专利名称：用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信收发装置，尤其涉及一种无线通信发射机中消除本振泄漏的装置。
背景技术：
在现在通信系统的发射机设计中，为了降低设备成本和减小器件的形状因子，形状因子就是器件的大小或尺寸，通常的实施方法是提高芯片的集成度和减少片外元件的个数。用零中频的方案来设计通信系统的发射机，可以在提高芯片集成度的同时降低片外元件的个数。但是，在零中频发射机中，存在一个严重的问题，就是必须要消除固有的本振泄漏。零中频发射机的本振泄漏如图1所示，这主要是电路固有的直流失调特性引起。而根据无线通信协议(如IEEE802.11 WLAN的协议)，大的本振泄漏将对整个通信系统性能造成很大影响，例如产生高的误码率，通信中断和通信干扰等。
在通常或早期的通信系统发射机的设计中，通常用两级上变频的方式实现，如图2所示，避免了本振的泄漏问题。其原因如下首先，基带信号f0和中频本振L01在第一级混频器进行混频后获得输出信号的频率为fo+L01；然后，与第二个中频本振L02在第二个混频器中进行混频，获得输出信号的频率为fo+L01+L02，最后，经过功率放大器发射输出射频信号，其频率仍然为f0+L01+L02。这里，两个本振信号分别是L01和L02，如果其发生泄漏，也只是在该两个频点，与最终输出的射频信号f0+L01+L02在频率上有很大的差距，所以，本振泄漏信号不会影响有用的射频输出信号，也即避免了本振的泄漏问题。但是，该方式却存在高成本和大形状因子的问题，因为需要更多的本振信号产生电路和混频器。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，该装置结构简单、占用的芯片面积小。
本发明具体是这样实现的一种用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，包括耦合电容用于检测本振泄漏信号；功率检测电路将本振泄漏信号整形成一个标识信号幅度大小的电压信号；可编程的迟滞比较器将整形后的电压信号与预设的参考电压进行比较，输出逻辑信号；数字信号处理电路根据输出的逻辑信号，输出控制信号；可编程的电流源或电流沉电路在数字信号处理电路的控制下，输出消除本振泄漏的校正电流信号；耦合电容连接在无线通信发射机中混频器的输出信号链路上，输出信号经过耦合电容检测和功率检测电路整形后，形成电压信号，和预设的参考电压在可编程的迟滞比较器中进行比较，数字信号处理电路根据比较结果的逻辑值输出控制信号，可编程的电流源或电流沉电路在控制信号的控制下，将消除本振泄漏的校正电流信号输出到无线通信发射机中的基带模拟信号处理电路上。
按上述方案，在无线通信发射机中混频器的两路输出信号链路上都连接了耦合电容，以维持差分电路的平衡。
按上述方案，还包括一个固定增益放大器，连接在耦合电容和功率检测电路之间，用于放大耦合电容检测到的本振泄漏信号。
按上述方案，还包括一个系统时钟，用于控制和同步可编程的迟滞比较器和数字信号处理电路的工作。
按上述方案，数字信号处理电路还输出另一控制信号，用于控制可编程的迟滞比较器的迟滞窗口的大小。
按上述方案，数字信号处理电路将可编程的迟滞比较器的迟滞窗口的初始窗口值设置为最小值。
按上述方案，上述最小值根据具体要求来确定，可以为10mV。
由于采用了上述装置，本发明具有以下优点本发明用简单的电路实现本振泄漏信号的检测，用可编程控制的判决门限以及优化的遍历搜索算法实现本振泄漏的消除，达到的效果如图7所示。因此，本发明使用了较少的本振泄漏信号检测器件和本振泄漏消除器件，结构简单、占用的芯片面积小，能够准确消除无线通信发射机中的本振泄漏。
图1是零中频发射机的本振泄漏示意图；图2是用两级上变频的方式避免本振泄漏结构框图；图3是普通零中频发射机的元器件结构框图；图4是本发明的本振泄漏信号检测电路和本振泄漏消除电路结构框图；图5是本发明的直流失调补偿原理示意图；图6是D0-Dn值的变化与本振泄漏值的对应关系图；图7是本发明所达到的效果示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施过程作进一步的说明通常，零中频发射机的元器件结构框图如图3所示，主要由基带模拟信号处理电路、混频器、正交本振信号产生电路和预放大器等组成。基带模拟信号处理电路的主要功能是对基带送出的基带模拟信号进行信号滤波，并根据发射功率的需求情况调整输入到混频器的基带信号的大小；混频器的功能是把基带信号的频谱搬移到所需要的射频频率点上。所需要的射频频率点是由正交本振信号产生电路输出的信号所决定，正交本振信号产生电路所输出的本振频率是受基带控制的。预放大器的功能是把搬移到所需要的射频频率点的信号进行放大，驱动功率放大器，最后由天线把信号发射出去。其具体的工作过程是基带输入正交两路基带差分信号Vin_I+、Vin_I-和Vin_Q+、Vin_Q-，分别经过相同的基带模拟信号处理电路，产生I路差分信号(Vi+、Vi-)和Q路差分信号(Vq+、Vq-)分别输入到混频器I和混频器Q；正交本振信号产生电路也分别输出正交本振信号I和Q到混频器I和混频器Q；两个混频器把混频以后的信号相加产生差分射频信号Pout和Nout；信号Pout和Nout在经过预放大器后就产生射频输出信号Vout，可以直接通过天线发射出去或者根据需要再驱动功率放大器，然后再用天线发射出去。
如果不采取措施消除器件固有的直流失调和器件失配等因素所引起的本振泄漏问题，射频输出信号Vout的信号频谱将如图1所示，最终导致通信性能下降或者导致通信中断。为此，需要设计消除本振泄漏的电路，以实现通信系统的完好。
本发明中用简单的电路实现本振泄漏信号的检测，用可编程控制的判决门限以及优化的遍历搜索算法实现本振泄漏的消除。图4为本发明的本振泄漏信号检测电路和本振泄漏消除电路结构框图。本发明中本振泄漏信号检测电路和本振泄漏消除电路的工作原理如下一般情况下，在无线通信发射机启动和处于待机状态时，图3中正交本振信号产生电路是工作的，利用这段时间，就可以用图4的电路来检测本振信号的泄漏，具体就是在发射机中混频器的输出信号链路上用耦合电容来检测本振泄漏信号。通过固定增益放大器把检测到的本振泄漏信号放大，然后用功率检测电路检测，接着用可编程的迟滞比较器来判断本振泄漏信号的有无，进而用数字信号处理电路根据可编程的迟滞比较器输出的结果，控制可编程的电流源或电流沉电路输出适当的电流信号Ip、In、Qp和Qn；电流信号Ip、In、Qp和Qn连接到图3的基带模拟信号处理电路，用于纠正器件固有的直流失调和器件失配等因素引起的本振泄漏。之所以可以肯定这时检测到的是本振泄漏信号，是因为通过控制可以实现在这个时候只有正交本振信号输入到了混频器，图3中的基带信号的输入是0。所以，这时要是检测到射频信号，就一定是因为器件直流失调和器件失配等原因所引起的本振泄漏信号。
本发明的本振泄漏信号的检测和本振泄漏的消除的过程如下在无线通信发射机待机或者刚刚开机的情况下，使得图3中的正交本振信号产生电路、发射机链路(包括I路和Q路的基带模拟信号处理电路，I路和Q路的混频器以及预放大器)以及本发明的本振泄漏信号检测和本振泄漏消除电路工作，但是，这时发射机的基带输入信号为0。这样，如果混频器的输出信号Pout或Nout存在射频信号，那么肯定可以判定这些信号就是直流失调和器件失配等原因引起的本振泄漏信号。按照本发明，只要检测混频器输出信号Pout或Nout中的任意一路信号就可以了。但是，为了维持差分电路的平衡，也即为了使得差分电路的负载一致，所以在信号Pout和Nout两端都连接了检测本振泄漏的耦合电容。事实上，经过耦合电容之后，之后的电路对信号Pout和Nout的差分特性影响很小。图4中所示是检测信号Nout，经过耦合电容C后，为了更好的实现本振泄漏的消除，本发明加入固定增益放大器放大检测到的信号，检测到的本振泄漏信号经过固定增益放大器放大，然后到达功率检测电路，功率检测电路把固定增益放大器放大的本振泄漏信号整形成一个标识信号幅度大小的电压Vdet，然后，Vdet和预设的参考电压Vref在可编程的迟滞比较器中进行比较，输出逻辑信号Vdec，该信号输入到数字信号处理电路，数字信号处理电路根据Vdec的逻辑值输出控制信号到可编程的电流源或电流沉电路，进而由可编程的电流源或电流沉电路输出消除本振泄漏的校正电流Ip、In、Qp和Qn。系统时钟clk(可以是系统内部产生，也可是系统外部供给的时钟)是用于控制和同步可编程迟滞比较器和数字信号处理电路的工作。数字信号处理电路还输出控制信号Vctrl，用于控制可编程的迟滞比较器的迟滞窗口的大小。
直流失调和器件失配等原因引起的本振泄漏可以等效为差分电路的直流失调所引起的，例如，设图3中基带模拟信号处理电路输入的差分信号Vin_I+和Vin_I-之间没有直流失调，由于基带模拟信号处理电路的内部的器件失配等引起其输出的差分信号Vi+和Vi-之间出现了直流失调Vx，也即Vi+和Vi-之间的直流电平存在Vx的差异。这时，可以等效为Vin_I+和Vin_I-之间有直流失调Vy，而基带模拟信号处理电路的内部的器件完全匹配，基带模拟信号处理电路输出的差分信号Vi+和Vi-之间出现同样的直流失调Vx。也就是说，在级联的电路中，如果电路W节点的差分信号存在直流失调，只要补偿W节点之前任一个节点Y的差分信号，就可以获得对W节点差分信号的直流失调的消除。所以，为了消除本振泄漏，可以通过使用补偿直流失调的方法达到消除本振泄漏的目的。其补偿原理如图5所示。其具体在本振泄漏消除中的工作原理如下图5中的电流沉In、Ip、Qn和Qp是通过图4中的数字信号处理电路输出的数字信号D0-Dn控制的。通过改变D0-Dn的值，就可以相应的分别改变In、Ip、Qn和Qp的电流值的大小。例如D0-D3用于控制In的电流从0-Iopt；D4-D7控制Ip的电流从0-Iopt；D8-D11控制Qn的电流从0-Iopt；D12-D15控制Qp的电流从0-Iopt。从图5可知，通过改变In、Ip、Qn和Qp电流值的大小就可以补偿正交两路(图3中的I路(Vi+、Vi-)和Q路(Vq+、Vq-))差分信号的直流失调。
如何正确的产生控制电流沉In、Ip、Qn和Qp的数字控制信号D0-Dn，是数字信号处理电路通过算法实现的。数字信号处理电路的算法和原理描述如下数字信号处理电路的算法
1)启动图3中的正交本振信号产生电路，使得正交本振信号产生电路产生正交本振信号I和Q分别到混频器I和混频器Q，如图3所示；2)启动无线通信发射机工作，设置发射机的基带输入信号Vin_I+、Vin_I-和Vin_Q+、Vin_Q-都为0；3)设置可编程的迟滞比较器的窗口最小，如图4和图5所示，迟滞比较器的初始窗口值为最小，这样做的目的是可以搜索到最优值。原因是对应D0-Dn的所有值，以本振泄漏最小为目标的最优值可能存在多个谷点，如图6所示，例如可能出现A、B、C和D四个谷点，如果记录对应D0-Dn每个数值的Vdet的值，肯定可以获得一个最优的值，但是在实现上将可能比较复杂，需要模数转换器ADC和存储器RAM或ROM。为了简化，同时获得最优值，可通过设置迟滞比较器的初始窗口值为最小，该最小值根据系统的具体要求来确定，例如设定最小值为10mV，根据搜索的情况逐步放大迟滞比较器的窗口值。迟滞比较器的迟滞窗口可以通过数字信号处理电路来设置，例如，迟滞窗口的大小可以是2mV，4mV，8mV，…200mV等。
4)设置数字控制字D0-Dn全为0，相应的In，Ip，Qn和Qp电流值也为0；通过耦合电容C、固定增益放大器和功率检测电路检测这时混频器的输出信号Pout或Nout，如果检测到信号，则必定是本振泄漏信号，也即，这时信号Pout或Nout的幅度大小就表示本振泄漏信号的大小；5)设功率检测电路输出的信号为Vdet，Vdet和参考电压Vref(该参考电压值相当于一个直流偏置值，可以根据具体系统和电路的结构来确定，这里，该值相当于本振泄漏为0时Vdet的值，也即迟滞窗口为0时的值)输入到可编程的迟滞比较器；6)如果迟滞比较器的输出为高，表示存在本振泄漏比当前设置的迟滞窗口大，需要修正，给D0-Dn的值加1；如果比较器的输出为低，表示这时的本振泄漏比当前设置的迟滞窗口小，同样，给D0-Dn的值加1；7)以滑动连续三个D0-Dn值对应的迟滞比较器的输出来判定本振泄漏消除是否达到最优值；例如，当前连续三个D0-Dn的值为10、11和12(滑动连续是指下一个连续三个D0-Dn值为11、12和13)，若其分别对应的迟滞比较器的输出为101、000、100和001，那么，就表示这时达到一个谷点。因为迟滞比较器的初始值窗口值为最小，那么，这时对应的谷点，就可以认为是最优值，自动搜索过程结束；如果连续三个D0-Dn的值为10、11和12，其分别对应的迟滞比较器的输出为111、110、010和011，那么，D0-Dn的值加1，从6)重新开始；8)如果遍历所有的D0-Dn的值，都没有发现一个谷点，那么，把迟滞窗口比较器的窗口值调大一挡，从4)重新开始。
通过上述装置，可最终使无线通信发射机中的本振泄漏信号得以消除或者抑制。
权利要求
1.一种用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，包括耦合电容用于检测本振泄漏信号；功率检测电路将本振泄漏信号整形成一个标识信号幅度大小的电压信号；可编程的迟滞比较器将整形后的电压信号与预设的参考电压进行比较，输出逻辑信号；数字信号处理电路根据输出的逻辑信号，输出控制信号；可编程的电流源或电流沉电路在数字信号处理电路的控制下，输出消除本振泄漏的校正电流信号；耦合电容连接在无线通信发射机中混频器的输出信号链路上，输出信号经过耦合电容检测和功率检测电路整形后，形成电压信号，和预设的参考电压在可编程的迟滞比较器中进行比较，数字信号处理电路根据比较结果的逻辑值输出控制信号，可编程的电流源或电流沉电路在控制信号的控制下，将消除本振泄漏的校正电流信号输出到无线通信发射机中的基带模拟信号处理电路上。
2.如权利要求1所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，在无线通信发射机中混频器的两路输出信号链路上都连接了耦合电容，以维持差分电路的平衡。
3.如权利要求1所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，还包括一个固定增益放大器，连接在耦合电容和功率检测电路之间，用于放大耦合电容检测到的本振泄漏信号。
4.如权利要求1或2或3所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，还包括一个系统时钟，用于控制和同步可编程的迟滞比较器和数字信号处理电路的工作。
5.如权利要求1或2或3所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，数字信号处理电路还输出另一控制信号，用于控制可编程的迟滞比较器的迟滞窗口的大小。
6.如权利要求5所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，数字信号处理电路将可编程的迟滞比较器的迟滞窗口的初始窗口值设置为最小值。
7.如权利要求6所述的用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，其特征在于，上述最小值根据具体要求来确定，可以为10mV。
全文摘要
本发明公开了一种用于消除无线通信发射机中本振泄漏的装置，包括耦合电容用于检测本振泄漏信号；功率检测电路将本振泄漏信号整形成一个标识信号幅度大小的电压信号；可编程的迟滞比较器将整形后的电压信号与预设的参考电压进行比较，输出逻辑信号；数字信号处理电路根据输出的逻辑信号，输出控制信号；可编程的电流源或电流沉电路在数字信号处理电路的控制下，输出消除本振泄漏的校正电流信号。本发明使用了较少的本振泄漏信号检测器件和本振泄漏消除器件，结构简单、占用的芯片面积小。
文档编号H04B1/04GK101079645SQ200610081210
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者王海永, 吴南健, 寿国梁 申请人:北京六合万通微电子技术有限公司