TW583845B - Quadrature alignment in communications receivers - Google Patents

Description

583845

1 ·發明範圍 本發明關於通信接收器，及尤其用於產生用於在相同信 號中使用之精確正交參考信號之技術。 2·技藝之說明 在藉由美國專利6,061，551例示之技術中係已知直接轉換 接收H，在此納入供作參考。這種接收器具有在習知超外 差式接收器上之多重優點。然而，不管接收器之結構，通 常具有產生正交參考信號，例如，藉由9〇。相位移位一對 本地振盪器（L0)信號之一需求。已經利用用於本目的之類 比及數位技術二者。在一類比相位移位網路之情形中，因 為相位移位網路係窄頻帶，不精確導致頻率遠離正常設計 頻率。如資料速率及星座複雜增加，這些不精確變成一重 要缺點。在數位技術之情形中，需要其係想要之七〇頻率之 一頻率倍數之一輸入信號。本輸入信號係頻率分割，通常 倍數時脈。因為涉及高切換速度，這種電路試圖平衡功率 缺乏。 美國專利4,475,088，在此納入供作參考，說明一用於完成 正交配置方式之變換架構，即用於產生一對具有一精確9〇。 相位補償之正交信號。如在圖丨中說明，一偵測到之rf輸入 信號係耦合於第一及第二正交偵測器之第一輸入，丨〇及 12 本地振盪1514提供—RF信號，其係分割成為二藉由 一可變相位移位網路16之接近90。之一相位差異，互相分 離之參考信號。這些信號係耦合於第一及第二正交偵測器 1〇及12之第二輸入。正交偵測器10及12之輸出信號係習知

583845 A7 ____B7 五、發明説明（2 ) 利用正交偵測系統組合之I及Q信號。執行出現在混波器1〇 及12之輸出之I及Q信號，例如，藉由一數位電腦適當程式 化或利用類比電路，搞合於一相位誤差偵測網路1 8。由於 藉由相位誤差偵測網路18執行之計算，產生一相位誤差信 號’其係使用於調整可變相位移位網路1 6，以調整正交偵 測裔之參考信號之相位來減少相位誤差。如果代表I頻道輸 出信號如（Asinx)，及代表Q頻道輸出信號如（b siny)，然 後下面用於相位誤差之方程式產生： Φ(— = 一 0.707^1一14

^ A J 相位誤差彳貞測網路1 8係根據前面之方程式。沒有說明可 變相位移位網路之實施例。 吾人仍需要一正交配置方式技術，其在執行方面簡單， 及可達成精確正交配置方式。 發明概述 大體而言，本發明具有正交信號之特性之優點，依據一 簡單方式以完成精確正交配置方式。尤其，正交信號產生 之可能性係零。根據本發明之技術，一相位誤差偵測網路 從此操作相乘接收之正交信號，及低通濾波結果以產生一 誤差信號。在信號屬於精確正交關聯時，誤差信號將為 零。即時回授控制可以使用於驅動誤差為零。根縣發明 之另外觀念，使用一雙延遲線完成一可變相位移位網路。 反應於誤差信號，調整在二條延遲線之間之延遲中之差

583845 A7 B7

以相關於 )架構施 異，以取得精確正交配置方式。本發明之原理可 傳統混波器架構或切換模式（例如“交換不取樣” 加。 圖式之概略說明 從下面依據㈣附®之說明可以進—步瞭解本發明 式中‘： 圖1係一已知接收器結構之電路圖； 圖2係根據本發明一實施例之一接收器圖； 圖3係根據本發明另一實施例之一接收器圖； 圖4係可以在圖3之接收器中使用之—切換驅動電路圖； 及 圖5係可以在圖3之接收器中使用之另一切換驅動電路 圖。 較佳實施例之詳細說明 本發明之優點在I及Q輸出信號係屬於正交時，它們應該 呈直角，其包含下面所示： E[I(OQ(t)] = 0 也就是’ I及Q之結果之可能性（或平均數值）應該為零。 请即參考圖2，一圖式揭示根據本發明實施例之一接收 器。一通信信號具有一放大之頻率fin，即使用一低雜訊放 大器20 1 ，及係輸入到個別I及Q混波器203及2〇5。來自混 波器之輸出信號係使用濾波器207及209低通濾波，以產生 個別I及Q輸出信號。使用一乘法器211相乘接收信號I(t)及 Q (t )，及係使用一濾波器2 1 3低通濾波產生之結果，以產 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） φ 裝 訂

線 583845

生一誤差信號215。 使用例如’ 一條雙延遲線2 16產生用於混波器203及 ^)5之參考L號2〇2及2〇4，顯示可調整延遲之延遲線分別 °p名如τ 1及I*2(在美國專利中說明這一種延遲 線之貝例’在此藉由參考納人）。—本地㈣器信號具有命 名如fL〇之一頻率，其係輸入到雙延遲線之二條延遲線。在 兑月之灵施例中，因為使用習知（例如，Gilb^t細胞）混波 器 ’ f L 0 = f in。 在滿足下面關聯時，想要之正交關聯存在於參考信號2〇2 及204之間： △Μ-= ⑴ 為了滿足前述關係，調整Γι或調整r2(或二者）。本調整 方式可為在製造時執行之一單一時脈調整方式。例如，如 果延遲在溫度上係相對穩定，及固定於用於輸入信號頻帶 之一中頻帶頻率之精確正交，則將在接收頻道之頻率末端 經歷一接近2°之典型誤差，低於大部分反應正交網路之誤 差。 另外，可以依據即時方式執行調整方式。再次參考圖2， 具有揭示一控制器217，其接收誤差信號215 ,及產生計算 於驅動誤差k號為零之一控制信號2 1 9，控制信號2 i 9係施 加於雙延遲線2 16。 理想上，在滿足前面方程式時，誤差信號將為零。注 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 583845 A7 B7 五、發明説明（5 ) 意，然而，根據在系統中之其它元件之特性，為取得接收 信號之精確正交配置方式，參考信號可以具有不同於9〇。 之一相位補償。系統允許潛在前向路徑損失之本特性，導 致增加堅實。 在如圖3中說明之前面正交配置方式技術係施加於一切換 模式#收益結構時，取得一尤其先進之配置方式。取代直 接施加於習知混波器之參考信號3〇2及3〇4係施加於切換驅 動裔310 ’其產生用於開關3〇3及3〇5之驅動信號3〇6及 3 0 8。可以使用開關之一交換反應。因此，在本實施例中， 本地振盪器之頻率可以係接收之通信信號之頻率之一次諧 波，即： 其中，N係大於壹之一整數。方程式（丨）之時脈差異抑制無 關於方程式（2)中之N之數值。因此本技術通常係用於任何 混波器執行。然而，使用切換混波器，導致一直接轉換接 收器不具有關於頻率本地振盪器能量，及具有中止信號之 不正常高公差，即，在鄰近之主要頻率中之大振幅之信 號。

尤其，因為切換混波器係被動，Ι/f雜訊即減少，及根據 切換驅動波形，可以完成一非常高第三序列輸入中斷點。 沒有LO頻道上洩漏，也避免具有在它們之間之這種洩漏信 號之頻道上混波，其在習知直接轉換接收器結構中導致DC f紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 583845 、發明説明（6 補侦移位。彳以藉由改變切換驅動信號之工作週期 波器轉換損失。 中止公差原先來自切換混波器之高輸入第二及第三序列 輸入中斷點，進一步之公差係藉由具有L0以一來自其之信 號之非常不同頻率，及附近之中止信號取得―如在具有次諧 波刼）乍之情形中。次諧波操作避免其它使用於從偏離頻率 振盪器產生頻率上L0信號之方法之複雜性。也藉由相同技 術消除藉由輸入信號強度振盪取得之VCO。 在圖4及圖5中揭示有利之切換驅動電路，這些電路之原 理實質係利用一方波代替普遍正弦波來驅動一功率開關。 在使用一正弦波時，可考慮過驅動結果，導致閘控二極體 之前向偏壓，以高頻率共振功率切換之無能，及驅動信號 成為輸出信號之大量泼漏。 圖4說明用於一耗盡型FET，例如一 MESFET(其具有_ 3V之鄰近之一負臨界電壓）之一切換驅動電路。一驅動電晶 體Q d係搞合於一切換電晶體Q s w。驅動電晶體q D之没極係 搞合於切換電晶體Q s w之閘極，及係也通過一電阻器 Rl(即，一被動真實負載）耦合於一電壓vG。驅動電晶體之 源極係搞合於更負於切換電晶體Qsw之負臨界電壓之一電壓 V s S。切換電晶體Q S W之沒極係（通常通過一 R F阻流器）摩禺 合於一供應電壓，及一負載裝置例如一天線（二者都不揭 示）〇 因為，驅動電晶體Q D係非常小於切換電晶體Q s w，可以 使用實際尺寸之一串聯電感器共振驅動電晶體Qd之輸入電 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂

583845 A7 ______B7 五、發明説明（7 ) 容cgsl。（在另外方面，如果係直接共振切換電晶體，需要 之電感器將係如不可實際實現之小尺寸）。此外，驅動電晶 體之輸入對輸出寄生耦合電容Cgd係明顯小，過驅動驅動電 晶體（使用一正弦波）不係一考慮。 在操作中，如共振驅動電晶體Qd之輸入，在正半週期 時，導通驅動電晶體Qd，產生電壓Vss，其係施加於切換 電晶體Qsw之閘極，突然切斷切換電晶體。在負半週期時， 切斷驅動電晶體QD，產生電壓VG，其係通過電阻器施加 於切換電晶體Qsw之閘極。閘極電壓根據時間常數r = Rl

Cgd上升，其決疋切換電晶體Q s w之下降時間，導致切換電 晶體Qsw導通。 圖5說明用於一增強型FET開關，例如—ldm〇s電晶體 之相應電路。在本例子中，在驅動電晶體qd係導通時，導 致切換電晶體Q sw之閘極係耦合於地，突然切斷切換電晶體 Qsw。在係切斷驅動電晶體Qd時，根據前面時間常數導通 切換電晶體Qsw，其導致切換電晶體qsw之閘極通過電阻器 Rl耦合於電壓VG。 在二電路之情形中，電壓VG使用於導通切換電晶體 Qsw，可以控制切換電晶體來控制驅動強度及附加之洩漏。 因此，前面直接驅動結構使用一非常簡單電路執行來同 時完成：最小上升及下降切換時間；用於一想要之切換電 流能力之最小驅動振幅及低驅動功率（改進效能）；減少 /PM失真（因為較低饋通）及aM/AM失真（藉由確保更多 “直角”信號）；及避免在MESFETs中之閘極-源極前向偏 ___ -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) "~" 一 583845 A7

壓。 另外，可以使用例如在美國專利6，198,347中說明之切換 驅動電路，在此納入供作參考。 、 雖然已經依據直接向下轉換接收器結構之關聯說明本發 明’相同原理可以施加於習知外差或超外差結構中。 因此，已經說明用於在通信接收器中使用之正交配置方 式技術，其在執行方面簡單，及達成精確正交配置方式。 配置方式技術尤其係適用於直接轉換接收器結構，包含切 換模式接收器結構。可以結合一用於功率切換電晶體之直 接驅動結構使用正交配置方式技術，以完成改進之效能及 低失真。 習於此技者將瞭解，在不離開其中之範圍或必要特性 下’本發明可依據其它特定格式執行。因此應考慮目前揭 示實施例在各方面係說明而非限制。本發明之範圍係由文 後之申請專利範圍，而非前面之說明指示，且包含所有來 自其等效技術之意義及範圍内之改變。 __ ___-11- f紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱） 1 裝 訂

Claims (1)

1. 583845 正充 修補 3日 ix 2.月 9a年 A B c D 該二參考信號之乘積之可能 使用該誤I信號來㈣_在該參考信號之間之相位誤 第091110644號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年2月) 六:申請~' • 種用以接收一通信作辦以本a 咕 1口就以產生互為正交關係之二輸出信 號之方法，包含： 從一單一時脈信號取得二參考信號； 使用該二參考信號，執行該通信㈣之頻率向下轉換以 產生該二輸出信號； 組成一誤差信號，其代表 性；及 差 2 ·如申#專利範圍第i項之方法，其中使用該誤差信號來調 整一在該參考信號之間之相位誤差，包含調整一延遲元 件。 3.如申請專利範圍第2項之方法，其中該延遲元件係—延遲 線。 4 ·如申靖專利範圍第2項之方法，其中該延遲元件係在製造 時調整。 5 ·如申凊專利範圍第2項之方法，其中該延遲元件係在操作 期間自動調整。 6 · —種用以接收一通信信號以產生互為正交關係之二輸出信 號之接收器，包含： 一本地振盪器； 一可調整相位移位網路，用於從該本地振盪器取得二參 考信號； 一裝置，用於使用該二參考信號以執行該通信信號之頻 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

   誤差信號，其代表該 率向下轉換以產生該二輸出信號；及 —相位誤差偵測網路，用於形成— 二輸出信號之乘積之期待值。 中該相位誤差偵測網 ^號來組成一乘積信 如申請專利範圍第6項之接收器，其 路包含-乘法H，用於相*該二輪出 號。 .如曱請專利範圍第7項之接 &勹入一 、 σ /、中該相位誤差偵測網 匕έ 一低通濾波器，用於過漁 誤差信號。 、應垓乘積k號來藉此產生該 其中該可調整相位移位 其中該可調整相位移位 9 ·如申清專利範圍第6項之接收器 網路包含至少一延遲線。 1〇·如申請專利範圍第9項之接收器 網路包含至少二延遲線。 11.如申請專利範圍第6項之接收器，並中 安队σσ具中用於執行該通信信 5虎之頻率向下轉換以產生該一給 i王※一輪出^唬之該裝置包含 Gilbert細胞混波器。· ’其中用於執行該通信信 出信號之該裝置包含切換 12·如申請專利範圍第6項之接收器 號之頻率向下轉換以產生該二輸 模式混波器。 13·如申請專利範圍第㈣之純器，其㈣本地振盡器之頻 率係該通信信號之一頻率之一次諧波。 Η—種驅動一具有一臨界電壓之功率切換電晶體之方法，包 含： 搞合一驅動器電晶體於該切換電晶體，及二不同等輻電 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ 297公釐） 583845 as 93· 2. 1¾ 德”t：

   壓狀態，一較大於該臨界電壓狀態，及一較小於該臨界電 壓狀態；及 使用一正弦^號，導致該驅動器電晶體在二狀態之間變 換，包含其中該驅動器電晶體產生一等輻電壓，施加於該 切換電晶體以導通該切換電晶體之狀態，及其中該驅動器 電晶體產生另一等輻電壓，施加於該切換電晶體以切斷該 切換電晶體之另一狀態。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）