CN103840771A

CN103840771A - 具有iq增益相位校正电路的混频器

Info

Publication number: CN103840771A
Application number: CN201210489371.1A
Authority: CN
Inventors: 周忠昀; 杨朝栋
Original assignee: KEYSTONE SEMICONDUCTOR CORP
Current assignee: KEYSTONE SEMICONDUCTOR CORP
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-11-27

Abstract

本发明公开了一种具有IQ增益相位校正电路的混频器，包含I路径输入级、Q路径输入级、I路径切换级、Q路径切换级，以及输出级，其中输出级包含一相位校正模块以及一增益校正模块。I路径输入级及Q路径输入级转换输入电压信号为电流信号，而I路径切换级及Q路径切换级将来自I路径输入级及Q路径输入级的输入信号与局部震荡信号执行运算。来自I路径切换级及Q路径切换级在输出前通过相位校正模块进行相位校正，以及经过增益校正模块进行增益校正。

Description

具有IQ增益相位校正电路的混频器

技术领域

本发明涉及一种混频器，尤其是涉及具有IQ增益相位校正电路的混频器。

背景技术

低中频(Low intermediate frequency，Low-IF)电路现在已广泛地用于通信系统中。图1显示了现有低中频电路的示意图。如图1所示，由天线101所接受的输入信号在低中频电路沿着两个路径移动，也就是I路径以及Q路径。因为未平衡的IQ信号会产生所谓的镜像问题(image problem)而降低了信噪比(signal-noise ratio，SNR).，低中频电路需要精确的正交相位(quadrature phases)，并且平衡I路径以及Q路径的振幅。图2为相位不平衡以及镜像抑制率(image rejection ratio，IRR)之间关系的曲线图，通常由dB表示。如图2所示，为了达到45dB的镜像抑制率，I路径及Q路径间的振幅不平衡必须小于0.1dB，且I路径及Q路径间的相位差必须小于0.2°。因此，对于低中频电路需要校正以达成所需的功效。

图3显示了现有正交混频器的示意图。如图3所示，正交混频器包含一I路径混频器以及一Q路径混频器，I路径混频器以及Q路径混频器的每一个都包含一输入级301、一切换级302以及一输出级303。输入级301用以转换输入电压信号为一电流信号，切换级302将来自输入信号与局部震荡信号执行运算，而输出级303是将电流信号转换为用于输出的电压信号。图4显示了图3中现有正交混频器一实施例的电路图。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有IQ增益相位校正电路的混频器，以达到低镜像抑制率(IRR)以及高信号信噪比(SNR)。

为了达到上述的目的，本发明提供一种具有IQ增益相位校正电路的混频器，包含I路径输入级、Q路径输入级、I路径切换级、Q路径切换级，以及输出级，其中输出级更包含一相位校正模块以及一增益校正模块。I路径输入级及Q路径输入级转换输入电压信号为电流信号，而I路径切换级及Q路径切换级将来自I路径输入级及Q路径输入级的输入信号与局部震荡信号执行运算，换句话说，就是混频。来自I路径切换级及Q路径切换级在输出前通过相位校正模块进行相位校正，以及经过增益校正模块进行增益校正。

前述的内容以及其他本发明的目的、特征、面向及优点，将通过详细地阅读以下的细节说明，同时配合图式而能获得进一步的理解。

附图说明

所附图式其中提供关于本发明实施例的进一步理解并且结合与构成本说明书的一部份，说明本发明的实施例并且描述一同提供对于本发明实施例的原则的解释。

图式中：

图1显示了现有低中频电路的示意图；

图2为相位不平衡以及镜像抑制率(IRR)之间关系的曲线图；

图3显示了现有正交混频器的示意图；

图4显示了图3中现有正交混频器一实施例的电路图；

图5显示了分解Q路径信号为向量形式的校正情境的示意图；

图6显示了校正Q路径信号的示意图；

图7显示了分解I路径信号为向量形式的校正情境的示意图；

图8显示了校正I信号的示意图；

图9显示了分解I路径路径信号及Q路径信号为向量形式的校正情境的示意图；

图10显示了校正I路径信号及Q路径信号的示意图；

图11为本发明具有IQ增益相位校正电路的混频器的示意图；以及

图12显示了本发明具有IQ增益相位校正电路的混频器的实际实施例的电路图。

其中，附图标记说明如下：

101天线

301输入级

302切换级

303输出级

1101I路径输入级

1102Q路径输入级

1103I路径切换级

1104Q路径切换级

1105输出级

1106相位校正模块

1107增益校正模块

具体实施方式

图5及图6显示了校正情境的示意图，其中在Q路径信号校正以向量的形式解释。如图5所示，Q路径的信号和I路径的信号都标示为向量，大小不同且相位差不为90度。Q路径信号可以分解为两个分量Q_x及Q_y，Q_x如同I路径信号为水平方向，而Q_y为垂直方向，也就是与I路径信号的方向正交。对于校正运算将参阅图6。如图6所示，对于校正相位，向量I被乘上一系数α以去除Q_x分量，换句话说，Q_{ph_cal}=Q+α*I，其中α*I与Q_x尺寸相等但方向相反。因此，在相位校正之后，结果Q相位分量Q_{ph_cal}等于Q_y。相似地，在增益校正之后，结果Q振幅分量Q_{gain_cal}等于β*Q_{ph_cal}。在此情境中，当校正只在Q路径信号上执行时，I路径信号在校正后依然维持原状，也就是I_{ph_cal}=I，以及I_{gain_cal}=I_{ph_cal}。

图7及图8显示了校正情境的示意图，其中在I路径信号校正以向量的形式解释。这个情境除了只在I路径信号上执行校正外，与上述只在Q路径信号上执行校正的情境相似。在校正后，Q路径信号维持而未改变，也就是Q_{ph_cal}=Q，且Q_{gain_cal}=Q_{ph_cal}。而I路径信号被校正为I_{ph_cal}=I+α*Q，且I_{gain_cal}=β*I_{ph_cal}。

图9及图10显示了校正情境的示意图，其中在Q路径信号及I路径信号都执行校正。在此情境下，表示I路径信号的向量I及表示Q路径信号的向量Q分别分解为分量I_x及I_y，以及分量Q_x及Q_y，其中I_x及Q_x在方向上平行，而I_y及Q_y在方向上平行，首先，执行相位校正，也就是Q_{ph_cal}=Q+α_I*I，I_{ph_cal}=I +α_Q*Q。如图10所示，分量Q_x及分量I_y分别被α_I*I_x以及α_Q*Q_y而删除。相似地，在增益校正之后，I路径信号的振幅及Q路径信号的振幅，分别为Q_{gain_cal}=β_Q*Q_{ph_cal}，以及I_{gain_cal}=β_I*I_{ph_cal}。

图11为本发明具有IQ增益相位校正电路的混频器的示意图。如图11所示，本发明具有IQ增益相位校正电路的混频器包含一I路径输入级1101、一Q路径输入级1102、一I路径切换级1103、一Q路径切换级1104，以及一输出级1105，其中该输出级1105更包含一相位校正模块1106以及一增益校正模块1107。I路径输入级1101接收输入信号INP及INN，并将输入电压信号转换为电流信号。I路径切换级1103接收输入控制信号LOIN及LOIP，并连接I路径输入级1101以接收转换后的电流信号，并以内建的震荡器进行混频。相似地，Q路径输入级1102接收输入信号INP及INN，并将输入电压信号转换为电流信号。Q路径切换级1104接收输入控制信号LOQN及LOQP，并连接Q路径输入级1102以接收转换后的电流信号，并以内建的震荡器进行混频。来自I路径切换级1103及Q路径切换级1104的各个混频信号，接着被传送至相位校正模块1106。相位校正模块1106执行运算，如同前述的Q_{ph_cal}=Q+α_I*I，I_{ph_cal}=I+α_Q*Q。如图11所示，标有α_I及α_Q的方块表示乘法器，分别将信号乘上α_I及α_Q，而标示有“+”的圆形表示加法器，用以将两信号相加。来自相位校正模块1106的结果Q_{ph_cal}及I_{ph_cal}，接着被传送至增益校正模块1107，增益校正模块1107通过将Q_{ph_cal}及I_{ph_cal}分别乘上β_Q及β_I执行运算Q_{gain_cal}=β_Q*Q_{ph_cal}以及I_{gain_cal}=β_I*I_{ph_ca}，相乘后的结果在最终输出之前还会再乘上一个共同的增益系数A。

值得注意的是，当α_Q=0时，校正仅在Q路径信号上执行，相似地，当α_I=0时，校正仅在I路径信号上执行，当α_Q以及α_I都不等于零时，校正在I路径信号及Q路径信号上执行。因此，前述不同的校正情境，都含括在本发明的实施例中。

图12显示了本发明具有IQ增益相位校正电路的混频器的实际实施例的电路图。如图12所示，I路径输入级、Q路径输入级、I路径切换级、Q路径切换级、输出级、相位校正模块，以及增益校正模块的电路实施都已标示出。与图4的电路图比较，是在图4的现有混频器添加了相位校正模块以及增益校正模块。值得注意的是，IQ可以通过切换电流镜来实施，而增益校正模块可以通过切换电阻负载来实施。因而，在相位校正模块以及增益校正模块几乎没有相互影响发生。除此之外，此校正电路是在中频(IF)下操作以防止在高频时的寄生效应。

以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims

1.一种具有IQ增益相位校正电路的混频器，包含：

一I路径输入级，接收输入电压信号，并将该输入电压信号转换为电流信号；

一Q路径输入级，接收输入电压信号，并将该输入电压信号转换为电流信号；

一I路径切换级，连接至该I路径输入级，接收转换后的该电流信号，并以内建的局部震荡器将转换后的该电流信号混频；

一Q路径切换级，连接至该Q路径输入级，接收转换后的该电流信号，并以内建的局部震荡器将转换后的该电流信号混频；以及

一输出级，包含一相位校正模块以及一增益校正模块，

其中来自该I路径切换级及该Q路径输入级的各个混频信号接着被传送至该相位校正模块进行相位校正，再接着被传送至该增益校正模块进行增益校正。

2.如权利要求1项所述的具有IQ增益相位校正电路的混频器，其中该相位校正模块执行Q_{ph_cal}=Q+α_I*I，I_{ph_cal}=I+α_Q*Q的运算，其中I_{ph_cal}及Q_{ph_cal}分别表示I路径信号及Q路径信号经相位校正后的结果，I及Q在相位校正前的I路径信号及Q路径信号，α_I及α_Q分别表示满足Q_x=-α_I*I_x及I_y=-α_Q*Q_y的系数，而Q_x、Q_y、I_x及I_y分别表示Q路径信号及I路径信号沿着两正交的x方向及y方向分解的分量。

3.如权利要求2所述的具有IQ增益相位校正电路的混频器，其中来自该相位校正模块的结果I_{ph_cal}及Q_{ph_cal}被传送至该增益校正模块，且该增益校正模块执行Q_{gain_cal}=β_Q*Q_{ph_cal}以及I_{gain_cal}=β_I*I_{ph_ca}的运算，接着在输出之前再乘上另一系数，其中β_Q及β_I是可选择的系数。

4.如权利要求1所述的具有IQ增益相位校正电路的混频器，其中该相位校正模块及该增益校正模块在中频下实施，以防止在高频时的一寄生效应。