CN101558319A - Rf电路分析 - Google Patents

Abstract

一种分析电路，用于分析RF电路的RF响应，该分析电路包括压控振荡器(12)，其中从压控振荡器输出得到的信号被用作RF电路(10)的输入。第一混合器(18)混合RF电路的输出与采自压控振荡器的第一混合器信号，且第二混合器(20)混合RF电路单元的输出与采自压控振荡器的第二混合器信号，第一混合器信号与第二混合器信号的相位差为90度。对混合器输出信号进行处理来提供分析。该分析电路使用混合器来进行信号的基带数字信号处理，以获得RF电路的频率响应特性。该分析电路基本以IF解调器电路的方式运行。

Description

RF电路分析

技术领域

本发明涉及RF电路分析，而且尤其(但不仅仅)涉及使用集成到RF电路中的测试电路对RF集成电路进行测试。

背景技术

对RF集成电路进行测试或分析所需的RF测量很难获得且花费昂贵，因为RF测量需要高端测试设备和昂贵的测试仪器，如RF探测卡片和接触块。

特别地，RF电路测试通常需要对RF电路(如滤波器)的RF频段进行扫描和对滤波器响应进行测量。该响应可以在RF频谱内，或者当被测电路在电路的IF部分时该响应可以在中频(IF)频谱内。这是降频混频器结构的情况，例如用于RF收发器的接收路径。因此，RF测试需要RF发生器、RF测量能力、连接装置(如RF探测卡片)，并且也需要长期的测试时间。

通常，在产品测试中不执行RF频率的全扫描因为这非常耗时，而是仅测量离散频率点的响应。

对于独立RF滤波器(如表面声波“SAW”和体声波“BAW”滤波器)的产品，制造商需要精确地测量在RF频段中的滤波整形，且这需要矢量网络分析仪(VNA)。这引起很高的成本和很长的测试时间。

已有很多旨在改进RF IC的可测试性的RF测试研究，通过扩展测试范围和简化处理来减小成本。一种方法是提供集成测试电路，产生DFT(可测性设计)方法。将测试电路集成到产品电路是一种允许对产品进行IC测试的引人注目的方法。这对CMOS中的RF设计是尤其引人注目的，该CMOS中的RF、混合信号和数字处理块均集成到IC。

发明内容

根据本发明，提供一种分析电路，用于分析RF电路的RF响应，该分析电路包括：

压控振荡器，其中将从压控振荡器输出得到的信号用作RF电路的输入；

控制电路，用于控制压控振荡器；

第一混合器，用于混合RF电路的输出和采自压控振荡器的第一混合器信号；

第二混合器，用于混合RF电路的输出和采自压控振荡器的第二混合器信号，第一混合器信号与第二混合器信号相位差为90度；和数字信号处理器，用于处理混合器输出信号。

这种分析电路使用混合器，使信号的基带数字信号处理可行，以获得RF电路的频率响应特性。分析电路基本以IF解调器电路的方式运行。

优选将压控振荡器用于扫描所需的分析频段，并且分析电路用作零IF解调器以将RF频率响应转换为DC响应。

在压控振荡器与RF电路之间优选提供相移电路，其中第一混合器信号包括压控振荡器的输出且第二混合器信号包括相移电路的输出。

数字信号处理器可计算来自第一混合器和第二混合器的混合器输出信号的平方和。这可用于获得特定频率的RF电路传递函数。特别地，数字信号处理器可在频率f计算RF电路的传递函数为：

$B\left(f\right)=\frac{2}{A_{\mathrm{VCO}}}\sqrt{({\mathrm{IF}1}^2+{\mathrm{IF}2}^2)}$

其中B(f)是与压控振荡器输出频率相对应的频率f的RF电路传递函数，A_VCO是压控振荡器输出的幅度，IF1是第一混合器的输出，且IF2是第二混合器的输出。

测试电路可在包括要分析的RF电路的集成电路中使用。这为测试解决方法提供集成的嵌入式设计，并且可避免对RF仪器的需要。

例如RF电路可包括RF滤波器(如SAW滤波器、带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器)。

本发明也提供一种分析系统，包括：

本发明的第一分析电路，用于处理来自分析中的RF电路的信号；

本发明的第二分析电路，用于处理来自参考RF电路的信号；和

比较器，用于比较测试中的RF电路的RF电路响应和参考RF电路的RF电路响应。

该发明的分析系统可提供用于测试或分析RF电路的台式测试电路。参考电路是所谓的黄金电路，具有希望的传递函数。这是一种与被测电路相同类型的电路，且已知其具有正确的希望的操作。

第一分析电路和第二分析电路可共用压控振荡器和用于控制压控振荡器的控制电路，以使与简单复制相比减少电路数量。

分析系统可包括积分器，用于获得参考电路响应与测试中的RF电路之间的微分误差的积分。

本发明还提供一种对RF电路的RF响应进行分析的方法，该方法包括：

产生具有受控调定频率的输入信号，并将具有调定频率的信号用于RF电路的输入；

混合RF电路的输出与具有调定频率的第一混合器信号；

混合RF电路单元的输出与具有调定频率的第二混合器信号，第一混合器信号与第二混合器信号的相位差为90度；

处理混合器输出信号，以获得RF电路在调定频率的响应；和对于不同的调定频率，重复该方法。

这种方法可简化测试装置，因为不需要额外的RF发生器和RF检测电路。该方法可提供很好的测试覆盖范围，因为可通过控制调定频率来实现频率扫描。

附图说明

此时通过参考附图，仅以示例的方式来描述本发明的实施例，

其中：

图1示出了本发明的测试电路的第一示例；

图2示出了图1电路的不同部分的信号；和

图3示出了本发明测试电路的第二示例。

具体实施方式

本发明提供一种用于分析RF电路的RF响应的分析电路，RF电路中使用IQ(平面正交)零IF解调器配置来提供降频混合DC信号，可处理该降频混合DC信号来获得RF响应。例如这可用于电路测试。

本发明的分析电路提供可直接在硅材料上实现的结构，且该结构通过产生RF信号和扫描其特定带宽的频率、将滤波器的RF频率响应转换为DC响应并用DSP计算信号特性来运行。

图1示出了本发明的测试电路的第一示例。

将要测试的RF电路如10所示，且由滤波器响应特性代表。该测试电路具有由斜坡(或阶梯斜坡)信号14控制的压控振荡器12。该斜坡信号是控制电路(没有示出)的输出。压控振荡器12的输出由移相器16移相90度，且接着用作RF电路10的输入Dut_in(被测试装置的输入)。

第一混合器18混合RF电路的输出Dut_out(被测试装置的输出)与第一混合器信号Mix_LO1(作为相移信号)，且第二混合器20混合RF电路单元的输出与第二混合器信号Mix_LO2，第二混合器信号Mix_LO2是压控振荡器的输出V_{CO_OUT}。在DSP 22中处理混合器输出信号IF1和IF2，以获得RF电路传递函数。DSP包括模数转换功能。

该测试电路的运行原则是基于IQ零IF解调器结构的运行，IQ零IF解调器结构中将特定频率的正交信号用于下变频解调信号，以获得平面的且正交的解调分量。这些解调信号可用于获得RF电路对特定频率激励的响应。以下从数学上说明该电路的运行。

压控振荡器的输出信号可写为：

VCO_OUT＝A_VCO×cos[ω(t)·t]

ω(t)是时间相关的且与DC斜坡定义有关，且A_VCO是压控振荡器输出的幅度。

滤波器10的输入信号可写为：

$\mathrm{Dut}\_\mathrm{in}=A_{\mathrm{VCO}}\×\cos [\mathrm{\ω}\left(t\right)\·t+\frac{\mathrm{\π}}{2}]$

可通过由A_{VCO/path_loss}代替A_VCO来将损耗纳入考虑，但是也可以在Mix_LO2路径上使用衰减器来补偿损耗。

滤波器的输出响应可写为：

其中B(f)代表滤波器频率响应特性，且

是由滤波器引入的群时延，这两个均是频率相关的。

混合器的输出定义为IF1和IF2，且有：

IF1＝mix_LO1×DUT_out＝DUT_in×DUT_out

可滤除2ω中的VHF频率，得出：

对于第二混合器的输出：

IF2＝mix_LO2×DUT_out＝vco_out×DUT_out

而且，可滤除2ω中的VHF频率，得出：

目的是为了获得B(f)曲线，且如下所示可从混合器输出信号的平方和获得该曲线：

假设可测量VCO输出信号的幅度，得出以下表达式：

$B\left(f\right)=\frac{2}{A_{\mathrm{VCO}}}\sqrt{({\mathrm{IF}1}^2+{\mathrm{IF}2}^2)}$

其中B(f)是对应调定频率的频率f的RF电路传递函数，A_VCO是输入信号的幅度，IF1是第一混合器的输出且IF2是第二混合器的输出。

该计算可由基本的DSP进行。

图2示出了这些结果的仿真。模拟SAW滤波器，且SAW滤波器具有如曲线30所示的传递函数。

从DC测量的B(f)响应如曲线32所示，且曲线34为放大并平均后的DC信号特征。

可以看出，利用集成到IC封装中的可测性设计结构，滤波器(或其他电路)的RF响应可通过DC测量证实。

以上的示例为将要与被测RF电路的IC集成的测试电路结构。所需电路元件已经存在于IC中。例如，如果被测电路构成以CMOS工艺形成的RF收发器的部分，则该电路通常还需要90°移相器、降频混频器、DSP引擎、模数转换器等。因此，本发明可增加用于测试目的的信号路径，以获得IC电路部分(例如SAW滤波器)的RF传递函数。

本发明构思可用于封装设计中具有集成RF部件(如滤波器)的系统。本发明使测试能力的成本减小，避免了对昂贵的RF测试设备的需要。

通过将如上所示的测试电路与所谓的“黄金”电路(具有所需性能的电路)相结合，本构思的另一个应用可为RF电路测试产品建立完整的低成本的测量台。这涉及到与参考设备比较设备响应，并减去两个电路的DC响应，积分误差并基于该准则显示失效设备。

这种设备如图3所示，且该设备包括与图1相对应的电路40。也将该电路的压控振荡器的输出提供给第二测试电路42的移相器，第二测试电路42具有两个混合器、移相器以及与电路40对应的处理器。电路42是为了提供与被测试电路相对应的黄金电路44的传递函数。

因此这种电路包括两个测量电路40和42、44，测试电路之一作为参考。将两个测试电路的输出提供给比较器46，比较器46输出在给定频率下采自黄金电路的期望响应与测试中电路的测量响应之间的误差。

在积分器48中针对多个测试执行频率积分这个输出误差，以获得代表测量响应与希望的响应之差的微分误差信号的积分。

可在测试中设备的检测路径中增加额外的可变增益放大器(VGA)50，以使在特定频域中加强误差观测。

各部件的运行由触发信号52定时，以提供同步。

以上为了测试的目的描述本发明，但是本发明也可用于校准，例如部件运行频率的校准，如VCO频率或滤波器中心频率。本发明也可用于可变带宽部件的校准。本发明的电路也可用于RF部件的频率相关传递函数的其他分析。

本发明可用于任何频段或中频段的测试。例如可测试GHz带中的带通滤波器响应(如1.85GHz到1.91GHz)。

为了特征化响应而需要的离散阶跃的数量(如VCO控制信号)将取决于所需的精确度和传递函数特性中所需的频点数。

本发明可用于各种设备的测试，但是对滤波器(如单独滤波器或收发器中的滤波器块)最有益。

用于形成分析电路的功能单元均是标准的，因此没有详细描述。此外，仅给出一个电路示例来提供信号的基带(DC)处理以获得频率响应。从IQ解调器的其他设计来看，其他设计将是可行的，且一些变体将是很明显的。

对于本技术领域中的那些技术人员，各种其他修改将是很明显的。

Claims (13)

1.一种分析电路，用于分析RF电路(10)的RF响应，该分析电路包括：

压控振荡器(12)，其中从压控振荡器输出得到的信号被用作RF电路(10)的输入(Dut_in)；

控制电路(14)，用于控制压控振荡器(12)；

第一混合器(18)，用于混合RF电路的输出(Dut_out)与采自压控振荡器(12)的第一混合器信号(Mix_LO1)；

第二混合器(20)，用于混合RF电路的输出(Dut_out)与采自压控振荡器(12)的第二混合器信号(Mix_LO2)，第一混合器信号与第二混合器信号的相位差为90度；和

数字信号处理器(22)，用于处理混合器的输出信号。

2.如权利要求1所述的分析电路，还包括压控振荡器(12)与RF电路(10)之间的相移电路(16)，其中第一混合器信号(Mix_LO1)包括相移电路(16)的输出，且第二混合器信号(Mix_LO2)包括压控振荡器(12)的输出。

3.如前述任一权利要求所述的分析电路，其中数字信号处理器(22)计算第一混合器与第二混合器的混合器输出信号的平方和。

4.如权利要求3所述的分析电路，其中数字信号处理器(22)计算RF电路在频率f的传递函数为：

$B\left(f\right)=\frac{2}{A_{\mathrm{VCO}}}\sqrt{({\mathrm{IF}1}^2+{\mathrm{IF}2}^2)}$

其中B(f)是对应于压控振荡器输出频率的频率f的RF电路传递函数，A_VCO是压控振荡器(12)的输出的幅度，IF1是第一混合器(18)的输出，且IF2是第二混合器(20)的输出。

5.一种集成电路，包括：

RF电路(10)；和

如前述任一权利要求所述的分析电路。

6.如权利要求5所述的集成电路，其中RF电路(10)包括RF滤波器。

7.一种测试系统，包括：

如权利要求1至4之一所述的第一分析电路(40)，用于处理来自分析中的RF电路的信号；

如权利要求1至4之一所述的第二分析电路(42)，用于处理来自参考RF电路(44)的信号；和

比较器(46)，用于对分析中的RF电路的RF电路响应和参考RF电路的RF电路响应进行比较。

8.如权利要求7所述的测试系统，其中第一分析电路与第二分析电路共用压控振荡器和用于控制压控振荡器的控制电路。

9.如权利要求7所述的测试系统，还包括积分器(48)，用于获得参考电路响应与分析中的RF电路之间的微分误差的积分。

10.一种方法，用于分析RF电路的RF响应，该方法包括：

产生具有受控调定频率的输入信号，并将具有调定频率的信号用于RF电路(10)的输入；

混合RF电路的输出(Dut_out)与具有调定频率的第一混合器信号(Mix_LO1)；

混合RF电路单元的输出(Dut_out)与具有调定频率的第二混合器信号(Mix_LO2)，第一混合器信号与第二混合器信号的相位差为90度；

处理混合器输出信号，以获得RF电路在调定频率的响应；和

对于不同的调定频率，重复该方法。

11.如权利要求10所述的方法，其中处理混合器输出信号包括计算第一混合器与第二混合器的混合器输出信号的平方和。

12.如权利要求11所述的方法，其中处理混合器输出信号包括计算RF电路在频率f的传递函数为：

$B\left(f\right)=\frac{2}{A_{\mathrm{VCO}}}\sqrt{({\mathrm{IF}1}^2+{\mathrm{IF}2}^2)}$

其中B(f)是RF电路在对应于调定频率的频率f的传递函数，A_VCO是输入信号的幅度，IF1是第一混合器的输出，且IF2是第二混合器的输出。

13.如权利要求10至12之一所述的方法，还包括对分析中的RF电路的RF电路响应和参考RF电路的RF电路响应进行比较。

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