CN101729024A - 混合信号的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在通讯系统中混合信号的电路和方法。混合信号的电路包括同相位混频器、正交混频器和偏置电路。该同相位混频器用同相位本机振荡器信号混合输入信号。而正交混频器用正交本机振荡器信号混合输入信号。正交本机振荡器信号与同相位本机振荡器信号大约相差90°相位。偏置电路提供直流偏置给同相位混频器和正交混频器以平衡他们的输出。

Description

混合信号的电路和方法
技术领域
本发明涉及一种在通信系统中混合信号的电路和方法。
背景技术
混频器电路经常被用在通信系统中。例如，混频器电路和方法可以被用于调制载波的数据组成，从被调制信号中解调数据组成，或将信号从一个频率波段转换到另一个频率波段等。混频器电路可以使用在接收器、发射机、无线电收发机(例如有线电话、电缆盒、电缆调制解调器、无绳电话、移动电话、业余无线收发机、电视和光学收发机等)及其他设备中。
在通信系统中，非理想的物理层(physical layer)可以反向地影响时钟信号的恢复。在一个设备中，这些非理想因素包括传播延迟、信号衰减、噪音、DC补偿、非线性特性和量化误差等。当设备中使用多相关器构造(例如分离I和Q的路径)、相移、幅值失配和/或其它可能存在非理想源时，这些非理想因素可能降低系统的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合信号的电路，其利用偏置电路偏置混频器信号的输出。
为解决上述技术问题，本发明的混合信号的电路，包括：
混频器，用于接收第一信号、第二信号和偏置信号，并至少部分地根据用第二信号和第一信号混合，并用偏置信号偏置所述混频器来提供混频后信号；
偏置电路，用于接收所述混频后信号，并至少部分地根据所述混频后信号提供所述偏置信号。
本发明的混合信号的方法，包括：接收输入信号；接收本机振荡器信号；使用混频器将所述本机振荡器信号和所述输入信号混合，并提供混频后信号；电平移位所述混频后信号来提供偏置信号；用所述偏置信号偏置所述混频器。
本发明的混合信号的电路，其可采用偏置电路作为反馈电路，根据混合后的信号设置或改变偏置直流值，用以偏置混频器的运行，以减少混频器间的振幅失配或相位误差，以平衡混频器的运行，从而提高整个系统的性能，比如灵敏度，信噪比，镜像抑制等。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的一具体实施中混频器电路的框图；
图2为图1中混频器的示意图；
图3为图1中一具体偏置电路的示意图；
图4为图1中另一具体偏置电路的示意图；
图5为本发明的另一具体实施中混频器电路的框图；
图6为图5中混频器的示意图；
图7为图5中偏置电路的示意图；
图8为图5中可变增益放大器的示意图。
具体实施方式
图1为混频器电路100的框图。如图所示，电路100包括混频器110、偏置电路120和放大器130。在一具体实施例中，电路100用于通过用本机振荡器信号LO混合输入信号IN来提供放大器输出信号AMPOUT。专用集成电路(ASIC)、分离元件和混合信号集成电路等都可以用在电路100中。电路100也可以包括模拟电路，数字电路和/或模拟和数字混合电路。
电路100可以用在接收机、发射机、无线电收发机(例如蜂窝电话、无绳电话、无线网卡、无线收发机等)。电路100可以使用在任何混频器可以使用的设备或系统中。例如，电路100可以使用在无线通信设备、有线通信设备、接口系统、计算设备、光传媒器件、嵌入式系统和其它电子设备或电路中。在一具体实施例中，电路100被用于无线电话的接收机中用于解调输入信号IN。在另一具体实施例中，电路100用在无线电话的发射机中用于调制输入信号IN。
在实施中，信号IN从模数转换器ADC、数模转换器DAC、射频接收机、射频发射机或类似设备中(在图1中没有给出)提供给混频器110。这些电路和其他电路可用来从无线或有线通讯信道中接收到的信号中提供输入信号，或者从被无线或有线通讯信道发射的信号中提供输入信号。然而，输入信号IN可以由任何合适的源来提供。
混频器110用于接收输入信号IN、本机振荡器信号LO和偏置信号，并提供混频信号MIXOUT。混频器110可以用于用本机振荡器信号OL混合输入信号IN，并通过偏置信号进行偏置。例如，混频器110可以用于提供混频后信号，该混频后信号至少部分地基于输入信号IN以及加入一定直流偏置的本机震荡器信号LO。混频后信号MIXOUT可以至少部分地用本地时钟信号和输入信号IN作乘、加、减或除运算来提供。在一实施例中，混频器110用于用本地振荡器信号OL乘输入信号。混频器110可以包括二极管电路、运放电路、使用仪器放大电路和/或差分放大电路等。
偏置电路120用于接收混频后信号MIXOUT，并提供偏置信号BIAS。在具体实施中，偏置电路120用于基于混频后信号MIXOUT提供偏置信号BIAS。例如，偏置电路120可以用于追踪混频后信号的直流值，并至少部分地基于该直流值提供偏置信号BIAS。在具体实施中，偏置电路120是反馈电路，该电路通过追踪并位移混频后信号的直流分量来给混频电路提供直流偏置从而平衡混频器输出。
放大器130用于接收混频后信号MIXOUT，并提供放大器输出信号AMPOUT。放大器130即可以提供单位增益，也可以提供任何合适的非单位增益值。放大器130可以包括运放电路、射频放大器电路、功率放大器电路、前置放大器电路、衰减电路和/或其他类似电路。
图2为混频器210的示意图。如图所示，混频器210包括电容CIN、电容CLO和晶体管M1。混频器210也被用于作为图1中混频器110的具体实施例，其可用于至少部分地基于输入信号IN提供混频后信号MIXOUT。
图中电容CIN和CLO用于作为直流阻挡电容，分别用来阻挡输入信号IN和本机振荡器信号中的直流成分到达晶体管M1。这两个电容可以为任何适合的数值或类型。另外，电容CIN和电容CLO的数值可以分别根据输入信号IN和本机振荡器信号LO的预期频率。
在具体实施中，晶体管M1用于作为混频晶体管，在一定的直流偏置的条件下来选择性的通过由本机振荡器信号LO的交流值控制的输入信号IN的交流值。如图2，晶体管M1的源极交流耦合到输入信号IN，漏极连接混频后信号MIXOUT，栅极交流耦合到本机振荡器信号LO和并被偏置信号偏置。在具体实施中，晶体管M1这样配置使得偏置信号BIAS偏置晶体管M1栅级-源极的电压。然而，其他的变化也在本发明的范畴之内。例如晶体管M1的源极可以交流耦合到输入信号IN，而漏极可以连接混频后信号MIXOUT，或者本机振荡器信号LO可以被耦合到漏极而输入信号IN被耦合到源极。
晶体管M1可以包括N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、P沟道MOSFET、NPN双极型晶体管、PNP双极型晶体管、结型场效应晶体管(JFET)、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或其他类似器件。在图示实施例中，偏置信号BIAS连接于晶体管M1的栅极来偏置或限定晶体管M1的运行点。
图3为偏置电路320的示意图。图中偏置电路320包括低通滤波器322、放大器324、晶体管M2和电流源ISRC。偏置电路320可用于作为图1中偏置电路120的具体实施例。偏置电路320用于至少部分地根据混频后信号MIXOUT来提供偏置信号BIAS。
在一具体实施例中，放大器324、晶体管M2和电流源ISRC用于作为电平移位电路，例如通过低通滤波器322感知混频后信号MIXOUT中的直流分量MIXOUT_DC中，并至少部分地根据被感知的直流分量提供偏置信号。低通滤波器322可以是任何一种合适的低通滤波器，例如，可以使用RC滤波器、RLC滤波器、LC滤波器、有源滤波器和/或数字滤波器等。在另外的实施例中，低通滤波器322可以省略，也可以被连接用来过滤偏置电路320的输出，还可以整合到图1的混频器110或放大器130中。
图4为偏置电路420的示意图。如图所示，偏置电路420包括低通滤波器422、放大器424、晶体管M2、晶体管M3、电流源ISRC和可调电阻器RBIASADJ。偏置电路420可以作为图1中偏置电路120的具体实例。
在具体实施例中，放大器424、晶体管M2、晶体管M3、电流源ISRC和可调电阻器RBIASADJ用于作为电平移位电路运行，例如通过低通滤波器422感知在混频后信号MIXOUT中的直流分量MIXOUT_DC，并至少部分地根据被感知的直流分量提供偏置信号。此外，由偏置电路420提供的电平移位可根据可调电阻器RBIASADJ的数值配置，例如，通过移位值控制信号SHIFT_VAL控制。在具体实施中，可调电阻器RBIASADJ为数字电位器，其用于接收数字输入移位值控制信号SHIFT_VAL。同样，移位值信号也可以来自微处理器、微控制器、数字信息处理器和使用者控制输入，且可以使与混频后信号移位的数值成比例来提供偏置信号BIAS。在具体实施例中，移位值信号SHIFT_VAL可以被提供和/或被变化来补偿和/或校正在各种运行频率上的非线性。
图5为混频器电路500的示意图，其包括输入放大器540、混频器510I、混频器510Q、偏置电路520I、偏置电路520Q、放大器530I、放大器530Q和滤波器550。
具体实施中，电路500可用于作为在通讯设备中适用于低中频电路的同相/正交无源混频器。电路500可以作为正交下变频混频器或正交上变频混频器。电路500也可以用于作为频率调制器、频率解调器、相关调制器、相关解调器、相移键控(PSK)调制器、相移键控解调器、频移键控(FSK)调制器、频移键控解调器、振幅偏移键控(ASK)调制器、振幅偏移键控解调器、振幅相键控(APK)调制器、振幅相键控解调器、正交振幅调变(QAM)调制器或正交振幅调变(QAM)解调器等类似设备。如图所述，电路500配置有差分信号路径为了同时适用于同相位路径和正交路径。同相位路径包括混频器510I、偏置电路520I和放大器530I、正交路径包括混频器510Q、偏置电路520Q和放大器530Q
放大器540用于接收射频信号RFP和RFN，并提供输入信号INP和INN。在具体实施中，放大器540为差分低噪放大器(LNA)。然而，放大器540也可以包括射频放大器、前置放大器和衰减器等。假如电路500使用在接收机中，放大器540可以用于从天线接收射频信号RFP和RFN。然而，假如电路500是用在发射机中，放大器540可用于从声码器、加密保护电路或编码器中接收射频信号RFP和RFN。
输入信号INP和INN被提供给同相位路径和正交路径。对于同相位路径，输入信号INP和INN被提供给混频器510I，在其中输入信号INP和INN各自和本机振荡器信号LOIP和LOIN混合以提供复合同相位信号成分。对于正交信号路径，输入信号INP和INN被提供该混频器510Q，在混频器510Q中输入信号INP和INN各自和本机振荡器信号LOQP和LOQN混合以提供复合正交信号成分。在具体实施中，本机振荡器信号LOIP和LOIN被提供为与本机振荡器信号LOQP和LOQN相位差90°。本机振荡器信号LOQP和LOQN不是落后于本机振荡器信号LOIP和LOIN，就是领先于本机振荡器信号LOIP和LOIN。
偏置电路520I和520Q各自用于至少部分地根据混频器510I和510Q的输出提供偏置信号BIASI和BIASQ。如上所述，偏置电路520I和520Q用于偏置混频器510I和510Q的运行。在具体实施中，偏置电路520I和520Q还可用于平衡混频器510I和510Q的运行。例如，减少混频器510I和510Q之间的振幅失配或相位误差。至少在一个实施例中，偏置电路520I和520Q可配置为偏置信号BIASI和偏置信号BIASQ完全等同。
在一些系统中，这些不均衡由同相位路径和正交路径之间设计的差异、组成失配和组成漂移等产生。在具体实施中，配置偏置电路520I和520Q使得混频器510I和510Q之间的振幅失配在1dB之内，而相位误差低于5％。振幅失配可以根据峰值法测量输出值、均方根输出值法和/或平均输出值法等决定。
放大器530I和530Q分别用于接收混频器510I和510Q的输出，并提供放大器输出信号给滤波器550。放大器530I和530Q可以是如前所述的任何一种合适的类型。此外，放大器530I和530Q也可以是下面讨论的可变增益放大器。
滤波器550用于接收放大器530I和530Q的输出，并提供滤波后的输出信号给其它电路(图中没有显示)。滤波器可以包括表面声波滤波器(SAW)、体声波滤波器、晶体滤波器、RC滤波器、RLC滤波器和/或LC滤波器等。另外，滤波器550可作为高通滤波器、低通滤波器和/或带通滤波器等。滤波器550也可以不是有源滤波器就是无源滤波器。如果电路500用在发射机中，滤波后的输出信号FLTROUTIP、FLTROUTIN、FLTROUTQP和FLTROUTQN可提供给射频源放大器、前置放大器和/或其他放大器等。假如电路500用在接收机中，滤波器550的输出可提供给信号放大器、衰减器、模数转换器、解码器、解密系统和/或声码器等。
图6为混频器610x的示意图。图中混频器610x包括电容CMIXP、电容CMIXN、电容CLOxP、电容CLOxN、晶体管M61-M64、电阻RMIX1和电阻RMIX2。混频器610x可作为图5中混频器510I和510Q的实例。
在具体实施中，电容CMIXP、CMIXN、CLOxP和CLOxN用于作为直流阻挡电容，晶体管M61-M64用于作为混频晶体管以将输入信号INP和INN跟本机振荡器信号LOxP和LOxN混合。同样，电阻RMIX1和RMIX2可用于接收偏置信号BIASx以偏置晶体管M61-M64的栅极。具体实施中，偏置信号BIASx用以偏置在同相位路径混频器中晶体管M61-M64的栅极-源极电压的直流分量。举例说明，这样可以减少在同相位路径和正交路径之间的振幅失配和相位误差。
图7为偏置电路720x的示意图，该电路包括低通滤波器722、放大器724、晶体管M2、电阻RMIXxP、电阻RMIXxN和电流源ISRC。偏置电路720x可以用作图5中偏置电路520I和520Q的实施电路。电阻RMIXxP和电阻RMIXxN连接在混频后信号和电平移位电路之间，用于提取混频器信号的直流分量。
在具体实施中，电阻RMIXxP和RMIXxN用于从混频后的差分信号MIXOUTxP和MIXOUTxN中提取直流分量给低通滤波器722。低通滤波器722可用于对前面提取的信号进行进一步滤波，从而提供相对比较干净的直流分量给放大器724。放大器724、晶体管M2和电流源ISRC可配置与图3的偏置电路320中放大器322、晶体管M2和电流源相类似的方式运行。然而，在其他实例中也可以使用这里没描述到的其它的偏置电路。例如，其它偏置电路包括可调增益、差分电路、附加元件、其它滤波器等。
图8为可变增益放大器830x的示意图，该可变增益放大器包括电阻R81-R84、电容CFB1、电容、CFB2、可调电阻RGAIN1、可调电阻RGAIN2、和差分放大器832。可变增益放大器830x可作为图5中的可变增益放大器530I和530Q的具体实施例。
可变增益放大器830x可用于提供任意合适的单位值或非单位值的增益或衰减。例如，可变增益放大器830x的增益可通过自动增益控制(AGC)电路或静噪电路来设定。另外，可变增益放大器830x的增益也可根据混频后信号MIXOUTxP和MIXOUTxN的频率和/或图5中滤波器550的饱和水平来设定，也可通过设定可调电阻RGAIN1和RGAIN2的值来控制。例如，可调电阻RGAIN1和RGAIN2的数值可通过微控制器、微处理器、数字信息处理器和/或使用者的输入等控制。此外，电阻R82和R84可作为混频后信号MIXOUTxP和MIXOUTxN的终端电阻来提高差分放大器832的直流控制。

Claims (10)

1.一种混合信号的电路，其特征在于，该电路包括：
混频器，用于接收第一信号、第二信号和偏置信号，并至少部分地根据用第二信号和第一信号混合，并用偏置信号偏置所述混频器来提供混频后信号；
偏置电路，用于接收所述混频后信号，并至少部分地根据所述混频后信号提供所述偏置信号。
2.按照权利要求1所述的电路，其特征在于，所述偏置电路包括：
电阻，连接在所述混频后信号和电平移位电路之间；
所述电平移位电路，连接在所述耦合电阻输出端和混频器偏置信号输入端之间，该电阻可以根据所设定的移位值来移位所追踪到的混频后信号的直流分量，移位后的信号作为混频的偏置输入。
3.按照权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电平移位电路包括：
配置电路，用于至少部分地根据移位值控制信号调整所述移位值。
4.按照权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路进一步包括：
低噪放大器，用于提供所述第一信号；
可变增益放大器，用于接收所述混频后信号和提供放大后的信号；
滤波器，用于接收和过滤所述放大后的信号。
5.按照权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路进一步包括：
第二混频器，用于接收所述第一信号、第三信号和第二偏置信号，并至少部分地根据所述第三信号和所述第一信号的混合和用所述第二偏置信号偏置所述第二混频器来提供第二混频后信号；
第二偏置电路，用于接收所述第二混频后信号，并至少部分地根据所述第二混频后信号提供所述第二偏置信号。
6.按照权利要求5所述的电路，其特征在于：所述偏置信号与所述第二偏置信号相同。
7.按照权利要求5所述的电路，其特征在于：所述电路被配置作为频率调制器、频率解调器、相关调制器、相关解调器、相移键控调制器、相移键控解调器、频移键控调制器、频移键控解调器、振幅偏移键控调制器、振幅偏移键控解调器、振幅相键控调制器、振幅相键控解调器、正交振幅调变调制器或正交振幅调变解调器中的任一种。
8.按照权利要求5所述的电路，其特征在于：所述电路用于减少所述混频后信号和所述第二混频后信号之间的相位误差，和减少所述混频后信号和所述第二混频后信号之间峰值的振幅失配。
9.一种混合信号的方法，其特征在于，包括：
接收输入信号；
接收本机振荡器信号；
使用混频器将所述本机振荡器信号和所述输入信号混合，并提供混频后信号；
电平移位所述混频后信号来提供偏置信号；
用所述偏置信号偏置所述混频器。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：
接收第二本机振荡器信号；
使用第二混频器来用所述第二本机振荡器信号混合所述输入信号，并提供第二混频后信号；
电平移位所述第二混频后信号以提供第二偏置信号；
用所述第二偏置信号偏置所述第二混频器。
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