CN111480300B

CN111480300B - 本振泄漏检测和消除

Info

Publication number: CN111480300B
Application number: CN201780097806.9A
Authority: CN
Inventors: J.哈林
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: US11012162B2; WO2019125237A1; PH12020551005A1; EP3729663B1; JP7123159B2; US20210242947A1; CN111480300A; EP3729663A1; JP2021507653A; US20200382060A1

Abstract

混频器电路100包括混频器（110）、LO泄漏检测器（120）、数字LO泄漏消除控制器（130）和DAC布置（140）。混频器（110）被配置成将具有本振LO频率f_LO的第一LO信号与中频IF信号相混频，并且生成输出信号、即有用信号。LO泄漏检测器（120）在有用信号存在的情况下测量混频器（110）的输出处的LO泄漏。然后，在数字LO泄漏消除控制器（130）中运行数字算法，该算法通过操纵数模转换器布置（140）以便调整至混频器的中频输入信号等级，来自动调整混频器中的LO泄漏。

Description

本振泄漏检测和消除

技术领域

本文中的实施例涉及本振泄漏检测和消除。特别是，本文中的实施例涉及具有本振泄漏检测器的混频器电路以及包括所述混频器电路的电子电路。

背景技术

无线通信系统通常包括复杂的发射器和接收器电路链，其中包括若干变频步骤。发射器电路通常将基带信号上变频成射频（RF）信号以供传输，而接收器电路将所接收RF信号下变频成基带信号以供处理。这种变频需要混频器对两个频率信号混频。

包括将传入信号频率变换成最终输出信号频率的混频器的任何RF或微波发射器将在输出信号中有些在为信号传输所分配的频谱之外的杂散或无用信号。有些标准规定了在信道频谱之外允许的杂散发射等级。特别是，将传入信号频率与本振（LO）频率相混频的混频器在本振频率上也将有某种等级的不想要的输出信号。这可通过使用正交混频器来克服，以直流（DC）信号有意地使正交混频器偏置，从而消除或衰减所谓的LO泄漏。这通常通过工厂中的校准过程在所有微波发射器链中进行，校准过程给予某种等级的消除或衰减。通常，LO泄漏是通过关断有用信号并且使用某种功率检测器测量混频器的输出处的LO泄漏来测量的。

某些应用对LO泄漏具有非常严格的要求。这可以例如是相控阵发射器，因为将大量的发射信号组合成单个信号。与对于单独发射器链相比，对每一单个发射器的LO泄漏要求则变得更加难以满足。而且，例如环境温度的变化通常也影响LO泄漏，这可能难以通过把例如基于表的传统方式用于补偿来解决。

发明内容

因此，本文中的实施例的一个目的是提供一种用于LO泄漏检测和消除的技术。

根据本文中的实施例的一个方面，此目的通过一种混频器电路来实现。该混频器电路包括第一混频器，第一混频器被配置成将具有本振LO频率的第一LO信号与中频IF信号相混频，并且生成输出信号。

该混频器电路还包括LO泄漏检测器。LO泄漏检测器包括：耦合器，该耦合器耦合到第一混频器的输出；第二混频器，第二混频器被配置成将第二振荡器信号与从耦合器接收的第一混频器的输出信号相混频，并且生成输出信号。第二振荡器信号频率低于IF信号频率。

LO泄漏检测器还包括：第三正交混频器，第三正交混频器被配置成将第二混频器的输出信号与具有与第一LO信号相同的频率的LO信号相混频，并且生成具有与第二振荡器信号频率相同的频率的正交输出信号。

LO泄漏检测器还包括：放大器布置，放大器布置耦合到第三正交混频器，用于对来自第三正交混频器的正交输出信号进行放大和滤波；以及第四混频器布置，第四混频器布置被配置成把来自放大器布置的输出信号与第二振荡器信号相混频，并且生成直流DC信号。

LO泄漏检测器还包括：模数转换器布置，用于把来自第四混频器布置的DC信号转换成数字的字，所述数字的字表示所检测的来自第一混频器的LO泄漏。

混频器电路还包括：数字处理单元，数字处理单元被配置成处理所检测的LO泄漏，并且生成控制字；以及耦合到第一混频器的IF输入的数模转换器DAC布置。DAC布置被配置成接收控制字，并且调整第一混频器的IF输入信号。

换言之，根据本文中的实施例的混频器电路包括混频器、LO泄漏检测器、用作数字LO泄漏消除控制器的数字处理单元以及DAC布置。LO泄漏检测器在有用信号存在的情况下测量混频器的输出处的LO泄漏。然后，在LO泄漏消除控制器中运行数字算法，该数字算法自动调整或消除混频器中的LO泄漏。这通过操纵数模转换器布置以便调整至混频器的中频输入信号等级来进行。

混频器电路中的混频器、LO泄漏检测器和LO泄漏消除控制器可全部集成到单个集成电路中。因此，消除控制器、泄漏检测和数字LO泄漏最小化算法的集成具有实现全自主泄漏消除方案的优点，该方案能够适应变化的环境条件，这通常可以是温度，但是也可以是老化和/或电源电压变动等。以这种方式，获得了实现很低LO泄漏等级的健壮解决方案。

本文中的实施例具有跟踪温度变化以及环境条件中可增加LO泄漏的其它变化的潜力。通过将LO泄漏消除控制器自动调整到所观测的LO泄漏等级，有可能在各种各样的条件下具有很低的LO泄漏等级。这使混频器电路能够遵守很苛刻的泄漏要求等级。此外，本文中所提出的实施例在有用信号存在的情况下检测和消除LO泄漏。

因此，本文中的实施例提供用于LO泄漏检测和消除的改进技术。

附图说明

参照附图更详细地描述本文中的实施例的示例，附图中：

图1是根据本文中的实施例的混频器电路的大致框图；

图2是根据本文中的实施例的图1中的混频器电路的框图；以及

图3是示出可实现本文中的实施例的电子电路或装置的框图。

具体实施方式

图1示出根据本文中的实施例的混频器电路100的大致框。混频器电路100包括混频器110、LO泄漏检测器120、用作LO泄漏消除控制器的数字处理单元130（Dig. Ctrl.）以及DAC布置140。混频器110被配置成将具有本振LO频率f_LO的第一LO信号与中频IF信号相混频，并且生成输出信号、即有用信号。LO泄漏检测器120在有用信号存在的情况下测量混频器110的输出处的LO泄漏。然后，在数字LO泄漏消除控制器130中运行数字算法，该数字算法通过操纵数模转换器布置140以便调整至混频器110的中频输入信号等级，来自动调整混频器中的LO泄漏。

图2更详细地示出混频器电路100，其现在由混频器电路200来表示。混频器电路200包括第一混频器210，第一混频器210被配置成将具有本振（LO）频率f_LO或ω_LO=2*π*f_LO的第一LO信号与中频（IF）信号f_if或ω_if=2*π*f_if相混频，并且生成输出信号。

来自电路的输出信号可表示为S*exp（j*t*ω+j*α）。S是幅度，ω是角频率，ω=2*π*f，其中f是输出信号的频率，α是某个任意相位偏移。

来自第一混频器210的输出信号可表示为

在这里，S是有用信号的幅度，而L是无用LO泄漏信号的幅度，在下边带混频器的情况下ω_if2=ω_LO-ω_if，或者在上边带混频器的情况下ω_if2=ω_LO+ω_if。

混频器电路200还包括LO泄漏检测器220。LO泄漏检测器220包括耦合到第一混频器的输出的耦合器221。耦合器可以是电容器。

耦合器221使来自第一混频器210的输出信号和泄漏信号衰减大约相同的量A。而且，从耦合器221得到的输出为：

。

LO泄漏检测器220还包括第二混频器222，第二混频器222被配置成将第二振荡器信号223与从耦合器221接收的第一混频器210的输出信号相混频，并且生成输出信号。第二振荡器信号频率低于IF信号频率。第二振荡器信号223为：

。

来自第二混频器222的输出信号为：

在这里，G_c是第二混频器222的变频增益，为简单起见，假定变频增益对于两个频率

和

是相同的。

LO泄漏检测器220还包括第三正交混频器224，第三正交混频器224被配置成将第二混频器222的输出信号与具有与第一LO信号相同的频率ω_LO的LO信号相混频，并且生成具有与第二振荡器信号频率相同的频率ω_OSC的正交输出信号。第三正交混频器224可包括低通滤波器，例如一阶电阻器-电容器RC滤波器。（未示出）。

第三正交混频器224输出处的复信号的I分量为：

混频器输出处的Q分量信号为：

在这里，Att是第三正交混频器224中的低通滤波器的频率相关衰减。为简单起见，相同的标记法用于所有频率。除ω_LO抵消的那些项之外，所有频率将为高的，例如

。因此，在去掉这些高频项之后，在I分量混频器输出上得到：

而在Q分量混频器输出上得到：

在这里，G_d是对角频率ω_OSC而言第三正交混频器224的变频增益。实际上，在输出中将仍然有些IF角频率的残余，但是，为简单起见，忽略这个残余。

LO泄漏检测器220还包括耦合到第三正交混频器224的放大器布置226，用于对来自第三正交混频器224的正交输出信号进行放大和滤波。放大器布置226对I分量或Q分量混频器输出信号进行放大和滤波，具有增益G。

LO泄漏检测器220还包括第四混频器布置227，第四混频器布置227被配置成把来自放大器布置226的输出信号与第二振荡器信号相混频，并且生成直流（DC）信号。

来自I分量混频器的DC输出：

来自Q分量混频器的DC输出：

。

LO泄漏检测器220还包括模数转换器布置228，用于把来自第四混频器布置227的DC信号转换成数字的字，所述数字的字表示所检测的来自第一混频器210的LO泄漏。

混频器电路200还包括数字处理单元230（DIG CTRL），该数字处理单元230用作数字LO泄漏消除控制器，而且被配置成处理所检测的LO泄漏并且生成控制字231。

混频器电路200还包括耦合到第一混频器210的IF输入的数模转换器（DAC）布置240。DAC布置240被配置成接收控制字231，并且调整第一混频器210的IF输入信号。

注意，由于发射器链中的未知相移，在来自第一混频器210的I和Q信号分量与来自第三混频器240的I和Q信号分量之间不存在先验关系。变化的环境条件中涉及的时间常数通常比混频器中的时间常数大得多。因此，可按照时间复用方式来检测从第三混频器240输出的I和Q信号分量，对检测器而言能够减少面积使用和功率使用。

因此，根据本文中的一些实施例，LO泄漏检测器220还可包括耦合到第三正交混频器224的输出的选择器225，用于每次选择来自第三正交混频器224的正交输出信号之一。选择器225挑选相位差为π/2的I信号分量或者Q信号分量。

在这种情况下，放大器布置226可包括一个单独的放大器，该放大器经由选择器225耦合到第三正交混频器224的输出，用于每次对正交输出信号之一进行放大和滤波。

第四混频器布置227可包括一个单独的混频器，而且模数转换器布置228可包括一个单独的模数转换器。

根据本文中的一些实施例，放大器布置226可包括两个放大器，用于并行地对来自第三正交混频器224的正交输出信号I和Q进行放大和滤波。

在这种情况下，第四混频器布置227可包括两个混频器，而且模数转换器布置228可包括两个模数转换器。

根据本文中的一些实施例，第一混频器210可以是正交混频器，而且DAC布置240可包括两个DAC，所述DAC被配置成接收控制字231并且调整第一混频器210的正交IF输入信号。

根据本文中的一些实施例，数字处理单元230可被配置成对于多个样本累积所检测的LO泄漏，从而生成控制字231以调整DAC布置240的设定，使得平均LO泄漏最小化。

例如，在数字处理单元230中实现的数字算法中，形成量

，该量则与任意相位α无关。数字算法对于适当数量的样本累积所检测的I相和Q相泄漏，从而以任意标度形成所检测的泄漏等级。该算法的目的则是找到使I²+Q²最小化的最佳DAC设定。这可通过如下步骤进行：从例如缺省设定开始，然后使用例如最陡下降算法以找到最佳设定。

这个过程的概略可以是：从任何DAC字设定（例如用于I和Q信号分量的IDAC和QDAC）起，可测试9个不同的设定，比如：

其中s1、s2取值[-1,0,1]，而步长是某个正整数1、2、3、…。

为了微调，步长应当为1，但是在变化小时使用更大的步长可能是有利的。在9种不同情况之中，挑选给出最小所得I²+Q²的情况。

因此，根据本文中的一些实施例，数字处理单元230可被配置成对于多个样本累积所检测的I相和Q相LO泄漏，从而生成控制字231以调整两个DAC 240的设定，使得平均I相和Q相LO泄漏I²+Q²最小化。

但是注意，在LO泄漏检测器220中将存在偏移，这使结果失真。为了克服这个问题，通过关断第一混频器210并且测量所检测的泄漏等级来测量该偏移。然后，在启用第一混频器210时，从所观测的泄漏等级中减去这个偏移，从而给出真实的所观测的泄漏等级。

根据本文中的实施例的混频器电路100、200可在任何电子电路或装置中实现。图3示出一种电子电路或装置300，其中可实现根据本文中的实施例的混频器电路100、200。电子电路或装置1100可以是诸如收发器、发射器、接收器、频率合成器等等的电子电路中的任一个。电子电路或装置300还可以是诸如用于蜂窝通信系统或者在无线通信系统中的基站或波束成形基站、移动终端或用户设备之类的通信装置中的任一个，那么该电子电路或装置300可包括其它单元，例如用于信息存储和信号处理的存储器320和处理单元330等等。

根据本文中的实施例的混频器电路100、200的优点之一是：混频器、LO泄漏检测器和数字LO泄漏消除控制器以及混频器电路中的最小化算法可全部集成到单个集成电路中。这实现适应变化的环境条件（通常是温度，但也可以是例如老化、电源电压变动等）的全自主泄漏消除方案。以这种方式，获得了实现很低LO泄漏等级的健壮解决方案。

本文中的实施例具有跟踪温度变化以及环境条件中可增加LO泄漏的其它变化的潜力。通过将LO泄漏消除控制器自动调整到所观测的LO泄漏等级，有可能在各种各样的条件下具有很低的LO泄漏等级。这实现一种产品，其中，甚至在很苛刻的泄漏要求等级下使用本文中实现的实施例。此外，本文中的实施例在有用信号存在的情况下检测和消除LO泄漏。

词语“包括”或“包含”在本文中应解释为非限制性的，即，表示“至少由...组成”。

本文中的实施例不限于上面描述的优选实施例。可使用各种备选物、修改和等效物。因此，上述实施例不应视为限制本发明的范围，该范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种混频器电路（200）包括：

第一混频器（210），所述第一混频器被配置成将具有本振LO频率的第一LO信号与中频IF信号相混频，并且生成输出信号；

LO泄漏检测器（220），所述LO泄漏检测器包括：

耦合器（221），所述耦合器耦合到所述第一混频器（210）的输出；

第二混频器（222），所述第二混频器被配置成将第二振荡器信号（223）与从所述耦合器接收的所述第一混频器（210）的所述输出信号相混频，并且生成输出信号，其中所述第二振荡器信号频率低于所述IF信号频率；

第三正交混频器（224），所述第三正交混频器被配置成将所述第二混频器（222）的所述输出信号与具有与所述第一LO信号相同的频率的LO信号相混频，并且生成具有与所述第二振荡器信号频率相同的频率的正交输出信号；

放大器布置（226），所述放大器布置耦合到所述第三正交混频器（224），用于对来自所述第三正交混频器（224）的所述正交输出信号进行放大和滤波；

第四混频器布置（227），所述第四混频器布置被配置成将来自所述放大器布置（226）的输出信号与所述第二振荡器信号相混频，并且生成直流DC信号；以及

模数转换器布置（228），用于把来自所述第四混频器布置（227）的所述DC信号转换成数字信号，所述数字信号表示所检测的来自所述第一混频器（210）的LO泄漏；

所述混频器电路（200）还包括：

数字处理单元（230），所述数字处理单元被配置成处理所检测的LO泄漏，并且生成控制字（231）；以及

数模转换器DAC布置（240），所述DAC布置耦合到所述第一混频器（210）的IF输入，其中，所述DAC布置（240）被配置成接收所述控制字（231），并且调整所述第一混频器（210）的IF输入信号。

2.根据权利要求1所述的混频器电路，其中，所述放大器布置（226）包括两个放大器，用于并行地对来自所述第三正交混频器（224）的所述正交输出信号进行放大和滤波。

3.根据权利要求2所述的混频器电路，其中，所述第四混频器布置（227）包括两个混频器，而且所述模数转换器布置（228）包括两个模数转换器。

4.根据权利要求1所述的混频器电路，还包括选择器（225），所述选择器（225）耦合到所述第三正交混频器（224）的输出，用于每次选择来自所述第三正交混频器（224）的所述正交输出信号之一，而且所述放大器布置（226）包括经由所述选择器（225）耦合到所述第三正交混频器（224）的所述输出的一个单独的放大器，用于每次对所述正交输出信号之一进行放大和滤波。

5.根据权利要求4所述的混频器电路，其中，所述第四混频器布置（227）包括一个单独的混频器，而且所述模数转换器布置（228）包括一个单独的模数转换器。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的混频器电路，其中，所述数字处理单元（230）被配置成对于多个样本累积所述所检测的LO泄漏，从而生成所述控制字（231）以调整所述DAC布置（240）的设定，使得平均LO泄漏最小化。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的混频器电路，其中，所述第一混频器（210）是正交混频器，而且所述DAC布置（240）包括两个DAC，所述两个DAC被配置成接收所述控制字（231）并且调整所述第一混频器（210）的正交IF输入信号。

8.根据权利要求7所述的混频器电路，其中，所述数字处理单元（230）被配置成对于多个样本累积所检测的I相和Q相LO泄漏，从而生成所述控制字（231）以调整所述两个DAC的设定，使得平均I相和Q相LO泄漏I²+Q²最小化。

9.根据权利要求1-5中的任一项所述的混频器电路，其中，所述耦合器（221）是电容器。

10.一种电子电路，包括根据权利要求1-8中的任一项所述的混频器电路。

11.根据权利要求10所述的电子电路，包括频率合成器、收发器、发射器、接收器中的任一个。

12.根据权利要求10所述的电子电路，包括无线通信系统中的基站或用户设备。

13.根据权利要求12所述的电子电路，其中，所述无线通信系统是蜂窝通信系统。

14.根据权利要求12或13所述的电子电路，其中，所述基站是波束成形基站。

15.根据权利要求12或13所述的电子电路，其中，所述用户设备是移动终端。