CN108155956B - 用于射频信号路径校准的设备、系统和方法 - Google Patents

用于射频信号路径校准的设备、系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108155956B
CN108155956B CN201711262938.0A CN201711262938A CN108155956B CN 108155956 B CN108155956 B CN 108155956B CN 201711262938 A CN201711262938 A CN 201711262938A CN 108155956 B CN108155956 B CN 108155956B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
devices
calibration
transmit
receive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711262938.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108155956A (zh
Inventor
S·维霍维克
I·斯威尔克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN108155956A publication Critical patent/CN108155956A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108155956B publication Critical patent/CN108155956B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H04B17/14—Monitoring; Testing of transmitters for calibration of the whole transmission and reception path, e.g. self-test loop-back
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/0082—Monitoring; Testing using service channels; using auxiliary channels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/10—Monitoring; Testing of transmitters
    • H04B17/11—Monitoring; Testing of transmitters for calibration
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/20—Monitoring; Testing of receivers
    • H04B17/21—Monitoring; Testing of receivers for calibration; for correcting measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2682—Time delay steered arrays
    • H01Q3/2694—Time delay steered arrays using also variable phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/28—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the amplitude
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K2005/00013—Delay, i.e. output pulse is delayed after input pulse and pulse length of output pulse is dependent on pulse length of input pulse
    • H03K2005/00019—Variable delay
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本文公开了用于射频信号路径校准的设备、系统和方法。设备可以包括时钟输入端子(15)、耦合到时钟输入端子的可变延迟电路(12)和测试端子(14)、以及耦合到可变延迟电路的参考信号发生器(13)。

Description

用于射频信号路径校准的设备、系统和方法
技术领域
本申请总体上涉及用于射频(RF)信号路径的校准的设备、系统和方法。
背景技术
相控阵发射/接收系统针对诸如广播、雷达、空间探测通信、气象研究、光学、RF识别系统和触觉反馈系统等很多应用来说是期望的。这样的系统还可以用于无线吉比特(WiGig)或其他消费者无线系统中的手势感测、通信回程和高速路由。
相控阵是其中在天线上发射的多个信号的相对相位和幅度可以被调节的天线阵列。这个调节可以在模数转换或数模转换等之前或之后在系统和设备的各个部分中执行，例如RF、中频(IF)或基带(BB)部分。通过适当的调节，阵列的有效辐射模式可以以期望的方式形成，这也被称为波束成形。辐射模式的这种波束成形由于由天线阵列的每个天线发射的信号之间的相长和相消干涉而发生。通过可调节的相位和幅度关系，可以执行所谓的波束控制，即，可以修改辐射模式。接收可以以类似的方式进行，从而提供对特定辐射模式(例如来自特定方向的辐射)敏感的接收。
一种类型的相控阵是动态相控阵。在动态相控阵中，向天线提供信号的每个信号路径包含可调移相器，并且这些可调移相器可以例如共同地用于移动波束。而且，信号路径可以包括可调节放大器，其提供进一步的调节可能性。
例如由于工艺变化或温度变化，这样的可调节的移相器和/或放大器可能表现出其行为的变化。这会影响生成或接收的辐射模式的精度，以及/或者可能影响波束控制的精度。因此，信号路径的相位校准是期望的。
在Ignac等人的IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、第1期第60卷、2012年1月中讨论了单个芯片上的各种信号路径的校准方法。在一些相控阵中，天线的数目超过了在单个芯片上设置的信号路径的数目(例如，几百个到几万个天线)。因此，目的是针对设置在不同芯片上的信号路径提供校准可能性。
发明内容
提供了如权利要求1所定义的设备和如权利要求16或19所定义的方法。从属权利要求限定了进一步的实施例以及包括这样的设备的系统。
根据实施例，提供了一种射频RF设备，其包括：
时钟输入端子，
可变延迟电路，其中可变延迟电路的输入耦合到时钟输入端子，
测试端子，其中测试端子耦合到延迟电路的输出，
参考信号发生器，其耦合到延迟电路的输出并且被配置为基于在时钟输入端子处接收的通过可变延迟电路被延迟的时钟信号来生成参考信号；以及
RF电路，其被配置为接收参考信号。
根据另外的实施例，提供了一种系统，其包括：
多个如上所述的设备，以及
时钟发生器，其中时钟发生器与多个设备的至少子集的时钟输入端子耦合，
其中多个设备的子集的可变延迟电路被设置为补偿由于时钟发生器与设备子集之间的不同的耦合长度而导致的延迟变化。
根据另一实施例，提供了一种方法，其包括：
断开除了待校准的发射路径和/或接收路径之外的发射路径和/或接收路径，
基于经由可变延迟提供的参考信号来执行校准测量，以及
对于多个待校准的发射和/或接收路径重复校准。
根据另一实施例，提供了一种方法，其包括：
以时分双工方案操作相控天线阵列，
在时分双工方案的发射信号与接收信号之间的时间间隙中校准发射路径或接收路径中的至少一项。
以上“发明内容”仅旨在给出对一些实施例的一些方面的简要概述，而不应当被解释为限制。
附图说明
图1是根据实施例的设备的框图。
图2示出了在一些实施例中可用的RF电路。
图3示出了根据实施例的系统的一些元件。
图4是根据实施例的设备的详细框图。
图5是示出根据实施例的系统中的发射校准的图。
图6是示出根据实施例的系统中的接收校准的图。
图7示出了可以使用一些实施例来补偿的不同PLL中的相位差。
图8是示出根据实施例的方法的流程图。
图9是示出根据一些实施例的在操作期间的校准的图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例通过仅示例的方式被给出，而不应当被解释为限制。例如，虽然可以描述包括很多特征或元件的实施例，但是在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略，以及/或者可以被替换为替代的特征或元件。而且，除了明确地在附图中示出或在本文中描述的特征或元件之外，可以设置另外的特征或元件，例如传统上用于相控阵的特征或元件。
在一些实施例中，RF设备(例如，相控阵设备)设置有耦合到可变延迟的时钟输入。通过调节不同RF设备的可变延迟，可以补偿传送到不同RF设备的不同时钟信号，这在一些实施例中能够遍及多个设备实现校准。每个这样的设备可以设置在单独的芯片或芯片管芯上。
如本文中使用的术语“可变延迟”可以例如是指施加到信号的相移，其可以被看作是信号的完整周期(360°)的部分的延迟。
现在转到附图，图1示出了根据实施例的射频(RF)设备的示意性框图。RF设备10可以在单个芯片上实现和/或可以设置在单个芯片封装件中。在其他实施例中，可以在单个芯片封装件中设置多个设备10。在一些实施例中，RF设备10可以耦合到天线阵列以实施相控阵系统。在一些实施例中，可以在相控阵系统中使用多个设备10，每个设备10耦合到天线阵列的天线的子集。RF设备10包括用于提供期望的RF功能的RF电路11。在一些实施例中，如将在下面更详细地描述，RF设备11可以包括移相器和/或放大器，例如可调节放大器，以提供相控阵功能。
RF设备10还包括用于接收时钟信号clk的时钟输入端子15。端子15与可变延迟元件12的输入耦合。可变延迟元件12可以以任何传统方式实现，例如通过使用可变反相器链、用作延迟元件的单独的反相器、或者作为移相器。可变延迟元件12的输出耦合到从设备10外部可访问的测试端子14以及耦合到参考信号发生器13。参考信号发生器13基于由可变延迟电路12输出的经延迟的时钟信号来生成具有期望频率的参考信号ref。为了生成ref，参考信号发生器13例如可以包括锁相环(PLL)电路，对于该电路，经延迟的时钟信号clk用作参考时钟信号。以这种方式，可以生成具有期望的时钟频率的参考信号ref，其相位与经延迟的时钟信号clk对准。
如稍后将更详细地说明，参考信号ref然后可以被用来校准RF电路11。当通过使用可变延迟电路12将多个设备10包含到单个系统(例如相控阵)中时，用于不同设备10中的参考信号生成的时钟信号可以被对准。为此，如示波器等测量设备可以耦合到多个设备的测试端子14，并且多个设备10的可变延迟12可以被调节直到时钟信号被对准。以这种方式，参考信号也被对准，并且通过使用这些经对准的参考信号ref用于在所有设备10中进行测试，遍及所有设备的校准然后可以被执行。
对设置在单个系统中的多个设备10的可变延迟12的这样的调节可以在制造系统的工厂中执行。以这种方式，具体地，可以补偿从时钟信号clk的公共源到系统的不同设备10的端子15的可变长度的线。
图2示出了示例RF电路20，其可以例如用作图1的电路11或其部分。图1的电路包括M个信号路径，在图2中标为#1到#M。每个信号路径包括可调移相器21和可调放大器装置22。移相器21可以使用任何传统的移相技术来实现，例如信号的加权混频。对于信号发射，每个信号路径接收射频输入信号RFI，相移信号并且放大信号，并且将相应的信号输出O输出到相应的天线。在每个信号路径中，相移和放大可以不同，其可以用于提供波束成形和/或波束控制功能。对于信号接收，信号ant I从多个天线被接收，通过放大器22被放大，以及通过移相器21被相移，然后被组合并且作为信号RF O输出。以这种方式，通过相应地调节放大器22的幅度和移相器21的相移，例如可以实现信号的角度选择性接收或扫描接收。
如最初所解释的，为了提供精确的波束控制或相应的接收功能，必须正确地调节移相器22之间的差。由于工艺或温度变化或其他容差，出现与标称相移值(即，预期值)或与标称放大的变化，其可以通过使用参考信号ref或图1的校准来解决。由于经对准的参考信号ref可以被提供给多个设备10，可以实现不同设备之间的校准。具体地，如图1和图2所示的多个这样的设备可以用于较大的天线阵列。例如，如图2所示，单个设备10可以服务于M个信道，并且通过使用P个这样的设备，可以提供N＝M×P个信道。这在图3中示意性地被示出。
图3示出了根据实施例的系统。图3的系统包括多个设备31、32，其可以如参考图1和图2所讨论地来实现，并且每个设备可以服务于M个天线。通过设置P个这样的设备32，可以服务于天线阵列33的N＝M×P个天线34。
对于发射，调制器/解调器生成调制的RF信号。具体地，RF信号可以例如根据待发射的数据或根据任何其他期望的调制模式来被调制。分配电路31然后将这个信号分配给各个设备32，这些设备32转而利用这个信号的相移和放大版本来驱动天线34。对于接收，信号经由天线34被接收，在设备32中被相移和放大，并且在分配电路31中被组合。组合的信号然后可以在调制器/解调器30中被解调。应当注意，尽管在迄今为止所讨论的实施例中，提供了发射和接收功能，但是在其他实施例中，可以仅提供发射功能或仅提供接收功能。
每个设备32可以在单个芯片或单个芯片管芯上实现，并且可以设置在单独的封装件或单个公共封装件中。利用上面参考图1和图2讨论的技术，为了提供经对准的时钟信号，在一些实施例中，不同设备32之间的校准是可能的。
接着，参考图4，将讨论根据实施例的设备40的更详细的框图。设备40可以被看作是图3的设备32的非限制性的更详细的示例，但是设备32的实现不限于图4所示的实施例。设备40可以集成在单个芯片或芯片管芯上，以及/或者可以设置在单个封装件中。多个设备40可以在系统中被组合，例如如对于图3中的设备32所示。
设备40包括可以耦合到相应天线的多个发射和接收路径。在图4的设备中，示出了四个发射路径和四个接收路径。然而，这不应当被解释为限制，并且通常可以设置M个发射路径和/或M个接收路径。应当注意，在一些实施例中，发射路径的数目也可以不同于接收路径的数目。在一些实施例中，发射路径和接收路径的数目可以受到在单个芯片上集成的可能性的限制。
每个发射路径包括移相器47和功率放大器48，以提供可调节的相移和可调节的放大。每个接收路径包括可调节放大器49(例如，低噪声放大器(LNA))和移相器47。
对于发射，中频信号IF被提供给上变频器/下变频器416，上变频器/下变频器416对于发射将中频信号IF转换成射频(RF)信号，其可以通过放大器415被放大。这样生成的RF信号被提供给功率组合器410，功率组合器410将RF信号分配给发射路径。
对于接收，信号经由接收路径被接收，在功率组合器410中被组合，并且通过下变频器416被下变频成中频信号IF。
此外，设备40包括可以用于测试目的的各种电路部分，如现在将更详细地解释。
图4的设备40包括可变延迟电路41和测试端子42。如已经关于图1说明，可变延迟电路41接收参考时钟信号REF CLK。通过在测试端子42处的可变延迟电路41的输出处分接该信号的延迟版本，在包括多个设备40的系统中，多个设备40中的不同设备40中的可变延迟电路41可以被调节，使得经延迟的参考时钟信号在多个设备40中彼此对准(同相)。可变延迟电路41的输出耦合到电荷泵锁相环(PLL)43，在该示例中为整数电荷泵PLL，其生成具有期望频率的由41指示的信号PHASE REF。该PHASE REF信号通过放大器45、46被放大。
当参考时钟信号通过调节可变延迟电路41来被对准时，所得到的PHASE REF信号也可以在多个设备40上被对准。
对于接收路径测试，接收路径之一被激活，而其他接收路径被去激活，并且由放大器45或46输出的PHASE REF信号经由相应的耦合器411耦合到待测试的接收路径的相应放大器49。PHASE REF信号然后通过待测试的接收路径的放大器49和移相器47被处理，并且经由耦合器414被馈送到正交相位检测器413。相位检测器413将接收到的信号与本地振荡器信号LO相比较以确定相应的接收路径的相位。在图4的实施例中的LO和PHASE REF信号例如借助于整数N锁相环(PLL)43、418来从相同的时钟被导出并且在频率上被同步。以这种方式，可以一个接一个地测量设备40的所有接收路径相对于本地振荡器信号LO的相位，并且因此可以校准接收路径之间的相对相位差。相位检测器413可以是正交相位检测器(QPD)。通过使用正交相位检测器，还可以执行路径之间的相对幅度测量，使得幅度和相位都可以被校准。
为了测试发射信号，基于参考时钟REFCLK和电荷泵PLL 418，在该示例中为整数N电荷泵PLL，如417所示的本地振荡器信号被生成，被设置为期望的频率，并且通过上变频器/下变频器416的有限隔离而被提供给放大器415。然后，从放大器415和功率组合器410，信号被提供给由移相器48和放大器47组成的校准路径。对于测试的输出，发射路径之一被激活，而其他发射路径被禁用(例如，禁用的发射路径的相应的放大器48的放大被设置为零)。激活的发射路径的放大器48的输出然后经由相应的耦合器411耦合到相位检测器412(例如正交相位检测器)的输入，以及分别与由放大器44或46输出的PHASE REF信号相比较。以这种方式，可以测量发射路径的连续相位，以提供校准。
应当注意，不需要进行绝对相位测量，而仅需要校准跨发射路径的相对相位。
为了该校准，可以遍及多个设备40使用经对准的PHASE REF信号。应当注意，在上面讨论的方案中，通过调节可变延迟41，PHASE REF信号可以遍及多个设备被对准，而本地振荡器信号417可以在不同芯片上具有不同的相位。
在另外的实施例中，为了遍及多个设备40校准，设备之一可以被用作上变频器/下变频器，而其余设备被校准。
现在将参考图5讨论这样的发射路径校准。图5示出了根据实施例的使用多个如图4所示的设备40的系统。图5中标记为40A的设备40之一用作上变频器，用于对于发射路径测试提供参考信号。其他设备40，其中的两个设备40，图5中示出的40B-1和40B-2，被测试。
为了清楚起见，并非在图5中示出了设备40的所有元件，一些标签被省略了。因此，当描述图5时，还将参考图4以获得关于各个设备40A、40B-1和40B-2的细节，每个设备可以如对于图4的设备40所示地实现。
在图5中，可以使用传统的振荡器电路来实现的时钟信号发生器54(例如包括锁相环和如石英振荡器等参考振荡器)生成参考时钟信号。参考时钟被提供给设备40A的整数N电荷泵PLL 418以提供本地振荡器信号407，以提供给上变频器/下变频器416用于上变频。此外，参考时钟被提供给设备40B-1和40B-2的可变延迟41。从时钟发生器54到设备40B-1、40B-2的不同路径长度50、51可能引起相位差，这些相位差通过可变延迟电路41被补偿，如前所述。
在图5所示的情况下，设备40B-1的发射路径55被测试，而设备40B-1、40B-2的其余发射路径被去激活。以相同的方式，也连续地测试设备40B-1、40B-2的其他发射路径。在图5中，粗线53大体上示出了用于测试发射路径55的信号路径。中频信号被提供给设备40A的上变频器/下变频器416，并且基于本地振荡器信号417来被上变频。经由设备40A的发射路径56，以及经由连接52，该信号在RF旁路输入(参见图4)处被提供给设备40B-1、40B-2，RF旁路输入旁路设备40B-1、40B-2的上变频器416和放大器415。经由设备40B-1的功率组合器410，信号然后被提供给待测试的发射路径55。发射路径55的输出信号然后经由相应的耦合器411被提供给相位检测器412，以及与设备40B-1的PHASE REF信号45相比较。如已经提到的，由于设备40B-1、40B-2的可变延迟41例如被对准以考虑不同的线路长度50、51，设备40B-1、40B-2中的信号PHASE REF也被对准，从而允许跨设备进行校准。每个整数电荷泵PLL 403是II型PLL，其迫使所有设备40中的所有PHASE REF信号54的平均相位相等，只要使用设备40中的可变延迟41使ref clk信号的相位相等。
接下来，将参考图6讨论接收路径测试。图6示出了与图5所讨论的相同的系统，并且相似的元件具有相同的附图标记并且因此不再讨论。
在图6中，设备40B-1的接收路径62要被测试，并且设备40B-1、40B-2的其余接收路径被去激活。以这种方式，所有接收路径可以被连续地测试。
在这种情况下，设备40A执行相对正交相位测量。
粗线60表示用于测试接收路径62的信号路径。具体地，如前所述使用设备40B-1的可变延迟41生成并且由放大器44输出的经对准的参考信号经由相应的耦合器411被提供给接收路径62。经由设备40B-1的功率组合器410和设备40B-1的RF旁路路径，信号经由线路61(其可以是与图5的线路52相同或分开的线路)经由设备40A的接收路径63和功率组合器410被提供给设备40A的接收路径，信号被提供给正交相位检测器413，其中使用设备40A的本地振荡器信号417作为参考，相对相位和幅度被检测。因此，在这种情况下，设备40A用作信号的接收端，并且其余设备40B-1、40B-2以接收模式被配置。同样，如上所述，通过在先前的校准(例如在工厂处)中使用可变延迟，PHASE REF信号54在所有设备40B-1、40B-2中被对准，可变延迟例如补偿线路的长度差50、51的长度差异。
现在将参考图7更详细地解释图1的设备10的可变延迟12或图4的设备40的可变延迟41的校准。图7可以被看作是一些实施例的概念验证实验的设置。
图7示出了两个锁相环，在这个示例中为整数N锁相环，其可以对应于设备40的锁相环43。第一锁相环包括相位检测器71、低通滤波器(环路滤波器)72、可控振荡器73(例如，压控振荡器VCO)和分频器74，如锁相环路中常见的。第二锁相环包括相位检测器75、低通滤波器(环路滤波器)76、可控振荡器77(例如，VCO)和分频器78。振荡器70生成参考信号，其对应于图4的REF CLK信号或图1的信号clk。
由于从振荡器70到相位检测器71、75的不同长度的线路，由振荡器70生成的参考信号的相位将在相位检测器71和75处不同。这导致在锁相环的锁定状态中的由振荡器73、77生成的信号的未对准、以及由分频器74、78分别输出的分频信号中的相应相位差。这些相位差例如在图7所示的示波器79中是可见的。通过调节从振荡器70到相位检测器71和/或相位检测器75的线路中的延迟电路，例如图4的可变延迟电路41或图1的可变延迟12，可以补偿由于不同的线路长度或其他效应引起的相位差，使得振荡器73、77的输出信号以及因此分频器77、78的输出信号彼此同相，这可以被看作为示波器79上的至少近似相同的波形。因此，通过使用可变延迟电路，不同设备中的锁相环可以被对准。图7的设备的操作表明，两个整数N锁相环输出之间的相对相位是稳定的，并且可以通过向提供给锁相环的时钟信号施加延迟/相移来被设置为0。
图8是示出根据实施例的方法的流程图。为了避免重复并且提供更清楚的理解，将参考如上所述的图4至图6来讨论图8的方法。但是，应当理解，图8的方法也可以在其他系统中实现，如明确描述。而且，在图8的方法中，发射和接收路径二者都被校准。在其他实施例中，可以仅校准发射路径或仅校准接收路径。而且，虽然图8的方法被描述和描绘为一系列行为或事件，但是描述这些动作或事件的顺序不应当被解释为限制。例如，虽然在图8中首先对发射路径进行校准以及然后对接收路径进行校准，但是在其他实施例中，这个顺序可以颠倒。
在执行校准之前，例如在工厂处，如图4的41等可变延迟电路被调节使得所有设备(例如，可以是分离的集成芯片的设备40)可以使用经对准的PHASE REF信号。
对于发射路径的校准过程(参见例如图5)，规则的信号发射被停止，并且用于测试连续波调的信号被提供。在图5的情况下，该连续波调用作提供给设备40A的信号IF。此外，在待校准的设备中，除了待校准的路径(在图5的示例中，发射路径55)之外，所有发射路径都被断开。然后，在82处，例如通过使用如图4的正交相位检测器412等正交相位检测器，执行校准测量，如参考图5所说明和解释。
如83所示，重复这一过程，直到所有发射路径被校准。当所有发射路径被校准时，发射校准完成。在82处的测量结果可以例如在每次测量之后被存储在存储器中，例如以校准表格的形式。
在84处，接收路径的校准开始。在84处，除了待校准的接收路径(图6的示例中的路径62)之外的所有接收路径被断开。在85处，将待测试的接收路径的相应设备的PHASE REF信号被注入到接收路径中，如例如在图6中所示。在86处，对应的校准测量针对相应的接收路径被执行和存储，例如通过图6的设备40A的正交相位检测器413被执行。如87所示，参考84至86所描述的动作被重复，直到所有路径被校准。在88处，在实际的波束成形中应用校准结果。例如，针对特定波束成形应用要设置的相位或幅度可以基于校准结果来被校正。
在一些实施例中，示出的校准可以例如在设备启动时被执行，或者在设备不活动的时段被执行。在其他实施例中，校准也可以在设备的操作期间被执行。在相控阵系统的操作期间的这样的校准如何可以被执行的示例。现在将参考图9来解释在操作期间的这样的校准的示例。为了进一步的解释，还将参考之前讨论的图。
图9示出了在时分双工(TDD)模式中的操作，其中在时分双工(TDD)帧中执行发射，其中的一个TDD帧90在图9中示出。在每个TDD帧期间，部分时间被保留用于发射(图9中的TX开启)，另一部分被保留用于接收(图9中的RX开启)，也如曲线91所示。在图9的示例中，在TX开启时间期间，发射信号92被发射，并且在接收开启时间期间，接收信号93被接收。在发射信号92与接收信号93之间，使用时间间隙TG来清楚地分离信号。在这些时间间隙期间，在一些实施例中执行发射校准和接收校准。例如，在一些实施例中，在发射信号92之后的时间间隙TG期间，如94所示，可以执行发射校准，以及在接收信号93之后的时间间隙中，可以执行接收校准。再次参考图8，例如在实施例中，80在发射信号92之后(在图9中的94处)，以及84在接收信号93之后(即，在图9中的95处)。
应当注意，取决于时间间隙的长度，时间可能不足以在单个时间间隙(即，在94或95处)内校准所有发射路径或所有接收路径。在这种情况下，在一些实施例中，在每个TDD帧期间，可以仅校准部分发射路径或部分接收路径。例如，在第一TDD帧期间，第一L(L是整数)路径可以被校准，在接下的TDD帧期间，接下的L路径等被校准，直到所有路径被校准。这个校准可以定期重复。以这种方式，例如可以补偿在操作期间可能出现的相位差的温度变化。
应当注意，使用发射和接收信号之间的时间间隙以用于校准的图9的概念不仅可以用于之前参考图1至图8概述的校准，而且也可以与其他类型的校准结合使用，例如用于相控阵系统的传统校准技术。
鉴于上面讨论的变化和修改，应当再次强调，所讨论的实施例仅用作示例而不应当被解释为限制。
根据一些实施例，提供以下示例：
示例1.一种射频RF设备，包括：
时钟输入端子(15)，
可变延迟电路(12；41)，其中所述可变延迟电路(12；41)的输入耦合到所述时钟输入端子(15)
测试端子(14)，其中所述测试端子耦合到所述延迟电路(12；41)的输出，
参考信号发生器(13；43)，耦合到所述延迟电路的输出并且被配置为基于在所述时钟输入端子处接收的时钟信号来生成参考信号，所述时钟信号被所述可变延迟电路延迟，以及
RF电路(11)，被配置为接收所述参考信号。
示例2.根据示例1所述的设备，其中所述RF电路(11)包括被配置为基于所述参考信号来执行所述RF电路的校准的内置的校准电路(411、412、413、414)。
示例3.根据示例2所述的设备，其中所述RF电路包括多个发射路径或接收路径中的至少一项，每个发射路径或接收路径包括移相器，其中所述校准电路被配置为校准所述移相器的相移。
示例4.根据示例3所述的设备，其中发射路径或接收路径中的至少一项中的每一个包括可调节放大器，其中所述校准电路被配置为校准所述可调节放大器的幅度。
示例5.根据示例2所述的设备，其中所述校准电路被配置为在时分双工发射的时间间隙中执行校准。
示例6.根据示例的设备，其中所述参考信号发生器(13；43)包括锁相环电路，经延迟的所述时钟信号用作所述锁相环电路的参考时钟。
示例7.根据示例1所述的设备，其中所述RF电路是被配置为耦合到天线阵列的相控阵控制电路。
示例8.根据示例1所述的设备，其中所述设备集成在单个芯片中。
示例9.一种系统，包括：
多个根据示例1至8中任一项所述的设备，以及
时钟发生器(54)，其中所述时钟发生器与所述多个设备的至少子集的时钟输入端子(15)耦合，
其中所述多个设备的所述子集的所述可变延迟电路(12；41)被设置为补偿由于所述时钟发生器与所述多个设备的所述子集之间的不同的耦合长度而导致的延迟变化。
示例10.根据示例9所述的系统，其中所述多个设备中的每个设备包括至少一个发射路径，其中对于发射路径校准，所述系统被配置为将所述多个设备中的第一设备设置为信号源，所述信号源向所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备的发射路径连续地发射测试信号。
示例11.根据示例10所述的系统，其中，所述第一设备包括中频输入和上变频器，并且被配置为对所述中频输入处的中频信号进行上变频并且经由所述测试信号的接收路径之一发射经上变频的中频信号作为所述测试信号。
示例12.根据示例10所述的系统，其中所述多个设备中的其他设备被配置为接收所述测试信号并且向待测试的发射路径提供所述测试信号，并且将所述待测试的发射路径的输出信号与源自于相应芯片的参考信号的设备相比较。
示例13.根据示例9所述的系统，其中所述多个设备中的每个设备包括至少一个接收路径，其中对于接收路径校准，所述系统被配置为将所述多个设备中的第一设备设置为信号接收端，所述信号接收端从所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备的所述接收路径连续地接收校准信号。
示例14.根据示例13所述的系统，其中所述第一设备包括被配置为将所述校准信号与参考信号相比较的相位检测器。
示例15.根据示例13所述的系统，其中所述多个设备中的其他设备被配置为基于所述设备的各自的可变延迟电路的输出来生成测试信号并且向待测试的接收路径提供所述测试信号，并且基于待测试的接收路径的输出来提供校准信号。
示例16.一种方法，包括：
断开除了待校准的发射路径和/或接收路径之外的发射路径和/或接收路径，
基于经由可变延迟提供的参考信号来执行校准测量，以及
对于多个待校准的发射和/或接收路径重复所述校准。
示例17.根据示例16所述的方法，还包括在时分双工发射的时间间隙中执行所述测量。
示例18.根据示例16所述的方法，其中所述方法使用根据示例1至9中任一项所述的设备或者根据示例10至15中任一项所述的系统来执行。
示例19.一种方法，包括：
以时分双工方案操作相控天线阵列，以及
在所述时分双工方案的发射信号与接收信号之间的时间间隙中校准发射路径或接收路径中的至少一项。
示例20.根据示例19所述的方法，还包括在所述时分双工发射的连续帧中连续地校准发射路径或接收路径。

Claims (15)

1.一种射频RF系统，包括：
多个设备，所述多个设备各自包括：
时钟输入端子（15），
可变延迟电路（12；41），其中所述可变延迟电路（12；41）的输入耦合到所述时钟输入端子（15），
测试端子（14），其中所述测试端子耦合到所述可变延迟电路（12；41）的输出，
参考信号发生器（13；43），耦合到所述可变延迟电路的输出并且被配置为基于在所述时钟输入端子处接收的通过所述可变延迟电路被延迟的时钟信号来生成参考信号，以及
RF电路（11），被配置为接收所述参考信号，
其中所述RF电路包括被配置为基于所述参考信号来执行所述RF电路的校准的内置的校准电路（411、412、413、414），
其中所述RF电路包括多个发射路径或接收路径，每个发射路径或接收路径包括移相器，其中所述校准电路被配置为校准所述移相器的相移，
其中所述可变延迟电路与所述移相器分开，并且
其中所述设备集成在单个芯片中；以及
时钟发生器（54），其中所述时钟发生器与所述多个设备中的至少部分设备的时钟输入端子（15）耦合，
其中所述多个设备中的所述部分设备的所述可变延迟电路（12；41）被设置为补偿由于所述时钟发生器与设备中的所述部分设备之间的不同的耦合长度而导致的延迟变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射路径或接收路径中的至少一项中的每一个包括可调节放大器，其中所述校准电路被配置为校准所述可调节放大器的幅度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述校准电路被配置为在时分双工发射的时间间隙中执行校准。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述参考信号发生器（13；43）包括锁相环电路，经延迟的所述时钟信号用作所述锁相环电路的参考时钟。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述RF电路是被配置为耦合到天线阵列的相控阵控制电路。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个设备中的每个设备包括至少一个发射路径，其中对于发射路径校准，所述系统被配置为将所述多个设备中的第一设备设置为信号源，所述信号源向所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备的发射路径连续地发射测试信号。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一设备包括中频输入和上变频器，并且被配置为对所述中频输入处的中频信号进行上变频并且经由所述测试信号的接收路径之一发射经上变频的中频信号作为所述测试信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备被配置为接收所述测试信号并且向待测试的发射路径提供所述测试信号，并且将所述待测试的发射路径的输出信号与相应设备的参考信号相比较。
9.根据权利要求1-3和6-8中任一项所述的系统，其中所述多个设备中的每个设备包括至少一个接收路径，其中对于接收路径校准，所述系统被配置为将所述多个设备中的第一设备设置为信号接收端，所述信号接收端从所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备的所述接收路径连续地接收校准信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一设备还包括功率组合器和相位检测器，所述功率组合器被配置为从所述第一设备的所述接收路径接收经处理的校准信号，并且将经处理的校准信号提供给所述相位检测器，所述相位检测器被配置为将所述功率组合器的输出信号与参考信号进行比较。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个设备中的除了所述第一设备之外的设备被配置为基于所述设备的各自的可变延迟电路的输出来生成测试信号并且向待测试的接收路径提供所述测试信号，并且基于所述待测试的接收路径的输出来提供所述校准信号。
12.一种校准方法，包括：
断开除了待校准的发射路径和/或接收路径之外的发射路径和/或接收路径，
基于经由可变延迟提供的参考信号来执行校准测量，以及
对于多个待校准的发射路径和/或接收路径重复所述校准，
其中所述方法使用根据权利要求1至11中任一项所述的系统来执行。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括在时分双工发射的时间间隙中执行所述测量。
14.一种校准方法，包括：
以时分双工方案操作相控天线阵列，以及
在所述时分双工方案的发射信号与接收信号之间的时间间隙中校准发射路径或接收路径中的至少一项，
其中所述方法使用根据权利要求1至11中任一项所述的系统来执行。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述时分双工发射的连续帧中连续地校准发射路径或接收路径。
CN201711262938.0A 2016-12-05 2017-12-04 用于射频信号路径校准的设备、系统和方法 Active CN108155956B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016123459.1 2016-12-05
DE102016123459.1A DE102016123459B3 (de) 2016-12-05 2016-12-05 Vorrichtung, System und Verfahren zur Hochfrequenzsignalpfadkalibrierung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108155956A CN108155956A (zh) 2018-06-12
CN108155956B true CN108155956B (zh) 2021-10-29

Family

ID=62117714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711262938.0A Active CN108155956B (zh) 2016-12-05 2017-12-04 用于射频信号路径校准的设备、系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10862207B2 (zh)
KR (1) KR20180064314A (zh)
CN (1) CN108155956B (zh)
DE (1) DE102016123459B3 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11228379B1 (en) 2017-06-23 2022-01-18 DeepSig Inc. Radio signal processing network model search
US10903567B2 (en) 2018-06-04 2021-01-26 Infineon Technologies Ag Calibrating a phased array system
CN109633287A (zh) * 2018-12-18 2019-04-16 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种仅利用幅度测量的相控阵快速幅相校准方法
CN109459735A (zh) * 2018-12-18 2019-03-12 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于三相幅度测量的相控阵快速校准方法
JP2022518893A (ja) * 2019-01-18 2022-03-17 ヴィアサット，インコーポレイテッド フェーズドアレイアンテナを較正するためのシステム及び方法
DE102019131677B4 (de) 2019-11-22 2021-07-22 Infineon Technologies Ag Phasenmessung in einem radar-system
US11927983B2 (en) * 2021-12-06 2024-03-12 L3Harris Technologies, Inc. Time synchronization for computational system
CN114784510B (zh) * 2022-04-14 2024-05-24 重庆大学 一种基于锁相环的相控阵移相控制方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5086500A (en) * 1987-08-07 1992-02-04 Tektronix, Inc. Synchronized system by adjusting independently clock signals arriving at a plurality of integrated circuits
US6236697B1 (en) * 1998-05-28 2001-05-22 Integrated Device Technology, Inc. Clock recovery for multiple frequency input data
KR20020044084A (ko) * 2000-12-05 2002-06-14 이데이 노부유끼 위상 동기 루프 회로
CN1830159A (zh) * 2003-07-30 2006-09-06 西门子公司 天线阵列校准装置和方法
KR20080096202A (ko) * 2007-04-27 2008-10-30 삼성전자주식회사 무선통신시스템에서 저출력 증폭을 수행하기 위한 장치 및방법
JP2012237556A (ja) * 2009-10-21 2012-12-06 Hanwa Denshi Kogyo Kk 複数個の各テスト回路を対象とする誤動作検出装置及び当該装置を使用した誤動作検出方法
KR101235087B1 (ko) * 2011-10-17 2013-02-21 엠텍비젼 주식회사 지연 고정 루프를 이용한 송신장치 및 송신 방법
US8754811B1 (en) * 2011-04-08 2014-06-17 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming phased array
KR20150100032A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 삼성전자주식회사 통신 장치에서 위상 차 불일치 캘리브레이션을 위한 장치 및 방법
CN105763269A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 中国电信股份有限公司 用于校准天线的方法、校准信号处理装置和系统
CN105850062A (zh) * 2013-10-29 2016-08-10 亚德诺半导体集团 有源天线系统及测试方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5391996A (en) * 1993-11-19 1995-02-21 General Instrument Corporation Of Delaware Techniques for generating two high frequency signals with a constant phase difference over a wide frequency band
US6356122B2 (en) * 1998-08-05 2002-03-12 Cypress Semiconductor Corp. Clock synthesizer with programmable input-output phase relationship
KR20000031481A (ko) 1998-11-06 2000-06-05 윤종용 클럭신호의 지연을 가변시키는 지연동기루프 및 이를 채용한 반도체 메모리장치
US7233629B2 (en) * 2001-06-29 2007-06-19 Nokia Corporation Adjusting a receiver
DE10149104B4 (de) * 2001-10-05 2005-10-27 Infineon Technologies Ag Halbleiterbaustein zum Verarbeiten von Daten und Verfahren zum Erfassen eines Betriebszustandes
US7336752B2 (en) * 2002-12-31 2008-02-26 Mosaid Technologies Inc. Wide frequency range delay locked loop
JP4492264B2 (ja) * 2004-09-13 2010-06-30 株式会社日立製作所 直交検出器ならびにそれを用いた直交復調器およびサンプリング直交復調器
EP1791277A1 (de) 2005-11-28 2007-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Kalibrierung von Sendepfaden eines Antennensystems
US20120244824A1 (en) * 2007-02-12 2012-09-27 Texas Instruments Incorporated Minimization of rms phase error in a phase locked loop by dithering of a frequency reference
WO2008102246A2 (en) * 2007-02-22 2008-08-28 Agency For Science, Technology And Research An apparatus for generating a plurality of signals
WO2010147515A1 (en) 2009-06-17 2010-12-23 Telefonaktiebolage Lm Eriksson (Publ) A method for antenna calibration in a wideband communication system
US9966661B2 (en) * 2012-08-24 2018-05-08 City University Of Hong Kong Phased array, a coherent source array, an antenna array and a system for controlling thereof
US9733340B2 (en) 2014-11-21 2017-08-15 Texas Instruments Incorporated Techniques for high arrival angle resolution using multiple nano-radars
US10530053B2 (en) 2016-01-13 2020-01-07 Infineon Technologies Ag System and method for measuring a plurality of RF signal paths

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5086500A (en) * 1987-08-07 1992-02-04 Tektronix, Inc. Synchronized system by adjusting independently clock signals arriving at a plurality of integrated circuits
US6236697B1 (en) * 1998-05-28 2001-05-22 Integrated Device Technology, Inc. Clock recovery for multiple frequency input data
KR20020044084A (ko) * 2000-12-05 2002-06-14 이데이 노부유끼 위상 동기 루프 회로
CN1830159A (zh) * 2003-07-30 2006-09-06 西门子公司 天线阵列校准装置和方法
KR20080096202A (ko) * 2007-04-27 2008-10-30 삼성전자주식회사 무선통신시스템에서 저출력 증폭을 수행하기 위한 장치 및방법
JP2012237556A (ja) * 2009-10-21 2012-12-06 Hanwa Denshi Kogyo Kk 複数個の各テスト回路を対象とする誤動作検出装置及び当該装置を使用した誤動作検出方法
US8754811B1 (en) * 2011-04-08 2014-06-17 Lockheed Martin Corporation Digital beamforming phased array
KR101235087B1 (ko) * 2011-10-17 2013-02-21 엠텍비젼 주식회사 지연 고정 루프를 이용한 송신장치 및 송신 방법
CN105850062A (zh) * 2013-10-29 2016-08-10 亚德诺半导体集团 有源天线系统及测试方法
KR20150100032A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 삼성전자주식회사 통신 장치에서 위상 차 불일치 캘리브레이션을 위한 장치 및 방법
CN105763269A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 中国电信股份有限公司 用于校准天线的方法、校准信号处理装置和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN108155956A (zh) 2018-06-12
US20180159219A1 (en) 2018-06-07
US10862207B2 (en) 2020-12-08
DE102016123459B3 (de) 2018-05-30
KR20180064314A (ko) 2018-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108155956B (zh) 用于射频信号路径校准的设备、系统和方法
US9246498B2 (en) Electronic circuit and control method
Cohen et al. A CMOS bidirectional 32-element phased-array transceiver at 60 GHz with LTCC antenna
US9966661B2 (en) Phased array, a coherent source array, an antenna array and a system for controlling thereof
KR101829974B1 (ko) 고속 아날로그 빔형성 시스템 및 방법
US10270583B2 (en) Enabling RX signal path synchronization and alignment signals in a highly integrated TX RFIC
US9998170B2 (en) Active phased array transmitter, active phased array receiver, and active phased array transceiver
US9817106B2 (en) Phased-array transmitter, transceiver, and radar apparatus
EP1979986B1 (en) A receiver arrangement and a transmitter arrangement
US20220085821A1 (en) Phase synchronization apparatus, phase synchronization system, and transceiver apparatus
KR102313253B1 (ko) 무선 주파수 장치 및 대응 방법
KR20180107012A (ko) 개별신호발생기를 이용한 무선 전력 송신 장치 및 방법
US10033083B1 (en) Ka-band waveguide hybrid divider with unequal and arbitrary power output ratio
CN114902493A (zh) 相控阵模块
JP2010273283A (ja) 送受信装置
KR102102416B1 (ko) 무선 주파수 디바이스와 그 대응 방법
He et al. A mm-wave signal generation and background phase alignment technique for scalable arrays
Salarpour et al. A mm-wave MIMO transmitter with a digital beam steering capability using CMOS all-digital phase-locked loop chips
D'Amato et al. An integrated phase shifting frequency synthesizer for active electronically scanned arrays
WO2020167300A1 (en) Method and system for self-alignment of signals in large-scale phased array systems
WO2012008197A1 (ja) 送受信装置
Tang et al. A 2× 2 W-band reference time-shifted phase-locked transmitter array in 65nm CMOS technology

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant