DE102011050237A1

DE102011050237A1 - IP2 calibration measurement and signal generation

Info

Publication number: DE102011050237A1
Application number: DE102011050237A
Authority: DE
Inventors: Joakim Landmark; Daniel Babitch; Noshir Dubash
Original assignee: Sirf Technology Inc
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-11-24
Also published as: GB2480374B; GB201107757D0; GB2480374A; US8634793B2; US20110275341A1

Abstract

Ein Hochfrequenzempfänger in einem integrierten Schaltkreis (RFIC) umfasst einen Schwingkreis, welcher ein oszillierendes Hochfrequenzsignal mit einer vorbestimmten Frequenz, welche außerhalb eines Zwischenfrequenzdurchlassbandes des RFIC liegt, erzeugt. Ein Amplitudenmodulator moduliert das oszillierende Hochfrequenzsignal, um ein amplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen, welches auf einer Mischkreis angewendet wird, der das amplitudenmodulierte Signal herabwandelt. Ein Kalibrierungsschaltkreis empfängt das herabgewandelte Signal einschließlich von Modulationsprodukten zweiter Ordnung (IM2) und erzeugt in Abhängigkeit von den IM2-Produkten ein Vorspannungssignal, welches auf dem Mischkreis angewendet wird, um die IM2-Produkte zu reduzieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzempfänger und insbesondere auf Hochfrequenzempfänger in einem integrierten Schaltkreis (RFIC), welche eine Kalibrierungseinrichtung für die Modulation zweiter Ordnung (IM2) aufweisen, sowie auf Verfahren zum Reduzieren von IM2-Produkten in einem RFIC.
Hintergrund der Erfindung
Es besteht ein Bedarf nach tragbaren Telekommunikationseinrichtungen wie beispielsweise Mobiltelefonen, Einrichtungen mit GPS-Funktion, tragbaren Einrichtungen mit Wi-Fi- und BlueTooth-Funktion, tragbaren Einrichtungen mit GSM-Funktion (Global System for Mobile Communications), tragbaren Einrichtungen mit WCDMA-Funktion (Wideband Code Division Multiplex) etc. Im Zuge der zunehmenden Nachfrage nach tragbaren Telekommunikationseinrichtungen mit einer Vielzahl von Kommunikationsmöglichkeiten kombinieren und integrieren Hersteller gegenwärtig viele dieser Einrichtungen. Beispielsweise werden GPS-Empfänger zum Bereitstellen von Positionsinformationen in Mobiltelefone integriert.
Aufgrund der zunehmenden Anzahl von miteinander integrierten Telekommunikationseinrichtungen wird die Störunterdrückung von Außerbandsignalen jedes Empfängers wichtiger. Beispielsweise können Nicht-Linearitäten höherer Ordnung dazu führen, dass Störkomponenten im Außenbandbereich in ein Innenbandspektrum eines Empfängers übersetzt werden, wodurch sich eine Signalverschlechterung oder ein Verlust an Signalempfang ergeben kann. WCDMA-Interferenz kann beispielsweise ungünstig für Empfänger im niedrigen Zwischenfrequenzbereich sein, weil jedwede Nicht-Linearitäten zweiter Ordnung des Empfängers dazu führen können, dass das WCDMA-Signal in das Zwischenfrequenz-Band gefaltet wird.
Jedwede Nicht-Linearitäten höherer Ordnung können störende Signale erzeugen. Beispielsweise können Produkte einer Modulation zweiter Ordnung (IM2) erzeugt werden, wenn ein AM-Signal in dem Mischkreis auf eine Nicht-Linearität zweiter Ordnung trifft. Ein Leistungsmerkmal, welches mit IM2-Produkten in Verbindung steht, ist der Intercept zweiter Ordnung (IP2), welcher zur Quantifizierung der Verzerrung zweiter Ordnung in dem Empfänger verwendet werden kann. Die IP2-Leistungsfähigkeit in einem Empfänger eines integrierten Schaltkreises wird typischerweise durch die Fehlanpassung der Bauelemente und durch die Nicht-Linearität der Bauelemente begrenzt. Entsprechend kann die IP2-Leistungsfähigkeit verbessert werden, indem die Fehlanpassung der Bauelemente und die Nicht-Linearität der Bauelemente (zum Minimieren der IM2-Produkte) unmittelbar und ahne Zuhilfenahme von Änderungen im Betriebsschaltkreis reduziert wird. Diese Methodik kann jedoch zusätzlichen Raum auf dem Chip beanspruchen, kann die Komplexität erhöhen und die Ausbeute reduzieren und kann auch zu einem erhöhten Leistungsverbrauch führen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine beispielhafte Ausführungsform umfasst einen Hochfrequenzempfänger in einem integrierten Schaltkreis (RFIC) mit einem Schwingkreis. Der Schwingkreis erzeugt ein oszillierendes Hochfrequenzsignal, welches eine vorbestimmte Frequenz aufweist, die außerhalb eines Zwischenfrequenz-Durchlassbandes des RFIC liegt. Ein Amplitudenmodulator moduliert das oszillierende Hochfrequenzsignal, um ein amplitudenmoduliertes (AM) Signal zu erzeugen, welches an einen Mischkreis angelegt wird, der Nicht-Linearitäten zweiter Ordnung aufweist, so dass bei der Verarbeitung des AM-Signals Modulationsprodukte zweiter Ordnung (IM2) entstehen. Ein Kalibrierungsschaltkreis empfangt die Modulationsprodukte zweiter Ordnung (IM2) und erzeugt in Reaktion auf diese Produkte ein Vorspannungssignal, welches an den Mischkreis angelegt wird, um die Nicht-Linearitäten zweiter Ordnung zu kompensieren und auf diese Weise die IM2-Produkte zu reduzieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung verstehen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es wird betont, dass gemäß der üblichen Praxis verschiedene Merkmale/Elemente der Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale/Elemente können im Gegenteil aus Klarheitsgründen beliebig gestreckt oder reduziert sein. In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichenzahlen überdies verwandt, um ähnliche Merkmale/Elemente zu kennzeichnen. Die Zeichnungen umfassen die nachfolgenden Figuren:
1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften Hochfrequenzempfängers in einem integrierten Schaltkreis (Radio Frequency receiver an an Integrated Circuit, RFIC) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2A und 2B sind Schaltkreisdiagramme, welche beispielhafte in dem in 1 gezeigten RFIC enthaltene Mischkreise gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
2C und 2D sind Schaltkreisdiagramme von IM2-Kompensationsanpassungsschaltkreisen, welche zur Verwendung mit den in den 2A und 2B gezeigten Schaltungen geeignet sind.
3A ist ein Schaltkreisdiagramm eines beispielhaften Schwingkreises, welcher in dem in 1 gezeigten RFIC enthalten ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3B ist ein Schaltkreisdiagramm eines beispielhaften Schaltkreises, welcher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung als ein Hochfrequenz-Verstärker oder Hochfrequenz-Qszillator ausgelegt sein kann;
4 ist ein funktionales Blockdiagramm eines IM2-Detektorschaltkreises, welcher in dem in 1 gezeigten RFIC enthalten ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren eines RFIC zum Berücksichtigen von IM2-Produkten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Auswählen einer Vorspannung, welche basierend auf ermittelten IM2-Produkten an einen Mischkreis eines RFIC angelegt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen beispielhaften Hochfrequenzempfänger auf einem integrierten Schaltkreis (RFIC) mit einem Kalibrierelement, um in dem RFIC erzeugten Modulierungsprodukten zweiter Ordnung (IM2) Rechnung zu tragen. Ein beispielhaftes Kalibrierelement kann ein vorbestimmtes Hochfrequenzsignal erzeugen, welches ein Ausgangssignal erzeugt, welches wiederum nach der Abwärtskonversion in ein Zwischenfrequenzband in dem RFIC IM2-Produkte enthalten kann. Im Allgemeinen können die IM2-Produkte in einem Mischkreis oder einem anderen Schaltkreis des RFIC erzeugt werden. Das beispielhafte Kalibrierelement kann auch einen IM2-Kalibrierungsschaltkreis umfassen, welcher die IM2-Produkte in dem Ausgangssignal erfassen kann und eine Vorspannung auswählen kann, um die IM2-Produkte zu kompensieren. Die Vorspannung kann an das lokale Oszillatorsignal des Mischkreises des RFIC angelegt werden, um die erzeugten IM2-Produkte zu reduzieren. Dieses Signal kann Nicht-Linearitäten in dem Mischkreis und in anderen Schaltkreisen des Zwischenfrequenz-Signalverarbeitungspfades des RFIC kompensieren.
In 1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines beispielhaften Hochfrequenzempfängers in einem integrierten Schaltkreis RFIC 100 gezeigt. Der RFIC 100 kann einen rauscharmen Verstärker (Low Noise Amplifier, LNA) 102, einen LNA-Schwingkreis 104, einen Amplitudenmodulator (AM) 106, einen lokalen Oszillator 105, einen gleichphasigen Schaltkreis 101 und einen Quadraturphasenschaltkreis 103 umfassen. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der gleichphasige Schaltkreis 101 einen Mischkreis 108, ein Zwischenfrequenzfilter 110 und einen IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112. Der Quadraturphasenschaltkreis 103 kann ähnliche Komponenten umfassen. Aus Gründen der Einfachheit wird im Folgenden nur der gleichphasige Schaltkreis beschrieben. Geeignete Komponenten zur Verwendung in dem RFIC 100 wird der Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung erschließen.
Im Allgemeinen kann der RFIC 100 in einem normalen Betriebsmodus und in einem Kalibrierungsmessmodus betrieben werden. In einem normalen Betriebsmodus sind der LNA-Oszillator 104 und der Amplitudenmodulator 106 deaktiviert, so dass das Hochfrequenz-Eingangssignal 122 empfangen und unter Verwendung des Mischkreises 108 in das Zwischenfrequenzsignal 132 herabgewandelt wird. Der Mischkreis 108 mischt das Mischkreiseingangssignal 128 mit einem lokalen Oszillator (LO)-Signal (2A), welches um wenigstens ein Vorspannungssignal (wie von dem IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 bestimmt) versetzt ist. Das Vorspannungssignal/die Vorspannungssignale 138 kompensieren in dem Schaltkreis die Bauelementfehlanpassung in dem Mischkreis 108, dem Zwischenfrequenzfilter 110 und weiteren Schaltkreisen (nicht gezeigt) in dem Zwischenfrequenzsignalverarbeitungspfad, welche die Quelle einer IM2-Verzerrung sein kann.
In einem Kalibrierungsmessmodus erzeugen der LNA-Schwingkreis 104 und der Amplitudenmodulator 106 ein amplitudenmoduliertes IM2-Testsignal 128. Wie nachfolgend beschrieben wird, wird das amplitudenmodulierte Signal 128 verwendet, um IM2-Produkte in dem Mischkreis 108 zu erfassen und um ein Vorspannungssignal 138 zu bestimmen, welches dazu neigt, die erfassten IM2-Produkte zu reduzieren. Als eine Alternative zur Verwendung des AM-Schaltkreises 106 kann das von dem IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 bereitgestellte Modulierungssignal 146 den Schwingkreis 104 aktivieren, wenn sich das Signal 146 in einem ersten Zustand (z. B. logisch hoch) befindet, und den Schwingkreis 104 deaktivieren, wenn sich das Signal 146 in einem zweiten Zustand (z. B. logisch niedrig) befindet. In dieser Konfiguration kann der Amplitudenmodulator 106 als der Schaltkreis angesehen werden, welcher den Oszillator aktiviert und deaktiviert.
Obwohl die vorangehend mit Bezug auf die 3A und 3B beschriebene beispielhafte Ausführungsform der Erfindung das RF-Filter und entweder kreuzgekoppelte Gates oder den geräuscharmen Verstärker LNA 102 zum Ausbilden des LNA-Schwingkreises 104 in dem Kalibrierungsmodus verwendet, kann auch ein anderer Schaltkreis zum Ausbilden des Oszillators verwendet werden. Beispielsweise kann der Resonanzkreis für den Oszillator ein Widerstands-Kapazitäts(RC)-Schaltkreis (nicht gezeigt) anstelle des in der beispielhaften Ausführungsform gezeigten Induktivität-Kapazität(LC)-Schaltkreises 300 sein. Als eine weitere Alternative kann der Oszillator ein Ringoszillator sein, welcher beispielsweise aus einer ungeraden Anzahl von Wechselrichterschaltungen (nicht gezeigt) oder einer Anzahl (gerade oder ungerade) von nicht invertierenden Pufferschaltungen (nicht gezeigt), welche zu einem Ring verbunden sind, ausgebildet ist. Die Oszillationsfrequenz eines solchen Ringoszillators ist abhängig von der zum Implementieren der Wechselrichter oder Puffer (Stufen) verwendeten Technologie, da die Frequenz eine Funktion der von den Wechselrichtern aufgewiesenen Verzögerung ist. Im Allgemeinen beträgt die Frequenz des Ringoszillators 1/2DN, wobei D die Verzögerung in einer einzelnen Stufe und N die Anzahl der Stufen ist. Diese Verzögerung kann durch Prozessabweichungen bei der Herstellung der Stufen beeinflusst werden und kann angepasst werden, indem Kondensatoren beispielsweise an den Eingangsanschlüssen einer oder mehrerer der Stufen hinzugefügt werden. Falls beispielsweise jede der Stufen ein CMOS-Inverter ist, kann der hinzugefügte Kondensator zwischen den angeschlossenen Gateelektroden der Transistoren und einer Quelle eines Referenzpotenzials (beispielsweise Erde) angeschlossen sein und kann wirken, um die Resonanzfrequenz des Ringoszillators herabzusetzen.
Der RFIC 100 kann beispielsweise während einer Startperiode des Empfängers in einem Kalibrierungsmessungsmodus arbeiten. Der RFIC 100 kann auch zu anderen Zeiten während des Betriebs des Empfängers in dem Kalibrierungsmessungsmodus arbeiten. Beispielsweise kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Lebensdauer des Schaltkreises eine weitere Kalibrierung ausgeführt werden, um das Alter der Komponenten auszugleichen oder wenn sich die Umgebung des Schaltkreises ändert, beispielsweise wenn eine Betriebstemperatur des Empfängers größer als eine vorbestimmte Betriebstemperatur, beispielsweise 50°Celsius, ist.
In einem Beispiel eines normalen Betriebsmodus können der Oszillator 302 (3A) des LNA-Schwingkreises 104 und der Amplitudenmodulator 106 aufgrund entsprechender Steuersignale 140, 142 deaktiviert werden. Zusätzlich können eine oder mehrere Komponenten des IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 deaktiviert werden. Zusätzlich kann der LC-Parallelschwingkreis 300 (3A) des LNA-Schwingkreises 104 als ein Banddurchgangsfilter mit einem vorbestimmten Durchlassband eingerichtet sein, um das Hochfrequenzeingangssignal 122 zu filtern.
Wenn der LNA-Schwingkreis 104, der Amplitudenmodulator 106 und der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 deaktiviert sind, kann der RFIC 100 das Eingangshochfrequenzsignal 122 am geräuscharmen Verstärker LNA 102 empfangen. Der geräuscharme Verstärker LNA 102 kann das Hochfrequenzsignal 122 verstärken, um ein verstärktes Signal 124 zu erzeugen und an den (als ein Durchlassbandfilter eingerichteten) LNA-Schwingkreis 104 weiterzugeben. Das verstärkte Signal 124 kann durch den LC-Parallelschwingkreis 300 (3A) des LNA-Schwingkreises 104 gefiltert werden, um ein gefiltertes Signal 126 zu erzeugen. Das gefilterte Signal 126 kann ohne Amplitudenmodulation durch den Amplitudenmodulator 106 geleitet werden und kann als ein gefiltertes und verstärktes Mischkreiseingangssignal 128 an den Mischkreis 108 gegeben werden. Wie vorangehend beschrieben, kann eine Bauteilfehlanpassung in dem Mischkreis 108 zu einer IM2-Verzerrung des von dem Mischkreis bereitgestellten Signals führen.
Der Mischkreis 108 mischt das Mischkreiseingangssignal 128 mit einem LO-Signal, welches um das Vorspannungssignal 138 versetzt ist, und erzeugt ein resultierendes herabgewandeltes Signal 130, welches eine Frequenz aufweist, die die Differenz zwischen der Frequenz des Hochfrequenzsignals und der Frequenz des LO-Signals ist. Das sich ergebende Signal 130 kann durch den Zwischenfrequenzfilter 110 weiter gefiltert werden, um das Ausgangssignal 132 zu erzeugen. Im Allgemeinen kann das Zwischenfrequenzfilter 110 einen gewünschten Kanal auswählen und alle anderen Kanäle ablehnen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Hochfrequenzfilter 110 ein Bocksprungfilter (leapfrog filter). Der Mischkreis 108 kann das gefilterte Hochfrequenzsignal 126 jedoch auch in ein Basisbandsignal konvertieren. In dieser Konfiguration ist der Empfänger ein Null-IF-Schaltkreis (Zero IF, ZIF), und das Zwischenfrequenzfilter 110 ist ein Tiefpassfilter, welches Frequenzkomponenten oberhalb des Frequenzbandes des Basisbandsignals dämpft.
Die 2A und 2B zeigen Schaltkreisdiagramme von Mischkreisen 108 bzw. 108'. Der Mischkreis 108 kann ein Differentialmischkreis sein und kann einen Spannungs-Strom-Wandler 202, einen Stromschaltungsmischkreis 204 und einen Transimpedanzverstärker 206 umfassen.
Der Spannungs-Strom(V2I)-Wandler 202 empfängt das Mischkreiseingangssignal 128 und wandelt das Mischkreiseingangssignal 128 in komplementäre Hochfrequenzstromsignale I_{rf_P} und I_{rf_N}. Das Hochfrequenzstromsignal I_{rf_Q} wird an Differentialtransistoren 210 und 212 bereitgestellt, wohingegen das komplementäre Hochfrequenzsignal I_{rf_N} an die Differentialtransistoren 214 und 216 des Stromschaltungsmischkreises 204 bereitgestellt wird. Die Gateelektroden der Transistoren 210 und 216 empfangen das gleichphasige Signal des lokalen Oszillators LOI+ über die Kondensatoren 211, während die Gateelektroden der Transistoren 212 und 214 das komplementäre gleichphasige Signal des lokalen Oszillators LOI- über Kondensatoren 213 empfangen. In dem Mischkreis 108 wird das an den Transistor 210 angelegte Signal LOI+ durch die Vorspannung IM2+ modifiziert, und das an den Transistor 216 angelegte Signal LOI+ wird durch die Vorspannung IM2– modifiziert. Die Vorspannungen IM2+ und IM2– werden durch den IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 bestimmt. Obwohl die beispielhafte Ausführungsform zwei an den Mischschaltkreis 108 angelegte Vorspannungen IM2+ und IM2– zeigt, kann auch nur eine Vorspannung angelegt werden. In dem in 2A gezeigten Schaltkreis werden die Gates der Transistoren 210 mittels (nicht gezeigter) Schaltungen vorgespannt, um den Betriebswiderstand der Transistoren herabzusetzen. In dieser Ausführungsform könnte entweder IM2+ oder IM2– zum Herabsetzen der Vorspannung eingerichtet sein, um die Fehlanpassungen in dem Mischkreis zu kompensieren, so dass die Produkte mit Nichtlinearitäten zweiter Ordnung, welche zu der IM2-Verzerrung führen, ausgelöscht werden. Alternativ können die Vorspannungen IM2+ und IM2– komplementäre Werte sein, welche an den in 2A gezeigten Mischkreis angelegt werden.
Der in 213 gezeigte Mischkreis 108' ist dem Mischkreis 108 (2A) ähnlich, wobei jedoch der Stromschaltungsmischkreis 204' die Vorspannungen +IM2₁ und –IM2₁ an die entsprechenden Gates der Transistoren 210 und 216 legen kann, während er die Vorspannungen +IM2₂ und –IM2₂, wie gezeigt, an entsprechende Gates der Transistoren 212 und 214 anlegt. Die Vorspannungen IM2₁ und IM2₂, bei denen es sich um Vorspannungssignale 138 handelt, welche von einem IM2-Kompensationsanpassungsschaltkreis 118 ähnlich dem vorangehend beschriebenen erzeugt werden, können dieselbe Spannung oder unterschiedliche Spannungen sein. Jedes Gate des Strommischschaltkreises 204' kann daher separat mit einer entsprechenden Vorspannung eingestellt werden, um IM2 Produkte zu minimieren.
Die Vorspannungen IM2+, IM2–, ±IM2+ und/oder ±IM2– können aus digitalen Signalen erzeugt werden, welche von dem IM2-Detektor 116 in einem IM2-Kalibrierungsschaltkreis 118 bereitgestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform können ein Aufwärts-Abwärts-Zähler 226 und ein Digital-Analog-Wandler (DAC) 224 an die Gateelektrode eines oder mehrerer der Transistoren 210, 212, 214 und 216 angeschlossen sein, um zumindest ein Vorspannungssignal zu erzeugen. Ein beispielhafter Schaltkreis zum Erzeugen von IM2+ und IM2– ist in 2C gezeigt. In diesem Schaltkreis wird ein 1-Bit-Signal von dem IM2-Detektor 116, welches, wie nachfolgend beschrieben werden wird, das Vorzeichen-Bit eines akkumulierten Werts ist, an einen Aufwärts-Abwärts-Zähler 226 des IM2-Kalibrierungsschaltkreises 118 angelegt. Der Zähler inkrementiert seinen Wert (ändert den Wert in einer positiven Richtung), wenn das Signal von dem Detektor 116 logisch niedrig ist, und dekrementiert seinen Wert (ändert den Wert in einer negativen Richtung), wenn das Signal von dem Detektor 116 logisch hoch ist. Das Ausgangssignal des Zählers 226 wird an einen differentiellen Digital-Analog-Wandler DAC 224 angelegt, welcher entweder die individuellen Vorspannungssignale IM2+ oder IM2– oder die komplementären Vorspannungssignale IM2+ und IM2– erzeugt. Das Eingangssignal für den IM2-Kalibrierungsschaltkreis 118 wird nachfolgend beschrieben.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann zwischen dem Zähler 226 und dem Digital-Analog-Wandler DAC 224 eine Nachschlagetabelle (look-up table, LUT; nicht gezeigt) eingefügt werden, um das Anlegen ausgewählter Potenzialwerte als Vorspannungspotenziale IM2+ und IM2– in Reaktion auf von dem Zähler 226 bereitgestellte Zählwerte zugestatten.
Ein alternativer IM2-Kalibrierungsschaltkreis 118' ist in 2D gezeigt. Dieser Schaltkreis empfängt gleichfalls ein 1-Bit-Signal von dem IM2-Detektor 116, aber enthält keinen Zähler. Stattdessen umfasst der Schaltkreis einen logischen Schaltkreis 228 und einen Differentialmultiplexer 230. Der in 2D beispielhaft gezeigte logische Schaltkreis umfasst ein 2-Bit-Register (nicht gezeigt) und weitere Logikelemente (nicht gezeigt), welche das 2-Bit-Steuersignal erzeugen, das an den Steuereingang des Differentialmultiplexes 230 angelegt wird. Der Multiplexer wählt auf der Grundlage des Registerwertes eine von vier Vorspannungen V0, V1, V2 und V3 aus. Das Ausgangssignal des Multiplexers ist die komplementäre Vorspannung IM2+ und/oder IM2–. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Logikschaltung den Registerwert ändern, um eine größere Spannung auszuwählen, wenn das Signal von dem Detektor 116 logisch niedrig ist, und eine niedrigere Spannung auszuwählen, wenn das Signal von dem Detektor 116 logisch hoch ist. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Logikschaltkreis die an den Multiplexer bereitgestellten Signale abhängig von dem Wert des 1-Bit-Eingangssignals von 0 bis 3 oder von 3 bis 0 zirkulieren lassen.
In der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der hinzugefügten Gleichspannungskomponente um eine oder mehrere Vorspannungen 138, welche an eine oder mehrere der differentiellen Eingänge des Stromschaltungsmischschaltkreises 204 angelegt werden. In 2A ist die Vorspannung 138 als positive bzw. negative Gatespannung IM2+ bzw. IM2– dargestellt. Wir vorangehend beschrieben wurde, kann auch nur eine der Vorspannungen IM2+ und IM2– angelegt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden sowohl die Vorspannung IM2+ als auch die Vorspannung IM2– an die entsprechenden Gates der Transistoren 210 und 216 angelegt. Obwohl die in den IM2-Kompensationsanpassungsschaltkreisen 118 und 118' erzeugten digitalen Werte als 5-Bit bzw. 2-Bit-Werte beschrieben werden, können in jedem der Detektoren auch größere oder kleinere digitale Werte bei entsprechender Erhöhung oder Erniedrigung der Anzahl der möglichen Vorspannungswerte, die bereitgestellt werden können, verwendet werden.
Wie vorangehend mit Bezug auf 1 beschrieben, ist nur der Schaltkreis für den gleichphasigen Kanal 101 gezeigt. Der Empfänger kann jedoch einen entsprechenden Schaltkreis für den Quadraturphasenkanal 103 umfassen. Da der Quadraturphasenkanal einen separaten Mischkreis aufweist, kann er einen separaten IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 umfassen. Alternativ können sich die gleichphasigen Kanäle und die Quadraturkanäle den IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 teilen, beispielsweise indem der Schaltkreis 112 alternierend an den gleichphasigen Kanal 101 angeschlossen wird, um wie vorstehend beschrieben den gleichphasigen Vorspannungswert/die gleichphasigen Vorspannungswerte zu errechnen, und der Schaltkreis 112 anschließend an den Quadraturphasenkanal angeschlossen wird, um den Quadraturphasenvorspannungswert/die Quadraturphasenvorspannungswerte zu errechnen. Als eine weitere Alternative kann das Umschalten des Schaltkreises 112 zwischen den gleichphasigen Kanälen und den Quadraturphasenkanälen erfolgen, während die Koeffizienten errechnet werden. In dieser Ausführungsform kann das nachfolgend beschriebene Akkumulatorregister zwei akkumulierte Werte halten, einen für den gleichphasigen Kanal 101 und den anderen für den Quadraturphasenkanal 103.
Wie in 2A gezeigt, mischt der Stromschaltungsmischschaltkreis 204 die Hochfrequenzstromsignale I_{rf_P} und I_{rf_N} mit den entsprechenden LOI-Signalen, welche mit entsprechenden Vorspannungswerten IM2+, IM2– modifiziert sind, um entsprechende Zwischenfrequenzsignale I_{if_P} und I_{if_N} zu erzeugen. Der differentielle Transimpedanzverstärker 206 umfasst einen Operationsverstärker 208 und geeignete kapazitive Elemente und Widerstandselemente, um die Zwischenfrequenzstromsignale I_{if_P} und I_{if_N} zu einem resultierenden Zwischenfrequenzspannungssignal 130 umzuwandeln.
Im Allgemeinen können IM2-Produkte innerhalb des Stromschaltmischkreises 204 erzeugt werden. Obwohl jeder der Transistoren 210, 212, 214 und 216 im Wesentlichen hohe IM2-Produkte erzeugen kann, sollten die IM2-Produkte sich in dem differentiellen Ausgangssignal im Wesentlichen auslöschen, weil diese Transistoren typischerweise gut abgestimmt sind. Die von den Transistoren 210 und 214 erzeugten IM2-Produkte werden von den von den Transistoren 212 und 216 erzeugten IM2-Produkten ausgelöscht. Wenn die Transistoren 210, 212, 214 und 216 und alle ihre Verbindungen und Signalpfade perfekt abgestimmt wären, würde die IM2-Verzerrung an dem Eingangsanschluss des Verstärkers 208 ausgelöscht sein. Selbst wenn die Transistoren identisch sind und ihre Anordnung vollständig komplementär ist, können jedoch Prozessvariationen zu Unterschieden in der Betriebscharakteristik der Transistoren führen. Weil diese Transistoren nicht perfekt abgestimmt sind, können in dem sich ergebenden Zwischenfrequenzspannungssignal 130 dennoch weiterhin IM2-Produkte vorliegen.
Nachfolgend wird ein Kalibrierungsmessungsmodus beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst der RFIC 100 einen Kalibrator mit einem LNA-Schwingkreis 104, einem Amplitudenmodulator (AM) 106 und einem IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112. Der LNA-Schwingkreis 104 und der Amplitudenmodulator 106 können verwendet werden, um ein vorbestimmtes Testsignal zu erzeugen, welches dazu führt, dass in dem Mischkreis 108 IM2-Produkte erzeugt werden. Der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 kann verwendet werden, um das Vorspannungssignal/die Vorspannungssignale 138 zu bestimmen, welche die in dem Mischkreis 108 erzeugten IM2-Produkte reduzieren. Durch das Anlegen eines Vorspannungssignals 138 an den Mischkreis 108 kann der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 absichtlich eine Fehlanpassung zwischen den negativen und positiven Kanälen des Mischkreises 108 erzeugen, um die inhärente Fehlanpassung zwischen den Kanälen zu kompensieren und auf diese Weise IM2-Produkte im Wesentlichen auszulöschen. In einem Beispiel eines Kalibrierungsmessungsmodus können der LNA-Schwingkreis 104 und der Amplitudenmodulator 106 durch entsprechende Steuersignale 140, 142 aktiviert werden, ein IM2-Testsignal 126 bzw. ein amplitudemoduliertes Signal 128 zu erzeugen. Zusätzlich können die Komponenten des IM2-Kalibrierungsschaltkreises 112 durch ein Steuersignal (nicht gezeigt) aktiviert werden, und der geräuscharme Verstärker LNA 102 kann durch eines dieser Steuersignal oder durch ein weiteres Steuersignal (nicht gezeigt) deaktiviert werden.
Die 3A und 3B zeigen Beispiele des LNA-Schwingkreises 104. Insbesondere ist 3A ein Schaltkreisdiagramm eines LNA-Schwingkreises 104, welcher einen LC-Parallelschwingkreis 300 und einen kreuzgekoppelten Transistoroszillator 302 umfasst, und 3B ist ein Schaltkreisdiagramm eines LC-Parallelschwingkreises 300, welcher zeigt, wie der LNA-Verstärker 102 mit dem Parallelschwingkreis verwendet werden kann, um den LNA-Schwingkreis 104 auszubilden.
Im Allgemeinen umfasst der LC-Parallelschwingkreis 300 eine Induktivität L, welche unter Verwendung von spiralförmigen Spulen implementiert werden kann, und eine variable Kapazität C, die durch Hochfrequenz-Varaktordioden und/oder geschaltete Kondensatoren bereitgestellt werden kann. Wie in 3B gezeigt ist, kann der LC-Parallelschwingkreis 300 abgestimmt werden, indem die über die Varaktordiode 312 anfallende Spannung abgestimmt wird und indem einzelne der Kondensatoren 304, 306, 308 oder 310 selektiv eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Wie in 3A gezeigt ist, ist der Schwingkreis 104 aus kreuzgekoppelten Transistoren 302 und dem LC-Parallelschwingkreis 300 ausgebildet. Obwohl der in 3A gezeigte Schaltkreis den geräuscharmen Verstärker 102 nicht verwendet, kann der LC-Parallelschwingkreis 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche nachfolgend mit Bezug auf 3B beschrieben wird, mit dem geräuscharmen Verstärker LNA 102 kombiniert werden, so dass der LNA 102 die kreuzgekoppelten Transistoren 302 ersetzt, um den Schwingkreis 104 auszubilden.
Im Allgemeinen kann der LC-Parallelschwingkreis 300 während des normalen Operationsmodus mit einer geeignet angepassten Frequenzantwort von dem geräuscharmen Verstärker LNA 102 als ein Hochfrequenzfilter verwendet werden. Zusätzlich können der LC-Parallelschwingkreis 300 und der LNA 102 als ein Oszillator konfiguriert sein und während des Kalibrierungsmessungsmodus abgestimmt werden, um das IM2-Testsignal 126 zu erzeugen. Das Steuersignal 140 (1) kann verwendet werden, um den Schaltkreis als den Oszillator 302 zu konfigurieren und den LC-Parallelschwingkreis 300 abzustimmen, so dass der Oszillator 104 das IM2-Testsignal 126 erzeugt.
Im Allgemeinen kann der LC-Parallelschwingkreis 300 auf eine Frequenz abgestimmt werden, so dass das IM2-Testsignal 126 ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz außerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes des RFIC 100 ist. Wie vorangehend beschrieben, wird das AM-modulierte Signal durch die Nicht-Linearitäten zweiter Ordnung in Komponenten des Empfängers, beispielsweise dem Mischkreis 108, in das Zwischenfrequenz-Durchlassband des RFIC gefaltet, um die IM2-Komponenten zu erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform, bei welcher die Hochfrequenz-Mittenfrequenz 1575 MHz und die Zwischenfrequenzbandbreite 6 MHz beträgt, kann der LC-Parallelschwingkreis 300 auf eine Frequenz von ungefähr 1650 MHz abgestimmt werden, so dass die Oszillatorfrequenz weit außerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes liegt. Für den Fall, dass das in das Zwischenfrequenz-Durchlassband fallende Phasenrauschen ausreichend ist, wird das Oszillatorsignal deshalb nicht die Fähigkeit des Kalibrierungsschaltkreis beeinflussen, das IM2-Produkt zu erfassen und die Vorspannungssignale anzupassen, um die erfassten IM2-Produkte zu reduzieren.
3B zeigt einen beispielhaften LC-Parallelschwingkreis 300 und einen geräuscharmen Verstärker LNA 102 und beispielhafte Schaltungskreise, welche die Funktion des Schaltkreises von einem Verstärker und Hochfrequenzfilter zu einem Hochfrequenz-Schwingkreis ändern. Der LNA-Parallelschwingkreis 300 kann eine Bank fester geschalteter Kondensatoren 304, 306, 308, 310 sowie einen Varaktor 312 umfassen. Beispielsweise kann der erste geschaltete Kondensator 304 eine Kapazität C aufweisen, der zweite geschaltete Kondensator 306 kann eine Kapazität C/2 aufweisen, der dritte geschaltete Kondensator 308 kann eine Kapazität C/4 aufweisen, und der vierte geschaltete Kondensator 310 kann eine Kapazität C/8 aufweisen. Die geschalteten Kondensatoren 304, 306, 308, 310 können dazu eingerichtet sein, für den LC-Parallelschwingkreis 300 eine selektive Hochfrequenz-Abstimmmöglichkeit bereitzustellen. Der Varaktor 312 kann dazu eingerichtet sein, eine analoge Feinabstimmmöglichkeit für den LC-Parallelschwingkreis 300 bereitzustellen, welche größer ist als eine kleinste Schrittweite zwischen den Schaltkondensatoren 304, 306, 308 und 310. Die geschalteten Kondensatoren 304, 306, 308, 310 können durch das Abstimmungssteuersignal 316 ausgewählt werden, um die Resonanzfrequenz des LC-Schaltkreises 300 wie gewünscht zu indem. Die in 3B gezeigte Konfiguration ist lediglich beispielhaft. Der LC-Parallelschwingkreis 300 kann auch mit einem einzigen Kondensator implementiert werden, welcher nicht geschaltet ist. Auch können mehr oder weniger geschaltete Kondensatoren verwendet werden, und der Varaktor 312 kann fortgelassen werden.
Wie in 3B gezeigt, umfasst der Schaltkreis zwei Schalter 320 und 322, welche aktiviert werden können, um den geräuscharmen Verstärker LNA 102 und den Parallelschwingkreis 300 als einen Schwingkreis zu konfigurieren. Der Schaltkreis ist als ein Oszillator konfiguriert, wenn die Schalter in der Position A sind, und ist als ein geräuscharmer Verstärker mit einem Hochfrequenzfilter konfiguriert, wenn die Schalter in der Position B sind. Wenn die Schalter 320 und 322 bezüglich des Steuersignales 140 in der Position A sind (d. h. während der IM2-Kalibrierung), sind die Kondensatoren 304, 306, 308, 310 und die Varaktordiode 312, wie sie von dem Steuersignal 312 abgestimmt sind, parallel zu dem Induktor 303 geschaltet. Ein Ende dieses Schaltkreises ist mit dem Ausgangsanschluss + des geräuscharmen Verstärkers LNA 102 verbunden, und das andere Ende ist mit dem Eingang + des LNA 102 verbunden. In dieser Konfiguration schwingt der Schaltkreis bei der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises 300.
Wenn die Schalter 320 und 322 in der Position B sind (d. h. nach der IM2-Kalibrierung während des Normalbetriebs des Empfängers), sind die Kondensatoren 304, 306, 308, 310 und die Varaktordiode 312 einerseits und der Induktor 303 andererseits in Reihe geschaltet. Der Ausgangsanschluss des geräuscharmen Verstärkers LNA 102 ist mit dem Ende des Induktors 303 verbunden, welches nicht mit den Kondensatoren verbunden ist, und die Kondensatoren werden wahlweise mit Erde verbunden, entsprechend der Steuersignale 316. In dieser Konfiguration operiert der Schaltkreis als ein geräuscharmer Verstärker mit einem Hochfrequenzfilter.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann der LNA-Schwingkreis 104 auch verwendet werden, um eine Frequenzantwort des LNA 102 zu kalibrieren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der LNA-Schwingkreis 104 auch als Teil eines Hochfrequenz/Analog-Built-In-Self-Test (BIST) für den RFIC 100 verwendet werden:
Wie vorangehend beschrieben, kann der Oszillator 104 ohne Verwendung des LC-Parallelschwingkreises implementiert werden. In den beschriebenen Beispielen kann ein Ring von Invertern oder nicht-invertierenden Puffer als Oszillator verwendet werden. Für diese Ausführungsformen würde die Frequenz des Oszillators von der Verzögerung durch die einzelnen Inverter oder Puffer abhängen.
Unter Bezugnahme wiederum auf 1 wird das IM2-Testsignal 126 von dem Amplitudenmodulator 106 amplitudenmoduliert, um das amplitudenmodulierte Signal 128 zu erzeugen. Der Amplitudenmodulator 106 erzeugt im Allgemeinen ein amplitudenmoduliertes Signal mit einem Modulationsindex, welcher im Wesentlichen nahe bei 1 liegt, wobei das geteilte Frequenzsignal 146 als das Modulierungssignal dient. Die modulierte Wellenform wird in anderen Worten zwischen Perioden des oszillierenden Signals und im Wesentlichen keinem Signal alternieren. Wie nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben werden wird, steht das geteilte Frequenzsignal 146 mit dem Abtastzeittaktsignal 144 in Bezug. In einer beispielhaften Ausführungsform weist das Signal 146 eine Frequenz von 1 MHz und einen Arbeitszyklus von 50% auf, so dass das IM2-Testsignal 126 durch eine Rechteckwelle von ungefähr 1 MHz moduliert wird. Im Allgemeinen kann die Amplitudenmodulation ausgewählt werden, um den Mischkreis 108 dazu zu veranlassen, IM2-Produkte bei dem geteilten Frequenzsignal 146 zu erzeugen. Als eine Alternative zu der Verwendung eines separaten Amplitudenmodulators kann der Schaltkreis so konfiguriert sein, dass das geteilte Frequenzsignal 146 den Oszillator 104 aktiviert, wenn sich das Signal 146 in einem Zustand befindet (beispielsweise logisch hoch), und den Oszillator 104 deaktiviert, wenn es sich in dem anderen Zustand (beispielsweise logisch niedrig) befindet. Dies würde zu einem Ausgangssignal mit einem Modulationsindex 1 führen.
Der Mischkreis 108 mischt das amplitudenmodulierte Signal 128 mit einem LO-Signal, um das überlagerte Signal 130 zu erzeugen. Im Allgemeinen überlagert der Mischkreis 108 das amplitudenmodulierte Signal 128 gemäß jeder Nicht-Linearität zweiter Ordnung, welche von den Schalteinheiten 210 (2A) des Mischkreises 108 erzeugt werden. Das sich ergebende überlagerte Signal 130 weist ein Frequenzband auf, welches innerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes liegt und welches IM2-Produkte entsprechend dem Anteil der modulierenden Wellenformen, welche das oszillierende Signal umfasst, aufweist. Das sich ergebende Signal 130 kann mittels des Zwischenfrequenzfilters 110 weiter gefiltert werden, um das Ausgangssignal 132 zu erzeugen.
Im Allgemeinen können die IM2-Produkte eine von vielen Gleichspannungskomponenten des Ausgangssignals 132 darstellen. Durch Ausführen einer Amplitudenmodulation auf dem IM2-Testsignal 126 können die IM2-Produkte von anderen Quellen von Gleichspannungssignalkomponenten unterschieden werden. Der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 kann daher IM2-Produkte erfassen, ohne andere Gleichspannungskomponenten zu erfassen. Beispielsweise kann der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 IM2-Produkte während „hoher” Perioden des (mit dem amplitudenmodulierten Signal 128 in Beziehung stehenden) Ausgangssignals 132 erfassen und kann das Ausgangssignal 132 während der „niedrigen” Perioden abziehen, um andere Gleichspannungskomponenten zu entfernen.
Während des Kalibrierungsintervalls kann der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 das Ausgangssignal 132 des Mischkreises 108 und des Zwischenfrequenzfilters (einschließlich jedweder IM2-Produkte) empfangen und kann ein Vorspannungssignal 138 bestimmen, welches die IM2-Produkte in dem Mischkreis 108 reduziert. Der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 kann den Analog-Digital-Wandler (ADC) 114, den IM2-Detektor 116 und die IM2-Koeffizientenanpassungsvorrichtung 118 umfassen. Der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112 kann auch die Steuerung 120 zum Steuern einer oder mehrerer Komponenten des IM2-Kalibrierungsschaltkreises 112 umfassen. Die Steuerung 120 kann auch Steuersignale 140 und 142 an den LNA-Schwingkreis 104 bzw. den Amplitudenmodulator 106 bereitstellen. Es versteht sich, dass wenigstens einige der von der Steuerung 120 ausgeführten Prozesse von der IM2-Koeffizientenanpassungsvorrichtung 118 ausgeführt werden können. Aus Gründen der Klarheit sind die Verbindungen zwischen dem Analog-Digital-Wandler 114, dem IM2-Detektor 116, der IM2-Koeffiezienteneinstellvorrichtung 118 und der Steuerung 120 in 1 nicht gezeigt.
Der Analog-Digital-Wandler 114 kann in Reaktion auf das Abtastzeittaktsignal 144 ein Ausgangssignal 132 empfangen und kann das Ausgangssignal 132 in ein digitales Signal 134 umwandeln. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Analog-Digital-Wandler 114 in einem Fünf-Bit-Modus betrieben. In einer beispielhaften Ausführungsform weist das Abtastzeittaktsignal 144 eine Frequenz von 48 MHz auf.
Der IM2-Detektor empfängt das digitale Signal 134 und erzeugt eine Folge von Ein-Bit-Werten 136, welche akkumulierte Produkte über N entsprechende Pulse des frequenzgeteilten Signals 146 darstellen, wobei N eine ganze Zahl ist. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Anzahl der Pulse N = 48.
Die IM2-Kompensationanpassungsvorrichtung 118 empfängt die Vorzeichenbits 136, welche die N Pulse darstellen, und bestimmt auf der Grundlage der Vorzeichenbits 136 das Vorspannungssignal 138. Im Allgemeinen kann das Vorspannungssignal 138 derart ausgewählt werden, dass sich in den Vorzeichenbits 136 über die N Pulse negative und positive Werte im Wesentlichen ausgleichen. Wenn beispielsweise das Vorzeichenbit 136 des akkumulierten Wertes nach der Verarbeitung der erfassten IM2-Produkte entsprechend einer Anzahl von Pulsen positiv ist, kann das Vorspannungssignal 138, welches an den negativen Kanal des Mischkreises 108 (1) angelegt wird, erhöht werden. Das Vorspannungssignal 138 kann aus einer (nicht gezeigten) Nachschlagetabelle (Look-Up Table, LUT) auf der Grundlage des akkumulierten Wertes der Vorzeichenbits 136 über N Pulse ausgewählt werden. Das Vorspannungssignal 138 in der Nachschlagetabelle kann beispielsweise auf der Grundlage einer Schaltkreissimulation vorbestimmt sein. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Vorspannungssignal 138 ein Fünf-Bit-Steuerwort.
Im Allgemeinen kann ein Verfahren zum Erfassen des Vorzeichenbits 136 und zum Auswählen des Vorspannungssignals 138 über M Iterationen wiederholt werden, wobei M eine ganze Zahl ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist M = 12, jedoch kann M jede Zahl sein. In dieser Weise kann die IM2-Kompensationsanpassungsvorrichtung 118 das Vorspannungssignal 138 über M Iterationen einstellen, um im wesentlichen alle IM2-Produkte in dem digitalen Signal 134 zu reduzieren. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass das Vorspannungssignal 138 durch sukzessive Approximation oder durch das Durchlaufen vorbestimmter Vorspannungseinstellungen angepasst werden kann.
In 4 ist ein funktionales Blockdiagramm des IM2-Detektors 116 gezeigt. Der IM2-Detektor 116 umfasst ein Akkumulatorregister 402, ein Frequenzteiler 404, ein logisches UND-Gate 406, eine Verzögerungsschaltung 408 und ein Register 410.
Das Abtastzeittaktsignal 144 wird an den Frequenzteiler 404, an die Zeitgebereingangsanschlüsse des Verzögerungselements 408 und das Akkumulatorregister 402 bereitgestellt. Der Frequenzteiler 404 erzeugt ein frequenzgeteiltes Signal 146 mit einem Arbeitszyklus von 50% und einer Frequenz, welche ein Bruchteil einer Frequenz des Abtastzeittaktsignals 144 ist. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Frequenz des Taktsignals 144 48 MHz und die Frequenz des geteilten Signals 146 1 MHz. Das frequenzgeteilte Signal 146 wird an das Verzögerungselement 408 bereitgestellt, von wo aus es als Signal 406 zu einem Addier-/Subtrahier-Eingangsanschluss des Akkumulatorregisters 402 bereitgestellt wird.
Das frequenzgeteilte Signal 146 wird als das modulierte Signal auch an den (in 1 gezeigten) Amplitudenmodulator 106 bereitgestellt. Das Verzögerungselement 408 ist ein ausgleichendes Verzögerungselement, welches die Verarbeitungszeit durch den Amplitudenmodulator 106, den Mischkreis 108, das Zwischenfrequenzfilter 110 und den Analog-Digital-Wandler 114 ausgleicht. Das Akkumulatorregister 402 addiert alternierend Abtastwerte, welche IM2-Produkte zuzüglich anderer Gleichspannungskomponenten darstellen, und subtrahiert Abtastwerte, welche ausschließlich die Gleichspannungskomponenten darstellen. Die Abtastwerte, welche die IM2-Produkte und die Gleichspannungskomponenten darstellen, werden gewonnen, wenn die Amplitude des modulierten Signals hoch ist, und die Abtastwerte, welche ausschließlich die Gleichspannungskomponenten darstellen, werden gewonnen, wenn die Amplitude des modulierten Signals niedrig ist. Der Addier-/Subtrahier-Eingang des Akkumulatorregisters 402 wird also in dem Addier-Zustand gehalten, bis die ersten Abtastwerte der von dem logisch hohen Anteil des modulierenden Pulses herrührenden modulierten Signale von dem Analog-Digital-Wandler 114 verarbeitet und digitalisiert worden sind. Wenn der logisch niedrige Anteil des modulierenden Pulses digitalisiert ist, schaltet das Addier-/Subtrahier-Signal auf Subtrahieren, um die Gleichspannungskomponenten von den akkumulierten Werten, welche die Kombination der IM2-Produkte und der Gleichspannungskomponenten darstellen, zu subtrahieren.
Wie vorangehend beschrieben, akkumuliert das Akkumulatorregisters 402 das digitale Signal 134, welches die IM2-Verzerrung vermindert um andere Gleichspannungskomponenten darstellt, für die Dauer von N Pulsen des Abtastens des Abtastzeittaktsignals 144. Dies erzeugt einen vorzeichenbehafteten Ausgangswert am Ende jeder N Pulse. In der beispielhaften Ausführungsform wird nur das Vorzeichenbit 416 des Akkumulatorregisters 402 in dem Register 410 für jeden akkumulierten Wert gespeichert. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch ein Multibitausgangssignal des Akkumulatorregisters 402 (über alle N Pulse) in dem Register 410 gespeichert werden, entweder um die Vorspannungswerte zu errechnen oder um den Kalibrierungsprozess zu beurteilen.
In 5 wird mit Bezug auf 1 ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren des RFIC 100, um IM2-Produkten Rechnung zu tragen, veranschaulicht, gezeigt. Bei Schritt 500 werden der LNA-Schwingkreis 104 und der Amplitudenmodulator 106 aktiviert, beispielsweise durch entsprechende von der Steuerung 120 des IM2-Kalibrierungsschaltkreises 112 bereitgestellte Steuersignale 140 bzw. 142. Bei Schritt 502 wird der LC-Parallelschwingkreis 300 (3A) auf ein vorbestimmtes Frequenzband außerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes des RFIC 100 abgestimmt. Bei Schritt 504 wird das IM2-Testsignal 126 erzeugt, beispielsweise unter Verwendung des LC-Parallelschwingkreises 300 (3A) und des Oszillators 302, so dass das IM2-Testsignal 126 ein vorbestimmtes Frequenzband außerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes umfasst.
Bei Schritt 506 wird das erzeugte IM2-Testsignal 126 amplitudenmoduliert, beispielsweise mittels des Amplitudenmodulators 106 unter Verwendung des frequenzgeteilten Signals 146 als Modulierungssignal. Bei Schritt 508 wird das amplitudenmodulierte Signal 128 mit LO-Signalen gemischt, beispielsweise in dem Mischkreis 108, um das Ausgangssignal 130 zu erzeugen, welche IM2-Produkte und andere Gleichspannungskomponenten umfasst, alternierend mit Signalen, welche nur die anderen Gleichspannungskomponenten umfassen. Das Ausgangssignal 130 kann weiter gefiltert werden, beispielsweise mittels des Zwischenfrequenzfilters 110, um das Ausgangssignal 132 zu erzeugen.
Bei Schritt 510 wird das Ausgangssignal 132 in das digitale Signal 134 umgewandelt, beispielsweise mittels des Analog-Digital-Wandlers 114. Bei Schritt 512 werden IM2-Produkte in dem digitalen Signal 134 erfasst, beispielsweise mittels des IM2-Detektors 116, welcher die übrigen Gleichspannungskomponenten, wie vorangehend beschrieben, subtrahiert. Bei Schritt 514 wird das Vorspannungssignal 138 angepasst, um die erfassten IM2-Produkte zu reduzieren, beispielsweise mittels der IM2-Kompensationsanpassungsvorrichtung 118.
Unter Bezugnahme auf die 1, 4 und 6 wird ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines beispielhaften Verfahrens zum Auswählen eines Vorspannungssignals 136, welches an den Mischkreis 108 des RFIC 100 angelegt wird, gezeigt. Bei Schritt 600 wird der Iterationsindex m auf 1 gesetzt, und bei Schritt 602 wird der Pulsindex n auf 1 gesetzt, beispielsweise durch die Steuerung 120.
Bei Schritt 604 wird das digitale Signal 134 für den Puls n akkumuliert, beispielsweise mittels des Akkumulatorregisters 402 des IM2-Detektors 116. Bei Schritt 606 wird dieser Wert für den n-ten Puls in dem Akkumulatorregister 402 gespeichert.
Bei Schritt 608 wird bestimmt, ob der Pulsindex n mit der Gesamtzahl von N Pulsen übereinstimmt. Falls der Index n ≠ N ist, wird von Schritt 608 nach Schritt 610 fortgesetzt. Bei Schritt 610 wird der Pulsindex n inkrementiert, und von Schritt 610 wird nach Schritt 604 fortgesetzt. Die Schritte 604 bis 610 werden wiederholt, bis der Pulsindex n mit der Gesamtzahl von Pulsen N übereinstimmt.
Falls der Pulsindex n mit der Gesamtzahl der Pulse N übereinstimmt, wird von Schritt 610 zu Schritt 612 fortgesetzt. Bei Schritt 612 wird das Vorspannungssignal 138 entsprechend dem Vorzeichenbit 136 des über die N Pulse akkumulierten Wertes angepasst, beispielsweise mittels der IM2-Kompensationsanpassungsvorrichtung 118.
Bei Schritt 614 wird bestimmt, ob der Iterationsindex m mit einer Gesamtzahl von Iterationen M übereinstimmt. Falls der Iterationsindex m nicht mit M übereinstimmt, wird von Schritt 614 nach Schritt 616 fortgesetzt. Bei Schritt 616 wird der Iterationsindex m inkrementiert, und von Schritt 616 wird nach Schritt 602 fortgesetzt. Die Schritte 602 bis 616 werden wiederholt, bis der Iterationsindex m mit der Gesamtzahl von Iterationen M übereinstimmt.
Falls der Index m mit der Gesamtzahl von Iterationen M übereinstimmt, wird von Schritt 614 nach Schritt 620 fortgesetzt. Bei Schritt 620 wird eine (in Schritt 612 für die Iteration M angepasste) Vorspannung 138 ausgewählt und während eines normalen Betriebsmodus des RFIC 100 zusammen mit den LO-Signalen des Mischkreises 108 verwendet.
Obwohl 6 die Anpassung des Vorspannungssignals 138 über M Iterationen veranschaulicht, kann das Vorspannungssignal 138 gemäß einer anderen Ausführungsform über eine Iteration von m (d. h. für M = 1) angepasst werden. In dieser Ausführungsform können demgemäß die Schritte 602 bis 612 ausgeführt werden, gefolgt von Schritt 616.
Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der LC-Parallelschwingkreis 300 (3A) sowohl für den geräuscharmen Verstärker LNA 102 als auch zum Generieren eines IM2-Testsignals für die IM2-Kalibrierung verwendet werden. Die einzigen zusätzlichen Komponenten, welche der RFIC 100 umfassen kann, sind daher der Oszillator 302 (3A), der Amplitudenmodulator 106 und der IM2-Kalibrierungsschaltkreis 112. Da diese Schaltkreiselemente verglichen mit dem LC-Parallelschwingkreis 300 klein sind, kann ein IM2-Testsignal ohne eine wesentliche Vergrößerung der Chipoberfläche erzeugt werden.
Zusätzlich umfasst der RFIC den Amplitudenmodulator 106, um ein amplitudenmoduliertes Testsignal zu erzeugen. Wie vorangehend beschrieben wurde, kann auf diesen Schaltkreis verzichtet werden, indem der Oszillator 104 entsprechend dem frequenzgeteilten Signal 146 eingeschaltet und ausgeschaltet wird, um das amplitudenmodulierte Signal 126 zu erzeugen. In dieser Konfiguration kann der Schalter, welcher den Oszillator steuert, als der Amplitudenmodulator 106 angesehen werden. Da die amplitudenmodulierte Wellenform verwendet werden kann, um IM2-Produkte niedriger Frequenz von anderen Gleichspannungsquellen zu trennen, sind keine zusätzlichen fortschrittlichen Analog-Digital-Wandler erforderlich, um die IM2-Produkte zu erfassen. Da der LNA-Schwingkreis 104 das IM2-Testsignal außerband abstimmen kann, kann ferner der übrige Empfänger wiederverwendet werden, um IM2-Produkte aus dem (mittels des Mischkreises 108 erzeugten) Zwischenfrequenzsignals zu filtern.
Obwohl die Erfindung für Systeme und Verfahren zum Bereitstellen einer IM2-Kalibierung in einem RFIC beschrieben wurde, können ein oder mehrere Produkte in Software auf Mikroprozessoren/Mehrzweckcomputern (nicht gezeigt) implementiert werden. In dieser Ausführungsform können eine oder mehrere der Funktionen der verschiedenen Komponenten in Software implementiert sein, welche einen Mehrzweckcomputer steuert. Diese Software kann in einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium, beispielsweise einer magnetischen oder optischen Scheibe oder einer Speicherkarte, verkörpert sein.
Obwohl die Erfindung vorangehend mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurde, soll die Erfindung nicht auf die gezeigten Einzelheiten beschränkt sein. Stattdessen können innerhalb des Umfangs und Rahmens der Äquivalente der Ansprüche und ohne die Erfindung zu verlassen verschiedene Modifikationen dieser Einzelheiten vorgenommen werden.

Claims

Hochfrequenzempfänger in einem integrierten Schaltkreis (RFIC), welcher umfasst eine Quelle für Hochfrequenz(HF)-Signale, welche in einem ersten Modus eingerichtet ist, um empfangene Hochfrequenz-Signale bereitzustellen, und in einem zweiten Modus eingerichtet ist, um vorbestimmte amplitudenmodulierte (AM) Hochfrequenzsignale bereitzustellen; einen lokalen Oszillator, welcher dazu eingerichtet ist, ein lokales oszillierendes Signal bereitzustellen; einen Mischkreis, welcher mit der Quelle der Hochfrequenzsignale und mit dem lokalen Oszillator gekoppelt ist, um die Hochfrequenzsignale herabzuwandeln, um Zwischenfrequenz (ZF)-Signale mit Frequenzen innerhalb eines Zwischenfrequenz-Durchlassbandes zu erzeugen; einen Kalibrierungsschaltkreis, welcher mit dem Mischkreis verbunden ist, wobei der Kalibrierungsschaltkreis dazu eingerichtet ist, das Zwischenfrequenz-Signal von dem Mischkreis zu empfangen, wenn die Quelle der Hochfrequenz-Signale in dem zweiten Modus ist, in dem Zwischenfrequenz-Signal Modulationsprodukte zweiter Ordnung (IM2) zu erfassen, ein Vorspannungssignal zu erzeugen, das Vorspannungssignal an den Mischkreis anzulegen und das Vorspannungssignal in einer Richtung anzupassen, welche von den erfassten IM2-Produkten bestimmt ist, um die IM2-Produkte zu reduzieren.
RFIC nach Anspruch 1, bei welchem die Quelle der Hochfrequenz-Signale einen Hochfrequenzverstärker umfasst, welcher zum Koppeln an eine Antenne eingerichtet ist, um die Hochfrequenzsignale bereitzustellen, wenn die Quelle der Hochfrequenz-Signale in dem ersten Modus ist, sowie eine Quelle für amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignalen umfasst, um die vorbestimmten amplitudenmodulierten Hochfrequenz-Signale bereitzustellen, wenn die Quelle der Hochfrequenz-Signale in dem zweiten Modus ist, wobei die vorbestimmten amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale eine Frequenz außerhalb des Zwischenfrequenzdurchlassbandes aufweisen.
RFIC nach Anspruch 2, bei welchem die Quelle der amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale einen Schwingkreis umfasst, welcher oszillierende Hochfrequenz-Signale erzeugt, und wobei die Quelle der Hochfrequenz-Signale ferner einen Hochfrequenz-Filterschaltkreis umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, die von dem Hochfrequenzverstärker bereitgestellten Hochfrequenzsignale zu filtern, wenn die Quelle der Hochfrequenzsignale in dem ersten Modus ist, und wobei der Hochfrequenzfilterschaltkreis als ein Resonanzkreis des Schwingkreises ausgebildet ist, wenn die Quelle der Hochfrequenz-Signale in dem zweiten Modus ist.
RFIC nach Anspruch 3, bei welchem die Quelle der amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale ferner einen Amplitudenmodulator umfasst, welcher die von dem Schwingkreis erzeugten oszillierenden Hochfrequenzsignale mit einem Modulierungssignal moduliert, um die vorbestimmten amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale zu erzeugen.
RFIC nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Kalibrierungsschaltkreis dazu eingerichtet ist, die IM2-Produkte über mehrere Taktpulse zu messen und die Vorspannung auf der Grundlage der über die mehreren Taktpulse gemessenen IM2-Produkte auszuwählen.
RFIC nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Mischkreis einen Differentialmischkreis mit mehreren Schaltelementen umfasst, wobei die mehreren Schaltelemente dazu eingerichtet sind, entsprechende lokale Oszillatorsignale (LO) zu empfangen, wobei wenigstens eines der lokalen Oszillatorsignale von der Vorspannung modifiziert wird, um die IM2-Produkte zu reduzieren.
RFIC nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der RFIC einen Hochfrequenzverstärker, einen Filterschaltkreis und einen Schaltkreis, welcher in Abhängigkeit von einem Steuersignal den Hochfrequenzverstärker und den Filterschaltkreis als den Schwingkreis rekonfiguriert, umfasst.
RFIC nach einem der vorangehenden Ansprüche mit zusätzlich einem Steuerschaltkreis, welcher den Schwingkreis steuert, um das oszillierende Signal in einem Kalibrierungsmodus zu erzeugen, und den Schwingkreis in einem Betriebsmodus deaktiviert.
RFIC nach einem der vorangehenden Ansprüche mit zusätzlich einem mit dem Mischkreis verbundenen Zwischenfrequenz-Filter, welcher dazu eingerichtet ist, das Zwischenfrequenzsignal des Mischkreises innerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes zu filtern, um an den Kalibrierungsschaltkreis ein gefiltertes Zwischenfrequenz-Ausgangssignal bereitzustellen.
RFIC nach Anspruch 9, bei welchem der Kalibrierungsschaltkreis umfasst: einen Analog-Digital-Wandler, welcher dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal des Zwischenfrequenz-Filters zu digitalisieren; einen IM2-Detektorschaltkreis, welcher dazu eingerichtet ist, die IM2-Produkte während eines Kalibrierungsintervalls zu akkumulieren; und einen IM2-Kompensationsschaltkreis zum Bereitstellen des Vorspannungssignals an dem Mischkreis in Abhängigkeit von den akkumulierten IM2-Produkten.
Verfahren zum Kalibrieren eines Hochfrequenzempfängers in einem integrierten Schaltkreis (RFIC) für Modulationsprodukte zweiter Ordnung (IM2) mit folgenden Schritten: Erzeugen eines oszillierenden Hochfrequenz(HF)-Signals mit einer Frequenz, welche außerhalb eines Zwischenfrequenz(ZF)-Durchlassbandes des RFIC liegt; Modulieren des oszillierenden Hochfrequenzsignals mit einem periodischen Modulierungssignal, um ein amplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen; Mischen des amplitudenmodulierten Signals mit einem lokalen Oszillatorsignal (LO) in einem Mischkreis, um ein herabgewandeltes Signal zu erzeugen, welches Modulationsprodukte zweiter Ordnung (IM2) umfasst; Erfassen der IM2-Produkte; und Anpassen einer an den Mischkreis angelegten Vorspannung in einer Richtung, welche von den erfassten IM2-Produkten bestimmt ist, um die erfassten IM2-Produkte zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Anpassen der Vorspannung folgende Schritte umfasst: Messen der IM2-Produkte aus der herabgewandelten Signal über mehrere Perioden des Modulierungssignals; und Erzeugen der Vorspannung auf der Grundlage der über die mehreren Perioden des Modulierungssignals gemessenen IM2-Produkte.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das herabgewandelte Signal die IM2-Produkte und Gleichspannungskomponentensignale während erster Intervalle des Modulierungssignals und die Gleichspannungskomponentensignale ohne die IM2-Produkte während zweiter Intervalle des Modulierungssignals, welche sich mit dem ersten Intervallen abwechseln, umfasst; und das Messen der IM2-Produkte für jeden der Taktpulse das Akkumulieren von Werten, welche die IM2-Produkte und die Gleichspannungskomponentensignale darstellen, während der ersten Intervalle umfasst und das Subtrahieren der Gleichspannungskomponentensignale von den akkumulierten Werten während der zweiten Intervalle umfasst, um die IM2-Produkte zu messen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem das Erzeugen der Vorspannung die folgenden Schritte umfasst: Akkumulieren von Werten der gemessenen IM2-Produkte über eine Mehrzahl der Intervalle, um einen akkumulierten Wert zu erzeugen; und Ändern der Vorspannung in einer ersten Richtung, falls der akkumulierte Wert die erste Richtung aufweist, und in einer zweiten Richtung, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist, falls der akkumulierte Wert die zweite Richtung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die akkumulierten Werte vorzeichenbehaftete Werte sind, welche entsprechende Vorzeichenbits aufweisen, und bei welchem der Schritt des Änderns der Vorspannung das Auswählen des Vorzeichenbits der gemessenen IM2-Produkte umfasst, um die Richtung der akkumulierten IM2-Produkte zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15 mit zusätzlich dem Schritt des Wiederholens des Messens der IM2-Produkte und des Erzeugens der Vorspannung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welchem das Modulierungssignal ein Rechteckwellensignal ist und der Modulator das oszillierende Hochfrequenz-Signal mit einem Modulationsindex von 1 moduliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17 mit zusätzlich folgenden Schritten: Erfassen einer Betriebstemperatur des RFIC; und Anpassen der an den Mischkreis angelegten Vorspannung, wenn die erfasste Betriebstemperatur des RFIC sich um einen Wert geändert hat, welcher größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Modulationskalibrator zweiter Ordnung (IM2) in einem Hochfrequenzempfänger auf einem integrierten Schaltkreis (RFIC) mit einem Mischkreis, wobei der IM2-Kalibrator umfasst: einen mit dem Mischkreis verbundenen Signalerzeuger, welcher dazu eingerichtet ist, ein amplitudenmoduliertes oszillierendes Hochfrequenzsignal mit einer vorbestimmten Frequenz, welche außerhalb eines Zwischenfrequenz(ZF)-Durchlassbandes des RFIC liegt, zu erzeugen, wobei das erzeugte Hochfrequenzsignal den Mischkreis dazu veranlasst, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches innerhalb des Zwischenfrequenz-Durchlassbandes liegt und IM2-Produkte umfasst; und einen mit dem Mischkreis verbundenen IM2-Kalibrierungsschaltkreis, wobei der IM2-Kalibrierungsschaltkreis umfasst: einen IM2-Detektor, welcher dazu eingerichtet ist, das Ausgangssignal zu empfangen und die IM2-Produkte in dem Ausgangssignal zu erfassen; und eine IM2-Kompensationsanpassungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, basierend auf den erfassten IM2-Produkten eine an den Mischkreis angelegte Vorspannung zu erzeugen.
IM2-Kalibrator nach Anspruch 19, bei welchem der Signalerzeuger umfasst: einen Oszillator, welcher dazu eingerichtet ist, das oszillierende Hochfrequenzsignal zu erzeugen; und einen Resonanzkreis, welcher dazu eingerichtet ist, das Hochfrequenzsignal auf die vorbestimmte Frequenz abzustimmen.
IM2-Kalibrator nach Anspruch 20, bei welchem der Resonanzkreis ein LC-Parallelschwingkreis ist.
IM2-Kalibrator nach Anspruch 20 oder 21, bei welchem der Signalerzeuger ferner einen mit dem Oszillator und dem Mischkreis verbundenen Amplitudenmodulator umfasst, welcher dazu eingerichtet ist, das erzeugte oszillierende Hochfrequenz-Signal mit einem Rechtecksignal zu modulieren, um das modulierte oszillierende Hochfrequenzsignal zu erzeugen, wobei der Mischkreis das Ausgangssignal aus dem amplitudenmodulierten Signal und einem lokalen Oszillatorsignal (LO) erzeugt.
IM2-Kalibrator nach Anspruch 22, bei welchem der Amplitudenmodulator einen auf das Rechtecksignal ansprechenden Schalter umfasst, um den Oszillator zu aktivieren, wenn das Rechtecksignal einen ersten Wert aufweist, und den Oszillator zu deaktivieren, wenn das Rechtecksignal einen zweiten Wert, welcher von dem ersten Wert verschieden ist, aufweist.
IM2-Kalibrator nach einem der Ansprüche 19 bis 23 mit einer Steuereinheit, welche mit dem Signalerzeuger und dem IM2-Kalibrierungsschaltkreis verbunden ist und dazu ein gerichtet ist, die Erzeugung des Hochfrequenz-Signals und die Auswahl der Vorspannung zu steuern.
IM2-Kalibrator nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei welchem der IM2-Detektor umfasst: ein Akkumulatorregister zum Akkumulieren der IM2-Produkte ohne andere Gleichspannungskomponenten während mehrerer Taktpulse; und ein Register zum Speichern eines einzelnen Bitwerts, welcher den akkumulierten IM2-Produkten für jeden der Taktpulse entspricht.
IM2-Kalibrator nach Anspruch 25, bei welchem die IM2-Kompensationsanpassungsvorrichtung die Vorspannung basierend auf entsprechenden Werten des einzelnen Bitwerts für die Mehrzahl der Pulse erzeugt.