CN1855696A - 三阶互调制消除后的频率变换 - Google Patents

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Abstract

一种减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的方法，可以包括：接收原始信号；以及在对原始信号或其变形进行频率变换之前，执行包括以下几项的步骤：首先处理原始信号以形成包括第一IM3产物的第一处理信号，其次处理原始信号以形成包括第二IM3产物的第二处理信号，以及将(A)第一处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一与(B)第二处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一相组合，使得使用第二IM3产物来基本抵消第一IM3产物。

Description

三阶互调制消除后的频率变换
技术领域
本发明涉及一种用于减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的方法和装置以及使用它的频率变换设备。
背景技术
典型的射频(RF)发送/接收在这样的频率处发生，所述频率非常高，使得根据背景技术，在这样的频率处执行信号处理被认为是不切实际的。因此，在较低的频率处执行根据背景技术的信息信号的处理，并将处理后的信息信号变换为进行频率变换后的信号的通信所在的较高频率。
频率转换可以是向要发送的信号所在的较高频率的上转换、或者向要处理的信号所在的较低频率的下转换。通常，这种频率转换涉及混合器的使用。通过混合器进行的混合是非线性操作，通过该操作，原始信号和本地振荡器信号被乘到一起，以便产生在和频率以及差频率处的谱图像。不幸的是，基频的谐波频率也被混合，并且由于接收机/发射机的电子元件中的非线性而失真，这(部分地)产生三阶互调制(IM3)失真。
在图9中示出了背景技术借以解决IM3失真的一种途径。
在图9中，示出了包括主混合器3、补偿混合器4和移相器9的接收机。混合器3和4分别包括电流开关SW1和SW2以及跨导放大器A1和A2。电流开关SW1和SW2的输出表现出各自的IM3失真IM3M和IM3C。混合器3和4的元件被选择为使得IM3M＝IM3C，并且使得混合器4产生的信号与混合器3产生的信号异相。在加法器5处将混合器3和4的输出相加，从而消除IM3失真。然而，根据图9中的背景技术，存在这样的问题，即本地振荡器中的电流增大，并且在本地振荡器中需要额外的电感器以进行相移。
在加法器5处的IM3消除之前发生的图9中的信号处理可以被描述为IM3消除前的信号处理。这由图9中的虚线7表示。在加法器5处的IM3消除之后发生的图9中的信号处理可以被描述为IM3消除后的信号处理。这由图9中的虚线8表示。图9中的频率变换在IM3消除前的基础上进行。
发明内容
本发明的实施例提供一种减小由于三阶互调制(IM3)产物(product)导致的失真的方法。这种方法可以包括：接收原始信号；以及在对原始信号或其变形(version)进行频率变换之前，执行包括以下几项的步骤：首先处理原始信号以形成包括第一IM3产物的第一处理信号，其次处理原始信号以形成包括第二IM3产物的第二处理信号，以及将(A)第一处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一与(B)第二处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一组合，使得使用第二IM3产物来基本抵消第一IM3产物。
本发明的实施例提供一种对给定信号进行频率变换的方法。这种方法可以包括：通过在给定信号的频率变换之前对其执行上述失真减小方法，减小由三阶互调制(IM3)产物产生的、给定信号的变形中的失真；以及对通过执行所述失真减小方法的步骤获得的组合信号进行频率变换。
本发明的实施例提供一种用于减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的装置，该装置包括：第一处理器电路，用来在原始信号的频率变换之前处理该原始信号，从而获得包括第一IM3产物的第一处理信号；第二处理器电路，用来在原始信号的频率变换之前处理该原始信号，从而获得包括第二IM3产物的第二处理信号；以及耦合器，用来将(A)第一处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一与(B)第二处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一在其频率变换之前分别进行组合，使得在所得到的组合信号中，第二IM3产物基本抵消第一IM3产物。
本发明的实施例提供一种用于对给定信号进行频率变换的频率变换器。这种频率变换器包括：如上所述的失真减小装置，用于在给定信号的频率变换之前减小该给定信号中的失真，所述失真由三阶互调制(IM3)产物产生；以及混合器，用来对由失真减小装置的耦合器输出的组合信号进行频率变换。
根据对示例实施例的以下详细描述、附图和相关联的权利要求，本发明的其它特征和优点将更完全地清楚。
附图说明
图9图示了根据背景技术的、使用在IM3消除前的基础上的频率变换的接收机。
剩余的图意欲示出本发明的示例实施例，并且不应被解释为限制本发明的范围。这些图不是按比例绘制的。
图1图示了根据本发明实施例的、用于减小由于IM3产物导致的失真的装置。根据本发明的实施例，该失真减小装置被包括在频率变换器中。
图2A-2D示出了在图1的接收机中产生的信号的分量。
图3A图示了根据本发明实施例的、用于减小由于IM3产物导致的失真的装置。根据本发明的实施例，该失真减小装置被包括在频率变换器中。
图3B图示了根据本发明实施例的、图3A的转换器的示例结构。
图4图示了根据本发明实施例的、图3B的主跨导放大器(TA)的示例结构。
图5图示了根据本发明实施例的、图3B的主TA的另一示例结构。
图6图示了根据本发明实施例的、图3B的辅助TA的示例结构。
图7图示了根据本发明实施例的、图3B的移相器的示例结构。
图8图示了根据本发明实施例的、图3B的耦合器240和转换器250的示例结构。
具体实施方式
图1图示了根据本发明实施例的、用于减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的装置100。根据本发明的实施例，失真减小装置100被包括在频率变换器160中。
在图1中，可以例如作为无线电话设备的一部分而包括频率变换器160。可以作为在IM3消除后的基础上的频率变换来描述频率变换器160。
在图1中，失真减小装置100包括：具有增益Gm1的主跨导放大器(TA)110；具有增益Gm2的辅助TA 120；移相器130；和耦合器140。频率变换器160包括失真减小装置100和转换器150。TA的另一名称是压控电流源(VCIS)。TA 110和120每一个都接收射频信号RF，例如无线电话信号。TA 110和120分别输出放大后的信号MGO和SGO。
移相器130将信号SGO的相位基本上移位例如180°，并且输出移位后的变形SSGO。可替换地，移相器130可以位于TA 110和耦合器140之间，而不是TA 120和耦合器140之间。
耦合器140将信号MGO和SSGO组合，并且输出组合信号∑。因为信号SSGO在相位上相对于信号MGO而被移位，所以用负(“-”)号而不是正(“+”)号来标注接收信号SSGO的耦合器140的输入。
转换器150接收信号∑，并将其频率变换，例如下转换，为具有相对于原始信号RF的频率较低的频率的信号IO。转换器150给信号IO设置的频率分别处于一个或多个本地振荡器(LO)信号，例如正交I和Q信号LO_I和LO_Q，的控制下。可替换地，可以使转换器150作为上转换器、或者有选择地作为下转换器或上转换器来操作。
信号MGO和SGO每一个都包括至少一个期望分量(D’或D”)以及包含三阶互调制(IM3)产物的一个或多个失真分量。信号MGO的期望分量(D’)可以具有大于信号SGO的期望分量(D”)的幅度，这反映出TA 110的增益大于TA 120的增益。信号SGO中的IM3产物(IM3SGO)应当具有与信号MGO中的IM3产物(IM3MGO)基本相同(如果不相同的话)的幅度。
可以以如下的等式形式写出上述关系：
Gm1＞Gm2                               (1)
D’＞D”                                                                (2)
IM3MGO≈IM3SGO                        (3)
实际上，TA 110的增益应当与TA 120的增益显著(或者换句话说，不可忽略地)不同，即
Gm1≠Gm2                              (4)
考虑到等式(3)，可以将TA 120描述为IM3复制器。TA 120被配置为满足等式(3)，并且获得D’-D”的非零值。后者通过配置TA 120使得
D’≠D”                              (5)而被满足。
TA 120将信号SGO中的期望分量D”的幅度增大的量或比率相对于满足等式(3)来说是辅助性的。因此，可以利用比TA 110的质量相对较差的结构来实现TA 120，并且仍然能够获得令人满意的结果。
在图1中，如所指出的那样，因为Gm1大于Gm2(参见等式(1))，所以D’大于D”(参见等式(2))。可替换地，Gm2可以大于Gm1，使得D”大于D’。
图2A-2D示出了在图1的接收机100中产生的信号的分量。因此，图2A-2D加强了图1的讨论。
更具体地说，图2A示出了提供给TA 110和120中每一个的原始信号RF的假设示例。在图2A中，X轴代表频率，并且Y轴代表电压。原始信号RF的这一示例可以被描述为双调(two-tone)波形，其期望分量具有幅度D。
更具体地说，图2B通过示出由TA 110输出的信号MGO的假设示例来继续从图2A开始的示例。在图2B中，X轴代表频率，并且Y轴代表电流。TA 110中的非线性将失真引入了包括IM3产物的信号MGO。应当观察到：期望分量已经被放大，并且现在具有幅度D’。
更具体地说，图2C通过示出由TA 120输出的信号SGO的假设示例来继续从图2A开始的示例。在图2C中，X轴代表频率，并且Y轴代表电流。TA 120中的非线性将失真引入了包括IM3产物的信号SGO。应当观察到：期望分量已经被放大，并且现在具有幅度D”。
更具体地说，图2D通过示出由耦合器140输出的信号∑的假设示例来继续从图2A开始的示例。在图2D中，X轴代表频率，并且Y轴代表电流。应当观察到：期望分量具有幅度D’-D”，并且信号SGO的IM3产物抵消了(如果不是全部的话，则是基本上消除了)信号MGO的IM3产物(参见等式(3))，使得
IM3MGO-IM3SGO≈0                           (6)
图3A图示了根据本发明实施例的、用于减小由于IM3产物导致的失真的装置200。根据本发明的实施例，失真减小装置200被包括在频率变换器260中。
在图3A中，可以作为无线电话设备的一部分而包括频率变换器260。可以作为在IM3消除后的基础上的频率变换来描述频率变换器260。
在图3A中，失真减小装置200包括：具有增益Gm1的主跨导放大器(TA)210；具有增益Gm2的辅助TA 220；移相器单元230；和耦合器240。频率变换器260包括失真减小装置200和转换器250。TA 210和220每一个都接收一对射频信号RFP和RFM，例如无线电话信号。TA 210和220分别输出放大后的信号对MGOP和MGOM以及SGOP和SGOM。
移相器230将信号SGOP和SGOM的相位基本上移位例如180°，并且分别输出移位后的变形SSGOP和SSGOM。可替换地，移相器230可以位于TA 210和耦合器240之间，而不是TA 220和耦合器240之间。
耦合器240将信号对MGOP和MGOM与信号对SSGOP和SSGOM相组合，并且分别输出组合信号对I1和I2。转换器250接收信号对I1和I2，并且将其分别频率变换，例如下转换为信号对IO_IP和IO_IM，所述信号对IO_IP和IO_IM具有相对于原始信号对RFP和RFM的频率较低的频率。转换器250给信号IO_IP和IO_IM设置的频率分别处于一个或多个正交本地振荡器(LO)信号，例如信号LO_IP和LO_IM的控制下。可替换地，可以使转换器250作为上转换器、或者有选择地作为下转换器或上转换器来操作。
信号MGOP、MGOM、SGOP和SGOM每一个都包括至少一个期望分量(D’或D”)和包括三阶互调制(IM3)产物的一个或多个失真分量。信号MGOP和MGOM的期望分量(D’)可以具有大于信号SGOP和SGOM的期望分量(D”)的幅度，这反映出TA 210的增益大于TA 220的增益。信号SGOP和SGOM中的IM3产物(IM3SGO)应当分别具有与信号MGOP和MGOM中的IM3产物(IM3MGO)基本相同(如果不相同的话)的幅度。
图3A的失真减小装置200和频率变换器260的操作分别与图1的失真减小装置100和频率变换器160的相似。为简单起见，不提供对这种操作的进一步讨论。
图3B图示了根据本发明实施例的转换器250的示例结构。
在图3B中，转换器250包括混合器252和控制器254。混合器252从耦合器240接收组合信号对I1和I2。控制器252接收本地振荡器信号对LO_IP和LO_IM，并且将控制信号输出到混合器252。根据来自控制器254的控制信号，混合器252产生信号对IO_IP和IO_IM。
图4图示了根据本发明实施例的、图3A的TA 210的示例结构。
在图4中，TA 210包括一对双极结型晶体管(BJT)Q1和Q2，例如NPN型。BJT Q1在其基极上接收原始信号RFP，并且在其集电极(节点N11)上输出信号MGOP。BJT Q2在其基极上接收原始信号RFM，并且在其集电极(节点N14)上输出信号MGOM。BJT Q1和Q2的发射极分别经由电感器L1和L2连接到节点N17。节点N17经由电流源IS1连接到地。图4中的TA 210被配置成基本上是线性，并且表现出相对于TA 220大的增益。TA 210的增益Gm1主要由电感器L1和L2的值确定。
图5图示了根据本发明实施例的、图3A的TA 210的另一示例结构。
在图5A中，TA210包括一对双极结型晶体管(BJT)Q1和Q2，例如NPN型。BJT Q1在其基极上接收原始信号RFP，并且在其集电极(节点N11)上输出信号MGOP。BJT Q2在其基极上接收原始信号RFM，并且在其集电极(节点N14)上输出信号MGOM。电阻器RM连接在BJT Q1和Q2的发射极之间。BJT Q1和Q2的发射极还经由电流源IS1A和IS1B连接到地。图5中的TA 210被配置成基本上是线性，并且表现出相对于TA 220大的增益。TA 210的增益Gm1主要由电阻器RM的值确定。
图6图示了根据本发明实施例的、图3A的TA 220的示例结构。
在图6中，TA 220包括一对双极结型晶体管(BJT)Q3和Q4，例如NPN型。BJT Q3在其基极上接收原始信号RFP，并且在其集电极(节点N15)上输出信号SGOP。BJT Q4在其基极上接收原始信号RFM，并且在其集电极(节点N16)上输出信号SGOM。电阻器R1连接在BJT Q3和Q4的发射极之间。BJT Q3和Q4的发射极还经由电流源IS2和IS3连接到地。因为在信号对SGOP和SGOM中的期望分量D”与IM3产物(IM3SGOP和IM3SGOM)的幅度之间的差可以较小，所以图6中的TA 220被配置成基本上是非线性。TA 220的增益Gm1主要由电阻器R1的值确定。
图7图示了根据本发明实施例的、图3A的移相器220的示例结构。
在图7中，移相器230分别在节点N15和N16上接收信号对SGOP和SGOM。相移后的信号对SSGOP和SSGOM分别在节点N12和N13上输出。电阻器R2连接在节点N15和N12之间。电阻器R3连接在节点N16和N13之间。电容器C1连接在节点N12和N16之间。电容器C2连接在节点N13和N15之间。相移量由电阻器R2和R3以及电容器C1和C2的值确定。
图8图示了根据本发明实施例的、图3A的耦合器240和转换器250的示例结构。
在图8中，在耦合器240内，节点N11和N13连接在一起，并且节点N12和N14连接在一起。
同样在图8中，转换器250包括两对BJT Q11和Q12以及Q13和Q14，例如NPN型。BJT Q11和Q12的发射极连接到节点N11以接收组合信号I1。BJT Q13和Q14的发射极连接到节点N12以接收组合信号I2。BJT Q11和Q14的基极连接在一起，并且接收本地振荡器信号LO_IP。BJT Q12和Q13的基极连接在一起，并且接收本地振荡器信号LO_IM。BJT Q11和Q13的集电极在节点OL1处连接在一起，其中可获得的信号IO_IP是在所述节点OL1上。BJT Q12和Q14的集电极在节点OL2处连接在一起，其中可获得的信号IO_IM是在所述节点OL2上。
在图4-8中，示出了NPN型BJT。可替换地，可以使用PNP型BJT或二者的某种组合。同样在替换方案中，可以使用其它类型的晶体管，例如MOSFET来代替BJT。
根据本发明，通过使用具有电阻器并且不具有电感器的辅助跨导放大器(TA)、并且在IM3消除后的基础上执行频率变换，改善了频率变换器的线性和噪声指数特性，而电流不增大。此外，可以去除本地振荡器中的庞大的电感器。
当然，尽管在此讨论了本发明的若干变化和示例实施例，但是本领域普通技术人员容易理解：还可以对本发明进行各种其它修改。因此，在此讨论的示例实施例不是对由相关联的权利要求限定的本发明的限制。
优先权声明
此申请要求于2005年4月29日提交的韩国专利申请第10-2005-0036334号的优先权，其整体通过引用而被合并于此。

Claims (18)

1.一种减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的方法，该方法包括：
接收原始信号；以及
在对原始信号或其变形进行频率变换之前，执行包括以下几项的步骤，
首先处理原始信号以形成包括第一IM3产物的第一处理信号，
其次处理原始信号以形成包括第二IM3产物的第二处理信号，以及
将(A)第一处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一与(B)第二处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一相组合，使得使用第二IM3产物来基本抵消第一IM3产物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，首先和其次处理步骤包括对原始信号进行电压-到-电流变换。
3.如权利要求1所述的方法，该方法还包括：
对第二IM3产物进行相移，以产生第二处理信号的变形，其中第二IM3产物相对于第一处理信号中的第一IM3产物基本上完全异相；
其中，组合步骤对在相移步骤中获得的第二处理信号的变形进行操作。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所接收的信号是RF信号。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所接收的RF信号是无线通信信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中：
除了第一IM3产物以外，第一处理信号还包括第一期望部分；
除了第二IM3产物以外，第二处理信号还包括第二期望部分；并且
第二期望部分的幅度远小于第一期望部分的幅度。
7.一种对给定信号进行频率变换的方法，该方法包括：
通过在给定信号的频率变换之前对其执行如权利要求1所述的方法，减小由三阶互调制(IM3)产物引起的、给定信号的变形中的失真；以及
对通过执行如权利要求1所述的方法的步骤获得的组合信号进行频率变换。
8.一种用于减小由于三阶互调制(IM3)产物引起的失真的装置，该装置包括：
第一处理器电路，用来在原始信号的频率变换之前处理该原始信号，从而获得包括第一IM3产物的第一处理信号；
第二处理器电路，用来在原始信号的频率变换之前处理该原始信号，从而获得包括第二IM3产物的第二处理信号；以及
耦合器，用来将(A)第一处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一与(B)第二处理信号或其具有基本相同的频率的变形之一在其频率变换之前分别进行组合，使得在所得到的组合信号中，第二IM3产物基本上抵消第一IM3产物。
9.如权利要求8所述的装置，其中，第一和第二处理器电路分别包括对原始信号进行操作的跨导放大器。
10.如权利要求8所述的装置，还包括：
移相器，用来对第二处理信号的变形中产生的第二IM3产物进行相移，在该变形中，第二IM3产物相对于第一处理信号中的第一IM3产物基本上完全异相；
其中，耦合器可对由移相器产生的第二处理信号的变形进行操作。
11.如权利要求8所述的装置，其中：
第一处理器电路包括至少一个电感器，所述电感器的存在将相移引入第一处理信号中。
12.如权利要求8所述的装置，其中，所接收的信号是RF信号。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所接收的RF信号是无线通信信号。
14.如权利要求8所述的装置，其中：
除了第一IM3产物以外，第一处理信号还包括第一期望部分；
除了第二IM3产物以外，第二处理信号还包括第二期望部分；并且
第二处理器电路还用来将第二期望部分的幅度设置为远小于第一期望部分的幅度。
15.一种用于对给定信号进行频率变换的频率变换器，包括：
如权利要求8所述的失真减小装置，用于在给定信号的频率变换之前减小该给定信号中的失真，所述失真由三阶互调制(IM3)产物引起；以及
混合器，用来对由如权利要求8所述的失真减小装置的耦合器输出的组合信号进行频率变换。
16.如权利要求15所述的频率变换器，还包括：
控制电路，用来控制混合器有选择地作为上转换器或下转换器操作。
17.一种用于减小由于三阶互调制(IM3)产物导致的失真的装置，该装置包括：
放大部件，用于在原始信号的频率变换之前放大该原始信号，以便产生包括第一IM3产物的第一放大信号；
IM3复制部件，用于在第一IM3产物的频率变换之前复制该第一IM3产物，并且在其频率变换之前将其包括在牺牲信号中；
抵消部件，可分别在第一放大信号和牺牲信号的频率变换之前对其进行操作，用于使用第一IM3产物的经复制的变形来抵消第一IM3产物。
18.一种用于对给定信号进行频率变换的频率变换器，包括：
如权利要求17所述的失真减小装置，用于在给定信号的频率变换之前减小该给定信号中的失真，所述失真由三阶互调制(IM3)产物产生；以及
混合部件，用于对如权利要求17所述的抵消部件的输出进行频率变换。
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