CN102857311B - 用于产生校正的向量宽带rf信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于产生校正的向量宽带RF信号的装置。一种信号产生系统，包括：输入源，其被配置用于提供输入无线射频(RF)信号；校正滤波器计算(CFC)块，其被配置用于确定校正滤波器参数；和自动水平控制(ALC)环，其被配置用于为CFC块提供ALC环信息。校正滤波器参数可以至少部分地基于ALC信息而被确定。该系统还可以包括：预失真现场可编程门阵列(FPGA)，其被配置用于将校正滤波器应用到输入RF信号，其中校正滤波器至少部分地基于校正滤波器参数；和RF输出端，其被配置用于提供RF输出信号。

Description

用于产生校正的向量宽带RF信号的装置

技术领域

本公开涉及信号产生器，特别地，涉及用于校正向量宽带射频(RF)信号的方法和装置。

背景技术

目前可用的RF向量调制产生器易于经受作为频率的函数的可变的信道响应。因此，需要一致响应来表征特定单元的性能的用户必须了解其引起的失真。

这对于希望产生例如RADAR脉冲的要求充分平坦幅度和线性相位响应的宽带信号的用户来说尤其是个问题。至少由于这个原因，这些用户针对系统认证而经常依赖于自制的“黄金样品(golden radio)”作为基准发射机。

因此，存在着对能够提供校准的和校正的信道响应的NIST可追踪宽带产生能力的设备的需求。

发明内容

在某些实施例中，射频(RF)微波信号产生系统包括数字调制校正，其被应用作为预失真来补偿模拟硬件的信道幅度和相位非线性。在这里使用的信道通常涉及系统的调制带宽，其围绕输出的载波频率被转换。这些系统能够被配置用于在复杂有限脉冲响应(FIR)滤波器的普通集中校正幅度水平和平度、相位线性度、同相和正交(IQ)误差、和调制增益偏移的可变性。这些系统还能够使用自动水平控制(ALC)环用于超过ALC环带宽的信道/调制带宽来校正系统中的信道失真。

在某些实施例中，产生器的调制带宽可以具有几百兆赫(MHz)或者甚至几千兆赫(GHz)的范围，而RF载波频率一般将跨越从接近DC至微波或毫米波范围。这些系统通常将不包括数字采集子系统。

在某些实施例中，一种方法包括随着一个或多个模拟参数改变校正滤波器的正常再生和应用。这些模拟参数可以包括但不限于输出频率调谐、放大器增益随着温度的改变、ALC衰减或增益设置、RF IQ调制器增益和偏移值、和RF输出衰减器设置。该方法可以包括响应于产生器的ALC系统实时地或者接近实时地重新计算和应用校正滤波器。

附图说明

图1示出包括信号产生器，在试设备、以及测试和测量仪器的系统。

图2示出表明由典型的现有信号产生器针对多种载波频率展示的信号失真的多个曲线图。

图3示出根据本发明的实例实施例的包括例如图1的信号产生器的信号产生器的系统的方块图。

图4示出表明作为对于通常用在自动水平控制(ALC)环中的典型的现有电压可变衰减器的衰减设置的函数的频率和相位响应的变化的多个曲线图。

图5A和5B示出根据本发明的一些实例实施例的用于校正所产生的向量宽带RF信号的实例技术的流程图。

具体实施方式

实施例包括用于校正向量宽带射频(RF)信号的信号产生器和技术。本发明的这些和其它的特征以及实施例参考每个图继续进行。

图1示出系统100，其包括信号产生器105、在试设备(DUT)110以及测试和测量仪器120。信号产生器105可以是任何能够产生信号的合适的设备，例如用于测试目的。信号产生器105可以是，例如，诸如任意波形产生器(AWG)的高速串行产生器。

DUT110可以是任何能够接收和发射信号的合适的数字或者模拟设备。DUT110可以包括，例如，接收器112、内部逻辑116、和发射器114。DUT110的输出可以耦合到测试和测量仪器120。测试和测量仪器120可以是示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、网络分析仪，等等。

图2示出表明由典型的现有信号产生器针对多种载波频率展示的信号失真的曲线图。图2A、2B、2C、2D的各曲线图示出在典型的现有信号产生器中在分别为900兆赫(MHz)，1.8千兆赫(GHz)、2.4GHz和38GHz的RF载波频率下的信道响应变化。曲线图2A-2D中的每一个的不平度证明了对于在如通过这里描述的所公开的技术的实施所提供的校准的和校正的信道响应的情况下的宽带信号产生能力的需求。

图3示出了根据本发明的实例实施例的包括例如图1的信号产生器105的信号产生器301的系统300的方块图。为了简化的目的，省略了完整检测仪表方案中通常包括的某些部件。这些部件包括但不限于输出谐波抑制滤波器、用户接口、和电源。

系统300包括3个不同的数据源，其均被配置用于提供输入数据至信号产生器301。数据源包括基于存储器的数据产生块302、数字同相和正交(I/Q)输入304、和模拟I/Q输入306。I/Q数据路由现场可编程门阵列(FPGA)330从数据源302、304和306中的每一个接收数据。

在某些实施例中，基于存储器的数据产生块302是任意波形产生器(AWG)的内部功能等价物，其直接从存储器运行存储的数据文件。

在某些实施例中，来自数字I/Q输入304的数据包括任意实时数字数据流，所述任意实时数字数据流具有可以被I/Q数据路由FPGA330约束的速率。

在某些实施例中，来自模拟I/Q输入306的数据将首先通过滤波器308和309，所述滤波器308和309去除某些信息，例如会引起假名图像的信息。数据然后可以分别从滤波器308和309传送给模数转换器(ADC)310和311。ADC310和311可以将输出数据传送给I/Q数据路由FPGA330。

信号产生器301包括预失真FPGA350、数模转换器(DAC)352和RF调制器356。预失真FPGA350可以接收来自I/Q数据路由FPGA330的输入信息。在借助DAC352将数据转换成模拟的之前，预失真FPGA350在数字信号处理(DSP)中应用信道校正滤波器至每一个I和Q信号分量。在替换的实施例中，专用集成电路(ASIC)或者其它合适的部件可以被用于替代FPGA，用于预失真信道校正滤波器的应用。

替换地，I/Q数据路由FPGA330可以接收非正交信号。这一信号可以由基于存储器的数据产生块302提供给I/Q数据路由FPGA330的I或者Q输入之一。该非正交信号被耦合至预失真FPGA350，在此信道校正滤波器被应用于该信号。

在某些实施例中，预失真FPGA350的校正滤波器补偿跨越输出信道的带宽(即，不考虑调制的载波频率的数据的信息带宽)的幅度不平度和从线性相位的偏离。信道带宽不能超过DAC352的尼奎斯特(Nyquist)带宽，并且通常远小于DAC352的尼奎斯特带宽。预失真FPGA350可以调整被发送至DAC352的I/Q数据来补偿RF调制器356中的增益和相位不平衡。两个滤波器354和355可以通过从数据中去除DAC352假名产物来进一步调整被发送至RF调制器356的数据。

从I/Q数据路由FPGA330传递到预失真FPGA350的某些数据，例如来自数字I/Q输入304的数据，可以被预失真FPGA350的处理速度和DAC352的时钟速率所约束。

信号产生器301的预失真FPGA350被配置用于从校正滤波器计算块360接收校正滤波器参数，所述校正滤波器计算块360可以被实施为普通的FPGA，ASIC，或者运行于主处理器或者控制器385上的代码。

CFC块360的实施通常依赖于响应于RF/模拟电路性能的变化的速度要求。将驱动实施为普通的FPGA或ASIC的要求的实例是将校正滤波器应用到在比可由DAC352单独支持的带宽隔得更远的频率之间跳跃的信号。

信号产生器301的CFC块360可以从以下两个源使用信息：校准存储器358和自动水平控制(ALC)控制器FPGA362。校准存储器358可以是任何种类的存储器。例如，校准存储器358可以为动态存储器、静态存储器、只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，等等。

校准存储器358通常存储如在工厂在NIST可追踪装置上所测量的校准数据。这些校准数据通常表示如在可能对系统300的信道响应具有影响的许多RF载波频率、输出衰减器398设置、ALC衰减器390设置和其它RF信号路径设置下测量的信号产生器301的模拟信道性能。校准数据可以被存储在校准存储器358中作为描述每一频率和设置下的幅度平度和相位线性度的向量数据。

在某些实施例中，使用存储在校准存储器358中的数据在工厂校准ALC衰减器390的模拟性能，用于由控制器385和CFC块360正在使用的查找。

ALC控制器FPGA362是自动控制水平ALC环的一部分，其包括ALC衰减器390，定向耦合器397和功率检测器396，例如窄带包络检测器。来自ALC衰减器390的RF输出通过使用定向耦合器397被采样，并被提供给功率检测器396。功率检测器396将采样的RF输出转换为基带包络电压波形。基带包络电压利用ALC ADC364被数字化，并被耦合到ALC控制器FPGA362。ALC控制器FPGA362产生粗调谐值和细调谐值，所述细调谐值由ALC DAC365转换成模拟值。所述粗调谐值和细调谐值被提供给ALC衰减器390，以保持标称的恒定输出功率水平。

ALC ADC364和ALC DAC365可以需要采样时钟，其在图中没有被示出。ALC控制器FPGA362可以基于主数字系统时钟315进行操作。

ALC控制器FPGA362优选被配置用于为CFC块360提供信息，其指示ALC衰减器390设置，使得一个或多个预失真滤波器可以作为ALC环设置的函数被正确地计算。CFC块360访问校准存储器358以重新得到之前存储的与ALC衰减器设置有关的校准数据。来自ALC控制器FPGA362的设置信息可以迅速地改变。

在某些实施例中，ALC模式包括一种情形，在该情形中当在RF调制的脉冲的长序列中的每一脉冲包络的50％点处对输出功率进行采样时，作出较小的调整。这一条件可能对于每一脉冲要求校正滤波器的信道重新计算。在这些实施例中，由于ALC衰减器390输入和输出阻抗作为衰减器设置的函数的变化而要求这样的信道重新计算。

在某些实施例中，当对准周期被执行时，ALC控制器FPGA362为CFC块360提供信道性能信息，例如增益、幅度平度和相位线性度。可以通过幅度测量和已知的内部产生的信号来确定相位信息。这些对准通常被要求来补偿系统的模拟性能随着时间的改变和温度的改变。这些对准将使用由基于存储器的数据产生块302供应的存储的波形。CFC块360访问校准存储器358来重新获得与对准周期有关的之前存储的校准数据。

其他部件可以被依赖以支持系统300的一般功能。例如，参考振荡器384可以用作主频率参考并且为A/D采样时钟380、D/A采样时钟382、微波本地振荡器386和主数字系统时钟315提供稳定的定时。尽管在某些实施例中A/D采样时钟380和D/A采样时钟382可以是相同的振荡器，但是它们在图中被示为单独的部件，用于指示模拟I/Q输入和输出调制带宽可以不同。

微波本地振荡器386可为RF调制器356提供RF载波信号。该载波信号还可以针对连续波(CW)模式输出使用可选的开关388和389绕过RF调制器356。RF放大器块395被示为指示在系统300中可以存在放大，并且可能存在需要校准和校正的频率、信道和温度响应问题。

最终的输出衰减器398可以在系统300中实施以在RF输出399处给出超过功率检测器396所能测量的范围的全功率范围。最终的输出衰减器398还可以帮助控制输出源399处的阻抗和最小化输出源399处的幅度不确定性。最终的输出衰减器398可被校准用于频率响应，但是通常在ALC增益控制环之外。最终的输出衰减器398的被校准的性能可以存储在校准存储器358中。关于温度的变化的最终的输出衰减器398的性能的变化可以在设定误差预算中被考虑，因为其位于内部对准环之外。

在某些实施例中，控制器385协调被实施为系统300的一部分的所有部件的操作，包括但不限于设置频率、加载FPGA图像和数据文件、执行对准序列、控制ALC模式、调整RF信号路径设置和通知I/Q数据路由FPGA330在给定时间或者情况下应该从其获取数据的源。为了简短和简单，从控制器385到系统300的各部件的接口从图中省略。

图4示出多个曲线图4A-4C，其表明作为对于典型的现有电压可变衰减器的衰减设置的函数的频率和相位响应的变化。图4A、4B和4C的各曲线图分别示出了相对衰减、回波损耗对比衰减、相对相位。

曲线图4A-4C证明了对作为ALC设置的函数的校正滤波器的重新计算的需求。ALC环带宽通常将运行于低速率，例如在千赫(kHz)范围内，其中调制带宽可以处于明显较高的速率，例如在千兆赫(GHz)范围内。根据所公开的技术的实施例的校正滤波器重新计算可以补偿位于ALC的环带宽之外的信道性能的变化。

曲线图4A-4C示出作为衰减设置的函数的频率和相位响应的显著变化。当匹配到系统的邻接元件时，回波损耗对比衰减设置的改变通常对幅度和相位波动具有影响。例如，图4B的曲线图上的在大约19GHz处的点示出了当衰减从最小值(也就是2.2dB)变化到5dB时回波损耗从大概-13dB至-25dB的变化。如果与具有平坦的-20dB回波损耗的元件进行匹配，则失配的变化引起幅度误差和相位误差，所述幅度误差从±0.2dB摆动至±0.05dB，所述相位误差从±1.28度变化至±0.32度。这些是在作为ALC设置的函数的衰减器的原始频率和相位响应的顶上被组合的信道幅度和相位误差。当信道带宽被扩展至几百兆赫(MHz)和超过几百兆赫(MHz)时，这些效果显著地变得更差。

图5示出根据本发明的一些实例实施例的用于校正所产生的向量宽带RF信号的实例技术的流程图500。

作为预备步骤，如在505处所示的，校准数据可以被存储到校准存储器358中。在510，来自输入源的输入信号由信号产生器301接收。输入源可以是例如基于存储器的数据产生块302，数字I/Q输入304或者模拟I/Q输入306。输入信号可以是I/Q正交信号或者非正交信号。在某些实施例中，输入信号由信号产生器301的I/Q数据路由FPGA330接收。输入信号在被发送到预失真FPGA350之前可以可选地被滤波，如在515处所示的。在520，预失真FPGA350接收输入信号。

在525，预失真FPGA350从校正滤波器计算(CFC)块360接收信道校正滤波器参数。CFC块360可以被实施为例如普通的FPGA、ASIC或者运行于主处理器上的代码。取决于特定的实施方式，在525所示的步骤可在于520所示的步骤之前、期间或者之后发生。

在530，在将输入信号发送至DAC352之前，预失真FPGA350应用一个或多个预失真校正滤波器，例如信道校正滤波器，到该输入信号。例如，一个或多个校正滤波器可以补偿跨越输出信道的带宽的幅度不平度和从线性相位的偏离。一个或多个校正滤波器可以响应于自动水平控制(ALC)系统而被实时地或者接近实时地重新计算和应用。ALC系统通常包括ALC衰减器390、定向耦合器397、功率检测器396和ALC控制器FPGA362。

在535，在发送一个或多个信号至RF调制器356之前，DAC352接收该一个或多个信号并将该一个或多个信号从数字的转换成模拟的。在545，该一个或多个信号由RF调制器356接收。该一个或多个信号在被发送到RF调制器356之前可以可选地被滤波，如在540处所示的。来自RF调制器356的信号然后由ALC衰减器390接收，如在550处所示的。

在555，ALC控制器FPGA362提供ALC信息至CFC块360。在某些实施例中，ALC信息指示ALC衰减器设置，使得由预失真FPGA350应用的一个或多个预失真滤波器可以被正确地计算为ALC环设置的函数。系统可以使用ALC环用于超过ALC环带宽的信道/调制带宽。在某些实施例中，ALC控制器FPGA362还可以为CFC块360提供信道性能信息，例如增益、幅度平度和相位线性度。

在560，ALC控制器FPGA362从功率检测器396接收RF输出功率信息。在565，ALC控制器FPGA362调整ALC衰减器390以便保持恒定的输出功率水平。在各种实施例中，在560和565处所示的步骤中的任一个或者两者都可以在于555处所示的步骤之前、与其同时或者在其之后发生。

在570，RF输出399由信号产生器提供。

尽管已经描述了特定的实施例，但是要认识到的是本发明的原理不限于这些实施例。在不脱离如在下面的权利要求中所阐述的本发明的原理的情况下，可以进行变型和修改。作为实例，本发明可以在不使用RF调制器的情况下在基带来实施。在这样的实施方式中，预失真FPGA350中的校正滤波器补偿信号信道中的放大器增益和相位失真。

Claims (20)

1.一种信号产生系统，包括：

输入源，其被配置用于提供输入信号；

校正滤波器计算块，其被配置用于确定校正滤波器参数；

预失真部件，其被配置用于接收输入信号和来自校正滤波器计算块的校正滤波器参数，并产生被滤波的输出信号，其中所述预失真部件被配置用于将至少第一校正滤波器应用于输入信号，其中校正滤波器至少部分地基于校正滤波器参数；

射频输出端，其被配置用于基于被滤波的输出信号来提供射频输出信号，所述被滤波的输出信号具有被应用到其的校正滤波器；以及

自动水平控制环，其被配置用于给校正滤波器计算块提供自动水平控制环信息，其中，至少部分地基于自动水平控制环信息来确定所述校正滤波器参数，所述自动水平控制环包括：

自动水平控制衰减器，其被耦合在预失真部件和射频输出端之间，其中，自动水平控制衰减器被配置用于接收被滤波的输出信号；和

自动水平控制控制器，其被耦合在自动水平控制衰减器和校正滤波器计算块之间，其中，自动水平控制控制器被配置用于提供自动水平控制环信息给校正滤波器计算块并被配置用于将输出直接提供给自动水平控制衰减器。

2.如权利要求1所述的信号产生系统，其中输入源是由基于存储器的数据产生块、数字同相和正交（I/Q）输入、和模拟I/Q输入所构成的组中的一个。

3.如权利要求2所述的信号产生系统，进一步包括第一和第二校正滤波器，所述滤波器之一产生输入信号的I信号分量，且另一个滤波器产生输入信号的Q信号分量。

4.如权利要求1所述的信号产生系统，进一步包括：

校准存储器，其被配置用于存储如在工厂测量的与信号产生系统有关的校准数据，所述校准数据包括描述每一频率设置下的幅度平度和相位线性度的向量数据。

5.如权利要求4所述的信号产生系统，其中：

校正滤波器计算块被配置用于接收来自校准存储器的校准数据，其中所述校正滤波器参数至少部分地基于所述校准数据。

6.如权利要求1所述的信号产生系统，其中自动水平控制控制器进一步被配置用于调整自动水平控制衰减器，并且自动水平控制衰减器被配置用于接收来自自动水平控制控制器的调整。

7.如权利要求1所述的信号产生系统，其中自动水平控制环信息至少部分地基于从自动水平控制衰减器接收的信息。

8.如权利要求1所述的信号产生系统，进一步包括：

数模转换器，其被耦合在预失真部件和射频输出端之间，其中，数模转换器产生代表被滤波的输出信号的模拟输出信号。

9.如权利要求8所述的信号产生系统，进一步包括：

功率检测器，其被耦合在自动水平控制衰减器的输出端和自动水平控制控制器之间，其中，功率检测器被配置用于为自动水平控制控制器提供与被衰减的模拟输出信号有关的功率信息。

10.如权利要求9所述的信号产生系统，其中，由自动水平控制控制器提供的自动水平控制环信息至少部分地基于所述功率信息。

11.如权利要求8所述的信号产生系统，进一步包括：

RF调制器，其被耦合在数模转换器和自动水平控制衰减器之间。

12.如权利要求11所述的信号产生系统，进一步包括：

中间滤波器，其被耦合在数模转换器和RF调制器之间。

13.如权利要求1所述的信号产生系统，其中预失真部件包括现场可编程门阵列。

14.如权利要求1所述的信号产生系统，其中预失真部件包括专用集成电路。

15.一种用于在信号产生系统中校正向量宽带射频（RF）信号的方法，该方法包括：

从输入源接收输入RF信号；

使用预失真部件通过将至少第一校正滤波器应用于输入RF信号来产生被滤波的RF信号；

提供被滤波的RF信号给自动水平控制衰减器；

使用自动水平控制控制器从自动水平控制衰减器的输出产生自动水平控制环信息；

将来自自动水平控制控制器的输出直接提供给自动水平控制衰减器；

使用校正滤波器计算块至少部分地基于自动水平控制环信息来确定校正滤波器参数；

将校正滤波器参数应用于预失真部件来重新计算至少第一校正滤波器；以及

使用被滤波的RF信号产生RF输出信号。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括存储与信号产生系统有关的校准数据，其中，由校正滤波器计算块确定的校正滤波器参数至少部分地基于校准数据。

17.如权利要求15所述的方法，其中输入RF信号具有I和Q信号分量，所述产生被滤波的RF信号步骤进一步包括通过将第一I分量校正滤波器应用到RF信号的I信号分量和将第二Q分量校正滤波器应用到RF信号的Q信号分量来产生相应的I和Q被滤波的RF信号的步骤。

18.如权利要求15所述的方法，其中产生自动水平控制环信息步骤进一步包括：

将自动水平控制衰减器的输出的一部分耦合到功率检测器；

使用功率检测器产生与自动水平控制衰减器的输出相关的RF功率信息；

将RF功率信息耦合到自动水平控制控制器；

产生粗输出控制信号和细输出控制信号至自动水平控制衰减器，用于设置衰减水平；以及

将部分地由RF功率水平信息得到的自动水平控制环信息提供至校正滤波器计算块。

19.如权利要求15所述的方法，其中提供被滤波的RF信号步骤进一步包括：

提供被滤波的RF信号至RF调制器；以及

产生被所述被滤波的RF信号调制的RF信号。

20.如权利要求19所述的方法，其中提供被滤波的RF信号步骤进一步包括提供被滤波的RF信号的I和Q信号分量至RF调制器的步骤。