CN106817084B - 用于收发器中的局部振荡器的相位同步的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于收发器中的局部振荡器的相位同步的装置和方法。公开了一种用于RF收发器的相位调整的方法和装置。基于第一本地振荡器信号和第二本地振荡器信号，可以生成指示第一和第二本地振荡器信号之间的频率和相位关系的差拍信号。使用差拍信号，可以累积地考虑改变第一和第二本地振荡器信号之间的相位关系，用于使用相位平均以允许快速恢复到先前观察信道的观察。

Description

用于收发器中的局部振荡器的相位同步的装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子系统，更具体地涉及收发器校准。
背景技术
收发器可以用于各种各样的射频(RF)通信系统中。例如，收发器可以包括在移动设备中以发送和接收与各种通信标准相关联的信号，所述通信标准包括例如蜂窝和/或无线局域网(WLAN)标准。
可以校准RF通信系统的发射信道以补偿发射损伤。校准发射信道可以增强RF通信系统的性能，包括例如通过减小误差向量幅度(EVM)或满足带外发射规范。
发明内容
本所描述的技术的方法和设备各自具有若干方面，其中没有单独方面单独负责其期望的属性。
在一个方面，收发器校准的方法包括生成第一频率的发射本地振荡器信号，生成与第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号，基于发射本地振荡器和观察本地振荡器信号而生成差频信号，以及基于所述差拍信号生成相位调整值，其中所述相位调整值指示所述发射本地振荡器信号与所述观察本地振荡器信号之间的相位关系。
在另一方面，一种收发器包括发射通道，其包括配置成生成第一频率的发射本地振荡器信号的发射本地振荡器，观测信道包括观测本地振荡器，其配置成生成第二频率的观测本地振荡器信号以及相位调整电路，被配置为基于所述发送本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号来生成差拍信号，其中所述相位调整电路还被配置为基于所述差拍而产生相位调整值信号，其中所述相位调整值指示所述发射本地振荡器信号与所述观测本地振荡器信号之间的相位关系。
在另一方面，提供了一种收发器校准的方法。该方法包括生成第一频率的发射本地振荡器信号，生成与第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号，基于发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号而生成差拍信号，基于所述差拍信号确定相位调整值，以及基于所述相位调整值调整数字调制器以实现所述发射本地振荡器信号与所述观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
在另一方面，提供了一种收发器。所述收发器包括发射通道，所述发射通道包括被配置为生成第一频率的发射本地振荡器信号的发射本地振荡器，观测信道包括被配置为生成与所述第一频率不同的第二频率的观测本地振荡器信号的观测本地振荡器，以及相位调整电路，被配置为基于所述发送本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号来生成差拍信号。相位调整电路还被配置为基于差拍信号生成相位调整值，并且基于相位调整值来调整来自观测信道的累积观测数据的相位，以实现发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
附图说明
提供这些附图和本文中的相关描述是为了说明所描述的技术的具体实施例，并且不旨在进行限制。
图1是射频(RF)通信系统的一个实施例的示意图。
图2是收发器的一个实施例的示意图。
图3是相位调整发生器的一个实施例和数字调制器的一个实施例的示意图。
图4是相位调整发生器的另一实施例和数字调制器的另一实施例的示意图。
具体实施方式
在下文中参考附图更全面地描述新颖的系统、装置和方法的各个方面。然而，本公开的方面可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于贯穿本公开呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当理解，本公开的范围旨在覆盖本文公开的新颖系统、装置和方法的任何方面，无论是独立实现还是与任何其它方面组合。例如，可以使用本文所阐述的任何数量的方面来实现装置或者实现方法。此外，范围旨在包括使用除了本文所阐述的各种方面之外或不同的结构和/或功能来实践的装置和/或方法。应当理解，本文公开的任何方面可以通过权利要求的一个或多个元件来实现。
尽管本文描述了特定方面，但是这些方面的许多变化和排列落入本公开的范围内。虽然提及了优选方面的一些益处和优点，但是本公开的范围不旨在限于特定的益处、用途或目的。相反，本公开的各方面旨在广泛地适用于不同的有线和无线技术、系统配置，包括光网络、硬盘和传输协议的网络，其中一些通过示例在图中和下面对优选方面的描述。详细描述和附图仅仅是对本公开的说明而不是限制，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。
射频(RF)通信系统(例如直接转换正交无线电)可能遭受各种损伤。缺失校准时，损伤可能导致传输错误和/或性能下降。
例如，可以使用直接转换正交无线电来处理同相(I)和正交相(Q)信号，其理想地具有90°的相位间隔。然而，直接转换正交无线电设备的一个或多个组件可能具有正交误差。例如，本地振荡器可以具有正交误差，该正交误差可以关于本地振荡器的频率之上和之下的频率是对称的。此外，用于上移用于传输的信号的频谱的混频器和/或用于观测的下移信号的混频器同样可以具有正交误差。
RF通信系统还可能遭受其它发射损伤，包括例如与本地振荡器泄漏相关联的发射损伤。在缺少校准的情况下，发射损伤可能降低RF通信系统的性能，包括例如通过增加EVM和/或降低镜像抑制比(IRR)。
为了校准RF通信系统中的发射信道，RF发射信号的一部分可以被环回到观测信道中。另外，观察信道可以用于测量或观察发射信道的损伤，并且可以基于观察应用校正。虽然以这种方式校准发射信道可以减少发射损伤，但是发射信道在这样的校准之后仍然可能遭受发射损害。例如，从发射混频器和观察混频器产生的损伤通常具有相似的频谱特性，因此难以将这些损害彼此隔离。因此，基于来自观察信道的观察来校准发射信道可能受到观察信道的损伤的限制，因此可能是不完善的，并且可能无法校正发射信道中的某些损伤。
用于从观察混合器损伤隔离发射混频器损伤的一种技术是首先在校准发射信道之前校准观测信道。例如，连续波(CW)音可以被注入观察通道并且用于校准观察通道的观察混合器。在补偿观测信道之后，发射RF信号可以被环入观测信道以检测由发射混频器引起的损害。虽然以这种方式校准发射信道可以校正发射混频器损伤，但是这种校准方案可能遭受复杂性，高功率消耗和/或长校准时间。
在某些配置中，收发器包括发射信道或路径和观测信道或路径。发射通道包括发射混频器，其通过第一或发射本地振荡器频率来上变频发射信号。观察通道包括观察混合器，其将来自发射通道的观察信号通过偏离第一本地振荡器频率的第二或观察本地振荡器频率下变频。通过使用相对于发射信道的本地振荡器频率偏移的本地振荡器频率来观测发射信道，观测信道可以基本上独立于观测信道损伤观测发射信道损伤。
因此，可以基于使用观察信道进行的观察来适当地校准发射信道，而不需要预先校准观测信道。相反，使用相同的本地振荡器频率用于在发射信道中上移和在观测信道中下移的RF通信系统可能不能正确地校准发射损伤。例如，当使用相同的本地振荡器频率时，发射本地振荡器泄漏和观察本地振荡器泄漏可以在频域中具有相同的特性。
在某些实施方式中，收发器还包括在观测信道的数据路径中的数字调制器。数字调制器用于补偿发射和观察本地振荡器频率之间的频率差。在使用数字调制器对频率差进行数字补偿之后，发射信道损伤应当是对称的，而观察信道损伤应当被移位以使得它们是不对称的。在频域转换和数字调制器输出的相关之后，发射损伤应该是相关的和可检测的，而观察信道损伤应当倾向于是非相关的，并且平均作为噪声。
在某些实施方式中，数字调制器包括数控振荡器(NCO)和数字复混频器。另外，NCO被编程以产生数字输出时钟信号，例如连续波音的数字表示，其具有大约等于发送通道的本地振荡器频率与本地振荡器频率之间的差的频率观察通道。
当NCO的输出时钟信号的频率大约等于发送信道和观察信道之间的频率差时，可以在宽范围的时间段内进行检测发送损伤的相关。因此，可以通过选择进行相关的时间周期来控制发射信道的噪声基底和校准时间之间的折衷。例如，可以通过选择相对长的时间段来选择性地降低本底噪声。
取决于检测和校正的传输损伤，可以收集更多或更少的采样并且对其进行平均以观察噪声本底以上的损伤。例如，由观测信道收集的样本越多，噪声底限越小。因此，为了检测诸如本地振荡器泄漏的相对小的损伤，可以收集相对大量的样本。
为了基于使用观测信道的观测来校正发射损伤，可以构造信道映射，以将应用于发射信道的校正映射到观测路径上观测到的效应。信道映射用作用于基于观察到的损伤对发送信道应用校正的模型。
可以使用锁相环(PLL)来实现观察本地振荡器。在收发器的操作期间，观察本地振荡器可以用于各种目的，因此PLL可以被规则地重新编程以产生期望频率的观察本地振荡器信号。例如，PLL可以被编程以观察发射信道损伤，重新编程以观察相邻频谱，然后重新编程以再次观察发射信道损伤。当观测路径本地振荡器频率恢复到适于观测发射损伤的频率时，PLL可以以相同频率但具有不同相位重新锁定。相位差导致发射本地振荡器和观察本地振荡器之间的相位关系的变化以及信道映射的相应变化。
当观察本地振荡器被重新编程时，信道映射阶段可以改变并且随时间被重新获取。然而，当信道映射阶段的获取时间大于观察本地振荡器被重新编程的速率时，经由信道映射的发射损伤校正的精度可能降低。
本文提供了用于收发器中的本地振荡器的相位同步的装置和方法。在某些配置中，收发器包括产生发射本地振荡器信号的发射本地振荡器，产生观察本地振荡器信号的观察本地振荡器，以及基于发射和观察本地振荡器信号产生差频信号的相位调整电路。相位调整电路使用差拍信号来产生用于校正发送和观察本地振荡器信号之间的相位差的相位调整值，从而恢复任意频率重新编程之后的本地振荡器之间的相位关系。
因此，在某些实施方式中，生成指示发射和观察本地振荡器信号之间的频率和相位关系的拍频信号。拍频信号用于产生相位调整值，用于在观察本地振荡器被重新编程之后补偿发射和观察本地振荡器信号之间的相移。因此，可以考虑发射和观察本地振荡器信号之间的相位关系的变化。
在某些配置中，数字调制器包括在观测信道中，并且用于补偿发射和观测本地振荡器频率之间的频率差。另外，发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号之间的相移由数字调制器中的相移补偿。例如，相位调整电路可以使用相位调整值来校正数字调制器的相位累加器的相位，从而补偿由观测信道产生的用于本地振荡器之间的相移的所得样本。
在某些实施方式中，差拍信号被数字采样，并且相位累加器的状态在差拍信号转换处被采样和平均。例如，可以使用基带时钟信号对拍频信号进行采样，并且可以将采样的拍频信号提供给边缘检测器。当检测到差拍信号边缘(例如，上升沿)时，相位累加器的当前相位可以被累加到相位平均电路中。相位平均电路可以基于对N个样本上的相位累加器的相位进行平均来生成相位调整值，并且可以在单个周期中利用相位调整值来校正相位累加器。在对相位累加器的相位进行调整之后，观测信道的所得输出信号表现出与发射数据的相位基本上固定的关系，从而实现相位同步。
图1是RF通信系统10的一个实施例的示意图。RF通信系统10包括收发器1，天线开关模块(ASM)2，功率放大器(PA)4，低噪声放大器(LNA)5，定向耦合器6和天线8。
如图1所示，收发器1产生发送信号TX，其被提供给PA 4用于放大。PA 4的输出经由天线开关模块2电耦合到天线8。在所示的实施例中，定向耦合器6基于感测PA的输出生成观测信号OBS。然而，其他配置是可能的，包括例如其中基于驱动级的输出生成观测信号的实施方式，或其中基于单片收发器设备内部的反馈路径生成观测信号的实施方式。LNA 5的输入经由天线开关模块2电耦合到天线8。LNA 5基于向天线8上接收的信号提供低噪声放大，为收发器1产生接收信号RX。其他配置也是可能的，包括例如其中内部反馈路径不需要LNA的实施方式。
虽然RF通信系统10被示为包括一个接收信道，一个发射信道，一个观测信道和一个天线，但是本文的教导也适用于使用一个或多个附加接收信道，发射信道，观测信道，和/或天线。此外，本文的教导适用于其中以其它方式实现接收信道，发射信道和/或观测信道的配置。例如，在另一实施例中，例如通过使用片上反馈路径，在发射器内部实现观测信道。
如图1所示，收发器1包括发送混频器11，其用于基于使用来自发送本地振荡器(LO)15的第一或发送本地振荡器频率fTX提供调制来生成发送信号TX。另外，收发器1还包括观察混合器12，其用于基于使用来自观察本地振荡器(LO)16的第二或观察本地振荡器频率fOBS提供调制来下移观测信号OBS的频谱。
观察本地振荡器频率fOBS从发射本地振荡器频率fTX偏移，使得发射信道和观测信道以频率差操作。通过以不同的本地振荡器频率操作发射混频器11和观测混频器12，观测信道可以基本上独立于观测信道损伤来观测发射信道损伤。
在一个实施例中，发射本地振荡器频率fTX和观测本地振荡器频率fOBS之间的频率差被选择为至少约100KHz。然而，其它频率差异也是可能的，例如基于应用和/或实现而选择的频率差异。
例如，可以基于发射和观测信道的带宽来选择频率差。例如，可以选择频率差，使得在观测信号被观测本地振荡器频率下移之后，观测到的损伤在观测信道的带宽内。如本领域普通技术人员将理解的，相对大的频率差可以减少频率杂散，但是较小的频率差可以具有优越的功率和/或带宽性能。在某些实施方式中，发射本地振荡器频率fTX被选择为大于观察本地振荡器频率fOBS，而在其它实施方式中，发射本地振荡器频率fTX被选择为小于观察本地振荡器频率fOBS。
虽然所示的观察信道被描述为用于校准发射信道的损伤，但是观察信道也可以用于附加功能。可以使用偏移本地振荡器频率或相同本地振荡器频率来执行附加观察。配置观察信道以执行多个功能便于硬件资源的共享，从而降低成本，大小和/或复杂性。
在一个实施例中，使用收发器1的共享或公共接收电路来处理观测信号OBS和接收信号RX。以这种方式配置收发器1可以减小RF通信系统10的尺寸和/或成本。
所示的收发器1还包括数字调制器13，其在观察信道的数据路径中操作。在某些实施方式中，数字调制器13用于在观察混合器12从模拟域转换到数字域和/或进一步处理之后调制观察混合器12的输出的数字表示。
数字调制器13用于补偿发射本地振荡器频率fTX和观测本地振荡器频率fOBS之间的频率差。当观察混频器和发射混频器使用不同的本地振荡器频率操作时，观察损伤应当在观察到的信号中保持对称，但是发射损伤可能不再是对称的。在使用数字调制器13对频率差进行数字补偿之后，发射信道损伤应该是对称的，而观察信道损伤应当被移动，使得它们是不对称的。
所示的收发器1包括发射误差校正电路14，其用于处理数字调制器13的输出以检测和校正发射损伤。在某些实施方式中，发射纠错电路14基于将观测信道的输出相关一段时间来检测发射损伤。在一个实施例中，发射误差校正电路14通过使用时域自相关和互相关电路来检测发射损伤。自相关函数将复数(I/Q)发射信号与其自身相关。互相关函数使复发射信号与复观测信号相关。相关性可以被累加达可编程的循环数，并且累积的结果可以用于求解对损伤建模的方程组。
发射误差校正电路14可用于校正多种发射损伤，包括例如正交误差，本地振荡器泄漏和/或信道非线性。
在某些配置中，收发器1与数字预失真(DPD)一起操作以帮助对于不同的输入功率电平线性化PA 4，并且观测信道利用相对于发射信道的偏移本地振荡器频率执行DPD观测。DPD可以用于补偿PA 4的非线性效应，包括例如信号星座失真和/或信号频谱扩展。由收发器1发送的信号可以具有占用带宽，并且收发器1可以在大于占用带宽的合成带宽上发送。通过以这种方式配置收发器1，收发器1可以预先失真发送的信号以补偿带外传输和其他非线性效应。
在一个实施例中，观测信道用于在大于合成带宽和占用带宽的观测带宽上执行观测。另外，为了减少观测信道的功率消耗和复杂性，以小于全观测带宽的带宽实现观测信道。发射本地振荡器频率和观察本地观察频率之间的频率差随时间改变，以在不同时间实例观察观察带宽的不同部分。在这样的配置中，发射误差校正电路14可以基于对每个本地振荡器偏移或频率差执行的观测来重建全观察带宽。因此，收发器实现使用具有较低功耗和/或降低的复杂性的低带宽观察信道的DPD的益处。
所示的收发器1还包括相位调整电路17，其用于产生相位调整值，用于在频率重新编程之后校正发射本地振荡器15和观察本地振荡器16之间的相位差。例如，在收发器1的操作期间，观察本地振荡器16可以用于各种目的，因此观察本地振荡器16的频率可以随时间改变。例如，观察本地振荡器16可以被编程为观察发射信道损伤，重新编程以观察相邻频谱，然后重新编程以再次观察发射信道损伤。在观察本地振荡器16被重新编程之后，观察本地振荡器16和发射本地振荡器15可以经历任意相移。
所示的相位调整电路17产生相位调整值，其被提供给数字调制器13，以在任意频率重新编程之后恢复观察本地振荡器16和发射本地振荡器15之间的相位关系。相位调整电路17基于由发射本地振荡器15产生的发射本地振荡器信号(TX LO)和由观测本地振荡器16产生的观测本地振荡器信号(OBS LO)产生差拍信号。在某些实施方式中，相位调整电路17基于对拍频信号的低通滤波产生相位调整值以产生经滤波的拍频信号，并且对经滤波的拍频信号进行数字采样以确定本地振荡器之间的相位关系。
在某些配置中，相位调整电路17可以使用相位调整值来校正数字调制器13的相位累加器的相位，从而补偿由观测信道产生的所得样本用于本地振荡器之间的相移。如图1所示，相位调整电路17还可以耦合到数字调制器13，以从数字调制器13发送和接收一个或多个值或信号，以提供如本文所公开的相位调整。虽然在图1中单独示出，在一些实施例中，相位调整电路17可以是数字调制器13的一部分。
RF通信系统10的附加细节可以如前所述。
图2是收发器30的一个实施例的示意图。收发器30包括基带处理电路31，发射锁相环(PLL)32，观察PLL 33，发射同相数模转换器(DAC)41，发送正交相位DAC 42，发送同相低通滤波器(LPF)51，发送正交相位LPF 52，发送同相混频器61，发送正交相位混频器62，观察同相混频器71，观测正交相位混频器72，观测同相LPF81，观测正交相位LPF82，观测同相模数转换器(ADC)91和观察正交相位ADC 92。
如图2所示，收发器30产生对应于非反相发射信号TX+和反相发射信号TX-之间的差的差分发射信号TX+，TX-。另外，收发器30接收对应于未反相观察信号OBS+和反相观察信号OBS-之间的差的差分观察信号OBS+，OBS-。例如通过观察放大差分发射信号TX+，TX-的功率放大器的输出，基于观测发射信道产生差分观测信号OBS+，OBS-。尽管示出了使用差分信令的配置，但是本文的教导还可应用于使用单端和差分信令的组合的单端配置和/或配置。
虽然收发器30被示出为包括一个发射信道或路径和一个观测信道或路径，但是收发器30还可以包括附加电路，包括例如一个或多个接收信道，一个或多个附加发射信道和/或一个或多个附加观察信道。这样的细节从图2中省略，为了附图清楚。此外，虽然收发器30示出了发送信道，观察信道和基带处理电路的具体实现，但是本文的教导适用于其他配置。
发射同相DAC 41从基带处理电路31接收数字发射I信号，并且为发射同相LPF 51产生差分模拟发射I信号。发射同相LPF 51对差分信号进行滤波模拟发射I信号以产生差分滤波发射I信号，其被提供作为发射同相混频器61的输入。发射正交相位DAC 42从基带处理电路31接收数字发射Q信号，并且产生用于发送正交相位LPF 52的差分模拟发送Q信号。发送正交相位LPF 52对差分模拟发送Q信号进行滤波以生成差分滤波发送Q信号，其被提供作为发送正交相位LPF 52的输入。基于组合发射同相混频器61的第一输出和发射正交相位混频器62的第一输出来产生非反相发射信号TX+，并且基于组合产生反相发射信号TX-发射同相混频器61的第二输出和发射正交相位混频器62的第二输出。
发射PLL 32为发射同相混频器61产生第一差分发送本地振荡器信号，并为发送正交相位混频器62产生第二差分发送本地振荡器信号。每个第一和第二差分发送本地振荡器信号具有第一或发射本地振荡器频率fTX，但是具有大约90°的相位差。
观察PLL 33产生用于观察同相混频器71的第一差分观察本地振荡器信号和用于观察正交相位混合器72的第二差分观察本地振荡器信号。第一和第二差分观察本地振荡器信号每个具有第二或观察本地振荡器频率fOBS，但是具有大约90°的相位差。当在校准期间观察发送信道的输出时，观察本地振荡器频率fOBS和发送本地振荡器频率fTX在不同的频率下操作。
观察同相混频器71接收差分观测信号OBS+，OBS-和第一差分观测本地振荡器信号，并且生成用于观测同相LPF81的差分下移的I信号。相位LPF 81对差分下移的I信号进行滤波以生成差分滤波的观测I信号，其被提供作为观测同相ADC 91的输入。观测同相ADC 91将差分滤波的观测I信号模拟域转换到数字域以产生用于基带处理电路31的数字观测I信号。观测正交混频器72接收差分观测信号OBS+，OBS-和第二差分观测本地振荡器信号，并且产生差分用于观测正交相位LPF 82的下变频Q信号。观测正交相位LPF 82对差分下移Q信号进行滤波，以产生差分滤波观测Q信号，其被提供作为观测正交相位的输入ADC 92.观测正交相位ADC 92将差分滤波观测Q信号从模拟域转换到数字域，以生成用于基带处理电路31的数字观测Q信号。
在所示的实施例中，发射和观测本地振荡器已经分别使用发射PLL32和观测PLL33来实现。使用PLL实现发射和观测信道的本地振荡器有助于使用公共参考时钟信号产生不同频率的本地振荡器信号。PLL可以使用类似的电路拓扑来实现，使得观察本地振荡器频率fOBS具有相对于发射本地振荡器频率fTX的良好控制的频率差。例如，可以基于用于控制PLL的反馈分频器的数字控制信号的选择值来控制观测本地振荡器频率fOBS和发射本地振荡器频率fTX之间的频率差。
如图2所示，基带处理电路31包括数字发射电路101，数字接收电路102，基带PLL103，数字调制器104，相位调整电路113和发射误差校正电路105。在所示实施例中，数字调制器104包括数控振荡器(NCO)111和复混频器112。
数字接收电路102接收数字观察I信号和数字观察Q信号，并且为数字调制器104生成数字输入信号。数字调制器还从基带接收具有基带频率fBB的基带时钟信号在一个实施例中，数字接收电路102还用于处理用于观测发射信道和通过接收信道接收的接收信号的观测信号。
NCO 111接收基带时钟信号，并且生成具有大约等于发送本地振荡器频率fTX和观察本地振荡器频率fOBS之间的频率差的NCO频率fNCO的数字输出时钟信号。数字输出时钟信号可以以多种方式实现。在某些配置中，数字输出时钟信号包括对应于频率fNCO的正弦函数的数字表示的第一分量和对应于频率fNCO的余弦函数的数字表示的第二分量。数字输出时钟信号可以具有各种各样的位宽度。在一个实施例中，使用相位累加器和相位到幅度转换器来实现NCO 111。
数字复混频器112基于使用来自NCO 111的数字输出时钟信号调制来自数字接收电路102的数字输入信号来产生用于发射误差校正电路105的数字观察通道输出信号。在某些实施方式中，数字复混频器112从数字接收电路102接收数字输入I信号和数字输入Q信号，并且为发送错误校正电路105生成数字观察输出I信号和数字观察输出Q信号。
在一个实施例中，基带PLL 103，发射PLL 32和观测PLL 33使用公共参考时钟信号进行操作。以这种方式配置收发器30可以帮助匹配NCO频率fNCO与发送本地振荡器频率f TX与观察本地振荡器频率fOBS之间的频率差。
发射误差校正电路105处理观测信道输出信号以产生用于收发器30的一个或多个校正信号。在所示实施例中，发射误差校正电路105向数字发射电路101提供校正信号。然而，纠错电路可以被配置为以其它方式补偿传输损伤。数字发射电路101基于校正信号产生数字发射I信号和数字发射Q信号，以补偿诸如泄漏，正交误差和/或信道非线性的发射损伤。
所示的收发器30可以提供发射信道校准，而不需要预先为正交误差校准观测信道。特别地，通过使用相对于发射本地振荡器频率fTX不同的观察本地振荡器频率fOBS执行观察，即使在观察信道中存在损伤的情况下，发射误差校正电路105也可以检测和校正发射损伤。例如，由数字调制器104产生的数字观察信道输出信号可以具有其中发射信道损伤是对称的并且其中观察信道损伤是不对称的频谱。因此，发射误差校正电路105可以使数字观测信道输出信号相关，以检测发射损伤，而观测信道损伤应该倾向于是不相关的并且平均作为噪声。
相反，使用公共发射和观察本地振荡器频率执行观察的收发器可能不能区分发射信道的损伤和观察信道的损伤。例如，当使用相同的本地振荡器频率时，发射本地振荡器泄漏和观察本地振荡器泄漏在频域中可以具有类似的特性。
在所示实施例中，NCO 111被编程为产生具有大约等于发送本地振荡器频率fTX和观察本地振荡器频率fOBS之间的差的NCO频率fNCO的数字输出时钟信号。当NCO 111以这种方式产生数字输出时钟信号时，发射误差校正电路105可以执行相关以检测在宽范围的时间段内的发射损伤，包括例如相对长的时间段以提供低噪声基底。相反，当NCO频率fNCO不匹配频率差时，给定损伤的正和负频率分量之间的相位关系可以缓慢旋转，并且长相关可以趋于平均为零，而不是累加。
在一些实施方式中，诸如观察PLL 33的观察本地振荡器可以被重新编程用于另一个目的，例如，观察由收发器31发送的信号的相邻频谱。当观察PLL 33被切换回来以观察发射观测PLL 33可以重新锁定到先前的观测频率fOBS，但是观测本地振荡器信号的相位关系可以根据观测PLL 33的重新使用和恢复的定时而不同。结果，相位关系在重新编程之前使用的发射本地振荡器(例如，发射PLL 32)和观测本地振荡器(例如，观测PLL 33)之间的信号可能不再使用，并且可能需要耗时的重新捕获过程。如本文所公开的，可以有利的是，从改变的相位关系恢复到发射和观测振荡器之间的已知相位关系。如下所述，相位调整电路113(其可以是数字调制器104的一部分)可以用于调整数字调制器104中的相位，以实现本地振荡器之间的期望的相位关系。
在所示实施例中，相位调整电路113从发送PLL 32接收具有第一或发送本地振荡器频率fTX的第一或发送振荡器信号，以及具有第二或观察本地振荡器频率fOBS的第二或观察振荡器信号示出的实施例包括分别为同相和正交相位路径生成差分信号的发送PLL 32和观测PLL 33，并且相位调整电路113可以被配置为接收一个或多个本地来自发射PLL 32的振荡器信号和来自观测PLL 33的一个或多个本地振荡器信号。
尽管图2示出了其中由发射PLL 32和观测PLL 33产生的时钟信号是差分的实施例，但是本文的教导还适用于其中本地振荡器生成单端时钟信号的配置。在这样的实施例中，相位调整电路113可以从单端本地振荡器接收至少一个本地振荡器信号。如下面结合图3-4进一步讨论的，相位调整电路113可以耦合到NCO 111以接收指示累积相位的一个或多个值或信号，并且基于第一和第二振荡器信号以及来自NCO 111，相位调整电路113的值可以生成要在数字调制器104中使用的相位调整值。
相位调整电路113基于发射本地振荡器信号(TX OBS)和观察本地振荡器信号(OBSPLL)生成差拍信号。相位调整电路113使用拍频信号来产生用于补偿本地振荡器之间的相移的相位调整值。例如，调整电路113可以使用相位调整值来校正NCO 111的相位累加器的状态，从而补偿由用于相移的观测信道生成的所得样本。在对相位累加器的相位进行调整之后，观测信道的所得输出信号表现出与发射数据的相位基本上固定的关系，从而实现相位同步。
在图2所示的实施例中，相位调整值从相位调整电路113的输出提供到数字调制器104的输入。图2示出了一个实施例，其中基于相位调整值调整数字调制器以实现发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号之间的期望的相位关系。虽然示出了数字调制器的一个具体位置，但是可以在收发器的其他位置提供由相位调整值调整的数字调制器。
通过使用相位调整值对数字调制器提供相位调整，校正由观测信道产生的观测数据中的相位。具体地，基于相位调整值来调整来自观测信道的累积观测数据的相位，以实现发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
图2示出了基于相位调整值来调整来自观察信道的累积观察数据的相位的一个实施方式，其他实施方式是可能的。
在另一实施例中，观测PLL 33包括数字调制器，例如Σ-Δ调制器，其用于控制观测PLL的反馈回路的划分速率。另外，相位调整值用于调整或修改观测PLL 33的数字调制器的状态，从而改变观测PLL的相位，并在由观测信道生成的观测数据中的相位中提供相应的相位调整。在一个示例中，相位调整值用于调整观测PLL 33的Σ-Δ调制器的积分器的值(例如，起始值)。通过使用相位调整值来向观测PLL的相位校正数字调制器，提供由观测信道产生的观测数据中的相位校正。
收发器30的附加细节可以如前所述。
图3是相位调整电路204的一个实施例和数字调制器200的一个实施例的示意图。数字调制器200包括相位累加器201，相位到幅度转换器(PAC)202和数字复混频器数字调制器200接收频率为fBB的基带时钟信号，频率调谐字(FTW)，数字输入I信号INI和数字输入Q信号INQ。数字调制器200产生数字观测通道输出I信号OUTI和数字观测通道输出Q信号OUTQ，其可以提供给发射误差校正电路进行处理。
相位调整电路204包括差拍信号发生器206，相位调整控制器207和相位平均累加器208。在所示实施例中，相位调整电路204的至少一部分在基带频率fBB下操作。差拍信号发生器206从第二或观察LO或PLL接收具有来自发射LO或PLL的发射本地振荡器频率fTX的第一或发射振荡器信号和具有观察本地振荡器频率fOBS的第二或观察振荡器信号。相位调整控制器207接收由拍频信号生成器206生成的拍频信号，并且生成一个或多个相位调整控制信号以控制如本文所公开的相位调整的定时和量。如下面结合图2所讨论的。如图4所示，相位调整电路204可以包括实现相位调整的其他组件或元件。
数字调制器200示出了可以在这里描述的RF通信系统和收发器中使用的数字调制器的一个实施例。此外，相位调整电路204示出了可以在本文所述的RF通信系统和收发器中使用的相位调整器的一个实施例。然而，本文的教导适用于数字调制器和相位调整器的其它配置。
所示的相位累加器201和PAC 202共同作为NCO操作，NCO生成NCO频率fNCO的数字正弦和余弦时钟信号。另外，FTW的值用于控制NCO频率fNCO。
例如，相位累加器201包括用于存储累积相位值的状态元件，例如锁存器和/或触发器。另外，相位累加器201可以基于基带时钟信号的定时将FTW添加到累积的相位值。另外，PAC 202基于累积的相位值产生数字正弦和余弦时钟信号。FTW控制相位累积的速率，并因此控制NCO频率f NCO。
数字调制器200的额外细节可如先前所描述。
图4是相位调整电路214的另一实施例和数字调制器210的另一实施例的示意图。所示相位调整电路214包括差拍信号发生器302，相位调整控制器304，相位平均累加器306。数字调制器210包括相位累加器211，PAC 212和数字复混频器213。所示的相位调整电路214的实施例还包括一个或多个控制逻辑电路，包括但不限于与门318和多路复用器数字调制器210接收相位调整值，基带时钟信号，FTW，数字输入I信号INI和数字输入Q信号INQ。另外，数字调制器210产生数字观察通道输出I信号OUTI和数字观察通道输出Q信号OUTQ。
所示的相位累加器211包括状态元件221和加法器224.状态元件221用于存储累积的相位值，其基于基带时钟信号的定时被更新。加法器224基于将存储在状态元件221中的累积相位值与诸如FTW的调谐字相加来产生调整的累加相位值。基于基带时钟信号的定时，例如每个时钟周期一次，将调整的累加相位值加载到状态元件221中。在一些实施例中，可以另外调整数字调制器211内的一个或多个值(例如FTW)，例如以在相位折叠时考虑发射PLL和观察PLL的精确模数的匹配。
如前所述，可以基于使用观察信道观察发射信道来校准发射信道，该观测信道使用与发射本地振荡器频率fTX不同的观察本地振荡器频率fOBS进行操作。所示的数字调制器211可以用于通过将NCO频率f NCO控制为大约或等于fTX-fOBS来补偿该频率差。
在所示实施例中，相位调整控制器304包括边缘检测器315和控制电路316。边缘检测器315接收来自差拍信号发生器302的差拍信号，并检测差拍信号的边缘或转变。边沿检测器315在基带频率fBB处被定时，并且可以被配置为检测上升沿，下降沿或上升沿和下降沿两者，这可以在生成控制信号中在边缘检测器315之后的控制电路316中被考虑。控制电路315接收来自边缘检测器315的边缘检测输出，以产生一个或多个控制信号。
在所示实施例中，差拍信号发生器302包括异或门310，LPF 312和采样器314。在其他实施例中，差拍信号发生器可以用模拟混频器(未示出)代替。然而，使用XOR门310可以提供许多优点。例如，发射和观察本地振荡器信号可以具有类似方波的波形并且具有显着的高频谐波含量，因此可以适合于使用XOR门310进行处理。此外，使用XOR门310可以降低功耗和/或复杂度相对于使用模拟混频器的配置。
在某些实施方式中，发射本地振荡器信号和观察本地振荡器信号可以表示为下面的等式1和2：
等式1
Figure BDA0001164975540000171
等式2
Figure BDA0001164975540000172
其中ATX和AOBS是发射和观察本地振荡器信号的相应振幅，fTX和fOBS是发射和观察本地振荡器信号的相应频率，并且是发射和观察本地振荡器信号的相应相位。
当差拍信号发生器302接收并且用XOR门310或模拟混频器(未示出)来混合发射本地振荡器和观察本地振荡器信号时，可以给出来自XOR门310或模拟混频器的结果信号通过以下等式3：
等式3
Figure BDA0001164975540000173
在fTX和fOBS与它们之间的差相比相对较大的情况下，从XOR门310或混频器电路产生的信号将包含在fTX和fOBS之间的差的频率处的低频分量，以及在和的较高频率分量的频率。因此，XOR门310或模拟混频器的输出可以由LPF 312处理以滤除高频谐波含量，并且从LPF 312输出的结果信号可以由下面的等式4给出：
等式4
Figure BDA0001164975540000174
对于某些实施方案，发射LO和观测LO将不是如等式3和4中所述的正弦曲线，而是可能包含例如LO的近似方波的较高频谐波。等式3和4尽管被简化以描述正弦情况，但仍然类似地应用于较高频率谐波，并且随后的低通滤波将产生等效的结果信号。
来自LPF 312的输出然后可以由在基带频率fBB处运行的采样器314采样或量化。来自采样器314的结果信号是具有(fTX-fOBS)的拍频和
Figure BDA0001164975540000181
的相位的差拍信号。为了在没有混叠的情况下对LPF 312的输出进行采样，基带频率f BB可以是差拍信号的频率的至少两倍，如果对于更好和更快的性能不是高得多的话。
此外，在所示实施例中，相位平均累加器306包括寄存器320，加法器324和平均电路322.在具有作为边缘检测器315的上升沿检测器的某些实施方式中，当上升沿由边缘检测器315和控制电路316检测到的信号相应地发出相位平均的信号，寄存器320和加法器324可以相加和存储来自相位累加器211的累加相位值。然后，平均电路322可以取平均值在检测到拍频信号的边缘时累积的特定数量的相位。在一些配置中，平均电路322可用一个或多个移位寄存器来实施，且待平均的相位数目可为2N，其中N为正整数。使用移位寄存器提供计算高效的相位平均。在其他实施方式中，可以使用来自边缘检测器的下降沿而不是上升沿来完成类似的计算。
在所示的实施例中，控制电路316可以向AND门318输出信号，AND门318的输出控制相位平均累加器306的相位平均的定时。此外，所示实施例中的控制电路316可以产生控制信号，用于控制何时可以将从相位平均累加器306产生的平均累加相位施加到数字调制器211以调整相位。在控制电路316中实现的控制逻辑可以另外向用户提供用于选择何时执行相位同步校准的接口。在一个实施例中，控制电路316被实现为微处理器的外围数字逻辑。控制逻辑可以提供给标准处理器总线，允许处理器通过向包含在控制电路316内的寄存器发送命令来控制何时开始相位同步。在控制电路316中实现的控制逻辑可以另外包含允许规范本文公开的相位同步的各种参数。在一个实施例中，寄存器存在于控制电路316中，用于指定在执行相位调整之前对差拍信号的样本进行平均。
在其他实施例中，调整电路214的至少一些操作，例如由相位平均累加器306完成的平均，可以与用于传输校准的数据收集同时运行。在这样的实施例中，不仅当检测到差拍信号的边缘时，寄存器320可以在基带频率fBB而不是与门318的输出运行以与数据采集同时执行平均。在其中发射校准数据在收集之后保持为I/Q格式的某些实施方案中，由当前运行的相位平均累加器执行的观察到的相位平均可用于执行额外校准，例如在发射校准数据之前提供相位旋转附加过程和计算。
在这样的实施例中，由相位平均累加器产生的相位调整值可以用于调整包括直流(DC)累积，自相关和互相关的累积观测数据的相位。可能有利的是实现如本文所公开的相位调整电路，因为校准可以更快地执行，因为其允许用于发送校准的数据收集不需要等待直到相位调整完成。
尽管已经提供了用于RF通信和数字调制器的等式的一个示例，但是其他等式也是可能的。例如，等式可以随应用和/或实现而变化。
数字调制器210和相位调整电路214的额外细节可如先前所描述。
本公开的各方面可以在各种电子设备中实现。电子设备的示例可以包括但不限于消费电子产品，消费电子产品的部件，电子测试设备，车辆电子系统等。电子设备的示例可以包括但不限于计算设备，通信设备，电子家用电器，汽车电子系统等。此外，电子设备可以包括未完成的产品。
除非上下文明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”，“包括”，“包括”，“包括”等应以包括的意义来解释，排他性或穷举性；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。此外，当在本申请中使用时，词语“本文”，“上方”，“下方”和类似含义的词语将指代应用作为整体，而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，在上面的使用单数或复数的某些实施例的具体实施方式中的单词也可以分别包括复数或单数。在上下文允许的情况下，涉及两个或更多个项目的列表的词语“或”旨在覆盖该词语的所有以下解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目，以及列表中的项目的任何组合。
此外，本文中使用的条件语言，诸如“可以”，“可能”，“可能”，“可以”，“例如”“例如”，“诸如”等等之类的除其他之外，特定地另外说明或在所使用的上下文中另外理解，通常旨在表达某些实施例包括某些特征，元件和/或状态，而其他实施例不包括某些特征，元件和/或状态。以任何方式需要一个或多个实施例的特征，元件和/或状态，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定是否包括这些特征，元件和/或状态的逻辑，将在任何特定实施例中执行。
前述描述和权利要求可以将元件或特征称为“连接”或“耦合”在一起。如本文所使用的，除非另有明确说明，“连接”是指一个元件/特征直接或间接连接到另一元件/特征，并且不一定机械地。同样，除非另有明确说明，“耦合”是指一个元件/特征直接或间接耦合到另一元件/特征，并且不一定机械地耦合。因此，虽然附图中所示的各种示意图描绘了元件和组件的示例布置，但是在实际实施例中可以存在额外的中间元件，设备，特征或组件(假设所描绘的电路的功能不受不利影响)。
如本文所使用的，术语“确定”包括各种各样的动作。例如，“确定”可以包括计算，计算，处理，导出，调查，查找(例如，在表，数据库或另一数据结构中查找)，确定等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)，访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析，选择，选择，建立等。此外，如本文所使用的“信道宽度”在某些方面可以包括或者也可以被称为带宽。
上述方法的各种操作可以由能够执行操作的任何合适的装置来执行，诸如各种硬件和/或软件组件，电路和/或模块。通常，图中所示的任何操作可以由能够执行操作的相应功能装置来执行。
结合本公开描述的各种说明性逻辑块，模块和电路可以用通用处理器，数字信号处理器(DSP)，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列信号(FPGA)或其它可编程逻辑器件(PLD)，离散门或晶体管逻辑，离散硬件组件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何商业上可获得的处理器，控制器，微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器结合DSP内核或任何其它这样的配置。
本文公开的方法包括用于实现所描述的方法的一个或多个操作或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非指定操作或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求的范围的情况下，可以修改特定操作和/或动作的顺序和/或使用。
应当理解，实现方式不限于上面所示的精确配置和组件。在不脱离实施方式的范围的情况下，可以对上述方法和装置的布置，操作和细节进行各种修改，改变和变化。
尽管已经根据某些实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员显而易见的其它实施例(包括不提供本文所阐述的所有特征和优点的实施例)也在本发明的范围内。此外，上述各种实施例可以组合以提供另外的实施例。另外，在一个实施例的上下文中示出的某些特征也可以并入其他实施例中。

Claims (19)

1.一种收发器校准的方法，包括：
产生第一频率的发射本地振荡器信号；
产生与所述第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号；
基于所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号而产生差拍信号；
基于所述差拍信号生成相位调整值；以及
基于所述相位调整值来调整数字调制器，以实现所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述相位调整值进一步包括使用低通滤波器对所述差拍信号进行低通滤波，且基于使用采样电路对所述经低通滤波的差拍信号进行采样来产生所述相位调整值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用所述采样电路的所述采样是在所述差拍信号的频率的至少两倍的基带频率进行的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述相位调整值包括：
检测所述差拍信号的多个边缘以产生相位调整控制信号；和
基于所述相位调整控制信号对多个相位累加器值进行平均以产生所述相位调整值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用数字异或XOR门执行混合第一本地振荡器信号和第二本地振荡器信号。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括使用数字调制器来补偿所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号之间的频率差。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用发射信道的发射混频器来混合发射信号和所述发射本地振荡器信号；
从所述发射信道产生观察信号；
使用观察信道的观察混频器来混合所述观察信号和所述观察本地振荡器信号；和
基于所述相位调整值来调整来自所述观察信道的累积的观察数据的相位。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在生成所述相位调整值时同时收集所述累积的观察数据。
9.根据权利要求7所述的方法，其中调整所述累积的观察数据的相位包括补偿以下至少之一中的相移：
直流(DC)积累；
自相关；或
互相关。
10.一种收发器校准的方法，包括：
产生发射信道的第一频率的发射本地振荡器信号；
产生观察信道的与所述第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号；
基于所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号而产生差拍信号；
基于所述差拍信号生成相位调整值，以及
基于所述相位调整值来调整来自所述观察通道的累积的观察数据的相位，以实现所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
11.一种收发器，包括：
发射信道，所述发射信道包括发射本地振荡器，所述发射本地振荡器被配置为产生第一频率的发射本地振荡器信号；
观察信道，所述观察信道包括观察本地振荡器，所述观察本地振荡器被配置为产生与所述第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号；和
相位调整电路，所述相位调整电路被配置为基于所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号而产生差拍信号，其中所述相位调整电路进一步被配置为基于所述差拍信号产生相位调整值，
其中所述相位调整电路进一步被配置为基于所述相位调整值来调整来自所述观察信道的累积的观察数据的相位，以实现所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号之间的期望相位关系。
12.根据权利要求11所述的收发器，其中，所述发射信道进一步包括发射混频器，所述发射混频器被配置为混合所述发射本地振荡器信号和发射信号，其中所述观察信道进一步被配置为混合所述观察本地振荡器信号和产生自所述发射信道的观察信号。
13.根据权利要求11所述的收发器，其中，所述相位调整电路包括低通滤波器和采样电路，以及所述相位调整电路被配置为基于使用所述低通滤波器对所述差拍信号低通滤波以产生经滤波的差拍信号和使用所述采样电路数字对所述经滤波的差拍信号采样来产生所述相位调整值。
14.根据权利要求11所述的收发器，还包括数字调制器，所述数字调制器被配置为补偿所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器信号之间的频率差，其中，基于所述相位调整值来调整所述数字调制器。
15.根据权利要求11所述的收发器，其中，所述累积的观察数据的相位被调整为补偿以下至少之一中的相移：
直流(DC)积累；
自相关；或
互相关。
16.根据权利要求11所述的收发器，其中所述相位调整电路包括：
差拍信号发生器，所述差拍信号发生器被配置为产生具有分别基于所述发射本地振荡器信号和所述观察本地振荡器之间的频率差和相位差的频率和相位的所述差拍信号；
边缘检测器，所述边缘检测器被配置为检测所述差拍信号的多个边缘以产生相位调整控制信号；和
相位平均累加器，所述相位平均累加器被配置为基于所述相位调整控制信号对多个相位累加器值进行平均以产生所述相位调整值。
17.根据权利要求16所述的收发器，其中，所述差拍信号发生器包括数字异或XOR门，所述数字异或XOR门包括接收所述发射本地振荡器信号的第一输入和接收所述观察本地振荡器信号的第二输入。
18.根据权利要求17所述的收发器，其中，所述差拍信号发生器还包括低通滤波器以及采样器，所述低通滤波器包括电连接到所述XOR门的输出的输入，所述采样器包括电连接到所述低通滤波器的输出的输入。
19.根据权利要求18所述的收发器，其中，所述采样器在至少是所述差拍信号的频率的两倍的基带频率下运行。
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