DE10361855B4

DE10361855B4 - Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung

Info

Publication number: DE10361855B4
Application number: DE10361855.4A
Authority: DE
Inventors: Young-Jin Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2023-12-31
Also published as: US20040137869A1; KR20040065660A; DE10361855A1; NL1025146A1; CN100542154C; NL1025146C2; CN1518309A; US7184740B2; KR100475124B1

Abstract

Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, mit – einem Mehrphasenfilter (130), das ein phasengleiches Differenzsignal (I_WRF) und ein Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal (RF) ableitet, – einer phasengleichen Mischerschaltung (141, 142), die das phasengleiche Differenzsignal (I_WRF) zum einen mit einem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) mischt, und – einer Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144), die das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) zum einen mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) mischt, gekennzeichnet durch – eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190), die eine Phasenfehlanpassung (φε1) des Mehrphasenfilters (130) und/oder eine Phasenfehlanpassung (φε2) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) aus den Ausgabesignalen der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) zum Einstellen der Phasenfehlanpassung (φε1) des Mehrphasenfilters (130) und/oder der Phasenfehlanpassung (φε2) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) als Reaktion auf ein Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) bestimmt, – wobei die phasengleiche Mischerschaltung (141, 142) eine erste Mischerschaltung (141) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine zweite Mischerschaltung (142) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) umfasst, – wobei die Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) eine dritte Mischerschaltung (143) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine vierte Mischerschaltung (144) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) mit dem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) umfasst, – wobei das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von 90° plus einem ersten variablen Kalibrierungsfaktor (φε2) haben und das dritte Lokaloszillatorsignal (OS2) ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, der ein Mehrphasenfilter umfasst, das ein phasengleiches Differenzsignal und ein Quadraturphasendifferenzsignal abgibt.
Ein direktes Frequenzumsetzverfahren ist ein Verfahren, bei dem ein Signal aus einem Hochfrequenzband in ein Basisbandsignal abwärts gewandelt wird, indem das Hochfrequenzsignal (HF-Signal) einmalig mit einem Lokaloszillatorsignal gemischt wird. Das bedeutet, dass das Hochfrequenzbandsignal direkt in das Basisbandsignal und nicht in ein Zwischenfrequenzbandsignal (IF-Bandsignal) umgesetzt wird. Die Umsetzung in ein Zwischenfrequenzbandsignal wird auch als ein heterodynes Verfahren bezeichnet.
7 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Empfängers 100 mit direkter Frequenzumsetzung, abgekürzt als DCR bezeichnet. Empfängt der herkömmliche DCR 100 ein Hochfrequenzsignal, dann verstärkt ein Verstärker (LNA) 110 mit geringem Rauschen das Hochfrequenzsignal und ein Übertrager 120 setzt das verstärkte Hochfrequenzsignal in ein Differenzsignal um. Das Differenzsignal wird durch einen Mehrphasenfilter 130 in ein phasengleiches („in-phase”) Differenzsignal I_W_RF und ein Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF umgesetzt und in eine Mischereinheit 710 zum Abwärtswandeln, d. h. Heruntersetzen, eingegeben. Die Mischereinheit 710 umfasst einen ersten Mischer 711 und einen zweiten Mischer 712, die das phasengleiche Differenzsignal I_W_RF mit einem ersten Lokaloszillatorsignal OS1 bzw. einem zweiten Lokaloszillatorsignal OS2 mischen, einen dritten Mischer 713 und einen vierten Mischer 714, die das Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF mit dem ersten Lokaloszillatorsignal OS1 bzw. dem zweiten Lokaloszillatorsignal OS2 mischen, und Tiefpassfilter (LPF) 721 bis 724, welche die Ausgabesignale der entsprechenden Mischer 711 bis 714 filtern. Hierbei hat das zweite Lokaloszillatorsignal OS2 die gleiche Frequenz wie das erste Lokaloszillatorsignal OS1, weist aber eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber dem ersten Lokaloszillatorsignal OS1 auf.
Eine Subtrahierschaltung subtrahiert ein Ausgabesignal QQ des vierten Mischers 714 von einem tiefpassgefilterten Ausgabesignal II des ersten Mischers 711, um ein I-Pfadsignal I_PATH auszugeben. Eine Addierschaltung addiert ein Ausgabesignal IQ des zweiten Mischers 712 mit einem tiefpassgefilterten Ausgabesignal QI des dritten Mischers 713, um ein Q-Pfadsignal Q_PATH auszugeben. Das I-Pfadsignal I_PATH und das Q-Pfadsignal Q_PATH sind aus dem Hochfrequenzsignal umgesetzte Basisbandsignale.
Der DCR aus 7 hat gewöhnlich eine Phasen- und eine Verstärkungsfehlanpassung. Die Phasen- und Verstärkungsfehlanpassung des DCR wird vom Mehrphasenfilter 130 und der Mischereinheit 710 hervorgerufen. Idealerweise ist der Phasenunterschied zwischen dem phasengleichen Differenzsignal I_W_RF und dem Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF, wie sie vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden, gleich 90°. Die wirkliche Phasenverschiebung hat jedoch meist einen anderen Wert. Idealerweise ist der Phasenunterschied zwischen dem ersten und zweiten Lokaloszillatorsignal OS1 und OS2, die den Mischern 711 bis 714 zur Verfügung gestellt werden, ebenfalls 90° und die Verstärkung der Ausgabesignale der Mischer 711 bis 714 ist ebenfalls gleich groß. Der Phasenunterschied zwischen dem ersten und zweiten Lokaloszillatorsignal OS1 und OS2 ist in Wirklichkeit jedoch 90° ± ϕ, wodurch eine Phasenfehlanpassung hervorgerufen wird. Außerdem tritt eine Verstärkungsfehlanpassung zwischen den Ausgabesignalen der Mischer 711 bis 714 auf.
Treten die oben beschriebenen Phasen- und Verstärkungsfehlanpassungen im DCR auf, dann steigt die Fehlerrate des empfangenen Signals durch die Fehlanpassung an oder die Signalwiedergabegüte wird herabgesetzt.
Um das Problem der Phasenfehlanpassung zu lösen versuchen herkömmliche Verfahren die Lokaloszillatorschaltungen zu verbessern, welche die Lokaloszillatorsignale erzeugen. Das bedeutet, dass die größten Anstrengungen unternommen werden, ein Lokaloszillatorsignal ohne Phasenfehlanpassung zu erzeugen. In herkömmlichen Verfahren ist die Implementierung eines solchen Lokaloszillators jedoch schwierig oder die Kosten für die Implementierung sind hoch, woraus resultieren kann, dass die Beseitigung der Fehlanpassungen limitiert ist.
Im Zeitschriftenaufsatz Asad A. Abidi, Direct-Conversion Radio Transceivers for Digital Communications, IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 30, Nr. 12, Dezember 1995, S. 1406 wird ein Mehrphasenfilter zum Einsatz bei Superheterodyne-Empfängern beschrieben, das ein phasengleiches Differenzsignal und ein Quadraturphasendifferenzsignal aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal ableitet.
Im der Dissertation Derek K. Shaeffer, The Design and Implementation of Low-Power CMOS Radio Receivers, 1998, Stanford ist die Möglichkeit angesprochen, ein Mehrphasenfilter durch ein Paar von Quadraturmischern und einen lokalen Oszillator zu ersetzen.
Weitere Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung sind z. B. in der Offenlegungsschrift US 2002/0155822 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Empfänger zur direkten Frequenzumsetzung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verzerrung eines umgesetzten Hochfrequenzsignals minimiert ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Empfänger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, 7, 12 oder 15.
Um Signalverzerrungen zu verhindern und ein gewünschtes Signal zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Grad der Phasen- und Verstärkungsfehlanpassung im DCR zu erfassen und die Fehlanpassung zu kalibrieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte, herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen DCR;
2 eine Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung und Kalibrierung einer Phasenfehlanpassung des DCR aus 1;
3 eine Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung und Kalibrierung einer Verstärkungsfehlanpassung des DCR aus 1;
4 ein Blockschaltbild einer Fehlanpassungsbestimmungseinheit des DCR aus 1;
5 ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen DCR mit Ermittlung einer Phasen- und Verstärkungsfehlanpassung;
6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels ei nes erfindungsgemäßen DCR bei Empfang eines HF-Signals und
7 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen DCR.
Ein in 1 gezeigter, erfindungsgemäßer DCR weist einen Verstärker (LNA) 110 mit geringem Rauschen, einen Übertrager 120, einen Mehrphasenfilter 130, eine Mischereinheit 140, eine Subtrahierschaltung 181, eine Addierschaltung 182 und eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 auf, wobei der Übersichtlichkeit halber in dieser und allen anderen Figuren für funktionell gleichartige, nicht zwingend identische Komponenten gleiche Bezugszeichen wie beim DCR 100 von 7 gewählt sind.
Der Verstärker 110 mit geringem Rauschen empfängt und verstärkt ein Hochfrequenzsignal. Der Übertrager 120 setzt das verstärkte Hochfrequenzsignal in Differenzsignale mit einer Phasenverschiebung von 0° und 180° um.
Der Mehrphasenfilter 130 empfängt die Differenzsignale mit 0° und 180° Phasenverschiebung als Eingabesignale und gibt Signale mit einer Phasenverschiebung von 0°, 90°, 180° und 270° aus. Die Signale mit 0° und 180° Phasenverschiebung werden jeweils an den 90°- bzw. 270°-Eingabeanschluss des Mehrphasenfilters 130 angelegt. Der Mehrphasenfilter 130 empfängt Differenzsignale mit einer Phasenverschiebung von 0° und 180° und gibt ein phasengleiches (0° und 180°) Differenzsignal I_W_RF und ein Quadraturphasendifferenzsignal (90° und 270°) Q_W_RF aus.
Die Mischereinheit 140 umfasst phasengleiche erste und zweite Mischerschaltungen 141 und 142 und dritte und vierte Quadraturphasenmischerschaltungen 143 und 144, einen Lokaloszillator 151, einen 90°-Phasenschieber 152, variable Phasenschieber 153 und 154, variable Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 und Tiefpassfilter (LPF) 171 bis 174. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Lokaloszillator 151, der 90°-Phasenschieber 152, die variablen Phasenschieber 153 und 154, die Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 und die Tiefpassfilter 171 bis 174 als Teile der Mischereinheit 140 ausgeführt.
Die erste und die zweite phasengleiche Mischerschaltung 141, 142 empfangen das phasengleiche Differenzsignal I_W_RF, das vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben wird, und mischen es mit einem ersten Lokaloszillatorsignal OS1 bzw. mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal OS2. Die ersten und zweiten Lokaloszillatorsignale OS1 und OS2 sind Signale mit einer vorbestimmten Frequenz W_LO. Besteht im Mehrphasenfilter 130 keine Phasenfehlanpassung, dann haben das erste und zweite Lokaloszillatorsignal eine Phasendifferenz von 90°. Da jedoch im Allgemeinen eine Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 auftritt, wird die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Lokaloszillatorsignal OS1 und OS2 im dargestellten Ausführungsbeispiel auf einen Wert von 90° + ϕ_ε2 gesetzt, um die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 zu kalibrieren. Hierbei ist der Wert ϕ_ε2 ein variabel einstellbarer Wert.
Der Lokaloszillator 151 erzeugt das erste Lokaloszillatorsignal OS1 mit einer Frequenz von W_LO. Das zweite Lokaloszillatorsignal OS2 hat eine Phasendifferenz von 90° + ϕ_ε2 zum ersten Lokalsoszillatorsignal OS1. Um das zweite Lokaloszillatorsignal OS2 zu erzeugen, wird die Phase des ersten Lokaloszillatorsignals OS1 mit dem 90°-Phasenschieber 152 um 90° verschoben und anschließend wird die Phase vom variablen Phasenschieber 153 um den Wert ϕ_ε2 verschoben. Hierbei wird der Wert ϕ_ε2 gemäß einem Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 190 eingestellt. Entsprechend mischt die erste Mischerschaltung 141 das phasengleiche Differenzsignal I_W_RF mit dem ersten Lokalsoszillatorsignal OS1 und die zweite Mischerschaltung 142 mischt das phasengleiche Differenzsignal I_W_RF mit dem zweiten Lokalsoszillatorsignal OS2.
Der dritte und vierte Quadraturphasenmischer 143 und 144 empfangen jeweils das vom Mehrphasenfilter 130 ausgegebene Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF und mischen es mit dem ersten Lokaloszillatorsignal OS1 bzw. mit einem dritten Lokaloszillatorsignal OS3. Insbesondere mischt die dritte Mischerschaltung 143 das Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF mit dem ersten Lokalsoszillatorsignal OS1 und die vierte Mischerschaltung 144 mischt das Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF mit dem dritten Lokalsoszillatorsignal OS3. Hierbei hat das dritte Lokaloszillatorsignal OS3 eine Phasendifferenz von 90° – ϕ_ε2 zum ersten Lokaloszillatorsignal OS1. Um das dritte Lokaloszillatorsignal OS3 zu erzeugen, wird die Phase des ersten Lokaloszillatorsignals OS1 mit dem 90°-Phasenschieber 152 um 90° verschoben und anschließend wird die Phase vom variablen Phasenschieber 154 um den Wert –ϕ_ε2 verschoben.
Wie nachfolgend erläutert wird, wird der Wert ϕ_ε2 benutzt, um die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 zu kalibrieren, wobei der Wert ϕ_ε2 als Reaktion auf das Ergebnis der Phasenfehlanpassungsbestimmung der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 veränderbar ist.
Die Ausgabesignale des ersten und zweiten Mischers 141 und 142 werden durch den ersten bzw. zweiten Tiefpassfilter 171 und 172 gefiltert, um Hochfrequenzrauschen zu entfernen. Die Ausgabesignale des dritten und vierten Mischers 143 und 144 werden über die variablen Verstärkungseinstellungsschaltungen 161 bzw. 162 geführt und anschließend durch den dritten bzw. vierten Tiefpassfilter 173 und 174 gefiltert, um das Hochfrequenzrauschen zu entfernen. Die variablen Verstärkungseinstellungsschaltungen 161 und 162 werden benutzt, um die Verstärkungsfehlanpassung der Mehrphasenfiltereinheit 130 zu kalibrieren. Die Verstärkung wird als Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 190 eingestellt. Dies wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Die Subtrahierschaltung 181 subtrahiert das Ausgabesignal des vierten Tiefpassfilters 172 vom Ausgabesignal des ersten Tiefpassfilters 171 und gibt ein I-Pfadsignal I_PATH aus. Die Addierschaltung 182 addiert das Ausgabesignal des zweiten Tiefpassfilters 172 und das Ausgabesignal des dritten Tiefpassfilters 173 und gibt ein Q-Pfadsignal Q_PATH aus. Das I-Pfadsignal I_PATH und das Q-Pfadsignal Q_PATH sind aus dem HF-Signal umgesetzte Basisbandsignale.
Die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 empfängt das I-Pfadsignal I_PATH und das Q-Pfadsignal Q_PATH und bestimmt eine Phasenfehlanpassung und eine Verstärkungsfehlanpassung.
2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Vorgangs zur Bestimmung und Kalibrierung einer Phasenfehlanpassung im DCR aus 1.
Es wird hierbei o. B. d. A. angenommen, dass durch die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 eine Phasendifferenz von ϕ_ε1 zwischen den beiden Differenzsignalen I_W_RF und Q_W_RF auftritt, die vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden. Selbstverständlich kann die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 nicht vor der Bestimmung durch die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 erkannt werden. Um die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR zu minimieren und die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 zu kalibrieren, wird die Phasenfehlanpassung ±ϕ_ε2 in der Mischereinheit 140 eingestellt. Anders ausgedrückt, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Minimieren der gesamten Phasenfehlanpassung des DCR zur Verfügung, bei der bzw. bei dem die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 bestimmt und kalibriert wird, obwohl der Grad der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 noch nicht identifiziert ist.
Für diesen Zweck wird die Phasendifferenz zwischen dem Lokaloszillatorsignal OS1, das in die erste Mischerschaltung 141 eingegeben wird, und dem Lokaloszillatorsignal OS2, das in die zweite Mischerschaltung 142 eingegeben wird, auf 90° + ϕ_ε2 gesetzt, wobei der Wert ϕ_ε2 gemäß dem Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 190 verändert wird. Ebenso wird die Phasendifferenz zwischen dem Lokaloszillatorsignal OS1, das in die dritte Mischerschaltung 143 eingegeben wird, und dem Lokaloszillatorsignal OS3, das in die vierte Mischerschaltung 144 eingegeben wird, auf 90° – ϕ_ε2 gesetzt. Dies ist im linken Teilbild von 2 veranschaulicht.
Alternativ kann die Phasendifferenz zwischen dem Lokaloszillatorsignal OS1, das in die erste Mischerschaltung 141 eingegeben wird, und dem Lokaloszillatorsignal OS2, das in die zweite Mischerschaltung 142 eingegeben wird, auf 90° – ϕ_ε2 gesetzt werden und die Phasendifferenz zwischen dem Lokaloszillatorsignal OS1, das in die dritte Mischerschaltung 143 eingegeben wird, und dem Lokaloszillatorsignal OS3, das in die vierte Mischerschaltung 144 eingegeben wird, kann auf 90° + ϕ_ε2 gesetzt werden. Dies ist im rechten Teilbild von 2 veranschaulicht und bedeutet, dass die Phasenfehlanpassung zwischen der ersten und zweiten Mischerschaltung 141, 142 den gleichen Wert, aber mit umgekehrtem Vorzeichen, hat wie die Phasenfehlanpassung zwischen der dritten und vierten Mischerschaltung 143, 144.
Wenn das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 190 minimiert wird, dann ist der Phasenunterschied ϕ_ε2 zwischen den Mischerschaltungen 141 und 142 und zwischen den Mischerschaltungen 143 und 144 ein Wert zum Kalibrieren der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130. Durch Verändern des Phasenunterschiedes ϕ_ε2, der auch als Phasenkalibrierfaktor ϕ_ε2 bezeichnet wird, zwischen den Mischerschaltungen 141 und 142 und zwischen den Mischerschaltungen 143 und 144, wird die Suche nach einem Wert ermöglicht, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 minimal ist, d. h. hinsichtlich Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 kalibriert ist.
Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird durch die Einstellung des Kalibrierungsfaktors ϕ_ε2 in der Mischereinheit 140 in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimiert oder entfernt. Daher wird durch die Betrachtung der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 als fester Wert und durch Variieren des Phasenkalibrierungsfaktors ϕ_ε2 in der Mischereinheit 140 ein Wert von ϕ_ε2 bestimmt, bei dem die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimal ist.
Alternativ kann in anderen. Ausführungsbeispielen der Erfindung die Phasenfehlanpassung ϕ_ε2, die in der Mischereinheit 140 auftritt, fixiert und die Phasenfehlanpassung ϕ_ε2 die im Mehrphasenfilter 130 auftritt, so variiert werden, dass die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimiert wird.
3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bestimmung und Kalibrierung einer Verstärkungsfehlanpassung in einem DCR entsprechend 1.
Es wird o. B. d. A. angenommen, dass durch eine Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ im Mehrphasenfilter 130 eine Verstärkungsdifferenz von ΔA₁ zwischen den beiden Differenzsignalen I_W_RF und Q_W_RF auftritt, die vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden. Hierbei wird angenommen, dass die Verstärkung des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF um ΔA₁ größer als die Verstärkung des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF ist. Selbstverständlich kann die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 nicht vor der Bestimmung durch die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 erkannt werden.
Durch Verändern einer Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140, die auch als Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ bezeichnet wird, wird das Auffinden eines Wertes für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ der Mischereinheit 140 ermöglicht, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 minimal ist. Dadurch wird auch die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 bestimmt. Anders ausgedrückt, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Minimieren der gesamten Verstärkungsfehlanpassung des OCR zur Verfügung, bei der bzw. bei dem die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 bestimmt und kalibriert wird, obwohl der Grad der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ im Mehrphasenfilter 130 noch nicht identifiziert ist.
Für diesen Zweck sind variable Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 am Ausgabeanschluss der dritten und vierten Mischerschaltung 143 und 144 vorhanden, so dass die Verstärkungen der Ausgabesignale der dritten und vierten Mischerschaltung 143 und 144 um den Wert ΔA₂ größer als die Verstärkungen der ersten und zweiten Mischerschaltung 141 und 142 sind. Die variablen Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 können als variable Verstärker und/oder als variable Dämpfungsglieder implementiert werden. Obwohl die variablen Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 im vorliegenden Ausführungsbeispiel an den Ausgangsseiten der dritten und vierten Mischerschaltung 143 und 144 angeordnet sind, können sie in alternativen Ausführungsformen an den Eingangsseiten der dritten und vierten Mischerschaltung 143 und 144 oder an den Eingangsseiten oder Ausgangsseiten der ersten und zweiten Mischerschaltung 141 und 142 angeordnet sein. Daher sind die variablen Verstärkungseinstellschaltungen 161 und 162 im Pfad des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF und/oder im Pfad des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF angeordnet, so dass die Verstärkungsfehlanpassung zwischen dem Pfad des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF und dem Pfad des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF den Wert ΔA₂ aufweist. Der Pfad des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF bezeichnet den Pfad zwischen dem Ausgabeanschluss des Mehrphasenfilters 130 über die erste und zweite Mischerschaltung 141 und 142 zur Addierschaltung 182 und Subtrahierschaltung 181, während der Pfad des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF den Pfad zwischen dem Ausgabeanschluss des Mehrphasenfilters 130 über die dritte und vierte Mischerschaltung 143 und 143 zur Addierschaltung 182 und Subtrahierschaltung 181 bezeichnet.
Entsprechend wird durch Verändern der Verstärkungsfehlanpassung in der Mischereinheit 140, d. h. dass der Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ zwischen dem Pfad des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF und dem Pfad des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF verändert wird, das Suchen eines Wertes für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ ermöglicht, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 minimal ist. Ist das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 190 minimal, dann ist die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140 ein Wert zum Kalibieren der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130.
Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird durch die Einstellung der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140 in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimiert oder entfernt. Daher wird durch die Betrachtung der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters als fester Wert und durch Variieren der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140 ein Wert für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ bestimmt, bei dem die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimal ist.
Alternativ kann in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140 fixiert und die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 variiert werden, so dass die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimiert wird.
Um das Prinzip zu erklären, durch welches im oben beschriebenen Verfahren die gesamte Verstärkungsfehlanpassung und Phasenfehlanpassung des DCR minimiert wird, sei angenommen, dass ein Cosinus-Signal mit einer vorbestimmten Frequenz WRF als empfangenes Hochfrequenzsignal an den erfindungsgemäßen DCR aus 1 angelegt wird. Dann können die Ausgabesignale II, IQ, QI, QQ, die vom ersten bis vierten Tiefpassfilter 171 bis 174 ausgegeben werden, durch das folgende Gleichungssystem 1 ausgedrückt werden: II(t) = (1 + ΔA₁)cos(Δωt)/4 IQ(t) = (1 + ΔA₁)sin(Δωt + ϕ_ε2)/4 QI(t) = (1 + ΔA₂)sin(Δωt + ϕ_ε1)/4 QQ(t) = (1 + ΔA₂)cos(Δωt + ϕ_ε1 – ϕ_ε2)/4 (1)
Wie oben ausgeführt wurde, zeigt ΔA₁ die Verstärkungsfehlanpassung im Mehrphasenfilter 130 an und ϕ_ε1 zeigt die Phasenfehlanpassung im Mehrphasenfilter 130 an. ΔA₂ zeigt die Verstärkungsfehlanpassung in der Mischereinheit 140 an und wird zur Kalibrierung der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ im Mehrphasenfilter 130 benutzt. ϕ_ε2 zeigt die Phasenfehlanpassung in der Mischereinheit 140 an und wird zur Kalibrierung der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 benutzt.
Da das I-Pfadsignal I_PATH durch die Subtraktion des Ausgabesignals QQ des vierten Tiefpassfilters 174 vom Ausgabesignal 11 des ersten Tiefpassfilters 171 erzeugt werden kann, kann das I-Pfadsignal I_PATH durch die nachfolgende Gleichung 2 ausgedrückt werden. (II – QQ)(t)= ¼·[(1 + ΔA₁)cos(Δωt) – (1 + ΔA₂)cos(Δωt + ϕ_ε1 – ϕ_ε2)] = ¼·[(1 + ΔA₁) – (1 + ΔA₂)cos(ϕ_ε1 – ϕ_ε2)]cos(Δωt) = ¼·[(1 + ΔA₂)sin(ϕ_ε1 – ϕ_ε2)]sin(Δωt) (2)
Da das Q-Pfadsignal Q_PATH durch die Addition des Ausgabesignals IQ des zweiten Tiefpassfilters 172 und des Ausgabesignals QI des dritten Tiefpassfilters 173 erzeugt werden kann, kann das Q-Pfadsignal Q_PATH durch die nachfolgende Gleichung 3 ausgedrückt werden. (IQQI)(t)= ¼·[(1 + ΔA₁)sin(Δωt + ϕ_ε2) – (1 + ΔA₂)sin(Δωt + ϕ_ε1)] = ¼·[(1 + ΔA₁)cos(ϕ_ε2) – (1 + ΔA₂)cos(ϕ_ε1)]sin(Δωt) = ¼·[(1 + ΔA₁)sin(ϕε2) – (1 + ΔA₂)cos(ϕ_ε1)]cos(Δωt) (3)
Die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 quadriert das I-Pfadsignal (II – QQ) bzw. das Q-Pfadsignal (IQ + QI) und addiert die beiden quadrierten Signale.
4 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 des DCR aus 1. Wie aus 4 ersichtlich ist, umfasst die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 Quadriereinheiten 191 und 192 zum Quadrieren des I-Pfadsignals (II – QQ) bzw. des Q-Pfadsignals (IQ + QI), eine Addierschaltung 193 und einen Tiefpassfilter 194. Die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 quadriert das I-Pfadsignal (II – QQ) bzw. das Q-Pfadsignal (IQ + QI), addiert die beiden quadrierten Signale, filtert die addierten Signale und gibt das Ergebnis als bestimmter Fehlanpassungswert aus. Das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 190 wird zum Mehrphasenfilter 130 oder zur Mischereinheit 140 rückgekoppelt, so dass die Phasenfehlanpassung und/oder die Verstärkungsfehlanpassung des Mehrphasenfilters 130 oder der Mischereinheit 140 eingestellt werden kann.
Im nachfolgenden Gleichungssystem 4 ΔA₁, ΔA₂, (ΔA₁ – ΔA₂) << 1, sin(ϕ_ε1 – ϕ_ε2) ≈ ϕ_ε1 – ϕ_ε2, cos(ϕ_ε1 – ϕ_ε2) ≈ 1 (4) wird angenommen, dass die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130, die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 140, die Differenz (ΔA₁ – ΔA₂) der beiden Verstärkungsfehlanpassungen und die Differenz (ϕ_ε1 – ϕ_ε2) der Phasenfehlanpassung des Mehrphasenfilters 130 und der Phasenfehlanpassung der Mischereinheit 140 sehr viel kleiner als eins sind. Werden die Bedingungen des Gleichungssystems 4 auf die Gleichungen 2 und 3 angewendet, dann können die Gleichungen 2 und 3 vereinfacht durch das nachfolgende Gleichungssystem 5 ausgedrückt werden: (II – QQ)(t) ≈ ¼·[(ΔA₁ – ΔA₂)cos(Δωt) + (ϕ_ε1 – ϕ_ε2)sin(Δωt)] (IQ – QI)(t) ≈ ¼·[(ΔA₁ – ΔA₂)sin(Δωt) – (ϕ_ε1 – ϕ_ε2)cos(Δωt)] (5)
Wird das Gleichungssystem 5 benutzt, dann wird der durch die Quadrierung des I-Pfadsignals I_PATH bzw. des Q-Pfadsignals Q_PATH und deren Addition bestimmte Wert durch die folgende Gleichung 6 ausgedrückt: (II – QQ)² + (IQ – QI)² = 1/16·[(ΔA₁ – ΔA₂)² + (ϕ_ε1 – ϕ_ε2)²] (6)
Gleichung 6 zeigt, dass nur ein einziges Paar der bestimmten Variablen, d. h. der Korrekturfaktoren, den Wert minimieren kann, der durch die Quadrierung des I-Pfadsignals I_PATH bzw. des Q-Pfadsignals Q_PATH und durch die Addition der Ergebnisse erhalten wird. Die Variablen können unabhängig voneinander erhalten werden. Daher wird in Gleichung 6 der gesamte Wert minimiert, wenn jeder der beiden quadrierten Terme minimiert wird. Außerdem sind die Verstärkungsvariable und die Phasenvariable unabhängig voneinander und jede Variable kann dadurch erhalten werden, dass einer der quadrierten Terme festgelegt wird und der andere quadrierte Term verändert wird. Entsprechend wird der Berechnungsaufwand stark verringert.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen DCR. Der DCR aus 5 hat einen Aufbau zum Bestimmen und Kompensieren der Phasen- und Verstärkungsfehlanpassung, d. h. einen Aufbau zum Kalibrieren der Phasen- und Verstärkungsfehlanpassung.
Wie aus 5 ersichtlich ist, umfasst dieser DCR einen Verstärker (LNA) 110 mit geringem Rauschen, einen Übertrager 120, einen Mehrphasenfilter 130, eine Addierschaltung 511, eine Subtrahierschaltung 512, eine Mischereinheit 520 und eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550. Da die Funktionalitäten des Verstärkers 110 mit geringem Rauschen, des Übertragers 120 und des Mehrphasenfilters 130 gleich sind wie die entsprechenden Funktionalitäten, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden, wird hier auf eine wiederholte ausführliche Beschreibung verzichtet.
Die Addierschaltung 511 addiert das phasengleiche Differenzsignal I_W_RF und das Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF, die beide vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden, und gibt ein Ergebnis AS aus. Die Subtrahierschaltung 512 subtrahiert das Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF vom phasengleichen Differenzsignal I_W_RF und gibt ein Ergebnis SS aus.
Die Mischereinheit 520 umfasst eine erste Mischerschaltung 521, eine zweite Mischerschaltung 522, einen Lokaloszillator 531, einen 90° Phasenschieber 532, einen variablen Phasenschieber 533, eine variable Verstärkungseinstellschaltung 523 und Tiefpassfilter 541 und 542. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Lokaloszillator 531, der 90°-Phasenschieber 532, der variable Phasenschieber 533, die Verstärkungseinstellschaltung 523 und die Tiefpassfilter 541 und 542 als Teile der Mischereinheit 520 ausgeführt.
Die erste Mischerschaltung 521 empfängt das Signal AS, das durch die Addition des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF und des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF erzeugt wird, und mischt das Signal AS mit einem ersten Lokaloszillatorsignal OS1. Die zweite Mischerschaltung 522 empfängt das Signal SS, das durch die Subtraktion des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF vom phasengleichen Differenzsignal I_W_RF erzeugt wird, und mischt das Signal SS mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal OS2.
Die ersten und zweiten Lokaloszillatorsignale OS1 und OS2 sind Signale mit einer vorbestimmten Frequenz W_LO. Der Lokaloszillator 531 erzeugt das erste Lokaloszillatorsignal OS1 mit der Frequenz W_LO. Das zweite Lokaloszillatorsignal OS2 hat eine Phasendifferenz von 90° + ϕ_ε2 zum ersten Lokalsoszillatorsignal OS1. Um das zweite Lokaloszillatorsignal OS2 zu erzeugen, wird die Phase des ersten Lokaloszillatorsignals OS1 mit dem 90°-Phasenschieber 532 um 90° verschoben und anschließend wird die Phase vom variablen Phasenschieber 533 um den Wert ϕ_ε2 verschoben. Der Wert ϕ_ε2 wird benutzt, um die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 zu kalibrieren und der Wert ϕ_ε2 ist als Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 veränderbar.
Das Ausgabesignal des ersten Mischers 521 wird durch den ersten Tiefpassfilter 541 gefiltert, um Hochfrequenzrauschen zu entfernen. Das Ausgabesignal des zweiten Mischers 522 wird über die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 geführt und anschließend durch den zweiten Tiefpassfilter 542 gefiltert, um Hochfrequenzrauschen zu entfernen. Die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 wird benutzt, um die Verstärkungsfehlanpassung der Mehrphasenfiltereinheit 130 zu kalibrieren und die Verstärkung als Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 einzustellen.
Die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 empfängt die Ausgabesignale I_PATH' und Q_PATH' des ersten und zweiten Tiefpassfilters 541 und 542 und bestimmt die Phasenfehlanpassung und die Verstärkungsfehlanpassung. Die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 umfasst Addierschaltungen 551 und 552, eine dritte und vierte Mischerschaltung 561 und 562, Quadriereinheiten 571 und 572 und einen Tiefpassfilter (LPF) 553.
Die Addierschaltung 551 addiert die Ausgabesignale I_PATH' und Q_PATH' des ersten und zweiten Tiefpassfilters 541 und 542. Die dritte und vierte Mischerschaltung 561 und 562 mischen das Ausgabesignal der Addierschaltung 551 jeweils mit einem vorgegebenen Lokaloszillatorsignal OS4 bzw. OS5. Hier haben das Lokaloszillatorsignal OS4, das in die dritte Mischerschaltung 561 eingegeben wird, und das Lokaloszillatorsignal OS5, das in die vierte Mischerschaltung 562 eingegeben wird, die gleiche Frequenz und eine Phasendifferenz von 90°. Die dritte und vierte Mischerschaltung 561 und 562 erzeugen eine Phasendifferenz von 90° im Pfad des Ausgabesignals der Addierschaltung 551. Entsprechend kann an Stelle des dritten und vierten Mischers 561 und 562 ein Phasenschieber im Pfad von der Addierschaltung 551 zu einer der Quadriereinheiten 571 oder 572 benutzt werden. In einer solchen alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Ausgabesignal der Addierschaltung 551 zum einen direkt in eine der beiden Quadriereinheiten 571, 572 eingegeben und zum anderen um eine Phasendifferenz von 90° verschoben und dann in die andere Quadriereinheit 572 eingegeben.
Die Quadriereinheiten 571 und 572 quadrieren jeweils ein Signal eines phasenverschobenen Signalpaars, das vom Ausgabesignal der Addierschaltung 551 stammt, beispielsweise das Ausgabesignal der dritten Mischerschaltung 561 und das Ausgabesignal der vierten Mischerschaltung 562. Die Addierschaltung 552 addiert die Ausgabesignale der Quadriereinheiten 571 und 572. Das Ausgabesignal der Addierschaltung 552 wird vom Tiefpassfilter 553 gefiltert und als bestimmter Fehlanpassungswert ausgegeben. Der bestimmte Fehlanpassungswert wird zum Mehrphasenfilter 130 oder zur Mischereinheit 520 rückgekoppelt, so dass die Phasenfehlanpassung und/oder die Verstärkungsfehlanpassung des Mehrphasenfilters 130 oder der Mischereinheit 520 in der Mischereinheit 520 eingestellt oder kalibriert werden können.
Durch den Aufbau des DCR gemäß 5 entspricht das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 dem Signal aus der oben angegebenen Gleichung 6. Entsprechend ist der Prozess zum Bestimmen des Verstärkungs- und Phasenkalibrierungsfaktors zum Minimieren des Ausgabesignals der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 ähnlich dem Prozess, der durch die Schaltung des ersten Ausführungsbeispiels aus 1 ausgeführt wird.
Das Verfahren zum Bestimmen und Kalibrieren der Phasenfehlanpassung im DCR aus 5 wird nachfolgend beschrieben. Es wird dazu angenommen, dass durch eine Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 eine Phasendifferenz von ϕ_ε1 zwischen den Differenzsignalen I_W_RF und Q_W_RF auftritt, die vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden. Die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 im Mehrphasenfilter 130 ist ein fester Wert. Um diesen Wert zu kalibrieren und die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR zu minimieren, wird der Phasenkalibrierfaktor ϕ_ε2 in der Mischereinheit 520 eingestellt.
Für diesen Zweck wird die Phasendifferenz zwischen dem Lokaloszillatorsignal OS1, das in den ersten Mischer 521 eingegeben wird, und dem Lokaloszillatorsignal OS2, das in den zweiten Mischer 522 eingegeben wird, auf einen Wert von 90° + ϕ_ε2 eingestellt, wobei der Wert ϕ_ε2 gemäß dem Ergebnis der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 veränderbar ist.
Durch Verändern des Phasenunterschiedes ϕ_ε2 zwischen den Mischerschaltungen 521 und 522 wird die Suche nach einem Wert ermöglicht, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 minimal ist. Ist das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 550 minimal, dann ist die Phasenfehlanpassung ϕ_ε2 zwischen den Mischerschaltungen 521 und 522 ein Wert zum Kalibrieren der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130.
Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird durch die Einstellung des Phasenkalibrierungsfaktors ϕ_ε2 in der Mischereinheit 520 in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimiert oder entfernt. Daher wird durch die Betrachtung der Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 des Mehrphasenfilters 130 als fester Wert und durch Variieren des Phasenkalibrierungsfaktors ϕ_ε2 in der Mischereinheit 520 ein Wert von ϕ_ε2 bestimmt, bei dem die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimal ist.
Alternativ kann in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Phasenfehlanpassung ϕ_ε2, die in der Mischereinheit 520 auftritt, fixiert und die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1, die im Mehrphasenfilter 130 auftritt, variiert werden, so dass die gesamte Phasenfehlanpassung des DCR minimiert werden kann.
Nun wird der Prozess zum Bestimmen und Kalibrieren der Verstärkungsfehlanpassung im DCR aus 5 genauer beschrieben. Es wird dazu vorausgesetzt, dass durch die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ im Mehrphasenfilter 130 eine Verstärkungsdifferenz von ΔA₁ zwischen den beiden Differenzsignalen I_W_RF und Q_W_RF auftritt, die vom Mehrphasenfilter 130 ausgegeben werden. Hierbei wird angenommen, dass die Verstärkung des phasengleichen Differenzsignals I_W_RF um die Differenz ΔA₁ größer als die Verstärkung des Quadraturphasendifferenzsignals Q_W_RF ist. Selbstverständlich kann die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 nicht vor der Bestimmung durch die Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 erkannt werden.
Durch Verändern der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ in der Mischereinheit 520 wird ein Wert für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ der Mischereinheit 140 gefunden, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 minimal ist. Dadurch wird auch die Kalibrierung der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 bestimmt.
Die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 ist auf der Ausgangsseite der zweiten Mischerschaltung 522 angeordnet, so dass die Verstärkung des Ausgabesignals der zweiten Mischerschaltung 522 um den Wert ΔA₂ größer als die Verstärkung der ersten Mischerschaltung 521 ist. Die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 kann als variabler Verstärker und/oder als variables Dämpfungsglied implementiert werden. Obwohl die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Ausgabeseite der zweiten Mischerschaltung 522 angeordnet ist, kann sie auch an anderen Positionen angeordnet sein, wie bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels zu 1 bereits ausgeführt wurde.
Entsprechend wird durch Verändern des Verstärkungskalibrierfaktors ΔA₂ in der Mischereinheit 520 das Suchen eines Wertes für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ ermöglicht, bei dem das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 minimal ist. Ist das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungsschaltung 550 minimal, dann ist der Wert des Verstärkungskalibrierfaktors ΔA₂ der Mischereinheit 520 ein Wert zum Kalibieren der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130.
Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird durch die Einstellung des Verstärkungskalibrierfaktors ΔA₂ in der Mischereinheit 520 in Abhängigkeit vom Bestimmungsergebnis der Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550 die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimiert oder entfernt. Daher wird durch die Betrachtung der Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 als fester Wert und durch Variieren des Verstärkungskalibrierfaktors ΔA₂ der Mischereinheit 520 ein Wert für den Verstärkungskalibrierfaktor ΔA₂ bestimmt, bei dem die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimal ist.
Alternativ kann in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ der Mischereinheit 520 fixiert und die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ des Mehrphasenfilters 130 variiert werden, so dass die gesamte Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimiert wird.
Der Aufbau des DCR gemäß 5 wird zur Bestimmung und Kalibrierung der gesamten Verstärkungsfehlanpassung und Phasenfehlanpassung des DCR angegeben. Nach der Bestimmung und Kalibrierung der gesamten Verstärkungsfehlanpassung und Phasenfehlanpassung mit dem Aufbau des DCR aus 5 können minimal verzerrte Basisbandsignale I_PATH und Q_PATH, die direkt aus dem HF-Signal in Basisbandsignale umgesetzt werden, durch eine vereinfachte und kalibrierte Struktur des DCR zur Verfügung gestellt werden, wie sie in 6 gezeigt ist.
Der DCR aus 6 umfasst keine Fehlanpassungsbestimmungseinheit 550, keine Addierschaltung 511 und keine Subtrahierschaltung 512, die im DCR aus 5 benutzt werden, um die Phasenfehlanpassung und/oder die Frequenzfehlanpassung des Mehrphasenfilters 130 zu bestimmen und zu kalibrieren. Hierbei hat ein zweites Lokaloszillatorsignal OS2 wiederum die gleiche Frequenz wie ein erstes Lokaloszillatorsignal OS1. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Lokaloszillatorsignal OS1 und OS2 ist auf eine Phasendifferenz von 90° + ϕ_ε2 eingestellt, wobei der Wert ϕ_ε2 dem vorbestimmten Wert des Kalibrierfaktors entspricht, der für den speziellen Mehrphasenfilter 130 mit den erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wurde, um die Phasenfehlanpassung ϕ_ε1 in Signalen vom Mehrphasenfilter 130 zu kalibrieren. Hierbei kann ϕ_ε2 ein fester oder variabler Wert sein. Ähnlich kann die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₂ ein fester oder variabler Wert sein, um die Verstärkungsfehlanpassung ΔA₁ im Mehrphasenfilter 130 zu kalibrieren, der für den entsprechenden Mehrphasenfilter 130 mit den erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt worden ist. Entsprechend können die Schaltungen, beispielsweise die Verstärkungseinstellschaltungen und Phasenschieber, zum Implementieren der Kalibrierwerte ϕ_ε2 bzw. ΔA₂ solche mit fester oder variabler Verstärkung und/oder Phase sein.
Entsprechend wird beim DCR von 6 das vom Mehrphasenfilter 130 ausgegebene phasengleiche Differenzsignal I_W_RF als I-Pfadsignal I_PATH durch die erste Mischerschaltung 521 und den ersten Tiefpassfilter 541 ausgegeben. Das vom Mehrphasenfilter 130 ausgegebene Quadraturphasendifferenzsignal Q_W_RF wird als Q-Pfadsignal Q_PATH durch die zweite Mischerschaltung 522, die variable Verstärkungseinstellschaltung 523 und den zweiten Tiefpassfilter 542 ausgegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Phasenfehlanpassung und die Verstärkungsfehlanpassung des DCR minimiert oder entfernt. Entsprechend sind die Verzerrungen des Hochfrequenzsignals minimiert, das vom erfindungsgemäßen DCR direkt umgesetzt wird.

Claims

Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, mit – einem Mehrphasenfilter (130), das ein phasengleiches Differenzsignal (I_W_RF) und ein Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal (RF) ableitet, – einer phasengleichen Mischerschaltung (141, 142), die das phasengleiche Differenzsignal (I_W_RF) zum einen mit einem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) mischt, und – einer Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144), die das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) zum einen mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) mischt, gekennzeichnet durch – eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190), die eine Phasenfehlanpassung (ϕ_ε1) des Mehrphasenfilters (130) und/oder eine Phasenfehlanpassung (ϕ_ε2) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) aus den Ausgabesignalen der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) zum Einstellen der Phasenfehlanpassung (ϕ_ε1) des Mehrphasenfilters (130) und/oder der Phasenfehlanpassung (ϕ_ε2) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) als Reaktion auf ein Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) bestimmt, – wobei die phasengleiche Mischerschaltung (141, 142) eine erste Mischerschaltung (141) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine zweite Mischerschaltung (142) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) umfasst, – wobei die Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) eine dritte Mischerschaltung (143) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine vierte Mischerschaltung (144) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignal (Q_WRF) mit dem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) umfasst, – wobei das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von 90° plus einem ersten variablen Kalibrierungsfaktor (ϕ_ε2) haben und das dritte Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von 90° plus einem zweiten variablen Kalibrierungsfaktor (–ϕ_ε2) haben, – eine Subtrahierschaltung (181), die das Ausgabesignal der vierten Mischerschaltung (144) vom Ausgabesignal der ersten Mischerschaltung (141) subtrahiert und ein I-Pfadsignal (I_PATH) erzeugt, und – eine Addierschaltung (182), die das Ausgabesignal der zweiten Mischerschaltung (142) und das Ausgabesignal der dritten Mischerschaltung (143) addiert und ein Q-Pfadsignal (Q_PATH) erzeugt, – wobei die Fehlanpassungsbestimmungsschaltung (190) ein Fehlanpassungssignal ausgibt, welches ein Ergebnis einer Addition des quadrierten I-Pfadsignals (I_PATH) und des quadrierten Q-Pfadsignals (Q_PATH) ist.
Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenfehlanpassung (ϕ_ε2) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) variiert.
Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste variable Kalibrierungsfaktor (ϕ_ε2) und der zweite variable Kalibrierungsfaktor (–ϕ_ε2) entgegengesetzte Vorzeichen und den gleichen Absolutwert haben.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die phasengleiche Mischerschaltung (141, 142) einen 90°-Phasenschieber (152) umfasst, der die Phase des ersten Lokaloszillatorsignals (OS1) um 90° verschiebt und das Signal ausgibt, und einen ersten variablen Phasenschieber (153) aufweist, der das Ausgabesignal des 90°-Phasenschiebers (152) um den ersten variablen Kalibrierungsfaktor (ϕ_ε2) verschiebt und das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) erzeugt, und dass die Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) einen zweiten variablen Phasenschieber (154) aufweist, der das Ausgabesignal des 90°-Phasenschiebers (152) um den zweiten variablen Kalibrierungsfaktor (–ϕ_ε2) verschiebt und das dritte Lokaloszillatorsignal (OS3) erzeugt.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlanpassungsbestimmungsschaltung (190) folgende Elemente umfasst: – eine erste Quadriereinheit (191) zum Quadrieren des I-Pfadsignals (I_PATH), – eine zweite Quadriereinheit (192) zum Quadrieren des Q-Pfadsignals (Q_PATH) und – eine Addierschaltung (193), die die Ausgabesignale der ersten und zweiten Quadriereinheit (191, 192) addiert.
Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste variable Kalibrierungsfaktor (ϕ_ε2) und/oder der zweite variable Kalibrierungsfaktor (–ϕ_ε2) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) variieren.
Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, mit – einem Mehrphasenfilter (130), das ein phasengleiches Differenzsignal (I_W_RF) und ein Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal (RF) ableitet, – einer phasengleichen Mischerschaltung (141, 142), die das phasengleiche Differenzsignal (I_W_RF) zum einen mit einem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) mischt, und – einer Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144), die das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) zum einen mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und zum anderen mit einem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) mischt, gekennzeichnet durch – eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190), die eine Verstärkungsfehlanpassung des Empfängers, die eine Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₁) des Mehrphasenfilters (130) und/oder eine Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₂) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) umfasst, aus Ausgabesignalen der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) zum Einstellen der Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₁) des Mehrphasenfilters (130) oder der Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₂) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) als Reaktion auf ein Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) bestimmt, – wobei die phasengleiche Mischerschaltung (141, 142) eine erste Mischerschaltung (141) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine zweite Mischerschaltung (142) zum Mischen des phasengleichen Differenzsignals (I_WRF) mit dem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) umfasst, wobei das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von ungefähr 90° aufweisen, und – wobei die Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) eine dritte Mischerschaltung (143) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignals (Q_WRF) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine vierte Mischerschaltung (144) zum Mischen des Quadraturphasendifferenzsignals (Q_WRF) mit dem dritten Lokaloszillatorsignal (OS3) umfasst, – eine Subtrahierschaltung (181), die das Ausgabesignal der vierten Mischerschaltung (144) vom Ausgabesignal der ersten Mischerschaltung (141) subtrahiert und ein I-Pfadsignal (I_PATH) erzeugt, und – eine Addierschaltung (182), die das Ausgabesignal der zweiten Mischerschaltung (142) und das Ausgabesignal der dritten Mischerschaltung (143) addiert und ein Q-Pfadsignal (Q_PATH) erzeugt, – wobei die Fehlanpassungsbestimmungsschaltung (190) ein Fehlanpassungssignal ausgibt, welches ein Ergebnis einer Addition des quadrierten I-Pfadsignals (I_PATH) und des quadrierten Q-Pfadsignals (Q_PATH) ist.
Empfänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₂) der phasengleichen Mischerschaltung (141, 142) und der Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) variiert.
Empfänger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die phasengleiche Mischerschaltung (141, 142) eine variable Verstärkungseinstellschaltung zum Einstellen der Verstärkung von Eingabesignalen oder Ausgabesignalen der ersten Mischerschaltung (141) und/oder der zweiten Mischerschaltung (142) umfasst.
Empfänger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Quadraturphasenmischerschaltung (143, 144) eine variable Verstärkungseinstellschaltung (161, 162) zum Einstellen der Verstärkung von Eingabesignalen oder Ausgabesignalen der dritten Mischerschaltung (143) oder der vierten Mischerschaltung (144) umfasst.
Empfänger nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₁) des Mehrphasenfilters (130) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (190) kalibrierbar ist.
Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, mit – einem Mehrphasenfilter (130), das ein phasengleiches Differenzsignal (I_W_RF) und ein Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal (RF) ableitet, gekennzeichnet durch – eine Differenzsignaladdierschaltung (511), die das phasengleiche Differenzsignal (I_W_RF) und das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) addiert und ein addiertes Differenzsignal (AS) erzeugt, – eine Differenzsignalsubtrahierschaltung (512), die das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) vom phasengleichen Differenzsignal (I_W_RF) subtrahiert und ein subtrahiertes Differenzsignal (SS) erzeugt, – eine Mischereinheit (520), die das addierte Differenzsignal (AS) mit einem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) mischt und das subtrahierte Differenzsignal (SS) mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) mischt, und – eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550), die eine Phasenfehlanpassung des Empfängers aus Ausgabesignalen der Mischereinheit (520) zum Einstellen einer Phasenfehlanpassung (ϕ_ε1) des Mehrphasenfilters (130) oder einer Phasenfehlanpassung (ϕ_ε2) der Mischereinheit (520) als Reaktion auf ein Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) bestimmt, – wobei die Mischereinheit (520) eine erste Mischerschaltung (521) zum Mischen des addierten Differenzsignals (AS) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine zweite Mischerschaltung (522) zum Mischen des subtrahierten Differenzsignals (SS) mit dem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) umfasst und – wobei die Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) folgende Elemente umfasst: – eine erste Addierschaltung (551), die das Ausgabesignal der ersten Mischerschaltung (521) und das Ausgabesignal der zweiten Mischerschaltung (522) addiert, – einen Phasenschieber, der ein erstes Ausgabesignal und ein zweites Ausgabesignal mit einer Phasendifferenz von 90° aus einem Signal erzeugt, das eine Addition des Ausgabesignals der ersten Mischerschaltung (521) und des Ausgabesignals der zweiten Mischerschaltung (522) ist, oder eine dritte Mischerschaltung (561) zum Mischen des Ausgabesignals der ersten Addierschaltung (551) mit einem vierten Lokaloszillatorsignal (OS4) und eine vierte Mischerschaltung (562) zum Mischen des Ausgabesignals der ersten Addierschaltung (551) mit einem fünften Lokaloszillatorsignal (OS5), – eine erste und eine zweite Quadriereinheit (571, 572), welche die Ausgabesignale des Phasenschiebers oder der dritten und vierten Mischerschaltung (561, 562) quadrieren, und – eine zweite Addierschaltung (552), welche die Ausgabesignale der ersten und zweiten Quadriereinheit (571, 572) addiert.
Empfänger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von 90° plus einem variablen Kalibrierungsfaktor (ϕ_ε2) haben, der in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) variiert.
Empfänger nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lokaloszillatorsignal (OS2) und das erste Lokaloszillatorsignal (OS1) eine Phasendifferenz von 90° haben, wobei die Phasenfehlanpassung des Mehrphasenfilters (130) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) variiert.
Empfänger mit direkter Frequenzumsetzung, mit – einem Mehrphasenfilter (130), das ein phasengleiches Differenzsignal (I_W_RF) und ein Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) aus einem empfangenen Hochfrequenzsignal (RF) ableitet, gekennzeichnet durch – eine Differenzsignaladdierschaltung (511), die das phasengleiche Differenzsignal (I_W_RF) und das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) addiert und ein addiertes Differenzsignal (AS) erzeugt, – eine Differenzsignalsubtrahierschaltung (512), die das Quadraturphasendifferenzsignal (Q_W_RF) vom phasengleichen Differenzsignal (I_W_RF) subtrahiert und ein subtrahiertes Differenzsignal (SS) erzeugt, – eine Mischereinheit (520), die das addierte Differenzsignal (AS) mit einem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) mischt und das subtrahierte Differenzsignal (SS) mit einem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) mischt, und – eine Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550), die eine Verstärkungsfehlanpassung des Empfängers aus Ausgabesignalen der Mischereinheit (520) zum Einstellen einer Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₁, ΔA₂) des Mehrphasenfilters (130) und/oder der Mischereinheit (520) als Reaktion auf ein Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) bestimmt, – wobei die Mischereinheit (520) eine erste Mischerschaltung (521) zum Mischen des addierten Differenzsignals (AS) mit dem ersten Lokaloszillatorsignal (OS1) und eine zweite Mischerschaltung (522) zum Mischen des subtrahierten Differenzsignals (SS) mit dem zweiten Lokaloszillatorsignal (OS2) umfasst und – wobei die Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) folgende Elemente umfasst: – eine dritte Mischerschaltung zum Mischen eines durch Addieren des Ausgabesignals der ersten Mischerschaltung (521) und des Ausgabesignals der zweiten Mischerschaltung (522) erhaltenen Signals mit einem dritten Lokaloszillatorsignal (OS4), – eine vierte Mischerschaltung zum Mischen eines durch Addieren des Ausgabesignals der ersten Mischerschaltung (521) und des Ausgabesignals der zweiten Mischerschaltung (522) erhaltenen Signals mit einem vierten Lokaloszillatorsignal (OS5), – Quadriereinheiten (571, 572), welche die Ausgabesignale der dritten bzw. der vierten Mischerschaltung (561, 562) quadrieren, und – eine Addierschaltung (552), welche die Ausgabesignale der ersten und zweiten Quadriereinheit (571, 572) addiert.
Empfänger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischereinheit (520) eine variable Verstärkungseinstellschaltung (523) zum Einstellen der Verstärkung des Ausgabesignals der ersten Mischerschaltung (521) relativ zum Ausgabesignal der zweiten Mischerschaltung (522) umfasst.
Empfänger nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfehlanpassung (ΔA₁) des Mehrphasenfilters (130) in Reaktion auf das Ausgabesignal der Fehlanpassungsbestimmungseinheit (550) variiert.
Empfänger nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung der variablen Verstärkungseinstellschaltung oder die Verstärkungsfehlanpassung des Mehrphasenfilters im Sinne einer Minimierung eines durch Tiefpassfilterung eines Ausgangssignals der Addierschaltung erhaltenen Wertes variiert wird.