CN100576721C - 直接变换接收机、混频器及减少来自该混频器泄漏的方法 - Google Patents

直接变换接收机、混频器及减少来自该混频器泄漏的方法 Download PDF

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Abstract

一种直接变换接收机(200)包括：一个检测器(230)，其提供对于由该直接变换混频器(250)内的组件失配引起的偏置偏移的一个度量；以及一个校正网络(240)，其根据该度量来减少偏置偏移。该直接变换混频器(250)通过与本地振荡器(LO)信号进行混频来解调射频(RF)输入信号，从而提供一个差分基带输出信号。一个差分峰值检测器比较该混频器差分输出端的每侧的峰值信号值，并且一个差分积分器(245)对这些峰值信号值之间的差异求平均，从而提供偏置偏移的度量。该校正网络(240)将校正偏移加入每条本地振荡器路径中，但是与所述本地振荡器连接的极性相反，其中每条路径位于提供差分输出的每个开关对上。

Description

直接变换接收机、混频器及减少来自该混频器泄漏的方法
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种用于直接变换接收机的开关和偏置校正系统。
背景技术
直接变换接收机通常用于诸如蜂窝电话之类的无线通信设备。在设计这类设备时，特别需要关注的地方是每台设备对局部环境中其它设备的干扰。例如在直接变换接收机中，本地振荡器(LO)信号被直接与所接收到的射频(RF)信号混频，因此本地振荡器的泄漏容易被传送至RF天线，并且可能与天线附近的其它信号相互干扰。
图1示出了一个现有技术直接变换接收机系统100的实例示意图。如图所示，混频器150借助本地振荡器120对RF信号110进行解调，从而产生一个基带输出Vout。在理想情况下，如果本地振荡器120的互补输出是恰好反相的，晶体管和负载电阻是匹配的，并且输入跨导也达到理想的平衡，则不会有本地振荡器泄漏到RF信号110内。为了尽可能地降低噪声敏感度和减少本地振荡器信号120传播到RF信号110，全部都采用差分电路，从而抵消共模泄漏或噪声。
如果本地振荡器120的互补输出或相位不是恰好互补的，则混频器150内的各晶体管的开关点将有所差异，并且在本地振荡器频率处将产生一个差信号。虽然该差信号是共模信号，但是在尾节点(tailnode)151、152上的输入跨导的不平衡性会将该共模信号转换为差模信号，该信号被传播回到RF信号110，并且可能以本地振荡器频率从RF天线发射出去。
即使本地振荡器120的输出恰好互补，混频器150内各组件值的随机失配也可能影响一个或多个晶体管的直流偏移，从而使得各晶体管对内的交叉点(crossover point)偏离本地振荡器120的互补输出相交的时刻。这样一种偏移将导致标记与间隔的比率不再为1∶1，并且尾节点151、152上的信号将不再匹配。不管尾节点151、152上的输入跨导的平衡性，这种失配将在本地振荡器频率处产生一个传播到RF信号110的差模信号，并且可能从RF天线发射出去。
发明内容
本发明的一个目标是减少直接变换接收机的本地振荡器内的泄漏量。本发明的进一步目标是将本地振荡器内的残余泄漏转换为共模泄漏。
本发明的这些和其它目标由一个直接变换接收机实现，它包括一个提供一个偏置偏移度量的检测器以及一个根据该度量减小该偏置偏移的校正网络，该偏置偏移由直接变换混频器内的组件失配引起。该直接变换混频器通过与本地振荡器(LO)信号的混频来解调射频(RF)输入信号，从而提供一个差分基带输出信号。一个差分峰值检测器比较该混频器差分输出端的每侧的峰值信号值，而一个差分积分器对这些峰值信号值之间的差求平均以提供偏置偏移的度量。该校正网络将一个校正偏移加入到本地振荡器的每条本地振荡器路径，但是其与本地振荡器连接的极性相反，其中每条路径位于提供差分输出的每个开关对上。通过向每一个开关对内的相对的晶体管提供校正偏移，减少了两个开关对之间在开关时间方面的差异，因此减少了从本地振荡器到RF输入级的差模泄漏。
附图说明
以下参照附图并仅以实例方式对本发明的实施例进行详细描述，其中：
图1示出了一个现有技术直接变换接收机实例的示意图。
图2示出了一个按照本发明的带有偏置偏移校正的直接变换接收机实例的示意图。
图3示出了一个按照本发明的偏置误差检测器和校正网络实例的示意图。
附图中，相同的附图标记表示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
图2示出了一个按照本发明的带有偏置偏移校正的直接变换接收机200的实例示意图。接收机200包括一个混频器250，其相当于图1的现有技术混频器150，为了尽可能减少混频器250内的组件变化的影响，还添加了一个校正网络240以对混频晶体管T1A、T1B、T2A和T2B的偏置电平进行调节.
在诸如图1所示的差分直接变换接收机的理想实施例中，将输入RF信号交替地与本地振荡器的对称半周期进行混频，其中每个半周期由该混频器的每个差分分支内的交替晶体管处理。由于理想混频器内的对称结构和处理，差分电压输出Vout的每侧(或相位)VoutA和VoutB相对于一个共同的直流电平将具有大小相等但极性相反的信号摆幅。混频器内的组件变化影响晶体管的偏置，从而将使得各晶体管对中的交叉点发生偏移，并造成一对晶体管内部和/或晶体管对之间的不平衡。为便于引用，以下术语不平衡将指不同于理想混频器的对称响应的那些响应。
本发明的前提基于下列观察：混频器内的组件变化引起的不平衡导致直接变换混频器的差分输出的相位间的不平衡，因此可以使用差分输出端处的不平衡的度量来校正这类不平衡的混频器。
如图2所示，偏置误差检测器230检测差分输出Vout的相反相位VoutA和VoutB内的不平衡。所检测到的不平衡被提供给校正网络240内的偏置误差校正器245，以提供校正信号CA和CB，从而对晶体管T1A、T1B、T2A和T2B中的每一个的偏置进行调节。
将校正信号CA和CB分别与VoutA和VoutB的不平衡性直接相关。如图所示，所施加的校正信号CA、CB在极性上与本地振荡器120相反。即，校正信号CA被施加在晶体管T1B和T2B上以影响VoutB，而校正信号CB被施加在晶体管T1A和T2A上以影响VoutA。通过施加极性与本地振荡器120相反的校正，减小了T1A-T1B对与T2A-T2B对之间在开关时间方面的差异，相应地，减少了从本地振荡器到RF输入级的差模泄漏。
图3示出了一个按照本发明的偏置误差检测器230和校正网络240实例的示意图，但是对于本领域内的普通技术人员来说，在上述公开的基础上，对一个差分输出对VoutA和VoutB的每个相位内部以及相位之间的不平衡性进行检测以及向混频器250提供校正信号CA、CB来补偿该不平衡性的其它技术都是显而易见的。
该实例的偏置误差检测器230包含一个差分放大器来消除该差分输出对的共同直流电位，其后是一对整流器电容，它们形成一个峰值检测器对，用于测量该差分输出对的每个相位相对于该共同直流电位的峰值摆幅。在一个理想的混频器中，VoutA和VoutB相对于共同直流电位的峰值摆幅是相等的，在非理想混频器中，组件变化将导致所述峰值不同。校正网络240包括一个差分积分器245，其对各峰值间的差异求平均以产生校正值CA、CB。求和装置S1A、S1B、S2A和S2B将校正值CB、CA与极性相反的本地振荡器信号LO(A)、LO(B)相加，以分别调节相应晶体管T1A、T1B、S2A和S2B的偏置。
图3还示出了示例性的求和装置S1B。校正信号经由一个大电阻R1(相对于本地振荡器路径内的小电阻R2而言)而被施加。这样，电阻R2设置共模偏置，而电阻R1根据差分输出Vout的相位间的不平衡来修改该偏置。为了有效地实施交流耦合，本地振荡器还电容耦合至混频晶体管。
上面仅仅描述了本发明的原理。将会预见到的是，本领域内的那些技术人员能够设计出虽然未在此明示但是可实施本发明原理的各种布置，因此这些布置落在所附权利要求书的精神和范围之内。

Claims (13)

1、一种直接变换接收机(200)，包含：
一个混频器(250)，包含：第一晶体管对和第二晶体管对，其中所述第一晶体管对包含：第一晶体管(T1A)，具有：一个接收第一偏置输入的基极，该第一偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第一相位和一个第一校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第一相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第一相位的发射极；以及第二晶体管(T1B)，具有：一个接收第二偏置输入的基极，该第二偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第二相位和一个第二校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第二相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第一相位的发射极；以及所述第二晶体管对(T2A，T2B)包含：第三晶体管(T2A)，具有：一个接收第三偏置输入的基极，该第三偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第二相位和所述第一校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第一相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第二相位的发射极；以及第四晶体管(T2B)，具有：一个接收第四偏置输入的基极，该第四偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第一相位和所述第一校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第二相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第二相位的发射极；所述混频器被配置为接收一个差分射频信号和一个差分本地振荡器信号以由此产生一个差分输出信号；
一个偏置误差检测器(230)，其可与该混频器(250)相耦合，该偏置误差检测器(230)包括一个差分放大器，用于接收所述差分输出信号，其后是一对整流器电容，它们共同形成一个峰值检测器对，用于产生对所述差分输出信号的每个相位相对于该共同直流电位的峰值的差异；以及
一个校正网络(240)，其包括：一个差分积分器，用于对相应于所述差分输出信号的每个相位的峰值信号值求平均，以产生所述差分校正信号；一个求和装置，用于将校正信号与极性相反的本地振荡器信号相加；所述校正网络(240)可耦合至所述偏置误差检测器(230)和混频器(250)，并且被配置为将所述求和装置的输出信号施加在所述混频器(250)上以减少所述不平衡性。
2、如权利要求1所述的直接变换接收机(200)，其中所述偏置误差检测器(230)包括一个差分峰值检测器，该差分峰值检测器被配置为检测对应于所述差分输出信号的每个相位的峰值信号值，所述不平衡性的度量取决于所述峰值信号值之间的差异。
3、如权利要求2所述的直接变换接收机(200)，其中所述校正网络(240)包括一个差分积分器(245)，该差分积分器(245)被配置为对相应于所述差分输出信号的每个相位的峰值信号值求平均，以产生所述差分校正信号。
4、如权利要求1所述的直接变换接收机(200)，其中所述校正网络(240)包括一个差分积分器(245)，该差分积分器(245)被配置为对所述差分输出信号的不平衡性的度量求平均。
5、一种包括在直接变换接收机中的、用于将一个本地振荡器信号与一个射频信号相组合以提供一个基带输出信号的混频器(250)，所述直接变换接收机还包括：一个根据检测对应于所述差分输出信号的每个相位的峰值信号值以提供偏置偏移度量的偏置误差检测器(230)，该偏置误差检测器包括一个差分放大器，用于接收所述差分输出信号，其后是一对整流器电容，它们共同形成一个峰值检测器对，用于产生对所述差分输出信号的每个相位相对于该共同直流电位的峰值的差异；以及一个根据该度量减小该偏置偏移的校正网络，该校正网络包括一个差分积分器，用于对相应于所述差分输出信号的每个相位的峰值信号值求平均，以产生所述差分校正信号；一个求和装置，用于将校正信号与极性相反的本地振荡器信号相加；其中
所述混频器包含：
一个第一晶体管对(T1A，T1B)，包含：
一个第一晶体管(T1A)，具有：一个接收第一偏置输入的基极，该第一偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第一相位和一个第一校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第一相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第一相位的发射极；
一个第二晶体管(T1B)，具有：一个接收第二偏置输入的基极，该第二偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第二相位和一个第二校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第二相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第一相位的发射极；
一个第二晶体管对(T2A，T2B)，包含：
一个第三晶体管(T2A)，具有：一个接收第三偏置输入的基极，该第三偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第二相位和所述第一校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第一相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第二相位的发射极；
一个第四晶体管(T2B)，具有：一个接收第四偏置输入的基极，该第四偏置输入取决于所述本地振荡器信号的第一相位和所述第二校正信号；一个耦合至所述基带输出信号的第二相位的集电极；以及一个耦合至所述射频信号的第二相位的发射极；
其中，所述第二校正信号基于一个对应于所述基带输出信号的第一相位的不平衡性的第一度量，而所述第一校正信号基于一个对应于所述基带输出信号的第二相位的不平衡性的第二度量。
6、如权利要求5所述的混频器(250)，进一步包括：第一电流发生器，其根据所述射频信号的第一相位来控制通过所述第一和第二晶体管的发射极的电流；以及第二电流发生器，其根据所述射频信号的第二相位来控制通过所述第三和第四晶体管的发射极的电流。
7、如权利要求5所述的混频器(250)，进一步包括一个差分峰值检测器(230)，其被配置为提供：一个对应于所述基带输出信号的第一相位的峰值摆幅的第一峰值信号和一个对应于所述基带输出信号的第二相位的峰值摆幅的第二峰值信号，其中所述不平衡性的第一度量基于所述第一峰值信号，而所述不平衡性的第二度量基于所述第二峰值信号。
8、如权利要求7所述的混频器(250)，进一步包括一个积分器(245)，其被配置为提供对应于所述第一峰值信号的一个平均值的所述不平衡性的第一度量以及对应于所述第二峰值信号的一个平均值的所述不平衡性的第二度量。
9、一种减少来自直接变换混频器(250)的泄漏的方法，包含：测量(230)差分输出信号的每个相位相对于共同直流电位的峰值摆幅；以及利用差分积分器对各峰值间的差异求平均以产生校正信号，然后通过求和装置将校正值与极性相反的本地振荡器信号相加，以调节(240)相应晶体管的偏置点。
10、如权利要求9所述的方法，其中所述直接变换混频器(250)的输出信号是一个具有一个第一相位和一个第二相位的差分信号，并且测量(230)所述不平衡程度包括：测量与所述第一相位相关的不平衡性和测量与所述第二相位相关的不平衡性。
11、如权利要求10所述的方法，其中调节(240)所述偏置点包括根据与所述第二相位相关的不平衡性来调节控制所述第一相位的一个或多个第一开关装置(T1A，T2A)的偏置点，以及根据与所述第一相位相关的不平衡性来调节控制所述第二相位的一个或多个第二开关装置(T1B，T2B)的偏置点。
12、如权利要求10所述的方法，其中测量(230)与所述第一相位和第二相位相关的不平衡性包括测量所述第一相位和第二相位的峰值摆幅。
13、如权利要求9所述的方法，其中测量(230)所述不平衡程度包括测量所述输出信号的峰值摆幅。
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