CN108781089B - 用于同时传送和接收的离散时间模拟信号处理 - Google Patents

用于同时传送和接收的离散时间模拟信号处理 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可重构的离散时间模拟信号处理器，所述处理器包括有限脉冲响应(FIR)滤波器，所述滤波器被配置成接收部分RF传送信号，接收FIR系数，并基于部分RF传送信号和FIR系数生成泄漏消除信号，FIR滤波器包括：采样和保持(SH)电路，所述采样和保持电路被配置成接收部分RF传送信号，根据采样时钟在连续采样时间对部分RF传送信号进行采样，并生成采样模拟电压信号；和模拟乘法器，所述模拟乘法器耦合到SH电路并被配置成将采样的模拟电压信号乘以二进制乘法因子以生产泄漏消除信号。

Description

用于同时传送和接收的离散时间模拟信号处理
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明由美国政府根据合同第HR 0011-14-C-0002号提供支持。美国政府在本发明中拥有特定权利。
技术领域
本发明的实施例涉及用于自干扰和噪声消除的信号处理领域。
背景技术
通信系统，特别是无线通信系统，经常采用泄漏抑制系统来降低收发器信号和噪声。这种系统被用于抑制接收路径中由传送路径带入接收带中的泄漏所引起的信号和噪声。当天线元件被传送路径和接收路径共享时，接收路径中可能会由于传送信号被天线元件反射回接收路径中而产生这种干扰。
这种泄漏抑制系统的另一个问题是，虽然所述泄漏抑制系统可以有效地消除干扰信号，但所需的电路通常复杂、庞大、昂贵，并且具有相对较高的插入损失。相对较大尺寸的一些泄漏抑制系统(例如，抽头延迟线噪声消除器)使得这种解决方案无法应用于天线系统的相邻天线元件之间的间距小的高频率下的相控阵列天线中。
背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，因此上述信息可能包含不构成本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明实施例的多个方面涉及用于同时传送和接收射频(RF)信号的系统(下文中称为TX/RX系统)中的离散时间模拟信号处理。TX/RX系统包括芯片级、可编程的离散时间模拟泄漏消除器，在TX/RX系统中能够宽带抑制接收路径上的泄漏。
本发明实施例的多个方面涉及一种消除器，所述消除器在TX/RX系统中使用布置在有限脉冲响应(FIR)滤波器中的基于多相的离散时间样本作为抽头延迟线，以进行前馈消除。
根据本发明的一些实施例，提供了一种可重构的离散时间模拟信号处理器，所述处理器被配置成减少同时传送和接收系统中的发送泄漏，该可重构的离散时间模拟信号处理器包括：有限脉冲响应(FIR)滤波器，所述有限脉冲响应滤波器被配置成接收RF传送信号中的部分RF传送信号、接收FIR系数，并且基于部分RF传送信号和FIR系数生成泄漏消除信号，FIR滤波器包括：多个采样和保持(SH)电路，所述多个采样和保持电路被配置成同时接收部分RF传送信号，根据采样时钟在连续采样时间对部分RF传送信号进行采样，生成多个采样模拟电压信号；多个可编程模拟乘法器，所述多个可编程模拟乘法器耦合到多个SH电路，并被配置成将多个采样模拟电压信号乘以多个二进制乘法因子以生成泄漏消除信号；和时序控制器，所述时序控制器被配置成生成用于触发多个SH电路的采样时间的多个控制信号，其中多个控制信号中的连续控制信号在时间上根据采样周期偏移。
在一个实施例中，FIR滤波器还包括负载控制器，该负载控制器被配置成接收FIR系数，并通过基于接收到的FIR系数生成多个二进制乘法因子来重新配置可重构的离散时间模拟信号处理器。
在一个实施例中，可重构离散时间模拟信号处理器还包括系数计算器，该系数计算器被配置成基于部分RF传送信号、部分RF接收信号和泄漏消除信号的一部分来生成FIR系数。
在一个实施例中，系数计算器被配置成使用自适应滤波算法生成FIR系数。
在一个实施例中，多个采样模拟电压信号中的每一个都具有相同的持续时间且在时间上交错。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括多个系数寄存器，所述系数寄存器被配置成向多个可编程模拟乘法器提供多个二进制乘法因子，其中多个系数寄存器包括相同的多个系数。
在一个实施例中，多个系数寄存器中的每一个都包括轮转移位寄存器，该轮转移位寄存器被配置成存储多个系数，并且在每一个连续采样时间中通过轮转移位寄存器的存储位置循环轮转多个系数。
在一个实施例中，接收的部分RF传送信号包括差分模拟信号。
在一个实施例中，生成的泄漏消除信号包括差分模拟信号。
根据本发明的一些实施例，提供了一种用于同时传送和接收射频(RF)信号的系统，该系统被配置成减少传送泄漏，该系统包括：传送信号发生器，所述传送信号发生器被配置成生成RF传送信号；孔径，所述孔径被配置成无线传送所述RF传送信号并接收RF接收信号；模拟泄漏消除器，所述模拟泄漏消除器被配置成接收部分RF传送信号，接收有限脉冲响应(FIR)系数，并基于部分RF传送信号和FIR系数生成泄漏消除信号；组合器，所述组合器被配置成组合RF接收信号和泄漏消除信号以生成噪声降低的RF接收信号，其中泄漏消除器包括：多个采样和保持(SH)电路，所述多个采样和保持电路被配置成同时接收部分RF传送信号，根据采样时钟在连续采样时间对部分RF传送信号进行采样，并生成多个采样模拟电压信号；和多个可编程模拟乘法器，所述多个可编程模拟乘法器耦合到多个SH电路，并且被配置成将多个采样模拟电压信号乘以多个二进制乘法因子以生成泄漏消除信号。
在一个实施例中，该系统还包括系数计算器，该系数计算器被配置成使用自适应滤波算法基于部分RF传送信号、部分RF接收信号和部分泄漏消除信号来生成FIR系数。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括负载控制器，该负载控制器被配置成接收FIR系数，并通过基于接收的FIR系数生成多个二进制乘法因子来重新配置泄漏消除器。
在一个实施例中，发射信号发生器被配置成基于要传送的输入数据信号来对RF信号提供来源，调节RF信号的相位角，并使用可变增益放大RF信号以产生RF传送信号。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括时序控制器，该时序控制器被配置成生成用于触发多个SH电路的采样时间的多个控制信号，其中多个控制信号中的连续控制信号在时间上根据采样周期偏移。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括多个系数寄存器，所述多个系数寄存器被配置成将多个二进制乘法因子提供给多个可编程模拟乘法器，其中多个系数寄存器包括相同的多个系数，并且多个系数寄存器中的每一个都包括轮转移位寄存器，所述轮转移位寄存器被配置成存储多个系数，并且在每一个连续采样时间中通过轮转移位寄存器的存储位置循环轮转多个系数。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括单输入到双输出(S2D)转换器，该转换器被配置成接收部分RF传送信号，并且在将所述信号提供给多个SH电路之前将部分RF传送信号转换成平衡差分信号，并且多个SH电路和多个可编程模拟乘法器在差分信号模式下运行。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括双输入到单输出(D2S)转换器，所述转换器被配置成将多个可编程模拟乘法器的平衡差分输出电流信号转换为泄漏消除信号，泄漏消除信号是非平衡的不差分信号。
在一个实施例中，泄漏消除器还包括在多个SH电路的输入处的跟踪和保持电路，跟踪和保持电路被配置成扩展泄漏消除器的操作带宽，并且跟踪和保持电路在高达为SH电路的工作频率的100倍的频率下操作。
附图说明
附图与说明书一起展示了本发明的示例性实施例，并且与具体实施方式一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的一些示例性实施例的用于同时传送和接收的系统的示意图，该系统被配置成减少射频(RF)操作频率下的前馈泄漏；
图2是根据本发明的一些实施例的泄漏消除器的模拟有限脉冲响应滤波器的方框图；
图3是示出根据本发明的一些实施例的包括模拟FIR滤波器的泄漏消除器的操作的方框图；
图4A-4C是根据本发明的一些示例性实施例的图1系统中的FIR模拟泄漏消除器的性能特性的图示；以及
图5是示出根据本发明的一些示例性实施例的具有M个天线元件并使用泄漏消除器的相控阵列天线的方框图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，仅通过说明的方式示出和描述了本发明的某些示例性实施例。如本领域的技术人员能认识到的，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。每个示例性实施例中的特征或方面的说明通常应被认为可应用于其他示例性实施例中的其他类似特征或方面。在说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
本发明的实施例的多个方面涉及用于同时传送和接收射频(RF)信号的系统(以下称为TX/RX系统)中的离散时间模拟信号处理。TX/RX系统包括芯片级的、可编程的、离散时间模拟泄漏消除器(这里称为“泄漏消除器”)，所述泄漏消除器能够对TX/RX系统的接收路径中的前馈信号和噪声进行宽带抑制。在工作发射频率下而不是在接收器内部的中频下或者在系统接收器的低噪声放大器(LNA)处的数字化版本的高功率传送信号下的抑制允许接收器LNA 100％的时间保持在线性模式，即使当阵列正在传送时也是如此。
本发明的实施例的多个方面涉及一种泄漏消除器，所述泄漏消除器使用布置在有限脉冲响应(FIR)滤波器中的多相离散时间样本在TX/RX系统中用作用于前馈消除的抽头延迟线。在一些实施例中，FIR抽头间距由时间采样速率设定，这也设置了可实现的消除，这是因为时间采样速率需要大于消除要起作用的带宽的奈奎斯特速率。使用定时离散时间采样允许FIR滤波器在抽头之间具有长延迟，这可能比那些现有技术中通过物理抽头延迟线所能获得的延迟更长。固定数量的抽头之间更长的延迟增加了允许到达干扰信号的时间长度，这意味从TX/RX系统的接收路径中可以消除更多的传送信号的散射。根据本发明的实施例，FIR滤波器实现片上封装，这允许泄漏消除器安装在天线点阵内，直到并包括X和Ku频带。
图1是示出根据本发明的一些示例性实施例的用于同时传送和接收的系统(TX/RX系统)100的示意图，该系统被配置为减少前馈泄漏。
参照图1，传送信号发生器102产生RF传送信号。传送信号发生器102可以包括激励器，所述激励器用于为基于要传送的输入数据信号的射频(RF)信号提供来源。传送信号发生器102还可以包括可变移相器和可变衰减控制器，分别用于调节RF信号的相位角和振幅，这可以用于操作TX/RX系统100，例如相控阵列。因此，例如，当TX/RX系统100被用作相控阵列中的元件时，传送信号发生器102产生RF传送信号并对其进行束控制。
第一耦合器104将部分RF传送信号(例如，90％)提供给孔径106以用于传送(例如，无线传送)。孔径106可以包括循环器107和天线元件108(其可以是相控阵列天线的一部分)。天线元件108发射与RF传送信号相对应的无线电波，并截取与RF接收信号相对应的无线电波。循环器107将第一端口TXOUT处的RF传送信号传送到天线元件108，并将RF接收信号从天线元件108传送到第二端口RXIN。在一些示例中，RF信号的传送和接收可以同时发生，或者传送和接收在时间和/或频率上分开。在一些实施例中，RF传送信号和RF接收信号中的每一个都可以在大约300MHz到大约18GHz的频率范围内(例如，占据频谱的UHF波段、L波段、S波段、X波段和/或Ku波段)。
第一耦合器104还将部分RF传送信号(例如，约10％)提供给泄漏消除器110，泄漏消除器110被配置用于根据所述部分RF传送信号和从系数计算器112接收的多个有限脉冲响应(FIR)系数生成泄漏消除信号(例如，前馈消除信号)，泄漏消除信号是时间延迟的、振幅和/或相位调制的信号。当在组合器114处与RF接收信号组合时，消除信号消失或者基本上减少RF接收信号中的前馈泄漏，因此产生泄漏减少的RF接收信号，这增加了系统的传送-接收隔离。
前馈消除信号可能会受到多个泄漏源的影响，这些泄漏源包括例如一些沿错误方向行进通过循环器107并被传递到接收路径(例如，通过收发器106的第二端口RXIN)的RF传送信号的能量、一些从天线元件反射回来(例如，由于阻抗失配)并返回(例如，弹回)到接收路径的RF传送信号的能量、以及由相控阵列天线(例如，有源电子扫描阵列)的相邻天线元件之间的相互耦合导致的能量泄漏和/或类似泄漏源。
根据一些实施例，泄漏消除器110实际上反转RF传送信号的副本，适当地延迟该副本以与接收路径中的泄漏时间对齐，并将该副本注入回到TX/RX系统100的接收路径中，以消除或基本上减少在孔径106处泄漏回接收路径中的前馈泄漏。
由于泄漏消除器110的操作，即使当TX/RX系统100正在传送RF传送信号时，接收信号发生器116的输入处的低噪声放大器也可以在线性模式下操作，因此大大减少了接收信号发生器116检索到的输出RF信号中的失真，并提高了其信噪比。
系数计算器112通过例如第二耦合器118、第三耦合器120和第四耦合器122对部分RF传送信号(例如，从第一和第二耦合器104和118接收的部分)、模拟泄漏消除信号、泄漏减少的RF接收信号和输出RF信号进行采样，并使用频域或时域中的自适应滤波算法，例如最小均方算法或递归最小二乘法，根据所述信号生成FIR系数。
虽然在一些示例中，第一、第二、第三和第四耦合器104、118、120和122中的每一个可以分离出各自输入信号的大约10％，但是本发明的实施例不限于此。也就是说，第一至第四耦合器中的每一个可以只分离出其各自的输入信号中的足够部分，使得分离出的信号可以被泄漏消除器110和系数计算器112中相应的一个使用，而无需进一步放大(放大会引入更多的噪声和信号失真)。
根据一些实施例，泄漏消除器110包括芯片级、宽带宽、可编程、离散时间模拟有限脉冲响应(FIR)滤波器(以下称为FIR模拟泄漏消除器)，用于过滤(例如，消除)存在于TX/RX系统100的接收路径中的泄漏。
图2是根据本发明的一些实施例的可编程离散时间FIR模拟泄漏消除器200的芯片级电路的功能框图。
如图所示，FIR模拟泄漏消除器200具有N个抽头(N是大于1的整数)，并且包括：多个采样和保持(S/H)电路SH1至SHN，用于采样和保持输入电压信号(例如，从图1的第一和第二耦合器104和118接收的部分RF传送信号)一段时间(例如，一个时间单位)；多个可编程模拟乘法器ML1至MLN，用于将由S/H电路SH1至SHN采样的各个电压转换成放大的电流信号；以及多个系数寄存器REG1至REGN，用于向模拟乘法器ML1至MLN提供适当的乘法因子(例如，二进制乘法因子/系数A1至AN)。
在一些实施例中，S/H电路SH1至SHN的采样和保持操作的时序可以由时序控制器(或时钟信号发生器)202控制，时序控制器202生成多个交错的控制(或启用/时钟)信号(例如，在时间上延迟/移位的启用/时钟信号)，使得在任何给定周期下，S/H电路SH1至SHN中只有一个对输入电压信号VIN采样。因此，由S/H电路SH1至SHN提供给模拟乘法器ML1至MLN中连续的乘法器的采样电压信号将在时间上延迟一个采样周期(例如，采样频率的倒数)。此外，当S/H电路SHk对输入电压信号VIN采样时，采样的电压信号在S/H电路SHk的输出处保持N个时钟周期，之后S/H电路单元SHk重新采样输入电压信号VIN。在一些示例中，输入电压信号VIN可以是连续时间模拟信号，或者可以是离散时间模拟信号(例如，下面参照图3说明的采样连续时间信号)。像本领域技术人员所知的那样，FIR模拟泄漏消除器200表现出较少的信号失真。此外，由于模拟乘法器ML1至MLN输出电流信号(而不是电压信号)，它们的输出可以简单地通过将模拟乘法器ML1至MLN的输出端口连接在一起而相加。
模拟FIR滤波器是可编程的。根据一些实施例，多个系数寄存器(例如，系数查找表)REG1至REGN中的每一个存储由系数计算器112计算的多个系数，这些系数表示乘法因子，所述乘法因子由模拟乘法器ML1至MLN应用以生成输出信号IOUT(例如，模拟泄漏消除信号)。在一些示例中，每个系数寄存器REG1至REGN存储相同的N个系数(例如，未校准的系数)M1至MN，然而，这些系数可以是交错的。也就是说，系数Mi(i是从1到N的整数)可以占据REGi中的第一存储位置、REGi+1中的第二存储位置，等等。类似地，系数Mi+1可以占据REGi中的第二存储位置、REGi+1中的第三存储位置，等等。
在一些实施例中，每个系数寄存器可以被实现为轮转移位寄存器，其中在每个采样时间，系数通过移位寄存器存储位置轮转(例如，循环轮转)，即，通过将最后一个条目移动到第一位置，同时将所有其他条目移动到下一位置，或者执行相反的操作。系数的循环移位可以与S/H电路SH1至SHN同步发生。在一些示例中，系数寄存器REG1至REGN的时序可以由时序控制器202控制。在系数寄存器REG1至REGN中的每一个处占据第一存储位置的系数可以作为乘法因子应用到模拟乘法器ML1至MLN中相应的一个(例如，A1至AN中的一个)。
在一些实施例中，模拟乘法器ML1至MLN中的所有模拟乘法器的输出可以相加在一起(例如，相应的输出可以物理和/或电连结在一起)以生成单个输出电流信号IOUT(例如，模拟泄漏消除信号)，表示为:
Iout＝∑k＝0to NAk×VIN(n-k)＝M1×VIN(n)+M2×VIN(n-1)...+MN×VIN(n-N+1) (等式1)
其中，VIN(n)、VIN(n-1)和VIN(n-N+1)分别表示连续采样时间t1至tN的采样输入电压。
因为模拟乘法器ML1至MLN中的每一个的输出是电流，所以等式1的求和操作可以通过将各个输出(例如，输出线)连接在一起来获得。因此，FIR模拟泄漏消除器200处的求和是固有的线性操作。这大大改善了现有技术中使用电压叠加器的FIR滤波器的性能，电压叠加器本质上是非线性的。
系数寄存器REG1至REGN存储/生成的抽头数(N)和应用于FIR模拟泄漏消除器200的抽头的系数，决定了FIR模拟泄漏消除器200的抽头延迟线输出属性(例如，中心频率、带宽和形状)。此外，由于系数寄存器REG1至REGN中的每一个存储/生成的系数是数字比特的形式，所以可以根据需要(例如，在FIR模拟泄漏消除器200的操作期间)对FIR模拟泄漏消除器200的抽头延迟线属性进行编程(例如，通过系数计算器112或通过软件/硬件重新配置)。
在一些示例中，系数M1至MN中的每一个可以是10比特数；然而，本发明的实施例不限于此，系数M1至MN可以具有任何合适数量的比特。
根据一些实施例，系数M1至MN可以由负载控制器204加载到多个系数寄存器REG1至REGN中，负载控制器204从系数计算器112接收输入数据(例如，FIR系数)。负载控制器204还可以从系数计算器112接收启用信号EN，该信号指示何时重新编程FIR模拟泄漏消除器200的系数寄存器REG1至REGN。在一些示例中，时序控制器202和负载控制器204可以接收相同的时钟信号CLK(例如，振荡频率大约3.25GHz)；然而，本发明的实施例不限于此，时序控制器202和负载控制器204可以接收以任何适当频率振荡的不同时钟信号。在一些示例中，根据FIR滤波器的时间长度，该系数可以在大约10MHz到大约4GHz的频率下计时，该时间长度由需要消除的信号长度决定。
在一些实施例中，FIR模拟泄漏消除器200包括单输入到双输出(S2D)转换器206，所述转换器接收输入电压信号VIN(例如，从图1的第一和第二耦合器104和118接收的部分RF传送信号)，并且在将所述信号提供给多个S/H电路SH1至SHN之前将输入电压信号VIN转换成平衡差分信号。由于多个模拟乘法器ML1至MLN以差分信号模式工作，因此在一些实施例中，FIR模拟泄漏消除器200还包括双输入到单输出(D2S)转换器208，所述转换器将多个模拟乘法器ML1至MLN的平衡差分输出电流信号IOUT转换成非平衡的非差分噪声消除信号。在其他实施例中，S2D和D2S转换器206和208可以在FIR模拟泄漏消除器200的外部。
在一些示例中，FIR模拟泄漏消除器200可以是16抽头滤波器(其中N＝16)；然而，本发明的实施例不限于此，可以使用任何合适数量的抽头。
在2015年9月9日提出申请的名称为“Discrete Time Current MultiplierCircuit”的共同拥有的正在审查的美国申请14/849,529号和2015年9月9日提出申请的名称为“Discrete Time Polyphase Channelizer”的共同拥有的正在审查的美国申请14/849,524号中提供了模拟可编程FIR滤波器的更完整说明。
图3是示出根据本发明的一些实施例的包括FIR模拟泄漏消除器200的泄漏消除器110-1的操作的方框图300。
参照图3，泄漏消除器110-1在FIR模拟泄漏消除器200的输入处包括跟踪和保持(T/H)电路(例如，宽带全差分T/H电路)302。T/H电路302可以用于扩展FIR模拟泄漏消除器200的输入带宽和/或高频线性度。因此，虽然T/H电路以输入信号(即，RF传送信号)的奈奎斯特速率工作，但是(N-抽头)FIR模拟泄漏消除器200的S/H电路SH1至SHN中的每一个可以以奈奎斯特速率的1/Nth工作，并且与不使用T/H电路302时相比，可以显著放宽200中S/H电路的建立时间要求。结果，T/H电路302简化了FIR模拟泄漏消除器200的设计，并允许泄漏消除器110-1在更高的带宽下工作。单个T/H电路302在感兴趣的频带上可以具有非常高的线性度，例如可以达到Ku频带。这样，T/H电路302中的晶体管可以用诸如氮化镓或磷化铟的材料或其他合适的材料制造。另一方面，FIR模拟泄漏消除器200中的多个S/H电路可以通过商用硅工艺制造，例如CMOS或SiGe。在一些示例中，FIR模拟泄漏消除器200的抽头数N可以是16，因此每个S/H电路可以在1/16th的奈奎斯特速率下工作。
在一些实施例中，由时钟发生器303生成的时钟信号被分配给时钟分配网络304，时钟分配网络304包括功率分配器306、衰减器308和移相器310，功率分配器306在T/H电路302和FIR模拟泄漏消除器200之间分配时钟信号的能量，衰减器308和移相器310执行驱动FIR模拟泄漏消除器200的时钟信号的时间对准。在一些示例中，时钟分配网络304向T/H电路302和FIR模拟泄漏消除器200提供差分时钟信号。
在一些示例中，S2D转换器206和D2S转换器208分别耦合到T/H电路302的输入和FIR模拟泄漏消除器200的输出，以实现对单端RF传送信号的差分操作。
组合器114破坏性地将FIR模拟泄漏消除器200输出的泄漏消除信号和接收路径中的泄漏相加在一起，这在概念上由泄漏块312对输入RF信号VIN(即，RF传送信号)的操作表示。
在一些示例中，泄漏消除器110-1还可以在其输入处包括带通滤波器，用于对FIR模拟泄漏消除器200接收的信号进行滤波。带通滤波器可以用于排除信号别名和其他不想要的信号和杂波。泄漏消除器110-1还可以在其输出处包括模拟滤波器，以将离散时间泄漏消除信号平滑为连续时间信号。
图4A-4C是根据作为FIR滤波器操作的本发明的一些示例性实施例的TX/RX系统100中的FIR模拟泄漏消除器200的性能特性的曲线图。
图4A是示出16抽头FIR模拟泄漏消除器200的频率响应400的视图，图4B示出表示应用于图4A的16抽头FIR模拟泄漏消除器200的系数的模拟值的曲线402。基于图4B中描绘的系数值的FIR模拟泄漏消除器200的输出示出的该带阻滤波器响应是FIR模拟泄漏消除器200自身的FIR输出的一个示例。当用作模拟消除器时，FIR模拟泄漏消除器200的输出与组合器114处测量的泄漏响应相匹配。
图4C示出了根据本发明的一些示例性实施例的具有和没有泄漏消除器110(或110-1)操作时TX/RX系统100的接收路径中的泄漏频谱的比较。参照图4C，曲线404表示在没有泄漏消除器的情况下TX/RX系统100的接收路径中泄漏的频谱，曲线406表示在存在泄漏消除器110(或110-1)的情况下接收路径中剩余的泄漏的频谱。如图4C所示，在一些示例中，泄漏消除器110(或110-1)可以将TX/RX系统100的接收路径中的泄漏减少约30dB至约60dB。RF下的这种模拟消除水平支持接收器LNA脱离饱和回到线性模式下工作。这可以允许通过信号数字化并使用数字处理技术从数字化的接收信号中去除更多的泄漏信号的数字方式实现进一步的消除，例如高达约60dB。
图5是示出根据本发明的一些示例性实施例的具有M个(大于1的整数)天线元件并使用泄漏消除器110/110-1的相控阵列天线500的方框图。
参照图5，相控阵列天线500的每个天线元件108都具有对应的TX/RX系统100，系统100装配在相邻天线元件108之间的间隔内。例如，当在大约2-18GHz的频率下工作时，TX/RX系统100可以被封装成装配在大约1cm2的区域内。在某种程度上，芯片级延迟电路使得在每个天线元件处(这可以防止接收器LNA由于每个天线元件处的高功率传送信号泄漏而饱和)具有芯片级模拟消除的TX/RX系统100具有小规格成为可能，其中所述芯片级延迟电路通过采样时钟速率在抽头之间生成延迟。这与传统抽头延迟线消除器形成对比，传统抽头延迟线消除器使用长延迟线(例如，同轴电缆)来获得相邻抽头之间的必要延迟。例如，连续抽头之间的延迟可以在几纳秒量级，这意味着可以使用米长量级的延迟线(例如，同轴电缆)来转移。这种延迟线所占用的空间使得传统的抽头延迟线消除器大得令人望而却步，并且可防止其封装在相控阵列中所需使用的单芯片规格中，就像根据本发明一些实施例的TX/RX系统100。
此外，因为TX/RX系统100的FIR模拟泄漏消除器200使用复数乘法器和轮转系数，所以根据本发明一些实施例的泄漏消除器110(或110-1)与传统抽头延迟线消除器相比能够获得明显更高的加到接收信号的带宽以及更低的附加噪声，其中传统的抽头延迟线消除器在其每个抽头中使用有损衰减器和移相器或矢量调制器。传统的有损抽头延迟线需要在抽头延迟线链中放大。当在组合器114中加上泄漏时，该放大将噪声添加到要加入接收信号的消除信息号中。在一些示例中，FIR模拟泄漏消除器200在为电路的其余部分设置噪声系数的电路前面使用单个T/H电路。与用传统抽头延迟线实现的相同系统相比，该单个T/H电路可以被设计成向电路添加非常少的附加噪声，从而改善具有集成模拟泄漏消除器的接收器系统的整体噪声系数。
虽然已经参考附图说明了一个或多个示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等效形式限定的本发明概念的精神和保护范围的情况下，可以对其进行各种适当的形式和细节上的改变。
应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在此说明不同的元件或组件，但元件或组件不应受这些术语的限制。这些术语用于区分不同元件或部件。因此，在不脱离本发明构思的精神和保护范围的情况下，上述第一元件或部件可以被称为第二元件或部件。
这里使用的术语是为了说明特定的实施例，而不是为了限制本发明构思。如本文所用，单数形式“一”也可以包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任何和所有组合。此外，在说明本发明构思的实施例时使用“可以”是指“本发明概念的一个或多个实施例”。同样，术语“示例性”是指一个示例或例示说明。
应当理解，当一个元件或组件被称为“连接”或“耦合”另一个元件或组件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件或组件，也可以存在一个或多个中间元件或组件。当一个元件或层被称为“直接在另一个元件或组件上”、“直接连接到另一个元件或组件上”或“直接耦合到另一个元件或组件上”时，不存在中间元件或组件。
如本文所用，“基本上”、“大约”和类似的术语被用作近似术语而不是程度术语，并且旨在说明本领域技术人员将认识到的测量值或计算值的固有变化。
这里使用的术语“使用”“用于”可以被认为分别与术语“利用”同义。
根据本文描述的本发明的实施例，系数计算器112和FIR模拟泄漏消除器200和/或任何其他相关装置或部件(以下统称为“处理装置”)可以使用任何合适的硬件、固件(例如，专用集成电路、现场可编程门阵列和/或类似固件)、软件、或者软件、固件和硬件的适当组合来实现。例如，每个处理装置的不同部件都可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或单独的IC芯片上。此外，每个处理装置的各种部件可以在柔性印刷电路膜、带载体封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上实现，或者形成在同一衬底上。此外，每个处理装置的不同部件都可以是运行在一个或多个处理器上、一个或多个计算装置中、执行计算机程序指令并与其他系统部件交互以执行这里描述的各种功能的进程或线程。此外，本领域技术人员应当认识到，在不脱离本发明示例性实施例的范围的情况下，各种处理装置的功能可以被组合或集成到单个处理装置中，或者特定计算装置的功能可以分布在一个或多个其他处理装置上。

Claims (18)

1.一种可重构的离散时间模拟信号处理器，所述处理器被配置用于减少同时传送和接收系统中的传送泄漏，所述可重构的离散时间模拟信号处理器包括:
有限脉冲响应(FIR)滤波器，所述FIR滤波器被配置用于接收RF传送信号中的部分RF传送信号，接收FIR系数，并基于所述部分RF传送信号和所述FIR系数生成消除信号，所述FIR滤波器包括:
多个采样和保持(SH)电路，所述多个SH电路被配置用于同时接收所述部分RF传送信号，以根据采样时钟以连续采样时间对所述部分RF传送信号进行采样，并生成多个采样模拟电压信号，所述部分RF传送信号为电压信号；和
多个可编程模拟乘法器，所述多个可编程模拟乘法器耦合到所述多个SH电路，并被配置用于将所述多个采样模拟电压信号乘以多个二进制乘法因子以生成所述消除信号，所述多个可编程模拟乘法器中的每一个都为电压-电流乘法器。
2.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述FIR滤波器还包括负载控制器，所述负载控制器被配置成接收FIR系数，并且根据所接收的FIR系数生成所述多个二进制乘法因子来重新配置所述可重构的离散时间模拟信号处理器。
3.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，还包括：
系数计算器，所述系数计算器被配置成根据所述部分RF传送信号和所述消除信号中的部分消除信号来生成所述FIR系数。
4.根据权利要求3所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述系数计算器被配置成使用自适应滤波算法生成所述FIR系数。
5.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述多个采样模拟电压信号中的每一个都具有相同的持续时间且在时间上交错。
6.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述FIR滤波器还包括多个系数寄存器，所述多个系数寄存器被配置成将所述多个二进制乘法因子提供给所述多个可编程模拟乘法器，其中所述多个系数寄存器包括相同的多个系数。
7.根据权利要求6所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述多个系数寄存器中的每一个都包括轮转移位寄存器，所述轮转移位寄存器被配置成存储多个系数，并且在每个所述连续采样时间通过所述轮转移位寄存器的存储位置循环轮转所述多个系数。
8.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述部分RF传送信号包括差分模拟信号。
9.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所生成的消除信号包括差分模拟信号。
10.根据权利要求1所述的可重构的离散时间模拟信号处理器，其中，所述FIR滤波器还包括时序控制器，所述时序控制器被配置成生成用于触发所述多个SH电路的采样时间的多个控制信号，其中所述多个控制信号中的连续控制信号在时间上按采样周期偏移。
11.一种用于同时传送和接收被配置成减少传送泄漏的射频(RF)信号的系统，所述系统包括:
传送信号发生器，所述传送信号发生器被配置成生成RF传送信号；
孔径，所述孔径被配置成无线传送所述RF传送信号并接收RF接收信号；
模拟泄漏消除器，所述模拟泄漏消除器被配置成接收所述RF传送信号中的部分RF传送信号，接收有限脉冲响应(FIR)系数，并基于所述部分RF传送信号和所述FIR系数生成泄漏消除信号；
组合器，所述组合器被配置成组合所述RF接收信号和所述泄漏消除信号以生成噪声降低的RF接收信号，
其中，所述泄漏消除器包括:
多个采样和保持(SH)电路，所述多个SH电路被配置成同时接收所述部分RF传送信号，根据采样时钟在连续采样时间对所述部分RF传送信号进行采样，并生成多个采样模拟电压信号；和
多个可编程模拟乘法器，所述多个可编程模拟乘法器耦合到所述多个SH电路，并被配置成将所述多个采样模拟电压信号乘以多个二进制乘法因子，以生成所述泄漏消除信号，
其中，所述泄漏消除器还包括单输入到双输出(S2D)转换器，所述S2D转换器被配置成接收所述部分RF传送信号，并且在将所述部分RF传送信号提供给所述多个SH电路之前将所述部分RF传送信号转换为平衡差分信号，以及
其中，所述多个SH电路和所述多个可编程模拟乘法器以差分信号模式操作。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括：
系数计算器，所述系数计算器被配置成使用自适应滤波算法根据所述部分RF传送信号、所述RF接收信号和所述泄漏消除信号中的部分泄漏消除信号来生成所述FIR系数。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述泄漏消除器还包括负载控制器，所述负载控制器被配置成接收所述FIR系数，并且根据所接收的FIR系数生成所述多个二进制乘法因子来重新配置所述泄漏消除器。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述传送信号发生器被配置成根据要传送的输入数据信号为RF信号提供来源，调节所述RF信号的相位角，并且使用可变增益来放大所述RF信号以生成所述RF传送信号。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述泄漏消除器还包括时序控制器，所述时序控制器被配置成生成用于触发所述多个SH电路的采样时间的多个控制信号，其中所述多个控制信号中的连续控制信号在时间上按采样周期偏移。
16.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述泄漏消除器还包括多个系数寄存器，所述多个系数寄存器被配置成将所述多个二进制乘法因子提供给所述多个可编程模拟乘法器，其中所述多个系数寄存器包括相同的多个系数；以及
所述多个系数寄存器中的每一个都包括轮转移位寄存器，所述轮转移位寄存器被配置成存储多个系数，并且在每个连续采样时间中通过所述轮转移位寄存器的存储位置循环轮转所述多个系数。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述泄漏消除器还包括双输入到单输出(D2S)转换器，所述D2S转换器被配置成将所述多个可编程模拟乘法器的平衡差分输出电流信号转换为所述泄漏消除信号，所述泄漏消除信号是非平衡的非差分信号。
18.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述泄漏消除器还包括位于所述多个SH电路的输入处的跟踪和保持电路，所述跟踪和保持电路被配置成扩展所述泄漏消除器的操作带宽；以及
所述跟踪和保持电路在高达为所述多个SH电路的工作频率的100倍的频率下操作。
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