CN1457555A - 发射机中的同相和正交发送支路的校准 - Google Patents

发射机中的同相和正交发送支路的校准 Download PDF

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Abstract

一种正交发射机的校准方法，将第一校准信号插入到正交发射机的同相发射支路中，将第二校准信号插入到正交发射机的正交发射支路中。第一和第二校准信号在发射机执行上变频之前进行插入，且其是由第一和第二数字信号所产生的。检测器检测上变频的信号。数字化检测后的上变频信号。当至少修改所述第一和第二数字信号各自的最高有效位比特时，通过交替地确定第一和第二校准信号，使同相和正交发射支路得到校准，根据所述修改至少最高有效位比特保持校准位的值与数字化后的检测的上变频信号的最小值相对应。

Description

发射机中的同相和正交发送支路的校准
技术领域
本发明涉及正交发射机或收发机中的同相和正交支路的校准，该发射机或收发机基于零中频或低中频的结构。该发射机或收发机是基于称为IEEE 802.11a或IEEE802.11b的标准设计的，可以是蜂窝电话，也可以是其它任何适合的无线频率设备。
背景技术
基于零中频(Intermediate Frequency)或低中频的发射机或收发机的结构在本领域是公知的。该发射机具有同相和正交的发射支路，以及上变频基带信号到无线频率信号的上变频器，典型的是一对正交混频器。所述的零中频或低中频接收机通常是通过芯片上的集成电路所实现的。由于在接收机的芯片上不同的元件采取的不对称的布局，比如传送滤波器或其他元件偏离中心位置的结构，会产生不匹配。这样的不匹配会在上变频之前于发射支路中产生直流偏移，因而在上变频信号中的不不希望的本振(LO)成分。所述不希望的本振(LO)成分，也就是LO——馈通，可能是一种这样的恶劣特性，导致依靠元件和IC-处理扩展，也不能满足用户的需要。
发明概述
本发明的目的旨是提供一种有效的和最佳的校准正交发射机方法。
根据本发明，提供一种校准正交发射机的方法，所述方法包括：
插入第一校准信号到所述正交发射机的同相传输支路中；
插入第二校准信号到所述正交发射机的正交发射支路，所述第一和第二校准信号在所述发射机执行上变频之前进行插入，并且其分别是由第一和第二数字信号所产生的；
检测上变频的信号；
数字化所述检测的上变频信号；和
当至少修改所述第一和第二数字信号各自的最高有效位比特时，通过交替地确定第一和第二校准信号，使同相和正交发射支路得到校准(19)，根据所述修改至少最高有效位比特保持校准位的值与数字化后的检测的上变频信号的最小值相对应。
本发明基于首先和快速地去除重大错误的理解，例如在同相和正交发射支路主要方面的DC偏移错误，因此避免不必要的重复的校正循环。
优选和先进的方案为交互发射支路校正方案，如应用于产生校准信号的数字信号的最高有效位，也可以连续地应用于数字信号的次有效位。
为了检测是否能得到更好的校准结果，尝试使用检测的校正信号的邻近值，并且将这样检测的最好结果作为最终校正信号。
在低中频发射机结构的情况中，信号音频校正信号输入至发射机，在检测器前安排一个滤波器用以滤波输出上变频音频信号和抑制本振信号。
附图简要说明
图1是本发明的正交发射机结构图。
图2是RF峰值检测器电路图。
图3是发射机的部分结构图，说明了使用滤波器和RF峰值检测器的检测。
图4是图解本发明的第一流程图。
图5是图解本发明的第二流程图。
图6是图解本发明的第三流程图。
在所有图中相同的部分使用相同的附图标记。
实施例的详述
图1是本发明正交发射机1的结构图。发射机1包含基带电路或芯片2，通过数/模转换器(DAC)3和4各自的基带发射信号TX1和TXQ进入同相发射支路5和正交发射支路6。同相支路5包含一个低通发射滤波器7、放大器8、插入器(injector)或加入器9以及混频器10。正交支路6包含低通发射滤器11、放大器12、插入器或加入器13以及混频器14。混频器10和14的输出信号混合并提供给功率放大器15。本振电路或合成器16包括一个正交发射支路6的90°相位转换器，提供本振信号给上变频基带发射信号。在零中频发射结构的情况下，不存在发射基带信号时执行发射校正信号。在低中频发射机结构的情况下，一起执行发射校正信号同基带语音信号。发射机可以包括在一个进一步具有接收机的收发机中。在给出的例子中，设置两个正交混频器10和14以提供上变频基带信号。其它合适的正交发射机的结构也是适用的，包括显示多重上变频阶段的发射机结构。插入器9和13适宜耦合在模数转换器3和4上。可选的是，插入器3和4可以被配置在同相和正交发射支路的更上游，在混频器10和14之前。
出于校准的目的，发射机1还包括一个RF检测器17，在混频器10和14的输出处检测RF信号；一个模数转换器18使检测上变频信号数字化；一个状态机19执行校准算法；以及数模转换器20和21，分别向插入器9和13提供校准信号。状态机19可以以综合逻辑实现。该综合逻辑是由硬件描述语言编码提供的综合工具所生成的门电平网络列表产生的。硬件描述语言编码包括校准算法。可选的是，状态机19可以至少在处理器上部分地执行，或者是作为可编程逻辑或其它合适的手段来执行校准算法。状态机19分别为数模转换器20和21提供的数字信号DS1和DS2中产生校准信号。使用综合逻辑的状态机19的实施方式对极高频实现十分有用，例如，2.4GHZ或甚至5.0GHZ或以上的频率。应用处理器的状态机19的实施方式也可以使用在实质上较低的频率发射机。例如，RF检测器17的输出电压范围是0-2V。数模转换器20和21。例如5比特变频器，提供输出电流的范围为-20μA到+20μA，也就是正的或负的输出。可选的是，数模转换器输出电流的范围为0μA到+40μA，也就是说，只是正的输出电流。也可以接受其它字长或输出电流。通过的校准信号大体上是DC偏移补偿信号，但是由于校准的反馈环作用，其同时也补偿其它的不匹配。
图2是检测上变频信号的RF峰值检测器30的电路图。RF峰值检测器耦合在本地振荡器16的储能电路上，储能电路包括感应器31、32和电容器33。RF峰值检测器30包括AC耦合的晶体管34和35的平衡对的第一阶段，通过电容36和37到储能电路。平衡对耦合到另一个平衡对晶体管38和39上，在其尾部晶体管40向电容器41提供一个双校准信号，这样就为RF检测器30提供了平滑的双校准输出信号。使用关系式CV＝If进行计算，C为电容，V为电压，I为电流，f是一个高频率，例如2.4GHZ，电容的值是可选择的，从而I为一个非常低的电流值。
图3是发射机使用滤波器40和RF峰值检测器17进行检测的部分结构图。滤波器40过滤信号以进行检测，并且抑制本地振荡信号。在本实施方案中，发射机具有低中频结构。
在零中频和低中频发射机的结构中，校准最终达到最小的检测器输出信号。在校准处理中，判别三个主要功能，确定偏移标识，确定偏移补偿信号的数量以及检测邻近的偏移值以获得较好的结果。
图4是本发明的第一流程图，示出了确定偏移标识。例如在同相发射支路(Offset-I)上，在模块50中，任何一个偏移信号的标识，数字信号DS1和DS2被设置为负的标识值。Offset-I还给出校准起始值。可选的是，标识的设定也可以首先在正交发射支路中进行。此外，读取检测器的输出，并且在其数字化之后存储到门逻辑的存储单元中。所述的存储单元典型的是由一个耦合触发器构成的。随后，在模块51中，Offset-I被设置为正的标识值和校准起始值，检测输出被再次读取。在模块52中，检测最后读取的峰值检测输出是否大于在先存储的峰值检测输出。如果是，在模块53，Offset-I的标识被重新设置成一个负的标识值。对Offset-Q同样重复以上处理过程，或者首先从Offset-Q开始，然后是Offset-I。
图5是本发明的第二流程图，示出了确定偏移补偿信号的数量。在模块60处存储当前读出的检测输出。而后，在模块61，转化Offset-I的最高有效位比特(MSB)，在模块62，检测输出被再次读出。在块63，检测最后读取的峰值检测输出是否大于在先存储的峰值检测输出。如果是，在模块64，Offset-I的最高有效位比特根据其原始值被重置，也就是转换之前的值。对Offset-Q同样重复以上处理过程。该处理可替代为从Offset-Q开始，而后Offset-I。优选的方式为，以上处理在Offset-I和Offset-Q的次有效位上连续地重复，比特MSB-1直到LSB(最低有效位比特)，从而，每个比特在发射机的I-支路和Q-支路之间交替。
根据以上描述，因而本发明通常的特征在于每个较准步骤在发射机的I-信道和Q-信道之间进行交替。这种方法非常具有时间效率，因为其避免了不必要的重复较准步骤。进一步，查找—比较机制使得其应用比特切换来找寻所其适宜的。该执行过程是紧凑且有保证的，整个查找范围覆盖了偏移补偿所需要的范围。
次最佳方案可以为在至少所描述的比特转换机制对MSB进行应用的时候，应用设置数字信号DS1和DS2，使得去除较大的偏移错误。举例说明该次最佳方案：
a首先是所有I-信道的比特，然后是所有Q-信道的比特。
b.交替I-信道和Q-信道的MSB，然后I-信道所有的进一步比特，Q一信道所有的进一步比特。
c.交替I-信道和Q-信道中MSB和MSB-1，然后I-信道所有的进一步比特，Q-信道所有的进一步比特。
在没有交替请求的位置，仍然需要较准的重复循环。
图6是本发明的第三流程图，检测邻近的偏移值以获得较好的结果。在模块70，存储当前的检测输出。在模块71，Offset-I设置为Offset-I减一。在模块72，再次读取检测输出。在模块73，检测最后读取的检测输出是否大于在先存储的检测输出。如果是，在模块74，Offset-I设置为Offset-I减二。而后，在模块76，检测最后读取的检测输出是否大于在先存储的检测输出。如果是，在模块77，Offset-I被设置为其原始的值，也就是其在邻近检测之前的值。对Offset-Q同样重复以上处理过程。
根据前述的观点，本领域的普通技术人员可以显而易见地在本发明以下的从属权利要求中所定义的以及不限制在本发明所提供实例的精髓和范围内作出各种修改。单词“包括”并不排斥存在的权利要求中所列举的另外的单元或步骤。

Claims (10)

1.一种校准正交发射机的方法，该方法包括：
将第一校准信号插入(9)到所述正交发射机的同相发射支路中；
将第二校准信号插入(13)到正交发射机的正交发射支路，所述第一和第二校准信号在所述发射机执行上变频(10，14)之前进行插入，并且其分别是由第一和第二数字信号所产生的；
检测(17)上变频的信号；
数字化(18)检测后的上变频信号；和
当至少修改所述第一和第二数字信号各自的最高有效位比特时，通过交替地确定第一和第二校准信号，使同相和正交发射支路得到校准(19)，在修改所述至少最高有效位比特时，保持与数字化后的检测的上变频信号的最小值相对应的校准位的值。
2.如权利要求1所述的方法，其中通过对所述第一和第二数字信号中次有效位设置重复所述交替地确定该第一和第二较准信号，进一步较准所述同相和正交传输支路，从而同时按照有效位连续地变更所述次有效位的设置，连续地保持较准比特的值与所述数字化检测上变频信号的最小值相对应。
3.权利要求1所述的方法，其中通过分别设置所述第一和第二数字信号的起始值和相应的第一和第二标识值，第一次确定所述第一和第二数字信号各自的标识，并且保持所述标识值，该值对应的数字化后的检测的上变频信号是最小的。
4.如权利要求1所述的方法，其中通过检测所述第一和第二数字信号的邻近值，进一步较准所述同相和正交支路，看其是否比初始找到的最佳校准更好，从而抑制所述初始确定的第一和第二数字信号的第一和第二数字的值，和所述的第一和第二数字信号的邻近数字值，数字化检测上变频信号对于所述数字值是最小的。
5.一个发射机包括：
一个同相发射支路，其具有第一混频装置(10)和用来在所述第一混频装置(10)的输入端插入第一校准信号的第一插入装置(9)；
一个正交发射支路，其具有第二混频装置(14)和用来在所述第二混频装置(14)的输入端插入第二校准信号的第二插入装置(13)，所述第一和第二混频装置(10，14)被配置成使基带发送信号上变频为上变频信号，以及所述第一和第二校准信号分别由第一和第二数字信号生成；
用来检测上变频信号的检测装置(17)；
用来数字化所述检测后的上变频信号的数字化装置(18)；和
当至少修改所述第一和第二数字信号各自的最高有效位比特时，用来通过交替地确定第一和第二校准信号，使同相和正交发射支路得到校准的状态机装置(19)，当修改至少最高有效位比特时，保持与数字化后的检测的上变频信号的最小值相对应的校准位的值。
6.如权利要求5所述的发射机，进一步包括第一数模转换装置(20)和第二数模转换装置(21)，所述第一和第二数模转换装置(20，21)被耦合到所述状态机装置(19)和所述第一和第二插入装置(9，13)之间，并且所述第一和第二数模转换装置(20，21)被设置为产生所述第一和第二校准信号。
7.如权利要求5所述的发射机，其中检测装置(17)是一个射频检测器，该检测器AC耦合在所述同相和正交发送支路上，并且产生平滑的全波整流检测器输出信号。
8.如权利要求5所述的发射机，所述的发射机为零中频发射机，且所述的校准在没有所述基带传输信号时执行。
9.如权利要求5所述的发射机，所述发射机为低零中频发射机，进一步包括一个滤波器(40)，该滤波器接收所述上变频信号并且向所述检测装置(17)提供滤波后的信号，所述的校准在所述基带信号为单频带信号时执行，所述滤波器被配置为通过所述音频信号的上变频复制信号，并且抑制提供给所述第一和第二混频装置(10，14)的本地振荡信号。
10.一个具有发射机的收发机，所述的发射机包括：
一个同相发送支路，其具有第一混频装置(10)和用来在所述第一混频装置(10)的输入端插入第一校准信号的第一插入装置(9)；
一个正交发送支路，其具有第二混频装置(14)和用来在所述第二混频装置(14)的输入端插入第二校准信号的第二插入装置(13)，所述第一和第二混频装置(10，14)被配置成使基带发送信号上变频为上变频信号，以及所述第一和第二校准信号分别由第一和第二数字信号生成；
用来检测上变频信号的检测装置(17)；
用来数字化所述检测后的上变频信号的数字化装置(18)；和
当至少修改所述第一和第二数字信号各自的最高有效位比特时，用来通过交替地确定第一和第二校准信号，使同相和正交发射支路得到校准的状态机装置(19)，在修改至少最高有效位比特时，保持与数字化后的检测的上变频信号的最小值相对应的校准位的值。
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