CN109428616A - 用于补偿本地振荡器泄漏的射频发射器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于补偿本地振荡器(LO)泄漏的射频(RF)发射器的装置和方法。在本文的某些配置中，发射器基于将输入信号与LO信号混合来产生RF发射信号。另外，校准发射器以补偿LO泄漏，这提供了许多益处，包括来自发射器的较低水平的不期望的发射。

Description

用于补偿本地振荡器泄漏的射频发射器的装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子系统，更具体地，涉及射频电子设备。
背景技术
收发器用于射频(RF)通信系统，以发送和接收与各种通信技术相关的信号，例如蜂窝和/或无线局域网(WLAN)通信。
具有一个或多个收发器的RF通信系统的示例包括但不限于基站、移动设备(例如智能电话或手机)、膝上型计算机、平板电脑和可穿戴电子设备。
为了提高收发器的性能，可以校准收发器以补偿损伤。以这种方式校准收发器可以减小误差矢量幅度(EVM)、减少带外发射、和/或以其他方式增强收发器的性能。
发明内容
本文提供了用于补偿本地振荡器(LO)泄漏的射频(RF)发射器的装置和方法。在本文的某些配置中，发射器基于将输入信号与LO信号混合来产生RF发射信号。另外，校准发射器以补偿LO泄漏，这提供了许多益处，包括来自发射器的较低水平的不期望的发射。
在一个方面中，提供具有本地振荡器(LO)泄漏补偿的射频(RF)发射器。RF发射器包括：混频器，包括：信号输入，被配置为接收输入信号；时钟输入，被配置为接收LO信号；以及输出，被配置为生成RF输出信号。RF发射器还包括LO泄漏补偿电路，被配置为基于将第一DC输入信号注入到信号输入中来获得指示输出处的信号包络的第一包络测量，并且基于将第二DC输入信号注入到信号输入中来获得指示输出处的信号包络的第二包络测量。LO泄漏补偿电路还被配置为基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
在一些实施方案中，所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。在某些实施方式中，所述第一包络测量和所述第二包络测量为DC输入电流。
在各种实施方案中，所述第一包络测量和所述第二包络测量均为DC测量。
在多个实施方案中，LO泄漏补偿电路还被配置为基于确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异来检测LO泄漏量，并基于该差异提供LO泄漏补偿。
在多个实施方案中，LO泄漏补偿电路还被配置为基于比较所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测LO泄漏量，并基于该比较迭代地调整所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号的幅度，直到所述第一包络测量和所述第二包络测量基本相等。
根据多个实施方案，LO泄漏补偿电路包括：包络检测器，被配置为获得第一包络测量和第二包络测量；以及ADC，被配置为生成所述第一包络测量的数字表示和所述第二包络测量的数字表示。
在一些实施方案中，LO泄漏补偿电路还包括数字减法器，被配置为计算所述第一包络测量的数字表示与所述第二包络测量的数字表示之间的差异。
依照多个实施方案，LO泄漏补偿电路还包括数字比较器，被配置为比较所述第一包络测量和所述第二包络测量，并基于该比较来控制到所述混频器的输入偏移。
在多个实施方案中，RF发射器还包括RF放大器，其电连接在所述混频器的输出和所述包络检测器的输入之间。
在另一方面中，提供一种补偿本地振荡器(LO)泄漏的发射器的方法。该方法包括：接收LO信号作为时钟输入到混频器；将第一DC输入信号注入所述混频器的信号输入；获得表示响应于所述第一DC输入信号的混频器的输出信号包络的第一包络测量；将第二DC信号注入所述混频器的信号输入；获得表示响应于所述第二DC输入信号的混频器的输出信号包络的第二包络测量；和基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
在多个实施方案中，所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。
在多个实施方案中，检测LO泄漏量还包括确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异，并基于该差异提供LO泄漏补偿。
在一些实施方案中，检测LO泄漏量还包括比较所述第一包络测量和所述第二包络测量，并基于该比较迭代地调整所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号的幅度，直到所述第一包络测量和所述第二包络测量基本相等。
在另一方面中，提供RF通信系统。RF通信系统包括：功率放大器，被配置为向RF信号提供放大；和收发器管芯，被配置为产生RF信号。所述收发器管芯包括：本地振荡器(LO)，被配置为生成LO信号；混频器，包括：信号输入，被配置为接收输入信号；时钟输入，被配置为接收LO信号；以及输出，被配置为控制RF输出信号。LO泄漏补偿电路，被配置为基于将第一DC输入信号注入到信号输入中来获得指示混频器的输出处的信号包络的第一包络测量，并且基于将第二DC输入信号注入到信号输入中来获得指示混频器的输出处的信号包络的第二包络测量。所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
在各种实施方案中，所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。
在多个实施方案中，所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异来检测LO泄漏量。
在多个实施方案中，LO泄漏补偿电路还被配置为基于比较所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测LO泄漏量。
依照某些实施方案中，LO泄漏补偿电路还被配置为通过基于检测到的LO泄漏量控制到所述混频器的输入偏移来补偿LO泄漏。
在一些实施方案中，LO泄漏补偿电路包括包络检测器，被配置为输出所述第一包络测量和所述第二包络测量作为DC测量。
根据多个实施方案，LO泄漏补偿电路包括DAC，被配置为注入所述第一DC输入信号并注入所述第二DC输入信号。
附图说明
图1A是具有本地振荡器(LO)泄漏补偿的射频(RF)系统的一个实施例的示意图。
图1B是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图2A是根据一个实施例的开环LO泄漏补偿方法的示意图。
图2B是根据一个实施例的闭环LO泄漏补偿方法的示意图。
图3A-3C示出了LO泄漏补偿的一个示例的模拟波形。
图4A是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图4B是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图4C是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图4D是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图4E是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图4F是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图5A是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图5B是图5A的RF系统的时序图的一个示例。
图6是具有LO泄漏补偿的RF系统的另一实施例的示意图。
图7是根据一个实施例的RF通信系统的示意图。
图8是根据另一实施例的LO泄漏补偿方法的示意图。
具体实施方式
以下对实施例的详细描述呈现了本发明的特定实施例的各种描述。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记可表示相同或功能相似的元件。应当理解，图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，应当理解，某些实施例可以包括比图中所示的元件更多的元件和/或图中所示的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。
此外，应当理解，某些实施例可以包括比图中所示的元件更多的元件和/或图中所示的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适组合。
收发器包括用于发射射频(RF)信号的发射器和用于接收RF信号的接收器。另外，可以校准收发器的发射器以补偿发射损伤。
一种这样的发射器损伤是本地振荡器(LO)泄漏，其中用于混合的LO信号的一部分出现在发射器的输出端。LO泄漏可以由混频器的时钟端子和混频器的信号端子之间的有限隔离引起。如果没有校正或校准，LO泄漏可能导致测试监测不需要的排放失败。
例如，LO泄漏可以存在于对发射器的不期望发射具有特定限制的频率处。因此，LO泄漏会限制具有相对严格的发射规范的应用中的发射器性能。
为了减少或限制这种不希望的发射，可以校准发射器以降低LO泄漏的水平。
本文提供了用于补偿RF发射器的LO泄漏的装置和方法。在某些配置中，RF通信系统包括混频器，其包括接收输入信号的信号输入、接收LO信号的时钟输入、以及产生RF输出信号的输出。RF通信系统还包括LO泄漏补偿电路，其基于将第一DC输入信号注入到信号输入中而获得指示输出处的信号包络的第一包络测量，并且基于将第二DC输入信号注入信号输入而获得指示输出处的信号包络的第二包络测量。另外，LO泄漏补偿电路基于第一包络测量和第二包络测量来检测混频器的LO泄漏量。在某些实施方式中，基于第一包络测量和第二包络测量之间的差异来确定检测到的LO泄漏量。
因此，可以基于注入不同值的DC输入信号来检测发射器的混频器的LO泄漏，获得相应输出信号包络的测量值，并且基于包络测量来检测LO泄漏量。另外，可以基于检测到的LO泄漏量来校准发射器，例如通过向输入信号添加适当的DC偏移，从而实现LO泄漏的归零或消除。
在某些实施方式中，注入的DC输入信号对应于注入的DC输入电流，例如大约相等但极性相反的一对DC输入电流。另外，LO泄漏补偿电路可以包括一个或多个DAC或适合于将DC输入信号注入混频器的信号输入的其他电路。在一个实施方案中，LO泄漏补偿电路将方波注入混频器的信号输入，并且方波在获得包络测量的第一输入信号电平和第二输入信号电平之间切换。
通过使用DC输入信号来检测LO泄漏，相对于基于注入正弦波检测LO泄漏的配置，可以实现降低的电路复杂性。
在某些实施方式中，LO泄漏补偿电路包括产生指示所测量的输出信号包络的DC输出的包络检测器。在这些实施方式中，可以基于DC测量之间的差异来实现LO泄漏检测。例如，第一DC测量和第二DC测量之间的差异可以表示足以提供LO泄漏补偿的偏移。因此，相对于计算RF输出信号的傅里叶变换的LO泄漏补偿方案，可以以更小的面积、复杂性和/或功耗来实现LO泄漏检测。
使用包络检测器可以提供相对于其中RF输出信号被观察接收器的混频器下变频的实现方式的增强性能。例如，利用观察接收器检测LO泄漏可能遭受与发射信号路径中的混频器相关联的LO泄漏与观察路径中与混频器相关联的LO泄漏之间的模糊。
在某些实施方式中，LO泄漏补偿电路基于包络信号测量之间的差异来选择或选择用于使LO泄漏归零的适当校正水平或设置。在一个实施方案中，用于注入DC输入信号的相同电路(例如，一个或多个DAC)也用于提供DC偏移，该DC偏移补偿RF发射器的LO泄漏。但是，其他实现也是可能的。例如，在另一实现中，RF发射器的基带同相(I)和基带正交相位(Q)路径包括数字加法器，用于根据检测到的LO泄漏向RF发射器的I和Q路径添加适当的DC偏移，从而补偿LO泄漏。
这里的LO泄漏补偿电路可以校准发射器以在多种时间补偿LO泄漏。在一个示例中，在校准周期期间在芯片上执行校准以补偿LO泄漏。在另一示例中，在制造和测试期间执行校准，并且通过编程熔丝、存储器和/或其他合适的存储元件来存储适合于使LO泄漏归零的校准数据。
图1A是具有LO泄漏补偿的RF系统20的一个实施例的示意图。RF系统20包括混频器1、LO 2和LO泄漏补偿电路10。虽然图1A中未示出，但为了清楚起见，RF系统20可包括附加的电路和/或其他结构。例如，混频器1代表发射器的发射信号路径的一部分，并且发射器可包括各种附加电路和组件。
LO泄漏补偿电路10包括包络检测器11、模拟-数字转换器(ADC)12、补偿控制电路13和数模转换器(DAC)14。尽管LO泄漏补偿电路的一个实施例如图1A所示，本文的教导适用于以各种方式实施的LO泄漏补偿电路。
如图1A所示，混频器1包括接收来自LO 2的LO信号的时钟输入。混频器1还包括接收输入信号(IN)的信号输入，以及产生RF输出信号(RF)的输出。
RF系统20包括LO 2，其可以以多种方式实现。在一个实施方案中，LO 2包括锁相环(PLL)或其他合适的频率合成器。
在没有补偿的情况下，LO泄漏会降低RF输出信号的频谱纯度和/或导致RF系统20无法测试不期望的发射。LO泄漏可以由混频器1的时钟输入与混频器1的信号输入和/或输出之间的有限隔离产生。
图1A的LO泄漏补偿电路10用于检测和校正LO泄漏，以提供补偿混频器1的LO泄漏的校准。尽管图1A的LO泄漏补偿电路10示出了LO泄漏补偿电路的一个实施例，其提供对LO泄漏的补偿，但是本文的教导适用于以各种方式实现的LO泄漏补偿电路。因此，其他实现也是可能的。
当检测到LO泄漏时，补偿控制电路13控制DAC 14将第一DC输入信号注入混频器1的信号输入，并且包络检测器11产生第一包络测量，其指示响应于第一DC输入信号的RF输出信号的输出信号包络。第一包络测量由ADC 12量化，并由补偿控制电路13处理。另外，补偿控制电路13控制DAC 14将第二DC输入信号注入混频器1的信号输入端，并且包络检测器11响应于第二DC输入信号产生指示RF输出信号的输出信号包络的第二包络测量。补偿控制电路13基于第一包络测量和第二包络测量来检测存在的LO泄漏量。
在一个实施方案中，通过注入不同值的DC输入信号来检测LO泄漏，获得RF输出信号的相应包络测量，并基于包络测量之间的差异来检测LO泄漏量。在某些实施方式中，注入的DC输入信号对应于注入的DC输入电流，例如大约相等但极性相反的一对DC输入电流。通过使用DC输入信号来检测LO泄漏，相对于基于注入特定频率的正弦波来检测LO泄漏的配置，可以实现降低的电路复杂性。此外，这种测量方案避免了环路极性的模糊。
在某些实施方式中，包络检测器11产生DC输出信号，该DC输出信号指示所测量的RF输出信号的包络。DC包络测量可以代表RF输出信号包络的各种特性，包括但不限于包络的峰值、包络的平方、包络的均方根(RMS)值和/或包络的平均值。另外，可以基于DC包络测量之间的差异来实现LO泄漏检测。例如，补偿控制电路13可以包括数字减法器，其计算第一DC包络测量的数字表示与第二DC包络测量的数字表示之间的差异。
因此，相对于某些其他LO泄漏检测方案，例如通过计算RF输出信号的傅立叶变换来检测LO泄漏的方案，可以以更小的面积、复杂性和/或功耗来实现LO泄漏检测。
因此，当检测到LO泄漏时，LO泄漏补偿电路10可操作的基于响应于注入第一DC输入信号而观察到的第一包络测量和响应于注入第二DC输入信号而观察到的第二包络测量来检测LO泄漏。
一旦检测到存在LO泄漏量，补偿控制电路13就控制LO泄漏的补偿或归零，从而校准RF系统20。在一个示例中，补偿控制电路13可以基于检测到的LO泄漏控制DAC 14，以向输入信号提供DC偏移，从而实现LO泄漏归零。
例如，在一个实施方案中，在补偿之前，混频器1的RF输出信号约等于IN×LO+LOLK，其中IN是混频器1的输入信号，LO是到混频器1的本地振荡器信号，LOLK是混频器1的LO泄漏。另外，当还向混频器1的输入提供DC偏移DCOFF时，混频器1的RF输出信号约等于IN×LO+LOLK+DCOFF×LO。因此，可以选择合适的DC偏移DCOFF来消除LO泄漏LOLK。
因此，DAC 14既可用于DC信号注入以检测LO泄漏，也可用于产生DC偏移以提供LO泄漏的补偿。但是，其他实现也是可能的。例如，在另一个例子中，数字加法器包括在基带信号路径中，并且基于检测到的LO泄漏的适当DC偏移被数字地相加以补偿LO泄漏。
虽然图1A中未示出，但是LO泄漏补偿电路10可以接收校准信号，用于启动校准以检测和校正LO泄漏。校准信号可以在任何合适的时间激活，例如在片上校准周期期间和/或在工厂制造或测试期间。
图1B是具有LO泄漏补偿的RF系统30的另一实施例的示意图。RF系统30包括混频器1、LO 2、RF放大器3和LO泄漏补偿电路10。
图1B的RF系统30类似于图1A的RF系统20，除了图1B的RF系统30还包括在混频器1的输出和包络检测器11的输入之间的RF放大器3。在混合器1的输出端包括一个或多个RF放大器可有助于提供合适的驱动强度和/或产生足够大的输出信号包络以用于测量或检测。
在某些实施方式中，LO泄漏补偿电路10基于响应于大约相等但相反极性的DC输入电流而检测到的包络信号测量之间的差异，选择或选择用于使LO泄漏归零的适当校正水平或设置。
例如，在一个实施方案中，响应于第一DC输入电流Idc，RF输出信号可具有约(Idc+Ioff)×G的值，其中Ioff是混频器1的输入偏移电流，G是混频器1和RF放大器3的组合转换增益。另外，响应于第二DC输入电流-Idc，RF输出信号可以具有大约(-Idc+Ioff)×G的值。此外，响应于第一DC输入电流Idc的第一包络测量可以约等于K×(Idc+Ioff)2×G2，其中K是包络检测器11的增益。另外响应于第二DC输入电流-Idc，RF输出信号的包络可以约等于K×(-Idc+Ioff)2×G2。
因此，包络测量ΔENV之间的差异可以约等于4KG2IdcIoff。因此，用于归零或补偿LO泄漏的合适的输入偏移电流Ioff可以约等于ΔENV/(4KG2Idc)。
在某些实施方式中，LO泄漏补偿电路10基于缩放包络测量之间的差来检测LO泄漏量，以确定适合于提供LO归零的DC偏移。例如，在上述示例中，用于提供LO归零的输入偏移电流Ioff可以被选择为大约等于ΔENV/(4KG2Idc)。
LO泄漏补偿电路，其缩放包络测量之间的差异以确定适合于补偿LO泄漏的输入偏移，在本文中也称为提供开环补偿。当为LO泄漏提供开环补偿时，可以以各种方式获得适当的缩放值，例如通过基于设计和/或测量确定适当的标量。通过提供开环补偿，可以在相对短的校准时间内实现对LO泄漏的补偿。
在其他实施方式中，LO泄漏补偿电路10基于迭代过程检测LO泄漏量。在一个示例中，LO泄漏补偿电路10可操作以响应于大约相等幅度但相反极性的DC输入电流来比较包络信号测量，以根据比较改变DC输入电流的大小(例如，增加或减少)，并且迭代直到包络信号测量值大约彼此相等。
通过迭代过程补偿LO泄漏的LO泄漏补偿电路在本文中被称为提供LO泄漏的闭环补偿。具有闭环补偿操作的LO泄漏补偿电路可以提供LO归零而无需缩放包络信号测量之间的差异，因此可以在不知道电路块参数值(例如增益)的情况下操作。
图2A是根据一个实施例的开环LO泄漏补偿方法50的示意图。可以使用本文描述的任何LO泄漏电路来实现方法50。
方法50开始于方框41，其中LO信号作为时钟输入被接收到混频器。
在随后的方框42中，将第一DC输入信号注入混合器的信号输入端。第一DC输入信号可以通过多种方式注入，例如使用DAC。在某些实施方式中，第一DC输入信号是DC输入电流。
方法50继续到框43，其获得第一DC包络测量。第一DC包络测量表示响应于第一DC输入信号的混频器的输出信号包络。DC包络测量可以指示输出信号包络的各种特性，例如峰值、平方值、RMS值、平均值和/或其他合适的输出信号包络值。第一包络测量可以直接取自混频器的输出(例如，图1A)或混频器的下游(例如，图1B)。
在随后的方框44中，将第二DC输入信号注入混合器的信号输入端。第一和第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。在某些实施方式中，第一和第二DC输入信号是DC输入电流。
方法50在框45处继续，其获得第二DC包络测量。第二DC包络测量指示响应于第二DC输入信号的混频器的输出信号包络。第二DC包络测量可以使用与用于获得第一DC包络测量相同的电路获得。
在某些实施方式中，使用ADC转换第一DC包络测量和第二DC包络测量以产生DC包络测量的数字表示。另外，使用数字电路处理DC包络测量的数字表示，例如，逻辑门和适合于执行数字处理的存储元件。
在随后的方框46中，基于第一包络测量和第二包络测量之间的差异来检测混频器的LO泄漏量。例如，在某些实现中，LO泄漏量与第一DC包络测量和第二DC包络测量之间的差值成正比。因此，DC包络测量之间的差异可以通过适当的因子来缩放以确定LO泄漏量。例如，在上面参考图1B描述的示例中，用于提供LO归零的输入偏移电流Ioff可以被选择为大约等于ΔENV/(4KG2Idc)。
检测到的LO泄漏可用于选择使LO泄漏无效的DC输入偏移，从而补偿发射器的损伤。在一个示例中，使用在框42和框44中注入DC输入信号的相同电路来提供DC输入偏移。在另一示例中，经由基带处理来数字地添加DC输入偏移。
图2B是根据一个实施例的闭环LO泄漏补偿方法60的示意图。可以使用本文描述的任何LO泄漏电路来实现方法60。
方法60开始于方框51，其中LO信号作为时钟输入被接收到混频器。
在随后的方框52中，将第一DC输入信号注入混合器的信号输入端。第一DC输入信号可以通过多种方式注入，例如使用DAC。在某些实施方式中，第一DC输入信号是DC输入电流。
方法60继续到框53，其获得第一DC包络测量。第一DC包络测量表示响应于第一DC输入信号的混频器的输出信号包络。DC包络测量可以指示输出信号包络的各种特性，例如峰值、平方值、RMS值、平均值和/或其他合适的输出信号包络值。第一包络测量可以直接取自混频器的输出(例如，图1A)或混频器的下游(例如，图1B)。
在随后的方框54中，将第二DC输入信号注入混合器的信号输入端。第一和第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。在某些实施方式中，第一和第二DC输入信号是DC输入电流。
方法60在框55处继续，其获得第二DC包络测量。第二DC包络测量指示响应于第二DC输入信号的混频器的输出信号包络。第二DC包络测量可以使用与用于获得第一DC包络测量相同的电路获得。
在某些实施方式中，使用ADC转换第一DC包络测量和第二DC包络测量以产生DC包络测量的数字表示。另外，使用数字电路处理DC包络测量的数字表示，例如，逻辑门和适合于执行数字处理的存储元件。
在随后的方框56中，将第一和第二DC包络测量值彼此进行比较。方法60继续到判定块57，其中确定第一DC包络测量和第二DC包络测量是否大约彼此相等。当测量值大致相等时，方法60结束。
然而，当DC包络测量不相等时，方法60继续到方框58，其基于比较调整第一和第二DC输入信号的幅度。例如，在DAC生成第一和第二DC输入信号的实现中，可以根据第一DC包络测量或第二DC包络测量是否增大来增加或减少DAC的输入。在适当调整第一和第二DC输入信号的幅度之后，方法60返回到框52。
因此，方法60迭代地调整第一和第二DC输入信号的幅度，直到第一和第二DC包络测量彼此大约相等。当第一和第二DC包络测量基本相等时，第一和第二DC输入信号的幅度对应于适合于提供LO泄漏归零的混频器1的DC输入偏移。
例如，当不存在LO泄漏时，DC包络测量彼此大约相等。例如，响应于+100uA和-100uA的一对DC输入电流的从包络检测器的输出开始的一对约200mV的测量或读数表示具有大约100uA幅度的DC输入偏移足以提供LO归零。然而，当两次测量不同时，例如210mV和190mV，则存在LO泄漏。
通过使用闭环LO泄漏补偿，可以迭代地调整注入的DC输入信号的幅度，直到相应的包络测量基本上等于另一个。
产生的DC输入偏移用于使LO泄漏归零，从而补偿发射器的损伤。在一个示例中，使用在框52和框54中注入DC输入信号的相同电路来提供DC输入偏移。在另一示例中，经由基带处理以数字方式添加DC输入偏移。
图3A-3C示出了LO泄漏补偿的一个示例的模拟波形。模拟波形对应于图1B的RF系统30的一个实施方式的模拟结果。尽管在图3A-3C中示出了模拟结果的一个示例，但是模拟结果可以基于多种因素而变化，例如电路实现、模拟参数、模型和/或工具。因此，其他波形也是可能的。
图3A示出了LO泄漏补偿的一个示例的输入电压与时间的关系。如图3A所示，在该示例中，输入电压对应于在约50mV的第一DC输入电压和约-50mV的第二DC输入电压之间切换的方波。
图3B示出了LO泄漏补偿的一个示例的RF输出电压与时间的关系。如图3B所示，RF输出信号的包络基于DC输入电压而改变。
图3C示出了LO泄漏补偿的一个示例的包络检测器输出电压与时间的关系。如图3C所示，测量的包络的值基于DC输入电压而改变。例如，当DC输入电压约为50mV时，测得的包络约为38mV。另外，当DC输入电压约为-50mV时，测得的包络约为25mV。通过确定包络测量之间的差异，可以确定存在的LO泄漏量。
图4A是具有LO泄漏补偿的RF系统100的另一实施例的示意图。RF系统100包括混频器1、LO 2、RF放大器3、基带处理器4、DAC 5、低通滤波器6和LO补偿电路10。图4A的RF系统100类似于图1B的RF系统30，除了图4A的RF系统100还包括适合于向混合器1产生输入信号的电路的一个示例。
如图4A所示，基带处理器4产生到DAC 5的数字基带信号。DAC 5将数字基带信号转换为模拟基带信号，该信号由低通滤波器6滤波以产生输入信号到混频器1。
RF系统100示出了根据本文的教导利用LO泄漏补偿实现的直接转换发射器的一个示例。然而，这里的教导适用于发射器的其他配置。
图4B是具有LO泄漏补偿的RF系统110的另一实施例的示意图。RF系统110包括混频器1、LO 2、RF放大器3、基带处理器4、DAC 5、低通滤波器6、基带(BB)到中频(IF)调制器7和LO补偿电路10。除了图4B的RF系统110还包括调制器7之外，图4B的RF系统110类似于图4A的RF系统100。
如图4B所示，由低通滤波器6产生的滤波后的模拟基带信号由调制器7上变频，以产生到混合器1的输入信号。因此在这个例子中，到混合器1的输入信号是IF信号。
RF系统110示出了根据本文的教导利用LO泄漏补偿实现的超外差发射器的一个示例。然而，本文的教导适用于发射器的其他实施方式。
图4C是具有LO泄漏补偿的RF系统120的另一实施例的示意图。图4C的RF系统120类似于图1A的RF系统20，除了RF系统120示出某些组件和信号差分操作。
例如，图4C的混频器1包括差分信号输入，其接收差分输入信号的非反相分量IN+和反相分量IN。另外，混频器1还包括差分时钟输入，其接收来自LO 2的差分LO信号的非反相分量LO+和反相分量LO。此外，混频器1还包括差分信号输出，其提供差分RF输出信号的非反相分量RF+和反相分量RF-。
本文的教导适用于使用单端信令、差分信令或其组合操作的RF系统。
图4D是具有LO泄漏补偿的RF系统130的另一实施例的示意图。图4D的RF系统130类似于图4C的RF系统120，除了RF系统130还包括RF放大器3，其在该实施例中以差分方式实现。
例如，图4D的混频器1包括差分信号输出，其向RF放大器3的差分信号输入提供差分混频器输出信号。RF放大器3放大差分混频器输出信号以产生包括非反相分量RF+和反相分量RF-的差分RF输出信号。
图4E是具有LO泄漏补偿的RF系统150的另一实施例的示意图。RF系统150包括I路径混频器1a、Q路径混频器1b、LO 2、RF放大器3、正交时钟信号发生器8和LO泄漏补偿电路140。
图4E的RF系统150类似于图4D的RF系统130，除了RF系统150被实现为具有单独的I路径和Q路径的正交发射器件。本文的教导可用于向广泛的发射器件提供LO泄漏补偿，包括但不限于包括I路径和Q路径的正交发射器件。
在所示实施例中，I路径混频器1a用于向包括非反相分量I+和反相分量I-的差分同相信号提供混频。另外，Q路径混频器1b用于向包括非反相分量Q+和反相分量Q-的差分正交相位信号提供混频。此外，来自I路混合器1a的差分输出信号和来自Q路混合器1b的差分输出信号被组合并提供给RF放大器3的差分输入。
在所示实施例中，正交时钟信号发生器8处理来自LO 2的差分LO信号，以产生一对彼此异相约90度的差分时钟信号。尽管所示示例使用正交时钟信号发生器来为I路径和Q路径生成合适的时钟信号，但是本文的教导也适用于包括用于I路径和Q路径的单独LO的正交发射器件。
如图4E所示，LO泄漏补偿电路140包括包络检测器11、ADC 12、补偿控制电路13、I路径DAC 14a和Q路径DAC 14b。包括I路径DAC 14a和Q路径DAC 14b两者允许在I路径和Q路径中分别检测和补偿LO泄漏。因此，即使当I路径中的LO泄漏量相对于Q路径不同时，也可以提供校准以使LO泄漏归零。
图4F是具有LO泄漏补偿的RF系统160的另一实施例的示意图。图4F的RF系统160类似于图4A的RF系统100，除了图4F的RF系统160还包括数字加法器9。如图4A所示，数字加法器9用于将DC输入偏移添加到信号路径。
在所示实施例中，补偿控制电路10检测存在的LO泄漏量，并使用检测到的LO泄漏量来控制信号路径中的DC输入偏移。因此，DC输入偏移被控制为适合于使LO泄漏归零的值。
尽管RF系统160包括用于将DC输入偏移添加到信号路径的数字加法器9，但是在另一实施例中，省略了数字加法器9，有利于使用DAC 14或其他合适的电路来控制到混频器1的DC输入偏移。在另一个实施例中，RF系统适于包括单独的I和Q路径(例如，图4E)，并且每个路径包括用于基于检测到的LO泄漏添加适当的DC偏移的数字加法器。
图5A是具有LO泄漏补偿的RF系统340的另一实施例的示意图。RF系统340包括正交混频器21、RF放大器3和LO泄漏补偿电路310。尽管图5A示出了利用正交混频器21的实现，但是在另一实施例中，省略了正交混频器21，有利于使用多个混频器(例如，图4E的I路径混频器1a和Q路径混频器1b)。
LO泄漏补偿电路310包括基于二极管的包络检测器311、逐次逼近(SAR)ADC 312、补偿控制电路313、I路径DAC 314a和Q路径DAC 314b。补偿控制电路313包括第一包络测量寄存器321、第二包络测量寄存器322、数字减法器323、第一检测到的LO泄漏寄存器325、第二检测到的LO泄漏寄存器326和逻辑与门327、328。
图5B是图5A的RF系统340的时序图的一个示例。图5B的时序图描绘了信号clk、Cal_q+、Cal_q、Cal_i+、Cal_i、SAR ADC、Reg_p、Reg_n、Reg_i和Reg_q的定时的一个示例。时钟信号clk的周期在图5B中以周期0开始注释并以周期42结束。另外，图5A已经被注释以示出与图5B中描绘的信号的转变相关联的某些时钟周期(用带圆圈的时钟周期数字描绘)。信号clk对应于用于控制LO泄漏补偿电路310的定时的时钟信号(例如，用于寄存器和数据转换器的时钟)，信号Reg_p对应于第一包络测量寄存器321的输出信号，信号Reg_n对应于第二包络测量寄存器322的输出信号，信号Reg_i对应于第一检测到的LO泄漏寄存器325的输出信号，信号Reg_q对应于第二检测到的LO泄漏寄存器326的输出信号，并且信号SAR ADC对应于SAR ADC 312的输出信号。虽然图5A中未示出，当Cal_q+或Cal_q-有效时，图5A的信号Cal_q被置位，当Cal_i+或Cal_i-被置位时，信号Cal_i被置位。
继续参考图5A和5B，当信号Cal_q+有效时，Q路径DAC 314b将DC输入电流IDC注入到正交混频器21的Q路径输入中。另外，响应于DC输入电流IDC的第一包络测量存储在第一包络测量寄存器321中。另外，当信号Cal_q-有效时，Q路径DAC 314b将DC输入电流IDC注入到正交混频器21的Q路径输入中。另外，响应于DC输入电流IDC的第二包络测量被存储在第一包络测量寄存器321中，并且第一包络测量被移位到第二包络测量寄存器322。此外，数字减法器323基于减去第一包络测量和第二包络测量来确定Q路径包络差，并且Q路径包络差存储在第一检测到的LO泄漏寄存器325中。
在所示实施例中，当信号Cal_i+有效时，I路径DAC 314a将DC输入电流IDC注入到正交混频器21的I路径输入中。另外，响应于DC输入电流IDC的第一包络测量存储在第一包络测量寄存器321中。另外，当信号Cal_i-有效时，I路径DAC 314a将DC输入电流IDC注入到输入到正交混频器21的I路径中。另外，响应于DC输入电流IDC的第二包络测量被存储在第一包络测量寄存器321中，并且第一包络测量被移位到第二包络测量寄存器322。另外，数字减法器323基于减去第一包络测量和第二包络测量来确定I路径包络差。I路径包络差存储在第一检测到的LO泄漏寄存器325中，并且Q路径包络差被移位到第二检测到的LO泄漏寄存器326。
因此，LO泄漏补偿电路310操作以检测I路径和Q路径中存在的LO泄漏量，并且存储指示在第一和第二检测到的LO泄漏寄存器325、326中检测到的LO泄漏的数字数据。在某些实施方式中，补偿控制电路313还被配置为缩放I路径包络差和Q路径包络差，例如通过移位检测到的LO泄漏寄存器325、326的位和/或使用数字逻辑来提供缩放。一旦检测到存在的LO泄漏量，I路径DAC 314a和Q路径DAC 314b操作以分别提供RF系统340的I路径和Q路径中的LO泄漏的归零。
RF系统340示出了具有开环LO泄漏补偿的RF系统的一个实施例。然而，本文的教导适用于LO泄漏补偿的其他实施方式。
图6是具有LO泄漏补偿的RF系统360的另一实施例的示意图。RF系统360包括正交混频器21、RF放大器3和LO泄漏补偿电路350。LO泄漏补偿电路350包括基于二极管的包络检测器311、SAR ADC 312、补偿控制电路343、I路径DAC 314a和Q路径DAC 314b。补偿控制电路343包括第一包络测量寄存器321、第二包络测量寄存器322、数字比较器351、解复用器352、第一计数器353、第二计数器354、第一加法器355、第二加法器356和逻辑AND门357、358。
LO泄漏补偿电路350以迭代方式操作以提供闭环LO泄漏补偿。例如，LO泄漏补偿电路350用于响应第一包络测量寄存器321中的第一DC输入电流IDC存储第一包络测量，并用于响应第二包络测量寄存器322中的第二DC输入电流IDC存储第二包络测量。
另外，比较器351将包络测量值彼此进行比较。当包络测量不相等时，计数器的值(用于I路径校准的计数器353和用于Q路径校准的计数器354)基于比较的结果适当地递增或递减，从而调整下一次迭代的DC输入电流的大小。此外，响应于调整的DC输入电流获得新的包络测量，然后比较器351将包络测量值彼此进行比较。重复对DC输入电流的调节，直到包络测量基本上彼此相等。在完成每个I路径和Q路径的校准之后，第一计数器353和第二计数器354中的值分别存储适合于向I路径和Q路径提供LO归零的DC输入偏移。
RF系统360示出了具有闭环LO泄漏补偿的RF系统的一个实施例。然而，本文的教导适用于LO泄漏补偿的其他实施方式。
图7是根据一个实施例的RF通信系统840的示意图。RF通信系统840包括收发器管芯800、功率放大器820、平衡-不平衡转换器821、天线开关823、低噪声放大器824、定向耦合器825和天线830。
图示的收发器管芯800产生差分发射信号，该差分发射信号被提供给平衡-不平衡变换器821的输入。收发器管芯800包括根据本文的教导实现的LO泄漏补偿电路。例如，收发器管芯800可包括集成在其中的图1A、1B、4A、4B、4C、4D、4E、4F、5A和/或6的任何RF系统。
平衡-不平衡变换器821将差分发送信号转换为适合于由功率放大器820放大的单端发送信号。功率放大器820产生放大的射频信号，其经由天线开关823提供给天线830。
如图7所示，定向耦合器825设置在功率放大器820的输出端。包括定向耦合器825有助于检测功率放大器820的发射功率电平。在某些实施方式中，检测到的功率电平提供给收发器管芯800的观察接收器。
感知功率放大器的功率水平提供了许多优点。在一个示例中，感测的功率电平用于数字预失真(DPD)，这有助于针对不同的输入功率电平线性化功率放大器820。例如，DPD可以指在信号被转换为模拟信号之前处理数字域中的信号，上变频为射频，并且由功率放大器820放大。DPD可以用于补偿功率放大器的非线性效应，包括，例如信号星座失真和/或信号频谱扩展。DPD不仅可以改善功率放大器的线性度，还可以降低功耗和/或提高发射频谱纯度。
天线开关823用于将天线830电耦合到功率放大器820和低噪声放大器824。天线开关823不仅可以提供切换功能，还可以提供信号的双工和/或滤波。
低噪声放大器824用于放大来自天线830的接收信号，并将放大的接收信号提供给收发器管芯800的接收器。
收发器管芯800根据本公开的一个或多个特征实现。例如，收发器管芯800可包括本文所述的任何LO泄漏补偿电路。尽管图7示出了RF通信系统的一个实施例，但是本文的教导可以用在各种各样的电子系统中。例如，具有LO泄漏补偿的发射器可以用于以各种方式实现的RF电子器件中。
图8是根据一个实施例的LO泄漏补偿方法960的示意图。可以使用本文描述的任何LO泄漏电路来实现方法960。
方法960开始于方框951，其中LO信号作为时钟输入被接收到混频器。
在随后的方框952中，将第一DC输入信号注入混合器的信号输入端。可以以各种方式注入第一DC输入信号，例如通过使用DAC。在某些实施方式中，第一DC输入信号是DC输入电流。
方法960继续到框953，其中获得第一包络测量。第一包络测量表示响应于第一DC输入信号的混频器的输出信号包络。
在某些实施方式中，第一包络测量对应于由包络检测器获得的DC测量。例如，包络检测器可以用于生成指示输出信号包络的峰值、平方值、RMS值、平均值和/或其他合适值的DC测量。在某些实施方式中，使用ADC转换DC测量值以生成模拟包络测量的数字表示。第一包络测量可以直接取自混频器的输出(例如，图1A)或混频器的下游(例如，图1B)。可以使用任何合适的存储器元件存储第一包络测量以用于后续处理，包括但不限于锁存器(例如，触发器或寄存器)和/或可编程存储器。
在随后的方框954中，将第二DC输入信号注入混合器的信号输入端。第二DC输入信号具有与第一DC输入信号不同的值。在某些实施方式中，第一和第二DC输入信号是大约相等但极性相反的DC输入电流。
方法960在框955处继续，其获得第二包络测量。第二包络测量指示响应于第二DC输入信号的混频器的输出信号包络。可以使用与用于获得第一包络测量的相同电路来获得第二包络测量。
在随后的方框956中，基于第一包络测量和第二包络测量来检测混频器的LO泄漏量。在某些实施方式中，LO泄漏量由包络测量之间的差异确定。
尽管未在图8中示出，但是在框956中检测到的LO泄漏量可以随后用于提供LO泄漏补偿。例如，检测到的LO泄漏可用于选择使LO泄漏无效的DC输入偏移，从而补偿发射器的损伤。在一个示例中，使用在框952和框954中注入DC输入信号的相同电路来提供DC输入偏移。在另一示例中，经由基带处理来数字地添加DC输入偏移。
在某些实施方案中，迭代地执行方法960。例如，在框956中校准RF系统以补偿检测到的LO泄漏量之后，该方法可以返回到框951以确定剩余的LO泄漏的剩余量。可以执行这种迭代调整一次或多次以增强LO泄漏补偿的准确性。
应用
采用上述方案的设备可以实现为各种电子设备。电子设备的示例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、通信基础设施等。例如，具有LO泄漏补偿的发射器可用于各种RF系统，包括但不限于基站、移动设备(例如、智能手机或手机)、膝上型计算机、平板电脑和可穿戴电子设备。这里的教导适用于在宽范围的频率和频带上操作的RF系统，包括使用时分双工(TDD)和/或频分双工(FDD)的那些。广泛的消费电子产品还可以包括用于物联网(IOT)应用的收发器和/或为产品提供无线连接。例如，具有LO泄漏补偿的收发器可以包括在汽车、便携式摄像机、照相机、数码相机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备或各种其他消费电子产品。此外，电子设备可以包括未完成的产品，包括用于工业、医疗和汽车应用的产品。
结论
前面的描述可以将元件或特征称为“连接”或“耦合”在一起。如本文所用，除非另有明确说明，否则“连接”意味着一个元件/特征直接或间接地连接到另一个元件/特征，并且不一定是机械连接。同样地，除非另有明确说明，否则“耦合”意味着一个元件/特征直接或间接地耦合到另一个元件/特征，并且不一定是机械地耦合。因此，尽管附图中所示的各种示意图描绘了元件和组件的示例性布置，但是在实际实施例中可以存在附加的中间元件、装置、特征或组件(假设所描绘的电路的功能不会受到不利影响)。
尽管已经根据某些实施例描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的其他实施例，包括不提供本文所述的所有特征和优点的实施例，也在本发明的范围内。此外，可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。另外，在一个实施例的上下文中示出的某些特征也可以结合到其他实施例中。因此，仅通过参考所附权利要求来限定本发明的范围。

Claims (20)

1.具有本地振荡器(LO)泄漏补偿的射频(RF)发射器，所述RF发射器包括：
混频器，包括：信号输入，被配置为接收输入信号；时钟输入，被配置为接收LO信号；以及输出，被配置为生成RF输出信号；和
LO泄漏补偿电路，被配置为基于将第一DC输入信号注入到信号输入中来获得指示输出处的信号包络的第一包络测量，并且基于将第二DC输入信号注入到信号输入中来获得指示输出处的信号包络的第二包络测量，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
2.权利要求1所述的RF发射器，其中所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。
3.权利要求1所述的RF发射器，其中所述第一包络测量和所述第二包络测量均为DC测量。
4.权利要求1所述的RF发射器，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异来检测LO泄漏量，并基于该差异提供LO泄漏补偿。
5.权利要求1所述的RF发射器，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于比较所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测LO泄漏量，并基于该比较迭代地调整所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号的幅度，直到所述第一包络测量和所述第二包络测量基本相等。
6.权利要求1所述的RF发射器，其中所述LO泄漏补偿电路包括：包络检测器，被配置为获得第一包络测量和第二包络测量；以及ADC，被配置为生成所述第一包络测量的数字表示和所述第二包络测量的数字表示。
7.权利要求6所述的RF发射器，其中所述LO泄漏补偿电路还包括数字减法器，被配置为计算所述第一包络测量的数字表示与所述第二包络测量的数字表示之间的差异。
8.权利要求6所述的RF发射器，其中所述LO泄漏补偿电路还包括数字比较器，被配置为比较所述第一包络测量和所述第二包络测量，并基于该比较来控制到所述混频器的输入偏移。
9.权利要求6所述的RF发射器，还包括RF放大器，其电连接在所述混频器的输出和所述包络检测器的输入之间。
10.一种补偿本地振荡器(LO)泄漏的发射器的方法，该方法包括：
接收LO信号作为时钟输入到混频器；
将第一DC输入信号注入所述混频器的信号输入；
获得表示响应于所述第一DC输入信号的混频器的输出信号包络的第一包络测量；
将第二DC信号注入所述混频器的信号输入；
获得表示响应于所述第二DC输入信号的混频器的输出信号包络的第二包络测量；和
基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
11.权利要求10所述的方法，其中所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。
12.权利要求10所述的方法，其中检测LO泄漏量还包括确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异，并基于该差异提供LO泄漏补偿。
13.权利要求10所述的方法，其中检测LO泄漏量还包括比较所述第一包络测量和所述第二包络测量，并基于该比较迭代地调整所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号的幅度，直到所述第一包络测量和所述第二包络测量基本相等。
14.RF通信系统，包括：
功率放大器，被配置为向RF信号提供放大；和
收发器管芯，被配置为产生RF信号，其中所述收发器管芯包括：
本地振荡器(LO)，被配置为生成LO信号；
混频器，包括：信号输入，被配置为接收输入信号；时钟输入，被配置为接收LO信号；以及输出，被配置为控制RF输出信号；和
LO泄漏补偿电路，被配置为基于将第一DC输入信号注入到信号输入中来获得指示混频器的输出处的信号包络的第一包络测量，并且基于将第二DC输入信号注入到信号输入中来获得指示混频器的输出处的信号包络的第二包络测量，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测所述混频器的LO泄漏量。
15.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述第一DC输入信号和所述第二DC输入信号具有大约相等的幅度但极性相反。
16.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于确定所述第一包络测量和所述第二包络测量之间的差异来检测LO泄漏量。
17.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为基于比较所述第一包络测量和所述第二包络测量来检测LO泄漏量。
18.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述LO泄漏补偿电路还被配置为通过基于检测到的LO泄漏量控制到所述混频器的输入偏移来补偿LO泄漏。
19.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述LO泄漏补偿电路包括包络检测器，被配置为输出所述第一包络测量和所述第二包络测量作为DC测量。
20.权利要求14所述的RF通信系统，其中所述LO泄漏补偿电路包括DAC，被配置为注入所述第一DC输入信号并注入所述第二DC输入信号。
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