CN101420242A - 发射机及接收机及其调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降低发射机或接收机的本地振荡泄漏或同相/正交相不匹配的调整方法及装置。本方法及装置是利用检测本地振荡泄漏或同相/正交相不匹配的程度，并在检测到的程度变大时使一调整方向反向。除此之外，本发明亦提供一根据调整方向改变而与本地振荡泄漏或同相/正交相不匹配相关的控制信号。

Description

发射机及接收机及其调整方法

技术领域

本发明涉及一种发射机及接收机及其调整方法，特别是涉及一种降低本地振荡泄漏及同相/正交相不匹配的发射机及接收机及其调整方法。

背景技术

请参阅图1，图1示出了一种已知的直接升频式(directup-conversion)发射机，其包含二数字至模拟转换器11、12、二低通滤波器13、14、二混频器15、16、一加总器17、一功率放大器18及一天线19。其中，数字基频信号BBIt依序进行数字至模拟转换、低通滤波及与一同相(in-phase)本地振荡信号LOI_t混频，以产生一模拟同相射频信号RFI_t，而另一数字基频信号BBQ_t则依序进行数字至模拟转换、低通滤波及与一正交相(quadrature-phase)本地振荡信号LOQ_t混频，以产生一模拟正交相射频信号RFQ_t。此二射频信号RFI_t、RFQ_t将进行加总及功率放大，以发射到外界。

所述的本地振荡信号LOI_t及LOQ_t的理想相位差是90度，但实际上会存在一相位偏移θ_t，且同相路径上的方块(包括数字至模拟转换器11和低通滤波器13)及正交相路径上的方块(包括数字至模拟转换器12和低通滤波器14)也会存有增益偏移(在图1中以一振幅偏移α_t来表示)，此种现象称为同相/正交相不匹配(I/Q mismatch)或同相/正交相不平衡(I/Qimbalance)。此外，此二本地振荡信号LOI_t及LOQ_t有可能会分别从相对应的二混频器15、16泄漏到二射频信号RFI_t、RFQ_t，此种现象称为本地振荡泄漏(local oscillation leakage)或本地振荡馈通(local oscillationfeedthrough)。所述的同相/正交相不匹配及本地振荡泄漏将会降低此发射机所发射信号的信噪比，且很可能导致数据漏失。

请参阅图2，此为美国专利第6970689号所披露的一种用于降低本地振荡泄漏的发射机。此发射机包含一混频器21、一功率放大器22、一信号强度测量电路23及一控制信号产生电路24。混频器21具有多个操作状态，且所述的操作状态分别对应到不同的本地振荡泄漏程度。信号强度测量电路23是用来测量功率放大器22的输出信号中本地振荡泄漏成分的强度，其包括一整流器(Rectifier)(图未示)及一比较器(图未示)。控制信号产生电路24则输出一控制信号来改变混频器21的操作状态。

在校正混频器21的期间，功率放大器22将会提高其增益，而控制信号产生电路24会改变混频器21的操作状态，并储存操作状态的信息及信号强度测量电路23测量到的强度，并重复上述步骤直到混频器21的所有操作状态都被使用过，然后再将混频器21设定在使本地振荡泄漏程度最小的操作状态。

或者是在校正混频器21的期间，功率放大器22将会提高其增益，而控制信号产生电路24持续改变混频器21的操作状态，直到信号强度测量电路23测量到的强度小于一预设的临界值，然后再固定混频器21的操作状态。

请参阅图3，图3是ISSCC 2006/SESSION 20/WLAN/WPAN/20.4“AHighly Linear Direct-Conversion Transmit Mixer TransconductanceStage with Local Oscillation Feedthrough and I/Q imbalanceCancellation Scheme”所披露的一种用于降低本地振荡泄漏及同相/正交相不匹配的发射机。此发射机包含二数字至模拟转换器301、302、二低通滤波器303、304、二互导级305、306、二混频器307、308、一加总器309、一功率放大器310、一天线311、一包迹检测器(envelope detector)312及一可变增益放大器313。二数字的基频信号BBI_t、BBQ_t分别被转换成二模拟的射频信号RFI_t、RFQ_t，再被加总及功率放大以发射到外界。

包迹检测器312及可变增益放大器313依序对功率放大器310的输出信号进行包迹检测及放大，以产生一基频涟波。当二基频信号BBI_t、BBQ_t为弦波信号且频率为F_BB时，基频涟波的频谱成分则出现在F_BB处(由于本地振荡泄漏)及2×F_BB处(由于同相/正交相不匹配)，且其频谱分析可以显示出本地振荡泄漏的程度及同相/正交相不匹配的程度。

本地振荡泄漏可被分为两种：基频本地振荡泄漏及射频本地振荡泄漏。基频本地振荡泄漏导因于二数字至模拟转换器301、302、二低通滤波器303、304及二互导级305、306中的组件偏移(device offset)，而射频本地振荡泄漏导因于寄生电容或互感的直接耦合。其中，这两种本地振荡泄漏需要各自被降低。

然而所述ISSCC论文并没有说明如何调整二互导级305、306及二基频信号BBI_t、BBQ_t的相位及振幅来降低发射机的本地振荡泄漏和同相/正交相不匹配，也没有提及如何降低接收机的本地振荡泄漏和同相/正交相不匹配的问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种降低发射机或接收机的本地振荡泄漏的调整方法及一种降低发射机或接收机的同相/正交相不匹配的调整方法。

本发明降低发射机或接收机的本地振荡泄漏的调整方法，包含以下步骤：

检测本地振荡泄漏的程度；

判断一第一调整方向是否正确，如果是，则维持该第一调整方向，否则，使该第一调整方向反向；及

根据该第一调整方向调整一第一控制信号。

本发明降低发射机或接收机的同相/正交相不匹配的调整方法，包含以下步骤：

检测同相/正交相不匹配的程度；

判断一第一调整方向是否正确，如果是，则维持该第一调整方向，否则，使该第一调整方向反向；以及

根据该第一调整方向调整一第一控制信号。

而本发明的另一目的是提供一种发射机及一种接收机，可以降低本地振荡泄漏。

本发明发射机包含：

一第一混频器，将一基频信号与一本地振荡信号混频，以产生一射频信号；

一检测单元，根据该射频信号产生反应本地振荡泄漏程度的一检测信号；以及

一调整单元，输出一控制信号来改变该第一混频器的操作状态，且根据该检测信号判断该控制信号的一调整方向是否使本地振荡泄漏的程度变小，如果本地振荡泄漏的程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向调整该控制信号。

本发明接收机包含：

一混频器，将一射频信号与一本地振荡信号混频，以产生一基频信号；

一检测单元，根据该基频信号产生反应本地振荡泄漏程度的一检测信号；及

一调整单元，输出一控制信号来改变该混频器的操作状态，且根据该检测信号判断该控制信号的一调整方向是否使本地振荡泄漏程度变小，如果本地振荡泄漏程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向，调整该控制信号。

而本发明的另一目的是提供一种发射机及一种接收机，可以降低同相/正交相不匹配。

本发明发射机包含：

一补偿单元，对一第一基频信号及一第二基频信号进行相位及振幅补偿，以产生二输出信号；

二数字至模拟转换器，分别对该补偿单元的二输出信号进行数字至模拟转换；

二低通滤波器，分别对该二数字至模拟转换器的输出信号进行低通滤波；

二混频器，将该二低通滤波器的输出信号分别与一同相本地振荡信号及一正交相本地振荡信号混频，以产生二射频信号；

一第一加总器，对该二射频信号进行加总；

一检测单元，根据该第一加总器的输出信号产生反应同相/正交相不匹配程度的一检测信号；及

一调整单元，输出至少一控制信号来改变该补偿单元的操作状态，且根据该检测信号判断每一控制信号的每一调整方向是否使同相/正交相不匹配的程度变小，如果同相/正交相不匹配的程度变小，则维持该等调整方向，否则，至少使该等调整方向的其中之一反向，并根据该等调整方向调整该等控制信号。

本发明接收机包含：

二混频器，其中一者将一射频信号与一同相本地振荡信号混频，以产生一基频信号，而其中另一者将该射频信号与一正交相本地振荡信号混频，以产生另一基频信号；

二低通滤波器，分别对该二混频器的输出信号进行低通滤波；

二模拟至数字转换器，分别对该二低通滤波器的输出信号进行模拟至数字转换，以产生一第一基频信号及一第二基频信号；

一补偿单元，对该第一基频信号及该第二基频信号进行相位及振幅补偿，以产生二输出信号；

一检测单元，根据该补偿单元的二输出信号，产生反应同相/正交相不匹配程度的一检测信号；以及

一调整单元，输出至少一控制信号来改变该补偿单元的操作状态，且根据该检测信号判断每一控制信号的每一调整方向是否使同相/正交相不匹配的程度变小，如果同相/正交相不匹配的程度变小，则维持该等调整方向，否则，至少使该等调整方向的其中之一反向，并根据该调整方向调整该等控制信号。

附图说明

图1是一已知的发射机的方块图；

图2是另一已知的发射机的方块图；

图3是又一已知的发射机的方块图；

图4是本发明发射机的较佳实施例的方块图；

图5是本发明调整方法的较佳实施例的流程图；及

图6是本发明接收机的较佳实施例的方块图。

附图符号说明

40···补偿单元

401··增益级

402··增益级

403··加总器

41、42·数字至模拟转换器

43、44·低通滤波器

45、46·混频器

47···加总器

48···检测单元

481··混频器

482··可变增益放大器

483··模拟至数字转换器

484···快速付里叶转换器

49···调整单元

50-54·步骤

61、62·混频器

63、64·低通滤波器

65、66·模拟至数字转换器

67···补偿单元

671··增益级

672··增益级

673··加总器

68···检测单元

681··快速付里叶转换器

69···调整单元

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下结合附图的二个较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

请参阅图4，所示是本发明发射机的一较佳实施例，包含一补偿单元40、二数字至模拟转换器41、42、二低通滤波器43、44、二混频器45、46、一加总器47、一检测单元48及一调整单元49。所述的补偿单元40对二数字的基频信号BBI_t、BBQ_t进行相位及振幅补偿，且具有多个操作状态，其中，不同的操作状态对应到不同程度的同相/正交相不匹配。在本实施例中，补偿单元40包括二增益级401、402及一加总器403。增益级401将基频信号BBI_t乘以一可变因子X_t，作为补偿单元40的一输出信号。增益级402将基频信号BBI_t乘以一可变因子Y_t，而加总器403将基频信号BBQ_t与增益级402的输出信号加总，以当作补偿单元40的另一输出信号。二数字至模拟转换器41、42分别对增益级401及加总器403的输出信号进行数字至模拟转换，而二低通滤波器43、44分别对二数字至模拟转换器41、42的输出信号进行低通滤波。混频器45将低通滤波器43的输出信号与一同相本地振荡信号LOI_t混频，以产生一同相射频信号RFI_t，而混频器46将低通滤波器44的输出信号与一正交相本地振荡信号LOQ_t混频，以产生一正交相射频信号RFQ_t。每一混频器45、46皆具有多个操作状态，且不同操作状态对应到不同程度的本地振荡泄漏。加总器47对二混频器45、46的输出信号进行加总，检测单元48再根据加总器47的输出信号，产生位于基频的一反应本地振荡泄漏程度的检测信号及另一反应同相/正交相不匹配程度的检测信号。在本实施例中，检测单元48包括一混频器481、一可变增益放大器482、一模拟至数字转换器483及一快速付里叶转换器484，以依序对加总器47的输出信号进行自身混频、放大、模拟至数字转换及快速付里叶转换，来产生检测信号。当二基频信号BBI_t、BBQ_t是弦波信号且其频率是F_BB时，混频器481的输出信号将在F_BB处(由于本地振荡泄漏)及在2×F_BB处(由于同相/正交相不匹配)具有频谱成分，且其频谱分析可以显示出本地振荡泄漏的程度及同相/正交相不匹配的程度。在另一实施例中，混频器481也可以被替换为一包迹检测器，且在其它实施例中，可变增益放大器482在不那么需要时也可以被省略。调整单元49输出四控制信号I(n)、Q(n)、X(n)、Y(n)来分别改变二混频器45、46的操作状态及二可变因素X_t、Y_t，以降低本地振荡泄漏及同相/正交相不匹配的程度。

请参阅图5，其所示是本实施例用以改变每一控制信号I(n)、Q(n)、X(n)、Y(n)的调整方法，包含以下步骤：

步骤50，该检测单元48产生反应本地振荡泄漏程度的检测信号或反应同相/正交相不匹配程度的检测信号。

步骤51，该调整单元49根据先前调整方向所得到的检测信号，判断控制信号的调整方向是否正确，如果是，跳到步骤53，否则，跳到步骤52。在本实施例中，对于二混频器45、46的控制信号I(n)、Q(n)，是根据所检测的本地振荡泄漏程度，如果变小，表示调整方向正确，而对于补偿单元40的控制信号X(n)、Y(n)，是根据所检测的同相/正交相不匹配程度，如果变小，表示调整方向正确。

步骤52，该调整单元49使调整方向反向。

步骤53，该调整单元49根据调整方向，调整控制信号。在本实施例中，对于二混频器45、46的控制信号I(n)、Q(n)及补偿单元40的控制信号X(n)、Y(n)，其中每一控制信号的调整量与控制信号的调整方向及控制信号的调整级距(step)成正比。

除以上步骤的外，本实施例用以改变每一控制信号I(n)、Q(n)、X(n)、Y(n)的调整方法还可以包含以下步骤：

步骤54，该调整单元49判断是否满足一结束条件，如果是，则固定控制信号并结束调整，否则，跳到步骤50以重复步骤50-53。在一实施例中，是否满足结束条件可以是根据执行步骤50-53的次数来决定，也就是说，当重复步骤50-53达到一预设次数时，即满足结束条件。然而在另一实施例中，是否满足结束条件也可以是根据本地振荡泄漏程度及同相/正交相不匹配程度来决定，意即当本地振荡泄漏程度及同相/正交相不匹配程度分别小于所对应的预设程度时，即满足结束条件。

在本实施例中，可进行步骤50-53来分别调整控制信号I(n)、控制信号Q(n)、控制信号X(n)及控制信号Y(n)，最后再进行步骤54以判断是否继续调整。

请参阅图6，所述是本发明接收机的一较佳实施例，包含二混频器61、62、二低通滤波器63、64、二模拟至数字转换器65、66、一补偿单元67、一检测单元68及一调整单元69。

混频器61将一模拟的射频信号与一同相本地振荡信号LOI_r混频，以产生一基频信号，而混频器62将射频信号与一正交相本地振荡信号LOQ_r混频，以产生另一基频信号。每一混频器61、62具有多个操作状态，且不同操作状态对应到不同程度的本地振荡泄漏。二低通滤波器63、64分别对二混频器61、62的输出信号进行低通滤波。二模拟至数字转换器65、66分别对二低通滤波器63、64的输出信号进行模拟至数字转换。补偿单元67对二模拟至数字转换器65、66的输出信号进行相位及振幅补偿，且具有多个操作状态，其中，不同操作状态对应到不同程度的同相/正交相不匹配。在本实施例中，补偿单元67包括二增益级671、672及一加总器673。增益级671将模拟至数字转换器65的输出信号乘以一可变因子X_r，增益级672将模拟至数字转换器66的输出信号乘以一可变因子Y_r，而加总器673将二增益级671、672的输出信号加总，以输出一基频信号BBI_r。补偿单元67将模拟至数字转换器66的输出信号直接输出，当作另一基频信号BBQ_r。检测单元68根据二基频信号BBI_r、BBQ_r，产生一反应本地振荡泄漏程度的检测信号及另一反应同相/正交相不匹配程度的检测信号。在一实施例中，检测单元68可包括一快速付里叶转换器681。快速付里叶转换器可将二基频信号BBI_r、BBQ_r视为一复数信号BBI_r+j×BBQ_r，来进行快速付里叶转换，以产生检测信号。若有一理想的射频信号是没有本地振荡泄漏及同相/正交相不匹配的情形时，例如：当此射频信号是调整后的发射机所产生，且二基频信号BBI_t、BBQ_t是弦波信号且频率是F_BB时，则二基频信号BBI_r、BBQ_r具有在DC处(由于本地振荡泄漏)及在-F_BB处(由于同相/正交相不匹配)的频谱成分，且其频谱分析可以显示出本地振荡泄漏的程度及同相/正交相不匹配的程度。调整单元69可输出四控制信号I(n)、Q(n)、X(n)、Y(n)来分别改变二混频器61、62的操作状态及二可变因素X_r、Y_r，以降低本地振荡泄漏及同相/正交相不匹配的程度。调整单元69的动作与发射机的调整单元49的动作类似，此处将不再多加说明。值得注意的是，在发射机及接收机的实施例中，调整单元49、69可分别接收位于基频用以反应本地振荡泄漏程度及同相/正交相不匹配程度的检测信号，且是以数字方式来实现，因此将具有容易实现的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明的权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种发射机或接收机的调整方法，包含以下步骤：

检测本地振荡泄漏的程度或同相/正交相不匹配的程度的至少其中之一；

判断一调整方向是否正确，如果是，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向；以及

根据该调整方向调整一控制信号。

2.如权利要求1所述的调整方法，其中如果本地振荡泄漏的程度或同相/正交相不匹配的程度的至少其中之一变小，则表示该调整方向正确。

3.如权利要求1所述的调整方法，其中当不满足一结束条件时，重复所有步骤，而该结束条件是重复所有步骤的次数达到一预设次数，或本地振荡泄漏的程度或同相/正交相不匹配的程度的至少其中之一小于一预设程度。

4.一种发射机，包含：

一混频器，将一基频信号与一本地振荡信号混频，以产生一射频信号；

一检测单元，根据该射频信号产生反应本地振荡泄漏程度的一检测信号；及

一调整单元，输出一控制信号来改变该混频器的操作状态，且根据该检测信号判断该控制信号的一调整方向是否使本地振荡泄漏的程度变小；

其中，如果本地振荡泄漏的程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向调整该控制信号。

5.如权利要求4所述的发射机，其中该调整单元还在不满足一结束条件时，重复判断该调整方向并调整该控制信号，而该结束条件是判断该调整方向并调整该控制信号所执行次数达到一预设次数，或该结束条件是本地振荡泄漏的程度小于一预设程度。

6.一种接收机，包含：

一混频器，将一射频信号与一本地振荡信号混频，以产生一基频信号；

一检测单元，根据该基频信号产生反应本地振荡泄漏程度的一检测信号；及

一调整单元，输出一控制信号来改变该混频器的操作状态，且根据该检测信号判断该控制信号的一调整方向是否使本地振荡泄漏程度变小；

其中，如果本地振荡泄漏程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向，调整该控制信号。

7.如权利要求6所述的接收机，其中该调整单元还在不满足一结束条件时，重复判断该调整方向并调整该控制信号，而该结束条件是判断该调整方向并调整该控制信号所执行次数达到一预设次数，或该结束条件是本地振荡泄漏的程度小于一预设程度。

8.一种发射机，包含：

一补偿单元，对一第一基频信号及一第二基频信号进行相位及振幅补偿，以产生二输出信号；

二数字至模拟转换器，分别对该补偿单元的二输出信号进行数字至模拟转换；

二低通滤波器，分别对该二数字至模拟转换器的输出信号进行低通滤波；

二混频器，将该二低通滤波器的输出信号分别与一同相本地振荡信号及一正交相本地振荡信号混频，以产生二射频信号；

一第一加总器，对该二射频信号进行加总；

一检测单元，根据该第一加总器的输出信号产生反应同相/正交相不匹配程度的一检测信号；及

一调整单元，输出至少一控制信号来改变该补偿单元的操作状态，且根据该检测信号判断每一控制信号的每一调整方向是否使同相/正交相不匹配的程度变小；

其中，如果同相/正交相不匹配的程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向调整该控制信号。

9.如权利要求8所述的发射机，其中该调整单元还在不满足一结束条件时，重复判断该调整方向并调整该控制信号，而该结束条件是判断该调整方向并调整该控制信号所执行次数达到一预设次数，或该结束条件是同相/正交相不匹配程度小于一预设程度。

10.如权利要求8所述的发射机，其中该补偿单元包括：

一第一增益级，用以将该第一基频信号乘以一第一可变因子，以产生该补偿单元的一第一输出信号；

一第二增益级，用以将该第一基频信号乘以一第二可变因子；以及

一第二加总器，用以将该第二基频信号与该第二增益级的输出信号加总，以产生该补偿单元的一第二输出信号；

其中，该调整单元输出二控制信号来分别改变该第一可变因子及该第二可变因子。

11.一种接收机，包含：

二混频器，其中一者将一射频信号与一同相本地振荡信号混频，以产生一基频信号，而其中另一者将该射频信号与一正交相本地振荡信号混频，以产生另一基频信号；

二低通滤波器，分别对该二混频器的输出信号进行低通滤波；

二模拟至数字转换器，分别对该二低通滤波器的输出信号进行模拟至数字转换，以产生一第一基频信号及一第二基频信号；

一补偿单元，对该第一基频信号及该第二基频信号进行相位及振幅补偿，以产生二输出信号；

一检测单元，根据该补偿单元的二输出信号，产生反应同相/正交相不匹配程度的一检测信号；以及

一调整单元，输出至少一控制信号来改变该补偿单元的操作状态，且根据该检测信号判断每一控制信号的每一调整方向是否使同相/正交相不匹配的程度变小；

其中，如果同相/正交相不匹配的程度变小，则维持该调整方向，否则，使该调整方向反向，并根据该调整方向调整该控制信号。

12.如权利要求11所述的接收机，其中该调整单元更在不满足一结束条件时，重复判断该调整方向并调整该控制信号，而该结束条件是判断该调整方向并调整该控制信号所执行次数达到一预设次数，或该结束条件是同相/正交相不匹配程度小于一预设程度。

13.如权利要求11所述的接收机，其中该补偿单元将该第二基频信号当作其一第一输出信号，且包括：

一第一增益级，用以将该第一基频信号乘以一第一可变因子；

一第二增益级，用以将该第二基频信号乘以一第二可变因子；以及

一加总器，用以将该第一及第二增益级的输出信号加总，以产生该补偿单元的一第二输出信号；

其中，该调整单元输出二控制信号来分别改变该第一可变因子及该第二可变因子。

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