一種直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法和裝置。該正交失配校準裝置包括第一電壓比較器、第二電壓比較器、第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路、數(shù)字狀態(tài)機、低通濾波器、增益微調(diào)電路和相位微調(diào)電路；無源混頻器的輸出端和低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與第二電壓比較器的第一輸入端連接。本發(fā)明分別對直接變頻發(fā)射機的同相/正交通道之間的增益誤差和相位誤差進行測量，通過逐次逼近，得到最優(yōu)校準值，可提高直接變頻發(fā)射機的正交失配的自我校準能力，降低校準系統(tǒng)的依賴性、復(fù)雜度和功耗。
【專利說明】一種直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在無線通信發(fā)射機中，直接變頻發(fā)射機因其電路結(jié)構(gòu)簡單，便于集成等優(yōu)點，在射頻集成電路領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。使用了占空比為25%本振的無源混頻器的直接變頻發(fā)射機憑借其高線性，低噪聲，低功耗等特點逐漸成為主流技術(shù)。但是，直接變頻發(fā)射架構(gòu)存在的正交失配問題一直是其主要缺陷之一。由于失配引起的發(fā)射信號的鏡像干擾使得發(fā)射信號質(zhì)量變差。直接變頻發(fā)射機必須進行正交失配校準。
[0003]在圖1和圖2所示的典型的直接變頻發(fā)射機中，包含兩個數(shù)模轉(zhuǎn)換器101IU01Q，兩個重構(gòu)低通濾波器1021、102Q，占空比為25%本振的無源混頻器107，一個頻率綜合器104，一個除二分頻器105，一個25%占空比本振發(fā)生器106，一個可變增益功率放大器109與天線119。無源混頻器107具有受控于25%占空比本振發(fā)生器106輸出的正交本振信號的支路開關(guān) 114、115、116 和 117。同相(In-Phase,簡稱 I)/正交(Quadrate-Phase，簡稱Q)兩路信號經(jīng)由發(fā)射機的無源混頻器107僅需進行一次上變頻就變換到所需的射頻頻率。輸入到無源混頻器107中的信號包括低頻的正交信號和高頻的正交本振信號LOOl 10, L090111、L0180112和L0270113。因為器件工藝失配的存在引起以下正交失配誤差:第一，基帶同相/正交信號之間微小的增益失配誤差和相位失配誤差；第二，本振信號之間微小的相位失配誤差。這些失配誤差經(jīng)由無源混頻器107變換到發(fā)射機載波頻率，使得發(fā)射機的輸出頻譜出現(xiàn)鏡像分量(方程式1)，該鏡像分量直接影響到發(fā)射機的最重要參數(shù)之一的誤差向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM),正交失配所貢獻的EVM大小可見方程式2。
[0004]
【權(quán)利要求】
1.一種直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，所述直接變頻發(fā)射機包括基帶信號同相通道、基帶信號正交通道、占空比為25%本振的無源混頻器、頻率綜合器、除二分頻器、25%占空比本振發(fā)生器、可變增益功率放大器和天線，所述基帶信號同相通道包括第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第一重構(gòu)低通濾波器，所述基帶信號正交通道包括第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二重構(gòu)低通濾波器；其特征在于，所述正交失配校準裝置包括第一電壓比較器、第二電壓比較器、第一開關(guān)電路、第二開關(guān)電路、數(shù)字狀態(tài)機、低通濾波器、增益微調(diào)電路和相位微調(diào)電路；無源混頻器的輸出端和低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與第二電壓比較器的第一輸入端連接； 所述第一開關(guān)電路，用于將第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端均接入一數(shù)字偏移信號，將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端和第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端均與無源混頻器斷開，并將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端與第一電壓比較器的第一輸入端連接，將第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端與第一電壓比較器的第二輸入端連接； 所述第二開關(guān)電路，用于將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端、第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端和可變增益功率放大器的輸入端均與無源混頻器斷開，將無源混頻器的基帶信號同相支路輸入端接入一模擬偏移電壓V1，將無源混頻器的基帶信號正交支路輸入端接入一模擬偏移電壓V2，將第二電壓比較器的第二輸入端接入一共模電壓VMf，將無源混頻器中的第二支路開關(guān)和第四支路開 關(guān)均與無源混頻器的輸入端斷開，所述第二支路開關(guān)受控于25%占空比本振發(fā)生器輸出的第二正交本振信號，所述第四支路開關(guān)受控于25%占空比本振發(fā)生器輸出的第四正交本振信號，第二正交本振信號與第四正交本振信號的相位差為180°且占空比相同； 所述增益微調(diào)電路，用于根據(jù)數(shù)字狀態(tài)機輸出的增益校準信號調(diào)整第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一重構(gòu)低通濾波器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二重構(gòu)低通濾波器中的一種或多種的增益； 所述相位微調(diào)電路，用于根據(jù)數(shù)字狀態(tài)機輸出的相位校準信號調(diào)整無源混頻器、除二分頻器、25%占空比本振發(fā)生器中的一種或多種的相位； 所述數(shù)字狀態(tài)機，用于根據(jù)控制指令進入增益誤差校準模式和/或相位誤差校準模式；當進入增益誤差校準模式時，控制第一開關(guān)電路工作，根據(jù)第一電壓比較器輸出的第一比較信號向增益微調(diào)電路輸出相應(yīng)的增益校準信號，以使第一電壓比較器輸出的第一比較信號的極性反轉(zhuǎn)；當進入相位誤差校準模式時，控制第二開關(guān)電路工作，根據(jù)第二電壓比較器輸出的第二比較信號向相位微調(diào)電路輸出相應(yīng)的相位校準信號，以使第二電壓比較器輸出的第二比較信號的極性反轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，第一電壓比較器與第二電壓比較器的結(jié)構(gòu)相同，將第一電壓比較器與第二電壓比較器的結(jié)構(gòu)記為電壓比較模塊，所述電壓比較模塊包括雙端輸入單端輸出的第一運算放大器、電容Cin、第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)，電容Cin的一端與第一運算放大器的同相輸入端連接，電容Cin的一端還通過第二電子開關(guān)與第一運算放大器的輸出端連接，電容Cin的另一端作為電壓比較模塊的第一輸入端，電容Cin的另一端還通過第一電子開關(guān)與第一運算放大器的反相輸入端連接，第一運算放大器的反相輸入端作為電壓比較模塊的第二輸入端，第一運算放大器的輸出端作為電壓比較模塊的輸出端；所述正交失配校準裝置還包括第三電子開關(guān)，所述共模電壓還通過第三電子開關(guān)與低通濾波器的輸入端連接；其中，第一電子開關(guān)的使能端、第二電子開關(guān)的使能端和第三電子開關(guān)的使能端均與數(shù)字狀態(tài)機的時鐘信號輸出端連接，第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)和第三電子開關(guān)均為高電平導(dǎo)通； 所述數(shù)字狀態(tài)機，還用于當進入增益誤差校準模式時，向第一電壓比較器輸出第一時鐘信號，當進入相位誤差校準模式時，向第二電壓比較器和第三電子開關(guān)輸出第二時鐘信號。
3.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，所述數(shù)字狀態(tài)機包括用于在增益誤差校準模式時工作的增益校準數(shù)字狀態(tài)機和用于在相位誤差校準模式時工作的相位校準數(shù)字狀態(tài)機。
4.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，模擬偏移電壓V1與模擬偏移電壓V2之和等于2倍共模電壓Vref。
5.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，所述增益微調(diào)電路包括濾波器增益微調(diào)電路，所述濾波器增益微調(diào)電路包括一第二運算放大器以及多個由一第四電子開關(guān)與一第一分流電阻串聯(lián)構(gòu)成的第一串聯(lián)支路，多個第一串聯(lián)支路并聯(lián)連接，所述第一串聯(lián)支路的一端與第二運算放大器的反相端連接，第一串聯(lián)支路的另一端與第二運算放大器的輸出端連接，第二運算放大器的正相端接地，第二運算放大器的反相端作為信號輸入端，第四電子開關(guān)的使能端用于接收數(shù)字狀態(tài)機輸出的增益校準信號，第四電子開關(guān)為高電平導(dǎo)通；所述濾波器增益微調(diào)電路的數(shù)量為一個或二個；當濾波器增益微調(diào)電路的數(shù)量為一個時，濾波器增益微調(diào)電路連接在第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一重構(gòu)低通濾波器的輸入端之間或者連接在第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二重構(gòu)低通濾波器的輸入端之間；當濾波器增益微調(diào)電路的數(shù)量為二個時，其中一個濾波器增益微調(diào)電路連接在第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第一`重構(gòu)低通濾波器的輸入端之間，另一個濾波器增益微調(diào)電路連接在第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端與第二重構(gòu)低通濾波器的輸入端之間。
6.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，所述增益微調(diào)電路包括DAC增益微調(diào)電路，所述DAC增益微調(diào)電路包括多個由一第五電子開關(guān)與一第二分流電阻串聯(lián)構(gòu)成的第二串聯(lián)支路，多個第二串聯(lián)支路并聯(lián)連接，第五電子開關(guān)的使能端用于接收數(shù)字狀態(tài)機輸出的增益校準信號，第五電子開關(guān)為高電平導(dǎo)通；所述DAC增益微調(diào)電路的數(shù)量為一個或二個；當DAC增益微調(diào)電路的數(shù)量為一個時，DAC增益微調(diào)電路的第二串聯(lián)支路與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器或第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的負載電阻并聯(lián)；當DAC增益微調(diào)電路的數(shù)量為二個時，其中一個DAC增益微調(diào)電路的第二串聯(lián)支路與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的負載電阻并聯(lián)，另一個DAC增益微調(diào)電路的第二串聯(lián)支路與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的負載電阻并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準裝置，其特征在于，所述相位微調(diào)電路包括除二分頻器相位微調(diào)電路，所述除二分頻器相位微調(diào)電路包括用于控制除二分頻器的I路采樣放大器的電流源的第一開關(guān)單元、用于控制除二分頻器的I路采樣放大器的尾電流源的第一晶體管、用于控制除二分頻器的I路鎖存器的電流源的第二開關(guān)單元、用于控制除二分頻器的I路鎖存器的尾電流源的第二晶體管、用于控制除二分頻器的Q路采樣放大器的電流源的第三開關(guān)單元、用于控制除二分頻器的Q路采樣放大器的尾電流源的第三晶體管、用于控制除二分頻器的Q路鎖存器的電流源的第四開關(guān)單元以及用于控制除二分頻器的Q路鎖存器的尾電流源的第四晶體管；第一開關(guān)單元、第二開關(guān)單元、第三開關(guān)單元和第四開關(guān)單元分別由多個第五晶體管連接構(gòu)成，第一開關(guān)單元的所有第五晶體管的源極連接在一起并作為輸出端，第一開關(guān)單元的所有第五晶體管的漏極連接在一起并作為輸入端，第二開關(guān)單元的所有第五晶體管的源極連接在一起并作為輸出端，第二開關(guān)單元的所有第五晶體管的漏極連接在一起并作為輸入端，第三開關(guān)單元的所有第五晶體管的源極連接在一起并作為輸出端，第三開關(guān)單元的所有第五晶體管的漏極連接在一起并作為輸入端，第四開關(guān)單元的所有第五晶體管的源極連接在一起并作為輸出端，第四開關(guān)單元的所有第五晶體管的漏極連接在一起并作為輸入端；所述相位校準信號包括I路相位校準信號和Q路相位校準信號；第一開關(guān)單元的所有第五晶體管的柵極和第二開關(guān)單元的所有第五晶體管的柵極均與I路相位校準信號連接；第三開關(guān)單元的所有第五晶體管的柵極和第四開關(guān)單元的所有第五晶體管的柵極均與Q路相位校準信號連接；第一開關(guān)單元的輸出端與I路采樣放大器的輸入端連接，第一晶體管的漏極與第一開關(guān)單元的輸入端連接，第二開關(guān)單元的輸出端與I路鎖存器的輸入端連接，第二晶體管的漏極與第二開關(guān)單元的輸入端連接，第三開關(guān)單元的輸出端與Q路采樣放大器的輸入端連接，第三晶體管的漏極與第三開關(guān)單元的輸入端連接，第四開關(guān)單元的輸出端與Q路鎖存器的輸入端連接，第四晶體管的漏極與第四開關(guān)單元的輸入端連接；第一晶體管的源極、第二晶體管的源極、第三晶體管的源極和第四晶體管的源極均接地，第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極均與頻率綜合器的輸出端連接。
8.一種直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法，其特征在于，包括以下步驟: 數(shù)字狀態(tài)機根據(jù)控制指令進入增益誤差校準模式和/或相位誤差校準模式，當進入增益誤差校準模式時，執(zhí)行步驟Al至步驟A3，當進入相位誤差校準模式時，執(zhí)行步驟BI至步驟B3 ； 步驟Al、數(shù)字狀態(tài)機控制第一開關(guān)電路工作，將第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端均接入一數(shù)字偏移信號，將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端和第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端均與無源混頻器斷開，并將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端與第一電壓比較器的第一輸入端連接，將第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端與第一電壓比較器的第二輸入端連接; 步驟A2、數(shù)字狀態(tài)機根據(jù)第一電壓比較器輸出的第一比較信號向增益微調(diào)電路輸出相應(yīng)的增益校準信號； 步驟A3、增益微調(diào)電路根據(jù)數(shù)字狀態(tài)機輸出的增益校準信號調(diào)整第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一重構(gòu)低通濾波器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二重構(gòu)低通濾波器中的一種或多種的增益，直到第一電壓比較器輸出的第一比較信號的極性反轉(zhuǎn)，增益誤差校準模式結(jié)束； 步驟B1、數(shù)字狀態(tài)機控制第二開關(guān)電路工作，將第一重構(gòu)低通濾波器的輸出端、第二重構(gòu)低通濾波器的輸出端和可變增益功率放大器的輸入端均與無源混頻器斷開，將無源混頻器的基帶信號同相支路輸入端接入一模擬偏移電壓V1，將無源混頻器的基帶信號正交支路輸入端接入一模擬偏移電壓V2,將第二電壓比較器的第二輸入端接入一共模電壓,將無源混頻器中的第二支路開關(guān)和第四支路開關(guān)均與無源混頻器的輸入端斷開，所述第二支路開關(guān)受控于25%占空比本振發(fā)生器輸出的第二正交本振信號，所述第四支路開關(guān)受控于25%占空比本振發(fā)生器輸出的第四正交本振信號,第二正交本振信號與第四正交本振信號的相位差為180°且占空比相同；步驟B2、數(shù)字狀態(tài)機根據(jù)第二電壓比較器輸出的第二比較信號向相位微調(diào)電路輸出相應(yīng)的相位校準信號； 步驟B3、相位微調(diào)電路根據(jù)數(shù)字狀態(tài)機輸出的相位校準信號調(diào)整無源混頻器、除二分頻器、25%占空比本振發(fā)生器中的一種或多種的相位，直到第二電壓比較器輸出的第二比較信號的極性反轉(zhuǎn)，相位誤差校準模式結(jié)束。
9.如權(quán)利要求8所述的直接變頻發(fā)射機的正交失配校準方法，其特征在于，在步驟Al與步驟A2之間還有以下步驟:數(shù)字狀態(tài)機向第一電壓比較器輸出第一時鐘信號；在步驟BI與步驟B2之間還有以下步驟:數(shù)字狀態(tài)機向第二電壓比較器和第三電子開關(guān)輸出第二時鐘信號； 其中，第一電壓比較器與第二電壓比較器的結(jié)構(gòu)相同，將第一電壓比較器與第二電壓比較器的結(jié)構(gòu)記為電壓比較模塊，所述電壓比較模塊包括雙端輸入單端輸出的第一運算放大器、電容Cin、第一電子開關(guān)和第二電子開關(guān)，電容Cin的一端與第一運算放大器的同相輸入端連接，電容Cin的一端還通過第二電子開關(guān)與第一運算放大器的輸出端連接，電容Cin的另一端作為電壓比較模塊的第一輸入端，電容Cin的另一端還通過第一電子開關(guān)與第一運算放大器的反相輸入端連接，第一運算放大器的反相輸入端作為電壓比較模塊的第二輸入端，第一運算放大器的輸出端作為電壓比較模塊的輸出端； 第三電子開關(guān)，連接在共模電壓Vref與低通濾波器的輸入端之間； 第一電子開關(guān)的使能端、第二電子開關(guān)的使能端和第三電子開關(guān)的使能端均與數(shù)字狀態(tài)機的時鐘信號輸出端連接，第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)和第三電子開關(guān)均為高電平導(dǎo)通。`
【文檔編號】H04B1/04GK103457616SQ201310396275
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】張偉鋒, 石磊 申請人:廣州潤芯信息技術(shù)有限公司