CN100527598C - 改进的宽带同相位信号和正交相位信号生成装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种在无线收发器中产生同相位信号和正交相位信号的装置。所述装置包括：用于产生振荡信号的本机振荡器，用于控制所述本机振荡器和一多相滤波器的锁相电路，所述多相滤波器安装在本机振荡器和第一和第二混频器之间，根据来自锁相电路的控制信号将振荡信号分离成同相位信号和正交相位信号，并且将分离出的同相位信号和正交相位信号分别输出到第一和第二混频器，所述第一和第二混频器用于将分离出的同相位信号和正交相位信号与发送信号或接收信号混频以将发送信号或接收信号转换为基带信号或者高频信号。

Description

改进的宽带同相位信号和正交相位信号生成装置

技术领域

本发明通常涉及无线通信系统，尤其是涉及用于无线通信系统的改进的同相位/正交相位(I/Q)信号生成装置。

背景技术

由于无线通信设备不断增加和无线通信用户广泛普及，为了微型化、低功耗和低价格，人们已经尝试将收发装置所具有的组成部件集成在一个芯片上。组成部件需要同相位(I)和正交相位(Q)的基准信号。

在使用正交信道的通信系统中，I和Q信道是彼此正交的，但是这种正交性会由于诸如振荡器被安装时引起的缺陷而被破坏。因此，增益和相位是不平衡的并且引起直流(DC)误差，从而使通信系统的性能恶化。

直接转换接收机(DCR)技术在目前许多无线通信标准共存环境下是必需的。在一个传统的外差式接收机中，信号在其I/Q分离前放大50dB到60dB，因此，需要低增益放大。所以，失配问题相当大。与此不同，在一个DCR接收机中，输入信号在其I/Q分离前放大10dB到20dB，因此，需要高增益放大。因此，当设计一个接收机时，I/Q失配的问题应该充分地考虑。

图1表示一个传统的基于DCR的I/Q信号生成电路。如图1所示，输入信号通过带通滤波器101被带通滤波，然后由低噪声放大器102放大。放大的信号在混频器104和106处与来自本机振荡器103的本机振荡信号混频，混频器104和106分别安装在两条信号线上。混频的信号作为I/Q信号通过低通滤波器107和108以及功率放大器109和110输出。本机振荡信号输出到用于Q信号的混频器106，在输出到用于I信号的混频器104前用移相器105移相90°。

图2A和2B是表示在本机振荡器和移相器之间的增益失配的曲线，图2C和2D是表示在本机振荡器和移相器之间的相位失配。可以意识到的是，原始信号点在信号星座中朝向I轴和Q轴失真。

为了解决失配问题，在传统的振荡器中通常使用分频器。分频器甚至在需要振荡频率不同于基准频率的DCR系统中广泛使用。然而，在使用分频器的I/Q匹配设计方案中，如果输入信号包括二次谐波，其I/Q信号承受相当大的相位失配，引起高功耗并在生成和分离高频时产生困难。

另一个已知的I/Q匹配方法是使用一个电阻-电容(RC)多相滤波器的方法。由于其I/Q失配大，它仅能用于窄范围控制，并且应该与限幅器一起使用以减少增益失配。这个方法是不利的，因为RC多相滤波器降低I/Q信号功率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种改进的I/Q信号生成装置，该装置用于最小化同相位/正交相位(I/Q)失配，并且提供振荡频率的宽控制范围。

本发明的另一个目的是，提供一种改进的I/Q信号生成装置，该装置能够防止由振荡器的相位噪声引起的性能变坏。

本发明的进一步的目的是，提供一种改进的I/Q信号生成装置，该装置能够不遭受压控振荡器性能的变坏，而使用一个锁相环(PLL)控制多相信号。

本发明的再一个目的是，提供一种改进的I/Q信号生成装置，通过去掉传统的多相滤波器中的限幅器而被小型化。

为了达到上述的和其他的目的，提供一种在无线收发器中产生同相位/正交相位(I/Q)信号的装置，该装置包括一个产生本机振荡信号的本机振荡器和将振荡信号与发送/接收信号混频以将发送/接收信号转换为基带或者高频信号的第一和第二混频器，该装置还包括一个控制本机振荡器的锁相电路和一个安装在本机振荡器和混频器之间的多相滤波器，以便基于来自锁相电路的控制信号将来自本机振荡器的振荡信号分离成I信号和Q信号，并且将分离的I和Q信号分别输出到第一和第二个混频器。

附图说明

本发明上述的和其他的目的、特征和优点通过下面结合附图的详细说明将变得更清楚。

图1是表示一个传统的基于DCR的I/Q信号生成电路的图；

图2A和2B是表示在一个传统的I/Q信号生成电路中，在本机振荡器和移相器之间的增益失配的曲线；

图2C和2D是表示在一个传统的I/Q信号生成电路中，在本机振荡器和移相器之间的相位失配的曲线；

图3是说明根据本发明优选实施例的I/Q信号生成装置的框图；

图4是说明图3的锁相环(PLL)结构的框图；以及

图5是说明图3多相滤波器结构的框图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。为简明起见，在下面的说明中，为简明起见省略了对合并于此的已知功能和配置的详细说明。

图3是说明根据本发明优选实施例的同相位/正交相位(I/Q)信号生成装置的框图。如图3所示，本发明的I/Q信号生成装置包括一个产生本机振荡信号的本机振荡器301，一个控制本机振荡器301的本机振荡信号频率的锁相环(PLL)302，一个连接到本机振荡器301的输出端以输出I和Q信号的多相滤波器303，一个设置在I路径上以使I信号与发送/接收信号混频的第一混频器304和一个设置在Q路径上以使Q信号与发送/接收信号混频的第二混频器305。PLL302将来自本机振荡器301的本机振荡信号与基准信号相比较，基于比较结果将控制信号Sc输出到本机振荡器301和多相滤波器303。

图4是说明图3的PLL 302结构的框图。如图4所示，PLL 302包括：将来自本机振荡器301的振荡信号的频率分频的分频器401；用来接收本机振荡器301的振荡信号和作为基准信号的分频器401的输出信号并检测所接收信号的相位的相位检测器(P/D)402；以及对相位检测器402的输出信号进行低通滤波以产生控制信号Sc的低通滤波器403。产生的控制信号Sc输出到本机振荡器301和多相滤波器303。

图5是说明图3的多相滤波器303结构的框图。如图5所示，多相滤波器303由第一和第二可变滤波器510和520构成，分别用于上变频和下变频。第一可变滤波器510包括第一和第二输出端513和515，并将本机振荡器301的振荡信号分离为I信号和Q信号，第一变容二极管511连接在接地和第一输出端513之间并且第一电阻器514串行连接在输入端LO+和第一输出端513之间。此外，第一可变滤波器510包括串行连接在第二输出端515和输入端LO+之间的第二变容二极管516，并且第二电阻器517连接在接地和第二输出端515之间。

同样，第二可变滤波器520包括第三和第四输出端523和525，并将本机振荡器301的振荡信号分离为I信号和Q信号，第三变容二极管521连接在接地和第三输出端523之间，第三电阻器524串行连接在输入端LO-和第三输出端523之间。此外，第二可变滤波器520包括串行连接在第四输出端525和输入端LO-之间的第四变容二极管526，第四电阻器527连接在接地和第四输出端525之间。

第一到第四变容二极管511、516、521和526由低通滤波器403输出的控制信号Sc控制。变容二极管511、516、521和526安装在多相滤波器303中，基于PLL 302的控制信号Sc控制他们的静电电容，从而有效地减少由频率变化引起的I/Q失配。

如上所述，在本发明的I/Q信号生成装置中，在多相滤波器中安装电容可变的变容二极管，并且根据锁相环PLL的控制信号控制变容二极管，有效地减少了由振荡频率变化产生的I/Q失配。

本发明的I/Q信号生成装置使用变容二极管使I/Q失配减到最小，并且在较宽范围内控制振荡频率。此外，本发明的I/Q信号生成装置使用变容二极管产生精确的I/Q信号，从而防止由本机振荡器的相位噪声引起的性能变坏。本发明的I/Q信号生成装置通过去掉用于传统的多相滤波器的限幅器，对收发装置的微型化有益。

尽管上面已经参照特定的优选实施例显示和描述了本发明，但本领域的技术人员通过这些会理解，可以在其中作出各种形式和细节的变化而不会脱离由所附的权利要求定义的本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种用于在无线收发信机中的产生同相位信号和正交相位信号的装置，所述装置包括：

一个产生振荡信号的本机振荡器；

一个锁相电路，与所述本机振荡器和一多相滤波器连接，用于通过向所述本机振荡器和所述多相滤波器输出控制信号来控制所述本机振荡器和所述多相滤波器；

所述多相滤波器，安装在所述本机振荡器和第一和第二混频器之间，根据来自所述锁相电路的控制信号，将所述振荡信号分离成同相位信号和正交相位信号，并且将分离的同相位信号和正交相位信号分别输出到所述第一和第二混频器；以及

所述第一和第二混频器，将所述分离的同相位信号和正交相位信号与发送相位或接收信号混频以将所述发送信号或接收信号转换为基带信号或者高频信号，

其中，所述多相滤波器包括第一和第二可变滤波器，用于根据所述锁相电路的控制信号对来自所述本机振荡器的振荡信号进行滤波，并且将滤波后的信号输出到所述第一和第二混频器。

2.权利要求1的装置，其中所述锁相电路包括：

一个分频器，用于将来自所述本机振荡器的振荡信号的频率分频；

一个相位检测器，用于检测所述分频器和所述本机振荡器的输出信号的相位；以及

一个低通滤波器，用于对所述相位检测器的输出信号进行滤波，并将滤波后的信号输出到所述本机振荡器和所述多相滤波器。

3.权利要求1的装置，其中所述第一可变滤波器将用于上变换发送信号的振荡信号分离为同相位信号和正交相位信号，并且将分离后的同相位信号和正交相位信号分别输出到所述第一和第二混频器。

4.权利要求1的装置，其中所述第二可变滤波器将用于下变换接收信号的振荡信号分离为同相位信号和正交相位信号，并且将分离后的同相位信号和正交相位信号分别输出到所述第一和第二混频器。

5.权利要求1的装置，其中所述第一可变滤波器将用于上变换发送信号的振荡信号分离为同相位信号和正交相位信号，并且将分离后的同相位信号和正交相位信号分别输出到所述第一和第二混频器，其中，所述第二可变滤波器将用于下变换接收信号的振荡信号分离为同相位信号和正交相位信号，并且将分离后的同相位信号和正交相位信号分别输出到所述第一和第二混频器。

6.权利要求5的装置，其中所述第一可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的变容二极管，该变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制。

7.权利要求5的装置，其中所述第一可变滤波器包括一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的变容二极管，该变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制。

8.权利要求5的装置，其中所述第一可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的第一变容二极管，和一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的第二变容二极管，所述第一和第二变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制。

9.权利要求5的装置，其中所述第二可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的变容二极管，该变容二极管由来自所述锁相环的控制信号控制。

10.权利要求5的装置，其中所述第二可变滤波器包括一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的变容二极管，该变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制。

11.权利要求5的装置，其中所述第二可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的第一变容二极管，和一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的第二变容二极管，所述第一和第二变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制。

12.权利要求5的装置，其中所述第一可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的第一变容二极管，和一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的第二变容二极管，其中所述第二可变滤波器包括一个连接在接地和连接到第一混频器的输出线路之间的第三变容二极管和一个与连接到第二混频器的输出线路串行连接的第四变容二极管，所述第一到第四变容二极管由来自所述锁相电路的控制信号控制工作。

13.权利要求12的装置，其中所述第一和第二可变滤波器中的每一个包括一个与连接到第一混频器的输出线路串行连接的第一电阻器，和一个连接在接地和连接到第二混频器的输出线路之间的第二电阻器。

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