JP5732373B2 - 高周波信号処理装置および無線通信システム - Google Patents
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Description
《無線通信システムの全体構成》
図1は、本発明の実施の形態1による無線通信システムにおいて、その主要部の概略構成例を示すブロック図である。図1に示す無線通信システムは、特に限定はされないが、代表的には、W−CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)用、LTE(Long Term Evolution)用等の携帯電話システムである。図1の無線通信システムは、高周波信号処理チップ(高周波信号処理装置)RFICと、高周波電力増幅装置HPAと、アイソレータISOと、デュプレクサDPXと、アンテナANTを備えている。RFICは、例えば、1個の半導体チップによって構成される。RFICは、受信系回路としてロウノイズアンプ回路LNAや受信用ミキサ回路MIXrx等を備え、送信系回路としてドライバ回路(可変増幅回路)DRVや送信用ミキサ回路MIXtx等を備え、送受信系回路としてバックエンド回路BE等を備える。BEは、例えば、CPU(Central Processing Unit)やアプリケーションプロセッサ等といったベースバンドプロセッサを含む。
図2は、図1の無線通信システムにおいて、その高周波信号処理装置の主要部の詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図2には、図1の高周波信号処理装置RFICにおける受信系回路周りの詳細な構成例が示されている。図2に示すRFICは、ロウノイズアンプ回路LNA、ローカル信号生成回路LOGEN、ミキサ回路MIXrx_I,MIXrx_Q、フィルタ回路FLTi,FLTq、可変増幅回路PGAi,PGAq、アナログ・ディジタル変換回路ADCi,ADCq、バックエンド回路BEを備えている。更に、図2のRFICは、これらに加えて、スイッチSWr,SWi,SWq、テスト信号生成回路TSGEN、補正回路ブロックCALBKを備えたことが主要な特徴となっている。
図4は、図2の高周波信号処理装置において、そのテスト信号生成回路および補正回路ブロックのより詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図4では、図2におけるテスト信号生成回路TSGENおよび補正回路ブロックCALBKの詳細構成例が示されると共に、LNA,MIXrx_I,MIXrx_Q,LOGEN,FLTi,FLTq,PGAi,PGAqが差動構成で示されている。ここでは、ADCi,ADCqが、それぞれ、PGAi,PGAqからの差動出力信号を受けて、それをシングルのディジタル信号に変換するものとする。
図5は、図2の高周波信号処理装置において、その受信用ミキサ回路の構成例を示す回路図である。図5に示すミキサ回路MIXrx(図2のMIXrx_I,MIXrx_Qのそれぞれに該当)は、2組の差動対トランジスタMNDP1,MNDP2と、位相シフト回路PHSFTと、バックゲート(基板電位)制御回路BGCTLを備え、ここでは併せて図2のローカル信号生成回路LOGENが示されている。PHSFTは、LOGENからのローカル信号に対して所定の位相差(例えば180°)を加えた信号を生成する。MNDP1は、ソースが共通接続された2個のNMOSトランジスタMN1a,MN1bを備え、当該ソースに正極側の高周波信号RFinが入力される。MNDP2は、ソースが共通接続された2個のNMOSトランジスタMN2a,MN2bを備え、当該ソースに負極側の高周波信号(/RFin)が入力される。RFin,/RFinは、図2におけるSWrの出力信号に該当する。
図9は、図2の高周波信号処理装置において、その補正回路ブロックによる補正最適点の探索動作方法の一例を示すフロー図である。図10は、図9のフローによる実動作の一例を示す補足図である。図2の補正回路ブロックCALBK(例えばディジタル補正回路DGCTL)は、前述したように、補正最適点において合成IM2ベクトルの位相が略180°遷移することを利用して補正最適点の探索を行う。このため、CALBKは、図9および図10に示すような所謂二分探索法を用いた探索を行うことが可能となる。
図11(a)、(b)は、本発明の実施の形態2による高周波信号処理装置において、その問題点の一例を示す説明図である。図11(a)には、前述した図2と同様の構成例を持つ高周波信号処理装置RFICが示されている。前述した実施の形態1では、図11(a)におけるIサイド(ミキサ回路MIXrx_I)の補正とQサイド(ミキサ回路MIXrx_Q)の補正とをそれぞれ独立して行う例を示した。しかしながら、実動作上は、MIXrx_IとMIXrx_Qは同時に動作する場合があり、図11(a)に示すように、MIXrx_IとMIXrx_Qとの間のIM2成分のリーク信号LK_IM2に伴い、IQ干渉が生じる場合がある。
Qcal=Qq・Iq・(Qi−Ii)/(Qi・Iq−Qq・Ii) (2)
ここで、式(1)および式(2)の導出方法について説明する。図13(a)、(b)は、図12の補足図である。まず、図13(a)、(b)に示すように、縦軸をIM2_I[V]として、横軸をIサイドのIM2補正パラメータ(Pi)(図13(a))およびQサイドのIM2補正パラメータ(Pq)(図13(b))とした際に、その依存性に線形関係があると仮定する。また、IQ干渉を考慮した後のIM2_Iが最小となるPi値をIcal、IM2_Qが最小となるPq値をQcalとしたとき、Ical,Qcalの間には式(3)の関係があると仮定する。
本実施の形態3では、実施の形態2とは異なる補正最適点の探索方式について説明する。図14は、本発明の実施の形態3による高周波信号処理装置において、その補正最適点の探索方法の一例を示すフロー図である。本実施の形態3による高周波信号処理装置の構成例は、前述した図2および図4の高周波信号処理装置RFICと同様である。図14において、まず、高周波信号処理装置RFICは、受信フロントエンドブロック(すなわち図1における受信系回路(LNA,MIXrx,BE)や、図2におけるTSGEN以外の回路に該当)をオン(活性状態)に制御する(S1401)。次いで、RFICは、テスト信号生成回路(図2および図4のTSGEN)をオン(活性状態)に制御する(S1402)。
ANT アンテナ
BBTSG テスト用ベースバンド信号生成回路
BE バックエンド回路
BGCTL バックゲート(基板電位)制御回路
BPF バンドパスフィルタ
CALBK 補正回路ブロック
DGCTL ディジタル補正回路
DIVN 分周回路
DPX デュプレクサ
DRV ドライバ回路(可変増幅回路)
FLT フィルタ回路
HPA 高周波電力増幅回路
ISO アイソレータ
LAMP アンプ回路
LNA ロウノイズアンプ回路
LOAD 負荷回路
LOGEN ローカル信号生成回路
LOTSG テスト用ローカル信号生成回路
MIX ミキサ回路
MN NMOSトランジスタ
MNDP 差動対トランジスタ
PGA 可変増幅回路
PHDET 位相検出回路
PHSFT 位相シフト回路
RFIC,RFIC’ 高周波信号処理チップ(高周波信号処理装置)
SAW SAW(Surface Acoustic Wave)フィルタ
SW スイッチ
TSGEN テスト信号生成回路
Claims (14)
- 第1動作モードおよび第2動作モードを備え、
第1周波数成分と第2周波数成分を持つテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
前記第1動作モードの際に、第1信号としてアンテナによって受信される信号を伝送し、前記第2動作モードの際に、前記第1信号として前記テスト信号を伝送する第1スイッチと、
差動バランスを所定の可変範囲内で補正可能な差動回路で構成され、前記第1信号を前記第1信号よりも低い周波数帯の第2信号にダウンコンバートするミキサ回路と、
前記第2動作モードの際に、前記第2信号から前記第1周波数成分と前記第2周波数成分の差分の周波数成分を持つ第3信号を抽出し、前記第3信号の位相を検出する位相検出部と、
前記位相検出部の検出結果に応じて、前記ミキサ回路の前記差動バランスを変更する制御部とを有し、
前記ミキサ回路は、前記第1動作モードの際に、前記差動バランスが可変設定範囲内の第1補正値に設定された状態で動作し、
前記制御部は、前記第2動作モードの際に、前記差動バランスを変動させながら、当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3信号の位相が略180°遷移する遷移点を探索し、当該遷移点に対応する前記差動バランスを前記第1補正値として前記ミキサ回路に設定することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項1記載の高周波信号処理装置において、
前記制御部は、二分探索法により前記差動バランスの可変範囲を順次2等分しながら前記遷移点に対応する前記差動バランスを探索することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項2記載の高周波信号処理装置において、さらに、
前記ミキサ回路の後段に設けられるアナログ・ディジタル変換回路と、
所定のベースバンド処理を行うベースバンド回路と、
前記アナログ・ディジタル変換回路の出力を前記ベースバンド回路側に伝送するか、前記位相検出部側に伝送するかを選択する第2スイッチとを備え、
前記位相検出部は、前記第2信号を前記第2スイッチを介してディジタル信号として受けることを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項3記載の高周波信号処理装置において、
前記テスト信号生成回路は、
所定の周波数を持つテスト用ローカル信号を生成するテスト用ローカル信号生成回路と、
前記第1周波数成分と前記第2周波数成分の差分の周波数を持つテスト用ベースバンド信号を生成するテスト用ベースバンド信号生成回路と、
前記テスト用ベースバンド信号を2分周する分周回路と、
前記分周回路の出力信号を前記テスト用ローカル信号を用いてアップコンバートするテスト用ミキサ回路とを有し、
前記位相検出部は、
前記第3信号を抽出するディジタルフィルタ回路と、
前記ディジタルフィルタ回路の出力信号を増幅するディジタルアンプ回路と、
前記テスト用ベースバンド信号をディジタル信号に変換するテスト用アナログ・ディジタル変換回路と、
前記ディジタルアンプ回路の出力信号の位相を前記テスト用アナログ・ディジタル変換回路の出力信号の位相を基準として検出する位相検出回路とを有することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項3記載の高周波信号処理装置において、
さらに、前記アンテナから前記第1スイッチまでの経路上に設けられるロウノイズアンプ回路を有することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 第1動作モードおよび第2動作モードを備え、
第1周波数成分と第2周波数成分を持つテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
前記第1動作モードの際に、第1信号としてアンテナによって受信される信号を伝送し、前記第2動作モードの際に、前記第1信号として前記テスト信号を伝送する第1スイッチと、
差動バランスを所定の可変範囲内で補正可能な差動回路で構成され、第1Aローカル信号を用いて前記第1信号を前記第1信号よりも低い周波数帯の第2A信号にダウンコンバートする第1Aミキサ回路と、
差動バランスを所定の可変範囲内で補正可能な差動回路で構成され、前記第1Aローカル信号とは位相が90°異なる第1Bローカル信号を用いて前記第1信号を第2B信号にダウンコンバートする第1Bミキサ回路と、
前記第2動作モードの際に、前記第2A信号から前記第1周波数成分と前記第2周波数成分の差分の周波数成分を持つ第3A信号を抽出し、前記第2B信号から前記第1周波数成分と前記第2周波数成分の差分の周波数成分を持つ第3B信号を抽出し、前記第3A信号の位相と前記第3B信号の位相とをそれぞれ検出する位相検出部と、
前記位相検出部による前記第3A信号の位相検出結果に応じて前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスを変更し、前記位相検出部による前記第3B信号の位相検出結果に応じて前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスを変更する制御部とを有し、
前記第1Aミキサ回路は、前記第1動作モードの際に、前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスが可変設定範囲内の第1A補正値に設定された状態で動作し、
前記第1Bミキサ回路は、前記第1動作モードの際に、前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスが可変設定範囲内の第1B補正値に設定された状態で動作し、
前記制御部は、前記第2動作モードの際に、
前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスを変動させながら、当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3A信号の位相が略180°遷移する第1A遷移点を探索する第1処理と、
前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスを変動させながら、当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3B信号の位相が略180°遷移する第1B遷移点を探索する第2処理と、
前記第1A遷移点に対応する前記差動バランスを前記第1A補正値として前記第1Aミキサ回路に設定し、前記第1B遷移点に対応する前記差動バランスを前記第1B補正値として前記第1Bミキサ回路に設定する第3処理とを実行することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項6記載の高周波信号処理装置において、
前記制御部は、二分探索法により前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスの可変範囲を順次2等分しながら前記第1A遷移点に対応する前記差動バランスを探索し、二分探索法により前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスの可変範囲を順次2等分しながら前記第1B遷移点に対応する前記差動バランスを探索することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項7記載の高周波信号処理装置において、
前記制御部は、
前記第1処理の際に、前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスを固定した状態で前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスを変動させながら、前記第1A遷移点に対応する前記差動バランスを探索することに加えて、さらに当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3B信号の位相が略180°遷移する第2B遷移点に対応する前記差動バランスを探索し、
前記第2処理の際に、前記第1Aミキサ回路の前記差動バランスを固定した状態で前記第1Bミキサ回路の前記差動バランスを変動させながら、前記第1B遷移点に対応する前記差動バランスを探索することに加えて、さらに当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3A信号の位相が略180°遷移する第2A遷移点に対応する前記差動バランスを探索し、
前記第3処理の際に、さらに、前記第1A遷移点に対応する前記差動バランスを「Ii」、前記第2B遷移点に対応する前記差動バランスを「Qi」、前記第1B遷移点に対応する前記差動バランスを「Iq」、前記第2A遷移点に対応する前記差動バランスを「Qq」として、
Ical=Ii・Qi・(Iq−Qq)/(Iq・Qi−Ii・Qq)
で算出されるIcalを前記第1A補正値として前記第1Aミキサ回路に設定し、
Qcal=Qq・Iq・(Qi−Ii)/(Qi・Iq−Qq・Ii)
で算出されるQcalを前記第1B補正値として前記第1Bミキサ回路に設定することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項7記載の高周波信号処理装置において、
前記制御部は、前記第1処理の際には前記第1Bミキサ回路を非活性状態に制御し、前記第2処理の際には前記第1Aミキサ回路を非活性状態に制御することを特徴とする高周波信号処理装置。 - 請求項7記載の高周波信号処理装置において、さらに、
前記第1Aミキサ回路の後段に設けられる第1Aアナログ・ディジタル変換回路と、
前記第1Bミキサ回路の後段に設けられる第1Bアナログ・ディジタル変換回路と、
所定のベースバンド処理を行うベースバンド回路と、
前記第1Aアナログ・ディジタル変換回路の出力を前記ベースバンド回路側に伝送するか、前記位相検出部側に伝送するかを選択する第2Aスイッチと、
前記第1Bアナログ・ディジタル変換回路の出力を前記ベースバンド回路側に伝送するか、前記位相検出部側に伝送するかを選択する第2Bスイッチとを備え、
前記位相検出部は、前記第2A信号を前記第2Aスイッチを介してディジタル信号として受け、前記第2B信号を前記第2Bスイッチを介してディジタル信号として受けることを特徴とする高周波信号処理装置。 - ベースバンドの周波数帯から所定の送信周波数帯にアップコンバートを行う送信回路と所定の受信周波数帯からベースバンドの周波数帯にダウンコンバートを行う受信回路とを含む高周波信号処理部と、
アンテナと、
前記アンテナに結合されるアンテナノードと、送信ノードおよび受信ノードとを備え、送信信号と受信信号とを周波数帯によって分離するデュプレクサと、
前記送信回路の出力信号を増幅し、前記送信ノードに向けて出力する電力増幅回路とを有し、
前記高周波信号処理部の前記受信回路は、
第1動作モードおよび第2動作モードを備え、
前記受信ノードからの前記受信信号を増幅するロウノイズアンプ回路と、
第1周波数成分と第2周波数成分を持つテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
前記第1動作モードの際に、第1信号として前記ロウノイズアンプ回路の出力信号を伝送し、前記第2動作モードの際に、前記第1信号として前記テスト信号を伝送する第1スイッチと、
差動バランスを所定の可変範囲内で補正可能な差動回路で構成され、前記第1信号を前記第1信号よりも低い周波数帯の第2信号にダウンコンバートするミキサ回路と、
前記第2動作モードの際に、前記第2信号から前記第1周波数成分と前記第2周波数成分の差分の周波数成分を持つ第3信号を抽出し、前記第3信号の位相を検出する位相検出部と、
前記位相検出部の検出結果に応じて、前記ミキサ回路の前記差動バランスを変更する制御部とを有し、
前記ミキサ回路は、前記第1動作モードの際に、前記差動バランスが可変設定範囲内の第1補正値に設定された状態で動作し、
前記制御部は、前記第2動作モードの際に、前記差動バランスを変動させながら、当該差動バランスを最小変動幅で変動させた場合の前後で前記第3信号の位相が略180°遷移する遷移点を探索し、当該遷移点に対応する前記差動バランスを前記第1補正値として前記ミキサ回路に設定することを特徴とする無線通信システム。 - 請求項11記載の無線通信システムにおいて、
前記制御部は、二分探索法により前記差動バランスの可変範囲を順次2等分しながら前記遷移点に対応する前記差動バランスを探索することを特徴とする無線通信システム。 - 請求項12記載の無線通信システムにおいて、
前記高周波信号処理部の前記受信回路は、さらに、
前記ミキサ回路の後段に設けられるアナログ・ディジタル変換回路と、
所定のベースバンド処理を行うベースバンド回路と、
前記アナログ・ディジタル変換回路の出力を前記ベースバンド回路側に伝送するか、前記位相検出部側に伝送するかを選択する第2スイッチとを備え、
前記位相検出部は、前記第2信号を前記第2スイッチを介してディジタル信号として受けることを特徴とする無線通信システム。 - 請求項12記載の無線通信システムにおいて、
前記無線通信システムは、
前記高周波信号処理部の前記送信回路の出力ノードから前記送信ノードまでの経路上にSAWフィルタを備えず、
前記ロウノイズアンプ回路の出力ノードから前記ミキサ回路の入力ノードまでの経路上にSAWフィルタを備えないことを特徴とする無線通信システム。
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