CN116527069A - 一种具有ip2修调功能的射频接收机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及射频接收机应用技术领域，尤其涉及一种具有IP2修调功能的射频接收机，包括I通道混频器、Q通道混频器、数字处理模块和IP2修调模块。I通道混频器用于将射频信号RF与本振信号LO进行混频，输出I数据信号；Q通道混频器用于将射频信号RF与相移180度的本振信号LO_180进行混频，输出Q数据信号。通过数字处理模块对I数据信号和Q数据信号进行处理，并生成反馈信号；并由IP2修调模块根据数字处理模块处理后的反馈信号，生成相应的偏置数据，再将偏置数据补偿至I通道混频器的输入端或Q通道混频器的输入端。通过使用片内不同功能元件（如数字处理模块），改善射频接收机受二阶非线性的影响，达到对IP2的修调目的。

Description

一种具有IP2修调功能的射频接收机

技术领域

本申请涉及射频接收机应用技术领域，尤其是涉及一种具有IP2修调功能的射频接收机。

背景技术

在射频（RF）无线接收机中，偶数阶失真是众所周知的问题，其中二阶失真最为明显。直接转换接收机（DRC）和低中频接收机更容易受偶数阶非线性影响，会破坏下变频混频后的目标信号，使目标信号出现了低频互调失真，降低有效的信噪比（SNR）。

虽然使用片外滤波器等（例如SAW滤波器）可以缓解上述问题。但是，这些片外滤波器等模块也明显增加了射频接收系统成本和复杂性，而且大部分情况能被调谐的阻断频率也有限。

发明内容

为了缓解射频接收机的二阶失真问题以及改进射频接收机频率灵活修调性能，本申请提供一种具有IP2修调功能的射频接收机。

本申请提供的一种具有IP2修调功能的射频接收机，采用如下的技术方案：

一种具有IP2修调功能的射频接收机，包括：

I通道混频器，用于将射频信号与本振信号进行混频，输出I数据信号；

Q通道混频器，用于将射频信号与相移180度的本振信号进行混频，输出Q数据信号；

数字处理模块，分别与I通道混频器的输出端与I通道混频器的输出端连接，用于对I数据信号和Q数据信号进行处理，并生成反馈信号；以及

IP2修调模块，至少一输出端连接于I通道混频器的输入端，至少另一输出端连接于Q通道混频器的输入端；至少一输入端连接于数字处理模块的输出端；用于根据反馈信号，生成相应的偏置数据，再将偏置数据补偿至I通道混频器或Q通道混频器。

通过采用上述技术方案，混频器是射频接收机中产生二阶互调失真（IM2，2ndorder inter-modulation distortion）主要模块。

I数据信号与Q数据信号是同一射频信号与互补的本振信号混频后生产的，因此理想情况下，I数据信号与Q数据信号应该是互补信号，即IP2（second order interceptpoint，二阶互调截止点）的数据信号为互补；若射频接收机，特别是前端的混频处理存在二阶失真情况，则生成的I数据信号与Q数据信号则存在异常情况，即，IP2数据信号异常，为二阶互调失真。

本申请通过对混频后的I数据信号、Q数据信号进行处理后可生成确定二阶互调失真情况的反馈信号，利用反馈信号可以触发内置于射频接收机内的IP2修调模块，对IP2（二阶互调截止点）进行修调，由此改善射频接收机中二阶非线性失调问题。

可选的，所述I通道混频器与Q通道混频器均为包括晶体管；所述本振信号耦合至所述晶体管的栅极；所述IP2修调模块的输出端对应连接于I通道混频器的栅极或Q通道混频器的栅极。

通过采用上述技术方案，射频接收机的混频器中出现的失配可能是由于晶体管的几何形状、阈值电压变化、LO波形和基带相关失配造成的。

因此，将IP2修调模块连接于晶体管的栅极，调整晶体管栅极端的电压值/电流值，进而修正调整本振信号与射频信号的混频情况。

可选的，所述反馈信号为n位数字控制信号，其中n为整数。

通过采用上述技术方案，经过数字处理模块，可对I数据信号与Q数据信号进行处理，并转化生成反馈信号，处理成整数的数字控制信号，可以更直观地的反馈至IP2修调模块中，提高IP2修调模块的修调效率。

可选的，所述IP2修调模块包括：

数模转换子模块，用于根据反馈信号，计算确定出电路负载；

I通道修调电路，一端连接于I通道混频器的栅极，另一端连接于数模转换子模块；用于为I通道混频器提供I偏置数据；I通道修调电路包括I通道修调开关管Q1；

Q通道修调电路，一端连接于Q通道混频器的栅极，另一端连接于数模转换子模块；用于为Q通道混频器提供Q偏置数据；Q通道修调电路包括Q通道修调开关管Q2；以及

开关控制模块，用于根据反馈信号，控制I通道修调开关管Q1与Q通道修调开关管Q2，选择性地闭合I通道修调电路或闭合Q通道修调电路。

通过采用上述技术方案，开关控制模块通过反馈信号，可以获悉需要进行修调的是I通道修调电路或者Q通道修调电路，再选择控制I通道修调开关管Q1或Q通道修调开关管Q2，使I通道修调电路或者Q通道修调电路导通；此时对应混频器（I通道混频器或Q通道混频器）的栅极端的电路负载情况也将由此获得调整补偿。具体的电路负载，则由数模转换子模块根据接收到的反馈信号进行计算确定。

可选的，所述数模转换子模块为权电阻网络，用于根据反馈信号计算确定电路负载的阻值。

通过采用上述技术方案，通过权电阻网路计算确定IP2修调模块中电路负载的具体阻值，即可确定电路中的电压或电流值，并接入到相应混频器（I通道混频器或Q通道混频器）的栅极端，对修调本振信号进行调整补偿，进而实现对IP2修调的目的。

可选的，所述开关控制模块包括：

使能端；

I通道控制端，用于根据反馈信号，选择性向I通道修调开关管Q1发送控制信号；以及

Q通道控制端，用于根据反馈信号，选择性向Q通道修调开关管Q2发送控制信号。

通过采用上述技术方案，开关控制模块通过使能端接收开关控制模块的控制信号，并根据接收到的反馈信号判断选择向I通道修调开关管Q1或Q通道修调开关管Q2传送控制信号。

可选的，所述数字处理模块包括：

TIA子模块，两个输入端一一对应连接于I通道混频器的输出端与I通道混频器的输出端；对I数据信号与Q数据信号的失配情况进行检测，并输出检测结果；和

ADC子模块，连接于TIA子模块与IP2修调模块之间；根据检测结果进行模数转换，生成反馈信号。

通过采用上述技术方案，通过TIA（trans-impedance amplifier，跨阻放大器）子模块可以检测I通道混频器的晶体管与Q通道混频器的晶体管之间的阈值失配情况，并将检测结果输出给ADC子模块；由ADC子模块进行处理及转换生成的反馈信号则包括需要修调的补偿量。

可选的，所述IP2修调模块的输出端与I通道混频器的栅极之间连接有I通道负载电阻R1；所述IP2修调模块的输出端与Q通道混频器的栅极之间连接有Q通道负载电阻R2；所述I通道负载电阻R1与所述Q通道负载电阻R2的阻值相同。

通过采用上述技术方案，IP2修调模块与I通道混频器的栅极之间连接有I通道负载电阻R1，与Q通道混频器的栅极之间连接有Q通道负载电阻R2，I通道负载电阻R1与Q通道负载电阻R2作为偏置负载。

可选的，所述I通道混频器与所述Q通道混频器属于同一个无源混频器；所述无源混频器为CMOS混频器。

通过采用上述技术方案，无源混频器中I通道混频器与所述Q通道混频器由本振信号的互补相位驱动。

可选的，所述无源混频器为双平衡无源混频器。

通过采用上述技术方案，双平衡无源混频器可以有效消除LO泄漏，实现高线性度和高转换增益的混频过程。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在不采用外部过滤器（片外滤波器）情况下，通过共享使用片内不同功能元件，实现灵活修改混频前的信号，改善射频接收机受二阶非线性的影响；

2.通过对I通道混频器栅极与所述Q通道混频器栅极两个互补方向逐渐比较并进行修正I数据信号与Q数据信号的偏移。

附图说明

图1是本申请射频接收机的原理框图；

图2是本申请射频接收机的一种电路原理图；

图3是本申请射频接收机的另一种电路原理图；

图4是本申请数字处理模块中TIA子模块的电路原理图；

图5是本申请IP2修调模块的电路原理图。

附图标记说明：1、I数据通道；11、I数据信号；12、I通道混频器；2、Q数据通道；21、Q数据信号；22、Q通道混频器；3、数字处理模块；31、TIA子模块；311、跨阻放大器；312、放大滤波器；32、ADC子模块；4、IP2修调模块；41、数模转换子模块；42、I通道修调电路；43、Q通道修调电路；44、开关控制模块。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

理想情况下，射频接收机中由两个互补数据通道（例如I数据通道和Q数据通道，下文以I数据通道和Q数据通道为例进行阐述说明）对应产生的I数据信号和Q数据信号同样为互补信号。但实际芯片的生产工艺中难以达到所有批次芯片或同一批次位于不同晶圆中位置的芯片的性能参数一致，故而需要借助射频芯片应用中的关键性能IP2（second orderintercept point，二阶互调截止点），对应用有射频芯片的电路进行相应的修调。

而混频器是射频接收机中产生二阶互调失真（IM2，2nd order inter-modulationdistortion）主要模块，故以混频器为例进行关于对IP2修调技术的阐述说明。

本申请射频接收中，至少有两个互补数据通道（I数据通道和Q数据通道），I数据通道和产生的I数据信号与Q数据通道产生的Q数据信号互相为对方的基准信号，用于对另一信号（目标信号）进行修调；例如目标信号I数据信号需要进行修调，则Q数据信号作为I数据信号修调技术中的基准信号，反之亦然。

参考图1，一种具有IP2修调功能的射频接收机，包括I数据通道1、Q数据通道2、数字处理模块3和IP2修调模块4。

数据通道设置有I通道混频器12，Q数据通道2设置有Q通道混频器22；I通道混频器12用于将射频信号RF与本振信号LO_0进行混频，输出I数据信号11；Q通道混频器22用于将射频信号RF与相移180度的本振信号LO_180进行混频，输出Q数据信号21。I通道混频器12与Q通道混频器22的输出端连接数字处理模块3，通过数字处理模块3对I数据信号11和Q数据信号21进行处理，并生成反馈信号。数字处理模块3的输出端连接于IP2修调模块4。IP2修调模块4用于根据数字处理模块3处理后的反馈信号，生成相应的偏置数据，再将偏置数据补偿至I通道混频器12的输入端或Q通道混频器22的输入端。为了提高对每一I数据通道1或Q数据进行修调的效率，IP2修调模块4可以连接于每一I通道混频器12的输入端或Q通道混频器22的输入端。

由同一射频信号RF与互补的本振信号LO混频后生产的I数据信号11与Q数据信号21，理想情况下为互补信号，I数据通道1中与Q数据通道2中的IP2的数据信号为互补。但因射频接收机，特别是前端的混频处理存在二阶失真情况，则生成的I数据信号11与Q数据信号21则存在异常情况，IP2数据信号出现二阶互调失真。

通过该方式，可以解决采用片外滤波器等模块修调所产生的高成本与复杂性的问题。开发片上修调方案可以提高接收机的偶数阶线性度（主要是二阶互调截止点IP2）和最小化阻滞的腐蚀。二阶截止点（IP2）是直接转换接收机系统的一个关键的性能参数。它是二阶非线性的度量，有助于量化接收机对单频干扰信号和/或双频干扰信号的敏感性。

本申请通过对混频后的I数据信号11、Q数据信号21进行处理后可生成确定二阶互调失真情况的反馈信号，利用反馈信号可以触发内置于射频接收机内的IP2修调模块4，对IP2（二阶互调截止点）进行修调，由此改善射频接收机中二阶非线性失调问题。

射频接收机的混频器中出现的失配可能是由于晶体管的几何形状、阈值电压变化、LO波形和基带相关失配造成的。为了提高修正调整效果，并减少受片内特定的阻滞剂的影响。

参考图2与图3，本申请射频接收机中的I通道混频器12与Q通道混频器22可考虑使用晶体管，利用晶体管的开关功能实现对两路信号的混频处理。将本振信号LO耦合至晶体管的栅极；IP2修调模块4的输出端对应连接于I通道混频器12的栅极或Q通道混频器22的栅极。

调整晶体管栅极端的电压值/电流值，进而修正调整本振信号LO与射频信号RF的混频情况。为此，在IP2修调模块4连接至I数据通道1、Q数据通道2前连接负载电阻作为偏置负载，便于确定需补充至混频器栅极端的电压值/电流值。例如，IP2修调模块4的输出端与通道混频器的栅极之间连接I通道负载电阻R1；IP2修调模块4的输出端与Q通道混频器22的栅极之间连接Q通道负载电阻R2；I通道负载电阻R1与Q通道负载电阻R2的阻值相同。

参考图2与图3，数字处理模块3包括TIA子模块31和ADC子模块32。

参考图4，TIA子模块31包括跨阻放大器311和放大滤波器312；跨阻放大器为TIA，trans-impedance amplifier。

跨阻放大器311的两个输入端一一对应连接于I通道混频器12的输出端与I通道混频器12的输出端；对I数据信号11与Q数据信号21的失配情况进行检测，并输出检测结果。通过跨阻放大器可以检测I通道混频器12的晶体管与Q通道混频器22的晶体管之间的阈值失配情况，并将跨阻放大器检测处理后的结果，再经过放大滤波器312进一步增大及滤除杂散的谐波后，将TIA子模块检测处理后的结果。

ADC子模块32连接于TIA子模块31与IP2修调模块4之间；根据检测结果进行模数转换，生成反馈信号。

在某些实施例中，有数字处理模块3输出的反馈信号为n位数字控制信号，其中n为整数。反馈信号为整数的数字信号，可以更直观地的反馈至IP2修调模块4中，可以作为具体需要修调的通道的编码位，提高IP2修调模块4的修调效率。例如用于n为1，需要对编码位为1的数据通道进行修调，该数据通道可能为I数据通道1，也可能为Q数据通道2，根据TIA子模块31检测处理及ADC子模块32处理确定。

参考图2，射频接收机中可采用无源混频器，I通道混频器12与Q通道混频器22属于同一个无源混频器；无源混频器可为CMOS混频器。这样无源混频器中I通道混频器12与Q通道混频器22由本振信号LO的互补相位驱动。

射频接收机则包括I数据通道1和Q数据通道2，I数据通道1设置有晶体管Q3，Q数据通道2设置有晶体管Q4。逐渐通过晶体管的栅极处的IP2修调模块4输出电压值/电流值，晶体管Q3和Q4之间的阈值失配可以通过检测数字处理模块3输出值或数字基带处的过零来补偿。

参考图3，无源混频器为双平衡无源混频器。具有I数据通道1和Q数据通道2均具有两路，每一路I数据通道1和Q数据通道2都经过TIA子模块31的检测，并通过IP2修调模块4单独进行修调。双平衡无源混频器可以有效消除LO泄漏，实现高线性度和高转换增益的混频过程。

对IP2进行修调时，逐渐通过晶体管的栅极处的IP2修调模块4输出电压值/电流值，晶体管Q5和Q6或晶体管Q7与Q8之间的阈值失配可以通过检测数字处理模块3输出值或数字基带处的过零进行补偿，由此可以实现整体二阶互调失真（IM2，2nd order inter-modulation distortion）抑制。

参考图4，IP2修调模块4包括数模转换子模块41、I通道修调电路42、Q通道修调电路43和开关控制模块44。

其中，数模转换子模块41用于根据反馈信号，计算确定出电路负载；具体的，数模转换子模块41可采用权电阻网络，用于根据反馈信号计算确定电路负载的阻值。通过权电阻网路可逐渐计算并调整确定IP2修调模块4中电路负载的具体阻值，即可确定电路中的电压或电流值，并接入到相应混频器（I通道混频器12或Q通道混频器22）的栅极端，对修调本振信号LO进行调整补偿，进而实现对IP2修调的目的。

数模转换子模块41相当于DAC（数模转换器）。通过DAC微调混频器栅极偏置来修调/校准IP2（二阶互调截止点）。逐渐通过晶体管的栅极处的DAC（数模转换器）输出电压，晶体管Q1和Q2或Q3和Q4之间的阈值失配可以通过检测TIA（trans-impedance amplifier，跨阻放大器）子模块输出值或数字基带处的过零来补偿。TIA子模块31包括跨阻放大器，可以根据两路输入信号进行放大及处理，使反馈信号至少能体现需进行修调的数据通道，还能体现需修调补偿的量。该方法对特定的阻滞剂分布不敏感，可以实现整体二阶互调失真（IM2，2nd order inter-modulation distortion）抑制。该方式下，由于IP2会随I通道和Q通道的偏移而变化，需要对每个I/Q通道单独进行校准。

I通道修调电路42用于为I通道混频器12提供I偏置数据；Q通道修调电路43用于为Q通道混频器22提供Q偏置数据。I通道修调电路42与Q通道修调电路43均连接于参考电压Vref与数模转换子模块41之间。

I通道修调电路42包括I通道修调开关管Q1。I通道修调电路42的一端连接于I通道混频器12的栅极，另一端连接于数模转换子模块41。具体的，开关管Q1的漏极端耦合于I通道混频器12中晶体管的栅极端。

Q通道修调电路43包括Q通道修调开关管Q2；Q通道修调电路43的一端连接于Q通道混频器22的栅极，另一端连接于数模转换子模块41。具体的，开关管Q2的漏极端耦合于Q通道混频器22中晶体管的栅极端。

开关控制模块44用于根据反馈信号，控制I通道修调开关管Q1与Q通道修调开关管Q2，选择性地闭合I通道修调电路42或闭合Q通道修调电路43。开关控制模块44具有使能端、I通道控制端和Q通道控制端。

根据反馈信号，通过I通道控制端选择性向I通道修调开关管Q1发送控制信号或选择性向Q通道修调开关管Q2发送控制信号。

具体的，开关控制模块44通过反馈信号，可以获悉需要进行修调的是I通道修调电路42或者Q通道修调电路43，再选择控制I通道修调开关管Q1或Q通道修调开关管Q2，使I通道修调电路42或者Q通道修调电路43导通，并将I通道修调电路42中的电压至/电流值耦合至I通道混频器12的栅极端，或者将Q通道修调电路43中的电压至/电流值耦合至Q通道混频器22的栅极端、调整补偿，以使得IP2得到相应的修调。具体的电路负载，则由数模转换子模块41根据接收到的反馈信号进行计算确定。开关控制模块44通过使能端接收开关控制模块44的控制信号，并根据接收到的反馈信号判断选择向I通道修调开关管Q1或Q通道修调开关管Q2传送对应的控制信号。

由于本申请射频信号RF是与本振信号LO_0、相移180度的本振信号LO_180分别混频处理，故而进行IP2修调时，也需考虑I通道控制端和Q通道控制端实际控制两路互补信号电路的电压值/电流值的调整。

本申请实施例一种具有IP2修调功能的射频接收机的实施原理为：数字处理模块3对I数据通道1和Q数据通道2进行检测处理后，并将检测结果经过ADC子模块32的转换处理与对应编码后形成反馈信号；并将该反馈信号传递给IP2修调模块4，由IP2修调模块4中的数模转换子模块41与开关控制子模块，经过选择需修调的数据通道，确定控制I通道修调电路42或Q通道修调电路43闭合形成回路，并计算确定对应通道混频器需补偿的电压值/电流值，依次完成相应数据通道（I数据通道1或Q数据通道2）中IP2的修调。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有IP2修调功能的射频接收机，其特征在于，包括：

I通道混频器(12)，用于将射频信号与本振信号进行混频，输出I数据信号(11)；

Q通道混频器(22)，用于将射频信号与相移180度的本振信号进行混频，输出Q数据信号(21)；

数字处理模块(3)，分别与I通道混频器(12)的输出端与I通道混频器(12)的输出端连接，用于对I数据信号(11)和Q数据信号(21)进行处理，并生成反馈信号；以及

IP2修调模块(4)，至少一输出端连接于I通道混频器(12)的输入端，至少另一输出端连接于Q通道混频器(22)的输入端；至少一输入端连接于数字处理模块(3)的输出端；用于根据反馈信号，生成相应的偏置数据，再将偏置数据补偿至I通道混频器(12)或Q通道混频器(22)。

2.根据权利要求1所述的射频接收机，其特征在于，所述I通道混频器(12)与Q通道混频器(22)均为包括晶体管；所述本振信号耦合至所述晶体管的栅极；所述IP2修调模块(4)的输出端对应连接于I通道混频器(12)的栅极或Q通道混频器(22)的栅极。

3.根据权利要求2所述的射频接收机，其特征在于，所述反馈信号为n位数字控制信号，其中n为整数。

4.根据权利要求3所述的射频接收机，其特征在于，所述IP2修调模块(4)包括：

数模转换子模块(41)，用于根据反馈信号，计算确定出电路负载；

I通道修调电路(42)，一端连接于I通道混频器(12)的栅极，另一端连接于数模转换子模块(41)；用于为I通道混频器(12)提供I偏置数据；I通道修调电路(42)包括I通道修调开关管Q1；

Q通道修调电路(43)，一端连接于Q通道混频器(22)的栅极，另一端连接于数模转换子模块(41)；用于为Q通道混频器(22)提供Q偏置数据；Q通道修调电路(43)包括Q通道修调开关管Q2；以及

开关控制模块(44)，用于根据反馈信号，控制I通道修调开关管Q1与Q通道修调开关管Q2，选择性地闭合I通道修调电路(42)或闭合Q通道修调电路(43)。

5.根据权利要求4所述的射频接收机，其特征在于，所述数模转换子模块(41)为权电阻网络，用于根据反馈信号计算确定电路负载的阻值。

6.根据权利要求4所述的射频接收机，其特征在于，所述开关控制模块(44)包括：

使能端；

I通道控制端，用于根据反馈信号，选择性向I通道修调开关管Q1发送控制信号；以及

Q通道控制端，用于根据反馈信号，选择性向Q通道修调开关管Q2发送控制信号。

7.根据权利要求2所述的射频接收机，其特征在于，所述数字处理模块(3)包括：

TIA子模块(31)，两个输入端一一对应连接于I通道混频器(12)的输出端与I通道混频器(12)的输出端；对I数据信号(11)与Q数据信号(21)的失配情况进行检测，并输出检测结果；和

ADC子模块(32)，连接于TIA子模块(31)与IP2修调模块(4)之间；根据检测结果进行模数转换，生成反馈信号。

8.根据权利要求2所述的射频接收机，其特征在于，所述IP2修调模块(4)的输出端与I通道混频器(12)的栅极之间连接有I通道负载电阻R1；所述IP2修调模块(4)的输出端与Q通道混频器(22)的栅极之间连接有Q通道负载电阻R2；所述I通道负载电阻R1与所述Q通道负载电阻R2的阻值相同。

9.根据权利要求1所述的射频接收机，其特征在于，所述I通道混频器(12)与所述Q通道混频器(22)属于同一个无源混频器；所述无源混频器为CMOS混频器。

10.根据权利要求9所述的射频接收机，其特征在于，所述无源混频器为双平衡无源混频器。