CN1954487B - 具有负载阻抗校准的平衡混合器 - Google Patents

具有负载阻抗校准的平衡混合器 Download PDF

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Abstract

一种校准设备(CC)被耦合到平衡电路设备(MC)，所述平衡电路设备(MC)包括分别装备有第一(Z1)和第二(Z2)负载阻抗装置的第一和第二输出。此校准设备(CC)包括调整装置(ADM)和耦合装置(CM)，所述调整装置(ADM)被安排为了线性化目的而把所述第一(Z1)和第二(Z2)负载阻抗装置调整为负载不平衡，所述耦合装置(CM)插入在所述负载阻抗调整装置(ADM)和所述第一和第二输出之间并且被安排有选择地把所述负载阻抗调整装置(ADM)只耦合到所选择的第一和第二输出之一，以便所述负载阻抗调整装置(ADM)并联到所述第一负载阻抗装置(Z1)或第二负载阻抗装置(Z2)。

Description

具有负载阻抗校准的平衡混合器
技术领域
本发明涉及平衡电路设备，并且更确切地说涉及为了线性化目的而耦合到这种平衡电路设备的校准设备。
背景技术
无线电设备的某些部分，诸如某些无线电转换接收器和/或发送器装备有诸如混合器或放大器电路之类的平衡电路设备。
由于它们的设计原因，平衡电路设备，特别是在直接或低中频率(intermediate frequency IF)转换接收器中所使用的那些平衡电路设备，存在不对称性和不平衡性。如本领域技术人员所知，这种不对称性和不平衡性的存在增加了偶数阶非线性度。由于这些偶数阶非线性度，出现更高偶数阶的相互调制：接近于所关心频率信道的两个强干扰信号会产生低频失真。此低频失真出现在所解调的想要信号所处的低频带中，很难把所想要的信号与(不想要的)失真相分离。
为了拒绝此高偶数阶相互调制，平衡电路设备必须被耦合到专用设备，该专用设备能够实现高二阶输入截取点(或IIP2)。
在专利文献WO 02/084859中特别描述了这种专用设备的例子。更确切地说，此专利文献描述了使用一个或两个“IIP2校准设备”，该设备的目的在于调整分别耦合到平衡电路设备的第一和第二输出的第一和第二负载阻抗装置，以达到为了线性化目的的负载不平衡。每个(IIP2)校准设备包括并联的切换电阻，并且切换电阻可被调协以便第一和第二负载阻抗装置的适当不平衡性会平衡所述平衡电路设备。
在平衡电路设备中所介绍的不平衡性很小，以便它对其它性能参数的影响可忽略，所述性能参数诸如增益、噪声或第三阶输入截取点(或IIP3)。但是平衡电路设备的不对称性和不平衡性通常非常小，所以需要并联高值切换电阻来补偿所介绍的不平衡性。因此当每个平衡电路设备的输出装备有其自己的(IIP2)校准设备时，由这两个(IIP2)校准设备所占据的区域太大。并且当只有两个平衡电路设备的输出之一装备有(IIP2)校准设备时，无法适当地补偿其不对称性和不平衡性。更确切地说，这只允许依照一种方式来补偿不对称性，因为向负载添加的电阻始终低于此负载。
因此，本发明的目的是改进该情况。
发明内容
为此，提供了一种(IIP2)校准设备，其包括用于为了线性化目的而把第一和第二负载阻抗装置调整到负载不平衡的装置，所述第一和第二负载阻抗装置分别提供在平衡电路设备的第一和第二输出上。
此(IIP2)校准设备的特征在于还包括耦合装置，所述耦合装置插入在所述负载阻抗调整装置和第一和第二输出之间并且被设置为有选择地只把此负载阻抗调整装置耦合到第一和第二输出中所选的一个。因而，负载阻抗调整装置可以并联到第一负载阻抗装置或第二负载阻抗装置。
依照本发明的(IIP2)校准设备可以包括独立或组合的附加特性，尤其是：
-所述耦合装置可以至少包括在负载阻抗调整装置和第一输出之间插入的第一切换装置和在所述负载阻抗调整装置和第二输出之间插入的第二切换装置，所述第一和第二切换装置被安排同时把所述负载阻抗调整装置只耦合到所述第一和第二输出之一，
-所述耦合装置可以包括第三切换装置和第四切换装置，所述第三切换装置包括在所述第一切换装置的上游(或下游)被耦合到第一输出的第一终端，所述第四切换装置包括在所述第二切换装置的上游(或下游)被耦合到第二输出的第一终端，所述第三切换装置被安排在所述第一切换装置分别处于开启(“关闭”)状态时分别处于“关闭”(“开启”)状态，并且所述第四切换装置被安排在所述第二切换装置分别处于“开启”(“关闭”)时分别处于“关闭”(开启)状态。因而第一和第二输出都始终被耦合到一个处于“开启”状态的切换装置和一个处于“关闭”状态的切换装置，
-所述第三和第四切换装置可以是均包括第二终端的伪切换装置，所述第二终端彼此耦合，
-第一、第二、第三和第四切换装置的状态可以由相同的命令信号来控制，
-负载阻抗调整装置可以包括至少一个调整元件，该调整元件包括串联到辅助负载阻抗装置(例如电阻)的控制切换装置，
-所述负载阻抗调整装置可以包括至少两个并联的调整元件，这些调整元件中的每个可通过命令信号选择以便把第一或第二负载阻抗装置调整为所选的负载不平衡状态，
-每个辅助负载阻抗装置可以包括被耦合到第一和第二切换装置的一个终端，
-辅助负载阻抗装置中的每个可以从一个调整元件到另一个调整元件不同。
本发明还提供了一种平衡电路设备，包括分别装备有第一和第二负载阻抗装置的第一和第二输出，和诸如上面所介绍的(IIP2)校准设备，所述校准设备耦合到此第一和第二输出。这种平衡电路设备可以是混合器电路(可能采用Gilbert单元乘法器的形式)或例如调制器电路或解调器电路。
本发明还提供了一种接收器和/或发送器设备，包括诸如上面所介绍的至少一个平衡电路设备。这种接收器和/或发送器设备可以包括直接转换接收器电路或低中频率转换接收器电路。
本发明还提供了用于定义诸如上面所介绍的至少一个平衡电路设备或用于定义接收器和/或发射器电路的集成电路，所述接收器和/或发射器电路包括如上面所介绍的至少一个平衡电路设备。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚，其中：
-图1示意地图示了其中可以应用本发明的无线电接收器的例子，
-图2依照本发明示意地图示了用于形成混合器电路并且包括(IIP2)校准设备的第一示例性实施例的平衡电路设备的例子，
-图3示意地图示了可以形成依照本发明的(IIP2)校准设备一部分的负载阻抗调整模块的示例性实施例，和
-图4依照本发明示意地图示了用于形成混合器电路并且包括(IIP2)校准设备的第二示例性实施例的平衡电路设备的另一例子。
附图不仅可以用来完善本发明，而且用来帮助其定义，如果需要的话。
具体实施方式
首先参考图1，描述了其中可以应用本发明的无线电接收器RR的例子。
重要的是注意本发明并不局限于此类无线电设备。实际上它也可以应用于诸如发送器设备或发送器和接收器设备之类的其它类型的无线电设备。
在下面描述中，认为所图示的无线电接收器RR是直接转换接收器，所述直接转换接收器可以用于诸如UMTS通信网络的节点B之类的基站中。但是它也可以是低中频率(IF)转换接收器。
所图示的无线电接收器RR示意性包括适于接收无线电信号的天线AN、由所述天线AN馈送信号的带通滤波器BF、由所述带通滤波器BF馈送的放大器AM、平衡电路设备，所述平衡电路设备例如包括混合器电路MC和耦合到所述混合器电路MC的IIP2校准电路(或设备)CC，所述混合器电路MC包括由所述放大器AM馈送经过滤并放大的信号RFin的第一输入和由本地振荡器LO馈送本地信号SLO(这里为零频率)的第二输入，IIP2校准电路将在稍后详细描述。
混合器电路MC被安排将RFin与SLO混合以便以零频率在第一和第二输出上(在图1中这两个输出被合并)递送输出电压Vout(Vout＝Vout+-Vout-)  。
在图2中图示了混合器电路MC的例子。更确切地说，所图示的混合器电路MC被本领域技术人员称作Gilbert单元电路。这种电路通常被用为混合器电路中的平衡电路设备，以及放大器电路和乘法器电路中的平衡电路设备。因此依照本发明的(IIP2)校准电路CC也可以应用于放大器电路和乘法器电路。它还可以应用于例如调制器电路或解调器电路。
混合器电路MC包括被馈送经过滤和放大的信号RFin并且用于馈送第一晶体管T1的基极端的第一输入、被馈送本地振荡器信号SLO并且用于馈送第二晶体管T2的基极端VLO+和第三晶体管T3的基极端VLO-的第二输入。
第二晶体管T2的发射极端被连接到第三晶体管T3的发射极端和第一晶体管T1的集电极端。第二晶体管T2的集电极端被连接到混合器电路MC的第一输出线路，第一输出Vout+被耦合到所述第一输出线路，而第三晶体管T3的集电极端被连接到混合器电路MC的第二输出线路，第二输出Vout-被耦合到所述第二输出线路。
第一输出线路被通过第一负载阻抗Z1连接到正的操作电压VDD，而第二输出线路通过第二负载阻抗Z2也连接到所述正的操作电压VDD。例如，如所图示，第一Z1和第二Z2负载阻抗包括并联的电容器和电阻器。但是可以使用任何种类的负载阻抗装置。
依照本发明的(IIP2)校准电路CC包括一个调整模块ADM，能够在混合器电路MC中实现高二阶输入截取点(或IIP2)。更确切地说，校准电路CC被安排来调整混合器电路MC的第一Z1或第二Z2负载阻抗以便补偿或引入所选择的负载不平衡状态。
(IIP2)校准电路CC还包括耦合模块CM，其插入在调整模块ADM的第一端和混合器电路MC的第一Vout+和第二Vout-输出之间，并且被安排来按照命令信号的函数有选择地将调整模块ADM只耦合到此第一Vout+和第二Vout-输出中所选的一个。
调整模块ADM与第一端相对的第二端被连接到正的操作电压VDD，并且由此连接到第一Z1和第二Z2负载阻抗的一端，所述调整模块ADM可以有选择地并联到第一负载阻抗Z1或第二负载阻抗Z2。
在图3中图示了调整模块ADM的非限制性示例性实施例。在此例子中，调整模块ADM包括几个(4)并联的调整元件AEi(I＝1到4)，并且每个调整元件AEi均包括与辅助负载阻抗装置ALi串联的控制切换装置CSi。
例如控制切换装置CSi可以是开关，所述开关可以由命令信号借助处于“开启”状态或是“关闭”状态的端子(未示出)来监视。优选所有控制切换装置CSi都是相同的。
每个辅助负载阻抗装置ALi例如可以是电阻。不同辅助负载阻抗装置ALi的负载阻抗值LIi可以都是相同的。但是它们也可以是不同的。例如不同的辅助负载阻抗装置ALi可以被安排来提供加权的负载。例如，可以按照以下定律来定义它们的负载阻抗值LIi：
LIi＝2(i-1).k.LI
其中k是取决于想要的调谐范围的整数并且LI是归一的负载阻抗值。例如想要的调谐范围等于归一负载阻抗值LI的±5％并且负载阻抗调整的分辨率等于0.2％或0.1％。
通过选择每个控制切换装置CSi的命令信号(由此选择状态)，人们可以精确地定义调整模块ADM的调整负载阻抗值，所述调整模块ADM经由耦合模块CM并联到第一负载阻抗Z1或第二负载阻抗Z2以便精调其值，由此补偿混合器电路MC的不平衡性和不对称性。
可以设想调整模块ADM的大量候选实施例。在第一候选方式中，调整模块ADM可以包括单个上述类型的调整元件AE或至少两个并联的上述类型的调整元件AE。在另一候选方式中，调整模块ADM可以包括单个调整元件，所述调整元件包括几个串联的电阻并且均能够如在R2R类型的DAC中被分流(shunt)。
在图2所图示的示例性实施例中，耦合模块CM包括插入在调整模块ADM的第一端和第一输出Vout+之间的第一切换装置S1以及插入在所述调整模块ADM的第一端和第二输出Vout-之间的第二切换装置S2。因此，依照所选择的命令信号，第一切换装置S1把调整模块ADM的第一端耦合到第一输出Vout+，而同时第二切换装置S2不把所述调整模块ADM的第一端耦合到第二输出Vout-，或者所述第一切换装置S1不把所述调整模块ADM的第一端耦合到第一输出Vout+，而同时所述第二切换装置S2把所述调整模块ADM的第一端耦合到第二输出Vout-。
例如第一S1和第二S2切换装置是完全相同的开关，其可以处于两种不同的状态：允许耦合的“开启”状态和禁止耦合的“关闭”状态。在该情况下当一个开关为“开启”时另一个开关为“关闭”。
第一S1和第二S2开关可以分别是N-MOS和P-MOS组件，其状态可以借助初始命令信号和由反相器所获得的与此初始命令信号相反的信号来监视。
可以设想耦合模块CM的大量候选实施例。现在参考图4来描述其中之一。
在图4中所图示的耦合模块CM旨在改进图2中所图示的实施例。实际上在图2所图示的耦合模块CM中，始终有一个混合器电路输出通过处于“开启”状态的开关而直接耦合到调整模块ADM，而另一个混合器电路输出只是耦合到处于“关闭”状态的开关，这可能会引入不对称性并且降低IIP2。
为了克服此缺点，耦合模块CM不仅包括上述第一S1和第二S2切换装置(参考图2)而且包括具有“开启”和“关闭”状态的第三S3和第四S4切换装置。
如图所示，第三切换装置S3包括在第一切换装置S1的上游被耦合到第一输出Vout+的第一端(即在S1和Vout+之间)，并且第四切换装置S4包括在第二切换装置S2的上游被耦合到第二输出Vout-的第一端(即在S2和Vout-之间)。此外，第三切换装置S3被安排在当第一切换装置S1分别处于“开启”状态(“关闭”状态)时分别处于“关闭”状态(“开启”状态)，并且第四切换装置S4被安排在当第二切换装置S2分别处于“开启”状态(“关闭”状态)时分别处于“关闭”状态(“开启”状态)。
利用这种配置，第一Vout+和第二Vout-输出始终同时被耦合到一个处于“开启”状态的切换装置和一个处于  “关闭”状态的一个切换装置。
因此，如果第一S1、第二S2、第三S3和第四S4切换装置是完全相同的，那么第一S1和第三S3切换装置对第一输出Vout+的组合负载阻抗影响等同于第二S2和第四S4切换装置对第二输出Vout-的组合负载阻抗影响，换句话说保留了对称性。
如图3中所图示，第三S3和第四S4切换装置优选是伪切换装置，即未用来把调整模块ADM耦合到第一Z1或第二Z2负载阻抗的切换装置。
优选并且如所图示，第三S3和第四S4切换装置的第二端彼此耦合。
此外，如所图示，人们可以使用单个命令信号来监视第一S1、第二S2、第三S3和第四S4切换装置各自的状态。为此，可以借助初始命令信号(“ 0”或“1”)来监视第二S2和第三S3切换装置的状态(其必须始终是同时相同的)，而可以借助利用反相器INV所产生的与此初始命令信号相反的信号(“1”或“0”)来监视第一S1和第四S4切换装置的状态(其必须始终是同时相同的)。
例如，第一S1和第四S4切换装置可以是P-MOS，并且第二S2和第三S3切换装置可以是N-MOS组件，其状态借助命令信号及其相反信号来监视。
一方面，当(IIP2)校准电路CC和第一负载阻抗Z1必须并联时，第一S1和第四S4切换装置被置于其“开启”状态(由直线表示)，而第二S2和第三S3切换装置被置于其“关闭”状态(也由直线来表示)。另一方面，当(IIP2)校准电路CC和第二负载阻抗Z2必须并联时，第一S1和第四S4切换装置被置于其“关闭”状态(由虚线表示)，而第二S2和第三S3切换装置被置于其“开启”状态(也由虚线来表示)。
依照本发明的平衡电路设备MC可以依照集成电路形式来实现，或者可以构成集成电路的一部分。例如此集成电路可以属于或可以构成零IF接收器和/或发送器集成电路，特别是用于诸如移动(或蜂窝式)电话之类的无线CDMA设备。
可以采用双极或C-MOS工艺来实现这种集成电路。
本发明不局限于上述(IIP2)校准设备(或电路)、平衡电路设备和接收器和/或发送器设备的示例性实施例，而是包含了本领域技术人员认为属于以下权利要求范围内的所有候选实施例。

Claims (16)

1.一种用于平衡电路设备(MC)的校准设备(CC)，所述平衡电路设备(MC)包括分别装备有第一(Z1)和第二(Z2)负载阻抗装置的第一和第二输出，所述校准设备(CC)包括被安排为了线性化目的而把所述第一(Z1)和第二(Z2)负载阻抗装置调整为负载不平衡的调整装置(ADM)，所述校准设备还包括耦合装置(CM)，所述耦合装置(CM)插入在所述负载阻抗调整装置(ADM)和所述第一和第二输出之间并且被安排有选择地把所述负载阻抗调整装置(ADM)只耦合到所选择的第一和第二输出之一，以便所述负载阻抗调整装置(ADM)并联到所述第一负载阻抗装置(Z1)或第二负载阻抗装置(Z2)；
其特征在于所述耦合装置(CM)至少包括在所述负载阻抗调整装置(ADM)和所述第一输出之间所插入的第一切换装置(S1)以及在所述负载阻抗调整装置(ADM)和所述第二输出之间所插入的第二切换装置(S2)，所述第一(S1)和第二(S2)切换装置被安排同时把所述负载阻抗调整装置(ADM)只耦合到所述第一和第二输出之一；
所述耦合装置(CM)还包括第三切换装置(S3)和第四切换装置(S4)，所述第三切换装置(S3)包括在所述第一切换装置(S1)的上游被耦合到第一输出的第一端，所述第四切换装置(S4)包括在所述第二切换装置(S2)的上游被耦合到第二输出的第一端，所述第三切换装置(S3)的第二端与所述第四切换装置(S4)的第二端相连，所述第三切换装置(S3)被安排在所述第一切换装置(S1)处于“开启”状态时处于“关闭”状态，或所述第三切换装置(S3)被安排在所述第一切换装置(S1)处于“关闭”状态时处于“开启”状态，并且所述第四切换装置(S4)被安排在所述第二切换装置(S2)处于“开启”状态时处于“关闭”状态，或所述第四切换装置(S4)被安排在所述第二切换装置(S2)处于“关闭”状态时处于“开启”状态，借此所述第一和第二输出中的每一个始终被耦合到一个处于“开启”状态的切换装置和一个处于“关闭”状态的切换装置。
2.根据权利要求1所述的校准设备，其中所述第三(S3)和第四(S4)切换装置是伪切换装置，均包括第二端，第二端彼此耦合。
3.根据权利要求1所述的校准设备，其中由相同的命令信号来控制所述第一(S1)、第二(S2)、第三(S3)和第四(S4)切换装置的所述状态。
4.根据权利要求1所述的校准设备，其中所述负载阻抗调整装置(ADM)包括至少一个调整元件(AEi)，所述调整元件(AEi)包括与辅助负载阻抗装置(ALi)串联的控制切换装置(CSi)。
5.根据权利要求1所述的校准设备，其中所述负载阻抗调整装置(ADM)包括至少两个并联的调整元件(AEi)，每个所述调整元件(AEi)可通过命令信号来选择将所述第一(Z1)或第二(Z2)负载阻抗装置调整为所选择的负载不平衡。
6.根据权利要求4所述的校准设备，其中每个辅助负载阻抗装置(ALi)包括被耦合到所述第一(S1)和第二(S2)切换装置的一端。
7.根据权利要求4所述的校准设备，其中各个调整元件(AEi)中的辅助负载阻抗装置(ALi)是不同的。
8.一种平衡电路设备(MC)，包括分别装备有第一(Z1)和第二(Z2)负载阻抗装置的第一和第二输出，其特征在于该平衡电路设备还包括依照权利要求1所述的校准设备(CC)，所述校准设备(CC)被耦合到所述第一和第二输出。
9.根据权利要求8所述的平衡电路设备，其特征在于在包括混合器电路、调制器电路和解调器电路的组中选择所述平衡电路设备。
10.根据权利要求9所述的平衡电路设备，其特征在于它构成了依照Gilbert单元乘法器形式配置的混合器电路。
11.一种接收器设备，其特征在于它包括至少一个依照权利要求8到10中任何一个所述的平衡电路设备(MC)。
12.根据权利要求11所述的接收器设备，其特征在于它包括直接转换接收器电路。
13.根据权利要求11所述的接收器设备，其特征在于它包括低中频率转换接收器电路。
14.一种发送器设备，其特征在于它包括至少一个依照权利要求8到10中任何一个所述的平衡电路设备(MC)。
15.一种集成电路，其特征在于它包括至少一个依照权利要求8到10中任何一个所述的平衡电路设备(MC)。
16.一种集成电路，其特征在于它包括至少一个具有根据权利要求8到10中任何一个所述的平衡电路设备(MC)的接受器和/或发射器电路。
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