一和第二自定义增益水平可写入(一次) 到用户efuse存储器32中的第一和第二寄存器。并且，易失性存储器34中的两个单个位易失性寄存器中的每一个可被写入以在默认和自定义增益值之间进行预选。一个寄存器 (pouta_sel＝功率输出a选择)在第一默认增益值和第一自定义增益值之间进行预选。其它寄存器(poutb_sel＝功率输出b选择)在第二默认增益值和第二自定义增益值之间进行预选。
[0122]
在接收状态43中，启用穿过接收电路系统17的接收路径，且撤销激活发射路径。
[0123]
在发射状态44中，启用穿过发射电路系统18的发射路径，且撤销激活接收路径。
[0124]
可从且仅从编程状态41进入其它状态中的每一个。状态转变由引脚pdn、rx_en和 tx_en以及易失性存储器34中的spi寄存器0x00、0x01、0x04和0x05中的位字段控制，如图4中所指示。
[0125]
一旦用户可写入自定义增益水平中的一个或两个已经写入到用户efuse寄存器32，roc 4就可在控制单元处于编程状态41时使用mode引脚在第一和第二预选增益水平之间进行选择，其中第一预选增益水平可以是第一默认增益水平或第一自定义增益水平，且其中第二预选增益水平可以是第二默认增益水平或第二自定义增益水平。这在下表中展示。
[0126][0127]
发射(tx)模式中的输出功率可使用引脚控制或spi接口来配置。为了经由引脚配置tx 输出功率，可使用来自引脚或寄存器0x00的mode控制将功率控制设定到两个预设值中的一个。
[0128]
当前发射增益存储于易失性存储器34中的寄存器tx_gain中。当从断电唤醒时预设值从efuse 32、33初始化，且使用这些值在mode引脚控制在编程模式41中改变时更新发射增益(tx_gain)值。初始化值可以是芯片生产校准中设定的那些值，或其可以是写入到用
户 efuse存储器32中的寄存器的预设值。
[0129]
spi接口也可用于控制tx功率。在发射模式44中，通过经由spi将增益值直接写入到寄存器0x00 tx_gain字段来配置tx增益。spi写入将始终覆写初始化值。
[0130]
范围扩展器芯片3在其寿命期间将经历若干阶段。
[0131]
在生产阶段中，芯片制造商将执行一些初始校准，且将一些调谐值存储到制造商efuse 存储器33。然而，第一和第二默认增益水平将通常跨所有芯片如此设定。
[0132]
系统集成商将接收一批范围扩展器芯片3且将其与roc 4和pcb 2上的其它组件集成，且将使范围扩展器3连接到一个或多个天线5、6，并将所述范围扩展器安装在产品(例如，无线恒温器)中。
[0133]
在针对此集成的设计阶段期间，系统集成商将安装范围扩展器芯片3，且将对由天线5、 6发射的无线电信号的强度执行测量。这些将用于计算一个或两个自定义发射增益水平。
[0134]
在针对该批芯片3的生产后处理阶段中，集成商将经由spi接口将所计算的自定义值写入到每个范围扩展器芯片3的用户efuse存储器33。所述一个或多个自定义增益水平可成批地写入到每个芯片3(例如，基于测试来自批量的仅一个芯片)，或可个别地校准批量中的每一芯片3使得增益水平可在芯片间不同。个别校准可允许集成商校正产品中的产品间制造变化。
[0135]
自定义增益水平可使用暂时连接到芯片3的外部spi导线写入。在此些情况下，有可能在一些实施例中，在范围扩展器芯片3和roc 4之间不具有任何spi连接，这可降低成本。因而，roc 4不必具有任何spi引脚。或者，每一设备1的roc 4可以用固件编程，所述固件致使roc 4在无线电设备1首次通电时经由spi连接将自定义增益水平写入到范围扩展器芯片3。
[0136]
一旦自定义增益水平已经存储于每一芯片3的efuse存储器33中，它们就无法改变。
[0137]
在部署设备之后，发射增益可通过roc 4指示经由spi接口的适当写入而在第一默认值、第一自定义值、第二默认值和第二自定义值中的任一个之间切换。然而，可通过roc 4简单地双态切换mode引脚的状态来更快速地执行第一和第二自定义增益水平之间(或第一和第二默认增益水平之间)的切换。
[0138]
在一些实施例中，接收电路系统17中的lna 17a的增益也可以是可变的。其可支持可经由spi接口配置的一个或多个自定义接收增益水平。范围扩展器芯片3可提供一个或多个易失性寄存器，用于经由spi接口在两个或更多个接收增益水平之间进行预选。芯片3可被配置成使得mode引脚或另一引脚在芯片3处于接收状态43时在两个接收增益水平(其可以是默认或自定义水平)之间双态切换。
[0139]
在一些实施例中，roc 4可取决于哪一天线5、6正用于发射(或接收)无线电信号而在两个不同增益水平之间切换。roc 4可简单地通过改变mode引脚的状态来方便地进行此操作。
[0140]
图5概括生产后处理和部署期间实行的步骤。在配置步骤50中，roc 4经由spi接口将第一和第二自定义增益水平写入到用户efuse寄存器32。在预选步骤51中，roc 4将易失性pouta_sel位寄存器和易失性poutb_sel位寄存器均设定到“1”以预选自定义增益水平，
而不使用默认增益水平。在增益切换步骤52中，roc 4双态切换mode引脚的状态以便视需要在第一和第二自定义增益水平之间双态切换。
[0141]
假想数据的下表展示可如何使用自定义增益水平来确保无线电设备设计1的例项的输出功率可更精确地达到所要值，在此实例中为10dbm和20dbm。范围扩展器芯片3中的制造商设定的默认增益水平既定提供这些输出功率，但不一定是准确的，这是归因于过程和设计变化和/或归因于终端产品的差异的缘故。
[0142]
展示三个不同无线电设备#1、#2、#3的数据。在此实例中，对于所有三个范围扩展器芯片3，制造商的默认增益水平针对20dbm输出功率设定在“19”，且针对10dbm输出功率设定在“7”。相应输出功率(pout)在相应“默认pout”列中展示。可以看出，制造商对范围扩展器芯片3的校准可能不准确和/或不适合于特定最终产品设置，从而导致实际输出功率不正好是10dbm和20dbm。
[0143]
用户(例如，集成商)可因此对整个设备1执行校准，且存储每一芯片3上的经校正自定义增益水平，以便使输出功率在最终产品设置1中达到所要水平。如表中可以看出，用户增益水平的值可通常在无线电设备间变化，如由“用户”列中的不同值所展示。然而，用户自定义允许相应“用户pout”输出功率值更精确地达到10dbm和20dbm水平的所要值。
[0144][0145]
本领域的技术人员应当理解，本发明已经通过描述其一个或多个具体实施例来说明且不限于这些实施例；在所附权利要求的范围内，许多变化和修改是可能的。