用于增强型数据速率gsm演进技术(edge)的极化环路发射器的振幅校准元件的制作方法

专利名称：用于增强型数据速率gsm演进技术(edge)的极化环路发射器的振幅校准元件的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及功率放大器控制。更特别地说，本发明涉及一种 用于增强型数据速率GSM演进技术(EDGE)的极化环路发射器的 振幅校准元件。
背景技术：
随着有效、低成本的电子模块的可用性的增加，便携式通信设备 变得越来越普遍。便携式通信设备包括一个或多个功率发大器，用于 放大从便携式通信设备发送的信号的功率。
随着便携式通信设备的尺寸的减小，功率效率成为最重要的设计 标准之一。降低功耗延长了功率源的寿命并增加了便携式通信设备的 待机和通话时间。在使用非恒定振幅输出的便携式通信设备(也就是 说，对相位分量和振幅分量两者进行调制和放大的设备)中，典型地 使用线性功率放大器。
遗憾的是，线性功率放大器的功率效率低于非线性功率放大器， 并且因此增加便携式通信设备的总功耗。但是，通过使用输出信号的 振幅调制(AM)和相位调制(PM)部分的分离反馈控制，可以使用 非线性功率放大器。使用分离的AM和PM反馈环路，显著地减少使 用非线性功率放大器时的AM到PM转换和AM到AM转换所具有 的问题。这种结构被称为"极化环路"发射器，并且其使用分离的反 馈路径以控制振幅和相位调制。此外，极化环路结构允许大动态范围 的输出功率控制，这是发射器在全球移动通信系统(GSM)标准中进 行操作所希望的。
对于将振幅调制引入非线性功率放大器的功率控制反馈环路的 一个要求是精确地检测和校准发送信号的AM部分，从而其恰当地调制和控制输出信号的功率。在以前，曾经使用过二极管检测器来检测 和校准信号的AM部分。遗憾的是，二极管检测器因为温度和制造过 程变化而影响到精确度，这必须进行补偿。
因此，希望不用补偿二极管检测器的变化，就精确地对发送信号
的AM部分进行校准。

发明内容
本发明的实施例包括振幅校准元件，其包括被配置为用于接收
调制器输出的线性驱动器，调制器输出包括具有振幅调制(AM)部 分的电压信号；差分检测器，其被配置为用于接收线性驱动器的输出 并将产生对应于AM部分的差分信号；以及差分比较器，其被配置为 用于接收差分检测器输出和差分参考信号的，该差分比较器被配置为 将增益控制信号产生以控制线性驱动器的增益。
还提供了相关的操作方法。对于本领域技术人员，通过査看以下 附图和详细描述，本发明的其它系统、方法、特征和优点将变得显而 易见。旨在通过附权利要求来保护在本说明书之中所包括的所有这种 额外的系统、方法、特征和优点。


参考下图可以更好地理解本发明。图中的组件无需按比例画出， 而是将重点放在清楚地说明本发明的原理上。此外，在图中，在不同 的视图中，相同的参考标号指示同一的部件。
图1是示出了包括振幅校准元件的实施例的简化的便携式收发器 的方框图。
图2是示出了包括图1的上变频器、功率放大器控制元件和振幅 校准元件的"极化环路"发射器的方框图。
图3是示出了图2的振幅校准元件的示意图。
图4是示出了图3的线性驱动器的实施例的示意图。
图5是示出了图4的可调节的电阻的示意图。
图6是示出了图3的检测器和校准电路中所用的基本检测器泵浦电路的示意图。
图7是示出了使用图6中的多个检测器泵浦电路而构成的差分检 测器的示意图。
图8是示出了图3的检测器和校准电路所使用的逐次近似电路的 实施例的示意图。
图9是用于描述本发明的一个实施例的操作的流程图。
具体实施例方式
尽管特别地参考便携式收发器来进行描述，但是可以在任意使用 了分离的AM和PM闭合反馈功率控制路径的通信设备中实现振幅校 准元件。
可以在硬件、软件、或硬件和软件的结合中实现振幅校准元件。 在硬件中实现时，可以使用专门的硬件元件和逻辑来实现振幅校准元 件。当部分地在软件中实现振幅校准元件时，该软件部分可以用来控 制振幅校准元件中的组件，这样可以对各种操作方面进行软件控制。 可以将软件储存在存储器中并由合适的指令执行系统(微处理器)来 执行。振幅校准元件的硬件实现可以包括以下本领域公知技术的任意 一项或组合离散电子组件、具有用于在数据信号上执行逻辑功能的 逻辑门的(多个)离散逻辑电路、具有适当逻辑门的专用集成电路、 (多个)可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)，等等。
用于振幅校准元件的软件包括用于实现逻辑功能的可执行指令 的排序列表，并且可以将该软件嵌入到任意的计算机可读介质中，用 于由或者结合指令执行系统、仪器、或设备来使用，例如基于计算机 的系统、包含处理器的系统、或其它的可以从指令执行系统、仪器、 或设备获取指令并执行指令的系统。
在此文档的上下文中，"计算机可读介质"可以是任意的可以包 含、储存、传送、传播或传送程序的工具，该程序用于由或者结合指 令执行系统、仪器、或设备来执行。计算机可读介质可以是，但不局 限于，电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的、或半导体的系统、 仪器、设备、或传播介质。计算机可读介质的更多具体实例(非穷举的列表)可以包括以下具有一根或多根电线的电连接器(电子的)、
便携式计算机盘片(磁的)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、可擦写可编程只读存储器，(EPROM或闪存)(磁的)、光 纤(光学的)、以及便携式高密度盘片只读存储器(CDROM)(光学 的)。注意到计算机可读介质甚至可以是纸张或其它用于在在其上面 打印程序的合适的介质，从而可以经由例如对纸张或其它介质进行光 学的扫描，来电子地获取程序，然后编译、解释或者如果有必要则以 别的适当的方式进行处理，并且随后储存到计算机存储器中。
图1是示出了包括振幅校准元件的实施例的简化的便携式收发器 100的方框图。
便携式收发器100包括扬声器102、显示器104、键盘106、和麦 克风10S，所有这些组件都连接到基带子系统IIO上。还可以经由连 接器114，将功率源142，其可以是直流(DC)电池或其它功率源， 连接到基带子系统110上，以便向便携式收发器100提供功率。在特 定的实施例中便携式收发器100可以是，例如但不局限于，便携式通 信设备，例如移动蜂窝式电话。如本领域的技术人员所知的，扬声器 102和显示器104分别经由连接器112和114，接收来自基带子系统 110的信号。类似地，键盘106和麦克风108分别经由连接器116和 118，向基带子系统IIO提供信号。基带子系统IIO包括经由总线128 来通信的微处理器(UP) 120、存储器122、模拟电路124和数字信 号处理器(DSP) 126。尽管将总线128示为单个总线，在基带子系 统110中可以使用子系统之间在必要时所连接的多个信息转移通路来 实现该总线。
根据实现振幅校准元件的方式，基带子系统IIO还可以包括专用 集成电路ASIC (135)和/或现场可编程门阵列(FPGA) 133。
微处理器120和存储器122为便携式收发器100提供信号定时、 处理和储存功能。模拟电路124为基带子系统110中的信号提供模拟 处理功能。基带子系统IIO经由连接器132，向发射器150、接收器 170、功率放大器180和功率放大器控制元件285提供控制信号。
基带子系统110生成称为Vapc的功率控制信号，将该信号经由连接器146，提供给功率放大器控制元件285。由基带子系统110生成 信号Vapc，并且通常由以下所述的数模转换器(DAC) 136或138中
的一个将其转换为模拟控制信号。将功率控制信号VAPC示出为由总线
128提供，以指示可以用本领域的技术人员所知的不同方法生成该信 号。通常，功率控制信号VAPc将功率放大器控制为在校准期间所确定 的功率放大器的峰值电压的函数，并且对应于功率放大器的输出功 率。
连接器132和146上的控制信号可能产生于DSP 126、ASIC 135、 FPGA 133或微处理器120，并提供给发射器150、接收器170、功率 放大器180、和功率放大器控制元件285中的多个连接器。应该注意 到，为了简单起见，这里仅示出了便携式收发器100的基本组件。由 基带子系统IIO提供的控制信号对便携式收发器100中的多个组件进 行控制。此外，可以将发射器150和接收器170的功能集成到收发器 中。
如果将振幅校准元件的一部分实现在微处理器120执行的软件 中，存储器122还将包括振幅校准软件255。振幅校准软件255包括 一个或多个储存在存储器中并在微处理器120中执行的可执行代码 段。可替换地，可以将振幅校准软件255的功能编码到ASIC 135中 或由FPGA 133或其它设备来执行。由于存储器122是可重写的，并 且由于FPGA133是可再编程的，当使用这些方法中的任一个来实现 时，可以将振幅校准软件255的更新远程地发送并且保存到便携式收 发器100中。
基带子系统110还包括模数转换器(ADC) 134和数模转换器 (DAC) 136和138。尽管将DAC 136和138示为两个分离的设备， 但是要理解的是，可以用单个的数模转换器来执行DAC 136和138 的功能。ADC 134、 DAC 136和DAC 138还经由总线128，与微处理 器120、存储器122、模拟电路124和DSP 126进行通信。DAC 136 将基带子系统110中的数字通信信息转换为模拟信号，以便经由连接 器140发送到调制器152。尽管将连接器140示为两个定向箭头，其 包括在完成模拟域到数字域的转换后，将由发射器150发送的信息。发射器150包括调制器152，其对连接器140上的模拟信息进行 调制，并经由连接器158向上变频器154提供已调制的信号。上变频 器154将连接器158上的已调制信号转化为恰当的发送频率，并且经 由连接器184,向功率放大器180提供上变频的信号。对于设计来用 于在其中操作便携式收发器100的系统，功率放大器180将信号放大 到恰当的功率电平。
省略了调制器152和上变频器154的细节，因为本领域的技术人 员将理解这些技术。例如，基带子系统IIO通常将连接器140上的数 据格式化为同相(I)和正交(Q)分量。I和Q分量可以采取不同形 式，并且根据所采用的通信标准进行不同的格式化。例如，当功率放 大器模块使用在同时需要相位和振幅调制的应用中时，例如被称为 EDGE的增强型数据速率GSM演进技术，将发送信号的笛卡尔同相 (I)和正交(Q)分量转换为它们的极化对应物、振幅和相位。调制 器152执行相位调制，而由功率放大器控制元件285执行振幅调制， 其中由功率放大器控制元件285生成的功率控制电压Vpc定义振幅包 络。功率放大器模块180的即时功率电平对Vpc进行追踪，从而生成 同时具有相位和振幅分量的发送信号。这种名为极化调制的技术消除 了功率发大器模块的线性放大的需要，并在提供相位和振幅调制时允 许使用更有效的饱和模式操作。
功率放大器180经由连接器156，向前端模块162提供放大的信 号。前端模块包括天线系统接口，天线系统接口可以包括，例如本领 域的一般技术人员所知的天线共用器，其具有允许发送和接收信号同 时通过的滤波器对。将发送信号从前端模块162提供到天线160。将 功率放大器180的输出的一部分部分经由连接器157，提供给功率放 大器控制元件285。下面将描述功率控制元件285的操作。
使用由功率 放大器控制元件285生成的功率控制信号Vpc，功率 放大器控制元件285确定恰当的功率电平，功率放大器180在此电平 进行操作以放大发送信号。当调制标准有需要时，还将功率控制信号 VPc用于提供包络或振幅调制。功率放大器控制元件285还包括振幅 校准元件300的实施例。在一个实施例中，将振幅校准元件300实现为发射器中的数字状态机。然而，振幅校准元件300的实现还可以分 布在基带子系统110和发射器150之间。
将天线160所接收的信号将从前端模块162指引到接收器170。 接收器170包括下变频器172、滤波器182和解调器178。如果使用 直接转换接收器(DCR)进行实现，下变频器172将接收的信号从 RF电平转换到基带电平。可替换地，根据应用，可以将接收的RF 信号下变频为中频(IF)信号。将下变频信号经由连接器174，发送 到滤波器182。如本领域所知，该滤波器包括至少一个用于对下变频 信号进行滤波的级。
将滤波信号从滤波器182经由连接器176，发送到解调器178。 解调器178恢复发送的模拟信息，并经由连接器186向ADC 134提 供用于表示这个信息的信号。ADC 134在基带频率将这些模拟信号转 换为数字信号，并且经由总线128向DSP 126传递该信号，用于进一 步处理。
图2是示出了上变频器154、功率放大器控制元件285和振幅校 准元件300的方框图。以功率放大器控制元件285开始进行描述，其 构成闭合的功率控制环路265,或"AM控制环路"，通过耦合器222， 将连接器156上的功率放大器180的输出所出现的输出功率的一部分 经由连接器157进行转向，并输入到混频器226。混频器226还经由 连接器198，从合成器148接收本地振荡器信号。
混频器226将连接器157上的RF信号下变频为连接器228上的 中频(IF)信号。例如，混频器226在连接器157上采用频率大约为 2千兆赫(GHz)的信号，并且在连接器228上将其下变频为大约为 100兆赫(MHz)的频率，用于输入到可变增益元件232。可变增益 元件232可以是，例如但不限于，可变增益放大器或衰减器。在这个 实施例中，可变增益元件232被称为"IFVGA"。在这样的装置中， 可变增益元件232可以有大约为70分贝(dB)，也就是+35(18/-35018 的动态范围。可变增益元件&2经由连接器234，从放大器236的非 反相输出接收控制信号输入。放大器236的输入是由图1的基带子系 统IIO经由连接器146提供的。连接器146上的信号是功率控制信号，Vapc是定义发送功率电平和提供功率分布图的参考电压信号。向包括 电阻240和电容242的重建滤波器提供这个连接器146上的信号。通 过这种方式，将发送功率电平的参考电压和功率分布图经由连接器 234，提供给到可变增益元件232的控制输入。
可变增益元件232在连接器246上的输出是IF信号，并且包括 具有AM分量和PM分量的调制，并且被称为"功率测量信号"。这 个功率测量信号涉及功率放大器180的绝对输出功率，并包括涉及出 现在信号中的AM和PM分量的很小的误差。将可变增益元件232在 连接器232上的输出提供给功率检测器262的输入并且还提供给限幅 器248。连接器246上的IF信号包括AM分量和PM分量。将连接器 246上的信号提供给功率检测器262，该检测器在连接器264上提供 基带信号，该基带信号用于表示出现在连接器246上的IF功率的瞬 时电平。向放大器268的反相输入提供连接器264上的功率检测器262 输出。
放大器268、电容266和电容270构成比较器284，该比较器经 由连接器272，提供误差信号，用于控制功率放大器180。经由连接 器138，通过振幅校准元件300和功率检测器176，从调制器152的 输出提供对于放大器268的非反相输入。功率检测器276与功率检测 器262相似。将连接器138上的信号提供给放大器268的非反相输入 提供信号，并且该信号包含由调制器152产生以及由振幅校准元件 300校准的AM调制，用于输入到功率放大器180的控制端口 。
功率放大器控制元件285的增益放大连接器272上的信号，从而 输入到放大器268的连接器264和连接器138上的信号之间的差在连 接器272上提供了误差信号，用于控制功率放大器180输出。将连接 器272上的误差信号提供给可变增益元件274，其结构可以类似于可 变增益元件232。然而，可变增益元件274具有与可变增益元件232 的功能反相的功能。可变增益元件274的控制输入是由放大器236的 反相输出提供的。通过这种方式，提供给功率放大器180的控制端口 的连接器172上的功率放大器控制信号对功率放大器180进行驱动， 以提供连接器156上的恰当输出。可变增益元件274还被称为"基带vga"o
连接器264的信号电平与连接器138的信号电平应该相等。例如， 如果可变增益元件232的输出电平增加到了它的10倍，则功率放大 器180的输出电平应该相应地下降，以维持放大器268输入的平衡。 功率放大器180输出的改变抵消了可变增益元件232的增益改变。通 过这种方式，连接器264上的信号振幅仍然与连接器138上的信号振 幅相等。然而，这意味着连接器228上的信号滞后于连接器234上的 信号，结果两个信号不会完全抵消。通过这种方式，在连接器246上 出现具有am部分和pm部分的误差信号。功率检测器262将连接器 246上的信号从if信号转换为连接器264上的基带信号。连接器264 上的信号由放大器268和放大器274进行放大并作为控制输入提供给 连接器172上的功率放大器180。功率放大器控制元件285具有足够 的增益，这样连接器264上的误差信号可以保持得很小。这种情况下， 可变增益元件232和功率放大器180的增益改变将实际上是彼此的反 相。
除放大连接器264上的误差信号外，放大器268还将连接器264 上的功率测量信号与连接器138上包括am部分的参考电压信号进行 比较，该参考电压由调制器152和振幅校准元件300提供。连接器138 上的dc电压电平影响用于放大器268的希望的静态输出功率，而与 am调制无关。放大器268将连接器264上的信号电平与连接器138 上的信号电平进行比较并对差进行放大，从而提供连接器272上的功 率控制信号。比较器284还作为积分器，其还是低通滤波器。可替换 地，可以以其它方法向功率放大器控制元件285引入信号的am部分， 例如通过可变增益元件232。
连接器272上的功率控制信号驱动可变增益元件274，其用于修 正可变增益元件232对于功率放大器控制元件285的传递函数的影 响。可变增益元件232和可变增益元件274的可变增益是互补的。因 为功率测量信号出现在连接器264上而am误差信号出现在连接器 138上，放大器268提供双重功能；(1)它放大连接器138上的am 误差信号，以便对经由连接器172来调制功率放大器180的功率输出，以使其具有修正的AM数量；并且(2)它执行平均功率比较并将结 果进行放大，从而提供连接器272上的控制信号，用于对可变增益放 大器274进行驱动。可变增益放大器274提供连接器172上的电压信 号Vpc， Vpc包括AM部分并驱动功率放大器180。放大器控制元件285 驱动功率放大器180以修正平均功率输出电平。通过这种方式，对功 率输出进行控制，向功率放大器180的控制输入172提供希望的AM 部分，并且使其出现在连接器156上的功率放大器输出。混频器226、 可变增益元件232、功率检测器262、放大器268和可变增益元件274 提供连续闭合功率控制环路265，以控制功率放大器180的功率输出， 同时允许经由连接器138引入发送信号的AM部分。
在所有时候，闭合功率控制环路265允许对功率放大器180引起 的任意相移进行修正。现在锁相环220包括闭合功率控制反馈环路， 用于将功率放大器180的输出回送到相位/频率检测器208的输入。将 由锁相环220对由功率放大器180生成的任意不想要的相移进行修 正。可变增益元件232的输出将经由连接器246和144所出现的任意 相位失真传递到限幅器248，以便通过锁相环220来进行修正。这样， 迫使功率放大器180输出的相位遵循连接器155上的LO信号的相位。
为r从可变增益元件232的输出移除AM，将可变增益元件232 经由连接器246和144，连接到限幅器248的输入。限幅器248产生 仅包含连接器250上的PM分量的本地振荡器信号。将这个LO信号 经由连接器250，提供给调制器152 。另外，分别经由连接器278和 282，向调制器152提供基带I和Q信息信号。本领域的普通技术人 员理解I和Q基带信息信号接口。作为调制器152操作的结果，连接 器252上的输出是中频信号，其包括AM参考信号和小PM误差信号 形式的AM分量。将调制器152的输出经由连接器252，提供给工作 在例如lOOMHz频率的振幅校准元件。振幅校准元件300精确检测出 现的连接器252上的AM电平，并且向功率检测器276提供连接器 253上的校准的AM参考信号。下面将对振幅校准元件300的结果和 操作进行细节描述。通过这种方式，功率检测器276的输出还包括希 望的发送信号的AM部分。通过这种方式，连接器138上提供的信号是用于功率控制环路265的输入的参考信号。因为功率控制环路265 具有有限的带宽，连接器138上振幅调制发生的速率最好位于功率控 制环路带宽之内。
将由调制器152输出的LO信号经由连接器252，提供给第二限 幅器256。将第二限幅器256的输出经由连接器258，提供给除法器 260，其将连接器258上的信号除以数字"y"。将数字"y"选为以便 最小化合成器148的设计复杂度。向相位/频率检测器208提供除法器 260的输出。
将来自合成器148的未调制输入信号经由连接器155，提供给除 法器202。未调制输入信号是被数字"x"除的频率，以提供在连接器 204上具有恰当频率的信号。将数字"x"选为用于最小化合成器148 的设计复杂度，并且可以，例如但不限于，选为用于将合成器148的 输出转换为100MHz的频率。将除法器连接器204上的输出提供给相 位/频率检测器208。分别经由连接器278和282，向调制器152提供 基带I和Q信息信号。本领域的普通技术人员理解I和Q基带信息信 号接口。作为调制器152操作的结果，连接器252上的输出是中频信 号，其包括AM参考信号和小PM误差信号形式的AM分量。将调制 器152的输出经由连接器252通过振幅校准元件300，提供给功率检 测器276。功率检测器276的输出还包括希望的发送信号的AM部分。 连接器138上提供的信号是用于功率放大器控制元件285的输入的参 考信号。因为功率放大器控制元件285具有有限的带宽，连接器138
上振幅调制发生的速率最好位于功率控制反馈环路的带宽之内。
将限幅器248的输出经由连接器250，做为具有PM分量的，但 实质上没有AM分量的本地振荡器信号，提供给调制器152。调制器 152事实上移除整个PM分量，将AM调制分量应用于信号，并经由 连接器252提供这个信号。为了移除连接器250上出现的PM分量， 分别在连接器278和282上将的I和Q信号反相。通过这种方式，连 接器上的调制器152的输出包含极小的PM部分和显著的AM部分。 关于连接器252上的信号的PM分量，调制器152作为比较器，通过 限幅器248并且在连接器250上，将连接器278和282上的I和Q信号分别与可变增益元件232的输出提供的LO信号进行比较。锁相环 220内的分量提供增益，用于连接器250上的PM和连接器278和282 上的调制器的比较，从而提供连接器252上的调制器152的相位误差 信号。然后将这个相位误差信号提供给限幅器256，其输出连接器258 上包含小PM相位误差分量的信号。通过这种方式，从连接器246上 可变增益比较232的输出中提取的反馈信号作为连续反馈，提供给锁 相环220.
随着锁相环220的增益的增加，在连接器252上包含相位误差的 调制器152的误差信号输出将变小。但是，总会出现一些误差信号， 从而使锁相环220实现锁相。应该注意到即使不操作功率放大器180， 从功率放大器180到连接器156上也总会有一些小泄露。这些小泄露 足以通过可变增益元件232提供反馈信号并且进入锁相环220，从而 仅仅使用功率放大器180的泄露输出就可以锁定锁相环220。通过这 种方式，从放大器关闭到放大器180提供全部输出功率这段时间，可 以使用单个反馈环路以连续控制功率放大器180的输出功率。
相位/频率检测器208经由连接器155、除法器202和连接器204， 接收来自合成器148的未调制输入信号。未调制输入信号是通过数字 "x"除以的频率，以便提供连接器204上具有恰当频率的信号。将 数字"x"选为用于最小化合成器148的设计复杂度，并且可以，例 如但不限于，将数字"x"选为将合成器148的输出转换为lOOMHz 的频率。相位/频率检测器208还经由连接器206，接收除法器260的 输出。用类似于选择数字"x"的方式来选择数字"y"。相位/频率检 测器208检测连接器204上的信号和连接器206上的信号之间的任意 相位差，并且在连接器210上放置具有与相位差成比例的振幅的信号。 当相位差达到360°，连接器210上的相位/频率检测器208的输出将 与连接器204和206上的信号之间的频率差成比例关系。
相位/频率检测器208在连接器210上的的输出是数字信号，此数 字信号具有0或1的值，其中两个输出状态之间的转变时间极小。连 接器上的信号提供给低通滤波器212，该低通滤波器212集成连接器 210上的信号并在连接器214上放置DC信号，以控制发送电压控制振荡器(TXVCO) 216的频率。直接经由连接器184，向功率放大器 180提供TX VC0216的输出。通过这种方式，合成器148、限幅器 248、调制器152、限幅器256、除法器260、除法器202、相位/频率 检测器208、低通滤波器212和TX VC0216构成锁相环(PLL) 220， 其用于确定连接器上发送频率的。当建立或"锁定"了PLL220，随 后进入连接器204和206上的相位/频率检测器208的两个信号具有精 确相等的相位和频率，并且连接器210上的相位/频率检测器208的输 出变为0。连接器214上的集成低通滤波器212的输出稳定，导致TX VC0 216的固定频率输出。例如，合成器148和混频器226确保来自 连接器184上的TX VCO 216的信号输出频率跟踪由连接器上的合成 器148和IF中频提供的本地振荡器信号的频率总和。
当锁相环220锁定时，连接器204上的信号相位将等于连接器206 上的信号相位。因为连接器206上的PM数量应该很小，锁相环220 的增益必须相当高以将连接器206上的误差信号放大到相位/频率检 测器208可以作出比较的电平。通过按照与希望用于移除TX VCO 216的相位的方向相反的方向，使用调制器152来将I和Q信息信号 加在连接器250上的信号上，并且因为希望锁相环220保持锁定，来 自连接器184上的TX VCO 216的信号输出相位将按照与由调制器 152加的相位相反的方向移动。通过这种方式，连接器206上的PM 误差信号出现将以高灵敏度、TXVC0 216D、多MHz每伏特的量级 进行最小化。
因为功率控制元件285'对于连接器138的AM信号构成闭合环 路，则有可能使用非线性并因此高效率的功率放大器180。此外，通 过包括在锁相环220中的功率放大器180来调整由于放大器相位依赖 而发生的不希望的并且有害的AM到PM转换。通过分离AM和PM 调制，并且通过提供同时用于AM和PM调制的闭合环路控制，则可 以使用非线性并因此高效率的功率放大器。下面将详述的振幅校准元 件300检测和校准信号的AM部分并控制功率放大器180的输出。
图3是示出了图2的振幅校准元件300的方框图。振幅校准元件 300包括线性驱动器310和检测器和校准电路320。检测器和校准电路320包括差分检测器302和差分比较器304。线性驱动器310用固 定增益设置进行工作，而检测器和校准电路320基于向连接器254提 供的电压参考信号和连接器314上的差分检测器302输出，设置线性 驱动器310的增益。向图2的检测器276提供连接器253上的线性驱 动器310的输出。还经由连接器312，向差分检测器302提供连接器 253上信号的电平移动的版本。将连接器306上的差分比较器304的 输出作为增益输入信号亦称为控制信号的，提供给线性驱动器310。 线性驱动器310在连接器253上的的输出被称为Vout并且分别为 Out+和Out-，连接器312上向差分检测器302提供的信号被称为 Vin—det，或分别称为Out—d+和Out_d-。
振幅校准元件300接收调制器152 (图2)在连接器252上的输 出作为电压输入Vin，并且在连接器253上提供校准AM信号，用于 作为AM输入信号提供给功率放大器控制元件285。
图4是示出了图3线性驱动器310的实施例的示意图400。电压 源Vcc经由连接器402提供电压供给。分别将与图3中的信号Vin相 对应的差分电压输入信号Vin+和Vin-提供给电容426和428。晶体管 430和440分别构成具有它们的发射极端422和444的差分对，其中 终端422和444分别耦合到可调整的电阻器434和436。如以下所述， 由检测器和校准电路320中的逻辑对可调整电阻器434和436的值进 行控制，以控制应用于线性驱动器310的增益。可调整电阻器434和 436之间的端480耦合到电流源472。晶体管430的集电极端417耦 合到电阻器404，电阻器440的集电极端442耦合到电阻器406。晶 体管430的基极经由连接器424，耦合到电容426，并通过电阻器456 耦合到节点458，节点458耦合到晶体管410的发射极416。通过电 阻器448，晶体管440的基极446耦合到晶体管420的发射极421和 电阻器454。晶体管440的基极终端446还耦合到电容428。晶体管 410的集电极414耦合到连接器402，同时晶体管420的集电极418 还耦合到连接器402。差分输出信号Out+和Out-对应于图3中的信号 Vout，并且是从连接器462和458中提取的。这些是向图2的检测器 276提供的系统输出。这个输出的电平还由电阻器452和454进行移动，这样连接器468和466上的差分输出Out—d+和Out一d-分别作为Vin—det信号，经由连接器312提供给图3中的差分检测器302。将电阻器452耦合到电流源474，并且将电阻454器耦合到电流源476。图4所示的作为双极结晶体管的晶体管仅用于说明的目的。可以执行其它的晶体管技术。
图5是示出了图4的可调整电阻434和436的示意图500。通过构成电阻增益开关的电子开关来控制可调整电阻434和436，以控制图3的线性驱动器310的输出。
在本例中，如510共同所示，可调整电阻434包括四组不同值的串联电阻。将该电阻进行二进制加权并且排列成梯形配置。将四组电阻示为532、 534、 536和538。每个组532、 534、 536和538中的电阻分别串联到开关512、 514、 516和518上。例如，可以将开关512、514、 516和518实现为所示场效应晶体管(FET)开关，或使用其它任意数字逻辑控制开关技术来实现。开关512包括用于接收输入信号SO的栅极522，开关514包括配置为用于接收控制信号Sl的栅极524，开关516包括配置为用于接收控制信号S2的栅极526，开关518包括配置为用于接收控制信号S3的栅极528。控制信号S0、 Sl、 S2和S3是由检测器和校准电路320提供的数字逻辑电平信号。
在本例中，可调整电阻436包括四组不同值的串联电阻，并共同的称为550。电阻在梯形配置中是二进制加权和排列的。将四组电阻示为572、 574、 576和578。每个集572、 574、 576和578中的电阻分串联到开关552、 554、 556和568上。例如，可以将开关552、 554、556和568实现为所示场效应晶体管(FET)开关，或使用其它任意数字逻辑控制开关技术来实现。开关552包括用于接收输入信号SO的栅极562，开关554包括配置为用于接收控制信号Sl的栅极564，开关556包括配置为用于接收控制信号S2的栅极566，开关558包括配置为用于接收控制信号S3的栅极568。控制信号SO、 Sl、 S2和S3是由检测器和校准电路320提供的数字逻辑电平信号。
将可变电阻434和436耦合到连接器480上(见图4)，同时还将可变电阻434经由连接器478耦合到晶体管430的发射极422，还将可变电阻436经由连接器482耦合到晶体管440的发射极444(图4)。图6是示出了图3中在检测器和校准电路320中使用的多个基本检测器泵浦电路的其中一个的示意图600。检测器泵浦电路600包括用于在连接器602上向晶体管604、 606、 608和610提供系统电压的电压源Vcc。晶体管604的源极612、晶体管606的源极618、晶体管608的624和晶体管610的源极632都连接到连接器602上的Vcc上。晶体管604的栅极622耦合到晶体管606的栅极623，并还耦合到晶体管606的漏极622。类似的，晶体管610的栅极628耦合到晶体管608的栅极629，并还耦合到晶体管608的漏极625。晶体管608的漏极625还分别耦合到晶体管606和604的漏极622和614。向晶体管642的栅极端645提供电压漏输入Vin_p。向晶体管644的栅极端646提供电压反馈信号Vfb。图7中示出了信号Vin_p和Vfb的生成。晶体管642和644的源极648和652分别耦合到节点654。节点654耦合到电流源656。检测器泵浦电路600的输出是脉冲电流，并且是连接器636上提供的。连接器636上的信号被称为信号Outp。如下所述，还在方框图中简单地示出了检测器泵浦电路600。
图7是示出了图6中使用多个检测器泵浦电路构成的差分检测器的示意图700。检测器泵浦电路720和730构成一个电路元件，用于检测输入信号的正负相位，同时检测器泵浦电路750和760检测输入信号的中间点Vmed。将对中间点的检测用作差分检测器的参考。连接器702上提供来自线性驱动器310的差分输入信号的正部分Out一d+，同时经由连接器716提供来自线性驱动器310的差分输入信号的负部分Out—d+。连接器702和716上的差分信号对应于图3所示的Vin—det信号，还是图4所示的Out—d+和Out—d-差分信号。从电阻708和714之间的节点712提取用于输入信号V_med的中值，并将其提供给检测器泵浦电路750和760。将Out一d+信号作为信号Vin—p经由连接器704，提供给检测器泵浦电路720，同时将Out—d-信号作为Vin_p信号，经由连接器722，提供给检测器泵浦电路730。 Vin—det信号的中值作为信号Vin_p，经由连接器754提供给检测器泵浦电路750，并经由连接器756提供给检测器泵浦电路760。在连接器726上，将检测器泵浦电路720的输出电流Outp和连接器727上检测器泵浦电路730的输出电流Outp相加。总和提供滤波器740并生成在节点Nd上的电压。滤波器740包括电容742和电流源744，电流源744被设计为提取还被称为"耗尽"电流的极小数量的电流。通过连接器780和781，电容742与耗尽电流Ibleedl连接以构成滤波器。节点Nd上的电压经由连接器725，反馈到检测器泵浦电路720和730的反馈输入Vfb。节点Nd上的电压还出现在连接器738上的输出Outd。类似地，在连接器762上将检测器泵浦电路750的输出电流Outp和连接器765上检测器泵浦电路760的输出电流Outp相加。总和提供滤波器770并生成在节点Nd一ref上的电压。滤波器770包括电容774和电流源776，电流源被设计为提取还被称为
"耗尽"电流的极小数量的电流。通过连接器782和783，电容774与耗尽电流Ibleed2连接以构成滤波器。经由连接器755，节点Nd一ref上的电压反馈到检测器泵浦电路750和760的反馈输入Vfb。节点Nd—nef上的电压还出现在连接器778上的输出Outd—ref。将差分信号Outd和Out—ref提供为差分比较器304的一个差分输入314 (图3)。
图8是示出了图3中由检测器和校准电路320使用的逐次近似电路实施例的示意图800。逐次近似电路800包括图3的差分检测器304。将图8所示的差分检测器304的输入示为差分输入。分别经由连接器738和778，向差分比较器304提供差分检测器生成Outd和Outd—ref。经由连接器254a和254b，向差分比较器304提供差分电压参考信号。经由连接器812，向逐次近似电路820提供差分比较器304的输出。逐次近似电路820接收连接器814上的时钟输入信号并提供在连接器306上作为输出的控制信号S0、 Sl、 S2和S3，以控制线性驱动器310内的可变电阻434和436。在这个例子中，振幅校准元件300操作在大约100MHz的频率上，同时功率控制环路285操作在大约1.8MHz。逐次近似电路的操作通常如下。将线性驱动器310 (图3)设置为中间增益位置。在检测器和校准电路320中检测线性驱动器310的输出
(图3)，并且将其与参考信号Vref进行比较(图3的254)。如果比较值较高则在下一步将线性驱动器310的增益减半。检测器和校准电路320检测新的值，步骤继续。本技术在本领域己知。
图9是描述了本发明一个实施例的操作的流程图900。可以按照所示顺序、不按照所示顺序、或并行地执行流程图中的方框。在方框902，振幅校准元件300接收图2的调制器152的输出。在方框904，振幅校准元件300处理连接器252上调制器的输出和连接器254上的电压参考信号。在方框906检测连接器252上信号的AM部分，在方框908校准信号，从而可以提供给闭合功率控制环路285。在方框910，向功率控制环路285提供校准的AM信号。
已经对本方面的多种实施例进行描述，在本发明的范围内，本领域的普通技术人员应理解多种实施例和实现是可能的。因此，本发明仅由附权利要求及其等价物所限制。
权利要求
1、一种振幅校准元件，包括线性驱动器，其被配置为用于接收调制器的输出，所述调制器输出包括具有振幅调制(AM)部分的电压信号；差分检测器，其被配置为用于接收所述线性驱动器的输出，并且产生对应于所述AM部分的差分信号；以及差分比较器，其被配置为用于接收所述差分检测器的所述输出和差分参考信号，所述差分比较器配置为用于产生增益控制信号，以控制所述线性驱动器的增益。
2、 如权利要求1所述的振幅校准元件，其中所述线性驱动器进 一步包括能够由数字逻辑信号控制的多个可调整电阻。
3、 如权利要求2所述的振幅校准元件，其中所述差分检测器进 一步包括被配置为用于检测所述AM部分的两个相位的逻辑、用于对 所述AM部分进行滤波的逻辑以及电流源。
4、 如权利要求3所述的振幅校准元件，其中所述差分比较器进 一步包括逐次近似电路，其被配置为用于产生可以控制所述可调整电 阻的所述数字逻辑信号。
5、 如权利要求4所述的振幅校准元件，其中所述线性驱动器、 差分检测器和差分比较器操作在大约100MHz的频率上。
6、 如权利要求5所述的振幅校准元件，其中将所述可调整电阻 进行二进制加权并且排列成梯形配置。
7、 如权利要求1所述的振幅校准元件，其中所述差分检测器进 一步包括多个检测器泵浦电路，每个检测器泵浦电路被配置为用于生成脉冲电流。
8、 如权利要求7所述的振幅校准元件，其中第一组多个检测器 泵浦电路构成一个电路元件，其被配置用于检测输入信号的正负相 位，第二组多个检测器泵浦电路构成另一个电路元件，其被配置用于 检测所述输入信号的中间点。
9、 如权利要求8所述的振幅校准元件，其中将所述输入信号的 所述中间点的所述检测用作对所述差分检测器的参考。
10、 一种用于对振幅和相位调制的发送信号的振幅调制部分进行 检测和校准的方法，包括在闭合功率控制环路中生成功率控制信号； 生成振幅调制(AM)信号和相位调制(PM)信号；以及 以比所述功率控制环路的带宽高的带宽，对所述振幅调制信号进 行差分检测和校准。
11、 如权利要求10所述的方法，进一步包括对与线性驱动器相 关联的多个可调整电阻的阻值进行数字控制，以控制所述线性驱动器 的所述增益。
12、 如权利要求11所述的方法，进一步包括 使用差分检测器检测所述AM信号的两个相位；对于所述AM信号的每个相位，产生与所述AM信号的电平对应 的电流；对所述AM信号的每个相位进行滤波；用与每个相位相关联的电流源对所述AM信号的每个相位的所 述电流进行调整；以及将所述调整电流与差分比较器中的参考信号进行比较，以产生数 字控制信号来控制所述可调整电阻。
13、 如权利要求12所述的方法，进一步包括使用逐次近似电路， 用于产生能够控制所述可调整电阻的数字逻辑信号。
14、 如权利要求13所述的方法，进一步包括在大约100MHz频 率上操作所述线性驱动器、差分检测器和差分比较器。
15、 如权利要求14所述的方法，进一步包括 对所述可调整电阻进行二进制加权；以及 将所述可调整电阻排列成梯形配置。
16、 如权利要求10所述的方法，进一步包括使用差分检测器以 生成脉冲电流。
17、 如权利要求16所述的方法，进一步包括检测输入信号的正 负相位，并检测所述输入信号的中间点。
18、 如权利要求17所述的方法，进一步包括将所述输入信号的 所述检测中间点作为对于所述差分检测器的参考。
19、 一种便携式收发器，包括收发器，用于发送和接收射频(RF)信号；线性驱动器，其被配置为用于接收调制器的输出，所述调制器输 出包括具有振幅调制(AM)部分的电压信号；差分检测器，其被配置为用于接收所述线性驱动器的输出，并产 生对应于所述AM部分的差分信号；以及差分比较器，其被配置为用于接收所述差分检测器的所述输出和 差分参考信号，所述差分比较器被配置为用于产生增益控制信号，以 控制所述线性驱动器的所述增益。
20、 如权利要求19所述的便携式收发器，其中所述线性驱动器 进一步包括能够被数字逻辑信号控制的多个可调整电阻。
21、 如权利要求20所述的便携式收发器，其中所述差分检测器 进一步包括被配置为用于对所述AM部分的两个相位进行检测的逻 辑、用于对所述AM部分进行过滤的逻辑以及电流源。
22、 如权利要求21所述的便携式收发器，其中所述差分比较器 进一步包括逐次近似电路，其被配置为用于产生能够控制所述可调整 电阻的所述数字逻辑信号。
23、 如权利要求22所述的便携式收发器，其中所述线性驱动器、 差分检测器和差分比较器操作在大约100MHz的频率上。
24、 如权利要求23所述的便携式收发器，其中将所述可调整电 阻进行二进制加权并且排列成梯形配置。
25、 如权利要求19所述的便携式收发器，其中所述差分检测器 进一步包括多个检测器泵浦电路，每个检测器泵浦电路配置为生成脉 冲电流。
26、 如权利要求25所述的便携式收发器，其中第一组多个检测 器泵浦电路构成一个电路元件，其被配置为用于检测输入信号的正负 相位，第二组多个检测器泵浦电路构成另一个电路元件，其被配置为 用于检测所述输入信号的中间点。
27、 如权利要求26所述的便携式收发器，其中将所述输入信号 的所述中间点的所述检测用作对于所述差分检测器的参考。
全文摘要
振幅校准元件包括线性驱动器，其被配置为用于接收调制器输出，调制器输出包括具有振幅调制(AM)部分的电压信号；差分检测器，其被配置为用于接收线性驱动器输出以及产生对应于AM部分的差分信号；以及差分比较器，其被配置为用于接收差分检测器的输出和差分参考信号，该差分比较器被配置为用于产生增益控制信号以控制线性驱动器的增益。
文档编号H04B1/02GK101558569SQ200680025086
公开日2009年10月14日 申请日期2006年5月5日 优先权日2005年5月10日
发明者F·G·伯尔泰亚努, I·格奥尔基, R·普莱拉, T·索拉提 申请人:天工方案公司