CN108736913A - 零中频收发芯片的直流分量的校准方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法及系统，该校准方法包括以下步骤：S1、得到直流分量自动校准值IN和QN，并将其存储；S3、获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量自动检测值并将其存储；S5、处理器将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较，判断是否满足要求；S71、以直流分量自动校准值IN和QN为基础，以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN，得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇；S73、重新获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量手动检测值并将其存储；S75、处理器将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较，判断是否满足要求。本发明校准精度高，实用性强。

Description

零中频收发芯片的直流分量的校准方法及系统
【技术领域】
本发明涉及移动通信技术领域，尤其是涉及一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法及系统。
【背景技术】
在无线通信系统中，零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已经成为射频接收机中最具竞争力的一种结构。
零中频接收机的基本工作原理是：射频信号和与其载波频率相同的本振，经过一次下变频直接变频至零中频，然后经过放大和低通滤波提取出零中频信号内的有用信号。
与传统的超外差接收机相比，零中频接收机的射频信号没有镜像频率，不需要镜像抑制滤波器。变频后的基频信号在低频(一般低于10kHz)，放大电路使用普通的运算放大器即可，滤波器的设计也更加简单，对ADC(模拟数字转换器)的精度和采样率的要求也有所降低。这样大大降低了接收机设计的要求，同时体积和功耗也显著降低。
但是零中频接收机在使用时会产生射频直流分量。零中频接收机所产生的射频直流分量将会恶化信号质量，甚至于有可能使后级饱和，因此直流分量的校准是零中频接收机的关键。
射频直流分量的大小主要受接收通路增益、衰落条件、环境温度和接收频率(对调频接收机)等因素的影响。
现有集成零中频收发芯片通常都提供了直流分量自动校准功能，但是其指标都不高，难以满足运营商对设备的性能要求，也提供了手动校准办法，但是操作复杂同时不能随着条件变化而变化，实用性很差。
因此，亟需一种高性能的校准方法及系统，以解决上述的技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法及系统，操作简单，校准精度高，实用性强。
本发明的第一方面提供一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法，包括以下步骤：S1、通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN和QN，并将其存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器；S3、获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量自动检测值并将其存储到现场可编程门阵列的直流分量检测寄存器；S5、处理器将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束；否则，流程进入循环调整步骤S7；所述循环调整步骤S7包括循环执行的以下步骤：S71、进入手动校准模式，以直流分量自动校准值IN和QN为基础，以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN，得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇；S73、重新获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量手动检测值并将其存储到现场可编程门阵列的直流分量检测寄存器；S75、处理器将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束；否则，流程进入步骤S71。
进一步地，所述循环调整步骤S7还存储每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇以及直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果；所述步骤S75中在进入步骤S71之前，还包括：S77、判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围，如均未超出预设范围，则流程进入步骤S71；否则流程进入步骤S79；S79、根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器，然后流程结束。
进一步地，所述预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。
进一步地，所述预设的变量幅度是±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。
进一步地，还包括步骤S9，通过处理器检测系统的相关条件是否发生变化，若检测到相关条件发生变化，则重复步骤S1-S7；所述相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
本发明的第二方面提供一种零中频收发芯片的直流分量的校准系统，包括零中频收发芯片、与零中频收发芯片双向通信的现场可编程门阵列、与零中频收发芯片及现场可编程门阵列双向通信的处理器以及用于位于系统的靠近天线位置的出口的反馈点；所述反馈点用于检测所述零中频收发芯片输出的直流分量；所述零中频收发芯片具有直流分量校准寄存器，零中频收发芯片用于通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN和QN以及用于通过手动校准模式以直流分量自动校准值IN和QN为基础并以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇，所述直流分量校准寄存器用于存储直流分量自动校准值IN和QN；所述现场可编程门阵列具有直流分量检测寄存器，现场可编程门阵列用于根据反馈点的直流分量计算出直流分量自动检测值或直流分量手动检测值，所述直流分量检测寄存器用于存储直流分量自动检测值和直流分量手动检测值；所述处理器具有外围存储器，处理器用于将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量自动检测值是否满足要求以及用于将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量手动检测值是否满足要求；所述外围存储器用于存储预设的直流分量门限。
进一步地，所述处理器还用于将每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器；所述直流分量校准寄存器还用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇；所述外围存储器还用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果；所述处理器还用于判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围以及还用于根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器。
进一步地，所述预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。
进一步地，所述预设的变量幅度是指±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。
进一步地，所述处理器还用于检测系统的相关条件是否发生变化，所述相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
本发明的校准方法，操作简单，校准精度高，性能高，满足了运营商对设备的性能要求，同时能随着相关条件的变化而变化，实用性强。
【附图说明】
图1为本发明一实施例提供的一种零中频收发芯片的直流分量的校准系统的框图示意图；
图2是图1所示系统的校准方法的流程示意图；
图3是图2所示步骤S7的流程示意图；
图4是图2所示校准方法的流程原理示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
参考图1，本发明提供的一种零中频收发芯片的直流分量的校准系统，包括零中频收发芯片10、与零中频收发芯片10双向通信的现场可编程门阵列FPGA11、与现场可编程门阵列FPGA 11及零中频收发芯片10双向通信的ARM处理器12、与零中频收发芯片10通信连接的接收通道和发射通道。其中，接收通道包括顺次连接的低噪声放大器LNA 16和接收链路RX1 13，具体地，低噪声放大器LNA 16的输出端连接到接收链路RX1 13，接收链路RX1 13的输出端连接到零中频收发芯片10。发射通道包括发射链路TX1 14和功率放大器PA 17，具体地，零中频收发芯片10的输出端连接到发射链路TX1 14，发射链路TX1 14的输出端连接到功率放大器PA 17。该系统还包括接收链路RX2 15，接收链路RX2 15的输入端连接到功率放大器PA 17的输出端，接收链路RX2 15的输出端连接到零中频收发芯片10。功率放大器PA17与接收链路RX2 15的连接处18为出口，靠近天线(图中未显示)。本说明书和权利要求书中，将系统的靠近天线位置的出口18作为反馈点，通过反馈点检测零中频收发芯片10输出的直流分量，相对传统的校准方法，校准反馈效果比较良好。
反馈点用于检测零中频收发芯片10输出的直流分量。
零中频收发芯片10具有直流分量校准寄存器，零中频收发芯片10具有自动校准功能和手动校准功能，零中频收发芯片10用于通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN(同向分量)和QN(正交分量)以及用于通过手动校准模式以直流分量自动校准值IN和QN为基础并以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇，直流分量校准寄存器用于存储直流分量校准值IN和QN、用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇以及用于存储最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇。
接收链路RX2 15用于获取反馈点检测的直流分量并将检测的直流分量传递给零中频收发芯片10，并最终传递给现场可编程门阵列FPGA 11。
现场可编程门阵列FPGA 11具有直流分量检测寄存器，现场可编程门阵列FPGA 11用于根据接收到的反馈点的直流分量计算出直流分量自动检测值或直流分量手动检测值，直流分量检测寄存器用于存储直流分量自动检测值和直流分量手动检测值。
ARM处理器12具有外围存储器，在自动校准模式中，ARM处理器12用于读取现场可编程门阵列FPGA 11的直流分量校准寄存器保存的直流分量自动检测值，将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量自动检测值是否满足要求，在手动校准模式中，ARM处理器12用于读取现场可编程门阵列FPGA 11的直流分量校准寄存器保存的直流分量手动检测值，将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量手动检测值是否满足要求。外围存储器用于存储预设的直流分量门限。预设的直流分量门限可根据实际情况进行设定。
在手动校准模式中，ARM处理器12还用于将每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器，以及用于判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围，以及用于将所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器。外围存储器还用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果。
ARM处理器12还用于检测系统的相关条件是否发生变化。该相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
本实施例中，预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。预设的变量幅度是±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。可以理解的，预设的变量幅度也可以是其他，例如±1。
参考图2至图4，本发明提供的一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法，包括以下步骤：
S1、打开零中频收发芯片10的自动校准功能，进入零中频收发芯片10的自动校准模式，通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN和QN，并将其存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器。。
S3、自动校准完成后，通过反馈点检测零中频收发芯片10输出的直流分量，通过接收链路RX2 15将反馈点的直流分量传递给零中频收发芯片10，并最终传递给现场可编程门阵列FPGA 11，从而获取到反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列FPGA 11计算出直流分量自动检测值并将其存储到现场可编程门阵列FPGA 11的直流分量检测寄存器。该反馈点处检测的直流分量，相对传统的校准方法，校准反馈效果比较良好。
S5、通过ARM处理器12读取直流分量检测寄存器的直流分量自动检测值，将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较，判断直流分量自动检测值是否满足要求，若满足要求，则流程结束，校准即完成。若不满足要求，则流程进入循环调整步骤S7，即手动校准步骤。通过ARM处理器12读取直流分量自动校准值IN和QN并将其存储到外围存储器。
所述循环调整步骤S7包括循环执行的以下步骤：
S71、退出零中频收发芯片10的自动校准模式，进入零中频收发芯片10的手动校准模式，以直流分量自动校准值IN和QN为基础，以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN，得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇，通过ARM处理器12将直流分量手动校准值IN＇和QN＇存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器。
S73、通过反馈点重新检测零中频收发芯片10输出的直流分量，通过接收链路RX215重新将反馈点的直流分量传递给零中频收发芯片10，并最终传递给现场可编程门阵列FPGA 11，从而重新获取到反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列FPGA 11计算出直流分量手动检测值并将其存储到现场可编程门阵列FPGA 11的直流分量检测寄存器。
S75、通过ARM处理器12读取直流分量检测寄存器的直流分量手动检测值，将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束，校准即完成；否则，流程进入步骤S77。
S77、通过ARM处理器12判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围，如均未超出预设范围，则流程进入步骤S71；如均超出预设范围则流程进入步骤S79。
S79、通过ARM处理器12根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器，然后流程结束，校准即完成。
本发明的校准方法还包括步骤S9、通过ARM处理器12检测系统的相关条件是否发生变化，若检测到相关条件发生变化，则重复步骤S1-S7，即重新校准。该相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
本发明的循环调整步骤S7通过ARM处理器12将每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器以及通过外围存储器存储每一次循环执行得到的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果。
通过该种校准方法，操作简单，校准精度高，性能高，满足了运营商对设备的性能要求，同时能随着相关条件的变化而变化，实用性强。
本实施例的预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。预设的变量幅度是±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。
下面以预设范围是IN±5及QN±5、预设的变量幅度是±0.5对本发明的循环调整步骤S7进行详细的说明。
S71、退出零中频收发芯片10的自动校准模式，进入零中频收发芯片10的手动校准模式，以直流分量自动校准值IN和QN为基础，以预设的变量幅度改变直流分量自动校准值IN和QN，得到直流分量手动校准值IN±0.5(即IN＇)和QN±0.5(即QN＇)，通过ARM处理器12将直流分量手动校准值IN±0.5和QN±0.5存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器。
S73、通过反馈点重新检测零中频收发芯片10输出的直流分量，通过接收链路RX215重新将反馈点的直流分量传递给零中频收发芯片10，并最终传递给现场可编程门阵列FPGA 11，从而重新获取到反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列FPGA 11计算出直流分量手动检测值并将其存储到现场可编程门阵列FPGA 11的直流分量检测寄存器。
S75、通过ARM处理器12读取直流分量检测寄存器的直流分量手动检测值，将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束，校准即完成；否则，流程进入步骤S77。
S77、通过ARM处理器12判断直流分量手动校准值IN±0.5和QN±0.5是否超出了预设范围，即是否超出了预设范围IN±5及QN±5，如均未超出预设范围，则流程进入步骤S71，以直流分量手动校准值IN±0.5和QN±0.5为基础重新以预设的变量幅度改变直流分量手动校准值IN±0.5和QN±0.5，得到直流分量手动校准值IN±1和QN±1，重新进行步骤S73-S75，若满足要求，则流程结束，校准即完成，若仍不满足要求，则继续循环执行步骤S71-S77，直到得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇满足要求为止，若超出预设范围IN±5及QN±5后，得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇仍不满足要求，则流程进入步骤S79。
S79、通过ARM处理器12根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片10的直流分量校准寄存器，然后流程结束，校准即完成。
在其他的预设范围比如IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1以及在其他的预设的变量幅度比如是±0.1、±0.2、±0.3或者±0.4的手动校准步骤，与预设范围IN±5及QN±5、预设的变量幅度是±0.5的手动校准步骤相同，这里不再赘述。
以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如对各个实施例中的不同特征进行组合等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种零中频收发芯片的直流分量的校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN和QN，并将其存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器；
S3、获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量自动检测值并将其存储到现场可编程门阵列的直流分量检测寄存器；
S5、处理器将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束；否则，流程进入循环调整步骤S7；
所述循环调整步骤S7包括循环执行的以下步骤：
S71、进入手动校准模式，以直流分量自动校准值IN和QN为基础，以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN，得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇；
S73、重新获取反馈点的直流分量，通过现场可编程门阵列计算出直流分量手动检测值并将其存储到现场可编程门阵列的直流分量检测寄存器；
S75、处理器将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较，若满足要求则流程结束；否则，流程进入步骤S71。
2.根据权利要求1所述的零中频收发芯片的直流分量的校准方法，其特征在于：
所述循环调整步骤S7还存储每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇以及直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果；
所述步骤S75中在进入步骤S71之前，还包括：S77、判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围，如均未超出预设范围，则流程进入步骤S71；否则流程进入步骤S79；
S79、根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器，然后流程结束。
3.根据权利要求2所述的零中频收发芯片的直流分量的校准方法，其特征在于：所述预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。
4.根据权利要求2所述的零中频收发芯片的直流分量的校准方法，其特征在于：所述预设的变量幅度是±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。
5.根据权利要求2所述的零中频收发芯片的直流分量的校准方法，其特征在于：还包括步骤S9，通过处理器检测系统的相关条件是否发生变化，若检测到相关条件发生变化，则重复步骤S1-S7；所述相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
6.一种零中频收发芯片的直流分量的校准系统，其特征在于：包括零中频收发芯片、与零中频收发芯片双向通信的现场可编程门阵列、与零中频收发芯片及现场可编程门阵列双向通信的处理器以及用于位于系统的靠近天线位置的出口的反馈点；
所述反馈点用于检测所述零中频收发芯片输出的直流分量；
所述零中频收发芯片具有直流分量校准寄存器，零中频收发芯片用于通过自动校准模式得到直流分量自动校准值IN和QN以及用于通过手动校准模式以直流分量自动校准值IN和QN为基础并以预设的变量幅度逐渐改变直流分量自动校准值IN和QN得到直流分量手动校准值IN＇和QN＇，所述直流分量校准寄存器用于存储直流分量自动校准值IN和QN；
所述现场可编程门阵列具有直流分量检测寄存器，现场可编程门阵列用于根据反馈点的直流分量计算出直流分量自动检测值或直流分量手动检测值，所述直流分量检测寄存器用于存储直流分量自动检测值和直流分量手动检测值；
所述处理器具有外围存储器，处理器用于将直流分量自动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量自动检测值是否满足要求以及用于将直流分量手动检测值与预设的直流分量门限进行比较并判断直流分量手动检测值是否满足要求；所述外围存储器用于存储预设的直流分量门限。
7.根据权利要求6所述的零中频收发芯片的直流分量的校准系统，其特征在于：所述处理器还用于将每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器；所述直流分量校准寄存器还用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动校准值IN＇和QN＇；所述外围存储器还用于存储每一次循环执行得到的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果；
所述处理器还用于判断直流分量手动校准值IN＇和QN＇是否超出了预设范围以及还用于根据所存储的直流分量手动检测值与预设的直流分量门限的比较结果挑选出最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇，并将最优的直流分量手动校准值IN＇和QN＇重新存储到零中频收发芯片的直流分量校准寄存器。
8.根据权利要求7所述的零中频收发芯片的直流分量的校准系统，其特征在于：所述预设范围是IN±5及QN±5、IN±4及QN±4、IN±3及QN±3、IN±2及QN±2、或者IN±1及QN±1。
9.根据权利要求7所述的零中频收发芯片的直流分量的校准系统，其特征在于：所述预设的变量幅度是指±0.1、±0.2、±0.3、±0.4或者±0.5。
10.根据权利要求6所述的零中频收发芯片的直流分量的校准系统，其特征在于：所述处理器还用于检测系统的相关条件是否发生变化，所述相关条件包括接收通路增益、衰落条件、环境温度以及接收频率。
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