应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，该校正电路均集成在收发机芯片上，包括射频开关、低频开关、校正信号发生器、发射机基带处理电路、发射机混频器、下变频混频器、正交本振产生电路、偏移本振产生电路、接收机基带处理电路、窄动态范围高精度的信号强度检测器、采样保持比较器、校正控制电路、正交增益调谐电路和正交相位调谐电路；本实用新型通过窄动态范围高精度的信号强度检测器检测收发机I路和Q路中校正信号发生器输出的校正信号经调制解调后的信号强度，并对其进行采样比较后使得校正控制电路采用二分法的算法调谐正交增益调谐电路和正交相位调谐电路，使得收发机中发射机的正交失配最小。
【专利说明】应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及混合信号处理、通信【技术领域】，尤其是基于零中频或低中频结构的射频收发机中发射机的正交失配校正方法及校正电路。
【背景技术】
[0002]现代通信系统通常采用相位或正交幅度调制方式，如QPSK (正交相移键控)，GMSK(高斯最小相移键控)，QAM (正交幅度调制)等。在这些调制系统中，信号频谱的上下两个边带包含不同的信息。因此，射频前端必须采用正交变换的方式才能区分开两个边带的信息。
[0003]正交失配指的是同相支路(I)和正交相支路(Q)的幅度不相等或相位差偏离90°。正交失配会导致信号向量偏离参考向量，信号向量和参考向量的差被称为Error Vector(误差向量)。通信系统中所说的EVM指的是Error Vector Magnitude(误差向量幅度)。EVM越大，表示信号质量越差。在发射机中，正交失配会产生边带镜像干扰，破坏有用信号的频谱，导致发射信号EVM增大。
[0004]射频前端正交失配来源于两个方面:本振产生部分和基带部分。基带电路工作频率较低，寄生效应小。对称的版图设计可以大大消除基带引起的失配。本振产生部分工作在射频，寄生效应对正交信号的匹配影响较大，而且受到本振产生电路带宽的限制，正交信号不可能做到在整个工作频带都能匹配良好。现代调制系统(如64-QAM)要求射频前端的正交幅度失配小于1%，正交相位失配小于10。仅依靠版图设计技术往往不能满足这么高的要求，因此需要引入电路校正的办法来提高射频前端的正交性能。
[0005]图1给出了当前发射机正交失配校正方法的一个例子。在这种方法中，数字基带芯片DSP输出一个测试信号给发射机，发射机将该测试信号上变频到有用边带，同时发射机的正交失配会导致镜像干扰出现在镜像边带，检测器(Detector)将有用信号变频到直流，将载波信号变频到测试信号频率，并将镜像干扰信号变频到2倍测试信号频率，然后通过带通滤波器(BPF)保留2倍测试信号频率的信号，滤除其他干扰，信号强度检测器(SSI)检测BPF的输出信号，并输出给DSP。DSP根据SSI的检测结果来调谐发射机中的正交失配调谐电路(Λ G)，从而校正正交失配。
[0006]当前发射机的正交失配校正方法需要收发机芯片和数字基带芯片协同工作完成，接口复杂，减小了双向选择范围；采用带通滤波器，电路复杂度高，功耗和芯片面积大。
【发明内容】
[0007]本实用新型要解决的问题是提供应用于射频收发机中发射机的正交失配校正方法及校正电路。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:射频收发机中发射机的正交失配校正方法及校正电路，其方法按以下步骤依次进行:
[0009]a.由校正信号发生器向发射机的输入端加入直流校正测试信号；
[0010]b.将发射机输出端的射频信号下变频到模拟基带；[0011]c.将步骤b中所得模拟基带信号经接收前端的模拟基带电路进行滤波、增益调整等信号处理后，再经窄动态范围高精度的基带信号强度检测器检测；
[0012]d.采样保持比较器在步骤c中的窄动态范围高精度的基带信号检测器的检测结果中采样并比较；
[0013]e.校正控制电路根据比较结果来调谐正交增益调谐电路或正交相位调谐电路；
[0014]f.重复以上步骤直至射频前端的正交幅度失配或正交相位失配最小。
[0015]作为优选，步骤e中的校正控制电路采用二分法查找的算法，依次校正正交幅度失配和正交相位失配。
[0016]作为优选，步骤e中调谐正交增益调谐电路的步骤包括:
[0017]el.校正信号发生器分时输出(VD，O)和(0，VD);
[0018]e2.微调I路或者Q路的增益；
[0019]e3.重复步骤el和e2，直至射频前端的正交幅度失配最小，其中，Vd表示一定的直流电压，O表示没有直流电压。
[0020]作为优选，步骤e中调谐正交相位调谐电路的步骤包括:
[0021]e4.校正信号发生器分时输出(VD，Vd)和(Vd，-Vd)；
[0022]e5.微调I路或者Q路的相位延迟；
[0023]e6.重复步骤e4和e5,直至射频前端的正交相位失配最小。
[0024]本实用新型还提出了应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，该电路集成在收发机芯片上，包括射频开关、低频开关、校正信号发生器、发射机基带处理电路、发射机混频器、下变频混频器、正交本振产生电路、偏移本振产生电路、接收机基带处理电路、窄动态范围高精度的信号强度检测器、采样保持比较器、校正控制电路、正交增益调谐电路和正交相位调谐电路；
[0025]所述低频开关包括第一低频开关、第二低频开关和第三低频开关；
[0026]发射机输入支路分为I路和Q路，这两路上的器件连接方式相同，所述发射机输入端在I路和Q路分别连接一第一低频开关的输入端，所述校正信号发生器的两输出端分别通过一第二低频开关连接发射机I路和Q路上第一低频开关的输出端，该第一低频开关的输出端连接所述发射机基带处理电路输入端，发射机基带处理电路输出端连接所述发射机混频器基带输入端；
[0027]所述正交本振产生电路的输入端连接本振信号产生器，输出端连接所述正交相位调谐电路的输入端，该正交相位调谐电路的输出端连接所述发射机混频器的本振输入端；
[0028]所述正交增益调谐电路串联在所述第一低频开关的输出端与所述发射机混频器基带输入端之间的支路上或串联在所述正交相位调谐电路的输出端与所述发射机混频器的本振输入端之间的支路上；
[0029]所述发射机混频器的输出端通过所述射频开关连接所述下变频混频器的信号输入端，该下变频混频器的本振输入端连接所述偏移本振产生电路的输出端；该下变频混频器的输出端通过所述第三低频开关连接所述接收机基带处理电路的输入端；
[0030]所述接收机基带处理电路的输出端接入所述窄动态范围高精度的信号强度检测器的输入端，该窄动态范围高精度的信号强度检测器的输出端连接所述采样保持比较器的输入端，所述采样保持比较器的输出端连接所述校正控制电路的输入端，该校正控制电路包含5个控制信号输出端，其中一个输出端连接到校正信号发生器的控制信号输入端，两个输出端连接到两个正交增益调谐电路的控制信号输入端，另外两个输出端连接两个正交相位调谐电路的控制信号输入端。
[0031]作为优选，所述窄动态范围高精度的信号强度检测器是功率检测器或幅值检测器。
[0032]作为优选，所述发射机基带处理电路包括发射机低通滤波器和放大器，且该低通滤波器和放大器依次串联，即所述低通滤波器的输出端连接所述放大器的输入端。
[0033]作为优选，所述接收机基带处理电路包括接收机低通滤波器和接收机可变增益放大器，且该接收机低通滤波器和接收机可变增益放大器依次串联，所述接收机低通滤波器的输出端连接所述接收机可变增益放大器输入端。
[0034]作为优选，所述正交增益调谐电路串联在所述第一低频开关输出端和低通滤波器输入端之间的支路上。
[0035]作为优选，所述低通滤波器输出端与所述放大器输入端之间的支路上。
[0036]作为优选，所述放大器输出端与所述发射机混频器基带输入端之间的支路上。
[0037]作为优选，所述偏移本振产生电路包括一个混频器，该混频器的射频输入端连接发射机的本振信号产生器，其低频输入端连接片外低频信号输入端或片上晶体振荡电路的低频信号输出端。
[0038]作为优选，所述偏移本振产生电路包括一个混频器和一个除N (N为整数)电路，该混频器的射频输入端连接发射机的本振信号产生器，其低频输入端连接到除N电路的输出端，该除N电路的输入端连接发射机的本振信号产生器或片上晶体振荡电路的低频信号输出端或片外低频信号输入端。
[0039]作为优选，所述偏移本振产生电路包括一对正交混频器和一个除N电路，该正交混频器的两个正交射频输入端连接发射机的正交本振产生电路的I路输出端和Q路输出端，其两个低频输入端连接到除N电路的两个正交输出端，该除N电路的输入端连接发射机的本振信号产生器或片上晶体振荡电路的低频信号输出端或片外低频信号输入端。
[0040]本实用新型具有的优点和积极效果是:采用上述技术方案，电路完全集成在射频收发机芯片中，不需要数字基带芯片或片外电路协助，接口简单，兼容性好；不需要带通滤波电路，减小了芯片面积和功耗；本实用新型采用二进制查找比较的算法，较计算求解的算法简单，校正时间短，且不受温度、工艺、环境等因素的影响，稳定性好，鲁棒性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1是当前一种发射机正交失配校正电路示意图；
[0042]图2是本实用新型正交失配校正电路示意图；
[0043]图3是本实用新型的一种偏移本振产生电路示意图；
[0044]图4是本实用新型的正交增益调谐电路的一种电路结构图；
[0045]图5为本实用新型的正交相位调谐电路的一种电路结构图；
[0046]图6为本实用新型的校正信号发生器的一种电路结构图。
【具体实施方式】[0047]以下根据附图及具体实施例对本实用新型作出详细说明。
[0048]本实用新型提供射频收发机中发射机的正交失配校正方法，该方法按以下步骤依次进行:
[0049]a.由校正信号发生器SGcm向发射机的输入端加入直流校正测试信号；
[0050]b.将发射机输出端的射频信号下变频到模拟基带；
[0051]c.将步骤b中所得模拟基带信号经接收前端的模拟基带电路进行滤波、增益调整等信号处理后，再经窄动态范围高精度的基带信号强度检测器NSSIbb检测；
[0052]d.采样保持比较器SHC在步骤c中的窄动态范围高精度的基带信号检测器NSSIbb的检测结果中采样并比较；
[0053]e.校正控制电路CALCC根据比较结果来调谐正交增益调谐电路IQGT或正交相位调谐电路IQPT ；
[0054]f.重复以上步骤直至射频前端的正交幅度失配或正交相位失配最小。
[0055]其中，步骤e中的校正控制电路采用二分法查找的算法依次校正正交幅度失配和正交相位失配，调谐正交增益调谐电路IQGT的步骤包括:
[0056]el.校正信号发生器SGm分时输出(VD，O)和(0，VD);
[0057]e2.微调I路或者Q路的增益；
[0058]e3.重复步骤el和e2，直至射频前端的正交幅度失配最小。
[0059]其中，Vd表不一定的直流电压,O表不没有直流电压。输出(VD,O)时，Q路没有输入信号，I路输入了大小为Vd的直流电压。这时候发射机混频器TMixer的输出信号幅度的大小记为RF(Vd，0)。输出(0，Vd)时，I路没有输入信号，Q路输入了大小为Vd的直流电压，这时候发射机混频器TMixer的输出信号幅度的大小记为RF(0，VD)。RF(VD，0)和RF(0，VD)的幅度差异比率就称为正交幅度失配。幅度失配是I路和Q路的增益不平衡引起的。因此，将RF(Vd，0)和RF(0，Vd)的幅度差异鉴别出来以后，可以微调I路或者Q路的增益来消除正交幅度失配。。
[0060]调谐正交相位调谐电路的步骤包括:
[0061]e4.校正信号发生器SGcal分时输出(VD，Vd)和(VD，-Vd)；
[0062]e5.微调I路或者Q路的相位延迟；
[0063]e6.重复步骤e4和e5,直至射频前端的正交相位失配最小。
[0064]输出(VD，Vd)时，I路和Q路都输入大小为Vd的直流电压。这时候发射机混频器TMixer的输出信号幅度的大小记为RF(VD, VD)。输出(VD，-Vd)时，I路输入大小为Vd的正直流电压，Q路输入大小为Vd的负直流电压。这时候发射机混频器TMixer的输出信号幅度的大小记为RF(VD，-Vd)。RF(VdjVd)和RF(Vd，_Vd)的幅度差别反映了正交相位的失配信息。假设基带输入到发射机混频器TMixer输出的电压增益为1，LOI=ALOsin (ω LOt+ Φ)，LOQ=ALOcos ω LOt, Φ表不正交本振信号的相位误差。具体推导如下:
[0065]输入(VD，Vd)时
[0066]
R F (Vn, yn) = vn sin(w"/ + ψ) + Vn cos (0Lot(I)
[0067]由于Φ通常很小，式(I)可以简化为
[0068]
【权利要求】
1.应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:该电路集成在收发机芯片上，包括射频开关(RFSW)、低频开关、校正信号发生器(SGm)、发射机基带处理电路、发射机混频器(TMixer )、下变频混频器(DMixer )、正交本振产生电路(IQG )、偏移本振产生电路(LO_OFG)、接收机基带处理电路、窄动态范围高精度的信号强度检测器(NSSIBB)、采样保持比较器(SHC)、校正控制电路(CALCC)、正交增益调谐电路(IQGT)和正交相位调谐电路(IQPT)； 所述低频开关包括第一低频开关(SW1)、第二低频开关(SW2)和第三低频开关(SW3); 发射机输入支路分为I路和Q路，这两路上的器件连接方式相同，所述发射机输入端在I路和Q路分别连接一第一低频开关(SWl)的输入端，所述校正信号发生器(SGm)的两输出端分别通过一第二低频开关(SW2)连接发射机I路和Q路上第一低频开关(SWl)的输出端，该第一低频开关(SWl)的输出端连接所述发射机基带处理电路输入端，发射机基带处理电路输出端连接所述发射机混频器(TMixer)基带输入端； 所述正交本振产生电路(IQG)的输入端连接本振信号产生器(L0)，输出端连接所述正交相位调谐电路(IQPT)的输入端，该正交相位调谐电路(IQPT)的输出端连接所述发射机混频器(TMixer)的本振输入端； 所述正交增益调谐电路(IQGT)串联在所述第一低频开关(SWl)的输出端与所述发射机混频器(TMixer)基带输入端之间的支路上或串联在所述正交相位调谐电路(IQPT)的输出端与所述发射机混频器(TMixer)的本振输入端之间的支路上； 所述发射机混频器(TMixer)的输出端通过所述射频开关(RFSW)连接所述下变频混频器(DMixer)的信号输入端，该下变频混频器(DMixer)的本振输入端连接所述偏移本振产生电路(LO_OFG)的输 出端；该下变频混频器(DMixer)的输出端通过所述第三低频开关(SW3)连接所述接收机基带处理电路的输入端； 所述接收机基带处理电路的输出端接入所述窄动态范围高精度的信号强度检测器(NSSIbb)的输入端，该窄动态范围高精度的信号强度检测器(NSSIbb)的输出端连接所述采样保持比较器(SHC)的输入端，所述采样保持比较器(SHC)的输出端连接所述校正控制电路(CALCC)的输入端，该校正控制电路(CALCC)包含5个控制信号输出端，其中一个输出端连接到校正信号发生器(SG.)的控制信号输入端，两个输出端连接到两个正交增益调谐电路(IQGT)的控制信号输入端，另外两个输出端连接两个正交相位调谐电路(IQPT的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述窄动态范围高精度的信号强度检测器(NSSIbb)是功率检测器或幅值检测器。
3.根据权利要求1所述的应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述发射机基带处理电路包括发射机低通滤波器(LPF)和放大器(PGA)，且该发射机低通滤波器(LPF)和放大器(PGA)依次串联，即所述发射机低通滤波器(LPF)的输出端连接所述放大器(PGA)的输入端。
4.根据权利要求1所述的应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述接收机基带处理电路包括接收机低通滤波器(RLPF)和接收机可变增益放大器(RVGA)，且该接收机低通滤波器(RLPF)和接收机可变增益放大器(RVGA)依次串联，所述接收机低通滤波器(RLPF)的输出端连接所述接收机可变增益放大器(RVGA)输入端。
5.根据权利要求3所述的应用于射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述正交增益调谐电路(IQGT)串联在所述第一低频开关(SWl)输出端和发射机低通滤波器(LPF)输入端之间的支路上。
6.根据权利要求3所述的射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述正交增益调谐电路(IQGT)串联在所述发射机低通滤波器(LPF)输出端与所述放大器(PGA)输入端之间的支路上。
7.根据权利要求3所述的射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述正交增益调谐电路(IQGT)串联在所述放大器(PGA)输出端与所述发射机混频器(TMixer)基带输入端之间的支路上。
8.根据权利要求1所述的射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述偏移本振产生电路(LO_OFG)包括一个混频器，该混频器的射频输入端连接发射机的本振信号产生器(L0)，其低频输入端连接片外低频信号输入端或片上晶体振荡电路的低频信号输出端。
9.根据权利 要求1所述的射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述偏移本振产生电路(LO_OFG)包括一个混频器和一个除N (N为整数)电路，该混频器的射频输入端连接发射机的本振信号产生器(L0)，其低频输入端连接到除N电路的输出端，该除N电路的输入端连接发射机的本振信号产生器(LO)或片上晶体振荡电路的低频信号输出端或片外低频信号输入端。
10.根据权利要求1所述的射频收发机中发射机的正交失配校正电路，其特征在于:所述偏移本振产生电路(L0_0FG)包括一对正交混频器和一个除N电路，该正交混频器的两个正交射频输入端连接发射机的正交本振产生电路的I路输出端和Q路输出端，其两个低频输入端连接到除N电路的两个正交输出端，该除N电路的输入端连接发射机的本振信号产生器(LO)或片上晶体振荡电路的低频信号输出端或片外低频信号输入端。
【文档编号】H04L27/36GK203775241SQ201320896491
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】刘瑞峰, 王文申 申请人:天津朗波微电子有限公司