一种本振iq信号相位幅度校准装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种本振IQ信号相位幅度校准装置，属于射频集成电路【技术领域】。通过在本振输出端口加入幅度校准模块和相位校准模块来实现IQ两路信号的相位校准与幅度校准。本方法适用于各种无线收发信机、电子干扰机及现代微波测量仪器中矢量网络分析仪、微波扫频信号源等设备(器件)，尤其适用于卫星导航射频前端中本振信号的相位校准与幅度校准，可以方便地通过数字信号控制模拟电路中的参数，以数字与模拟相结合的方式实现校正校准工作。本发明中校准电路的性能优，校正范围宽，校正能力强，控制方便易行，工作方式灵活多样，具有良好的应用前景。
【专利说明】一种本振IQ信号相位幅度校准装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种相位幅度校准装置，特别涉及适用于射频前端的本振信号相位幅 度校准的集成电路领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于直接下变频接收机可以实现单片集成，因此受到越来越多的关注，此 外也由于正交变频技术可以有效地避免无线接收机中的镜像抑制问题以及无线发射机中 的镜像带杂散问题，使得正交变频技术在各种无线收发机中得到越来越广泛的应用。正交 变频技术采用射频信号与互为正交的IQ两路本振信号进行正交混频来实现变频操作。
[0003] 本振源在现代电子设备中用途十分广泛，它是现代雷达发射机和接收机的核心部 件，也是通信系统、导航系统收发信机的核心部件和许多有源电子设备的核心。而本振信号 的相位误差和幅度失配直接影响接收机镜像抑制能力和解调性能，因此如何在正交变频之 前获得性能匹配（包括相位匹配与幅度匹配）的正交本振信号，是无线收发机设计中亟待 解决的一个重要问题。
[0004] 传统本振信号的解决方法，大多着重于通过对本振源的改进来保证本振信号的正 交匹配的性能,而产生本振信号后直接与射频信号混频实现变频。然而对本振源产生本振 信号后的再调节或校准等相关方面的研究甚少。因此本发明中所述的作为获得匹配（包括 相位匹配与幅度匹配）正交本振信号的装置，有很重要的价值以及应用前景。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种本振IQ信号相位幅度校准装置，如图1所示，在本振源输出端口 之后加入相位校准电路和幅度校准电路，本振源产生的本振信号先经过相位校准电路进行 相位调整完成匹配校准后，再经过幅度校准电路对本振信号的IQ两路的幅度进行校准。
[0006] 通过在本振输出端口之后加入相位校准电路与幅度校准电路，对本振IQ两路正 交信号进行相位校准与幅度校准，从而获得性能匹配的（包括相位校准与幅度校准）正交 本振信号。相位校准电路与幅度校准电路作为对本振信号的校准单元，能有效地保证IQ两 路信号相位的正交性与信号幅度的一致性。本发明的上述目的通过以下技术方式来实现。
[0007] 在本振源101输出端口之后串接入相位校准电路102和幅度校准电路103,本振 源101产生的本振信号先经过相位校准电路102进行相位调整，再经过幅度校准电路103 对IQ两路信号的幅度进行匹配校准；另外，本振源101产生的本振信号也可以先经过幅度 校准电路103对IQ两路信号的幅度进行校准后，再经过相位校准电路102进行相位调整。
[0008] 相位校准电路102由第一至第四相位校准支路组成；幅度校准电路103由第一至 第二幅度校准支路组成；第一相位校准支路对本振信号中的Ip信号进行相位校准处理后 输出至第一幅度校准支路，第一幅度校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准 后的Ip信号；第二相位校准支路对本振信号中的In信号进行相位校准处理后输出至第一 幅度校准支路，第一幅度校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的In信 号；第三相位校准支路对本振信号中的Qp信号进行相位校准处理后输出至第二幅度校准 支路，第二幅度校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的Qp信号；第四相 位校准支路对本振信号中的Qn信号进行相位校准处理后输出至第二幅度校准支路，第二 幅度校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的Qn信号。
[0009] 第一相位校准支路包括多组并联的可编程PMOS缓冲器单元和多组并联的可编程 NMOS缓冲器单元；可编程PMOS缓冲器单元由PMOS开关管和PMOS缓冲器组成，Ip信号接 PMOS缓冲器的栅极，PMOS缓冲器的漏极接PMOS开关管的源极，PMOS缓冲器的源极接第一 幅度校准支路；PMOS开关管的漏极接电源，PMOS开关管的栅极接控制信号；可编程NMOS缓 冲器单元由NMOS开关管和NMOS缓冲器组成，Ip信号接NMOS缓冲器的栅极，NMOS缓冲器的 源极接NMOS开关管的漏极，NMOS缓冲器的漏极接第一幅度校准支路；NMOS开关管的源极接 地，NMOS开关管的栅极接控制信号。第一相位校准支路与第二至第四相位校准支路结构完 全相同。
[0010] 第一幅度校准支路包括多组并联的可编程NMOS镜像电流驱动器单元、镜像电流 基准电路单元和差分放大器单元；第一相位校准支路的输出信号接差分放大器单元正端 NMOS管的栅极，差分放大器单元正端NMOS管的漏极接校准后I路输出的一支信号，第二相 位校准支路的输出信号接差分放大器单元负端NMOS管的栅极，差分放大器单元负端NMOS 管的漏极接校准后I路输出的另一支信号，差分放大器单元正端NMOS管的源极接差分放大 器单元负端NMOS管的源极；可编程NMOS镜像电流驱动器单元由NMOS开关管和NMOS镜像 电流驱动器组成，NMOS开关管的漏极接差分放大器单元正端NMOS管的源极，NMOS开关管的 栅极接控制信号，NMOS开关管的源极接NMOS镜像电流驱动器的漏极，NMOS镜像电流驱动器 的源极接地，NMOS镜像电流驱动器的栅极接镜像电流基准电路参考NMOS管的栅极。第一 幅度校准支路与第二幅度校准支路结构完全相同。
[0011] 如图4所示，可编程PMOS缓冲器延迟阵列401由PMOS开关阵列和PMOS缓冲器阵 列构成，可编程NMOS缓冲器延迟阵列402由NMOS开关阵列和NMOS缓冲器阵列构成。同一 级的PMOS开关管PMSi和同一级的PMOS缓冲器PMi构成可编程的PMOS缓冲器单元，同一 级的NMOS开关管NMSi和同一级的NMOS缓冲器NMi构成可编程的NMOS缓冲器单元；PMi 和匪i相串联，进而构成一级由PMOS缓冲器和NMOS缓冲器构成的延迟单元。DNi和Di为 延迟缓冲器开关的控制信号；当DNi为高电平时，Di为低电平；当DNi为低电平时，Di为高 电平；i为大于1的自然数；延迟时间的大小与接入电路的延迟单元数量以及面积成比例关 系，每一级延迟单元的面积不同，由本级引起的信号的延迟时间不同；IQ两路信号经过缓 冲器后的延迟时间不同，其对应的相位也会不同；本发明通过调整控制信号DNi和Di的组 合情况，进而控制延迟单元接入电路的情况，从而使输入信号的延迟时间得到调整，IQ两路 信号之间的相位也发生相应的调整，保证IQ两路信号的相位满足正交匹配。
[0012] 相位校准电路102输出的IQ两路信号输入幅度校准电路103,幅度校准电路103 对IQ两路信号进行幅度校准。如图5所示，幅度校准电路由差分对管匪15和匪16、电流基 准NMOS管NM17、电流镜开关管NMSi、电流镜输出驱动NMOS管NMRi等构成；i为大于1的自 然数；控制信号Di控制电流镜开关管匪Si的打开和关闭；WSi打开时，NMRi接入电流镜 网络，使流入差分对管匪15和匪16的电流变大；进而使差分对管匪15和匪16的放大倍数 改变，从而可以改变该路信号的幅度；幅度校准电路103由两路结构相同的幅度校准电路 构成，分别控制I路信号和Q路信号。本发明通过调整可编程电流输出阵列501中控制信 号Di的组合，进而控制差分对放大器的工作电流大小，从而调整输出IQ两路信号的增益， 保证IQ两路信号的幅度匹配。
[0013] 本发明中的相位校准电路102的电路中有6bit控制位，单路相位校准电路示意框 图如图2所示。上位机通过通用串行总线SPI控制该控制位的值。在本发明的设计实例 中，6个bit控制位分别是0. 05°、0. Γ、0. 2°、0. 4°、0. 8°、1.6°的相位调节位；通过6 个bit控制位的组合，单路相位校准电路的相位调节范围覆盖了 0?3. 15°，进而I路信 号和Q路信号之间的相位调整范围为-3. 15°?3.15°。幅度校准电路103主要采用控 制差分对管放大器的工作电流大小来实现增益的调整，保证I路信号和Q路信号之间幅度 的匹配。幅度校准电路103通过通用串行总线SPI的控制来调控内部的7bit控制位。单 路幅度校准电路示意框图如图3所示。这7个bit控制位调节的增益分别为0dB、0. 05dB、 0. ldB、0. 2dB、0. 4dB、0. 8dB、l. 6dB ;通过7个bit控制位的组合，单路幅度校准电路的增益 调节范围是OdB?3. 15dB，进而在I路信号和Q路信号之间的幅度调整范围为-3. 15dB? 3. 15dB。
[0014] 本发明所提供的一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其优点在于：发明中对本振 源的输出本振信号在相位与幅度两项指标上进行校准，保证最终输出的本振信号是满足要 求的正交匹配的IQ信号，减少本振源IQ信号的正交不平衡对变频的直接影响，进而有效地 避免无线接收机中的镜像抑制问题、解调性能问题以及无线发射机中的镜像带杂散问题。 本发明适用于各种无线接发机、电子干扰机及现代微波测量仪器中矢量网络分析仪、微波 扫频信号源等设备中本振信号的相位校准与幅度校准，性能优，校正范围宽，校正能力强， 应用领域广阔，控制方便易行，工作方式灵活多样。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1本振IQ信号相位幅度校准装置的整体方案示意图；
[0016] 图2第一相位校准支路功能示意框图；
[0017] 图3第一幅度校准支路功能示意框图；
[0018] 图4第一相位校准支路示意图；
[0019] 图5第一幅度校准支路示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术路线更加清楚明白，下面通过具体实施例并结合附图 对本发明的实施方式作进一步详细说明。
[0021] 相位校准电路102连接本振源101的输出端，调整I路信号、Q路信号的相位，使 输出的本振信号的相位正交匹配。相位校准电路102的输出端连接幅度校准电路103的输 入端。
[0022] 幅度校准电路103的输入端连接相位校准电路102的输出端，使两路本振信号通 过幅度校准电路103获得幅度的平衡。幅度校准电路103的输出端连接到外部设备或直接 输出。
[0023] 当本振源101产生本振信号后，将产生的IQ两路信号送入相位校准电路102的输 入端，在初始状态下，相位校准电路102与幅度校准电路103不对相位与幅度作调整。外接 频谱检测设备检测输出的IQ两路信号，当两路信号的相位不满足正交的匹配条件时，通过 通用串行总线SPI对相位调整电路102的寄存器写入合适的配置字对其进行配置，进而控 制并联入校准电路的特定宽长比的PMOS与NMOS组合的延迟单元的数量，进而控制两路信 号的延迟时间，从而实现相位的调整。如图4所示。
【权利要求】
1. 一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其特征在于：在本振源（101)输出端口之后依 次串接相位校准电路（102)和幅度校准电路（103);所述的相位校准电路（102)由第一至 第四相位校准支路组成；所述的幅度校准电路（103)由第一至第二幅度校准支路组成；第 一相位校准支路对本振信号中的Ip信号进行相位校准处理后输出至第一幅度校准支路， 第一幅度校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的Ip信号；第二相位校 准支路对本振信号中的In信号进行相位校准处理后输出至第一幅度校准支路，第一幅度 校准支路对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的In信号；第三相位校准支路对 本振信号中的Qp信号进行相位校准处理后输出至第二幅度校准支路，第二幅度校准支路 对输入的信号进行幅度校准后对外输出校准后的Qp信号；第四相位校准支路对本振信号 中的Qn信号进行相位校准处理后输出至第二幅度校准支路，第二幅度校准支路对输入的 信号进行幅度校准后对外输出校准后的Qn信号。
2. 根据权利要求1所述的一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其特征在于：所述的第 一相位校准支路包括多组并联的可编程PMOS缓冲器单元和多组并联的可编程NMOS缓冲器 单元；可编程PMOS缓冲器单元由PMOS开关管和PMOS缓冲器组成，Ip信号接PMOS缓冲器 的栅极，PMOS缓冲器的漏极接PMOS开关管的源极，PMOS缓冲器的源极接第一幅度校准支 路；PMOS开关管的漏极接电源，PMOS开关管的栅极接控制信号；可编程NMOS缓冲器单元由 NMOS开关管和NMOS缓冲器组成，Ip信号接NMOS缓冲器的栅极，NMOS缓冲器的源极接NMOS 开关管的漏极，NMOS缓冲器的漏极接第一幅度校准支路；NMOS开关管的源极接地，NMOS开 关管的栅极接控制信号。
3. 根据权利要求1或2所述的一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其特征在于：所述 的第一相位校准支路与第二至第四相位校准支路结构完全相同。
4. 根据权利要求1所述的一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其特征在于：所述的第 一幅度校准支路包括多组并联的可编程NMOS镜像电流驱动器单元、镜像电流基准电路单 元和差分放大器单元；第一相位校准支路的输出信号接差分放大器单元正端NMOS管的栅 极，差分放大器单元正端NMOS管的漏极接校准后I路输出的一支信号，第二相位校准支路 的输出信号接差分放大器单元负端NMOS管的栅极，差分放大器单元负端NMOS管的漏极接 校准后I路输出的另一支信号，差分放大器单元正端NMOS管的源极接差分放大器单元负端 NMOS管的源极；可编程NMOS镜像电流驱动器单元由NMOS开关管和NMOS镜像电流驱动器组 成，NMOS开关管的漏极接差分放大器单元正端NMOS管的源极，NMOS开关管的栅极接控制信 号，NMOS开关管的源极接NMOS镜像电流驱动器的漏极，NMOS镜像电流驱动器的源极接地， NMOS镜像电流驱动器的栅极接镜像电流基准电路参考NMOS管的栅极。
5. 根据权利要求1或4所述的一种本振IQ信号相位幅度校准装置，其特征在于：所述 的第一幅度校准支路与第二幅度校准支路结构完全相同。
【文档编号】H04B1/40GK104320204SQ201410632365
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】刘言, 李斌, 刘林海, 田素雷, 张晓峰, 赵建欣, 陈明辉 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所