DE102017210246A1

DE102017210246A1 - Signaldetektorvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE102017210246A1
Application number: DE102017210246.2A
Authority: DE
Inventors: Daniele Dal Maistro; Marc Tiebout
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2018-01-04
Also published as: US10034258B2; KR20180002532A; KR101962018B1; CN107547147B; US20180007649A1; CN107547147A

Abstract

Eine Signaldetektorvorrichtung und ein Signaldetektorverfahren beinhalten einen Quadraturdemodulator, der dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal, ein erstes Referenzsignal und ein zweites Referenzsignal, das mit dem ersten Referenzsignal in Quadratur ist, zu empfangen, wobei der Quadraturdemodulator ferner dazu ausgelegt ist, aus dem Eingangssignal und dem ersten und dem zweiten Referenzsignal mehrere Ausgangssignale zu produzieren, wobei die mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase des Eingangssignals anzeigen, und eine oder mehrere invertierende Schaltungen, wobei die invertierenden Schaltungen eine erste und eine zweite programmierbare Ausgangspolarität aufweisen, wobei die mehreren Ausgangssignale vom Quadraturdemodulator ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind, wobei die mehreren Ausgangssignale vom Quadraturdemodulator invertiert und ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Signalanalyse und in besonderen Ausführungsformen eine Signaldetektorvorrichtung und ein Signaldetektorverfahren.
Hintergrund
Kommunikations-, biomedizinische und Radarsysteme messen häufig die Amplitude und die Phase eines Analogsignals. Beispielsweise können drahtlose Sender und Empfänger, die Strahlformungsarrays beinhalten, in jeder HF-Vorrichtung der Strahlformungskette die Amplitude und die Phase von empfangenen Signalen messen. Drahtlose Vorrichtungen, wie Basisstationen und Zugangspunkte, handgehaltene Vorrichtungen, wie etwa Telefone und Tablets, sowie Personalcomputer, müssen alle möglicherweise die Amplitude und die Phase von empfangenen Signalen messen. Derartige Messungen erfordern typischerweise eine hohe Genauigkeit und werden häufig in einer kleinen Vorrichtung oder einem kleinen Package durchgeführt.
Genaue Messungen der Amplitude und der Phase eines Signals können unter Verwendung von Vektornetzwerkanalysatoren (Vector Network Analyzers – VNAs) durchgeführt werden. Derartige Messsysteme können eine höhere Genauigkeit bieten, erfordern aber häufig die Verwendung von Analog-Digital-Wandlern (Analog-to-Digital Converters – ADCs), eine leistungsfähigere Zwischenfrequenz(Intermediate Frequency – IF)-Abtastung sowie zusätzlichen Speicher und digitale Signalprozessoren (Digital Signal Processors – DSPs). Darüber hinaus können VNAs durch die Verwendung spezieller HF-Platinen und -Verbinder sowie durch die Anwesenheit eines Bedieners zum Durchführen der Messungen die Kosten und die Größe von Systemen erhöhen.
Integrierte analoge Systeme, die eine Amplituden- und Phasendetektion durchführen, haben an Beliebtheit zugenommen, da sich die Technologie verbessert und der Trend hin zu Integration fortgesetzt hat. Analoge Systeme verfügen über das Potenzial, Vorrichtungsflächen zu reduzieren, indem sie weniger Komponenten aufweisen. Jedoch kann die Genauigkeit von analogen Systemen traditionell durch Erhöhen der Größe von Komponenten im System verbessert werden, was die Leistungsaufnahme des Systems erhöhen kann. Durch Erhöhen der Größe von Komponenten oder der Leistungsaufnahme kann die Genauigkeit erhöht, kann aber auch die Chipfläche vergrößert, die Effizienz reduziert oder durch andere Technologieeinschränkungen behindert werden. Ferner kann die Verbesserung einer Vorrichtung mitunter nicht ausreichend sein, um die gewünschte Leistungsfähigkeit zu erzielen.
Kurzdarstellung
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung Folgendes: einen Quadraturdemodulator, der dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal, ein erstes Referenzsignal und ein zweites Referenzsignal, das mit dem ersten Referenzsignal in Quadratur ist, zu empfangen, wobei der Quadraturdemodulator ferner dazu ausgelegt ist, aus dem Eingangssignal und dem ersten und dem zweiten Referenzsignal mehrere Ausgangssignale zu produzieren, wobei die mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase des Eingangssignals anzeigen; und eine oder mehrere invertierende Schaltungen, wobei die invertierenden Schaltungen eine erste und eine zweite programmierbare Ausgangspolarität aufweisen, wobei die mehreren Ausgangssignale durch den Quadraturdemodulator ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind, wobei die mehreren Ausgangssignale vom Quadraturdemodulator invertiert und ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird jetzt Bezug auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen, in denen:
1–3 Signaldetektoren zeigen;
4 einen Inverter zeigt;
5 einen Empfänger zeigt;
6 Ergebnisse zeigt, die bei einem Ausführungsbeispiel gemessen wurden;
7 ein Blockdiagramm einer drahtlosen Vorrichtung ist und
8 ein Flussdiagramm eines Vorrichtungskalibrierverfahrens ist.
Ausführliche Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
Das Fertigen und das Verwenden verschiedener Ausführungsformen werden im Folgenden ausführlich erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen in einer großen Vielfalt spezieller Zusammenhänge angewandt werden können. Die erörterten speziellen Ausführungsformen dienen lediglich der Veranschaulichung spezieller Arten, verschiedene Ausführungsformen anzufertigen und zu verwenden, und sollten nicht in einem beschränkenden Umfang ausgelegt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind in einem Quadraturdemodulator programmierbare Puffer enthalten, um die Eingangs- oder die Referenzsignale des Quadraturdemodulators zu invertieren. Die Ausgänge des Quadraturdemodulators werden einmal gemessen, die Eingangs- oder die Referenzsignale werden invertiert und die Ausgänge werden erneut gemessen. Durch Invertieren der Eingangs- oder der Referenzsignale wird der Ausgang des Quadraturdemodulators invertiert, nicht aber die Auswirkungen von Fehlern auf den Ausgang. Ein DC-Versatz oder ein Quadraturfehler des Demodulators kann unter Verwendung der Werte der normalen und der invertierten Ausgänge berechnet werden und diese berechneten Fehlerwerte können verwendet werden, um die Auswirkung der Fehler während des normalen Betriebs des Demodulators zu korrigieren.
1 zeigt einen Signaldetektor 100. Der Signaldetektor 100 ist ein Quadraturdemodulator, der die Amplitude und die Phase eines Eingangssignals IN bestimmt. Der Signaldetektor 100 beinhaltet einen Quadraturgenerator 102 und Mischer 104, 106. Während des Betriebs empfängt der Signaldetektor 100 an einem Eingangsanschluss ein Referenzsignal LO und stellt an Ausgangsanschlüssen Ausgangssignale I und Q bereit.
Der Quadraturgenerator 102 wird vom Referenzsignal LO getaktet und weist zwei Ausgänge auf. Der Quadraturgenerator 102 steuert die Mischer 104, 106 mit Referenzsignalen an, die zwischen sich eine Phasenverschiebung von 90 Grad aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen ist der Quadraturgenerator 102 unter Verwendung eines 2:1-Strommoduslogik(Current Mode Logic – CML)-Teilers implementiert, der die Referenzsignale mit der halben Frequenz des Referenzsignals LO liefert. Bei einigen Ausführungsformen kann der Quadraturgenerator 102 beispielsweise ein Polyphasenfilter, ein 3-dB-Quadraturhybridkoppler, ein bipolarer oder ein MOS-basierter Teiler, ein Phasenverschieber oder Ähnliches sein.
Der Mischer 104 multipliziert das Referenzsignal, das vom Quadraturgenerator 102 bereitgestellt wird, mit dem Eingangssignal IN und produziert das Ausgangssignal I. Der Mischer 106 multipliziert das Referenzsignal, das vom Quadraturgenerator 102 bereitgestellt wird, mit dem Eingangssignal IN und produziert das Ausgangssignal Q. Bei einigen Ausführungsformen sind die Mischer 104, 106 unter Verwendung von doppelsymmetrischen-Gilbertzellen implementiert. Bei einigen Ausführungsformen können die Mischer 104, 106 beispielsweise bipolare oder MOS-basierte Gilbertmischer, passive Mischer, Spannungsmodusmischer, Strommodusmischer oder Ähnliches sein.
Wenn das Eingangssignal IN und die Referenzsignale, die vom Quadraturgenerator 102 produziert werden, dieselbe Frequenz aufweisen, sind die Ausgangssignale I und Q Gleichstromsignale (Direct Current – DC) und enthalten Informationen über die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN. Insbesondere wird das Ausgangssignal I gemäß I = G_mixA_INcos(ø_LO – ø_IN), und (1) Q = G_mixA_INsin(ø_LO – ø_IN) (2) bestimmt, wobei G_mix die Verstärkung der Mischer 104, 106 ist, A_IN die Amplitude des Eingangssignals IN ist, ø_IN die Phase des Eingangssignals IN ist und ø_LO die Phase des Referenzsignals LO ist. Die Ausgangssignale I und Q können mit einem ADC abgetastet werden und die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN können bestimmt werden durch Auflösen nach A_IN und ø_IN gemäß
Obwohl Gleichung (4) die Variation von ø_LO – ø_IN mit Bezug auf einen Startwert anzeigt und nicht den absoluten Wert der Phase ø_IN, versteht es sich, dass in einigen Zusammenhängen die relative Phase ausreichende Informationen bieten kann, um eine Vorrichtungsverifizierung, -kalibrierung und Ähnliches durchzuführen.
Ein nicht idealer Betrieb von Schaltungsbasiselementen im Signaldetektor 100 kann die Genauigkeit der Amplituden- und Phasenmessung beeinträchtigen. Beispielsweise können die Ausgangssignale I und Q einen zusätzlichen DC-Versatz aufweisen und kann der Quadraturgenerator 102 Quadraturfehler erfahren, z. B. kann der Quadraturgenerator 102 möglicherweise keine Signale mit einer Phasenverschiebung von genau 90 Grad produzieren. Derartige Fehler können die Amplituden- und Phaseninformationen in den Ausgangssignalen I und Q verfälschen. Durch Erhöhen der Größe der Schaltungselemente im Signaldetektor 100 kann die Genauigkeit der Ausgangssignale I und Q erhöht werden, kann aber auch die Größe und die Leistungsaufnahme des Signaldetektors 100 erhöht werden.
2 zeigt einen Signaldetektor 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Signaldetektor 200 ist dem Signaldetektor 100 ähnlich, außer dass der Signaldetektor 200 zwischen dem Quadraturgenerator 102 und den Mischern 104, 106 Inverter 202, 204 beinhaltet. Die Inverter 202, 204 sind programmierbare Puffer, die die vom Quadraturgenerator 102 produzierten Referenzsignale invertieren, beispielsweise deren Phase um 180 Grad verschieben, wenn die Swap-Signale s_I und s_Q aktiv sind. Obwohl die Inverter 202, 204 möglicherweise keine Phasenverschiebung von genau 180 produzieren, können Invertierungsfehler der Inverter 202, 204 deutlich kleiner als erwartete Fehler im Signaldetektor 200 sein (oben erörtert).
Durch Invertieren der Referenzsignale LO werden die Ausgangssignale I und Q invertiert. Jedoch werden die oben erörterten Fehler (beispielsweise DC-Versatz, Quadraturungenauigkeiten) nicht invertiert, wenn die Ausgangssignale I und Q invertiert werden. Daher können Fehler im Signaldetektor 200 bestimmt werden, indem die Ausgangssignale I und Q einmal bei deaktivierten Invertern und erneut bei aktivierten Invertern gemessen werden und dann eine Nachverarbeitungsberechnungen mit den erfassten Daten durchgeführt werden, um die Fehler zu berechnen. Das Bestimmen von Fehlern durch die Nachverarbeitungsberechnungen erlaubt es, dass der Signaldetektor 200 die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN genauer misst, ohne die Vorrichtungsfläche deutlich zu erhöhen oder die Leistungseffizienz zu beeinflussen. Obwohl die Nachverarbeitung die Messzeit erhöhen kann, ist die Messzeit typischerweise kein kritischer Parameter, da Messungen nur während einer Kalibriersequenz und, nicht während des regulären Betriebs durchgeführt werden können.
Der DC-Versatz des Signaldetektors 200 kann durch Variieren der Phase ø_LO oder ø_IN und Messen der Ausgangssignale I und Q für unterschiedliche Werte der Phasendifferenz ø_LO – ø_IN (wobei ø_LO – ø_IN ∈ [0,360]), Invertieren der Referenzsignale LO und erneutes Messen der Ausgangssignale I und Q bei gleichzeitigem Variieren der Phase bestimmt werden. Die normalen und die invertierten Werte der Ausgangssignale I und Q werden gemittelt, um für jede gemessene Phasendifferenz einen DC-Versatz zu ergeben. Bei einigen Ausführungsformen kann der DC-Versatz für eine bestimmte Phasendifferenz ausgewählt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die DC-Versätze für jede Phasendifferenz gemittelt, um einen durchschnittlichen DC-Gesamtversatz für den Signaldetektor zu ergeben. Der durchschnittliche DC-Gesamtversatz ist dann möglicherweise der einzige ausgewählte Versatz. Nachdem ein Versatz ausgewählt wurde, wird er von den Ausgangssignalen I und Q subtrahiert, wenn die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN während des normalen Betriebs bestimmt werden.
Der Quadraturfehler des Signaldetektors 200 kann durch Vornehmen dergleichen selben Messungen bestimmt werden, die verwendet werden, um den DC-Versatz zu bestimmen. Die Nulldurchgangspunkte der normalen und der invertierten Werte der Ausgangssignale I und Q werden bestimmt. Zum Bestimmen der Nulldurchgangspunkte kann eine gewisse Interpolation erforderlich sein. Die Werte an den Nulldurchgangspunkten können dann subtrahiert werden, um den Quadraturfehler zu bestimmen. Der Quadraturfehler kann berücksichtigt werden, wenn die Phasendifferenz ø_LO – ø_IN bestimmt wird.
3 zeigt einen Signaldetektor 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Signaldetektor 300 ist dem Signaldetektor 200 ähnlich, außer dass der Signaldetektor 300 einen Inverter 302 beinhaltet, der das Eingangssignal IN anstelle der Referenzsignale LO invertiert. Durch Invertieren des Eingangssignals IN werden auch die Ausgangssignale I und Q invertiert, ohne die Fehler des Signaldetektors 300 zu invertieren (beispielsweise DC-Versatz, Quadraturungenauigkeiten). Der Inverter 302 ist den Invertern 202, 204 ähnlich. Der Signaldetektor 300 erfordert weniger Inverter als der Signaldetektor 200.
4 zeigt einen Inverter 400. Der Inverter 400 kann eine detaillierte Ansicht der Inverter 202, 204, 302 sein. Der Inverter 400 ist ein invertierender/nicht invertierender Puffer, der Transistoren Q₁–Q₆ beinhaltet. Die Transistoren Q₁–Q₂ sind als differentielles Paar ausgelegt und die Transistoren Q₃–Q₆ sind mit den Vorspannungseingängen V_B1 und V_B2 vorgespannt, um eine Signalinvertierung durchzuführen. Wenn der Vorspannungseingang V_B1 angesteuert wird, fließt der Strom, der von den Transistoren Q₁ und Q₂ erzeugt wird, durch die Transistoren Q₃ und Q₆, während die Transistoren Q₄ und Q₅ ausgeschaltet bleiben. Dagegen fließt, wenn der Vorspannungseingang V_B2 angesteuert wird, der Strom, der von den Transistoren Q₁ und Q₂ erzeugt wird, durch die Transistoren Q₄ und Q₅, während die Transistoren Q₃ und Q₆ ausgeschaltet bleiben. Bei einigen Ausführungsformen werden die Vorspannungseingänge V_B1 und V_B2 von einem CML-Inverter angesteuert. Der Transistor Q_t und der Widerstand R_t fungieren als Stromquelle mit V_B3 als Vorspannung.
Obwohl die vorhergehenden Vorrichtungen mit Bezug auf bestimmte Schaltungselemente beschrieben wurden, versteht es sich, dass andere Mischer, Inverter, Teiler und Ähnliches verwendet werden könnten. Beispielsweise könnten bei einigen Ausführungsformen die Schaltungselemente MOS-Vorrichtungen sein. Darüber hinaus könnten die Elemente in anderen Schaltungstopologien ausgelegt sein, ohne dass Betriebsprinzip zu ändern. Beispielsweise könnten bei einigen Ausführungsformen die Inverter im Quadraturgenerator 102 oder in den Topologien der Mischer 104, 106 implementiert sein. Ferner versteht es sich, obwohl die Fehler mit Bezug auf DC-Versatz und Quadraturfehler erörtert wurden, dass gemäß verschiedenen Ausführungsformen auch andere Fehlerarten bestimmt werden könnten.
5 zeigt einen Empfänger 500 mit integrierter Fehlerdetektion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die integrierte Fehlerdetektion wird zum Kalibrieren und/oder Testen von Vorrichtungen verwendet. Der Empfänger 500 kann Teil eines Systems sein, das effiziente phasengesteuerte Strahlformungsarrays erfordert, wie etwa Radar- und Kommunikationssysteme, wie etwa 5G. Der Empfänger 500 beinhaltet eine HF-Vorrichtung 502, einen Signaldetektor 504, einen Referenzsignalgenerator 506 und eine Steuerung 508.
Die HF-Vorrichtung 502 ist eine Vorrichtung, die ein Signal produziert, das vom System zu charakterisieren ist. Der Ausgang der HF-Vorrichtung 502 ist das Eingangssignal IN. Bei einigen Ausführungsformen ist die HF-Vorrichtung 502 ein einzelner HF-Kanal. Bei einigen Ausführungsformen ist die HF-Vorrichtung 502 eine von mehreren Vorrichtungen, wie etwa einer HF-Kette in einem Strahlformungsarray. Wie in 5 gezeigt, kann die HF-Vorrichtung 502 von einer externen Quelle oder vom Referenzsignalgenerator 506 gespeist werden.
Der Signaldetektor 504 beurteilt die Antwort des Eingangssignals IN von der HF-Vorrichtung 502. Der Signaldetektor 504 kann unter Verwendung von Ausführungsformen, wie etwa dem Signaldetektor 200, 300, implementiert werden. Die Ausgangssignale I und Q, die vom Signaldetektor 504 produziert werden, enthalten Informationen zur Amplitude und Phase des Eingangssignals IN. Bei einigen Ausführungsformen kann der Signaldetektor 504 Teil der HF-Vorrichtung 502 sein.
Der Referenzsignalgenerator 506 stellt dem Signaldetektor 504 das Referenzsignal LO bereit. Bei einigen Ausführungsformen kann das Referenzsignal LO von derselben Quelle produziert werden, die die HF-Vorrichtung 502 speist, beispielsweise können das Referenzsignal LO und das Eingangssignal IN des Signaldetektors 504 von derselben Quelle bezogen werden. Bei einigen Ausführungsformen stellt der Referenzsignalgenerator 506 das Referenzsignal LO unabhängig von der HF-Vorrichtung 502 bereit.
Die Steuerung 508 ist an den Signaldetektor 504 und den Referenzsignalgenerator 506 gekoppelt. Die Steuerung 508 kann ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor, ein DSP, eine digitale Logikvorrichtung oder Ähnliches sein und steuert die von der HF-Vorrichtung 502 eingeführte Phasenverschiebung. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 508 auch das Referenzsignal LO steuern, das vom Referenzsignalgenerator 506 produziert wird. Die Steuerung 508 ist dazu ausgelegt, einen Sweep aller Werte der Phasendifferenz ø_L0 – ø_IN durchzuführen und die Ausgangssignale I und Q des Signaldetektors 504 für jede Phasendifferenz zu messen. Die Steuerung 508 invertiert dann durch Steuern des Signaldetektors 504 entweder das Eingangssignal IN oder die Referenzsignale LO und führt erneut einen Phasen-Sweep durch, um die Ausgangssignale I und Q zu messen. Die Steuerung 508 bestimmt die Fehlerwerte im Signaldetektor 504 gemäß den oben erörterten Ausführungsformtechniken unter Verwendung der normalen und der invertierten Werte von I und Q. Die berechneten Fehler werden von der Steuerung 508 verwendet, um die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN genauer zu berechnen. Bei einigen Ausführungsformen stellt die Steuerung 508 dem Signaldetektor 504 ein Kalibriersignal bereit, um die Werte der Fehler zu kompensieren (beispielsweise DC-Versatz und Quadraturfehler).
6 zeigt Ergebnisse, die mit einem Ausführungsbeispiel gemessen wurden. Wie gezeigt, weisen die kompensierten Phasenmessungen, verglichen mit nicht kompensierten Messungen, eine niedrigere Standardabweichung eines Fehlers auf. Aufgrund von Quantisierungseffekten von ADCs in der Steuerung können die berechneten Fehlerwerte selbst einige Fehler beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen berücksichtigt die Steuerung diese Quantisierungseffekte, wenn die Werte von Fehlern bestimmt werden. Obwohl 6 kompensierte Phasenmessungen zeigt, können ähnlich verbesserte Ergebnisse für kompensierte Amplitudenmessungen erzielt werden.
7 ist ein Blockdiagramm einer drahtlosen Vorrichtung 700 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die drahtlose Vorrichtung 700 beinhaltet eine HF-Vorrichtung 702, einen Logikkern 704 und einen Speicher 706. Die HF-Vorrichtung 702 produziert ein Eingangssignal und misst die Amplitude und die Phase des Eingangssignals. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet die HF-Vorrichtung 702 sowohl einen HF-Empfänger als auch einen Signaldetektor. Der Logikkern 704 ist an die HF-Vorrichtung 702 gekoppelt und umfasst eine analoge oder digitale Vorrichtung, wie etwa einen Mikrocontroller. Die HF-Vorrichtung 702 produziert DC-Ausgänge, die die Amplitude und die Phase des Eingangssignals anzeigen, und der Logikkern 704 misst die DC-Ausgänge. Gemäß einigen Ausführungsformen bestimmt der Logikkern 704 Fehlerwerte in der HF-Vorrichtung 702 durch Invertieren der DC-Ausgänge und Vergleichen der invertierten DC-Ausgänge mit den nicht invertierten DC-Ausgängen. Der Logikkern 704 bestimmt Koeffizienten, die die Fehler in der HF-Vorrichtung 702 anzeigen, und speichert die Koeffizienten im Speicher 706, der beispielsweise Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory – RAM), Flashspeicher oder Ähnliches umfassen kann. Nachdem die Koeffizienten bestimmt und gespeichert wurden, können sie erneut verwendet werden, um spätere Bestimmungen der Amplitude und der Phase des Eingangssignals zu korrigieren.
8 ist ein Flussdiagramm eines Vorrichtungskalibrierverfahrens 800. Das Vorrichtungskalibrierverfahren 800 kann Vorgänge anzeigen, die in Vorrichtungen im Empfänger 500 auftreten, wie etwa in der Steuerung 508.
Die Steuerung empfängt erste I- und Q-Werte von einem Signaldetektor (Schritt 802). Der Signaldetektor kann beispielsweise der Signaldetektor 504 sein. Die ersten I- und Q-Werte können einzelne Werte sein oder Bereiche von Werten, die beim Sweeping der Phasendifferenz ø_L0 – ø_IN bestimmt werden.
Die Steuerung invertiert das Eingangssignal IN oder die Referenzsignale LO für den Signaldetektor (Schritt 804). Die Signale können durch Programmieren einer Vorrichtung, wie etwa des Inverters 400, im Pfad des Eingangssignals IN oder der Referenzsignale LO invertiert werden. Der Inverter kann von der Steuerung mit einer Leitung auf Logikebene gesteuert werden.
Die Steuerung empfängt zweite I- und Q-Werte vom Signaldetektor (Schritt 806). Die zweiten I- und Q-Werte können auf ähnliche Weise empfangen werden, wie die ersten I- und Q-Werte.
Die Steuerung bestimmt die Fehler im Signaldetektor (Schritt 808). Die Fehler werden unter Verwendung der ersten und der zweiten I- und Q-Werte bestimmt. Das Bestimmen der Fehler kann das Berechnen des DC-Versatzes und des Quadraturfehlers des Signaldetektors unter Verwendung von oben erörterten Techniken beinhalten.
Die Steuerung berechnet die Amplitude und die Phase des Eingangssignals IN unter Verwendung der Fehler im Signaldetektor und der I- und Q-Werte vom Signaldetektor (Schritt 810). Beispielsweise kann die Steuerung die Amplitude und die Phase unter Verwendung der I- und Q-Werte bestimmen und dann in einem Nachverarbeitungsschritt die Werte korrigieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung Folgendes: einen Quadraturdemodulator, der dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal, ein erstes Referenzsignal und ein zweites Referenzsignal, das mit dem ersten Referenzsignal in Quadratur ist, zu empfangen, wobei der Quadraturdemodulator ferner dazu ausgelegt ist, aus dem Eingangssignal und dem ersten und dem zweiten Referenzsignal mehrere Ausgangssignale zu produzieren, wobei die mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase des Eingangssignals anzeigen; und eine oder mehrere invertierende Schaltungen, wobei die invertierenden Schaltungen eine erste und eine zweite programmierbare Ausgangspolarität aufweisen, wobei die mehreren Ausgangssignale durch den Quadraturdemodulator ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind, wobei die mehreren Ausgangssignale vom Quadraturdemodulator invertiert und ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.
Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet der Quadraturdemodulator einen Quadraturgenerator, wobei der Quadraturgenerator die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen beinhaltet. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet der Quadraturdemodulator mehrere Mischer, wobei die mehreren Mischer die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen sind die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen programmierbare Inverter, wobei die programmierbaren Inverter an den Quadraturdemodulator gekoppelt sind. Bei einigen Ausführungsformen invertieren die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen das Eingangssignal, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen invertieren die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen das erste und das zweite Referenzsignal, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind. Bei einigen Ausführungen beinhaltet die Vorrichtung ferner eine Steuerung, die an den Quadraturdemodulator gekoppelt ist, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Amplitude und die Phase des Eingangssignals gemäß den mehreren Ausgangssignalen zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen sind die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen dazu ausgelegt, an die Steuerung gekoppelt zu sein, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität einzustellen, während sie erste Werte der mehreren Ausgangssignale bestimmt, die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität einzustellen, während sie zweite Werte der mehreren Ausgangssignale bestimmt, und aus den ersten und den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale einen oder mehrere Fehlerwerte zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Steuerung ferner dazu ausgelegt, die Fehlerwerte durch Subtrahieren der ersten Werte der mehreren Ausgangssignale von den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale zu bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen zeigen die Fehlerwerte einen DC-Versatz des Quadraturdemodulators an. Bei einigen Ausführungsformen zeigen die Fehlerwerte einen Quadraturfehler des Quadraturdemodulators an.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Messen erster Werte mehrerer Ausgangssignale von einem Hochfrequenz(HF)-Signaldetektor durch eine Steuerung, wobei die ersten Werte der mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase eines Eingangssignals des HF-Signaldetektors gemäß mehreren Referenzsignalen anzeigen; Invertieren eines des Eingangssignals oder der mehreren Referenzsignale durch die Steuerung; Messen zweiter Werte der mehreren Ausgangssignale vom HF-Signaldetektor durch die Steuerung, und Bestimmen eines oder mehrerer Fehlerwerte des HF-Signaldetektors durch die Steuerung gemäß den ersten Werten der mehreren Ausgangssignale und den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale.
Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Invertieren das Invertieren des Eingangssignals. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Invertieren das Invertieren der mehreren Referenzsignale. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Bestimmen das Subtrahieren der zweiten Werte der mehreren Ausgangssignale von jeweiligen der ersten Werte der mehreren Ausgangssignale, um den einen oder die mehreren Fehlerwerte zu produzieren. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Bestimmen ferner das Mitteln des einen oder der mehreren Fehlerwerte, um einen endgültigen Fehlerwert zu produzieren. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren ferner Folgendes: Speichern von Koeffizienten, die den einen oder die mehreren Fehlerwerte des HF-Signaldetektors anzeigen, durch die Steuerung; Bestimmen der Amplitude und der Phase des Eingangssignals durch die Steuerung gemäß den mehreren Ausgangssignalen; und Korrigieren der Amplitude und der Phase des Eingangssignals durch die Steuerung gemäß den Koeffizienten. Bei einigen Ausführungsformen beinhalten der eine oder die mehreren Fehlerwerte einen DC-Versatz des HF-Signaldetektors und einen Quadraturfehler des HF-Signaldetektors. Bei einigen Ausführungsformen werden die ersten und die zweiten Werte der mehreren Ausgangssignale bei unterschiedlichen relativen Phasen des Eingangssignals und der mehreren Referenzsignale bestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein System Folgendes: eine Hochfrequenz(HF)-Vorrichtung einschließlich eines oder mehrerer Inverter, wobei die HF-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal und ein Referenzsignal zu empfangen und ein erstes Ausgangssignal und ein zweites Ausgangssignal gemäß der Amplitude und der Phase des Eingangssignals zu produzieren, wobei die HF-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal gemäß programmierten Werten des einen oder der mehreren Inverter zu invertieren; einen Prozessor, der an die HF-Vorrichtung gekoppelt ist, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal zu messen, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal mit dem einen oder den mehreren Invertern zu invertieren, das invertierte erste Ausgangssignal und das invertierte zweite Ausgangssignal zu messen und Fehlerwerte der HF-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausgangssignal, dem zweiten Ausgangssignal, dem invertierten ersten Ausgangssignal und dem invertierten zweiten Ausgangssignal zu bestimmen; und einen Speicher, der an den Prozessor gekoppelt ist, wobei der Speicher dazu ausgelegt ist, Koeffizienten zu speichern, die die Fehlerwerte der HF-Vorrichtung anzeigen.
Bei einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Inverter dazu ausgelegt, das Eingangssignal zu invertieren. Bei einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Inverter dazu ausgelegt, das Referenzsignal zu invertieren. Bei einigen Ausführungsformen ist der Prozessor ferner dazu ausgelegt, die Amplitude und die Phase des Eingangssignals gemäß dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal zu bestimmen und die bestimmte Amplitude und Phase gemäß den Koeffizienten zu korrigieren.
Ein Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Fähigkeit, zum Durchführen sowohl von Funktionstests als auch einer Laufzeitkalibrierung der HF-Vorrichtung in einer HF-Vorrichtung implementiert zu werden. Derartige Merkmale können auch in nachgeschalteten HF- und Kommunikationsvorrichtungen nützlich sein, wie etwa in Strahlformungsarrays.
Obwohl diese Erfindung mit Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden. Unter Bezugnahme auf die Beschreibung sind für einen Fachmann verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen wie auch anderer Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich. Es ist daher vorgesehen, dass die beiliegenden Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen einschließen.

Claims

Vorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Quadraturdemodulator, der dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal, ein erstes Referenzsignal und ein zweites Referenzsignal, das mit dem ersten Referenzsignal in Quadratur ist, zu empfangen, wobei der Quadraturdemodulator ferner dazu ausgelegt ist, aus dem Eingangssignal und dem ersten und dem zweiten Referenzsignal mehrere Ausgangssignale zu produzieren, wobei die mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase des Eingangssignals anzeigen; und eine oder mehrere invertierende Schaltungen, wobei die invertierenden Schaltungen eine erste und eine zweite programmierbare Ausgangspolarität aufweisen, wobei die mehreren Ausgangssignale durch den Quadraturdemodulator ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind, wobei die mehreren Ausgangssignale vom Quadraturdemodulator invertiert und ausgegeben werden, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Quadraturdemodulator einen Quadraturgenerator umfasst, wobei der Quadraturgenerator die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen beinhaltet.
Vorrichtung nach einem des Anspruchs 1 oder 2, wobei der Quadraturdemodulator mehrere Mischer umfasst, wobei die mehreren Mischer die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen beinhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen programmierbare Inverter sind, wobei die programmierbaren Inverter an den Quadraturdemodulator gekoppelt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen das Eingangssignal invertieren, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen das erste und das zweite Referenzsignal invertieren, wenn die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität eingestellt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine Steuerung umfasst, die an den Quadraturdemodulator gekoppelt ist, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Amplitude und die Phase des Eingangssignals gemäß den mehreren Ausgangssignalen zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren invertierenden Schaltungen dazu ausgelegt sind, an die Steuerung gekoppelt zu sein, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die invertierenden Schaltungen auf die erste programmierbare Ausgangspolarität einzustellen, während sie erste Werte der mehreren Ausgangssignale bestimmt, die invertierenden Schaltungen auf die zweite programmierbare Ausgangspolarität einzustellen, während sie zweite Werte der mehreren Ausgangssignale bestimmt, und aus den ersten und den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale einen oder mehrere Fehlerwerte zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die Fehlerwerte durch Subtrahieren der ersten Werte der mehreren Ausgangssignale von den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem des Anspruchs 8 oder 9, wobei die Fehlerwerte einen DC-Versatz des Quadraturdemodulators anzeigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Fehlerwerte einen Quadraturfehler des Quadraturdemodulators anzeigen.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Messen erster Werte mehrerer Ausgangssignale von einem Hochfrequenz(HF)-Signaldetektor durch eine Steuerung, wobei die ersten Werte der mehreren Ausgangssignale die Amplitude und die Phase eines Eingangssignals des HF-Signaldetektors gemäß mehreren Referenzsignale anzeigen; Invertieren eines des Eingangssignals oder der mehreren Referenzsignale durch die Steuerung; Messen zweiter Werte der mehreren Ausgangssignale vom HF-Signaldetektor durch die Steuerung; und Bestimmen eines oder mehrerer Fehlerwerte des HF-Signaldetektors durch die Steuerung gemäß den ersten Werten der mehreren Ausgangssignale und den zweiten Werten der mehreren Ausgangssignale.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Invertieren das Invertieren des Eingangssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Invertieren das Invertieren der mehreren Referenzsignale umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Bestimmen das Subtrahieren der zweiten Werte der mehreren Ausgangssignale von jeweiligen der ersten Werte der mehreren Ausgangssignale umfasst, um den einen oder die mehreren Fehlerwerte zu produzieren.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Bestimmen ferner das Mitteln des einen oder der mehreren Fehlerwerte umfasst, um einen endgültigen Fehlerwert zu produzieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, das ferner Folgendes umfasst: Speichern von Koeffizienten, die den einen oder die mehreren Fehlerwerte des HF-Signaldetektors anzeigen, durch die Steuerung; Bestimmen der Amplitude und der Phase des Eingangssignals durch die Steuerung gemäß den mehreren Ausgangssignalen; und Korrigieren der Amplitude und der Phase des Eingangssignals durch die Steuerung gemäß den Koeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der eine oder die mehreren Fehlerwerte einen DC-Versatz des HF-Signaldetektors und einen Quadraturfehler des HF-Signaldetektors beinhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die ersten und die zweiten Werte der mehreren Ausgangssignale bei unterschiedlichen relativen Phasen des Eingangssignals und der mehreren Referenzsignale bestimmt werden.
System, das Folgendes umfasst: eine Hochfrequenz(HF)-Vorrichtung, die einen oder mehrere Inverter umfasst, wobei die HF-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Eingangssignal und ein Referenzsignal zu empfangen und ein erstes Ausgangssignal und ein zweites Ausgangssignal gemäß der Amplitude und der Phase des Eingangssignals zu produzieren, wobei die HF-Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal gemäß programmierten Werten des einen oder der mehreren Inverter zu invertieren; einen Prozessor, der an die HF-Vorrichtung gekoppelt ist, wobei der Prozessor dazu ausgelegt ist, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal zu messen, das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal mit dem einen oder den mehreren Invertern zu invertieren, das invertierte erste Ausgangssignal und das invertierte zweite Ausgangssignal zu messen und Fehlerwerte der HF-Vorrichtung gemäß dem ersten Ausgangssignal, dem zweiten Ausgangssignal, dem invertierten ersten Ausgangssignal und dem invertierten zweiten Ausgangssignal zu bestimmen; und einen Speicher, der an den Prozessor gekoppelt ist, wobei der Speicher dazu ausgelegt ist, Koeffizienten zu speichern, die die Fehlerwerte der HF-Vorrichtung anzeigen.
System nach Anspruch 20, wobei der eine oder die mehreren Inverter dazu ausgelegt sind, das Eingangssignal zu invertieren.
System nach einem des Anspruchs 20 oder 21, wobei der eine oder die mehreren Inverter dazu ausgelegt sind, das Referenzsignal zu invertieren.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der Prozessor ferner dazu ausgelegt ist, die Amplitude und die Phase des Eingangssignals gemäß dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal zu bestimmen und die bestimmte Amplitude und Phase gemäß den Koeffizienten zu korrigieren.