CN101208869B - 用于具有直接转换构架的无线通信装置的具有准常量lo泄漏的发射机设备 - Google Patents

用于具有直接转换构架的无线通信装置的具有准常量lo泄漏的发射机设备 Download PDF

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    • H04B1/04—Circuits
    • H04B1/0475—Circuits with means for limiting noise, interference or distortion

Abstract

用于无线通信装置的发射机设备包括至少一条路径(P1)，所述路径(P1)包括：i)低通滤波器(LPF1+，LPF1-)，用于对差分信号进行滤波，并对其中每一个差分信号施加所选的第一衰减以减小其幅度；ii)差分跨导器(TC1+，TC1-)，用于对来自所述低通滤波器(LPF1+，LPF1-)的每一个差分信号施加所选的第二衰减以减小其连续分量；以及iii)混频器(M1)，用于采用所选射频RF上的本振载波对由所述跨导器传送的差分信号进行单独的混频，以传送要发射的输出RF信号。跨导器(TC1+，TC1-)包括：两个原始单元(OC)，用于根据具有第一衰减的差分信号来定义两个原始信号；以及N个第一和N个第二信号复制单元(CC1-CC6)，每一个均用于产生原始信号之一的复制信号。所用的信号复制单元的数目定义了第二衰减，选择要施加的第一和第二衰减，以使(由跨导器传送的差分信号的连续分量之间的偏移除以这些信号之一的幅度而定义的)值在路径的整个增益范围上始终低于所选最大值。

Description

用于具有直接转换构架的无线通信装置的具有准常量LO泄漏的发射机设备
技术领域
本发明涉及无线通信装置的发射路径，具体涉及具有直接转换构架的发射路径中的载波抑制性能。
无线通信装置的发射路径主要包括数字基带处理器和射频(RF)设备。
背景技术
射频设备通常包括收发机，收发机自身包括发射机TX(电路或设备)和接收机RX(电路或设备)，两者都由本振信号驱动，该本振信号由专用产生器输出。如本领域技术人员已知的，在直接转换构架中发射机包括：
-I/Q调制器，用于接收基带处理器的馈送，并输出具有正交相位关系的(I+，I-)和(Q+，Q-)基带(调制)差分信号，
-两条路径，分别专用于I和Q差分信号处理，每条路径包括：自动增益控制装置，基带I(或Q)差分信号馈入其中，并产生具有所选增益的基带I(或Q)差分信号；以及混频器，用于采用由产生器输出并具有频率FLO的本振载波(例如正弦和余弦RF载波)对由自动增益控制装置产生的基带I(或Q)差分信号进行混频，以将基带I(或Q)差分信号转换为载波频率与本振频率FLO相等的射频信号，
-加法器，用于将RF信号相加，以及
-功率放大器，用于放大由加法器输出的RF信号并将其馈送至天线。“I信号”在这里应该理解为同相分量信号，“Q信号”在这里应该理解为正交分量信号。
每个自动控制增益装置包括：低通滤波器，用于对基带I(或Q)差分信号滤波，并对每个信号都施加所选的第一衰减以减小它们的幅度；以及差分跨导器，用于对来自低通滤波器的每个差分信号都施加所选的第二衰减以减小连续分量(DC)。
通过改变第一和第二衰减的组合，可以控制每条路径增益。因此，发射机可以输出增益在所选范围内的RF信号，例如当通信网络为GPRS或EDGE类型时，增益等于40dB。
在直接转换构架中，基带I或Q差分信号直接在混频器中通过本振(LO)载波调制。目前，非理想的调制器在接收到的基带I或Q差分信号间引入了DC偏移，例如在I+和I-或Q+和Q-间，这使本振载波抑制(或泄漏)成为必需的，以使其贡献尽可能低。
一些通信网络，例如GPRS或EDGE等，对LO载波施加在整个增益范围上都低于阀值的抑制。这种要求在使用现有发射机的情况下是无法满足的。的确，当阀值等于-33.2dB时，只要引入的衰减始终低于大约24dB，则可以该要求，这远小于GPRS或EDGE网络中的最大衰减40dB。
事实上，当跨导器产生其最大的第二衰减时，即，当每个信号复制单元都投入使用时，LO载波抑制会大于阀值，同时由低通滤波器产生的第一衰减也保持增加。在这种情况下，基带差分信号(例如I+和I-)间的DC偏移保持不变，同时I+和I-的幅度减小。因此，LO载波抑制保持增大。
发明内容
因此，本发明的目的是改善这种情况。
为了达到这个目的，本发明提供了一种用于无线通信装置的发射机设备，其包括至少一条路径，该路径包括：i)低通滤波器，用于对第一和第二差分信号进行滤波，并对其中每一个差分信号施加所选的第一衰减以减小其幅度；ii)差分跨导器，用于对来自所述低通滤波器的每一个差分信号施加所选的第二衰减以减小其连续分量(DC)；以及iii)混频器，用于采用所选射频(RF)上的本振载波对由所述跨导器传送的第一和第二信号进行单独的混频，以传送要发射的第一或第二输出RF信号
该发射机设备的特征在于，每个跨导器均包括：第一和第二原始单元，用于根据具有所述第一衰减的所述第一和第二差分信号来分别定义第一和第二原始信号；以及N个第一信号复制单元和N个第二信号复制单元，每一个均用于产生所述第一或第二原始信号的复制信号，所用的信号复制单元的数目定义了所述第二衰减。选择要施加的所述第一和第二衰减，以使由所述跨导器产生的第一和第二信号的连续分量(DC)之间的偏移除以由所述跨导器产生的第一或第二信号的幅度而定义的值在所述路径的整个增益范围上始终低于所选最大值。(即，无论所选路径增益如何)。
根据本发明的转换设备可以包括可分离或组合考虑的附加特征：
-N最好大于或等于5。例如N等于6；
-低通滤波器可以包括第一衰减装置，用于施加与第一常量步幅不同的至少两个不同的第一衰减，例如第一常量步幅可以等于-2dB；
Figure S2006800222301D00031
低通滤波器还可以包括第二衰减装置，用于施加与第二常量步幅不同的至少两个不同且互补的第一衰减，例如第二常量步幅可以等于-10dB；
-每个未被选择的第一(I+)和第二(I-)信号复制单元可以引入所选的第三衰减，第三衰减等于-6dB，并对第二衰减做出贡献；
-该转换设备可以包括另一路径，其中馈入有相位与第一和第二差分信号正交的第三和第四差分信号，该路径包括馈入有本振载波的混频器；
-该转换设备可以包括产生器，用于产生本振载波。
本发明还提供了用于无线通信装置的收发机，包括接收机设备(或电路)和如上文所述的发射机设备(或电路)。特别要注意，本发明仅应用于发射部分。
本发明可以有利地应用于多种装置中，如移动电话，该装置适用于如GSM、GPRS、EDGE、UMTS、WIFI、DECT或任何等同无线网络中的无线通信，特别是用于原点偏移抑制(OOS)改善。
附图说明
下文将参考附图对本发明作详细说明，本发明的其他特征和优点将显而易见，在附图中：
-图1示意性地示出了无线通信装置的一部分，其具有直接转换构架的收发机，
-图2示意性地示出了根据本发明的发射机设备的处理路径(P1是I信号的路径)的实施方式示例，以及
-图3是两个作为增益函数的LO泄漏的Monte Carlo仿真，分别对应于现有发射机设备(-)和根据本发明的发射机设备(■)。
附图不仅可以用于完整描述本发明，在需要时也可以对本发明进行限定。
具体实施方式
本发明的目的是提供发射机设备(或电路)，针对具有直接转换构架的无线通信装置的发射路径，其中LO载波抑制在整个增益范围上是近似恒定的。
“近似恒定的LO载波抑制性能”在这里应该理解为LO载波在整个增益范围上始终低于所选最大值(即，无论所选增益如何)。
在下面的描述中，开路无线通信装置是移动电话，例如GSM、GPRS、EDGE或UMTS移动电话，其适用于发射相位和/或幅度调制信号。但是本发明并不局限于此类装置。例如，本发明也可以是包括通信设备的膝上电脑或PDA(个人数字助理)。
首先参照附图1，描述可以应用本发明的收发机TR的示例。特别要注意，本发明不仅应用于收发机的发射部分，也可以应用于任何通信装置或者通信模块的发射机电路。
如附图1所示，收发机TR包括发射机TX(设备或电路)和接收机RX(设备或电路)，两者都由产生器G输出的本振信号驱动。
产生器G可以是压控振荡器(VCO)，输出频率为FLO的4个信号FLOI+、FLOI-、FLOQ+和FLOQ-。FLOI+和FLOI-专用于I路径(P1)，FLOQ+和FLOQ-专用于Q路径(P2)上。将它们相位正交地馈入混频器(分别为图1中的M1和M2)。因此在图1所示示例中，产生器G在其输出处包括正交块(未示出)。
例如，接收机RX(不包括在本发明中)包括：
-低噪声放大器LNA，用于接收来自天线(未示出)的信号并且输出I和Q调制放大信号，
-第一混频器M3，用于对I调制信号和由产生器G输出的频率为FLO的负FLO-(或正FLO+)本振信号(载波)进行混频，
-第二混频器M4，用于对Q调制信号和由产生器G输出的频率为FLO的负FLO-(或正FLO+)本振信号(载波)进行混频，
-带通滤波器BPF，其中馈入由第一混频器M3和第二混频器M4混频后的I和Q调制信号，并传送I和Q滤波调制信号，
-第一放大器A1和第二放大器A2，其中分别馈入I和Q滤波调制信号并且分别传送I和Q放大滤波调制信号，以及
-I/Q解调器DR，其接收第一放大器A1和第二放大器A2的馈送，并且将解调信号馈送到基带处理器(未示出)。
发射机TX包括：
-I/Q调制器MR，接收基带处理器的馈送，具有用于输出调制差分信号I+和I-的第一输出以及用于输出调制差分信号Q+和Q-的第二输出，
-第一处理路径P1和第二处理路径P2，分别专用于基带I和Q差分信号处理，并且分别包括：i)自动增益控制装置GCM1或GCM2，其其馈入基带I(或Q)差分信号，并且传送具有所选增益的基带I(或Q)差分信号；以及ii)混频器M1或M2，用于采用由产生器G输出的本振载波FLO+和FLO-对由自动增益控制装置GCM1或GCM2传送的基带I(或Q)差分信号进行混频，以将它们转换成载波频率等于本振频率FLO的RF信号，
-加法器AD，用于将第一混频器M1和第二混频器M2输出的I和Q射频信号相加，以及
-功率放大器PA，用于放大由加法器AD输出的信号并将其馈送到天线。
特别要注意，在该发射机TX仅需要处理一种类型的基带差分信号(I或Q)的情况下，发射机TX只有一条处理路径，因此不需要任何加法器。
第一混频器M1和第二混频器M2可以是任何类型的，例如Gilbert型混频器。当发射机TX用于EDGE装置的CE时，调制器MR为8PSKI/Q调制器。调制器的类型取决于网络标准。例如，当网络标准为GPRS时调制器为GMSK类型。
如图2中非限制性示例所示，每个自动增益控制装置GCMi(i＝1和2)包括低通滤波器LPFi和跨导器模块TCi。
更确切的说，每个自动增益控制装置GCMi用于独立地减弱其接收到的基带差分信号(I+、I-)或(Q+、Q-)，并包括两条分别专用于I+(或Q-)和I-(或Q+)的处理的子路径，每条子路径包括低通滤波器LPFi+或LPFi-和跨导器模块TCi+或TCi-。
每个低通滤波器LPFij(j＝+或-)用于对从调制器MR接收到的基带Ij(或Qj)差分信号进行滤波，并且对其施加所选的第一衰减以减小其幅度。
例如在图2中所示，每个低通滤波器LPFij包括第一可变衰减器装置RA1和第二可变衰减器装置RA2，用于施加至少两个不同且互补的衰减，这两个衰减共同定义了第一衰减。
每个第一可变衰减器装置RA1可以是可变电阻衰减器，它位于低通滤波器LPFij的输入处，用于施加与第一常量步幅不同的衰减，例如第一常量步幅可以等于-2dB。通常，这样的衰减器用于施加0dB、2dB、4dB、6dB和8dB的衰减，衰减大小取决于所选电阻率。
每个第二可变衰减器方式RA2可以是可变电阻衰减器，它位于低通滤波器LPFij的输出处，用于施加与第二常量步幅不同的衰减，例如第二常量步幅可以等于-10dB。通常，这样的衰减器用于施加0dB、10dB、20dB和30dB的衰减，衰减大小取决于所选电阻。
每个跨导器模块TCij(j＝+或-)用于对从相应低通滤波器LPFij接收到的基带Ij(或Qj)滤波差分信号施加所选的第二衰减，以减小其连续分量(DC)。
每个跨导器模块TCij(j＝+或-)包括原始电流单元OC和并行安装的N个电流复制单元CCk(k＝1到N)。
常规上通过运算放大器向每个原始电流单元OC馈送由相应的低通滤波器LPFij滤波后的滤波信号。每个原始电流单元OC包括通过电阻器接地的晶体管，从而根据接收到的差分信号来定义原始电流(信号)。
每个电流复制单元CCk都与(直接或间接)相连的原始电流单元OC相同，用于产生由相应的原始电流单元OC定义的原始电流的复制电流。
跨导器模块TCij所施加的第二衰减的值是由所使用(所选)的电流复制单元的数目定义的，因此对输出的总电流做出贡献。如图2所示，可以通过二状态的电子开关SW选择每个电流复制单元CCk，电子开关SW的当前状态(0或1)由专用寄存器的值定义。
当N个电流复制单元CCk都被使用时，第二衰减等于0dB。这是全规模操作，因为每个晶体管都带来了其自身的平衡(balance)(或贡献)。当N-m个电流复制单元CCk被使用时(1≤m≤N)，第二衰减等于mxP(dB)，其中m为整数，P为所选的第三衰减，例如等于-6dB。
例如，如果使用平衡和等于4(0.5+0.5+1+2)的6个复制单元，并且如果想要得到-6dB的衰减，就不使用具有x2平衡的复制单元，这样得到平衡和等于2(0.5+0.5+1)，相比于全规模操作，衰减等于20log(2/4)＝-6dB。此时，如果想要得到-12dB的衰减，就不使用具有x1和x2平衡的复制单元，这样得到平衡和等于(0.5+0.5)，相比于全规模操作，衰减等于20log(1/4)＝-12dB。
因此，可以得到很多不同的衰减，这取决于使用并组合起来的复制单元的数目。
使用这样的设置，所考虑的处理路径Pi的增益取决于所选的第一和第二衰减的组合。
根据本发明，选择第一和第二衰减的每种组合，以使代表LO载波泄漏的比率R的值在处理路径Pi的整个增益范围上始终低于所选最大值。
这个比率R分别由跨导器模块TCi+和TCi-传送的第一和第二信号(I+和I-，或Q+和Q-)的连续分量(DC)之间的偏移除以由跨导器模块TCi+和TCi-传送的第一和第二信号的幅度而定义：
R ( Ij ) = DC ( I + ) - DC ( I - ) Ij
或 R ( Qj ) = DC ( Q + ) - DC ( Q - ) Qj ,
其中Ij和Qj(j＝+或-)分别为I和Q信号的幅度。
选择每个跨导器模块TCij的电流复制单元CCk的数目N，以使在所考虑的处理路径Pi的整个增益范围上都能满足与比率R相关的要求，即，无论所选的处理路径增益如何。
当发射机TX是针对GPRS或EDGE装置CE时，每个跨导器模块TCij包括至少5个电流复制单元CCk(N≥5)。图2示出了其中每个跨导器模块TCij都包括6个电流复制单元CC1到CC6的实施方式示例。特别要注意，N可以等于5、7或8，如果需要的话可以更大。重要的是，第一和第二衰减的每种组合定义了增益同时又由所选的可变衰减RA1和/或RA2的电阻以及所选电流复制单元的数目而定义，并且得到了比率R(代表LO载波泄漏)，比率R的测量值总是小于或等于所选最大值。
当发射机TX针对EDGE装置CE时，R的所选最大值对应该标准所容许的最大LO载波泄漏(-33.2dB)。此外，这个值与EDGE装置的OOS相关，而这个OOS需要符合对于天线输出的整个发射功率范围(优于30dB)，这就解释了为什么I和Q信号的幅度是变化的以及为什么需要衰减。除此之外，还需要裕度，这个裕度取决于移动设备的制造商。例如，相比于最低要求，要求OOS性能优于3dB(在线性比例上是2倍)。这意味着，为了满足顾客的需求，OOS要优于33dB。
图3示出了Monte Carlo仿真，其示出了LO泄漏对处理路径增益。更确切的说，带黑色方块(■)的曲线代表(根据本发明的)包括6个电流复制单元CCk的发射机设备TX的LO载波泄漏，另一条曲线(-)代表包括4个电流复制单元的现有发射机设备的LO载波泄漏。用于确定图3中曲线的第一衰减(来自TCij)和第二衰减(来自LPFij的RA1和RA2)的组合详见下表1(现有技术)和表2(本发明)。
                        表1：
  期望衰减(dB)   电流复制单元衰减(dB)   第二滤波器衰减(dB)   第一滤波器衰减(dB)
  0   0   0   0
  2   0   0   2
  4   0   0   4
  6   6   0   0
  8   6   0   2
  10   6   0   4
  12   12   0   0
  14   12   0   2
  16   12   0   4
  18   18   0   0
  20   18   0   2
  22   18   0   4
  24   18   0   6
  26   18   0   8
  28   18   10   0
  30   18   10   2
  32   18   10   4
  34   18   10   6
  36   18   10   8
  38   18   20   0
  40   18   20   2
                         表2：
  期望衰减   电流复制单元   第二滤波器   第一滤波器
  (dB)   衰减(dB)   衰减(dB)   衰减(dB)
  0   0   0   0
  2   0   0   2
  4   0   0   4
  6   6   0   0
  8   6   0   2
  10   6   0   4
  12   12   0   0
  14   12   0   2
  16   12   0   4
  18   18   0   0
  20   18   0   2
  22   18   0   4
  24   24   0   0
  26   24   0   2
  28   24   0   4
  30   30   0   0
  32   30   0   2
  34   30   0   4
  36   36   0   0
  38   36   0   2
  40   36   0   4
收发机TR可以限定在跟数字基带处理器一样的同一芯片上，或者在单独的芯片上。此外，根据本发明的发射机设备TX可以是通过用于芯片制造产业的任何技术而实现的集成电路。
本发明并不限于上述仅作为示例的发射机设备和收发机，而包括在所附权利要求的范围内本领域技术人员可考虑到的所有可选实施方式。

Claims (13)

1.一种用于无线通信装置(CE)的发射机设备(TX)，所述发射机设备(TX)包括至少一条具有增益范围的路径(P1)，所述路径(P1)包括第一和第二子路径，第一子路径包括：第一低通滤波器，用于对第一差分信号进行滤波，并对第一差分信号施加所选的第一衰减以减小其幅度；以及第一差分跨导器，用于对来自所述第一低通滤波器的第一差分信号施加所选的第二衰减以减小其连续分量；第二子路径包括：第二低通滤波器，用于对第二差分信号进行滤波，并对第二差分信号施加所选的第一衰减以减小其幅度；以及第二差分跨导器，用于对来自所述第二低通滤波器的第二差分信号施加所选的第二衰减以减小其连续分量；以及所述路径(P1)包括混频器(M1)，用于采用所选射频RF上的本振载波对由第一和第二差分跨导器传送的第一和第二信号进行单独的混频，以传送要发射的第一或第二输出RF信号；
所述发射机设备(TX)的特征在于，第一差分跨导器包括：第一原始单元(OC)，用于根据具有所述第一衰减的所述第一差分信号来定义第一原始信号；以及N个第一信号复制单元(CCk)，每一个均被布置成用于产生所述第一原始信号的复制信号，第二差分跨导器包括：第二原始单元(OC)，用于根据具有所述第一衰减的所述第二差分信号来定义第二原始信号；以及N个第二信号复制单元(CCk)，每一个均被布置成用于产生所述第二原始信号的复制信号；
其中，所用的信号复制单元(CCk)的数目定义了所述第二衰减，并且选择要施加的第一和第二衰减，以使所定义的值在所述路径的整个增益范围上始终低于所选最大值，该所述定义的值是由第一和第二差分跨导器传送的第一和第二信号的连续分量之间的偏移除以由第一或第二差分跨导器传送的第一或第二信号的幅度而定义的。
2.根据权利要求1所述发射机设备，其特征在于，N大于或等于5。
3.根据权利要求2所述发射机设备，其特征在于，N等于6。
4.根据权利要求1到3之一所述发射机设备，其特征在于，第一和第二低通滤波器中每一个包括：第一衰减器装置(RA1)，用于施加与第一常量步幅不同的至少两个不同的第一衰减。
5.根据权利要求4所述发射机设备，其特征在于，所述第一常量步幅等于-2dB。
6.根据权利要求4所述发射机设备，其特征在于，第一和第二低通滤波器中每一个包括：第二衰减器装置(RA2)，用于施加与第二常量步幅不同的至少两个不同且互补的第一衰减。
7.根据权利要求6所述发射机设备，其特征在于，所述第二常量步幅等于-10dB。
8.根据权利要求1到3之一所述发射机设备，其特征在于，所述N个第一信号复制单元和N个第二信号复制单元(CCk)中每一个未被选择的单元均引入所选的第三衰减，所述第三衰减等于-6dB，并对所述第二衰减做出贡献。
9.根据权利要求1到3之一所述发射机设备，其特征在于，包括另一路径(P2)，相位与所述第一和第二差分信号正交的第三和第四差分信号馈入所述另一路径(P2)，并且所述另一路径(P2)包括其中馈入有本振载波的混频器(M2)。
10.根据权利要求1到3之一所述发射机设备，其特征在于，包括产生器(G)，被布置成用于产生所述本振载波。
11.一种用于无线通信装置(CE)的收发机(TR)，其特征在于，包括接收机设备(RX)和根据上述任何一项权利要求所述的发射机设备(TX)。
12.发射机设备(TX)在GSM、GPRS、EDGE、UMTS、WIFI或DECT类型的通信网络中的应用，发射机设备(TX)是根据权利要求1-10之一所述的发射机设备(TX)。
13.收发机(TR)在GSM、GPRS、EDGE、UMTS、WIFI或DECT类型的通信网络中的应用，收发机(TR)是根据权利要求11所述的收发机。
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