CN103731177A - 用于信号处理器的预处理单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于信号处理器的预处理单元。一种用于信号处理器的预处理单元包括预处理元件。预处理元件被配置成接收将被信号处理器所处理的数据，对接收到的数据进行预处理并且输出预处理后的数据。基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对所述数据进行预处理以便补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响。

Description

用于信号处理器的预处理单元

背景技术

移动通信设备包括实现到移动通信网络内基站的通信的收发器。收发器通常包括被配置成处理出站（outbound）通信信号的信号处理器。处理可以包括数模转换以及放大出站通信信号。因此，信号处理器可以包括功率放大器。此类功率放大器必须高效率地供应高输出功率。例如，蜂窝功率放大器具有应该在30dBm（对应于近似1W）的峰值输出功率。对于功率放大器假设30到50%的效率，功率放大器的功率耗散共达2或3W。为了尽可能地增加电池寿命，供给功率通常由开关（switched）DCDC转换器来供应，所述开关DCDC转换器被用作具有低功率耗散的电源并且可以被配置用于包络跟踪。然而，DCDC转换器可能影响出站通信信号。

发明内容

用于信号处理器的预处理单元包括预处理元件。预处理元件被配置成接收将被信号处理器所处理的数据，对接收到的数据进行预处理并且输出预处理后的数据。基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号（undesired signal）特性的控制信号来对所述数据进行预处理以便补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响。

用于包括放大器的信号处理器的预处理单元包括预处理元件。预处理元件被配置成接收将被信号处理器所处理的幅度数据，对接收到的幅度数据进行预处理并且输出预处理后的幅度数据。基于描述用于信号处理器的供给电压内的干扰纹波（undesired ripple）的控制信号来对所述幅度数据进行预处理以便补偿供给电压的纹波对幅度数据的处理的影响。控制信号是基于关于脉冲宽度调制值和/或脉冲宽度调制相位的信息。供给电压是由形成电源的DCDC转换器所输出的DC电压。

收发器包括信号处理器、DCDC转换器和预处理单元。信号处理器包括放大器和/或数模转换器。DCDC转换器形成用于信号处理器的电源并且输出供给电压。用于信号处理器的预处理单元包括预处理元件，所述预处理元件被配置成接收将被信号处理器所处理的数据，对接收到的数据进行预处理并且输出预处理后的数据。基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对所述数据进行预处理以便补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响。

用于对将被信号处理器所处理的数据进行预处理的方法包括接收数据，以及基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对接收到的数据进行预处理以便补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响并且输出预处理后的数据。

附图说明

图1A示出示例性移动通信设备的框图；

图1B示出由电源所输出的供给电压的示图用于图示示例性干扰信号特性；

图2示出用于包括RF放大器和电源的移动通信设备的RF前端的预处理单元的示例性实现方式的示意性框图；

图3A和3B示出预处理单元结合信号处理器和作为电源的DCDC转换器的示例性实现方式的示意性框图；以及

图4示出预处理单元结合信号处理器和作为被配置用于包络跟踪的电源的DCDC转换器的实现方式的示意性框图。

具体实施方式

图1A示出包括收发器102的示例性移动通信设备100的框图。耦合到移动通信设备100的天线104的收发器102的部分被称为RF前端102。RF前端102包括连接到电源108的信号处理器106，如放大器106。

收发器的RF前端102经由天线104实现移动通信设备100（例如，移动电话或平板PC）和基站110之间的通信。RF放大器106（例如，可以包括（RF）数模转换器的晶体管网络）增加了放大在移动通信设备100和基站110之间交换的RF通信信号的用途。为了放大（出站）通信信号到预定信号级别，功率放大器106连接到提供电能（例如，DC电压）的电源108用于放大。

电源108可以被实现为DCDC转换器，所述DCDC转换器将移动通信设备100的电池组的电池电压V_battery转换成供给电压V_out用于RF放大器106以使得供给电压几乎独立于电池电压V_battery并且尽可能地恒定。然而，DCDC转换器在所生成的供给电压V_out上产生干扰信号特性，例如纹波。

图1B图示了具有干扰信号特性（即，纹波）的此类供给电压V_out。这些纹波由开关DCDC转换器所引起，这是基于以下原理：能量被周期地存储在例如电感器或电容器的储能器中和从其中释放，其中在存储和释放之间的周期性切换由例如诸如逆变器（inverter）之类的晶体管装置的开关来执行。因此，由DCDC转换器所输出的供给电压V_out主要依赖于描述切换（参见，图1B的示图）的所谓的占空比（duty cycle）。因此，供给电压V_out可以通过调整表示晶体管装置处于活动状态的时间作为总时间的小部分的占空比来适配。如由占空比和供给电压V_out的比较所图示的，在启用状态和禁用状态（存储/释放能量）之间的切换的时间点引起纹波，并且反之亦然。

由于所生成的纹波，功率放大器通常遭受差的电源抑制比（PSRR）。因此，低压差稳压器（LDO）通常被放置在DCDC转换器108和功率放大器106之间以便抑制纹波，其中LDO需要附加的能量用于操作。因此，DCDC转换器被用于产生高于需要的供给电压至少几百mV的供给电压V_out用于放大器（信号处理器）。除了能量消耗之外LDO的另一个缺陷是LDO所产生的热噪声。对于充满信号处理器的输出信号的频谱模板（spectral mask）所需的低噪声，需要较高功率用于LDO的控制回路。因此，需要减少干扰信号特性和能量消耗的改进的方法。该改进方法将参考图2进行描述。应该注意的是，该改进方法的实现方式可以应用于图1A的通信设备100和/或通信设备100的收发器102。

图2示出实现抑制干扰信号特性的预处理单元210的第一实现方式。包括预处理元件212的预处理单元210被应用于连接到电源108的信号处理器106。应该注意的是，信号处理器106和电源108是可选单元并因此由虚线所图示，这是因为预处理单元210也可以被应用于另一个信号处理器配置（例如，具有功率放大器或具有包括放大器的DAC的配置）。

预处理单元210被布置在信号处理器106的输入和数据源214之间，所述数据源214输出将被信号处理器106所处理的数据。数据源214可以例如是将数据输出到信号处理器106以便经由通信网络对其进行发射的移动通信设备的基带处理器，所述数据例如是如I/Q数据的数字幅度数据（在笛卡尔或极坐标系中）。因此，执行数据的预处理的预处理元件212包括连接到数据源214的输入以及连接到信号处理器106的输出用于输出预处理后的数据。此外，预处理元件212具有用于控制信号的控制输入，所述控制信号指示供给电压V_out的干扰信号特性。控制输入可以连接到输出控制信号的电源108。

如上所述，电源108向信号处理器106供应可能包括像纹波之类的干扰信号特性的供给电压V_out。为了分别校正由干扰信号特性和DCDC转换器的纹波所产生的误差，预处理元件212被配置成对从数据源214接收到的数据进行预处理或预失真，以使得所述误差通过对数据进行预处理而被补偿。例如，数据可以是幅度数据，因此数据的幅度可以被改变依赖于供给电压V_out中发生纹波时的时间点的纹波的幅度的值。即，在电压过冲的情况下，预处理元件212降低数据的幅度以使得由信号处理器106所输出的信号具有供应有理想电源的信号处理器所输出的信号的形状。总而言之，预处理单元210的预处理元件212通过对将被信号处理器106所处理的数据进行预失真或预处理而实现干扰信号特性的补偿。作为一个优势，干扰信号特性的抑制不会引起附加噪声。此外，与通常使用的干扰信号抑制（例如，LDO）相比时，这种干扰信号特性抑制更加节能。

如上所述，在一个实施例中，被预处理元件212所预处理的（和被信号处理器106所处理的）信号（数据）是数字信号。因此，预处理元件212可以被配置成对数据进行数字预处理并且可以包括执行预处理的微控制器或CPU。此外，预处理元件212可以包括存储与各个控制信号关联的各个缩放（scaling）值的查找表。因此，根据一个实施例，处理元件212可以被配置成根据依赖于接收到的控制信号的各个缩放值来缩放幅度数据。

图3A示出包括预处理元件212的预处理单元210的另一实现方式，所述预处理元件212被配置成对幅度数据进行预处理并且输出预处理后的数据到信号处理器106，例如包括（射频）数模转换器的功率放大器。信号处理器106连接到天线104以及由DCDC转换器所形成的电源308，所述DCDC转换器包括逆变器310和用于逆变器310的数字控制器312。

下文中，在讨论预处理单元210的个别方面之前，将详细讨论DCDC转换器308的结构和功能。逆变器310包括两个晶体管310a和310b，即第一晶体管310a（例如，p型晶体管）和第二晶体管310b（例如，n型晶体管）。第一晶体管310a的输出接触（漏极接触）经由公共节点310n而耦合到第二晶体管310b的输入接触（源极接触）。进一步地，第一晶体管310a经由其输入接触而连接到电池组314，其中第二晶体管310b经由其输出接触而连接到地。数字控制器312经由两个晶体管310a和310b的两个控制接触（栅极接触）而连接到逆变器310以便控制其切换，并从而控制占空比。用于信号处理器106的供给电压V_out被经由节点310n和经由LC电路316而输出。LC电路316包括电感器316a（被布置在节点310n和信号处理器106之间）以及耦合在电感器316a的一侧和地之间的电容器316b。

经由LC储能电路（tank）316输出的供给电压V_out依赖于电池组314的电池电压V_battery并且经由被数字控制器312输出到两个晶体管310a和310b的控制接触的占空比控制信号而被控制。数字控制器312通过使用时钟信号而产生被脉冲宽度调制的信号并且将其作为占空比控制信号而输出到逆变器310。在此，在不使用包络跟踪的情况下，逆变器310可以以数字控制器312所设置的相对慢的切换频率而操作。该低切换频率有助于提高DCDC转换器的效率。切换频率可以是例如1MHz或在0.5MHz和2MHz的范围内。与此相比，信号处理器106的数模转换器中的幅度数据以1GHz改变，因此是DCDC转换器308的切换频率的1000倍。

为了确定占空比控制信号，电源308包括连同数字控制器312一起形成反馈回路的分析路径318。该分析路径318的第一侧连接到数字控制器312并且其第二侧连接到LC电路316的电源输出以便分接（tap）应该被分析的供给电压V_out。所述分析由比较供给电压V_out与参考电压V_ref的模数转换器318a来执行。出于稳定的原因，分析路径318可以进一步包括可选的PID滤波器318b。该PID滤波器318b（比例积分微分滤波器）可以被布置在模数转换器318a的数字输出和数字控制器312之间。分析路径318或更详细地，PID滤波器318b输出PWM值（脉冲宽度调制值），所述PWM值主要是供给电压V_out和电池电压V_battery之比的函数并且指示供给电压V_out的相对值。由数字控制器312所生成的被脉冲宽度调制的占空比控制信号基于该PWM值而被适配以便增加或降低供给电压V_out。

如上所述，预处理元件212根据控制信号来对幅度数据进行预处理。指示占空比的PWM值包括关于可以基于其来计算纹波的幅度的供给电压V_out的值的信息。其背景是：纹波的幅度是PWM值和信号处理器106所消耗的供给功率的函数，其中信号处理器106的供给功率由幅度数据而计算出。因此，假设已知的PWM值，可能确定由纹波所生成的误差并且校正该误差。因而，预处理单元210可以被配置成基于PWM值和幅度数据来计算干扰信号特性。换句话说，这意味着分析路径318所输出的PWM值可以被用作控制信号，所述控制信号指示应该被补偿的干扰信号特性的幅度。

根据另外的实现方式，预处理单元可以包括用于针对纹波分析供给电压V_out并且生成PWM值的分析路径318。应该注意的是，纹波也受电感316a和电容316b的影响但是这些元件的值不是时间相关的并且因此系统通常可以针对这些影响而被校准。

为了定时由预处理元件212所执行的幅度调整，预处理元件212可以接收包括关于纹波的时间信息的另一个控制信号。该时间信息可以基于数字控制器312所输出的PWM相位信号来确定。因而，预处理元件212包括用于PWM相位的第二控制输入并且被配置成基于以下值来对幅度数据进行预处理：PWM值和PWM相位值、或通常基于指示干扰信号特性的幅度的控制信号和/或指示干扰信号特性的时间点的另外的控制信号。

根据另外的实现方式，可以通过相同的原理而对LO生成的相位数据进行校正，如果供给电压V_out上的纹波导致信号处理器106所输出的信号的相位改变的话。所谓的AM到PM误差的这种校正将参考图3B进行讨论。

图3B示出预处理单元310的另外的实现方式，所述预处理单元310包括用于对幅度数据进行预处理的第一预处理元件212以及用于对相位数据进行处理的第二预处理元件312，所述相位数据可以是数字相位数据或LO数据。第一预处理元件212直接耦合到信号处理器106，其中第二预处理元件212经由压控振荡器（VCO）LO发生器320而耦合到信号处理器106。此处，第一预处理元件212和第二预处理元件312接收控制信号，例如来自电源308的分析路径318的PWM值。

对干扰信号特性所引起的误差的补偿基本上如下所述的那样执行，但是分别针对幅度和相位，其中预处理元件312改变（例如，数字地）相位数据的相位而不是幅度数据的幅度。在对相位数据进行预处理之后，相位数据可以被LO发生器320和信号处理器106所处理。为了定时幅度和相位补偿，预处理单元310以及因此预处理元件212和312可以被配置为考虑第二控制信号（PWM相位）。

图4示出预处理单元210的另外的实现方式，所述预处理单元210从电源408接收PWM值和PWM相位。详细地，PWM相位值由数字控制器312输出用于逆变器310，其中PWM值由所谓的包络跟踪控制器420输出，其将在下文被讨论。

在该实现方式中，包括数字控制器312、逆变器310和LC电路316的电源被配置成执行包络跟踪。包络跟踪实现基于幅度数据而对供给电压V_out进行调整。因此，DCDC转换器408包括包络跟踪控制器420，所述包络跟踪控制器420连接到数字控制器312并且被配置成基于幅度数据而输出PWM值到数字控制器312以便适配供给电压V_out。包络跟踪控制器420被配置成基于接收到的幅度数据以及基于关于电池电压V_battery的信息而输出PWM值，这是因为供给电压V_out也依赖于电池电压V_battery。关于电池电压V_battery的该信息由被布置在电池314和包络跟踪控制器420之间的包络模数转换器422所提供。为了提供足够高的供给电压V_out，用于调整PWM值的速率并从而用于适配供给电压V_out的速率被提高。幅度数据的更新速率可以近似为1GHz并且因此，仍然是DCDC转换器408的切换速率的10倍高。

应该注意的是，确定包络跟踪控制器402中的PWM值可以基于根据电池电压V_battery和幅度数据的计算，其中在一个实施例中，被分配给各个幅度数据和电池电压V_battery的PWM值被存储在查找表中。因此，在一个实施例中，包络跟踪控制器420可以优选地包括查找表。这样的结果是，预处理元件210被配置成在没有分析路径的情况下，仅仅基于包络跟踪控制器420所输出的PWM值、PWM相位和幅度数据来确定干扰信号特性。

根据另外的实现方式，预处理单元210也可以包括用于对相位数据进行预处理的另外的预处理元件，如关于图3B所述。

尽管一些方面已经在装置的上下文中进行了描述，清楚的是这些方面也表示用于抑制干扰信号特性的对应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中所描述的方面也表示对应装置的对应块或元件或特征的描述。方法步骤的部分或全部可以由（或使用）诸如微处理器、可编程计算机或者电子电路之类的硬件装置来运行。在一些方面中，某些最重要的方法步骤中的一个或多个可以由此类装置来运行。

尽管一些实现方式已经在放大器的上下文中被讨论为信号处理器，应该注意的是，信号处理器也可以是或也可以包括可能被干扰信号特性所影响的数模转换器或者具有可以生成干扰信号特性的电源的另一个设备。此外，实现方式不限于用作电源的DCDC转换器。因此，上述干扰信号特性的抑制也可以应用于具有开关电源（例如，ACDC转换器）以及遭受供给电压的差的信号特性的另外的设备。

依赖于某些实现方式需求，本公开的方面能够以硬件或软件实现。能够使用其上存储有电可读控制信号、与可编程计算机系统协作（或能够与其协作）以使相应的方法被执行的诸如软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存之类的数字存储介质来执行所述实现方式。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

数据载体具有电可读控制信号，其能够与可编程计算机系统合作，以使本文所述的方法之一被执行。

通常，本公开的各方面能够被实现为带有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品运行在计算机上时，所述程序代码可操作用于执行所述方法之一。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。

其他方面包括存储在机器可读载体上用于执行本文所述的方法之一的计算机程序。

换句话说，计算机程序具有当计算机程序运行在计算机上时、用于执行本文所述的方法之一的程序代码。

因此，本公开的另外的方面是包括其上记录用于执行本文所述的方法之一的计算机程序数据载体（或数字存储介质、或计算机可读介质）。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或不可转移的。

因此，本公开的另外的方面是代表用于执行本文所述的方法之一的数据流或信号序列。所述数据流或信号序列可以例如被配置成经由数据通信连接来传送，例如经由因特网。

另外的方面包括被配置成或适于执行本文所述的方法之一的处理装置，例如计算机、或可编程逻辑设备。

另外的方面包括其上安装用于执行本文所述的方法之一的计算机程序的计算机。

另外的方面包括被配置成将用于执行本文所述的方法之一的计算机程序传送（例如，电传送或光传送）给接收器的装置或系统。所述接收器可以是，例如，计算机、移动设备、存储设备等。所述装置或系统可以例如包括用于将该计算机程序传送给接收器的文件服务器。

在一些方面中，可编程逻辑设备（例如，现场可编程门阵列）可以用于执行本文所述的方法的功能的部分或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器合作以便执行本文所述的方法之一。通常，所述方法优选地由任何硬件装置执行。

上述方面仅仅是对于本发明的原理的说明。应理解的是，本文所述的布置和细节的修改或变化对本领域其他技术人员显而易见。因此，意在仅由所附的专利权利要求的范围来限制，而不由以本文实施例的解释和描述的方式所表示的特定细节所限制。

Claims (24)

1.一种用于信号处理器的预处理单元，包括：

预处理元件，被配置成接收将被信号处理器所处理的数据，对接收到的数据进行预处理以及输出预处理后的数据，

其中所述预处理元件被配置成基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对数据进行预处理以补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响。

2.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述预处理元件被配置成对作为接收到的数据的幅度数据进行预处理。

3.如权利要求2所述的预处理单元，其中所述预处理元件被配置成对包括笛卡尔坐标系或极坐标系或IQ数据的至少一个中的数字幅度数据的幅度数据进行预处理。

4.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述预处理元件被配置成对作为接收到的数据的相位数据进行预处理。

5.如权利要求4所述的预处理单元，其中所述预处理元件被配置成对包括数字相位数据或本地振荡器（LO）数据的至少一个的相位数据进行预处理。

6.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述供给电压由耦合到形成用于信号处理器的电源的电池组的DCDC转换器所输出。

7.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述供给电压是DC电压。

8.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述干扰信号特性包括纹波。

9.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述预处理元件耦合到信号处理器。

10.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述信号处理器包括放大器。

11. 如权利要求1所述的预处理单元，其中所述信号处理器包括数模转换器。

12.如权利要求1所述的预处理单元，进一步包括用于对相位数据进行预处理的另一预处理元件。

13.如权利要求12所述的预处理单元，其中所述另一预处理元件连接到包括压控振荡器的本地振荡器（LO）数据发生器，所述压控振荡器被布置在另一预处理元件和信号处理器之间。

14.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述控制信号由分析路径所输出，所述分析路径被配置成针对干扰信号特性来分析供给电压并且输出控制信号。

15.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述控制信号包括关于作为供给电压的函数的脉冲宽度调制值和/或脉冲宽度调制相位的信息。

16.如权利要求1所述的预处理单元，其中所述控制信号基于电池电压和供给电压之比的计算，所述计算由预处理元件所执行。

17.如权利要求16所述的预处理单元，其中所述预处理元件被配置成基于接收到的幅度数据来确定供给电压。

18.如权利要求14所述的预处理单元，其中所述分析路径包括模数转换器和比例积分微分滤波器。

19.如权利要求6所述的预处理单元，其中所述DCDC转换器包括包络跟踪电路。

20.如权利要求19所述的预处理单元，其中所述控制信号由包络跟踪电路所输出。

21.一种用于包括放大器的信号处理器的预处理单元，包括：

预处理元件，被配置成接收将被信号处理器所处理的幅度数据，对接收到的幅度数据进行预处理并且输出预处理后的幅度数据，

其中基于描述用于信号处理器的供给电压内的干扰纹波的控制信号来对所述幅度数据进行预处理以便补偿供给电压的纹波对幅度数据的处理的影响，

其中所述控制信号基于关于基于供给电压的脉冲宽度调制值和/或脉冲宽度调制相位的信息，

其中所述供给电压是由形成电源的DCDC转换器所输出的DC电压。

22.一种收发器，包括：

包括放大器和/或数模转换器的信号处理器；

形成用于信号处理器的电源并且输出供给电压的DCDC转换器；和

用于信号处理器的预处理单元，其包括预处理元件，所述预处理元件被配置成接收将被信号处理器所处理的数据，对接收到的数据进行预处理并且输出预处理后的数据，

其中基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对所述数据进行预处理以便补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响。

23.一种用于对将被信号处理器所处理的数据进行预处理的方法，包括：

接收数据；

基于描述用于信号处理器的供给电压的干扰信号特性的控制信号来对接收到的数据进行预处理以补偿供给电压的信号特性对数据的处理的影响；以及

输出预处理后的数据。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包括基于电池电压和供给电压或者基于电池电压和包括幅度数据的数据来计算干扰信号特性。

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