專利名稱：正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理和通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及消除IQ兩路信號(hào)幅度失配的電路設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
如果要解調(diào)頻率調(diào)制和相位調(diào)制的信號(hào)，通常要使用正交解調(diào)的方式，以解出信號(hào)所含的頻率和相位信息。調(diào)制信號(hào)被本地正交振蕩信號(hào)下變頻至基帶，分成I、Q兩路(分別代表信號(hào)的實(shí)部和虛部)處理，變成數(shù)字信號(hào)。本地振蕩信號(hào)正交輸出的不匹配，I、Q兩路在制造過程中產(chǎn)生的器件失配，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致I、Q兩鏈路信號(hào)的幅度失配，影響模數(shù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確。圖1所給出的是一個(gè)常見的零中頻正交解調(diào)接收機(jī)。接收到的射頻調(diào)制信號(hào)被低噪聲放大器(LNA)放大，分成IQ兩路被混頻器(Mixer)下變頻至基帶信號(hào)，再分別經(jīng)過濾波器(LPF)、可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、低通濾波器(LPF)進(jìn)行處理，最后送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其中本地振蕩器(LO)輸出正交信號(hào)，頻率與射頻信號(hào)的中心頻率相等。以此為例，可說明I、Q兩路信號(hào)幅度失配的問題，圖中，如果本地振蕩器(LO)輸出的正交信號(hào)幅度不匹配，或者由于工藝的偏差，使得正交兩鏈路(圖1中的I路，Q路)上器件失配，這些就會(huì)造成基帶信號(hào)的幅度失配。
現(xiàn)在的CMOS工藝中，如果嚴(yán)格的考慮電路版圖的對(duì)稱，依然只能將幅度失配控制在0.5dB范圍內(nèi)。無論產(chǎn)生的原因怎樣，如果輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的兩路正交信號(hào)幅度不匹配，會(huì)大大提高接收機(jī)的誤碼率和誤包率。
目前解決幅度失配的方案，主要是通過版圖匹配來盡量減小。但由于工藝偏差總是存在，不能根本解決幅度失配的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，能夠較好的解決接收機(jī)中正交信號(hào)的幅度失配問題。且具有提高工藝容差，降低通訊誤碼率的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括分別連接在正交信號(hào)通路的I路和Q路信號(hào)輸出端的兩個(gè)功率檢測(cè)器，用于分別檢測(cè)I、Q兩路的輸出功率；一個(gè)同時(shí)與該兩個(gè)功率檢測(cè)器的輸出端相連的減法器，用于計(jì)算I路和Q路的功率之差；一個(gè)與該減法器的輸出端相連的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生I路和Q路VGA的增益控制信號(hào)，以此調(diào)整VGA的增益，使I、Q兩路輸出信號(hào)功率相等。
本發(fā)明的特點(diǎn)及技術(shù)效果本發(fā)明用電路方式測(cè)量并消除IQ兩路信號(hào)的幅度失配，比之傳統(tǒng)的完全靠版圖匹配實(shí)現(xiàn)匹配，更能有效的消除失配，更具有可靠性。幅度失配由傳統(tǒng)的0.5dB提高到0.1dB?？梢詮V泛應(yīng)用于正交解調(diào)鏈路。


圖1為常見的零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的消除信號(hào)幅度失配的電路總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明消除正交信號(hào)幅度失配電路的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器(VcGen)的一個(gè)電路實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配的電路結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)明首先利用功率檢測(cè)模塊檢測(cè)兩路基帶可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)的輸出功率，計(jì)算差值，從而得到幅度失配的一個(gè)度量，接著利用這個(gè)度量調(diào)整兩路VGA的增益使之達(dá)到輸出功率相等。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明消除信號(hào)幅度失配的電路總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。I、Q兩路的VGA輸出分別送入功率檢測(cè)器(power detector，PD)，兩PD檢測(cè)出的功率值經(jīng)過減法器(Minus)得到差值送入VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器(VcGen)，該VcGen根據(jù)這個(gè)差值產(chǎn)生及調(diào)整兩路的VGA增益控制信號(hào)Vc(圖中的Vci和Vcq)。使電路平衡，I、Q兩路的VGA輸出相等。
本發(fā)明的工作原理假定I、Q兩路信號(hào)幅度相等(即功率相等)，VcGen此時(shí)是零輸入，其直流輸出電壓作為VGA的增益控制信號(hào)。若假定I、Q兩路信號(hào)幅度不相等，則用I、Q兩路信號(hào)功率的差值(正比于幅度的差值)調(diào)整VcGen的直流輸出，達(dá)到使I、Q兩路信號(hào)幅度相等的VGA的輸出功率的要求。
下面詳細(xì)說明各個(gè)部分的電路實(shí)施例結(jié)構(gòu)及其原理。
圖3是消除正交信號(hào)幅度失配電路的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。I路VGA輸出分為兩路，一路經(jīng)過平方器(圖中標(biāo)為^2)；另一路先經(jīng)過90°相移器，再進(jìn)入平方器。兩個(gè)平方器輸出的信號(hào)作為輸入經(jīng)過加法器(圖中標(biāo)為+)，加法器輸出即為I路信號(hào)功率(|I(t)|2)。同樣的，Q路信號(hào)經(jīng)過相同的器件輸出為Q路信號(hào)功率((|Q(t)|2)。I路信號(hào)功率(|I(t)|2)和Q路信號(hào)功率((|Q(t)|2)作為輸入進(jìn)入減法器(Minus)，輸出為兩功率之差(正比于幅度之差)，最后這個(gè)差值作為輸入進(jìn)入VGA控制信號(hào)發(fā)生器(VcGen)。
圖2中的每個(gè)功率檢測(cè)器(PD)的實(shí)施例包括兩個(gè)平方器、一個(gè)90°相移器和一個(gè)加法器，其中第一個(gè)平方器的輸入端直接與I或Q路信號(hào)輸出端相連，第二個(gè)平方器的輸入端通過一個(gè)90°相移器再與I或Q路信號(hào)輸出端相連，該兩個(gè)平方器的輸出端均與一個(gè)加法器相連。本實(shí)施例的90°相移電路和平方器均為常規(guī)技術(shù)，在普通的模擬電路書中皆可查到，本實(shí)施例的減法器(Minus)其實(shí)就是加法器的一種，也可以查到。
這部分電路的原理闡述如下考慮I、Q兩路信號(hào)幅度失配，可以將I、Q兩路的VGA輸出信號(hào)分別表示為I(t)＝Re{Am·ej(ωt+θ)} (1)Q(t)＝Re{(Am+ΔAm)·ejπ/2·ej(ωt+θ)} (2)ΔAm表示幅度失配的程度。
圖3中，I，Q兩路信號(hào)都要經(jīng)過90°相移，再與原信號(hào)平方求和，這就是圖2中的功率檢測(cè)部分(PD)。可以得到I路Re{Am·ej(ωt+θ)}2+Re{Am·ejπ/2ej(ωt+θ)}2＝Am2(3)Q路Re{(Am+ΔAm)·ejπ/2·ej(ωt+θ)}2+Re{(Am+ΔAm)·ejπ·ej(ωt+θ)}2＝(Am+ΔAm)2(4)通過減法電路將兩個(gè)結(jié)果相減，(4)-(3)(Am+ΔAm)2-Am2＝2AmΔAm+ΔAm2≈2Am·ΔAm(5)一般的，Am＞＞ΔAm。
這樣，VcGen的輸入是一個(gè)被放大了2Am倍的幅度誤差ΔAm。VcGen由此輸出分別控制I路和Q路VGA的增益控制信號(hào)Vci和Vcq。達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)該滿足ΔAm＝0。
圖4為本發(fā)明的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器(VcGen)的一個(gè)實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)示意圖。VcGen包括兩個(gè)加法器(本實(shí)施例可采用一個(gè)加法器和一個(gè)減法器，圖中表明其輸入極性)，四個(gè)壓控電流源(本實(shí)施例可采用兩個(gè)PMOS管和兩個(gè)NMOS管實(shí)現(xiàn))以及低通濾波器(本實(shí)施例可采用電容實(shí)現(xiàn))。其連接關(guān)系為圖2中減法器的輸出端與兩個(gè)加法器的第一輸入端相連(兩個(gè)加法器的第一輸入極性相反)，VcGen的輸出端Vci和Vcq與兩個(gè)加法器的第二輸入端相連，兩個(gè)加法器的輸出端分別與兩組壓控電流源的控制端(即圖中MOS管的柵極)相連。每組壓控電流源由并聯(lián)兩個(gè)壓控電流源組成，(本實(shí)施例是一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管組成一組壓控電流源，其中兩管的漏端相連并作為輸出端，兩管的柵極同時(shí)與加法器的輸出端相連，PMOS管的源端接電源，NMOS管的源端接地)。每組壓控電流源的輸出與低通濾波器(圖中以電容實(shí)現(xiàn))的輸入相連，兩個(gè)低通濾波器的輸出作為VcGen的輸出Vci和Vcq。這兩個(gè)輸出電壓端外接到I、Q兩路上VGA的增益控制端。
上述的加法器、壓控電流源、低通濾波器，均為常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的模擬電路形式，皆可從書中查到。
這部分電路原理闡述如下跟蹤ΔAm的變化，達(dá)到平衡條件ΔAm＝0，VcGen模塊必須實(shí)現(xiàn)這樣的功能。如圖4所示。假定VGA輸出信號(hào)對(duì)增益控制信號(hào)Vc的函數(shù)是單調(diào)增函數(shù)。如果ΔAm＞0，那么Vci上升，I路VGA輸出信號(hào)加強(qiáng)；Vcq下降，Q路VGA輸出信號(hào)減弱，直至ΔAm＝0。反之亦然。
本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用的實(shí)例說明如下圖5為應(yīng)用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的零中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。接收到的射頻調(diào)制信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器(LNA)放大，分成IQ兩路被混頻器(Mixer)下變頻至基帶信號(hào)，相乘的信號(hào)為本地振蕩器(LO)輸出的正交信號(hào)，其頻率與射頻信號(hào)的中心頻率相等。之后分別經(jīng)過濾波器(LPF)，被可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)放大。I、Q兩路VGA的輸出會(huì)被調(diào)整至完全相等。它們首先經(jīng)過功率檢測(cè)器(PD)計(jì)算出功率，再相減得到功率差值，VcGen模塊根據(jù)找個(gè)差值調(diào)整VGA的輸出，使之相等。最后IQ兩路信號(hào)經(jīng)過低通濾波器(LPF)，送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
由上所述，這樣一個(gè)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠消除正交信號(hào)幅度失配，對(duì)于接收機(jī)的性能提高極有幫助。
權(quán)利要求
1.一種正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，其特征在于，包括分別連接在正交信號(hào)通路的I路和Q路信號(hào)輸出端的兩個(gè)功率檢測(cè)器，用于分別檢測(cè)I、Q兩路的輸出功率；一個(gè)同時(shí)與該兩個(gè)功率檢測(cè)器的輸出端相連的減法器，用于計(jì)算I路和Q路的功率之差；一個(gè)與該減法器的輸出端相連的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生I路和Q路VGA的增益控制信號(hào)，以此調(diào)整VGA的增益，使I、Q兩路輸出信號(hào)功率相等。
2.如權(quán)利要求1所述的正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，其特征在于，所述的功率檢測(cè)器包括兩個(gè)平方器、一個(gè)90°相移器和一個(gè)加法器，其中第一個(gè)平方器的輸入端直接與I或Q路信號(hào)輸出端相連，第二個(gè)平方器的輸入端通過一個(gè)90°相移器再與I或Q路信號(hào)輸出端相連，該兩個(gè)平方器的輸出端均與一個(gè)加法器相連。
3.如權(quán)利要求1所述的正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，其特征在于，所述的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器包括兩個(gè)加法器、四個(gè)壓控電流源以及低通濾波器；其連接關(guān)系為兩個(gè)加法器的第一輸入端與減法器的輸出端相連，該兩個(gè)加法器的第一輸入極性相反，VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器兩個(gè)的輸出端分別與兩個(gè)加法器的第二輸入端相連，兩個(gè)加法器的輸出端分別與兩組壓控電流源的控制端相連；每組壓控電流源由并聯(lián)兩個(gè)壓控電流源組成，每組壓控電流源的輸出與低通濾波器的輸入相連，兩個(gè)低通濾波器的輸出端外接到I、Q兩路上VGA的增益控制端。
4.如權(quán)利要求3所述的正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，其特征在于，所述的一組壓控電流源由一個(gè)PMOS管和一個(gè)NMOS管組成，其中該兩MOS管的漏端相連并作為輸出端，兩MOS管的柵極同時(shí)與加法器的輸出端相連，PMOS管的源端接電源，NMOS管的源端接地。
全文摘要
本發(fā)明屬于模擬信號(hào)處理和通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及正交信號(hào)通路上消除信號(hào)幅度失配電路，包括分別連接在正交信號(hào)通路的I路和Q路信號(hào)輸出端的兩個(gè)功率檢測(cè)器，用于分別檢測(cè)I、Q兩路的輸出功率；一個(gè)同時(shí)與該兩個(gè)功率檢測(cè)器的輸出端相連的減法器，用于計(jì)算I路和Q路的功率之差；一個(gè)與該減法器的輸出端相連的VGA控制信號(hào)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生I路和Q路VGA的增益控制信號(hào)，以此調(diào)整VGA的增益，使I、Q兩路輸出信號(hào)功率相等。本發(fā)明能夠較好的解決接收機(jī)中正交信號(hào)的幅度失配問題。且具有提高工藝容差，降低通訊誤碼率的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B1/10GK1571286SQ20041003772
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者李永明, 范俊, 廖青 申請(qǐng)人:清華大學(xué)