專利名稱：用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信收發(fā)裝置，尤其涉及一種無線通信發(fā)射機中消除本振泄漏的裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)在通信系統(tǒng)的發(fā)射機設(shè)計中，為了降低設(shè)備成本和減小器件的形狀因子，形狀因子就是器件的大小或尺寸，通常的實施方法是提高芯片的集成度和減少片外元件的個數(shù)。用零中頻的方案來設(shè)計通信系統(tǒng)的發(fā)射機，可以在提高芯片集成度的同時降低片外元件的個數(shù)。但是，在零中頻發(fā)射機中，存在一個嚴重的問題，就是必須要消除固有的本振泄漏。零中頻發(fā)射機的本振泄漏如圖1所示，這主要是電路固有的直流失調(diào)特性引起。而根據(jù)無線通信協(xié)議(如IEEE802.11 WLAN的協(xié)議)，大的本振泄漏將對整個通信系統(tǒng)性能造成很大影響，例如產(chǎn)生高的誤碼率，通信中斷和通信干擾等。
在通?；蛟缙诘耐ㄐ畔到y(tǒng)發(fā)射機的設(shè)計中，通常用兩級上變頻的方式實現(xiàn)，如圖2所示，避免了本振的泄漏問題。其原因如下首先，基帶信號f0和中頻本振L01在第一級混頻器進行混頻后獲得輸出信號的頻率為fo+L01；然后，與第二個中頻本振L02在第二個混頻器中進行混頻，獲得輸出信號的頻率為fo+L01+L02，最后，經(jīng)過功率放大器發(fā)射輸出射頻信號，其頻率仍然為f0+L01+L02。這里，兩個本振信號分別是L01和L02，如果其發(fā)生泄漏，也只是在該兩個頻點，與最終輸出的射頻信號f0+L01+L02在頻率上有很大的差距，所以，本振泄漏信號不會影響有用的射頻輸出信號，也即避免了本振的泄漏問題。但是，該方式卻存在高成本和大形狀因子的問題，因為需要更多的本振信號產(chǎn)生電路和混頻器。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠準確消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、占用的芯片面積小。
本發(fā)明具體是這樣實現(xiàn)的一種用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，包括耦合電容用于檢測本振泄漏信號；功率檢測電路將本振泄漏信號整形成一個標識信號幅度大小的電壓信號；可編程的遲滯比較器將整形后的電壓信號與預設(shè)的參考電壓進行比較，輸出邏輯信號；數(shù)字信號處理電路根據(jù)輸出的邏輯信號，輸出控制信號；可編程的電流源或電流沉電路在數(shù)字信號處理電路的控制下，輸出消除本振泄漏的校正電流信號；耦合電容連接在無線通信發(fā)射機中混頻器的輸出信號鏈路上，輸出信號經(jīng)過耦合電容檢測和功率檢測電路整形后，形成電壓信號，和預設(shè)的參考電壓在可編程的遲滯比較器中進行比較，數(shù)字信號處理電路根據(jù)比較結(jié)果的邏輯值輸出控制信號，可編程的電流源或電流沉電路在控制信號的控制下，將消除本振泄漏的校正電流信號輸出到無線通信發(fā)射機中的基帶模擬信號處理電路上。
按上述方案，在無線通信發(fā)射機中混頻器的兩路輸出信號鏈路上都連接了耦合電容，以維持差分電路的平衡。
按上述方案，還包括一個固定增益放大器，連接在耦合電容和功率檢測電路之間，用于放大耦合電容檢測到的本振泄漏信號。
按上述方案，還包括一個系統(tǒng)時鐘，用于控制和同步可編程的遲滯比較器和數(shù)字信號處理電路的工作。
按上述方案，數(shù)字信號處理電路還輸出另一控制信號，用于控制可編程的遲滯比較器的遲滯窗口的大小。
按上述方案，數(shù)字信號處理電路將可編程的遲滯比較器的遲滯窗口的初始窗口值設(shè)置為最小值。
按上述方案，上述最小值根據(jù)具體要求來確定，可以為10mV。
由于采用了上述裝置，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明用簡單的電路實現(xiàn)本振泄漏信號的檢測，用可編程控制的判決門限以及優(yōu)化的遍歷搜索算法實現(xiàn)本振泄漏的消除，達到的效果如圖7所示。因此，本發(fā)明使用了較少的本振泄漏信號檢測器件和本振泄漏消除器件，結(jié)構(gòu)簡單、占用的芯片面積小，能夠準確消除無線通信發(fā)射機中的本振泄漏。


圖1是零中頻發(fā)射機的本振泄漏示意圖；圖2是用兩級上變頻的方式避免本振泄漏結(jié)構(gòu)框圖；圖3是普通零中頻發(fā)射機的元器件結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明的本振泄漏信號檢測電路和本振泄漏消除電路結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明的直流失調(diào)補償原理示意圖；圖6是D0-Dn值的變化與本振泄漏值的對應關(guān)系圖；圖7是本發(fā)明所達到的效果示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施過程作進一步的說明通常，零中頻發(fā)射機的元器件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，主要由基帶模擬信號處理電路、混頻器、正交本振信號產(chǎn)生電路和預放大器等組成?；鶐M信號處理電路的主要功能是對基帶送出的基帶模擬信號進行信號濾波，并根據(jù)發(fā)射功率的需求情況調(diào)整輸入到混頻器的基帶信號的大??；混頻器的功能是把基帶信號的頻譜搬移到所需要的射頻頻率點上。所需要的射頻頻率點是由正交本振信號產(chǎn)生電路輸出的信號所決定，正交本振信號產(chǎn)生電路所輸出的本振頻率是受基帶控制的。預放大器的功能是把搬移到所需要的射頻頻率點的信號進行放大，驅(qū)動功率放大器，最后由天線把信號發(fā)射出去。其具體的工作過程是基帶輸入正交兩路基帶差分信號Vin_I+、Vin_I-和Vin_Q+、Vin_Q-，分別經(jīng)過相同的基帶模擬信號處理電路，產(chǎn)生I路差分信號(Vi+、Vi-)和Q路差分信號(Vq+、Vq-)分別輸入到混頻器I和混頻器Q；正交本振信號產(chǎn)生電路也分別輸出正交本振信號I和Q到混頻器I和混頻器Q；兩個混頻器把混頻以后的信號相加產(chǎn)生差分射頻信號Pout和Nout；信號Pout和Nout在經(jīng)過預放大器后就產(chǎn)生射頻輸出信號Vout，可以直接通過天線發(fā)射出去或者根據(jù)需要再驅(qū)動功率放大器，然后再用天線發(fā)射出去。
如果不采取措施消除器件固有的直流失調(diào)和器件失配等因素所引起的本振泄漏問題，射頻輸出信號Vout的信號頻譜將如圖1所示，最終導致通信性能下降或者導致通信中斷。為此，需要設(shè)計消除本振泄漏的電路，以實現(xiàn)通信系統(tǒng)的完好。
本發(fā)明中用簡單的電路實現(xiàn)本振泄漏信號的檢測，用可編程控制的判決門限以及優(yōu)化的遍歷搜索算法實現(xiàn)本振泄漏的消除。圖4為本發(fā)明的本振泄漏信號檢測電路和本振泄漏消除電路結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明中本振泄漏信號檢測電路和本振泄漏消除電路的工作原理如下一般情況下，在無線通信發(fā)射機啟動和處于待機狀態(tài)時，圖3中正交本振信號產(chǎn)生電路是工作的，利用這段時間，就可以用圖4的電路來檢測本振信號的泄漏，具體就是在發(fā)射機中混頻器的輸出信號鏈路上用耦合電容來檢測本振泄漏信號。通過固定增益放大器把檢測到的本振泄漏信號放大，然后用功率檢測電路檢測，接著用可編程的遲滯比較器來判斷本振泄漏信號的有無，進而用數(shù)字信號處理電路根據(jù)可編程的遲滯比較器輸出的結(jié)果，控制可編程的電流源或電流沉電路輸出適當?shù)碾娏餍盘朓p、In、Qp和Qn；電流信號Ip、In、Qp和Qn連接到圖3的基帶模擬信號處理電路，用于糾正器件固有的直流失調(diào)和器件失配等因素引起的本振泄漏。之所以可以肯定這時檢測到的是本振泄漏信號，是因為通過控制可以實現(xiàn)在這個時候只有正交本振信號輸入到了混頻器，圖3中的基帶信號的輸入是0。所以，這時要是檢測到射頻信號，就一定是因為器件直流失調(diào)和器件失配等原因所引起的本振泄漏信號。
本發(fā)明的本振泄漏信號的檢測和本振泄漏的消除的過程如下在無線通信發(fā)射機待機或者剛剛開機的情況下，使得圖3中的正交本振信號產(chǎn)生電路、發(fā)射機鏈路(包括I路和Q路的基帶模擬信號處理電路，I路和Q路的混頻器以及預放大器)以及本發(fā)明的本振泄漏信號檢測和本振泄漏消除電路工作，但是，這時發(fā)射機的基帶輸入信號為0。這樣，如果混頻器的輸出信號Pout或Nout存在射頻信號，那么肯定可以判定這些信號就是直流失調(diào)和器件失配等原因引起的本振泄漏信號。按照本發(fā)明，只要檢測混頻器輸出信號Pout或Nout中的任意一路信號就可以了。但是，為了維持差分電路的平衡，也即為了使得差分電路的負載一致，所以在信號Pout和Nout兩端都連接了檢測本振泄漏的耦合電容。事實上，經(jīng)過耦合電容之后，之后的電路對信號Pout和Nout的差分特性影響很小。圖4中所示是檢測信號Nout，經(jīng)過耦合電容C后，為了更好的實現(xiàn)本振泄漏的消除，本發(fā)明加入固定增益放大器放大檢測到的信號，檢測到的本振泄漏信號經(jīng)過固定增益放大器放大，然后到達功率檢測電路，功率檢測電路把固定增益放大器放大的本振泄漏信號整形成一個標識信號幅度大小的電壓Vdet，然后，Vdet和預設(shè)的參考電壓Vref在可編程的遲滯比較器中進行比較，輸出邏輯信號Vdec，該信號輸入到數(shù)字信號處理電路，數(shù)字信號處理電路根據(jù)Vdec的邏輯值輸出控制信號到可編程的電流源或電流沉電路，進而由可編程的電流源或電流沉電路輸出消除本振泄漏的校正電流Ip、In、Qp和Qn。系統(tǒng)時鐘clk(可以是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，也可是系統(tǒng)外部供給的時鐘)是用于控制和同步可編程遲滯比較器和數(shù)字信號處理電路的工作。數(shù)字信號處理電路還輸出控制信號Vctrl，用于控制可編程的遲滯比較器的遲滯窗口的大小。
直流失調(diào)和器件失配等原因引起的本振泄漏可以等效為差分電路的直流失調(diào)所引起的，例如，設(shè)圖3中基帶模擬信號處理電路輸入的差分信號Vin_I+和Vin_I-之間沒有直流失調(diào)，由于基帶模擬信號處理電路的內(nèi)部的器件失配等引起其輸出的差分信號Vi+和Vi-之間出現(xiàn)了直流失調(diào)Vx，也即Vi+和Vi-之間的直流電平存在Vx的差異。這時，可以等效為Vin_I+和Vin_I-之間有直流失調(diào)Vy，而基帶模擬信號處理電路的內(nèi)部的器件完全匹配，基帶模擬信號處理電路輸出的差分信號Vi+和Vi-之間出現(xiàn)同樣的直流失調(diào)Vx。也就是說，在級聯(lián)的電路中，如果電路W節(jié)點的差分信號存在直流失調(diào)，只要補償W節(jié)點之前任一個節(jié)點Y的差分信號，就可以獲得對W節(jié)點差分信號的直流失調(diào)的消除。所以，為了消除本振泄漏，可以通過使用補償直流失調(diào)的方法達到消除本振泄漏的目的。其補償原理如圖5所示。其具體在本振泄漏消除中的工作原理如下圖5中的電流沉In、Ip、Qn和Qp是通過圖4中的數(shù)字信號處理電路輸出的數(shù)字信號D0-Dn控制的。通過改變D0-Dn的值，就可以相應的分別改變In、Ip、Qn和Qp的電流值的大小。例如D0-D3用于控制In的電流從0-Iopt；D4-D7控制Ip的電流從0-Iopt；D8-D11控制Qn的電流從0-Iopt；D12-D15控制Qp的電流從0-Iopt。從圖5可知，通過改變In、Ip、Qn和Qp電流值的大小就可以補償正交兩路(圖3中的I路(Vi+、Vi-)和Q路(Vq+、Vq-))差分信號的直流失調(diào)。
如何正確的產(chǎn)生控制電流沉In、Ip、Qn和Qp的數(shù)字控制信號D0-Dn，是數(shù)字信號處理電路通過算法實現(xiàn)的。數(shù)字信號處理電路的算法和原理描述如下數(shù)字信號處理電路的算法
1)啟動圖3中的正交本振信號產(chǎn)生電路，使得正交本振信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生正交本振信號I和Q分別到混頻器I和混頻器Q，如圖3所示；2)啟動無線通信發(fā)射機工作，設(shè)置發(fā)射機的基帶輸入信號Vin_I+、Vin_I-和Vin_Q+、Vin_Q-都為0；3)設(shè)置可編程的遲滯比較器的窗口最小，如圖4和圖5所示，遲滯比較器的初始窗口值為最小，這樣做的目的是可以搜索到最優(yōu)值。原因是對應D0-Dn的所有值，以本振泄漏最小為目標的最優(yōu)值可能存在多個谷點，如圖6所示，例如可能出現(xiàn)A、B、C和D四個谷點，如果記錄對應D0-Dn每個數(shù)值的Vdet的值，肯定可以獲得一個最優(yōu)的值，但是在實現(xiàn)上將可能比較復雜，需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和存儲器RAM或ROM。為了簡化，同時獲得最優(yōu)值，可通過設(shè)置遲滯比較器的初始窗口值為最小，該最小值根據(jù)系統(tǒng)的具體要求來確定，例如設(shè)定最小值為10mV，根據(jù)搜索的情況逐步放大遲滯比較器的窗口值。遲滯比較器的遲滯窗口可以通過數(shù)字信號處理電路來設(shè)置，例如，遲滯窗口的大小可以是2mV，4mV，8mV，…200mV等。
4)設(shè)置數(shù)字控制字D0-Dn全為0，相應的In，Ip，Qn和Qp電流值也為0；通過耦合電容C、固定增益放大器和功率檢測電路檢測這時混頻器的輸出信號Pout或Nout，如果檢測到信號，則必定是本振泄漏信號，也即，這時信號Pout或Nout的幅度大小就表示本振泄漏信號的大?。?)設(shè)功率檢測電路輸出的信號為Vdet，Vdet和參考電壓Vref(該參考電壓值相當于一個直流偏置值，可以根據(jù)具體系統(tǒng)和電路的結(jié)構(gòu)來確定，這里，該值相當于本振泄漏為0時Vdet的值，也即遲滯窗口為0時的值)輸入到可編程的遲滯比較器；6)如果遲滯比較器的輸出為高，表示存在本振泄漏比當前設(shè)置的遲滯窗口大，需要修正，給D0-Dn的值加1；如果比較器的輸出為低，表示這時的本振泄漏比當前設(shè)置的遲滯窗口小，同樣，給D0-Dn的值加1；7)以滑動連續(xù)三個D0-Dn值對應的遲滯比較器的輸出來判定本振泄漏消除是否達到最優(yōu)值；例如，當前連續(xù)三個D0-Dn的值為10、11和12(滑動連續(xù)是指下一個連續(xù)三個D0-Dn值為11、12和13)，若其分別對應的遲滯比較器的輸出為101、000、100和001，那么，就表示這時達到一個谷點。因為遲滯比較器的初始值窗口值為最小，那么，這時對應的谷點，就可以認為是最優(yōu)值，自動搜索過程結(jié)束；如果連續(xù)三個D0-Dn的值為10、11和12，其分別對應的遲滯比較器的輸出為111、110、010和011，那么，D0-Dn的值加1，從6)重新開始；8)如果遍歷所有的D0-Dn的值，都沒有發(fā)現(xiàn)一個谷點，那么，把遲滯窗口比較器的窗口值調(diào)大一擋，從4)重新開始。
通過上述裝置，可最終使無線通信發(fā)射機中的本振泄漏信號得以消除或者抑制。
權(quán)利要求
1.一種用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，包括耦合電容用于檢測本振泄漏信號；功率檢測電路將本振泄漏信號整形成一個標識信號幅度大小的電壓信號；可編程的遲滯比較器將整形后的電壓信號與預設(shè)的參考電壓進行比較，輸出邏輯信號；數(shù)字信號處理電路根據(jù)輸出的邏輯信號，輸出控制信號；可編程的電流源或電流沉電路在數(shù)字信號處理電路的控制下，輸出消除本振泄漏的校正電流信號；耦合電容連接在無線通信發(fā)射機中混頻器的輸出信號鏈路上，輸出信號經(jīng)過耦合電容檢測和功率檢測電路整形后，形成電壓信號，和預設(shè)的參考電壓在可編程的遲滯比較器中進行比較，數(shù)字信號處理電路根據(jù)比較結(jié)果的邏輯值輸出控制信號，可編程的電流源或電流沉電路在控制信號的控制下，將消除本振泄漏的校正電流信號輸出到無線通信發(fā)射機中的基帶模擬信號處理電路上。
2.如權(quán)利要求1所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，在無線通信發(fā)射機中混頻器的兩路輸出信號鏈路上都連接了耦合電容，以維持差分電路的平衡。
3.如權(quán)利要求1所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，還包括一個固定增益放大器，連接在耦合電容和功率檢測電路之間，用于放大耦合電容檢測到的本振泄漏信號。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，還包括一個系統(tǒng)時鐘，用于控制和同步可編程的遲滯比較器和數(shù)字信號處理電路的工作。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，數(shù)字信號處理電路還輸出另一控制信號，用于控制可編程的遲滯比較器的遲滯窗口的大小。
6.如權(quán)利要求5所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，數(shù)字信號處理電路將可編程的遲滯比較器的遲滯窗口的初始窗口值設(shè)置為最小值。
7.如權(quán)利要求6所述的用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，其特征在于，上述最小值根據(jù)具體要求來確定，可以為10mV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于消除無線通信發(fā)射機中本振泄漏的裝置，包括耦合電容用于檢測本振泄漏信號；功率檢測電路將本振泄漏信號整形成一個標識信號幅度大小的電壓信號；可編程的遲滯比較器將整形后的電壓信號與預設(shè)的參考電壓進行比較，輸出邏輯信號；數(shù)字信號處理電路根據(jù)輸出的邏輯信號，輸出控制信號；可編程的電流源或電流沉電路在數(shù)字信號處理電路的控制下，輸出消除本振泄漏的校正電流信號。本發(fā)明使用了較少的本振泄漏信號檢測器件和本振泄漏消除器件，結(jié)構(gòu)簡單、占用的芯片面積小。
文檔編號H04B1/04GK101079645SQ200610081210
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者王海永, 吳南健, 壽國梁 申請人:北京六合萬通微電子技術(shù)有限公司