CN1289930A - 比较两个电信号的幅度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比较两个电信号Iout和Qout的幅度的方法。根据本发明的方法包括一个比较所述信号Iout和Qout传输的能量的步骤。采用本发明,当这些信号彼此异相时不需存储信号的最大值来进行比较。本发明应用于:QAM、QPSK或QBSK调制解调器内相位分离90°的I、Q信号之间的幅度差异的校正。

Description

比较两个电信号的幅度的方法

本发明涉及一种比较两个电信号幅度的方法。

这种比较在所有类型的电路中都是经常进行的，例如，为了进行增益控制。利用简单的比较器比较两个同步信号的幅度可能很简单，然而，当所述信号是异相时，这就是一件困难的事情。在后一种情况中，这些信号在不同时刻达到最大和最小值并且所述信号之间的即时比较不再表示其可能的幅度差异。大多数能够比较这些信号的方法都使用存储级来存储信号的最大值，这在有些情况中会涉及到所述信号的模-数转换，以便以数字形式存储和比较这些信号的最大或者最小值。从硅的表面积和能量消耗的角度看，这样的方法需要复杂和因此昂贵的(电路)结构。

本发明的一个目的是借助于一种方法克服这些缺点，该方法能使两个信号的幅度被比较，而不需要对这些信号进行任何储存。

根据本发明，如在本文首段中描述的方法的特征在于，该方法包括这样的一级，其中对所述信号传送的能量进行比较。

这种方法利用了由信号传送的能量表示其幅度的事实。因此，依照本发明，不再需要为即时进行比较而同时具有每一个信号的幅度值，否则当信号是异相时这是困难的。对于每一个信号，只要产生一些表示它传送的能量的数据即可，所述数据是与相位无关的。

依据本发明的一种变换方式，上述方法的特征在于它有这样的一级，其中产生一个代表这些信号的幅度的均方值之差的值。

在一个单一的步骤中，这个方法结合了表示由信号传送的能量的数据的产生以及这些数据之间的比较。

依据发明的方法能有益地用来校正两个信号之间的幅度差异。因此，在它的一种可能的应用中，本发明也涉及到一种循环执行下列操作的方法：

·所述两个信号的幅度之间的比较，和

·最小幅度的信号的放大，并且同时进行的最大幅度的信号的衰减，

该方法的特征在于，信号幅度之间的比较是按照上述的方法执行的。

在其实施例之一中，本发明也涉及一种用来比较第一和第二输入信号的幅度的设备，其特征在于这种设备包括用于比较所述信号传送的能量的装置。

在另一个实施例中，本发明涉及一种用于校正第一和第二输入信号之间的幅度差异的校正设备，它包括：

·如上所述的用于比较第一和第二输入信号的幅度的设备，和

·第一和第二可变增益放大器，它们具有用于分别接收第一和第二输入信号的信号输入端、用于将其输入信号提供给比较设备的信号输出端以及用于从比较设备接收表示第一和第二放大器的输出信号的幅度之差的信号的增益控制输入端。

本发明能被应用于所有类型的电路，然而，它尤其有益于用来校正可能在射频信号解调中产生的幅度差异。因此，本发明也涉及一种用来接收无线信号的接收设备，该设备包括：

·一个二次模块，用来提供相位分离90°的两个输出信号，信号相位表示由无线信号传送的数据，和

·一个用来校正二次模块的输出信号之间的幅度差异的校正设备，该接收设备适用上述的校正设备。

参照下文所述的实施例，本发明的这些和其他方面将会清楚展示。

附图中：

图1示出一个功能示意图的一部分，用于说明用作实现本发明的一种无线信号接收装置；

图2是一个包括在这样的装置中的一个特定元件的电路图。

图1概略地显示出用于接收无线信号的接收装置，该接收装置包括：

·一个用于提供两个输出信号I和Q的二次模块QUAD，两个输出信号相位分离90°，相位表示由无线信号传送的数据，和

·一个用于校正二次模块QUAD的输出信号I和Q之间的幅度差异的校正装置CORR。

接收装置包括一个天线和滤波装置AF，用于接收无线信号并且将其转换为能被该装置利用的电信号SR。二次模块QUAD包括：第一和第二混合器，MIX1和MIX2，分别用于提供二次模块QUAD的输出信号I和Q；一个振荡器OSC；用于以给定的通常是可调节的频率提供一个输出信号；和一个移相器PS，它执行振荡器OSC的输出信号的90°相移。第一混合器MIX1接收无线信号SR和振荡器OSC的未相移的输出信号，而第二混合器MIX2接收无线信号SR和相对于振荡器OSC的输出信号呈90°相移的信号。由此，二次模块QUAD的输出信号I和Q具有相同频率，此频率等于无线信号SR的频率和振荡器OSC的输出信号的频率之差，并且所述输出信号相位分离90°，它们的相位表示由无线信号SR传送的数据。这种类型的无线信号处理用于为无线信号的解调作准备，它通常被用在QAM、QPSK或者甚至BPSK类型的解调器中。

通过二次模块QUAD对无线信号的处理可能引起它的输出信号I和Q之间的幅度差异，这会对由该装置执行的解调产生不利影响。这种差异将通过校正装置CORR进行校正，该校正装置包括：

·第一和第二可变增益放大器，AGC1和AGC2，它具有用于接收二次模块QUAD的输出信号I和Q的信号输入端以及用于提供校正装置CORR输出信号Iout和Qout的输出端；和

·一个乘积模块PR，用于接收输出信号Iout和Qout并且产生一个输出信号SP，此信号SP的值表示所述信号Iout和Qout传送的能量之间的差异，从而表示这些信号的幅度之间的比较结果。

第一和第二放大器AGC1和AGC2具有用于接收乘积模块PR的输出信号SP的增益控制输入端。在这里描述的例子中，这些控制输入端是彼此反相的(inverted)，以便两个信号Iout和Qout之间的幅度差异引起一个幅度最低的信号的放大，并且同时引起一个幅度最高的信号的衰减。由此，有可能使用相同结构来构造放大器AGC1和AGC2，只是两个放大器的控制输入端的接线是不同的。为了确信该装置产生了最佳调制，输出信号Iout和Qout必需跟随尽可能对称的路径。放大器AGC1和AGC2能以本领域的普通技术人员所熟知的多种形式实现，例如采用吉尔伯特单元(Gilbert cells)。

在这个例子中，乘积模块PR包括一个所谓的生成模块GEN，它有两个输出端S1和S2用于提供一个表示信号Iout和Qout的平方之差的输出信号。乘积模块PR还包括一个低通滤波器LPF，用于接收由生成模块GEN产生的信号。这个滤波器可以由例如设置在生成模块GEN的输出端S1和S2之间的电容组成。众所周知低通滤波器对接收的信号具有平均效应。由低通滤波器LPF提供的信号SP因而表示由信号Iout和Qout传送的能量之间的差异，这些能量以这些信号Iout和Qout的幅度的均方值的形式表示。因而，信号SP表示校正装置CORR的输出信号Iout和Qout的幅度之间比较的结果。尽管信号Iout和Qout相位分离90°，但为了处理(elaborate)信号SP不需要存储。

附图2是一个显示生成模块GEN的实施例的电路图，在这个例子中生成模块GEN包括：

·第一和第二晶体管T1和T2，形成第一差分对，

·第三和第四晶体管T3和T4，形成第二差分对，

·第五和第六晶体管T5和T6，形成第三差分对，

·第七和第八晶体管T7和T8，形成第四差分对，

·第九和第十晶体管T9和T10，形成第五差分对。

每一个晶体管具有一个控制端，一个传输端和一个基准端。在这个例子中，使用的晶体管是双极性晶体管，它的基极、集电极和发射极分别地形成控制端、传输端和基准端。也可以使用MOS型晶体管，其栅极、漏极和源极则形成控制端、传输端和基准端。

第一晶体管T1的传输端被连接到第三和第四晶体管T3和T4的基准端，第二晶体管T2的传输端被连接到第五和第六晶体管T5和T6的基准端。

第三和第七晶体管T1、T3和T7的控制端分别用于接收信号Iout。

第六和第十晶体管T2、T6和T10的控制端分别用于接收信号Qout。

第四、第五、第八和第九晶体管T4、T5、T8和T9的控制端分别用于接收相同的基准信号REF。

这个信号REF最好选取为一个DC信号，它的标称值等于存在于信号Iout和Qout中的DC分量的值。

第三、第五和第八晶体管T3、T5和T8的传输端通过第一电阻R1分别地被连接到电源端VCC。第四、第六和第十晶体管T4、T6和T10的传输端通过第二电阻R2分别地被连接到所述电源端VCC。

第三和第六晶体管T3和T6的传输端分别形成生成模块GEN的输出端S1和S2。

第七和第九晶体管T7和T9的传输端分别被连接到电源端VCC。

第一、第四和第五差分对分别被第一、第四和第五电流源I1、I4和I5极化。这些电流源有利于产生全部都具有相同标称值J的电流。

流过第i个晶体管Ti(i等于1到10)的传输端的电流被称为Ji。由生成模块GEN在其输出端S1和S2之间的提供的输出信号被表示如下：V(S1)-V(S2)=VCC-R1·(J3+J5+J8)-[VCC-R2·(J4+J6+J10)]。如果第一和第二电阻R1和R2的标称值被选取为等于相等阻值R，则输出信号被表示如下：R·[(J4+J6+J10)-(J3+J5+J8)]。

流过形成不同差分对的晶体管的传输端的电流的表示式能从下列公式中导出：J1=J／2·[1+tanh((Iout-Qout)／2·Vt)]，和J2=J／2·[1-tanh((Iout-Qout)／2·Vt)]，其中Tanh表示双曲正切函数，Vt=k·T／q，其中k是波尔兹曼常数，T是绝对温度，q是基本电荷。

此外，在零附近，函数tanh(x)等于x。现在，信号Iout和Qout能被分别地表示为REF+iout和REF+qout，在这里iout和qout是AC分量，其幅度相对于基准信号REF的值是微弱的。

上述提到的方程的组合使得能通过下列表达式获得生成模块GEN的输出信号：

V(S1)-V(S2)=J／2·(iout²-qout²)／(2·Vt)²。

因而这个输出信号与信号Iout和Qout的AC分量的平方之差成比例，因此表示这些信号的幅度的平方之差。这个输出信号V(S1)-V(S2)被施加于低通滤波器LPF的一个输入端，低通滤波器的输出提供信号SP，从而表示由信号Iout和Qout传送的能量之间的比较。

第四和第五差分对能够去除部分谐波分量，谐波分量会存在于只由第一、第二和第三差分对构成的生成模块的输出信号中。然而，这样的生成模块将用较差的波谱纯度发送一个输出信号，其主要分量将表示信号Iout和Qout的幅度的平方之差。

应当注意的是，在其他的优点中，在生成模块GEN的这个实施例中所描述的结构的对称性，以及REF的值被选取等于信号Iout和Qout的DC分量的值的事实，使得生成模块GEN的输出信号V(S1)-V(S2)对基准信号REF的值的变化几乎不敏感。

Claims (9)

1．一种比较两个电信号的幅度的方法，其特征在于，所述方法包括一个比较由所述信号传送的能量的步骤。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括这样的一级，其中产生一个值表示这些信号的幅度的均方值之差。

3．一种校正两个电信号之间的幅度差异的方法，其中循环地执行下列操作：

   ·所述两个信号的幅度的比较，和

   ·最小幅度的信号的放大，以及同时进行的最大幅度的信号的衰减，所述方法的特征在于，所述信号幅度之间的比较是按照权利要求1所述的方法进行的。

4．一种用于比较一个第一和一个第二输入信号的幅度的设备，其特征在于，所述设备包括用于比较由所述信号传送的能量的装置。

5．根据权利要求4所述的比较设备，其特征在于，所述比较装置包括一个乘积模块，用于接收所述第一和第二输入信号并且产生一个其值表示所述输入信号的幅度的均方值之差的输出信号。

6．根据权利要求5所述的比较设备，其特征在于，所述乘积模块包括：

   ·形成第一差分对的第一和第二晶体管，

   ·形成第二差分对的第三和第四晶体管，

     形成第三差分对的第五和第六晶体管，每一个晶体管具有一个控制端、一个传输端和一个基准端，所述第一晶体管的传输端被连接到所述第三和第四晶体管的基准端，所述第二晶体管的传输端被连接到所述第五和第六晶体管的基准端，所述第一和第三晶体管的控制端用于接收所述第一输入信号，所述第二和第六晶体管的控制端用于接收所述第二输入信号，所述第四和第五晶体管的控制端用于接收相同的基准信号，所述第三和第五晶体管的传输端通过一个第一电阻器被连接到电源端，所述第四和第六晶体管的传输端通过一个第二电阻器被连接到所述电源端，而且，所述乘积模块包括一个低通滤波器，用于接收来自所述第三和第六晶体管的传输端的一个输入信号，并且提供所述乘积模块的输出信号。

7．根据权利要求6所述的比较装置，其特征在于，所述乘积模块还包括：

   ·形成第四差分对的第七和第八晶体管，

   ·形成第五差分对的第九和第十晶体管，所述第七晶体管的控制端用于接收所述第一输入信号，所述第十晶体管的控制端用于接收所述第二输入信号，所述第八和第九晶体管的控制端用于接收相同的基准信号，所述第八和第十晶体管的传输端通过所述第一和第二电阻器分别被连接到电源端。

8．一种用于校正一个第一和一个第二输入信号之间的幅度差异的装置，包括：

   ·根据权利要求4所述的用于比较所述第一和第二输入信号的幅度的装置，和

   ·一个第一和一个第二可变增益放大器，它们具有用于分别接收所述第一和第二输入信号的信号输入端、用于将这些输入信号提供给所述比较装置的信号输出端以及用于从所述比较装置接收表示所述第一和第二放大器的输出信号的幅度之差的信号的增益控制输入端。

9．一种用于接收无线信号的接收装置，所述装置包括：

   ·一个二次模块，用于提供两个相位分离90°的输出信号，信号相位表示由无线信号传输的数据，和

   ·一个根据权利要求8所述的用于校正二次模块的输出信号之间的幅度差异的装置。