JP2024086641A - 振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための回路 - Google Patents

Abstract

【課題】同相信号および直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路を提供する。【解決手段】補正回路は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の可変利得回路を備え、可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。【選択図】図３Ａ

Description

本開示は、補正回路に関する。より詳細には、本開示は、同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路に関する。

「直交信号」とは、互いに対して９０°の位相差を有する同じ振幅を有する２つの周期信号を意味する。これらの信号は、一般に、同相（Ｉ）信号と直交（Ｑ）信号と呼ばれ、ＩＱ信号と総称される場合もある。

このような信号を使用するシステムは、単側波帯無線周波数トランシーバ、直交ＩＱ無線周波数トランシーバ、回転型移相器、および線形電力増幅器などを含むが、これらに限定されるものではない。

例えば、ＩＱ信号の振幅間でアンバランス（ピーク振幅が不均等）がある場合、および／またはＩＱ信号の位相間でアンバランス（位相差が９０°に等しくない）がある場合、ＩＱ信号間で障害が発生する可能性がある。このような障害は、例えば、信号の経路の違い、回路の能動部品と受動部品のミスマッチ、および温度や電圧など回路の動作条件の勾配などに起因する。

この直交障害によるシステム性能への影響として、例えば、送信機における誤差ベクトルの大きさ（Ｅ’ＶＭ）の増大、受信機における不要な画像周波数からの干渉の増大、移相器における位相誤差の増大、電力増幅器における電力効率の低下などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらはすべて、利用可能なデータ伝送速度や電力効率の点でシステムの使い勝手を悪化させる。

図１Ａは、ＩＱ信号間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを示すグラフである。具体的には、同相信号（１００）および直交信号（１０２）が示されている。Δαは信号１００および１０２間のピーク振幅の差を表し、Δθは９０°以外の信号１００および１０２間の位相差を表す。同相信号１００は、補正前がＩ１と示され、補正後がＩ２と示されている。直交信号１０２は、補正前がＱ１と示され、補正後がＱ２と示されている。

図１Ｂは、振幅や位相のアンバランスのないＩＱ信号１００および１０２を示すグラフである。本実施例において、Δα＝０であり、Δθ＝９０°である。

ＩＱ信号における位相のアンバランスおよび振幅のアンバランスを補正するための技術が存在する。図２Ａは、ＩＱ信号における位相のアンバランスを補正するための既知のシステム２００の模式図である。システム２００は、抵抗器２０２と、キャパシタ２０４と、調整可能なキャパシタ２０６と、を備える。図２Ｂは、システム２００の実用的な実装に関するシミュレーション結果を示すグラフである。ここでは、２６ＧＨｚにおいて約１０°の位相可変性があることが実証されている。システム２００において、ＩＱ信号は、２段多相フィルタを用いて生成され、必要に応じて後続の調整可能なキャパシタ２０６を用いて位相が調整される。振幅のアンバランスは、容量調整では補正することができず、位相が調整された後に追加の利得／損失補正が必要になる場合がある。

米国特許第６０５４８８３Ａ号には、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを解消するための既知の例が記載されている。なお、米国特許第６０５４８８３Ａ号は、振幅クリッピングを使用しており、これは、信号の振幅に含まれ得る情報の損失を引き起こす可能性があることに留意されたい。

ＩＱ信号における振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを解消するための既知の解決策は、動作温度や製造公差に起因する構成要素値の変動の影響を受けやすい可能性がある。例えば、システム２００や米国特許第６０５４８８３号に記載のシステムは、そのような問題の影響を受けやすい可能性が高い。

信号の損失を生じさせない、且つ／またはプロセスおよび／または温度の変動に起因する既知のシステムの問題を克服することができる、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するためのシステムを提供することが望ましい。

本開示の第１の態様によれば、同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路が提供される。補正回路は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の可変利得回路を備える。ここで、可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。

任意選択で、可変利得回路の各々は、利得が１よりも大きいときに信号を増幅させ、且つ／または利得が１に等しいときに信号を通過させ、且つ／または利得が１よりも小さいときに信号を減衰させるように構成される。

任意選択で、同相信号および直交信号は、それらの振幅が不均等であるときに振幅のアンバランスを有し、それらの振幅がほぼ等しいときにバランスのとれた振幅を有し、同相信号と直交信号との間に約９０°よりも大きいまたは小さい位相差があるときに位相のアンバランスを有し、同相信号と直交信号との間に約９０°の位相差があるときにバランスのとれた位相を有する。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成される。ここで、第１の同相信号と第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、第２の同相信号および第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれている。

任意選択で、複数の可変利得回路は、第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、第２の利得を適用するように第２の可変利得回路と、第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、を備える。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、を備える。

任意選択で、第１の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第１の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第１の出力端子と、を備え、第２の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第２の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第２の出力端子と、を備え、第３の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第３の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第３の出力端子と、を備え、第４の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第４の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第４の出力端子と、を備える。

任意選択で、第１、第２、第３、および第４の利得の各々は、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαの一方または両方に依存する。ここで、位相のアンバランスパラメータθは、第１の同相信号と第１の直交信号との間の位相差Δθから９０°を引いた値であり、振幅のアンバランスパラメータαは、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の一方を、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の他方で割った値である。

任意選択で、第１の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第２の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第３の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第４の利得は、

にほぼ等しい。

任意選択で、複数の可変利得回路は、同相信号および直交信号に位相回転を適用するように構成される。

任意選択で、可変利得回路の各々は、利得が１よりも大きいときに信号を増幅させ、且つ／または利得が１に等しいときに信号を通過させ、且つ／または利得が１よりも小さいときに信号を減衰させるように構成される。

任意選択で、同相信号および直交信号は、それらの振幅が不均等であるときに振幅のアンバランスを有し、それらの振幅がほぼ等しいときにバランスのとれた振幅を有し、同相信号と直交信号との間に約９０°よりも大きいまたは小さい位相差があるときに位相のアンバランスを有し、同相信号と直交信号との間に約９０°の位相差があるときにバランスのとれた位相を有する。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成される。ここで、第１の同相信号と第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、第２の同相信号および第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれており、位相回転を有する。

任意選択で、複数の可変利得回路は、第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、第２の利得を適用するように構成された第２の可変利得回路と、第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、を備える。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、を備える。

任意選択で、第１の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第１の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第１の出力端子と、を備え、第２の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第２の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第２の出力端子と、を備え、第３の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第３の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第３の出力端子と、を備え、第４の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第４の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第４の出力端子と、を備える。

任意選択で、第１、第２、第３、および第４の利得の各々は、位相回転パラメータφと、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαの一方または両方とに依存する。ここで、位相のアンバランスパラメータθは、第１の同相信号と第１の直交信号との間の位相差Δθから９０°を引いた値であり、振幅のアンバランスパラメータαは、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の一方を、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の他方で割った値である。

任意選択で、第１の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第２の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第３の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第４の利得は、

にほぼ等しい。

任意選択で、補正回路は、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを検出するステップと、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するのに必要な複数の可変利得回路のそれぞれの利得を決定するステップと、可変利得回路の利得が、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するのに適するように、上記決定に基づいて複数の可変利得回路のそれぞれの利得を調整するステップと、を含む較正プロセスを実施するように構成された較正回路を備える。

任意選択で、較正回路は、補正回路の動作中に較正プロセスを実施するように構成される。

任意選択で、較正回路は、較正プロセスを複数回実施するように構成される。

任意選択で、可変利得回路の各々は、利得が１よりも大きいときに信号を増幅させ、且つ／または利得が１に等しいときに信号を通過させ、且つ／または利得が１よりも小さいときに信号を減衰させるように構成される。

任意選択で、同相信号および直交信号は、それらの振幅が不均等であるときに振幅のアンバランスを有し、それらの振幅がほぼ等しいときにバランスのとれた振幅を有し、同相信号と直交信号との間に約９０°よりも大きいまたは小さい位相差があるときに位相のアンバランスを有し、同相信号と直交信号との間に約９０°の位相差があるときにバランスのとれた位相を有する。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成される。ここで、第１の同相信号と第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、第２の同相信号および第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれている。

任意選択で、複数の可変利得回路は、第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、第２の利得を適用するように構成された第２の可変利得回路と、第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、を備える。

任意選択で、補正回路は、第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、を備える。

任意選択で、第１の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第１の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第１の出力端子と、を備え、第２の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第２の入力端子と、第１の出力ノードに結合された第２の出力端子と、を備え、第３の可変利得回路は、第１の入力ノードに結合された第３の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第３の出力端子と、を備え、第４の可変利得回路は、第２の入力ノードに結合された第４の入力端子と、第２の出力ノードに結合された第４の出力端子と、を備える。

任意選択で、較正回路は、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαに依存する第１の同相信号および第１の直交信号の１つまたは複数のパラメータを測定し、測定した１つまたは複数のパラメータを使用して位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαを決定することで、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを検出するように構成される。ここで、位相のアンバランスパラメータθは、第１の同相信号と第１の直交信号との間の位相差から９０°を引いた値であり、振幅のアンバランスパラメータαは、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の一方を、第１の同相信号のピーク振幅および第１の直交信号のピーク振幅の他方で割った値である。

任意選択で、１つまたは複数のパラメータは、側波帯阻止比である。

任意選択で、較正回路は、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαを使用して、複数の可変利得回路のそれぞれの利得を決定するように構成される。

任意選択で、第１の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第２の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第３の利得は、

にほぼ等しく、且つ／または第４の利得は、

にほぼ等しい。

任意選択で、較正回路は、第１の利得を

にほぼ等しい値と決定し、且つ／または第２の利得を

にほぼ等しい値と決定し、且つ／または第３の利得を

にほぼ等しい値と決定し、且つ／または第４の利得を

にほぼ等しい値と決定するように構成される。

本開示の第２の態様によれば、第１のトランシーバシステムを備える装置が提供される。第１のトランシーバシステムは、第１のトランシーバシステムにおける同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための第１の補正回路を備える。第１の補正回路は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の第１の可変利得回路を備える。ここで、第１の可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。

任意選択で、該装置は、第２のトランシーバシステムを備える。第２のトランシーバシステムは、第２のトランシーバシステムにおける同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための第２の補正回路を備える。第２の補正回路は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の第２の可変利得回路を備える。ここで、第２の可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。

任意選択で、複数の第１の可変利得回路は、第１のトランシーバシステムの同相信号および直交信号に第１の位相回転を適用するように構成され、複数の第２の可変利得回路は、第２のトランシーバシステムの同相信号および直交信号に第２の位相回転を適用するように構成される。

任意選択で、第１の位相回転および第２の位相回転は、不均等である。

任意選択で、第１のトランシーバシステムは、第１のＲＦトランシーバである。

任意選択で、該装置は、フェーズドアレイアンテナ、マルチチャンネルデジタルビームフォーミングアンテナシステム、またはアナログビームフォーミングアンテナシステムである。

なお、第２の態様の装置は、第１の態様に規定された特徴を提供および／または使用することを含んでもよく、本明細書に記載のその他の特徴を組み込むことができることに留意されたい。

本開示の第３の態様によれば、複数の可変利得回路を備える補正回路を使用して、同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正する方法を提供する。可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。該方法は、複数の可変利得回路を使用して、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するステップを含む。

なお、第３の態様の方法は、第１の態様および／または第２の態様に規定された特徴を提供および／または使用することを含んでもよく、本明細書に記載のその他の特徴を組み込むことができることに留意されたい。

以下、本開示の実施例を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
ＩＱ信号間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを示すグラフである。 振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスのないＩＱ信号を示すグラフである。 ＩＱ信号における位相のアンバランスを補正するための既知のシステムの模式図である。 既知のシステムを実際に実装した場合のシミュレーション結果を示すグラフである。 本開示の第１の実施形態による補正回路の模式図である。 図３Ａの補正回路の代替的な模式図である。 本開示の第２の実施形態による補正回路の模式図である。 本開示の第３の実施形態による補正回路の模式図である。 信号の相対位相を示すグラフである。 位相回転がある場合の信号の相対位相を示すグラフである。 本開示の第４の実施形態による補正回路の模式図である。 図６Ａの補正回路の代替的な模式図である。 本開示の第５の実施形態による装置の模式図である。 本開示の第６の実施形態による装置の模式図である。 本開示の第７の実施形態による、補正回路を備えるＲＦトランシーバの模式図である。 側波帯阻止対振幅ミスマッチを示すグラフである。 可変利得回路の特定の実施形態の模式図である。 さらなる可変利得回路の特定の実施形態の模式図である。 ＩＱ信号間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを示すグラフである。 補正後のＩＱ信号を示すグラフである。

図３Ａは、本開示の第１の実施形態による、同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路３００の模式図である。補正回路３００は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の可変利得回路３０２を備える。可変利得回路３０２の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される。可変利得回路３０２の各々は、他の可変利得回路３０２の各々と同じ回路部品を使用して実装されてもよく、それらを「同一」と呼ぶ場合がある。

可変利得回路３０２の各々は、その入力において信号を受信し、その信号に利得を適用し、結果として得られた信号をその出力で提供する。可変利得回路３０２の各々は、以下のうちの１つまたは複数を実施するように構成されてもよい。
・ 利得が１よりも大きいときに信号を増幅させる。
・ 入力信号と結果として得られた信号が同じである場合、利得が１に等しいときに信号を通過させる。
・ 利得が１よりも小さいときに信号を減衰させる。

「利得」という用語は、通常、信号が増幅される場合に使用されることがあるが、信号には１以下の利得が適用されてもよいことに留意されたい。ここで、１未満の利得は信号の減衰をもたらす。本開示において、「利得」という用語は、利得の値に応じて、信号を増幅、通過、または減衰させるための利得の適用を指すために一般的に使用される。これは、利得が１よりも大きい増幅のみに限定されるものではない。

上述したように、同相信号および直交信号は、それらの振幅が不均等であるときに振幅のアンバランスを有し、それらの振幅がほぼ等しいときにバランスのとれた振幅を有する。さらに、同相信号および直交信号は、同相信号と直交信号との間に約９０°よりも大きいまたは小さい位相差があるときに位相のアンバランスを有し、同相信号と直交信号との間に約９０°の位相差があるときにバランスのとれた位相を有する。

補正回路３００は、同相信号Ｉ１および直交信号Ｑ１を受信し、同相信号Ｉ２および直交信号Ｑ２を提供するように構成される。補正回路３００が受信した信号Ｉ１およびＱ１は、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを示し、信号Ｉ２およびＱ２は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する補正信号となる。

図３Ｂは、可変利得回路３０２を省略した補正回路３００の代替的な模式図である。

図３Ｃは、本開示の第２の実施形態による補正回路３０４の模式図である。補正回路３０４は、利得Ｇ１を適用するように構成された可変利得回路３０６と、利得Ｇ２を適用するように構成された可変利得回路３０８と、利得Ｇ３を適用するように構成された可変利得回路３１０と、利得Ｇ４を適用するように構成された可変利得回路３１２と、を備える。補正回路３０４は、信号Ｉ１およびＱ１をそれぞれ受信するための入力ノードＮ１およびＮ２と、信号Ｉ２およびＱ２をそれぞれ提供するための出力ノードＮ３およびＮ４と、を備える。

図４は、本開示の第３の実施形態による補正回路４００の模式図である。可変利得回路３０６は、入力ノードＮ１に結合された入力端子４０２と、出力ノードＮ３に結合された出力端子４０４と、を備える。可変利得回路３０８は、入力ノードＮ２に結合された入力端子４０６と、出力ノードＮ３に結合された出力端子４０８と、を備える。可変利得回路３１０は、入力ノードＮ１に結合された入力端子４１０と、出力ノードＮ４に結合された出力端子４１２と、を備える。可変利得回路３１２は、入力ノードＮ２に結合された入力端子４１４と、出力ノードＮ４に結合された出力端子４１６と、を備える。

利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４の各々は、位相のアンバランスパラメータθおよび／または振幅のアンバランスパラメータαに依存する。位相のアンバランスパラメータθは、同相信号Ｉ１と直交信号Ｑ１との間の位相差Δθから９０°を引いた値である（θ＝Δθ－９０°）。

振幅のアンバランスパラメータαは、同相信号Ｉ１のピーク振幅（ＡＩ１）および直交信号Ｑ１のピーク振幅（ＡＱ１）の一方を、同相信号Ｉ１のピーク振幅および直交信号Ｑ１のピーク振幅の他方で割った値である。例えば、α＝ＡＱ１／ＡＩ１である。

図１Ａには、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαが示されている。

利得Ｇ１は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ２は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ３は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ４は、次式を満たすものであってもよい。

信号Ｉ１、Ｑ１、Ｉ２、およびＱ２の関係は、次式のように表されてもよい。

これは、次式のように書き換えられてもよい。

ここで、

である。

設計が同一である可変利得回路は、温度、電圧、またはプロセスの変動やその他の不完全性によって同じように影響を受ける。式（１）～（４）に基づいて、Ｇ１～Ｇ４のスケーリングを共通化しても動作原理には影響を与えない。要約すると、利得または位相の応答におけるあらゆるオフセットは、すべての可変利得回路で共通であり、補正回路の動作に影響を与えない。

さらなる実施形態において、複数の可変利得回路は、同相信号および直交信号に位相回転を適用するように構成されてもよい。位相回転とは、同相信号および直交信号の両方に等しく適用される位相のオフセットを意味する。これにより、同相信号および直交信号は、補正後に、互いに対して９０°の位相差と、基準点に対してさらなる位相シフトとを示すようになる。

本実施形態は、任意の振幅およびゼロでない位相オフセットを有する２つの信号Ｉ１およびＱ１に対して処理を行い、等しい振幅および任意の回転角を有する２つの直交信号Ｉ２およびＱ２を生成することができる。

例えば、補正後の位相回転が１０°の場合、同相信号Ｉ２は、基準点に対して１０°の位相差を示し、直交信号Ｑ２は、基準点に対して１００°の位相差を示す。

このような実施形態において、利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４の各々は、以下に示すように位相回転パラメータφに依存する。

利得Ｇ１は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ２は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ３は、次式を満たすものであってもよい。

利得Ｇ４は、次式を満たすものであってもよい。

信号Ｉ１、Ｑ１、Ｉ２、およびＱ２の関係は、次式のように表されてもよい。

ここで、

である。

図５Ａは、信号Ｉ１、Ｑ１、Ｉ２、およびＱ２の相対位相を示すグラフ５００である。ここで、補正後の信号Ｉ２およびＱ２が、位相差Δθについて補正後の信号Ｉ１およびＱ２に対応していることがわかる。図５Ｂは、パラメータφで表される位相回転がある場合の信号Ｉ１、Ｑ１、Ｉ２、およびＱ２の相対位相を示すグラフ５０２である。

図６Ａは、本開示の第４の実施形態による補正回路６００の模式図である。特定の実施形態において、補正回路６００は、図４の補正回路４００の可変利得回路３０６、３０８、３１０、および３１２の配置から構成されてもよい。

補正回路６００は、較正プロセスを実施するように構成された較正回路６０２を備える。較正回路６０２は、自己較正機能を提供してもよい。較正プロセスは、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを検出するステップと、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するのに必要な利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４を決定するステップと、利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４を調整して、補正されたＩＱ信号を提供するステップと、を含む。較正は、補正回路６００の動作中に実施されてもよい。補正回路６００が必要に応じて機能し、動作条件の変化に適応できることを保証するために、較正プロセスは複数回実施されてもよい。これにより、適応回路が提供される。図６Ｂは、較正回路６０２を省略した補正回路６００の代替的な模式図である。

較正回路６０２は、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαに依存する同相信号Ｉ１および／または直交信号Ｑ１の１つまたは複数のパラメータを測定し、測定した１つまたは複数のパラメータを使用して位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータΔαを決定することで、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを検出するように構成されてもよい。

１つまたは複数のパラメータは、それらの値を推定できるように、位相差および振幅に関連していてもよい。例えば、１つまたは複数のパラメータは、振幅差および／または位相差を推定するために使用され得る側波帯阻止比であり得る。さらなる実施形態において、位相差および振幅差は、信号Ｉ１およびＱ１から直接決定されてもよい。

較正回路６０２は、振幅差および／または位相差を使用して利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４を決定するように構成されてもよい。利得Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、およびＧ４は、位相回転がある場合、式（１）～（４）または式（１０）～（１３）を使用して決定されてもよい。

なお、本開示の実施形態の物理的な実装では、その利得が工場で、またはユーザによってプログラムされてもよいことに留意されたい。実施形態のさらなる物理的な実装、例えば較正回路を備えるものでは、外部装置を必要とせず、自動化および内蔵された較正手順を実現するために、システム内に追加のセンサを備えてもよい。例えば、位相のアンバランスおよび振幅のアンバランスは、以下の通りであってもよい。
・ 位相のアンバランスおよび振幅のアンバランスは、各部分について、工場にあるテスト装置で直接測定されてもよい。その後、可変利得回路のそれぞれの利得設定は、最終的な動作の前に計算および設定され得る。
・ 位相のアンバランスおよび振幅のアンバランスは、内部ノードに配置されたオンチップアナログおよびデジタルコンバータによって定期的に測定されてもよい。その後、可変利得回路のそれぞれの利得設定は、異なる動作間隔で適応的に計算され得る。
・ 位相のアンバランスおよび振幅のアンバランスは、それらの直接的な測定値を取得するよりも、オンチップセンサおよび外部センサを用いて監視しやすい二次的なパラメータから推定されてもよい。

図７Ａは、本開示の第５の実施形態による、ＩＱ信号における振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路７０４を含むトランシーバシステム７０２を備える装置７００の模式図である。補正回路７０４は、本明細書に記載のいずれかの補正回路によって、および当業者の理解に従って実現されてもよい。トランシーバシステム７０２は、例えば、ＲＦトランシーバであってもよい。

補正回路７０４は、例えば、位相回転器として機能してもよい。また、位相回転器は、主信号経路上の位相補間回路として知られていてもよい。このような回路は、アナログビームフォーミングアンテナシステムなど、多くのシステムで適用されている。

補正回路７０４は、データ信号経路上に実装されないので、ＲＦトランシーバ７０２で使用されるデータ信号の速度および線形性の要件を満たす必要がない。そのため、補正回路７０４は、システムの使用可能帯域幅を制限することはなく、またはシステムの予算に大きな消費電力を使用することはない。

図７Ｂは、本開示の第６の実施形態による、２つ以上のトランシーバシステム７０２ａ、７０２ｂ、および７０２ｃを備える装置７０６の模式図である。トランシーバシステム７０２ａ、７０２ｂ、および７０２ｃの各々は、補正回路７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃを備える。補正回路７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃは、本明細書に記載のいずれかの補正回路によって、および当業者の理解に従って実現されてもよい。トランシーバシステム７０２ａ、７０２ｂ、および７０２ｃは、例えば、ＲＦトランシーバであってもよい。補正回路７０４ａの信号は、Ｉ１ａ、Ｑ１ａ、Ｉ２ａ、およびＱ２ａとして示されており、補正回路７０４ｂの信号は、Ｉ１ｂ、Ｑ１ｂ、Ｉ２ｂ、およびＱ２ｂとして示されており、補正回路７０４ｃの信号は、Ｉ１ｃ、Ｑ１ｃ、Ｉ２ｃ、およびＱ２ｃとして示されている。

特定の実施形態において、提案された補正回路は、例えば、マルチチャンネルデジタルビームフォーミングアンテナシステムのような複雑なシステムで実装されてもよい。ここで、複数のトランシーバは、異なる度合いの障害を示す可能性があり、すべての受信および／または送信データ信号間の一貫性を得るために、独立して且つ正確に補正する必要がある。

特定の実施形態において、補正回路７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃは、本明細書に記載の方法を使用して位相回転を適用するように構成されてもよい。補正回路７０４ａ、７０４ｂ、および７０４ｃの各々は、異なる位相回転を適用するように構成されてもよい。

複数のトランシーバが採用されて互いに同相で動作することが予想される場合、位相回転を適用するための本明細書に記載の補正回路は、信号ルーティングの違いを補正するために使用され得る。さらに、複数のトランシーバが互いに対する所定の位相オフセットで動作することが予想される場合、それらの補正回路は、フェーズドアレイアンテナシステムにおけるビームステアリングに採用され得る。

装置７００および７０６は、例えば、フェーズドアレイアンテナ、マルチチャンネルデジタルビームフォーミングアンテナシステム、またはアナログビームフォーミングアンテナシステムであってもよい。

要約すると、補正回路は、個々のトランシーバの直交障害を補正することに加えて、異なるトランシーバ間で任意の位相オフセットを提供してもよい。これは、複数のトランシーバが採用されて、デジタルビームフォーミングアンテナシステムなどで互いに同相で動作することが予想される場合、信号ルーティングの違いを補正するために特に有用である。

図８は、本開示の第７の実施形態による、補正回路８０２ａおよび８０２ｂを備えるＲＦトランシーバ８００の模式図である。補正回路８０２ａは、トランシーバ８００の受信部内に実装され、補正回路８０２ｂは、トランシーバ８００の送信部を有するように実装される。

トランシーバ８００は、増幅器８０４、８０６、８０８、８１０、および８１２と、ミキサ８１８および８２０と、ＡＤＣ８２２および８２３と、ＤＡＣ８２４と、デジタル処理回路８２６と、直交信号発生器８２８および８３０と、発振回路８３２と、抵抗器８３４と、スイッチ８３６および８３８と、ダイオード８４０および８４２と、回路部品８４４および８４６と、をさらに備える。

図８は、側波帯阻止を測定するための内蔵された自己テスト方式を示している。図８は、提案された解決策が受信機と送信機の両方のＬＯ信号に実装されている、一般的な無線周波数トランシーバを示している。検出センサおよびループバック経路の追加の可能性が示されており、これは、補正回路とともに内蔵された自己テスト方式を提供する。

本実施形態において、補正回路８０２ａおよび８０２ｂは、単側波帯の送信機または受信機を上側波帯（ＵＳＢ）モードおよび下側波帯（ＬＳＢ）モードのいずれかで動作させ、内蔵センサおよび内部ループバック経路を使用してトランシーバの自己較正を行うことができてもよい。

特定の実施形態において、補正回路８０２ａおよび８０２ｂは、システムの全体的な応答を線形化するために、例えば電力増幅器などの非線形回路の前に信号を事前に歪ませるために使用されてもよい。

図９は、側波帯阻止対振幅ミスマッチを示すグラフである。図に示すように、阻止率は、直交局部発振器の信号の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスの両方の影響を受ける。そのため、側波帯阻止比は、上述したように、可変利得回路の利得を調整する目的で、振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを推定するために使用されてもよい。

図１０Ａは、当業者の理解に従って、本開示の実施形態で使用され得るような可変利得回路１０００の特定の実施形態の模式図である。可変利得回路は、インダクタ１００２および１００４と、トランジスタ１００６、１００８、１０１０、１０１２、１０１４、１０１６、１０１８、および１０２０と、電流源１０２２と、を備える。

図１０Ｂは、当業者の理解に従って、本開示の実施形態で使用され得るような可変利得回路１０２４の特定の実施形態の模式図である。可変利得回路１０２４は、可変抵抗器１０２６、１０２８、および１０３０を備える。

図１１Ａは、ＩＱ信号間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを示すグラフである。具体的には、同相信号（１１００）および直交信号（１１０２）が示されている。図１１Ｂは、本明細書に記載の方法を使用して補正された後の、振幅のアンバランスまたは位相のアンバランスのないＩＱ信号１１００および１１０２を示すグラフである。

本実施例において、位相回転パラメータφ＝９０°となるように、９０°の位相回転が適用されている。

位相のアンバランスパラメータθは、θ＝Δθ－９０°により決定される。補正前の位相差Δθは、Δθ＝９５°であるため、位相のアンバランスパラメータθは、θ＝５°となる。

直交信号１１０２の振幅は、ＡＱ１＝０．８５であり、位相信号１１００の振幅は、ＡＩ１＝１である。そのため、補正前の振幅のアンバランスパラメータαは、α＝０．８５となる。

式（１０）～（１３）を使用すると、図１１Ｂに示す補正後のＩＱ信号を提供するための利得は、Ｇ１＝０．０４３７８６、Ｇ２＝１．１７９８４０４９８、Ｇ３＝－１．００２８６、およびＧ４＝－０．０５１５１となる。

本開示の実施形態は、可変利得回路を使用して、ＩＱ信号の位相のアンバランスおよび利得のアンバランスを補正する。可変利得回路の各々が、プロセスと温度が変動しても同じように応答するので、プロセスと温度が変動したときにそれぞれ異なる応答をする可能性のある複数の異なる構成要素を含む回路を、より簡潔に上記の影響に対する補正を行うことができる。この欠点の影響を受ける、異なる構成要素を使用するシステムの一例として、米国特許第６０５４８８３Ａ号が挙げられる。さらに、本開示の実施形態は、米国特許第６０５４８８３Ａ号に記載されているような、信号の損失を生じさせる可能性がある「振幅クリッピング」を使用していない。

本明細書に記載の実施形態は、系統的なアルゴリズムを使用してもよく、回路部品の価値の変動に左右されない可能性がある。

添付の図面に記載の共通の参照符号またはその類似符号は、共通の特徴を表している。

また、本開示の範囲から逸脱することなく、上記に様々な改良および変更を加えることができる。

Claims (20)

1. 同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための補正回路であって、
   バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の可変利得回路を備え、
   前記可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される、
   補正回路。
2. 前記補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成され、
   前記第１の同相信号と前記第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、
   前記第２の同相信号および前記第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれている、
   請求項１に記載の補正回路。
3. 前記複数の可変利得回路は、
   第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、
   第２の利得を適用するように構成された第２の可変利得回路と、
   第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、
   第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、
   を備える、請求項２に記載の補正回路。
4. 前記第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、
   前記第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、
   前記第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、
   前記第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、
   を備える、請求項３に記載の補正回路。
5. 前記第１の可変利得回路は、
   （ｉ）前記第１の入力ノードに結合された第１の入力端子と、
   （ｉｉ）前記第１の出力ノードに結合された第１の出力端子と、
   を備え、
   前記第２の可変利得回路は、
   （ｉ）前記第２の入力ノードに結合された第２の入力端子と、
   （ｉｉ）前記第１の出力ノードに結合された第２の出力端子と、
   を備え、
   前記第３の可変利得回路は、
   （ｉ）前記第１の入力ノードに結合された第３の入力端子と、
   （ｉｉ）前記第２の出力ノードに結合された第３の出力端子と、
   を備え、
   前記第４の可変利得回路は、
   （ｉ）前記第２の入力ノードに結合された第４の入力端子と、
   （ｉｉ）前記第２の出力ノードに結合された第４の出力端子と、
   を備える、
   請求項４に記載の補正回路。
6. 前記第１の利得、前記第２の利得、前記第３の利得、および前記第４の利得の各々は、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαの一方または両方に依存し、
   前記位相のアンバランスパラメータθは、前記第１の同相信号と前記第１の直交信号との間の位相差Δθから９０°を引いた値であり、
   前記振幅のアンバランスパラメータαは、前記第１の同相信号のピーク振幅および前記第１の直交信号のピーク振幅の一方を、前記第１の同相信号のピーク振幅および前記第１の直交信号のピーク振幅の他方で割った値である、
   請求項５に記載の補正回路。
7. 前記第１の利得は、
   

   

   にほぼ等しく、且つ／または
   前記第２の利得は、
   

   

   にほぼ等しく、且つ／または
   前記第３の利得は、
   

   

   にほぼ等しく、且つ／または
   前記第４の利得は、
   

   

   にほぼ等しい、
   請求項６に記載の補正回路。
8. 前記複数の可変利得回路は、前記同相信号および前記直交信号に位相回転を適用するように構成される、請求項１に記載の補正回路。
9. 前記補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成され、
   前記第１の同相信号と前記第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、
   前記第２の同相信号および前記第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれており、位相回転を有する、
   請求項８に記載の補正回路。
10. 前記複数の可変利得回路は、
    第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、
    第２の利得を適用するように構成された第２の可変利得回路と、
    第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、
    第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、
    を備える、請求項９に記載の補正回路。
11. 前記第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、
    前記第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、
    前記第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、
    前記第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、
    を備える、請求項１０に記載の補正回路。
12. 前記第１の可変利得回路は、
    （ｉ）前記第１の入力ノードに結合された第１の入力端子と、
    （ｉｉ）前記第１の出力ノードに結合された第１の出力端子と、
    を備え、
    前記第２の可変利得回路は、
    （ｉ）前記第２の入力ノードに結合された第２の入力端子と、
    （ｉｉ）前記第１の出力ノードに結合された第２の出力端子と、
    を備え、
    前記第３の可変利得回路は、
    （ｉ）前記第１の入力ノードに結合された第３の入力端子と、
    （ｉｉ）前記第２の出力ノードに結合された第３の出力端子と、
    を備え、
    前記第４の可変利得回路は、
    （ｉ）前記第２の入力ノードに結合された第４の入力端子と、
    （ｉｉ）前記第２の出力ノードに結合された第４の出力端子と、
    を備える、
    請求項１１に記載の補正回路。
13. 前記第１の利得、前記第２の利得、前記第３の利得、および前記第４の利得の各々は、位相回転パラメータφと、位相のアンバランスパラメータθおよび振幅のアンバランスパラメータαの一方または両方とに依存し、
    前記位相のアンバランスパラメータθは、前記第１の同相信号と前記第１の直交信号との間の位相差Δθから９０°を引いた値であり、
    前記振幅のアンバランスパラメータαは、前記第１の同相信号のピーク振幅および前記第１の直交信号のピーク振幅の一方を、前記第１の同相信号のピーク振幅および前記第１の直交信号のピーク振幅の他方で割った値である、
    請求項１２に記載の補正回路。
14. 前記第１の利得は、
    

    

    にほぼ等しく、且つ／または
    前記第２の利得は、
    

    

    にほぼ等しく、且つ／または
    前記第３の利得は、
    

    

    にほぼ等しく、且つ／または
    前記第４の利得は、
    

    

    にほぼ等しい、
    請求項１３に記載の補正回路。
15. 振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを検出するステップと、
    バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するのに必要な前記複数の可変利得回路のそれぞれの利得を決定するステップと、
    前記可変利得回路の利得が、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するのに適するように、前記決定に基づいて前記複数の可変利得回路のそれぞれの利得を調整するステップと、
    を含む較正プロセスを実施するように構成された較正回路を備える、請求項１に記載の補正回路。
16. 前記補正回路は、第１の同相信号および第１の直交信号を受信し、第２の同相信号および第２の直交信号を提供するように構成され、
    前記第１の同相信号と前記第１の直交信号との間には振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスがあり、
    前記第２の同相信号および前記第２の直交信号の振幅および位相は、バランスがとれている、
    請求項１５に記載の補正回路。
17. 前記複数の可変利得回路は、
    第１の利得を適用するように構成された第１の可変利得回路と、
    第２の利得を適用するように構成された第２の可変利得回路と、
    第３の利得を適用するように構成された第３の可変利得回路と、
    第４の利得を適用するように構成された第４の可変利得回路と、
    を備える、
    請求項１６に記載の補正回路。
18. 前記第１の同相信号を受信するための第１の入力ノードと、
    前記第１の直交信号を受信するための第２の入力ノードと、
    前記第２の同相信号を提供するための第１の出力ノードと、
    前記第２の直交信号を提供するための第２の出力ノードと、
    を備える、請求項１７に記載の補正回路。
19. 第１のトランシーバシステムを備える装置であって、
    前記第１のトランシーバシステムは、前記第１のトランシーバシステムにおける同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正するための第１の補正回路を備え、
    前記第１の補正回路は、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するように構成された複数の第１の可変利得回路を備え、
    前記第１の可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成される、
    装置。
20. 複数の可変利得回路を備える補正回路を使用して、同相信号と直交信号との間の振幅のアンバランスおよび位相のアンバランスを補正する方法であって、
    前記可変利得回路の各々は、信号を増幅、減衰、または通過させるための利得を適用するように構成され、
    前記複数の可変利得回路を使用して、バランスのとれた振幅およびバランスのとれた位相を有する同相信号および直交信号を提供するステップを含む、
    方法。

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