JP2007013937A - 熱雑音を使用する無線周波数装置のイン・シトゥ利得校正 - Google Patents

Abstract

【課題】無線周波数受信機（Ｒｘ）の利得を校正する装置は、特に、ＲＦ集積回路の利得がＣＭＯＳプロセスに内在するようなプロセスの変動の影響を受けやすいときに、ＲＦ集積回路をその動作コンフィギュレーションから取り除くことなく、長時間及び／又は広い温度に亘ってＲＦ集積回路のイン・シトゥ利得校正を達成する、特に、構造を提供する。
【解決手段】ＲＦ集積回路のＲｘパスの入力への校正信号として熱雑音を発生するように構成された熱雑音発生器を含む。この装置は、最初にＲｘパスの出力からの出力信号を測定し、その後に熱雑音に基づいてＲｘパスの利得を調整するように構成された校正器をさらに含む。一実施形態では、熱雑音発生器は終端抵抗器及び／又はインピーダンスをさらに含む。
【選択図】図２

Description

発明の簡単な説明

[0001]本発明は、一般的にワイヤレス通信に関し、特に、例えば、校正信号として熱雑音を使用する無線周波数（ＲＦ）無線受信機（Ｒｘ）の利得のイン・シトゥ校正の実行に関する。

発明の背景

[0002]バイポーラ及びバイポーラ相補型金属酸化膜半導体（ＢｉＣＭＯＳ）は、ＲＦ受信機を含むＲＦ集積回路（ＩＣ］）を製造するため使用される処理技術の例である。これらの技術は、プロセス、電圧及び温度（ＰＶＴ）に関してＲＦ受信機の比較的安定した増幅器利得を提供するが、これらの技術は複雑であり、かつ、費用がかかる。より簡単であり、かつ、費用のかからない相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）処理技術は、ＲＦ ＩＣを製造するためにこれらの技術の複雑さ及びコストを回避すべく実施されている。しかし、ＣＭＯＳに組み込まれたＲＦ受信機の利得は、ＰＶＴに関して上記の技術のように安定ではないので、増幅器利得に大きな変動を引き起こす。その結果、ＣＭＯＳベースのＲＦ ＩＣの増幅器利得は、ＲＦ受信機の適切な動作を保証するために校正されなければならない。

[0003]図１は、ＲＦ ＩＣ１０６の増幅器利得を校正する従来のシステム１００である。本例では、ＲＦ ＩＣ１０６は、メモリ１１０及びその他のＩＣ（図示せず）のように、回路基板１０４のような基板上に搭載される。ＲＦ ＩＣ１０６の利得を校正するため、システム１００は、アンテナポート１０３に接続され、利得を決定するために用いられる校正信号１０５を供給する信号発生器１１２を含む。アンテナポート１０３は、校正後にアンテナ１０２を受けるように設計される。システム１００は、ＲＦ ＩＣ１０６の利得をテストするコンピューティング装置でもよいテスタ１０８をさらに含む。テスタ１０８はＲＦ ＩＣ１０６から出力信号１０７を受信し、その後に校正信号１０５に関して利得を測定する。利得が希望値から外れるならば、テスタ１０８は、利得を希望値にセットするためＲＦ ＩＣ１０６によって用いられる校正パラメータを発生する。テスタ１０８はその後にこれらの校正パラメータを、典型的に、ＥＥＰＲＯＭのようなプログラマブル読み出し専用メモリであるメモリ１１０に記憶する。システム１００のような従来の通信ＲＦ ＩＣ校正システムは、機能はあるが、いくつかの欠点をもつ。例えば、システム１００は、通常の動作条件下の現場ではなく製造時に増幅器利得を校正するよう構成される。製造中に利得を校正するステップは、コスト及びテスト時間の増加と関連する。さらに、この校正は通常は１回行われ、校正は製造後に実行されない。従来の校正技術のその他の欠点は、初期校正パラメータが一般的に温度の暴走、又は、部品経過期間のような電気部品の動作特性を考慮しないことである。

[0004]上記の点に鑑みて、上記の欠点を最小限に抑える改良された校正装置及び技術を提供することが望ましい。

簡単な概要

[0005]特に、ＲＦ ＩＣの利得がＣＭＯＳプロセスのようなプロセスの変動の影響を受けやすいときに、ＲＦ ＩＣをその動作コンフィギュレーションから取り除くことなく、長時間及び／又は広い温度に亘って無線受信機のイン・シトゥ利得校正を達成するシステム、装置、コンピュータ読み取り可能な媒体、及び方法が開示される。特に、本発明は、ＲＦ ＩＣと同じ基板上にあるイン・シトゥ校正信号発生器を提供する。一実施形態において、イン・シトゥ校正信号発生器は、Ｒｘパスの利得を校正するために熱雑音を発生する。本発明の特定の実施形態によれば、例示的な装置は、ＲＦ集積回路のＲｘパスの入力への校正信号として熱雑音を発生するように構成された熱雑音発生器を含む。この装置は、最初にＲｘパスの出力からの出力信号を測定し、その後に推定利得に基づいてＲｘパスの利得を調整する校正器をさらに含む。種々の実施形態において、推定利得は、熱雑音源、すなわち、「ＴＮＳ」によって発生された熱雑音電力の推定量でもよい熱雑音の関数である。特に推定利得は、Ｒｘパスからの測定された熱雑音出力（例えば、測定された出力雑音電力信号値）と、Ｒｘパスへ入力される熱雑音（例えば、熱的に発生させられた入力雑音電力信号値）の関数でもよい。一実施形態では、熱雑音発生器は、終端抵抗器及び／又はインピーダンスをさらに含む。発生された熱雑音は、一般に、ＲＦ集積回路によって使用可能な周波数に亘って一定である。別の実施形態では、校正器は、利得よりもプロセス及び／又は温度の変動の影響を受けにくいＲｘパスの雑音指数（ＮＦ）から導出された量によって利得を調整する。さらに別の実施形態では、装置は、測定された周囲温度に従って雑音指数の値を調整する校正器に連結された温度センサをさらに含む。これは校正精度を改善する。なおさらに別の実施形態では、校正器はイン・シトゥ校正器であり、ＲＦ集積回路がＲＦ信号を通信するため動作状態である間に、利得を自動的に校正するように構成される。特定の実施形態では、校正器は、出力信号に基づく計算利得と期待利得との間の利得差を決定する利得評価器と、利得差と等価的な量によってＲｘパスの利得を調整する利得調整器とをさらに備える。Ｒｘパスは受信機（Ｒｘ）回路を含み、受信機のうちの１台は、Ｒｘパスの調整可能増幅器利得を提供する調整可能増幅器である。動作中に、利得調整器は調整可能増幅器に制御信号を供給し、その結果、増幅器は希望利得に一致するように測定利得を調整する。制御信号は、全体的又は部分的に、測定利得（すなわち、誤差を含む計算利得）と希望利得との間の利得差（すなわち、デルタ）を表現するデータを含む。本発明の例示的な装置は、無線受信機サブシステムの利得を校正する際、特に、サブシステムがＣＭＯＳ処理技術、又は、利得がプロセス、電圧、及び／又は、温度の経過と共に著しく変化するその他の同様の処理技術を使用して製造されるときに、特に有利である。

[0006]本発明の具体的な実施形態によれば、例示的な方法は、最初に、ＲＦ無線受信機と関連した少なくとも１個の雑音指数（ＮＦ）を使用して、ＲＦ無線受信機への入力のためモデル化される実効入力雑音電力信号値をモデル化することにより、無線周波数（ＲＦ）集積回路を校正する。次に、この方法は、測定出力雑音電力信号値を形成するためにＲＦ無線受信機からの出力雑音電力信号を測定する。この方法は、実効入力雑音電力信号値及び測定出力雑音電力信号値の関数としてＲＦ無線受信機の利得を校正することにより継続する。一実施形態では、出力雑音電力信号の測定は、熱雑音を発生することと、熱雑音をＲＦ無線受信機への校正信号として適用することを含む。熱雑音の発生と熱雑音の適用の両方は、この方法が利得のイン・シトゥ校正を実行できるように繰り返されることに注意すべきである。少なくとも一実施形態では、この方法は、校正精度を改善する測定温度を決定するため周囲温度を測定し、その後に、測定温度に基づく修正雑音指数値を形成するため少なくとも１個の雑音指数の値を修正する。特に、修正雑音指数値は温度が雑音指数に与える影響を補償する雑音指数値であり、その結果として、利得を推定するためのより頑強な雑音指数値を提供する。さらに、この方法は、修正雑音指数値に従って利得を調整できる。

[0007]特定の実施形態では、システムは、無線受信機サブシステム及びプロセッサを含み、無線受信機（Ｒｘ）パスの利得を校正するように構成される。無線受信機サブシステムは、校正信号を供給するように構成された熱雑音源と、Ｒｘパスと、１個以上のフィルタとを含む。これらのそれぞれは、熱雑音源値、Ｒｘパス雑音指数値、及び、１個以上のフィルタの等価雑音帯域幅のようなパラメータ値を提供するようにモデル化可能である。無線受信機サブシステムは、無線受信機サブシステムの利得を調整する利得調整器をさらに含む。プロセッサは、ネットワーク型コンピューティング装置の中央処理ユニット（ＣＰＵ）と通信するように構成され、実効入力雑音電力信号値を導出するパラメータ発生器を含む利得校正器を有する。パラメータ値は、熱雑音源値、Ｒｘパス雑音指数値、及び／又は、等価雑音帯域幅を含む。プロセッサは、測定出力雑音信号値を形成するためＲｘパスからの出力雑音電力信号を測定する出力計量器と、計算利得と期待利得との間の利得差を決定する利得評価器とをさらに含む。計算利得は測定出力雑音電力信号値と実効入力雑音電力信号値の関数でもよい。利得差は利得を計算する利得調整器へ渡される。特定の実施形態では、無線受信機は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）処理技術を使用してＲＦ集積回路の構成要素である。このプロセッサは、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）においてシステムを動作させる媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）モジュールを含むベースバンドプロセッサである。

[0008]本発明は、添付図面と共に記載された以下の詳細な説明との関連においてより完全に理解される。

[0021]類似した参照番号は図面の複数の図を通じて対応する部品を示す。大半の参照番号は、その参照番号を最初に導入する図を一般的に特定する１桁又は２桁の最も左側の桁を含むことに注意されたい。

例示的な実施形態の詳細な説明

[0022]図２は、一方の動作モードが本発明の一実施形態によるＲＦ受信機の利得のイン・シトゥ校正を実行するモードである少なくとも二つの動作モードを有する装置を図示するブロック図である。本実施例では、装置２００は、無線周波数（ＲＦ］）帯域内の無線信号のような無線信号として通信を受信するために一方のモードで動作し、外部校正信号とは無関係にイン・シトゥ校正を実行するためにもう一方のモードで動作する点でバイモダルである。

[0023]装置２００は、無線受信機増幅パス（Ｒｘ パス）２０８が第１のモード（すなわち、受信機モード）で無線信号を伝搬させる受信機（Ｒｘ）回路２３０を含む。Ｒｘ回路２３０は、Ｒｘパス２０８の信号伝搬特性に影響を与える。「Ｒｘ」回路２３０の実施例は、（例えば、低雑音増幅器、すなわち、ＬＮＡのような）増幅器、ミキサ、中間周波数（ＩＦ）フィルタのようなフィルタリング回路、アナログ・デジタル変換器、ベースバンド回路、及び、ＲＦ受信機を実施するため適したその他の知られている回路を含む。一部の実施形態では、無線受信機サブシステム２０２は、第１のモードで、例えば、８００ＭＨｚ〜５．２ＧＨｚの周波数でワイヤレス信号を送受信するＲＦトランシーバー装置として動作する無線周波数フロントエンド（ＲＦＦＥ）の少なくとも一部を構成する。少なくとも一つの特定の実施形態では、無線受信機サブシステム２０２はＲＦ ＩＣの一部分として単一基板に形成される。

[0024]装置２００は、利得校正器２０６及びイン・シトゥ校正信号発生器２１４をさらに含み、両方ともに第２のモード（すなわち、校正モード）において無線受信機サブシステム２０２の利得を校正するため構成される。本実施例では概念的にスイッチとして示されているモード選択２００は、Ｒｘパス２０８に信号を伝搬する信号源を選択し、信号源はアンテナ２１０でもイン・シトゥ校正信号発生器２１４でもよい。無線受信機サブシステム２０２に関連した利得を校正するため、イン・シトゥ校正信号発生器２１４は、熱雑音電力信号のような内部発生信号を発生し、その後に、Ｒｘパス２０８のＲｘパス入力２１２ａへ入れる。イン・シトゥ校正信号発生器２１４は、種々のタイプの校正信号を発生するように構成可能であるが、少なくとも一実施形態では、イン・シトゥ校正信号発生器は校正信号として熱雑音電力信号を発生する。校正信号は一部の実施形態では熱雑音電力信号でもよいので、校正信号は、無線受信機サブシステム２０２の他の電子部品（例えば、Ｒｘ回路２３０）によって発生された熱雑音を同様に含むようにモデル化可能である。したがって、校正信号は、Ｒｘパス２０８と関連した全等価熱雑音特性を表現する実効入力雑音電力信号としてモデル化できる。少なくとも一実施形態では、実効入力雑音電力信号は、Ｒｘパス２０８を表す少なくとも１個の雑音指数（ＮＦ）値と、イン・シトゥ校正信号発生器２１４によって発生された雑音電力を表す電力信号とを使用して導出される。雑音指数値は当業者によって十分に理解され、より詳細に説明される必要はない。

[0025]校正モード中に、利得校正器２０６は、最初に、Ｒｘパス２０８のＲｘパス出力２１２ｂで熱的に発生した雑音電力信号を測定する。次に、利得校正器は、Ｒｘパス出力２１２ｂからの測定熱雑音電力信号と、実効入力雑音電力信号値との両方の関数として、無線受信機サブシステム２０２の利得を決定する。利得校正器２０６は、利得を計算した後、次に、制御ライン２０４を介してＲｘパス２０８の利得を希望利得値に調整する。特定の実施形態では、Ｒｘパス２０８から外れた「Ｒｘ」回路２３０の一部は、内部的に発生された雑音が無線受信機サブシステム２０２の校正と干渉することを最小限に抑えるために無効又は使用不能状態にされる。

[0026]有利的には、（校正信号としての）熱雑音電力信号と、Ｒｘパス２０８のＮＦ値の両方は、プロセスの変動範囲に亘って利得よりも確実に一定であり、温度及び電圧の範囲に亘って予測可能である。したがって、本発明の種々の実施形態は、ＲＦ受信機のイン・シトゥ利得校正のための局部的な校正信号を提供するので、利得校正は「進行中」に行われ、その結果として、製造中に予定どおりの利得校正を実行するか、又は、校正パラメータをメモリ装置に保存する必要性を除去する。したがって、Ｒｘパス２０８の利得は、温度の暴走又は経年変化する電気部品の動作特性の変化のどちらとも無関係に、ほぼその動作の希望値に校正される。さらに、イン・シトゥ校正信号発生器２１４は、本発明の実施形態によれば、無線受信機サブシステム２０２の１個以上の既存の電子部品を使用して実施されるので、熱雑音電力信号を発生するために付加的な電気部品を必要としない。或いは、イン・シトゥ校正信号発生器２１４は、非熱的に発生した信号を発生するように構成された専用校正信号発生器として実施される。代替的な実施形態では、利得校正器２０６は、利得校正中に測定誤差を解明することにより、及び／又は、周囲温度を利得計算プロセスに因子化することにより、利得校正の精度を改善する。

[0027]例示的な利得校正器２０６は、計算利得と期待利得との間の利得差を決定し、その後に利得差に等価的な量によってＲｘパス２０８の利得を調整するように構成される。計算利得を決定するため、利得校正器２０６は、Ｒｘパス出力２１２ｂで出力雑音電力信号を定量化（すなわち、測定）する。特定の実施形態では、利得校正器２０６は、式（１）の通りに計算利得を決定し、それによって、計算利得が出力雑音電力信号値と実効入力雑音電力値の両方の関数として記述され、
Ｇ_ＲＸ＝Ｐ_ｍＯＵＴｄＢｍ−Ｐ_{ｅｆｆＩＮ}ｄＢｍ［±デルタｄＢｍ］ 式（１）
式中、Ｇ（ＲＸ）は計算利得であり、Ｐ（ｍＯＵＴ）は計量（すなわち、測定）された雑音出力電力信号値であり、Ｐ（ｅｆｆＩＮ）は実効入力雑音電力信号値である。

[0028]式（１）に示されるように、「デルタ」は推定パラメータ値の累積誤差として場合により組み込まれる。本発明の利得校正器は、Ｒｘパスの利得が希望利得から＋／−デルタｄＢｍの範囲で利得値の範囲内で調整されることを保証するため、オプションとして「デルタ」を使用する。本明細書に記載された校正器２０６と校正技術を実施しないならば、Ｒｘパス２０８の利得はプロセスの変動に起因して±１５ｄＢ変化する。この利得の揺らぎの量は、一般に、殆どの無線受信機の実施で許容できない。校正器２０６は、著しいプロセスの変動から比較的影響されない予測可能パラメータ値から実効入力雑音電力信号値Ｐ（ｅｆｆＩＮ）を導出することにより、±５ｄＢ以下のデルタの範囲内で利得を校正するように構成される。これらのパラメータの一部は図３〜５を参照して次に説明される。一実施形態では、利得校正器２０６は、以降のパラメータ値：熱雑音源（ＴＮＳ）によって発生されるような熱雑音電力の推定量Ｐ（ＴＮＳ）、Ｒｘパス２０８の雑音指数値（ＮＦ（Ｒｘパス））、及び、フィルタ３０８の等価雑音帯域幅値（ＥＱ＿ＮＢＷ）の推定値に基づいてＰ（ｅｆｆＩＮ）を計算又は実施する。

[0029]本発明の実施形態による、雑音指数（ＮＦ）値をもつようにモデル化された無線受信機サブシステムの等価回路のブロック図である。無線受信機サブシステム２０２は、モデル化されるべき第１のパラメータであり、Ｐ（ｅｆｆＩＮ）の決定に組み込まれる入力熱雑音信号３０３を発生するように構成された熱雑音源（ＴＮＳ）３０２を含むことが示されている。ＴＮＳ３０２は、自由電子のランダム運動に起因する熱雑音電力を発生し、一般的に殆どの周波数スペクトルの全体に亘って一定である。熱雑音電力は以下の式（２）：
Ｐ_ＴＮＳ＝10log(kT)＝10log(kT₀T/T₀)＝−174＋10log(T/T₀) 式（２）
によって推定され、式中、Ｐ（ＴＮＳ）はｄＢｍ／Ｈｚの単位で表現された推定熱雑音電力を表し、ｋはボルツマン定数であり、Ｔ_０は３００度ケルビンである。一実施形態では、熱雑音源３０２は、無線受信機サブシステム２０２の、５０オーム終端抵抗器のような既存の電子部品として実施される。このような抵抗器は、典型的に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の前に置かれるフロントエンド受信機帯域フィルタのようなフィルタの一部を形成する。よって、ＴＮＳ３０２は、熱雑音電力量Ｐ（ＴＮＳ）を発生する雑音源としてモデル化される。

[0030]Ｐ（ｅｆｆＩＮ）を計算するため使用される第２のパラメータは、Ｒｘパス２０８の雑音指数、すなわち、ＮＦ（Ｒｘパス）である。Ｒｘパス２０８を校正するとき、入力熱雑音信号３０３は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０４を介して、局部発振器（ＬＯ）によってドライブされるミキサ３０６まで移動する。無線受信機サブシステム２０２の上記の構成部品及びその他の構成部品（図示せず）は、Ｒｘパス２０８を通過する信号に付加される熱雑音を総合的に生成し、その結果、入力信号対雑音比を劣化させる。Ｒｘパス２０８の雑音指数ＮＦ（Ｒｘパス）はこの劣化の指標である。無線受信機サブシステム２０２の設計及び回路レイアウトは、主としてＮＦ（Ｒｘパス）の値に影響を与えるので、雑音指数値は、同じプロセスで製造されたＲＦ ＩＣ間で＋／−１５ｄＢ変化し得るＲｘパス２０８の利得より、プロセス、電圧及び温度の変動の範囲で比較的安定である（すなわち、ＮＦ値の間の偏差が小さい）。実際に、ＮＦ（Ｒｘパス）値は、かなり多数の方法で決定され、そのうちの一つの方法は、無線受信機サブシステム２０２のソフトウェアモデルを使用する雑音シミュレーションの実行を含む。一実施形態では、ＮＦ（Ｒｘパス）値は、第２のパラメータとして推定ＮＦ（Ｒｘパス）値を形成するために無線受信機サブシステム２０２を実施するいくらかの台数の電子装置に亘ってＲｘパス２０８の雑音指数を測定することにより経験的に決定される。

[0031]Ｐ（ｅｆｆＩＮ）を計算するため使用される第３のパラメータは、１個以上のフィルタ３０８の等価雑音帯域幅値（ＥＱ＿ＮＢＷ）である。入力雑音電力信号は、ＬＮＡ３０４によって増幅された後、次に、ＩＦフィルタ（例えば、表面音響波、すなわち、ＳＡＷフィルタ）又はベースバンドフィルタ（例えば、ローパスフィルタ、すなわち、ＬＰＦ）が例に含まれる１個以上のフィルタ３０８を通過するときに帯域制限される。その後、無線受信機サブシステム２０２の出力は、利得係数により入力の増幅を表現する値を有する出力雑音電力信号３１３として表される。本発明の特定の実施形態では、ＥＱ＿ＮＢＷは以下の式（３）：
ＥＱ＿ＮＢＷ＝10loag(ＢＷ) 式（３）
によって推定され、式中、ＥＱ＿ＮＢＷはＨｚで表現され、Ｒｘパス２０８の動作帯域幅に依存する。よって、上記に鑑みて、式（１）の実効構成信号Ｐ（ｅｆｆＩＮ）は以下の式（４）：
Ｐ(ｅｆｆＩＮ)＝［Ｐ(ＴＮＳ)］＋［ＮＦ(Ｒｘパス)］＋［ＥＱ＿ＮＢＷ］ 式（４）
によって決定され、式中、Ｐ（ＴＮＳ）、ＮＦ（Ｒｘパス）、及び、ＥＱ＿ＮＢＷは、特定の実施形態によれば、推定パラメータ値である。したがって、式（４）は、本発明の実施形態によれば、Ｒｘパス入力２１２ａ（図３）への入力としてモデル化され、Ｒｘパス２０８の利得を校正するため、全体的又は部分的に、使用可能な校正信号を表現する。これらの推定パラメータ値の実施例は、Ｐ（ＴＮＳ）に対する−１７４ｄＢｍ／Ｈｚ、ＮＦ（Ｒｘパス）に対する７ｄＢ、及び、ＥＱ＿ＮＢＷに対する７３ｄＢである。

[0032]利得校正器２０６は、推定パラメータ値と関連した誤差寄与に起因するコレクティブトレランスとして式（１）の「デルタ」を決定するために以下の式（５）：
デルタ＝ΔＰ(ＴＮＳ)＋ΔＮＦ(Ｒｘパス)＋10log(１＋ΔＢＷ／ＢＷ) 式（５）
を使用し、式中、ΔＰ（ＴＮＳ）は周囲動作温度の揺らぎに起因する誤差量であり、ΔＮＦ（Ｒｘパス）はＰＶＴ（すなわち、プロセス、電圧、及び、温度）の揺らぎに起因する誤差量であり、ΔＢＷは動作帯域幅への無線受信機サブシステム２０２の帯域制限に起因する。式（２）は、一実施形態によれば、Ｔ０が３００度ケルビンに一致すると仮定され、動作中の周囲温度が０℃から６５℃までの範囲に制限されるならば、ΔＰ（ＴＮＳ）が約±０．４ｄＢであることを決定する。ΔＮＦ（Ｒｘパス）は、典型的に、無線受信機サブシステム２０２の種々の設計に亘って±２ｄＢまで変化し、その値は経験的に、又は、シミュレーションによって決定される。式（３）は、フィルタ３０８が一例として約２０ＭＨｚに帯域制限されるならば、ΔＢＷ（すなわち、ΔＥＱ＿ＮＢＷ）が±１．０ｄＢ未満（例えば、±０．７ｄＢ）であることを推定する。一部の実施形態では、ΔＰ（ＴＮＳ）及びΔＮＦ（Ｒｘパス）は、周囲動作温度の揺らぎに起因する誤差の大きさ、及び、ＰＶＴの温度成分の揺らぎに起因する誤差の量を削減するために温度補償される（すなわち、周囲温度に従って修正される）ことに注意すべきである。

[0033]図２をもう一度参照すると、利得校正器２０６は、式（１）に従って計算利得Ｇ（ＲＸ）を決定するように構成される。実効入力雑音電力値Ｐ（ｅｆｆＩＮ）及びデルタ値を決定するために、それぞれ、式（４）及び（５）を使用することにより、利得校正器２０６は、計量された（測定された）雑音出力電力信号値Ｐ（ｍＯＵＴ）が与えられるならば、Ｇ（ＲＸ）を定式化できる。その後、利得差（Δ利得）が計算利得を希望値に調整するため以下の式（６）：
Δ利得＝Ｇ（ＲＸ）−Ｇ（希望） 式（６）
によって記述されるように形成され、式中、Ｇ（希望）はＲｘパス２０８の利得が調整されるべき希望利得である。希望利得Ｇ（希望）はユーザ定義可能である。

[0034]図４は、周波数に関係した雑音指数（ＮＦ（ｆ））のグラフ表現であり、本発明の実施形態による実効校正信号として実効入力雑音電力値Ｐ（ｅｆｆＩＮ）の値を表す。ＮＦ（ｆ）４００は、ＲＦ無線受信機のアンテナ（すなわち、Ｒｘパスへの入力）の場所、又は、近くの例示的な熱雑音源によって発生された熱雑音が殆どの周波数に亘って雑音指数値４０８を有することを示し、その値がｄＢｍ／Ｈｚ単位のＰ（ＴＮＳ）によって表現されている。付加的な雑音の量４１０（例えば、〜７ｄＢ）は、信号がＲＦ無線受信機の中を伝搬するときに信号に追加され、よって、ｄＢ単位でＲｘパスの雑音指数を記述する。したがって、ｄＢｍ／Ｈｚ単位でＰ（ｅｆｆＩＮ）の値を有する実効雑音電力信号４０４は、ＲＦ受信機パスの利得を決定するための入力信号として確定される。ＮＦ（ｆ）はＰ（ｅｆｆＩＮ）に対し〜２ｄＢのような誤差マージン４０２を含み、Ｐ（ｅｆｆＩＮ）に対して示された値は式（３）による帯域制限を受けていない。説明の目的のため、本実施例でのＲｘパスは、周波数ｆ０に中心が置かれた２０ＭＨｚの帯域幅であるとして示されている帯域幅４２０に帯域制限されている。図５は、フィルタ３０８（図３）を実施するため適した例示的なフィルタの周波数特性を表すグラフ５００である。特に、フィルタ３０８は、このようなフィルタがベースバンドフィルタ（例えば、ローパスフィルタ、すなわち、ＬＰＦ）である場合のフィルタ特性５０２を示す。或いは、フィルタ３０８は、このようなフィルタがＩＦフィルタ（例えば、表面音響波、すなわち、ＳＡＷフィルタ）である場合のフィルタ特性５０５を示す。

[0035]図６〜１０は、利得校正器が利得構成中の測定誤差を緩和するように構成された本発明の種々の実施形態を記載する。図６は、ベースバンドアナログ信号を、Ｎビット幅、例えば、１０ビット幅でもよい出力６０４で量子化されたワードに変換するアナログ・デジタル（ＡＤ）変換器６０２を含むＲＦ無線サブシステムのブロック図６００である。校正中に、雑音電力信号がＡＤ変換器６０２の入力６０６に供給される。本発明の実施形態によれば、ＡＤ変換器６０２に内在する変換誤差は推定され、雑音出力電力信号の測定中に利得校正の精度を改善するため使用される。特に、利得校正器２０６（図２）は、ＡＤ変換中のクリッピング誤差、量子化雑音、及び、サンプルサイズを考慮するように構成される。

[0036]図７は利得校正中のＡＤ変換器のための動作のウィンドウを示し、ウィンドウは本発明の特定の実施形態に従って測定誤差を改善する。ＡＤ変換器６０２は、上端における動作のフルスケールレベル７０２と、下端における量子化雑音フロア７１２との間に画定された動作のダイナミックレンジを有する。出力６０４（図６）におけるデジタル化された雑音出力電力信号はクリッピングを回避するために上限７０４より下にあるが、計算利得を決定する際に量子化雑音の影響を最小限に抑えるために十分に頑強であろう。クリッピングと量子化雑音誤差の両方は、ＡＤ変換プロセスに影響を与える雑音に起因する。理想的には、入力６０６における雑音電力信号は、出力６０４におけるデジタル化された出力雑音電力信号が、正確な利得校正を妨げることになる許容できない測定誤差の影響を受けないことを保証するために、デジタル化された雑音出力電力信号レベル７１０付近で動作するであろう。上限７０４を決定する「バックオフ」７０６の量と、下限７１４を設定する「マージン」７１６の量は、それぞれ、図８及び９に記載されている。

[0037]図８は、本発明の特定の実施形態による、入力６０６における雑音電力信号のクリッピングに起因する推定クリッピング誤差（Ｐｃｅ）と、ピーク対平均比（ＰＡＲｃｌｉｐ）との間の例示的な関係を表すグラフ８００である。図７のΔ１はピーク対平均比、すなわち、ＰＡＲｃｌｉｐを表すことに注意すべきである。図８は、Ｐｃｅの値及びＰＡＲｃｌｉｐの値がそれぞれＹ軸及びＸ軸に沿うことを示す。本実施例において、推定誤差Ｐｃｅが２％の飽和と関連した−０．１ｄＢより大きくないことが望ましい場合を考える。図に示されるように、−０．１ｄＢの推定クリッピング誤差は、約１０ｄＢのＰＡＲｃｌｉｐ値８０２を意味し、この約１０ｄＢは特定のＰｃｅの値に対する動作のフルスケールレベルからのＰＡＲｃｌｉｐ、すなわち、図７のΔ１によるバックオフに必要な量である。例えば、上限７０４は、Δ１であるＰＡＲｃｌｉｐ値８０２を用いてバックオフすることによって、すなわち、０ｄＢフルスケール動作限界を低下させることによって決定される。

[0038]図９は、本発明の実施形態による、ＡＤ変換中の量子化雑音「Ｐｑ」と熱雑音電力「Ｐｎ」との間のマージンに起因する推定マージン誤差（Ｐｍ）の間の例示的な関係を表すグラフである。例えば、Ｐｍは以下の式（７）：
Ｐ_ｍ＝10log（１＋10^{−Ｒ／１０}） 式（７）
から導出され、式中、ＲはＰｎの値とＰｑの値との間の差と等価である（すなわち、Ｒ≡Ｐｎ−Ｐｑ）。本実施例において、推定マージン誤差Ｐｍは０．１ｄＢより大きくないことが望ましい場合を考える。図に示されるように、０．１ｄＢの推定マージン誤差Ｐｍは、約１７ｄＢの「Ｐｎ−Ｐｑ」値９０２を意味する。「Ｐｎ−Ｐｑ」の値９０２は、計算利得を決定するため使用される雑音電力信号（すなわち、図７の下限）と、ＡＤ変換器の量子化雑音フロアとの間のマージンを提供するために必要な量である図７のΔ２を表現することに注意すべきである。図８及び９のそれぞれの推定誤差Ｐｃｅ及びＰｍの両方は、理論的に（例えば、予め決められるか、若しくは、進行中に）決められるか、経験的に決められるか、又は、それらの組み合わせで決められることに注意すべきである。

[0039]図１０は、本発明の実施形態による、サンプルサイズのサンプル量Ｎｓに起因する出力雑音電力信号を計量又は測定する際の推定誤差（Ｐｍｅａｓ）と例示的な関係を表すグラフ１０００である。ＲＦ無線受信機のＲｘパスのＤＣオフセットがＲｘパス利得校正より前に校正されている場合を最初に考える。従って、ガウス雑音信号は一般にＤＣ成分がなく、したがって、測定出力雑音電力信号Ｐ（ｍＯＵＴ）の推定値が以下の式（８）：

によって決定され、式中、測定された（すなわち、計量された）雑音出力電力信号値Ｐ（ｍＯＵＴ）の標準偏差が以下の式（９）：

によって決定される。

[0040]その結果、推定誤差「Ｐｍｅａｓ」は、２シグマの信頼区間で±０．４ｄＢ未満であることが望ましいならば、サンプルサイズＮｓは１０００より大きいことが必要である。上記のＰｍｅａｓの決定は時間領域に関係することに注意すべきである。一部の実施形態では、電力スペクトル密度推定の技術を使用して周波数領域でＰｍｅａｓを計算する方が有利である。その結果、ＤＣオフセットは、ビン０にあるとき容易に除去される。同様に、帯域幅の変動は、水晶発振器の精度の点でより良好に制御されるので、電力スペクトル密度の平らな部分に亘る積分を容易化する。さらに、スパー（すなわち、電力スペクトル密度のピーク）はより容易に排除される。

[0041]図１１は、本発明の種々の実施形態による利得校正で使用される推定許容誤差の表を示す。図に示されるように、±３．７ｄＢの全体的な許容誤差は、上記の説明で導かれた典型的な許容誤差に基づいて決定される。図１２の利得校正器は、Ｒｘパスの利得を調整するための利得差を決定するために、これらの許容誤差を、それらの関連したパラメータ値と同様に使用するように構成される。

[0042]図１２は、本発明の実施形態による、無線受信機サブシステムと、イン・シトゥ利得校正のための出力雑音電力信号を少なくとも測定するように構成されたプロセッサとを含むシステムを表すブロック図である。システム１２００は、熱雑音源２１４及び任意の熱センサ１２０４（例えば、オンチップ）を有する無線受信機サブシステム１２０２を含む。熱センサ１２０４は、雑音指数（ＮＦ）への温度効果の変動性を除去校正するために導入される。ＮＦは、例えば、−２０〜８５℃の温度の範囲に亘って温度のほぼ線形関数であるので、一部の実施形態における利得校正の精度は０．５ｄＢから１．０ｄＢまで良くなる。特に、雑音指数が温度の変動と相関関係があるならば、温度を決定することにより、雑音指数の精度は０．５〜１ｄＢのいずれかの値で良くなる。熱雑音電力の推定量Ｐ（ＴＮＳ）が、同様に、温度と相関関係があるならば（すなわち、測定温度を含むならば）、無線受信機サブシステムの全体的な精度は０．８ｄＢ〜１．３ｄＢのいずれかの値によってさらに改善される。

[0043]システム１２００は、イン・シトゥ利得校正器１２５２を収容するプロセッサ１２５０をさらに含む。プロセッサ１２５０は中央処理ユニットでもよく、又は、いずれかの知られているコンピューティング装置でもよいが、プロセッサ１２５０は、少なくとも一つの特定の実施形態において、媒体アクセスコントローラ（ＭＡＣ）モジュールを含むシングルチップベースバンドプロセッサ（ＢＢＰ）であり、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）アプリケーションで動作するように構成される。したがって、無線受信機サブシステム１２０２は、少なくとも２．４ＧＨｚ〜５．２ＧＨｚの周波数範囲と、同様にその他の適当な周波数とで動作するように構成可能である。一部の実施形態では、プロセッサ１２５０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘ標準規格又は同等な規格で動作する。プロセッサ１２５０は、データパス１２１０を介して、無線受信機サブシステム１２０２に連結され、例えば、ＡＤ変換器の出力から、少なくともデジタル化された出力雑音電力信号を受信する。プロセッサ１２５０は、校正プロセスを管理するため、制御ライン１２１２を介して、制御信号を同様に通信する。例えば、制御ライン１２１２は、イン・シトゥ利得校正器１２５２によって使用される周囲温度を表す熱データを伝達する。

[0044]イン・シトゥ利得校正器１２５２は、イン・シトゥ利得校正器２０６（図２）と動作及び／又は構造が類似するが、図１２に示されたイン・シトゥ利得校正器は、利得評価器１２６０及び利得調整器１２７０を含み、両方共にハードウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせにより構成されている。利得評価器１２６０は、データパス１２１０を介して熱雑音電力信号を測定し、その後に、測定された熱雑音電力信号、及び、Ｒｘパスの少なくとも実効雑音指数（ＮＦ）値の関数として、無線受信機サブシステム１２０２の利得を決定する。利得評価器１２６０が利得を決定した後、次に、利得調整器１２７０は、必要に応じて、制御ライン１２１２を介してＲｘパスの利得を希望利得値に調整する。例えば、利得調整器１２７０は、無線受信機サブシステム１２０２内の調整可能な増幅器（図示せず）に制御信号１２１２を供給するように構成されるので、増幅器は、希望利得又は期待利得に一致するように測定利得を調整することができる。制御信号１２１２は、全体的又は部分的に、計算利得（すなわち、誤差を含む測定利得に基づいている）から希望利得までの利得差（すなわち、利得を期待値に調整する利得の量）を表現するデータを含む。

[0045]一実施形態では、利得評価器１２６０は、出力計量器（ＯＱ）１２６２及びパラメータ発生器（ＰＧ）１２６４を含む。出力計量器１２６２は、全体的又は部分的に、上記のＰｍＯＵＴを表す値を測定するように構成される。種々の実施形態において、出力計量器１２６２は、クリッピング誤差、量子化雑音、ＡＤ変換器６０２のサンプルサイズなどに起因する測定誤差を最小限に抑えるようにＰｍＯＵＴを表現する値を測定する。特に、出力計量器１２６２は、利得校正の精度を最適化するために、「バックオフ」（すなわち、ＰＡＲｃｌｉｐ）値、「マージン」（すなわち、Ｐｎ−Ｐｑ）値、及び、サンプルサイズ値を示すパラメータ値を使用する。パラメータ発生器（ＰＧ）１２６４は、すべてが上記されているＰ（ＴＮＳ）、ＮＦ（Ｒｘパス）、及び、ＥＱ＿ＮＢＷと、同様にそれらの許容誤差のような他のパラメータ値を発生するように構成される。パラメータ発生器（ＰＧ）１２６４は、式（５）に従ってＰ（ｅｆｆＩＮ）の値を形成するためにパラメータ及び許容誤差（すなわち、デルタ）を使用する。その後、利得評価器１２６０は、式（１）に従って計算利得Ｇ（ＲＸ）を発生するため、出力計量器１２６２からのＰｍＯＵＴの値とパラメータ発生器（ＰＧ）１２６４からのＰ（ｅｆｆＩＮ）の値とを使用する。その後、利得調整器１２７０は、式（６）に従ってΔ利得の値を決定し、その後に、増幅器利得を調整するためその値を使用することができる。少なくとも一実施形態において、イン・シトゥ利得校正器１２５２は、「デルタ」のような上記の許容誤差の範囲内で式（１）及び（６）を使用してＲｘパスの利得を校正する。

[0046]利得校正器１２５２の機能はプロセッサ１２５０に限定されるべきでないことに注意する必要がある。他の実施形態では、図１２に記載された要素の種々の機能がシステム１２００の全域、及び、システムの域を超えて分布される。例えば、調整器１２７０は無線受信機サブシステム２０２に存在する。その他のケースでは、イン・シトゥ利得校正器１２５２と利得調整器１２７０（又はそれらの機能的な部分）の両方が無線システム２０２内に一緒に置かれる。少なくとも一実施形態において、無線受信機サブシステム１２０２は、ＣＭＯＳ、又は、利得がＰＶＴに亘って著しく変化するその他の同様の半導体技術で製造される。システム１２００は、その無線受信機サブシステムのイン・シトゥ利得校正を実行するので、Ｒｘパスの利得は、温度の暴走又は経年変化した電気部品の動作特性の変化のいずれとも無関係に、ほぼその動作の希望値に校正される。よって、（ラップトップ、携帯電話機などの）コンピューティング装置がシステム１２００を実施するならば、本発明の利得校正は、コンピューティング装置が動作する間の（例えば、寒い冬から暑い夏までの）温度の範囲とは無関係に、そのワイヤレス受信の動作を最適化する。

[0047]本発明の通信システムが送信及び受信するため適した周波数の実施例は、ＩＥＥＥ規格８０２．１１によって管理されるワイヤレスＬＡＮアプリケーションで使用される周波数である。本発明は、広範囲の周波数に適用可能である。上記の記載は、説明の目的のため、本発明の完全な理解を提供するように特定の術語を使用した。しかし、本発明を実施するために具体的な詳説が必要とされないことは当業者に明らかである。実際には、この記載は、本発明の何らかの特長又は態様をいずれかの実施形態に限定するように読まれるべきでなく、それどころか、一実施形態の特長及び態様は他の実施形態と容易に入れ替えられる。例えば、実施形態の上記の記載はＲＦ通信システムに関連するが、検討内容はすべての通信システムに適用される。よって、本発明の特定の実施形態の上記の記載は、例示と説明のために提示されている。上記の記載は、網羅的であること、又は、発明を開示されたものと全く同一の形式に限定することを目的とすることなく、明らかに、多数の変更及び変形が上記の教示を考慮して可能である。実施形態は、発明の原理及びその実際的なアプリケーションを最も良く説明するために選択され記載されているので、当業者が発明及び考えられる特定の使用に適するような種々の変更を伴う種々の実施形態を最良に利用することを可能にする。特に、明細書に記載されたすべての利点が必ずしも本発明の各実施形態によって実現されなくてもよく、むしろ、ある特定の実施形態は上記の利点のうちの一つ以上を提供することが可能である。特許請求の範囲及びその均等の範囲は発明の範囲を規定することが意図されている。

ＲＦ集積回路の増幅器利得を校正する従来のシステムである。 一方の動作モードが本発明の一実施形態によるＲＦ受信機の利得を校正するイン・シトゥ校正モードである少なくとも二つの動作モードを有する装置を図示するブロック図である。 本発明の少なくとも一実施形態による、雑音指数（ＮＦ）値をもつようにモデル化された無線受信機サブシステムの等価回路のブロック図である。 周波数に対する雑音指数（ＮＦ（ｆ））のグラフ表現であり、本発明の実施形態による校正信号としての有効入力雑音電力信号の値を示す図である。 本発明の少なくとも一実施形態による図３のフィルタを実施するため適した例示的なフィルタの周波数特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるベースバンドアナログ信号を量子化された「Ｎ」ビットのワードに変換するアナログ・デジタル（ＡＤ）変換器を含むＲＦ無線サブシステムのブロック図である。 本発明の特定の実施形態によって測定誤差を改善する、利得校正中のＡＤ変換器の動作のウィンドウを示す図である。 本発明の特定の実施形態による雑音電力信号のクリッピングに起因する推定誤差（Ｐｃ）とピーク対平均比（ＰＡＲｃｌｉｐ）との間の例示的な関係を示すグラフである。 本発明の実施形態による、ＡＤ変換中における、量子化雑音「Ｐｑ」と熱雑音電力「Ｐｎ」の間のマージンに起因する推定誤差（Ｐｍ）の間の典型的な関係を示すグラフである。 本発明の実施形態による、特定のサンプルサイズに対する、あるサンプル量Ｎｓの選択に起因する出力雑音電力信号を計量（すなわち、測定）するときの推定誤差（Ｐｍｅａｓ）の間の例示的な関係を示すグラフである。 本発明の種々の実施形態による利得校正で使用される推定許容誤差の表を示す。 本発明の実施形態による、無線受信機サブシステム、及びイン・シトゥ利得校正のための出力雑音電力信号を少なくとも測定するように構成されたプロセッサを含むシステムを示すブロック図である。

符号の説明

２００…装置、２０２…無線受信機サブシステム、２０４…制御ライン、２０６…利得校正器、２０８…Ｒｘパス、２１０…アンテナ、２１２ａ…Ｒｘパス入力、２１２ｂ…Ｒｘパス出力、２１４…イン・シトゥ校正信号発生器、２２０…モード選択、２３０…Ｒｘ回路、３０２…熱雑音源、３０３…入力熱雑音信号、３０４…低雑音増幅器、３０６…局部発振器、３０８…フィルタ、３１３…出力雑音電力信号、６０２…ＡＤ変換器、６０４…出力、６０６…入力、１２００…システム、１２０２…無線受信機サブシステム、１２０４…熱センサ、１２１０…データパス、１２１２…制御ライン、１２５０…プロセッサ、１２５２…利得校正器、１２６０…利得評価器、１２６２…出力計量器、１２６４…パラメータ発生器、１２７０…利得調整器。

Claims (10)

1. 無線周波数（ＲＦ）集積回路の無線受信機（Ｒｘ）パスの利得を校正する装置であって、
   前記Ｒｘパスの入力への校正信号として熱雑音を発生するように構成された熱雑音発生器と、
   前記Ｒｘパスの出力からの出力信号を測定し、前記熱雑音に基づいて前記Ｒｘパスの利得を調整するように構成された校正器と、
   を備える装置。
2. 前記熱雑音発生器が終端抵抗器又はインピーダンスをさらに備え、前記熱雑音発生器から発生された前記熱雑音が前記ＲＦ集積回路によって使用可能な周波数に亘って実質的に一定である、請求項１に記載の装置。
3. 前記校正器が前記Ｒｘパスの雑音指数（ＮＦ）から導出された量によって前記利得を調整し、前記雑音指数が前記利得よりもプロセス及び温度に亘る変動の影響を受けにくい、請求項２に記載の装置。
4. 前記校正器が、
   前記出力信号に基づく計算利得と期待利得との間の利得差を決定するように構成された利得評価器と、
   調整可能な増幅器を含む前記Ｒｘパスの前記利得を前記利得差と等価な量によって調整するように構成された利得調整器と、
   をさらに備える、請求項１に記載の装置。
5. 前記校正器が、前記ＲＦ集積回路がＲＦ通信信号を受信するように構成されたままである間に前記利得を校正するため校正信号を発生するように構成されたイン・シトゥ校正器であり、
   前記装置が、
   校正精度を改善するため測定周囲温度に従って雑音指数の値を調整する前記校正器に連結された温度センサと、
   アンテナからＲＦ通信信号を受信するように構成されたアンテナポートと、
   前記利得に影響を与える前記ＲＸパスに配置された増幅器と、
   前記Ｒｘパスに連結され、第１のモードにおいて前記アンテナポートからの信号源を選択し、又は、第２のモードにおいてイン・シトゥ校正発生器からの信号源を選択するように構成されたモード選択器と、
   をさらに備え、
   前記ＲＦ集積回路が、
   受信機モードで動作するときにＲＦ通信信号を増幅するため前記第１のモードで動作し、
   校正モードで動作するときに前記校正信号を増幅するため前記第２のモードで動作する、請求項１に記載の装置。
6. 無線周波数（ＲＦ）集積回路を校正する方法であって、
   ＲＦ無線受信機への入力としてＲＦ無線受信機と関連した少なくとも１個の雑音指数（ＮＦ）値から実効入力雑音電力信号値をモデル化するステップと、
   測定出力雑音電力信号値を形成するため前記ＲＦ無線受信機からの出力雑音電力信号を測定するステップと、
   前記実効入力雑音電力信号値及び前記測定出力雑音電力信号値の関数として前記ＲＦ無線受信機の利得を校正するステップと、
   を備える方法。
7. 前記出力雑音電力信号を測定するステップが、
   熱雑音を発生する工程と、
   前記ＲＦ無線受信機への校正信号として前記熱雑音を適用する工程と、
   を備え、
   熱雑音を発生するステップ及び前記熱雑音を適用するステップが、前記利得のイン・シトゥ校正を実行するため繰り返される、請求項６に記載の方法。
8. 校正精度を改善するための測定温度を決定するため周囲温度を測定するステップと、
   前記測定温度に基づいて修正雑音指数値を形成するため前記少なくとも１個の雑音指数の値を修正するステップと、
   前記修正雑音指数値に従って前記利得を調整するステップと、
   をさらに備える、請求項６に記載の方法。
9. 前記実効入力雑音電力信号をモデル化するステップが、
   推定熱雑音値の第１の雑音指数値を決定する工程と、
   前記ＲＦ無線受信機のＲｘパスの第２の雑音指数値を決定する工程と、
   前記Ｒｘパスの等価雑音帯域幅を決定する工程と、
   前記第１の雑音指数値、前記第２の雑音指数値、及び、前記等価雑音帯域幅から前記実効入力雑音電力信号値を導出する工程と、
   を備える、請求項６に記載の方法。
10. 前記利得を校正するステップが、
    前記測定出力雑音電力信号値及び前記実効入力雑音電力信号値に基づいて計算利得を計算する工程と、
    前記計算利得と希望利得との間の利得差を決定する工程と、
    前記利得差と等価的な量によって前記ＲＦ無線受信機の前記利得を調整する工程と、
    を備える、請求項６に記載の方法。

Images