CN117792421A - 使用包络检测器进行杂散发射检测和校准 - Google Patents

使用包络检测器进行杂散发射检测和校准 Download PDF

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CN117792421A CN202311057653.9A CN202311057653A CN117792421A CN 117792421 A CN117792421 A CN 117792421A CN 202311057653 A CN202311057653 A CN 202311057653A CN 117792421 A CN117792421 A CN 117792421A
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Abstract

描述了用于操作收发器的方法和系统。收发器可以包括上变频混频器、下变频混频器、控制器和包络检测器。上变频混频器可以将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频，以生成传输器信号。包络检波器可以接收从上变频混频器输出的传输器信号，并将传输器信号的包络输出至下变频混频器的输出线。包络可以指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个。控制器可以接收基于图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个的校准参数，并且基于校准参数来校准上变频混频器。

Description

使用包络检测器进行杂散发射检测和校准
技术领域
本公开整体涉及收发器的操作。更具体地，本公开涉及使用收发器中嵌入的包络检测器来进行杂散发射检测和校准。
背景技术
收发器可以是被配置为传输和接收信号的集成电路(IC)。收发器的一个示例应用可以是波束成形系统，波束成形系统包括诸如基带处理器、多个收发器IC以及与多个天线连接的多个波束成形器IC的组件。波束成形器IC可以具有不同的增益和相位设置。在传输模式下，天线可以输出具有基于波束成形器IC的不同增益和相位设置的形状、尺寸和方向的波束。在接收模式下，天线可以接收来自不同方向的不同幅度的信号并且所接收的信号可以被组合而形成可以被解码的信号。
发明内容
在一个实施例中，整体描述用于操作收发器的半导体器件。半导体器件可以包括上变频混频器、下变频混频器和包络检测器。上变频混频器可以被配置为将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频，以生成传输器信号。包络检波器可以被配置为接收从上变频混频器输出的传输器信号。包络检测器可以被配置为将传输器信号的包络输出至下变频混频器的输出线。包络可以指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号。
在一个实施例中，整体描述用于操作收发器的半导体器件。半导体器件可以包括上变频混频器、下变频混频器、控制器和包络检测器。上变频混频器可以被配置为将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频，以生成传输器信号。包络检波器可以被配置为接收从上变频混频器输出的传输器信号。包络检测器可以进一步被配置为将传输器信号的包络输出至下变频混频器的输出线。包络可以指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号。控制器可以被配置为接收基于图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号的校准参数。控制器可以进一步被配置为基于校准参数来校准上变频混频器。
在一个实施例中，用于操作收发器的方法。方法可以包括将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频，以生成传输器信号。方法还可以包括在收发器中上变频混频器的输出端子处分接传输器信号。方法还可以包括将传输器信号的包络输出至收发器中下变频混频器的输出线。包络可以指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号。方法还可以包括使用校准参数来校准上变频混频器，校准参数基于包络中的图像信号和泄漏的LO信号。
前述发明内容仅用于例示并不旨在以任何方式进行限制。除了上述例示性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，进一步的方面、实施例和特征将变得显而易见。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
附图说明
图1是示出了示例系统的图，示例系统可以在一个实施例中使用包络检测器实现杂散发射检测和校准。
图2是在一个实施例中示出图1的系统的附加细节的图。
图3是可以在一个实施例中可以使用包络检测器实现杂散发射检测和校准的示例过程的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，诸如特定的结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以提供对本申请的各种实施例的理解。然而，本领域普通技术人员可以理解，本申请的各种实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，公知的结构或处理步骤没有被详细描述，以避免模糊本申请。
图1是示出了示例系统的图，示例系统可以在一个实施例中使用包络检测器实现杂散发射检测和校准。在一个或多个实施例中，系统100可以是由诸如RF收发器的通信设备实现的射频(RF)传输系统。此外，在一个或多个实施例中，系统100可以被配置为在公共无线射频、毫米波频率和/或微波频率下操作。在一个或多个实施例中，系统100可以是无线通信网络的一部分，诸如第四代(4G)无线通信系统、第五代(5G)无线通信系统、卫星通信系统、诸如公共数据链路的点对点通信系统和/或其他类型的无线通信网络。在一个或多个实施例中，系统100可以在无线网卡中实现。
系统100可以包括基带处理器102、多个收发器110、分配网络104、多个波束成形器集成电路(IC)120和多个天线122。多个收发器110可以包括N个收发器，范围从收发器110-0到110-N。多个收发器110中的每个收发器可以被连接到波束成形器IC 120中的波束成形器IC集合。每个波束成形器IC 120可以被连接到一个或多个天线122。多个天线122可以包括多个单独的天线和/或具有不同数量的天线的天线阵列。天线122中的每个天线可以输出具有相应幅度和相位的RF信号。
基带处理器102可以是例如微处理器、专用集成电路(ASIC)或其它类型的处理器或控制器。在一个或多个实施例中，基带处理器102可以是无线网卡中的处理器，或者是计算机中包括实现系统100的无线网卡的一般微处理器。基带处理器102可以包括各种逻辑电路和接口，逻辑电路和接口被配置用于执行系统100的传输和接收操作所需的基带数字信号处理。在一个实施例中，基带处理器102可以被配置为执行与收发器110和波束成形器IC120的操作相关联的波形生成、均衡和/或分组处理。基带处理器102还可以被配置为配置、管理和控制收发器110和波束成形器IC 120的信号流方向。例如，基带处理器102可以向收发器110和波束成形器IC 120的控制器发送控制信号，以在传输模式和接收模式之间切换。
波束成形器IC 120可以包括多个通道，并且每个通道可以包括移相器和增益控制电路。移相器的相位设置和增益控制电路的增益设置可以限定由天线122输出或接收的RF信号的相位和/或增益(例如，幅度)。在传输模式下，相位和增益设置可以在通道上产生相位延迟，以产生干涉图案(interference pattern)并导致天线122聚焦具有场图案(fieldpattern)和波束方向的波束。在接收模式下，相位和增益设置可以在通道上产生相位延迟，以组合可以由天线122从不同方向接收的RF信号，从而形成具有场图案和波束方向的接收器波束。
在一个实施例中，收发器110中的每个收发器可以是单个集成电路芯片。在传输模式下，基带处理器102可以经由一个或多个数模转换器(DAC)106向收发器110发送信号。在收发器110处，经由DAC 106从基带处理器102接收的信号可以经历诸如将信号转换为可以由天线122传输的格式的处理。分配网络104可以包括多个迹线(例如，单向和/或双向迹线)，其可以将信号从收发器110路由到波束成形器IC 120，以及从波束成形器IC 120路由到收发器110。
收发器110中的每个收发器可以包括控制器115、上变频混频器112、下变频混频器114和包络检测器130。控制器115可以是被配置为控制收发器110的各种操作的微控制器。例如，控制器115可以被配置为调谐上变频混频器112和下变频混频器114，使能和禁用包络检测器130，以及诸如使能和禁用收发器110中嵌入的功率放大器和低噪声放大器的其它操作。此外，收发器110中的每个收发器可以包括频率合成器117，频率合成器117被配置为生成具有参考频率的本地振荡器(LO)信号。在一个或多个实施例中，频率合成器117可以是倍频器、分频器或缓冲器。LO信号可以被输入到上变频混频器112和下变频混频器114中，以生成更高或更低频率的信号。包络检测器130可以被集成在收发器110中的每个收发器中。包络检测器130的输入端子可以被连接到上变频混频器112的输出，并且包络检测器130的输出端子可以被连接到下变频混频器114的输出。包络检测器130可以是被配置为将输入信号(可以是幅度调制信号)转换为输入信号的解调包络的电子电路。
在一个方面，信号损伤可能在收发器110的操作中发生。信号处理损伤可以包括例如路径不平衡和振荡器泄漏。这些信号处理损伤可能降低收发器输出信号的生成或输入信号的处理。路径不平衡可能是由于收发器110的同相路径(I路径)和正交路径(Q路径)的性能不相等而造成的损伤。路径不平衡或I-Q不平衡可能是由I路径和Q路径之间的增益差和/或相位差引起的。振荡器泄漏可能是在振荡器信号的一部分从混频器的输入馈送到混频器的输出时可能发生的损伤。振荡器泄漏可能导致振荡器信号出现在混频器的输出中。
在如图1所示的系统100中，当由频率合成器117生成的LO信号被输入到上变频混频器112和下变频混频器114中时，可能发生振荡器泄漏(或LO泄漏)。控制器115可以被配置为校准上变频混频器112和下变频混频器114来减少LO泄漏。一方面，控制器115可以通过调谐混频器中的偏置电流或电压来校准混频器。校准量或调谐程度可能会因诸如组件、频率和温度变化的变化而改变。
包络检测器130可以被集成在收发器110中的每个收发器中，以分接上变频混频器112的输出。上变频混频器112的输出可以经由下变频混频器114的输出信号线而被反馈给基带处理器102。使用下变频混频器114的输出信号线将上变频混频器112的输出馈送回基带处理器102，可以避免出于反馈目的在收发器110上添加输出引脚。此外，包络检测器130可以输出上变频混频器112的输出的包络，其中包络可以是模拟信号。此外，使用下变频混频器114的输出信号线可以避免上变频混频器112的输出经过下变频混频器114，从而避免需要执行DC偏置校准。使用下变频混频器114的输出信号线还可以在无需附加硬件的情况下，允许ADC 108将包络转换为数字信号。此外，使用包络检测器130在内部分接上变频混频器112的输出(例如，在功率放大器级110之前的收发器110内部)，而不是分接收发器110的输出，可以避免需要使用诸如频谱分析仪的附加硬件来分析来自收发器110的放大的输出。
图2是在一个实施例中示出了图1的系统的附加细节的图。在图2所示的示例中，以使用收发器110-0为例，收发器110中的每个收发器可以包括输入引脚TXIF和RX，以及输出引脚TX和RXIF。输入引脚TXIF可以将来自基带处理器102(参见图1)的信号接收到收发器110-0。输入引脚TX可以经由分配网络104接收来自波束成形器IC 120的信号(参加图1)。输出引脚TX可以经由分配网络，将来自收发器110-0的信号提供给波束成形器IC。输出引脚RXIF可以将来自收发器110的信号提供给基带处理器102。
进一步地，收发器110中的每个收发器可以包括放大器202、功率放大器级204、低噪声放大器(LNA)206和可变增益放大器(VGA)208。放大器202可以是在输入引脚TXIF和上变频混频器112的输入端子之间连接的中频(IF)放大器。功率放大器级204可以包括在输出引脚TX和上变频混频器112的输出端子之间连接的一个或多个功率放大器。LNA 206可以连接在引脚RX和下变频混频器114之间。VGA 208可以是在下变频混频器114的输出端子和引脚RXIF之间连接的IF VGA。
在一个实施例中，输入信号212(例如，来自基带处理器102)被提供给收发器110-0的引脚TXIF。输入信号212可以是测试信号，也可以是具有中频ωIF的单个脉冲信号。放大器202可以在输入信号212作为输入被提供给上变频混频器112之前放大输入信号212。上变频混频器112可以将输入信号212和频率合成器117生成的LO信号混频。LO信号的LO频率可以是ωLO。在一个实施例中，通过放大器202和上变频混频器112放大输入信号212可以将输入信号212的增大到一定幅度，使得输入信号212可以充当载波，并且输入信号212与LO信号的混频之后的任何杂散发射可以表现为调制。
在一个实施例中，包络检测器130可以在上变频混频器112的输出端子和功率放大器级204之间的节点处，分接上变频混频器112的输出。在另一实施例中，包络检测器130可以在功率放大器级204和引脚TX之间的节点处，分接功率放大器级204的输出。在另一实施例中，包络检测器130可以从功率放大器级204的中间节点之一分接。用于分接上变频混合器112的输出的节点可以基于系统100的期望实现。
由包络检测器130分接的上变频混频器112的输出在图2中被示出为传输器信号214。传输器信号214可以包括频率为ωLO+ωIF的期望输出信号RF。在另一实施例中，系统可以在频率ωLO-ωIF下，以期望的输出RF进行高侧注入。在一个方面，每当输入信号212传递通过硬件组件片段，诸如放大器202和上变频混频器112时，由于这些硬件组件的过程变化而可能发生信号损伤。在图2所示的示例中，传输器信号214可以包括诸如频率ωLO处的LO泄漏信号和频率ωLO–ωIF处的图像信号的信号损伤。一方面，对于高侧注入，图像信号将以频率ωLO+ωIF出现。
包络检测器130可以将传输器信号214转换为包络216，其中包络216可以是模拟信号，即，传输器信号214的解调包络。包络216可以被输出到下变频混频器114的输出线(例如，与下变频混频器114的输出端子连接的信号线)。借助下变频混合器114的输出线，包络216可以被输入到VGA 208，以加强包络216。包络216可以经由输出引脚RXIF而被输出到基带处理器102。在一个实施例中，包络216可以经由输出引脚RXIF和ADC 108输出到基带处理器102(参见图1)。ADC 108可以将包络216转换为校准信号218。在一个实施例中，ADC 108可以以ωIF和2ωIF的频率对包络216进行采样，以生成校准信号218。如图2所示，校准信号218可以包括频率ωIF处的泄漏的LO信号和频率2ωIF处的图像信号。
在一个实施例中，由包络检测器130生成的包络216可以包括上变频混频器112的输出中的附加杂散发射(例如，不期望的信号)。这样的附加杂散发射可以包括例如泄漏的LO信号的谐波，或者泄漏的LO信号和IF频率的线性组合。在包络检测器130在功率放大器级204和引脚TX之间的节点处分接包络检测器的输出的实施例中，功率放大器级204中的功率放大器的硬件过程变化所产生的杂散发射也可能出现在被包络检测器130分接的输出中。因此，在收发器110中集成包络检测器130可以促进检测泄漏的LO信号、图像信号以及可能出现在由收发器110输出的信号中的任何杂散发射。
基带处理器102可以接收校准信号218并标识频率ωIF处的泄漏的LO信号和2ωIF处的图像信号。基于频率ωIF处的泄漏的LO信号和2ωIF处的图像信号的幅度，基带处理器102可以生成可以由收发器110的控制器115读取或解释的校准参数。基带处理器102可以将校准参数发送到收发器110-0并且控制器115可以使用校准参数来调谐上变频混频器112。在一个实施例中，控制器115可以基于校准参数来减小上变频混频器112的偏置电流，以减小上变频混频器112的未来输出中的泄漏的LO信号和图像信号的幅度。
在一个实施例中，控制器115可以被配置为使能和禁用收发器110的组件在校准模式下操作收发器110-0。为了在校准模式下操作收发器110，控制器115可以禁用功率放大器级204和LNA 206。响应于禁用功率放大器级204和LNA 206，控制器115可以使得包络检测器130能够在校准模式下操作收发器110-0。当功率放大器级204和LNA 206被禁用并且包络检测器130被使能时，来自上变频混频器112的输出可以被包络检测器130分接来检测杂散发射。在一个实施例中，禁用功率放大器级204和LNA 206可以避免在校准模式期间不期望的传输或干扰。收发器110中的每个收发器可以使用相应的包络检测器130来输出不同的包络，以校准其上变频混频器112。
图3是可以在一个实施例中使用包络检测器来实现杂散发射检测和校准的示例过程的流程图。图3中的过程300可以使用例如以上讨论的系统100来实现。示例过程可以包括如框302、304、306和/或308中的一个或多个所示的一个或多个操作、动作或功能。虽然被图示为离散的框，但根据期望的实现方式，各种框可以被划分为附加框、被组合为更少的框、被消除、以不同的顺序执行或并行执行。
过程300可以是由收发器(例如，图1和图2中的收发器110)执行的校准过程。过程300可以从框302处开始。在框302处，收发器的上变频混频器可以将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频来生成传输器信号。
过程300可以从框302进行到框304。在框304处，收发器的包络检测器可以在上变频混频器的输出端子处分接传输器信号。在一个实施例中，包络检波器可以被连接在上变频混频器的输出端子和收发器中的功率放大器的输入之间。
过程300可以从框304进行到框306。在框306处，包络检测器可以将传输器信号的包络输出到收发器中下变频混频器的输出线。包络可以指示泄漏的LO信号和图像信号中的至少一个。在一个实施例中，收发器可以将包络输出到可变增益放大器。
过程300可以从框306进行到框308。在框308处，收发器的控制器可以使用校准参数来校准上变频混频器，校准参数基于泄漏的LO信号和包络中的图像信号。在一个实施例中，泄漏的LO信号可以处于包络中的第一频率，并且第一频率可以是中频。在一个实施例中，图像信号可以处于包络中的第二频率，并且第二频率可以是中频的两倍。在一个实施例中，包络可以进一步指示LO信号的至少一个谐波。在一个实施例中，收发器可以将包络输出到基带处理器。在一个实施例中，校准参数可以在收发器处从基带处理器接收。
在一个实施例中，收发器的控制器可以禁用与上变频混频器的输出端子连接的功率放大器。控制器可以进一步禁用与下变频混频器的输入端子连接的低噪声放大器。控制器可以响应于禁用功率放大器和低噪声放大器，使得包络检测器能够输出包络。
附图中的流程图和框图图示了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些备选实现方式中，框中记录的功能可以与图中所示的顺序不同。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时实现，或者根据所涉及的功能，这些框有时可以以相反的顺序实现。注意，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合，可以由执行指定功能或行为或执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。除非上下文另有明确指出，否则如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”也旨在包括复数形式。将进一步理解，术语“包括(comprises和/或comprising)”在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组。
所附权利要求中的所有装置或步骤加功能元件(如果存在)的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括与具体要求保护的其它要求保护的元件组合执行功能的任何结构、材料或动作。本发明所公开的实施例已用于例示和描述的目的而提出，但不旨在以所公开的形式详尽无遗或限制本发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。实施例被选择和描述来最好地解释本发明的原理和实际应用，并使得本领域普通技术人员能够理解本发明的各种实施例，并针对所设想的特定用途进行各种修改。

Claims (20)

1.一种半导体器件，包括：
上变频混频器，被配置为将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频以生成传输器信号；
下变频混合器；以及
包络检测器，被配置为：
接收从所述上变频混频器输出的所述传输器信号；以及
将所述传输器信号的包络输出至所述下变频混频器的输出线，其中所述包络指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述包络检测器的输入端子被连接到所述上变频混频器的输出端子和功率放大器的输入。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述包络检测器将所述传输器信号的所述包络输出至可变增益放大器。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中：
所述泄漏的LO信号在所述包络中处于第一频率，其中所述第一频率为中频；并且
所述图像信号在所述包络中处于第二频率，其中所述第二频率是所述中频的两倍。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述包络还指示所述LO信号的至少一个谐波。
6.一种半导体器件，包括：
上变频混频器，被配置为将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频以生成传输器信号；
下变频混频器；
控制器；以及
包络检测器，被配置为：
接收从所述上变频混频器输出的所述传输器信号；以及
将所述传输器信号的包络输出至所述下变频混频器的输出线，其中所述包络指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号，其中所述控制器被配置为：
接收校准参数，所述校准参数基于所述泄漏的LO信号和所述图像信号中的至少一个；以及
基于所述校准参数，校准所述上变频混频器。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述包络检测器的输入端子被连接在所述上变频混频器的输出端子与功率放大器的输入之间。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述包络检测器将所述传输器信号的所述包络输出至可变增益放大器。
9.根据权利要求6所述的半导体器件，其中：
所述泄漏的LO信号在所述包络中处于第一频率，其中所述第一频率是中频；并且
所述图像信号在所述包络中处于第二频率，其中所述第二频率是所述中频的两倍。
10.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述包络还指示所述LO信号的至少一个谐波。
11.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述控制器被配置为：
禁用与所述上变频混频器的输出端子连接的功率放大器；
禁用与所述下变频混频器的输入端子连接的低噪声放大器；以及
响应于禁用所述功率放大器和所述低噪声放大器，使能所述包络检测器。
12.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述包络被输出至基带处理器，并且所述控制器被配置为从所述基带处理器接收所述校准参数。
13.一种用于操作收发器的方法，所述方法包括：
将输入信号与本地振荡器(LO)信号混频以生成传输器信号；
在收发器中的上变频混频器的输出端子处分接所述传输器信号；
将所述传输器信号的包络输出至所述收发器中的下变频混频器的输出线，其中所述包络指示图像信号和泄漏的LO信号中的至少一个信号；以及
使用校准参数来校准所述上变频混频器，所述校准参数基于所述包络中的所述泄漏的LO信号和所述图像信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中输出所述传输器信号的所述包络包括：操作所述包络检测器以将所述传输器信号转换为所述包络，其中所述包络检测器被连接在所述上变频混频器的输出端子与所述功率放大器的输入之间。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述包络输出至可变增益放大器。
16.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述泄漏的LO信号在所述包络中处于第一频率，其中所述第一频率是中频；并且
所述图像信号在所述包络中处于第二频率，其中所述第二频率是所述中频的两倍。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述包络还指示所述LO信号的至少一个谐波。
18.根据权利要求13所述的方法，还包括：
禁用与所述上变频混频器的所述输出端子连接的功率放大器；
禁用与所述下变频混频器的输入端子连接的低噪声放大器；以及
响应于禁用所述功率放大器和所述低噪声放大器，使能所述包络检波器输出所述包络。
19.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述包络输出至基带处理器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述校准参数在所述收发器处从所述基带处理器被接收。
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