校准同相信道和正交相位信道的不平衡的方法和相应装置与流程

本公开一般涉及无线通信系统中使用的射频电路。更具体地，本公开涉及支持片上校准的射频电路。

背景技术：
传统的无线通信系统通常是针对特定标准而设计的，诸如GSM(全球移动通信系统)或宽带码分多址(W-CDMA)，每一个标准需要不同的载波频率。例如，GSM信号的载波频率从800MHz到1GHz变化，而W-CDMA的载波频率在2-3GHz之间变化。当前对其中用户可以从同一无线设备接入不同标准的无线业务融合的需求正在驱动多标准和多频带收发机的发展，所述多标准和多频带收发机能够在整个无线通信频谱(从300MHz到3GHz)中发送/接收无线信号。多标准/多频带收发机涉及许多重大的技术难题。例如，过程变化可能导致电阻或电容值的大的偏差，这继而导致带宽的大的偏差(通常大到40％)。此外，DC偏移、同相/正交(I/Q)振幅和相位失配、以及本地振荡器(LO)载波泄露是面对非理想收发机的其他问题。

技术实现要素：
本发明的一个实施方式提供了一种用于无线通信的正交混频发射机。该发射机包括正交调制器、校准信号生成器和校准电路，其中，该正交调制器包括同相(I)信道和正交(Q)信道，该校准信号生成器被配置为生成发送到I信道和Q信道的校准信号，该校准电路被配置为校准I信道和Q信道之间的不平衡。调制器、校准信号生成器和校准电路位于同一集成电路(IC)芯片上，从而实现I信道和Q信道之间的不平衡的片上校准。在本实施方式的变体中，校准信号生成器包括一个或多个数模转换器(DAC)。在本实施方式的变体中，校准信号包括一对共轭DC信号。在本实施方式的变体中，校准电路包括功率检测器，该功率检测器被配置为接收正交调制器响应于校准信号的输出。在本实施方式的变体中，校准电路包括控制模块，该控制模块被配置为基于功率检测器的输出对I信道和Q信道的路径进行控制。在本实施方式的变体中，不平衡包括相位不平衡和振幅不平衡。在本实施方式的变体中，校准电路进一步被配置为对DC偏移进行校准。附图说明图1呈现了示出直接转换接收机的架构的图。图2呈现了根据本发明的实施方式的具有片上校准的正交混频发射机的示意图。图3呈现了根据本发明的实施方式的具有片上校准的正交混频收发机的示意图。具体实施方式提供以下描述以使得本领域的任何技术人员都能够制造并使用本发明，并且以下描述是在特定应用及其需求的上下文中提供的。对所公开的实施方式的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，本文中定义的一般原则可以应用到其他实施方式和应用中，而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明不局限于所示出的实施方式，而是被赋予与本文公开的原则和特征相一致的最宽范围。概述本发明的实施方式提供了用于片上I/Q不平衡和载波泄露校准的解决方案。代替依赖外部测试音，片上数模转换器(DAC)产生简单的正交信号，该正交信号可以馈送到校准回路以最小化载波泄露和I/Q不平衡。片上校准现代的无线电发射机/接收机通常采用正交混频前端。正交混频前端架构允许低成本、低功率的单片实现，同时提供理论上无限的镜像抑制比。注意，镜像抑制质量省去了对许多片外组件的需要。然而，在实现理想的正交混频前端方面存在挑战，因为I和Q信道之间的增益和相位失配以及载波泄露能够显著降低镜像抑制比。图1呈现了示出正交混频发射机的架构的图。发射机100包括基带数字信号处理器(DSP)102和104、数模转换器(DAC)104和106、低通滤波器(LPF)108和110、本地振荡器112、混频器114和116、移相器118、加法器120和放大器122。在运行期间，基带DSP102和104生成用于I和Q信道的基带信号。I和Q基带信号首先分别由DAC104和106转换到模拟域，接着分别由LPF108和110进行滤波。经滤波的信号被发送到混频器114和116，以与本地振荡器112的输出混频。注意，移相器118在I和Q信号之间引入了90°的相移。然后I和Q信号由加法器120相加，和信号由放大器122进行放大。注意，典型的发射机集成电路(IC)芯片包括LPF108和110、LO112、混频器114和116、移相器118、加法器120和放大器122，如虚线框中所示。当考虑了I/Q失配(包括相位和振幅)、I和Q信号路径上的非零DC偏移以及载波泄露时，发射机输出可以表示为：其中mI(t)和mQ(t)是用于I和Q信道的发送的基带信号，g是I和Q信道之间的增益不平衡，φ定义了到I和Q信道的LO输入之间的相位差偏离90°多少，DI和DQ是I和Q信号路径上的DC偏移，αcos(ωt+γ)是具有未知振幅α和未知相位γ的载波泄露。发射机输出的基带或低通等效形式可以表示为：其中m(t)＝mI(t)+jmQ(t)是发送的基带信号，D＝DI+jDQ是DC偏移，V1和V2与振荡器信号的振幅相关(一个是所需频率，一个是镜像频率)，并且被定义为：和注意，发射机输出的基带等效形式的第一项是所需信号，第二项是镜像信号，第三项是DC偏移。补偿I/Q不平衡和DC偏移意味着最小化第二和第三项。已经提出了各种技术以校准(或补偿)I/Q不平衡、DC偏移和载波泄露。传统的校准方法依赖于基带DSP为其校准回路提供测试音(或导频)信号。然而，这种配置需要片外组件(诸如基带DSP)的参与。某些类别的通信标准在接收信号中包括已知的导频，其可以用于校准。然而，在实际场景下，导频可能受到其他损伤(如传输信道)的影响，使得精确的基于导频进行I/Q不平衡补偿成为一项挑战。为了解决这一问题，本发明的实施方式提供了一种用于片上校准的解决方案。在一个实施方式中，校准信号的生成不涉及任何片外组件，诸如基带DSP。在进一步的实施方式中，校准信号是两个共轭信号。图2呈现了根据本发明的一个实施方式的具有片上校准的正交混频发射机的示意图。除了发射机IC芯片202现在包括校准回路204外，正交混频发射机200的结构与正交混频发射机100类似，其中，校准回路204包括功率检测器214、LPF216、模数转换器(ADC)218和控制模块220。此外，在发射机IC芯片202的I和Q输入处，来自片上DAC206和208的输出分别经由多路复用器210和212与I和Q信号进行复用。在校准间隔期间，到发射机IC芯片202的I和Q信道输入被设置为0，并且由DAC206和208生成片上校准信号。校准信号被正交调制，然后由包络检测器，如PD214进行检测。经检测的输出由LPF216滤波，并由ADC218转换到数字域。ADC218的输出发送到控制模块220，控制模块220继而基于ADC输出对I和Q路径进行控制，以补偿I/Q不平衡和DC偏移。在进一步的实施方式中，控制模块220被配置为补偿I/Q不平衡的相位和振幅以及DC偏移。注意，为了补偿I/Q不平衡和DC偏移，校准回路204需要估计I/Q不平衡和DC偏移的量。精心挑选的校准信号可以促进这样的估计。注意，各种格式的校准信号都是可能的。在传统的使用外部测试音信号的解决方案中，测试音通常是正弦信号。生成片上正弦测试信号通常需要复杂的电路。对于集成的解决方案，希望能有更简单的电路设计。在某些实施方式中，能够生成DC信号的简单DAC用来生成校准信号。在进一步的实施方式中，一对共轭信号(κ和κ*)用作校准信号，其中κ＝κI+jκQ。通过比较响应于该对共轭信号的ADC218的输出，控制模块220可以获得I/Q不平衡和DC偏移的估计，从而能够对I和Q路径进行调整，以补偿I/Q不平衡(包括相位和振幅)和DC偏移。注意，通过对响应于共轭信号(κI,κQ)和(κI,-κQ)的ADC218的输出进行处理(诸如相加和相减)，可以提取与I/Q不平衡和DC偏移相关联的信息。注意，如果IC芯片是收发机芯片，其包括发射机部分和接收机部分，那么发射机输出可以反馈到接收机的输入，以用于校准。换句话说，响应于校准信号(由片上DAC生成)的发射机输出被反馈到接收机电路，控制模块被配置为基于接收机电路的数字输出调整I和Q路径的相位和振幅。图3呈现了根据本发明的一个实施方式的具有片上校准的正交混频收发机的示意图。收发机300包括收发机IC芯片302。收发机IC芯片302的顶部包括用于发射机的电路，收发机IC芯片302的底部包括用于接收机的电路。收发机芯片302能够使用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制造。图2和3中示出的电路仅为示例性的，不应限制本公开的范围。一般地，本发明实施方式提供了支持对I/Q不平衡和DC偏移的片上校准的方案。其他电路配置也是可能的。已经出于说明和描述的目的给出了本发明的实施方式的前述描述。它们并非旨在穷举和限制本公开。因而，很多修改和变化对本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明的范围由所附权利要求书来限定。