CN104300994B - 低中频接收机的i/q失配补偿电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，用于对来自I通道的第一信号和/或来自Q通道的第二信号进行I/Q失配补偿，其包括失配检测模块、补偿值更新模块和失配补偿模块；失配补偿模块接受第一信号、第二信号和补偿值更新模块的输出，并输出经过补偿的第一信号和/或第二信号；失配检测模块接受第一信号和第二信号，输出幅度失配和相位失配；补偿值更新模块根据幅度失配和所述相位失配更新幅度和相位失配校正值。本发明在数字域对I/Q失配进行补偿，电路原理简单，可移植性强。当I/Q失配发生突变时，本发明的电路可以在两个更新周期内重新得到稳定的补偿值，反应快速且功能扩展灵活。

Description

低中频接收机的I/Q失配补偿电路

技术领域

本发明涉及一种补偿电路，尤其涉及一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路。

背景技术

近年来，基于正交下变频结构的使用，低中频接收机得到了广泛的应用，低中频接收机具有超外差接收机和零中频接收机的优点，即直流失调干扰小，1/f噪声干扰影响小，但低中频接收机中存在镜像信号干扰的问题。经天线接收的信号经混频器一次正交下变频后变为同相正交两路信号，但由于本地振荡器不可能精确产生90°相差的信号，混频后级的放大器和复数滤波器本身的结构不对称同样会引起I/Q两路幅度和相位失配，因此，需要在电路中引入I/Q失配补偿电路。

一种补偿方案是采用模拟方法消除，I/Q失配补偿电路置于复数滤波器之前，利用ADC采样信号估计I/Q失配值或直接在模拟域估计失配值，利用模拟电路实现补偿。此种方式虽然电路结构简单，但由于电阻和电流源限制，不能产生较为精确的补偿值，随着需要补偿的失配范围增大，电路规模也不可避免的增大，而且对于不同的工艺，电路参数都需重新设计，增加了设计周期和设计成本。

现有技术的中国专利申请“正交下变频接收机I、Q通道信号失配校准装置”(申请号201110076268.X)采用可调电阻和偏置电流源实现在模拟域对幅度和相位失配进行校准，其可达到的幅度校准范围为±1.6dB，校准精度为0.2dB；相位校准范围为±5°，校准精度为0.5°。此校准装置虽具有较简单的电路结构(参见图1，图中的各元件及其符号可参阅该专利申请)，但仅具有校准功能，失配检测功能需要另外电路来实现，而且校准精度较差，在幅度和相位失配较小时不能正确校准。

现有技术的中国专利申请“一种正交I/Q信号相位失衡校正电路”(申请号201210338612.2)利用I/Q信号的正交特性，采用矩阵耦合电路进行相位失衡校正，耦合系数决定校正幅度大小，能达到相位校正范围±7°，和0.04°的校正精度(参见图2，图中的各元件及其符号可参阅该专利申请)。此发明校正精度高，集成度高，但是不能对幅度失配进行校正，而且，随着需要校正的相位失配范围增大，电路的规模也会增大。

广范应用的方案是在数字域进行消除，利用ADC和DSP采用多种基带处理算法数字域消除，此种设计方案可以同时消除由于复数滤波器和放大器的不对称引起的失配，但是由于较高的镜像抑制比需要高精度ADC和高速DSP，此种设计方案是以成本和功耗为代价。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，对I/Q失配进行检测并补偿。

假设理想情况下经正交下变频后I/Q两通道的信号I_iedal和Q_iedal分别为：I_iedal＝cos(ω_ct)，Q_iedal＝sin(ω_ct)。由于本地振荡器等器件自身不理想因素，假设Q通道相对I通道具有幅度失配α、相位失配β，则实际I/Q两通道信号I_real和Q_real分别为：I_real＝cos(ω_ct)，Q_real＝αsin(ω_ct-β)。两组信号之间的关系以矩阵形式表示为：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{real}}\\ Q_{\mathrm{real}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ \sin (-\mathrm{\β})& \cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{ideal}}\\ Q_{\mathrm{ideal}}\end{array}\right]$

当β∈[-10°,10°]时，有sin(-β)≈-β,cos(β)≈1，因此上式可简化为：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{real}}\\ Q_{\mathrm{real}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \mathrm{\α}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\mathrm{\β}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{ideal}}\\ Q_{\mathrm{ideal}}\end{array}\right]$

对上式逆变换后得到：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{ideal}}\\ Q_{\mathrm{ideal}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ \sin \left(\mathrm{\β}\right)& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& {\mathrm{\α}}^{{,}^{-1}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{real}}\\ Q_{\mathrm{real}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

I/Q失配补偿原理就是估计出式(1)中的幅度失配α和相位失配β的值，并对它们进行补偿。

为实现上述目的，本发明提供了一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，用于对来自Q通道的第二信号进行I/Q失配补偿，第一信号来自I通道，其特征在于，包括失配检测模块、补偿值更新模块和失配补偿模块；

所述失配补偿模块包括三个输入端，分别接受所述第一信号、所述第二信号和所述补偿值更新模块的输出的失配补偿值；所述失配补偿模块将所述失配补偿值补偿给所述第二信号，其包括一个输出端，输出经过补偿的第二信号；

所述失配检测模块包括两个输入端，分别接受所述第一信号和所述经过补偿的第二信号；所述失配检测模块包括一个输出端，输出所述Q通道相对于所述I通道的幅度失配和相位失配；

所述补偿值更新模块包括一个输入端，接受所述幅度失配和所述相位失配；所述补偿值更新模块根据所述幅度失配和所述相位失配更新所述失配补偿值；所述补偿值更新模块包括一个输出端，输出所述更新的失配补偿值；所述失配补偿值包括幅度补偿值和相位补偿值。

进一步地，还包括控制逻辑模块；所述控制逻辑模块连接到所述失配检测模块和所述补偿值更新模块，以控制所述失配检测模块和所述补偿值更新模块的工作状态；所述控制逻辑模块包括控制信号电路和补偿值更新状态机。

进一步地，所述失配检测模块包括第一累加器、第二累加器、第一平方累加器、第二平方累加器、乘累加器、第一平方器、第二平方器、开方器、两个除法器、乘法器、三个减法器、第一移位器、第二移位器和第三移位器；

所述失配检测模块对所述第一信号采样获得N个所述第一信号的采样点i(n)，对所述失配补偿模块输出的第二信号采样获得N个所述第二信号的采样点q(n)，1≤n≤N；所述失配检测模块输出相关于所述幅度失配的信号GAIN_MIS和相关于所述相位失配的信号PHASE_MIS；

所述失配检测模块的运算式为：

$\begin{array}{c}\mathrm{Di}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\\ \mathrm{Dq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q\left(n\right)\\ \mathrm{Xi}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Xq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Diq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\×q\left(n\right)\\ \mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}={\mathrm{\α}}^{-1}=\sqrt{\frac{N\×\mathrm{Xi}-{\mathrm{Di}}^2}{N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ \mathrm{PHASE}\_\mathrm{MIS}=\sin (-\mathrm{\β})=\frac{N\×\mathrm{Diq}-\mathrm{Di}\×\mathrm{Dq}}{(N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2)\×\mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}}\end{array};$

其中，α为所述幅度失配，β为所述相位失配。

进一步地，所述补偿值更新模块包括幅度补偿值更新模块和相位补偿值更新模块；所述幅度补偿值更新模块用于输出所述幅度校正值，所述相位补偿值更新模块用于输出所述相位校正值。

进一步地，所述幅度补偿值更新模块包含第一多路器、一个累加器、第二多路器、幅度补偿缓存器和第三多路器；

其中，所述第一多路器为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、G_STEP和-G_STEP，用以根据信号GAIN_MIS调整并输出幅度补偿步阶；所述幅度补偿值更新模块的累加器用以累加所述第一多路器输出的幅度补偿步阶；所述第二多路器为二选一多路器，其两个输入端分别为数值1和所述幅度补偿值更新模块的累加器的输出值，用以根据信号GAIN_MIS选择并输出幅度补偿值；所述幅度补偿缓存器用以缓存所述第二多路器输出的幅度补偿值；所述第三多路器为三选一多路器，其三个输入端分别为数值1、所述第二多路器的输出和信号GAIN_MIS，用以根据所述补偿值更新状态机的状态更新所述幅度校正值。

进一步地，所述相位补偿值更新模块包含第四多路器、一个累加器、第五多路器、相位补偿缓存器和第六多路器；

其中，所述第四多路器为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、P_STEP和-P_STEP，用以根据所述信号PHASE_MIS调整并输出相位补偿步阶；所述相位补偿值更新模块的累加器用以累加所述第四多路器输出的相位补偿步阶；所述第五多路器为二选一多路器，其两个输入端分别为数值0和所述相位补偿值更新模块的累加器的输出，用以根据所述信号PHASE_MIS选择并输出相位补偿值；所述相位补偿缓存器用以缓存所述第五多路器输出的相位补偿值；所述第六多路器为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、所述第五多路器的输出和信号PHASE_MIS，用以根据所述补偿值更新状态机的状态更新所述相位校正值。

进一步地，所述控制信号电路连接到所述失配检测模块的检测使能和输出使能控制端，控制失配检测模块的启动和输出；所述补偿值更新状态机的状态被输入所述第三多路选择器和所述第六多路选择器的通道选择控制信号输入端。

进一步地，所述信号GAIN_MIS被输入所述第一多路选择器和所述第二多路选择器的通道选择控制信号输入端；所述信号PHASE_MIS被输入所述第四多路选择器和所述第五多路选择器的通道选择控制信号输入端。

本发明还提供了一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，用于对来自I通道的第一信号进行相位和幅度失配补偿，第二信号来自Q通道，其特征在于，包括失配检测模块、补偿值更新模块和失配补偿模块；

所述失配补偿模块包括三个输入端，分别接受所述第一信号、所述第二信号和所述补偿值更新模块的输出的失配补偿值，所述失配补偿值包括幅度校正值和相位校正值；所述失配补偿模块将所述相位校正值和所述幅度校正值补偿给所述第一信号，其包括一个输出端，输出经过补偿的第一信号；

所述失配检测模块包括两个输入端，分别接受所述第二信号和所述经过补偿的第一信号；所述失配检测模块包括一个输出端，输出所述I通道相对于所述Q通道的幅度失配和相位失配；

所述补偿值更新模块包括一个输入端，接受所述幅度失配和所述相位失配；所述补偿值更新模块根据所述幅度失配和所述相位失配更新所述幅度校正值和所述相位校正值；所述补偿值更新模块包括一个输出端，输出所述更新的失配补偿值。

进一步地，所述失配检测模块包括第一累加器、第二累加器、第一平方累加器、第二平方累加器、乘累加器、第一平方器、第二平方器、开方器、两个除法器、乘法器、三个减法器、第一移位器、第二移位器和第三移位器；

所述失配检测模块对所述第二信号采样获得N个所述第二信号的采样点i(n)，对所述失配补偿模块输出的第一信号采样获得N个所述第一信号的采样点q(n)，1≤n≤N；所述失配检测模块输出相关于所述幅度失配的信号GAIN_MIS和相关于所述相位失配的信号PHASE_MIS；

所述失配检测模块的运算式为：

$\begin{array}{c}\mathrm{Di}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\\ \mathrm{Dq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q\left(n\right)\\ \mathrm{Xi}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Xq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Diq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\×q\left(n\right)\\ \mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}={\mathrm{\α}}^{-1}=\sqrt{\frac{N\×\mathrm{Xi}-{\mathrm{Di}}^2}{N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ \mathrm{PHASE}\_\mathrm{MIS}=\sin (-\mathrm{\β})=\frac{N\×\mathrm{Diq}-\mathrm{Di}\×\mathrm{Dq}}{(N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2)\×\mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}}\end{array};$

其中，α为所述幅度失配，β为所述相位失配。

由此可见，本发明通过采用负反馈结构实现，在数字域对I/Q失配进行补偿，电路原理简单，可移植性强；当I/Q失配发生突变时，本发明的电路可以在两个更新周期内重新得到稳定的补偿值，反应快速；本发明的电路失配调节精度由失配检测和补偿值更新电路的寄存器位宽决定，功能扩展灵活。

本发明适用于低中频接收机中的I/Q失配补偿，可精确校正±10°范围内的相位失配，和±2.3dB范围内的幅度失配。相位和幅度校正精度与失配补偿电路的寄存器位宽有关，在I/Q失配发生突变时能在两个更新周期内重新达到稳定补偿，提高了低中频接收机的镜像信号抑制能力，降低了误码率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术的一种正交下变频接收机I/Q通道信号失配校准装置的电路图。

图2是现有技术的一种I/Q失配相位校正电路的电路图。

图3是在一个较佳的实施例中，本发明的低中频接收机I/Q失配补偿电路的功能框图。

图4显示了图3中的失配检测模块的电路图。

图5显示了图3中的补偿值更新模块的电路图。

图6显示了图3中的失配补偿模块的电路图。

图7显示了图3中的控制信号模块的电路图。

图8显示了图7中的控制信号模块的电路的信号时序图。

图9显示了图7中的控制信号模块的补偿值更新状态机。

具体实施方式

如图3所示，在一个较佳的实施例中，本发明的低中频接收机I/Q失配补偿电路1包括失配检测模块11、补偿值更新模块12、失配补偿模块13和控制逻辑模块14。其中，低中频接收机I/Q失配补偿电路1的两个输入端分别接纳来自I通道的信号I和来自Q通道的信号Q，经过被I/Q失配补偿，两个输出端分别输出信号I_C和信号Q_C。

具体地为，信号I作为信号I_real，将经过失配补偿模块13的信号Q(即信号Q_C)作为信号Q_real，信号I_C作为信号I_ideal，以及信号Q_C作为信号Q_ideal，失配检测模块11根据式(1)获得Q通道相对I通道的幅度失配α和相位失配β；控制逻辑模块14控制失配检测模块11将幅度失配α和相位失配β输入补偿值更新模块12，并控制补偿值更新模块12根据幅度失配α和相位失配β产生对信号Q的幅度补偿值和相位补偿值；补偿值更新模块12将幅度补偿值和相位补偿值传输到失配补偿模块13，失配补偿模块13对信号Q进行补偿，并将经过补偿的信号I和信号Q作为信号I_real和信号Q_real，继续上述的I/Q失配补偿步骤，直到获得稳定的信号I_C和信号Q_C输出，即获得了信号I_ideal和信号Q_ideal。

图4示出了本实施中采用的失配检测模块11的电路图，其获得Q通道相对I通道的幅度失配α和相位失配β的是基于如下的对式(1)的算术表达：

$\begin{array}{c}\mathrm{Di}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}i\left(n\right)\\ \mathrm{Dq}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}q\left(n\right)\\ \mathrm{Xi}=\frac{1}{4}\mathrm{\Σ}i{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Xq}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}q{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Diq}=\frac{1}{N}\mathrm{\Σ}i\left(n\right)\×q\left(n\right)\\ \mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}={\mathrm{\α}}^{-1}=\sqrt{\frac{\mathrm{Xi}-{\mathrm{Di}}^2}{\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ \mathrm{PHASE}\_\mathrm{MIS}=\sin (-\mathrm{\β})=\frac{\mathrm{Diq}-\mathrm{Di}\×\mathrm{Dq}}{\sqrt{(\mathrm{Xi}-{\mathrm{Di}}^2)(\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2)}}\end{array}$

并且，为尽可能的减少精度损失，对上式进行了如下变形：

$\begin{array}{c}\mathrm{Di}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\\ \mathrm{Dq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q\left(n\right)\\ \mathrm{Xi}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Xq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}q{\left(n\right)}^2\\ \mathrm{Diq}=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}i\left(n\right)\×q\left(n\right)\\ \mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}={\mathrm{\α}}^{-1}=\sqrt{\frac{N\×\mathrm{Xi}-{\mathrm{Di}}^2}{N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ \mathrm{PHASE}\_\mathrm{MIS}=\sin (-\mathrm{\β})=\frac{N\×\mathrm{Diq}-\mathrm{Di}\×\mathrm{Dq}}{(N\×\mathrm{Xq}-{\mathrm{Dq}}^2)\×\mathrm{GAIN}\_\mathrm{MIS}}\end{array}$

上式中i(n)表示对信号I的第n个采样点，q(n)表示对信号Q的第n个采样点，N为总采样点数。输出信号GAIN_MIS与幅度失配α相关，信号PHASE_MIS与相位失配β相关。

因此构建的失配检测模块11包括第一累加器110、第二累加器112、第一平方累加器111、第二平方累加器113、乘累加器114、第一平方器、第二平方器、开方器115、两个除法器(图中其元件符号为中间有“÷”的圆圈)、乘法器(图中其元件符号为中间有“×”的圆圈)、三个减法器(图中其元件符号为中间有“+”和“-”的圆圈)、第一移位器、第二移位器和第三移位器。

其中，i(n)被送入第一累加器110以获取Di，并被送入第一平方累加器111以获取Xi；q(n)被送入第二累加器112以获取Dq，并被送入第二平方累加器113以获取Xq；i(n)和q(n)皆被送入乘累加器114以获取Diq。除法器使用IP核实现快速除法。假设幅度失配值α^-1∈[0.7,1.3]，则开方器115可由Taylor展开式的二阶近似得到，即x∈[-0.51,0.69]。移位器对累加值进行左移操作，移位的个数与累加的采样点数有关，当每更新周期累加采样点数为N时，则左移位数为log₂(N)，一般选择N为2的幂级数。

如后文中将描述的，控制逻辑模块14的控制信号电路连接到失配检测模块11的检测使能和输出使能控制端，控制信号电路向失配检测模块11发出的检测使能信号EST_EN有效时，失配检测模块11中的各个累加器开始累加运算；当控制信号电路向失配检测模块11发出的输出使能信号DUMP有效时，失配检测模块11输出信号GAIN_MIS和PHASE_MIS。即检测信号EST_EN为1时失配检测模块11开始检测工作，输出信号DUMP为1时失配检测模块11输出结果并重置失配检测模块11。

图5示出了本实施中采用的补偿值更新模块12的电路图，其包含幅度补偿值更新模块12a和相位补偿值更新模块12b两部分。

如图5所示，幅度补偿值更新模块12a包含第一多路器120、累加器121、第二多路器122、幅度补偿缓存器123和第三多路器124。其中，第一多路器120为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、正的幅度步阶G_STEP和负的幅度步阶-G_STEP，用以根据信号GAIN_MIS调整幅度补偿步阶；累加器121用以累加当前幅度补偿步阶；第二多路器122为二选一多路器，其两个输入端分别为数值1和累加器121的输出值，用以根据信号GAIN_MIS选择幅度补偿值；幅度补偿缓存器123用以缓存当前的幅度补偿值；第三多路器124为三选一多路器，其三个输入端分别为数值1、第二多路器122的输出值和信号GAIN_MIS，用以根据补偿值更新状态机的状态STATE(参见后文关于补偿值更新状态机的描述)更新幅度校正值，即输出信号GAIN_CAL。幅度步阶G_STEP是一个常数，使用者可以根据自己的需要确定其值，为了计算方便，较佳地可以将其设定为2^-k，其中k为自然数，本实施例中考虑到计算时间和计算精度，选择幅度步阶G_STEP为2^-6或2^-7，即正的幅度步阶G_STEP为2^-6或2^-7，负的幅度步阶-G_STEP为-2^-6或-2^-7。

幅度补偿值更新模块12a的电路工作过程包含：

第一多路器120由信号GAIN_MIS选择输出其幅度补偿步阶，当信号GAIN_MIS的值(即幅度失配估计值)在最小和最大稳定阈值[G_DN,G_UP]之内时，则输出的幅度补偿值保持不变；若信号GAIN_MIS的值大于最大稳定阈值G_UP，则选择G_STEP作为幅度补偿步阶输出；若信号GAIN_MIS的值小于最小稳定阈值G_DN，则选择-G_STEP作为幅度补偿步阶输出；

累加器121对第一多路器120的输出幅度补偿步阶进行累加，得到幅度补偿中间值；

第二多路器122由信号GAIN_MIS选择输出，当信号GAIN_MIS的值(即幅度失配估计值)在最小和最大极限稳定阈值[G_MIN,G_MAX]之内时，选择累加器121的输出值作为幅度补偿更新值；否则认为幅度失配发生了突变，幅度补偿更新值重置为默认值1。

本实施例中，认为GAIN_MIS信号在一个波动范围发生的微小变化也是稳定的(比如在标准值的正负1dB内变化)，这个范围的上下限就是最小和最大稳定阈值G_DN和G_UP；最小和最大极限稳定阈值G_MIN和G_MAX与最小和最大稳定阈值G_DN和G_UP的数值关系为：

0<G_MIN<G_DN<1<G_UP<G_MAX。

幅度补偿缓存器123对第二多路器122的输出值进行缓存；

第三多路器124由状态机的当前状态STATE选择输出。当STATE为IDLE600时，选择默认值1作为输出信号GAIN_CAL，即未进行补偿；当STATE为START601时，选择信号GAIN_MIS的值作为输出信号GAIN_CAL；当STATE为HOLD602时，选择第二多路器122的输出值作为输出信号GAIN_CAL。

相位补偿值更新模块12b的电路结构与幅度补偿值更新模块12a相似，包含第四多路器125、累加器126、第五多路器127、相位补偿缓存器128和第六多路器129。其中，第四多路器125为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、正的相位步阶P_STEP和负的相位步阶-P_STEP，用以根据信号PHASE_MIS调整相位补偿步阶；累加器126用以累加当前相位补偿步阶；第五多路器127为二选一多路器，其两个输入端分别为数值0和累加器126的输出值，用以根据信号PHASE_MIS选择相位补偿值；相位补偿缓存器128用以缓存当前的相位补偿值；第六多路器129为三选一多路器，其三个输入端分别为数值0、第五多路器127的输出值和信号PHASE_MIS，用以根据补偿值更新状态机的状态STATE(参见后文关于补偿值更新状态机的描述)更新相位校正值，即输出信号PHASE_CAL。相位步阶P_STEP是一个常数，使用者可以根据自己的需要确定其值，为了计算方便，较佳地可以将其设定为2^-l，其中l为自然数，本实施例中考虑到计算时间和计算精度，选择相位步阶P_STEP为2^-9，即正的相位步阶P_STEP为2^-9，负的相位步阶-P_STEP为-2^-9。

相位补偿值更新模块12b的电路工作过程包含：

第四多路器125由信号PHASE_MIS选择输出其相位补偿步阶，当信号PHASE_MIS的值(即相位失配估计值)在最小和最大稳定阈值[P_DN,P_UP]之内时，则输出的相位补偿值保持不变；若信号PHASE_MIS的值大于最大稳定阈值P_UP，则选择P_STEP作为相位补偿步阶输出；若信号PHASE_MIS的值小于最小稳定阈值P_DN,则选择-P_STEP作为相位补偿步阶输出；

累加器126对第四多路器125的输出相位补偿步阶进行累加，得到相位补偿中间值；

第五多路器127由信号PHASE_MIS选择输出，当信号PHASE_MIS的值(即相位失配估计值)在最小和最大极限稳定阈值[-P_MAX,P_MAX]之内时，选择累加器126的输出值作为相位补偿更新值；否则认为相位失配发生了突变，相位补偿更新值重置为默认值0。

本实施例中，认为PHASE_MIS信号在一个波动范围发生的微小变化也是稳定的(比如在标准值的正负1dB内变化)，这个范围的上下限就是最小和最大稳定阈值P_DN和P_UP；最小和最大极限稳定阈值-P_MAX和P_MAX与最小和最大稳定阈值P_DN和P_UP的数值关系为：

-P_MAX<P_DN<0<P_UP<P_MAX。

相位补偿缓存器128对第五多路器127的输出值进行缓存；

第六多路器129由状态机的当前状态STATE选择输出。当STATE为IDLE时，选择默认值0作为输出信号PHASE_CAL，即未进行补偿；当STATE为START时，选择信号PHASE_MIS的值作为输出信号PHASE_CAL；当STATE为HOLD时，选择第五多路器127的输出值作为输出信号PHASE_CAL。

图6示出了本实施中采用的失配补偿模块13的电路图，其包含乘法器130、乘法器131、减法器132和截断器133。其中，乘法器130的两个输入端分别输入信号Q和信号GAIL_CAL，用以将幅度校正值与信号Q相乘，以补偿Q路的幅度失配；乘法器131的两个输入端分别输入信号I和信号PHASE_CAL，用以将相位校正值与信号I相乘，以得到相位补偿被减式；减法器132用以将乘法器132的输出值减去乘法器131的输出值，以得到相位补偿后的Q路输出值；截断器133用以对补偿后的Q路数值丢弃小数位，仅保留整数部分，以得到最终Q路输出信号Q_C。其补偿算法可用数学表达式为：

Q_C(n)＝Q(n)×GAIN_CAL-I(n)×PHASE_CAL。

本实施中采用的控制逻辑模块13包括图6示出的电路和图7示出的补偿值更新状态机。

控制逻辑模块13的电路包含自减计数器140、比较器141、比较器142和反相器143。当自减计数器140计数到1时产生输出使能信号DUMP到失配检测模块11的各累加器，以控制失配检测模块11输出信号GAIN_MIS和PHASE_MIS；当自减计数器140计数到0时产生重载信号RELOAD以指令重新装载自减计数器140的计数值，同时使能补偿值更新模块12和补偿值更新状态机，重载信号RELOAD的反相信号作为失配检测模块11的检测使能信号EST_EN。该电路的工作时序如图8所示。

补偿值更新状态机对当前电路补偿所处的状态进行控制，根据失配检测模块11的检测结果产生下一状态，控制补偿值更新模块12进行补偿值更新。其补偿更新状态的转换过程包括：

初始状态为IDLE，即未补偿状态。当电路同步使能信号有效时，进入START状态，即初始补偿状态；

处于START状态时，当重载信号RELOAD有效时，进入HOLD状态，即精细补偿状态；

处于HOLD状态时，当重载信号RELOAD有效时，判断幅度失配检测值(信号GAIN_MIS)和相位失配检测值(信号PHASE_MIS)的范围，若幅度失配检测值或相位失配检测值超出极限稳定阈值，即X:GAIN_MIS>G_MAX ORGAIN_MIS<G_MIN OR|PHASE_MIS|>P_MAX，则重新进入START状态，否则保持HOLD状态。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，用于对来自Q通道的第二信号进行相位和幅度失配补偿，第一信号来自I通道，其特征在于，包括失配检测模块、补偿值更新模块和失配补偿模块；

所述失配补偿模块包括三个输入端，分别接受所述第一信号、所述第二信号和所述补偿值更新模块的输出的失配补偿值，所述失配补偿值包括幅度校正值和相位校正值；所述失配补偿模块将所述相位校正值和所述幅度校正值补偿给所述第二信号，其包括一个输出端，输出经过补偿的第二信号；

所述失配检测模块包括两个输入端，分别接受所述第一信号和所述经过补偿的第二信号；所述失配检测模块包括一个输出端，输出所述Q通道相对于所述I通道的幅度失配和相位失配；

所述补偿值更新模块包括一个输入端，接受所述幅度失配和所述相位失配；所述补偿值更新模块根据所述幅度失配和所述相位失配更新所述幅度校正值和所述相位校正值；所述补偿值更新模块包括一个输出端，输出所述更新的失配补偿值；

其中，所述低中频接收机的I/Q失配补偿电路还包括控制逻辑模块；所述控制逻辑模块连接到所述失配检测模块和所述补偿值更新模块，以控制所述失配检测模块和所述补偿值更新模块的工作状态；所述控制逻辑模块包括控制信号电路和补偿值更新状态机；

其中，所述失配检测模块包括第一累加器、第二累加器、第一平方累加器、第二平方累加器、乘累加器、第一平方器、第二平方器、开方器、两个除法器、乘法器、三个减法器、第一移位器、第二移位器和第三移位器；

所述失配检测模块对所述第一信号采样获得N个所述第一信号的采样点i(n)，对所述失配补偿模块输出的第二信号采样获得N个所述第二信号的采样点q(n)，1≤n≤N；所述失配检测模块输出相关于所述幅度失配的信号GAIN_MIS和相关于所述相位失配的信号PHASE_MIS；

所述失配检测模块的运算式为：

$\begin{array}{c}Di=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i\left(n\right)\\ Dq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}q\left(n\right)\\ Xi=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i{\left(n\right)}^2\\ Xq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}q{\left(n\right)}^2\\ Diq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i\left(n\right)\&times;q\left(n\right)\\ GAIN\_MIS={\mathrm{\&alpha;}}^{-1}=\sqrt{\frac{N\&times;Xi-{\mathrm{Di}}^2}{N\&times;Xq-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ PHASE\_MIS=\sin (-\mathrm{\&beta;})=\frac{N\&times;Diq-Di\&times;Dq}{(N\&times;Xq-{\mathrm{Dq}}^2)\&times;GAIN\_MIS}\end{array};$

其中，α为所述幅度失配，β为所述相位失配。

2.如权利要求1所述的低中频接收机的I/Q失配补偿电路，其中所述补偿值更新模块包括幅度补偿值更新模块和相位补偿值更新模块；所述幅度补偿值更新模块用于输出所述幅度校正值，所述相位补偿值更新模块用于输出所述相位校正值。

3.如权利要求2所述的低中频接收机的I/Q失配补偿电路，其中所述幅度补偿值更新模块包含第一多路器、一个累加器、第二多路器、幅度补偿缓存器和第三多路器；

其中，所述第一多路器为三选一多路器，其三个输入端分别输入数值0、正的幅度步阶G_STEP和负的幅度步阶-G_STEP，用以根据信号GAIN_MIS调整并输出幅度补偿步阶；所述幅度补偿值更新模块的累加器用以累加所述第一多路器输出的幅度补偿步阶；所述第二多路器为二选一多路器，其两个输入端分别输入数值1和所述幅度补偿值更新模块的累加器的输出值，用以根据信号GAIN_MIS选择并输出幅度补偿值；所述幅度补偿缓存器用以缓存所述第二多路器输出的幅度补偿值；所述第三多路器为三选一多路器，其三个输入端分别输入数值1、所述第二多路器的输出和信号GAIN_MIS，用以根据所述补偿值更新状态机的状态更新所述幅度校正值。

4.如权利要求3所述的低中频接收机的I/Q失配补偿电路，其中所述相位补偿值更新模块包含第四多路器、一个累加器、第五多路器、相位补偿缓存器和第六多路器；

其中，所述第四多路器为三选一多路器，其三个输入端分别输入数值0、正的相位步阶P_STEP和负的相位步阶-P_STEP，用以根据所述信号PHASE_MIS调整并输出相位补偿步阶；所述相位补偿值更新模块的累加器用以累加所述第四多路器输出的相位补偿步阶；所述第五多路器为二选一多路器，其两个输入端分别输入数值0和所述相位补偿值更新模块的累加器的输出，用以根据所述信号PHASE_MIS选择并输出相位补偿值；所述相位补偿缓存器用以缓存所述第五多路器输出的相位补偿值；所述第六多路器为三选一多路器，其三个输入端分别输入数值0、所述第五多路器的输出和信号PHASE_MIS，用以根据所述补偿值更新状态机的状态更新所述相位校正值。

5.如权利要求4所述的低中频接收机的I/Q失配补偿电路，其中所述控制信号电路连接到所述失配检测模块的检测使能和输出使能控制端，控制失配检测模块的启动和输出；所述补偿值更新状态机的状态被输入所述第三多路选择器和所述第六多路选择器的通道选择控制信号输入端。

6.如权利要求5所述的低中频接收机的I/Q失配补偿电路，其中所述信号GAIN_MIS被输入所述第一多路选择器和所述第二多路选择器的通道选择控制信号输入端；所述信号PHASE_MIS被输入所述第四多路选择器和所述第五多路选择器的通道选择控制信号输入端。

7.一种低中频接收机的I/Q失配补偿电路，用于对来自I通道的第一信号进行相位和幅度失配补偿，第二信号来自Q通道，其特征在于，包括失配检测模块、补偿值更新模块和失配补偿模块；

所述失配补偿模块包括三个输入端，分别接受所述第一信号、所述第二信号和所述补偿值更新模块的输出的失配补偿值，所述失配补偿值包括幅度校正值和相位校正值；所述失配补偿模块将所述相位校正值和所述幅度校正值补偿给所述第一信号，其包括一个输出端，输出经过补偿的第一信号；

所述失配检测模块包括两个输入端，分别接受所述第二信号和所述经过补偿的第一信号；所述失配检测模块包括一个输出端，输出所述I通道相对于所述Q通道的幅度失配和相位失配；

所述补偿值更新模块包括一个输入端，接受所述幅度失配和所述相位失配；所述补偿值更新模块根据所述幅度失配和所述相位失配更新所述幅度校正值和所述相位校正值；所述补偿值更新模块包括一个输出端，输出所述更新的失配补偿值；

其中所述失配检测模块包括第一累加器、第二累加器、第一平方累加器、第二平方累加器、乘累加器、第一平方器、第二平方器、开方器、两个除法器、乘法器、三个减法器、第一移位器、第二移位器和第三移位器；

所述失配检测模块对所述第二信号采样获得N个所述第二信号的采样点i(n)，对所述失配补偿模块输出的第一信号采样获得N个所述第一信号的采样点q(n)，1≤n≤N；所述失配检测模块输出相关于所述幅度失配的信号GAIN_MIS和相关于所述相位失配的信号PHASE_MIS；

所述失配检测模块的运算式为：

$\begin{array}{c}Di=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i\left(n\right)\\ Dq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}q\left(n\right)\\ Xi=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i{\left(n\right)}^2\\ Xq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}q{\left(n\right)}^2\\ Diq=\underset{n}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}i\left(n\right)\&times;q\left(n\right)\\ GAIN\_MIS={\mathrm{\&alpha;}}^{-1}=\sqrt{\frac{N\&times;Xi-{\mathrm{Di}}^2}{N\&times;Xq-{\mathrm{Dq}}^2}}\\ PHASE\_MIS=\sin (-\mathrm{\&beta;})=\frac{N\&times;Diq-Di\&times;Dq}{(N\&times;Xq-{\mathrm{Dq}}^2)\&times;GAIN\_MIS}\end{array};$

其中，α为所述幅度失配，β为所述相位失配。