用于对采用两点FSK调制的频率合成器进行校准的方法与流程

本发明涉及一种用于对特别是fskrf信号收发器中采用两点调制的频率合成器进行校准的方法。

本发明还涉及一种具有用于实施该校准方法的采用两点调制的频率合成器的rf信号收发器。

背景技术：

为了例如在近距离内传输或接收数据或指令，常规的收发器采用fsk(频移键控，frequencyshiftkeying)调制。如果rf载波频率较高，例如大约为2.4ghz，针对中频——尤其是高于或等于200khz——选择较高的带宽。已调信号中的调频偏差可根据带宽进行调整。在这种情况下，可使用由本机振荡器提供的基准频率，这种本机振荡器可能不是很精确并且因此较便宜。然而，必须考虑与所选择的带宽成比例的热噪声功率。因此，宽频带传输或接收系统通常不具备良好的敏感度。

专利申请ep0961412a1公开了一种用于对数据传输进行两点频率调制的频率合成器。该频率合成器利用sigma-delta调制器通过控制低频锁相回路(phase-lockedloop，pll)中的可变分频器来对数据进行调制，并利用数字模拟转换器(dac)进行高频调制。该dac具有通过数字控制单元调整并且受用于数据频率调制的数字控制信号控制的可变增益。该数据控制信号也被传输至sigma-delta调制器以将低频pll的调制和由dac提供的调制结合。

在合成器中，经过dac的调制信号的相对时延相对于低频pll中的调制而变化。然而，该文献中并未公开任何有关例如调整通过低频pll并借助dac转换器调制的数据频谱的振幅水平的内容。因此，取决于用于数据传输的状态转换频率，可能产生不希望的干扰。此外，调整dac增益相对复杂，这构成了一个缺点。

专利ep2173029b1公开了一种利用两点fsk调制的频率合成器对数据传输进行调制的自校准方法。频率合成器包括配置有电压控制振荡器的第一低频锁相回路(pll)和包括数字模拟转换器并连接至电压控制振荡器的高频通路。第一pll还包括基准振荡器、连接至基准振荡器的相位比较器、第一低通回路滤波器以及多模式分频器计数器，所述多模式分频器计数器由调制器控制，用于基于来自合成器的高频输出信号向相位比较器提供分频信号。电压控制振荡器通过来自第一回路滤波器的第一控制电压信号控制在第一输入下，并且通过用于对高频数据进行调制的第二控制电压信号控制在第二输入下。

对于专利ep2173029b1的用于频率合成器的自校准方法，公开了一种用于调节dac的增益的二分算法。在另一比较器中执行连续的电压比较，以控制用于调节dac增益的逻辑电路。用于校准dac增益的所有操作都在第一低频pll的开环模式下执行。在闭环工作期间会发生电压漂移。从而，在校准之后的闭环模式下的操作期间，这种电压漂移造成了待在电压控制振荡器之前进行滤波的信号中的电压差和相位偏移。此外，校准合成器要花费较长时间，这构成了缺点。

还已知一种采用两点调制的频率合成器，其中，通过使回路滤波器或dac的输出功率最小化来执行对两点调制器进行校准的操作。在校准模式下，也可通过控制dac增益的最小均方(least-meansquare，lms)算法来使回路滤波器的输出电压最小化。这需要较复杂的电路，这构成了缺点。

技术实现要素：

因此，本发明的目标在于提供一种用于对采用两点调制的频率合成器进行校准的方法，该方法易于实施并且可在闭环校准下快速地执行，并且克服了上述现有技术的缺陷。

为此，本发明涉及一种用于对采用两点调制的频率合成器进行校准的方法，该方法包括独立权利要求1中所提及的特征。

该校准方法的具体步骤在从属权利要求2至7中加以限定。

该校准方法的一个优点在于，合成器的锁相回路(pll)处于闭合状态以用于执行该校准方法的各步骤。这避免了在开环校准下的上述现有技术中所观察到的电压漂移。

有利地，仅需要两个校准阶段。在第一阶段，在激励信号被提供给校准单元之后，在合成器的模拟部分中调整相位偏移。该第一阶段的相位偏移信号被返回至星座图的要么同相要么正交的轴上，优选返回至i轴(余弦轴)上。因此，在第一阶段在i轴上形成映射。在第二阶段，一旦在校准单元中相位偏移逻辑上返回至0，借助二分算法调整数字模拟转换器(dac)增益。在对第一阶段的相位偏移进行校正之后，在第二阶段仅校验回路滤波器输出信号的极性。校准单元中的这种极性校验能够判断dac增益是否过高或过低，并且能够容易地调整该dac增益。

有利地，当通过控制校准单元中的输入信号的零交点校正了相位偏移之后，因此不必再使对dac增益进行校准的工作功率最小化。利用这两个校准阶段，在pll中产生了有源噪声抑制作用。

有利地，利用包括采用两点调制的频率合成器的收发器中的现有部件来对所述频率合成器进行校准。这节约了集成电路结构中的空间，并降低了用于这些校准操作的电路的总功耗。利用经校准的频率合成器可实现蓝牙通讯。还可设想在收发器的工作期间——尤其是在数据调制期间——对所述合成器进行校准。

为此，本发明还涉及一种具有用以实施校准方法的采用两点调制的频率合成器的rf信号收发器，所述收发器包括独立权利要求8中所提及的特征。

rf信号收发器的优选实施例在从属权利要求9至11中限定。

附图说明

在参考附图的如下说明中，用于对fskrf信号收发器中采用两点调制的频率合成器进行校准的方法的目标、优点及特征将更清楚地显现，在所述附图中：

图1示出了包括待通过根据本发明的校准方法来进行校准的采用两点调制的频率合成器的收发器的简化图，以及

图2为具有根据本发明的校准方法的第二阶段的用于调节dac增益的回路滤波器输出信号的合成器的局部图。

具体实施方式

在以下说明中，特别是在用于实施该校准方法的fskrf信号收发器中采用两点调制的频率合成器的所有本领域技术人员所公知的那些部件仅以简化的方式来描述。首先，描述了一种具有采用两点fsk调制的频率合成器的收发器。

图1示出了fskrf信号收发器1的总图，收发器1包括采用两点fsk调制的频率合成器10。在正常工作模式下，收发器1包括用于大约2.4ghz的载波频率下的fsk或gfskrf信号的至少一个传送/接收天线20。收发器1在输出端还包括用于接收由频率合成器10输出的待由天线20传输的已调信号out的放大器pa22，以及用于接收来自天线20的信号的低噪声接收放大器(lownoisereceptionamplifier，lna)21。接收放大器21中的经放大且经滤波的信号借助由本机振荡器(未示出)提供的振荡信号osc在至少一个混频器23中变换频率。来自混频器23的输出信号是可以为基带信号的简单或正交中间信号(intermediatesignal)。这些中间信号在滤波器if25中进行滤波，所述滤波器if25为低通或基带滤波器。可变增益放大器(vga)26放大经滤波的信号并以常规方式将其供应至处理单元(未示出)，以对输入数据信号进行解调。

应注意，通常，经滤波且经放大的中间信号在处理单元中被数字地转换，即，通过来自基准振荡器的时钟信号进行采样与计时。该基准振荡器可以是在26mhz下工作的石英谐振器紧接着串联的二分之一分频器(dividers-by-two)。例如，可存在4个串联的二分之一分频器(未示出)。在转换之后，基于处理电路中的采样点可在星座图(constellation)的要么同相(in-phase)的i轴要么正交(quadrature)的q轴上形成映射。该映射对应于一个频点，即，半离散傅里叶变换(dft)的单个频率。基准振荡器(未示出)向频率合成器10提供基准信号ref。

频率合成器10可以是采用两点fsk或gfsk频率调制的合成器。频率合成器10主要包括低频或低通锁相回路以及与锁相回路的电压控制振荡器(voltage-controlledoscillator，vco)6连接的高频通路(highfrequencyaccess)。该高频通路包括数字模拟转换器(dac)7。

因此，频率合成器10在锁相回路中包括相位比较器2。该比较器2接收来自基准振荡器(未示出)——该基准振荡器可形成所述频率合成器的一部分——的基准信号ref以及来自sigma-delta调制器9的调制信号。由比较器输出的高、低比较信号被供应至电荷泵(chargepump)3，该电荷泵3向回路滤波器提供信号，所述回路滤波器为低通滤波器4。如图1中所示，在加法器5中将来自回路滤波器4的输出信号添加至来自dac转换器7的输出信号以控制vco6，在这种情况下vco6具有仅一个变抗器。然而，可以设想vco6具有2个彼此独立的并联的专用变抗器，而不用使用加法器5。

vco6能够产生高频信号out。高频信号out通过可编程分频器8，所述可编程分频器8与sigma-delta调制器9双向连接以闭合锁相回路。在正常工作下，将数据信号数据经由处理单元供应至dac7，并且供应至sigma-delta调制器9，以便通过频率合成器进行两点fsk调制，并提供高频fsk调制信号out。信号out的载波频率可以接近1.2ghz或2.4ghz。对于1.2ghz的频率，也可执行倍频处理，以便通过收发器1的天线传送载波频率为2.4ghz的fsk调制信号。

收发器1还包括校准单元27，所述校准单元27可形成处理单元(未示出)的一部分。在频率合成器10的回路滤波器4的输出端与if滤波器25之间配置有第一多路器/多路选择器(multiplexer)mux124。第一多路选择器24还连接至混频器23的输出端。由校准单元提供第一选择信号sel1以将回路滤波器4的输出端连接至if滤波器25，由此执行对频率合成器进行校准的方法，或者在收发器1的正常工作模式下将混频器23的输出端连接至if滤波器25。第二多路器mux229被输入来自校准单元27的第二选择信号sel2并且被第二选择信号sel2控制，以便将激励信号sd从校准单元提供至dac7并提供至sigma-delta调制器9，从而执行该校准方法。在正常工作模式下，例如一旦合成器已被校准，则借助第二多路器29将数据信号数据提供至dac7并提供至sigma-delta调制器9。

现在参考图1和图2描述用于对频率合成器10进行校准的方法。该校准方法主要由两个校准阶段p1和p2构成。校准单元27将第一选择信号sel1和第二选择信号sel2传输至两个多路器24和29，所述两个多路器24和29将回路滤波器4的输出端连接至if滤波器25，并且将校准单元27连接至dac7并连接至sigma-delta调制器9。校准单元提供激励信号sd以对频率合成器并且主要是dac7进行校准。激励信号sd可处于低频率下——例如大约为200hz，并且低于回路滤波器4的截止频率(该截止频率通常大约为100khz)。

值得注意的是，回路滤波器4也可直接连接至校准单元27的输入端，校准单元27数字地转换回路滤波器输出信号以执行第一阶段p1。在这种情况下，第一多路器24将不必再转换为校准模式。

在第一校准阶段p1，调整由校准单元产生并且主要被传输至sigma-delta调制器9的激励信号sd与校准单元27中来自回路滤波器4并且通过if滤波器25和vga放大器26接收的输出信号之间的相位偏移。校准单元向dac7提供零增益以使其在该第一阶段无效。

为了在阶段p1调整相位偏移，在校准单元27中集成有核心单元28，以在星座图的要么同相要么正交轴上形成映射。该映射也可基于处理单元的采样点形成。该映射对应于一个频点，即，半dft的单个频率。因此，在处理单元输入端对来自vga放大器26的输出信号进行采样。该核心单元28通过已限定时长的临时采样窗口的方式可借助核心对输入信号执行低通数字滤波。这有效地过滤了由合成器10的sigma-delta调制器产生的噪声或任何其它杂音。

该第一阶段p1中的相位偏移信号返回至星座图的同相或正交轴上，优选返回至i轴(余弦轴)上。从而，第一阶段p1中在i轴上形成对应于半dft的映射。因此，借助校准单元的用于比较激励信号sd的子程序来检验进入所述校准单元27的信号的零交点。由此在第一阶段p1结束时校正可变时延或相位偏移偏差。

应当注意的是，由于收发器1的if滤波器25和vga放大器26被用于对频率合成器10进行校准，因此，这两个元件比锁相回路的其它元件产生更大的时延或相位偏移。因此，必须在第一阶段p1中在校准单元27中数字地产生相位偏移调整。

还应当注意的是，当该映射由校准单元27中的数字化信号构成时，增益也可在所观察的激励信号的信号噪声比(snr)中获得。这也使精校准成为可能，因为q部分出现的噪声在该第一阶段结束时被永久地消除。作为该第一阶段p1的结果，在最优snr的情况下实现了相位对齐。此外，由于dac7在第一阶段p1不工作，因此在回路滤波器4的输出端存在最大干扰。第一阶段p1因此也用于优化如下文阐述的第二阶段p2中使用的抑制作用(rejection)。

由于特别是在校准单元27中产生的激励信号已知，因此可以例如通过伪随机信号对该信号进行调制，并且将其映射成等价已调矢量(相关性)上。这增大了相对于由sigma-delta调制器9产生的噪声的抑制作用。

在第二校准阶段p2，通过校验离开回路滤波器4的信号的符号或极性来容易地调整dac7的增益。在这种情况下，不必再使对dac7进行校准的功率最小化。正号或正极性表示校准单元27中的校验确定回路滤波器4的输出信号与激励信号sd同相。负号或负极性表示校准单元27中的校验确定回路滤波器4的输出信号相对于激励信号sd移相180°。

然后，可以在校准单元27中实施借助于二分算法的调整。这意味着dac增益可通过校验回路滤波器4的输出信号的极性来容易地进行调整。如图2中的曲线图所示，如果确定极性为负，则意味着dac7的增益过高，反之如果极性为正，则意味着dac7的增益过低。一旦dac7的增益的最终数字值由校准单元提供，则校准方法结束。数字增益值可限定为7位。利用分为两个阶段p1和p2对频率合成器进行校准的这种方法，可以在0.4到5ms之间在第二阶段p2调整dac7的增益。

在该校准方法结束时，通过修改用于多路器mux124、29的选择信号sel1、sel2来容易地切换至正常工作模式。利用已校准的频率合成器可实现蓝牙通讯。

当然，由于合成器采用许多现有的收发器部件，因此不存在集成电路中所需空间的严重损失。此外，可在任何时候在收发器中开始校准方法，以便在工作期间校准所述合成器并在闭环模式下执行校准。该校准即使在待传输数据的调制期间也可连续地发生。该频率合成器例如可以用0.18μmcmos技术制成。

根据如上给出的说明，在不脱离本发明的由权利要求所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以设想用于对收发器中采用两点调制的频率合成器进行校准的方法的多种变型。可设想利用相同的校准方法对采用psk或bpsk或qpsk调制的合成器进行校准。可以设想的是，在收发器工作期间或程序化时间段的任何时候，均可从已调数据信号的接收或传输模式转换至校准模式。