TWI811577B - 偵測器電路及用於偵測本地振盪器洩漏及影像音調的方法 - Google Patents

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Abstract

一種偵測器電路包括：平方電路，被配置成接收無線電發射器的功率放大器的輸出並生成輸出電流，功率放大器的輸出包括所期望音調、本地振盪器洩漏音調及影像音調，且平方電路的輸出電流包括直流分量及交流分量，直流分量包括所期望音調的函數；以及直流電流吸收器，電性連接至平方電路的輸出端子，直流電流吸收器被配置成濾除平方電路的輸出電流的直流分量，以生成平方電路的經濾波輸出，經濾波輸出包括交流分量，交流分量包括本地振盪器洩漏音調的函數及影像音調的函數。

Description

偵測器電路及用於偵測本地振盪器洩漏及影像音調的方法
本揭露的實施例的態樣是有關於射頻（RF）電路，並且更具體地，關於用於在基於同相/正交（I/Q）混頻器的收發器中偵測本地振盪器洩漏及影像音調的系統及方法。 [相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2019年12月6日在美國專利商標局提出申請的美國臨時專利申請案第62/944,927號的優先權及權益，所述美國臨時專利申請案的全部揭露內容通過引用併入本文中。
混頻器是一種自施加至混頻器的二個訊號創建新訊號的電路。例如，可使用各自接收相隔90度的鎖相本地振盪器（local oscillator，LO）頻率（分別是同相（in-phase，I）頻率及正交（quadrature，Q）頻率）的二個混頻器（同相（I）混頻器及正交（Q）混頻器）將輸入基頻訊號（例如，低頻訊號）變換成射頻（radio frequency，RF）訊號（例如，高頻訊號）。通常，混頻器可被認為是將二個輸入訊號相乘於一起。
在射頻（RF）收發器中，混頻器通常與本地振盪器（LO）一起使用，以使訊號在基頻頻率與收發器被調諧至的操作射頻之間轉換。例如，在射頻收發器的發射側中，可利用LO（例如，發射器LO）對類比基頻訊號（例如，在0赫茲（Hz）至20百萬赫（MHz）或更大的範圍內）進行混頻，以將訊號的頻率混頻至無線電傳輸頻率（例如，在第五代（5G）新無線電的情形下，410百萬赫至7125百萬赫及/或24.25十億赫（GHz）至52.6十億赫）。相似地，在射頻收發器的接收側中，利用LO（例如，接收器LO）對處於射頻的所接收類比訊號進行混頻，以恢復基頻訊號。
本揭露的實施例的態樣是有關於用於在基於I/Q混頻器的收發器中偵測本地振盪器洩漏及影像音調的系統及方法。
根據本揭露的一個實施例，一種偵測器電路包括：平方電路，被配置成接收無線電發射器的功率放大器的輸出，並被配置成生成輸出電流，所述功率放大器的所述輸出包括所期望音調、本地振盪器洩漏音調及影像音調，且所述平方電路的所述輸出電流包括直流（direct current，DC）分量及交流（alternating current，AC）分量，所述DC分量包括所述所期望音調的函數，所述AC分量包括所述本地振盪器洩漏音調的函數及所述影像音調的函數；以及DC電流吸收器，電性連接至所述平方電路的輸出端子，所述DC電流吸收器被配置成濾除所述平方電路的所述輸出電流的所述DC分量，以生成所述平方電路的經濾波輸出，所述經濾波輸出包括所述本地振盪器洩漏音調的所述函數及所述影像音調的所述函數。
所述經濾波輸出可被供應至跨阻抗放大器。
所述無線電發射器可包括發射混頻器，所述發射混頻器被配置成將發射器本地振盪器的輸出與輸入基頻訊號混頻，以生成發射混頻器輸出，所述發射混頻器輸出作為輸入被供應至所述功率放大器，所述平方電路可被配置成在藉由偵測器開關連接至無線電接收器的輸出端子處生成所述輸出電流，所述無線電接收器可包括：所述跨阻抗放大器；以及接收混頻器，被配置成利用接收器本地振盪器對所接收訊號進行混頻，所述接收混頻器的輸出藉由接收器開關連接至所述跨阻抗放大器。
無線電收發器包括所述無線電發射器及無線電接收器，所述無線電接收器包括所述跨阻抗放大器；且所述偵測器電路可包含於積體電路中。
所述偵測器電路可更包括：接收器開關，連接於所述無線電接收器的接收混頻器與所述跨阻抗放大器之間，所述接收器開關被配置成在使用所述偵測器電路校準所述無線電收發器期間將所述無線電接收器斷開連接；以及偵測器開關，連接於所述平方電路的所述輸出端子與所述跨阻抗放大器之間，所述偵測器開關被配置成在校準所述無線電收發器期間將所述偵測器電路的所述平方電路的所述輸出端子連接至所述跨阻抗放大器。
所述無線電發射器可更包括發射混頻器，所述發射混頻器被配置成將發射器本地振盪器的輸出與輸入基頻訊號混頻，以生成混頻器輸出，所述混頻器輸出被供應至所述功率放大器。
所述本地振盪器洩漏音調可對應於所述發射器本地振盪器的所述輸出。
所述發射混頻器的訊號路徑可包括同相部分及正交部分，且所述影像音調可對應於所述訊號路徑的所述同相部分與所述正交部分之間的失衡。
所述平方電路可包括：第一電晶體；以及第二電晶體，具有與所述第一電晶體實質上相同的電晶體特性，所述第一電晶體及所述第二電晶體並聯連接於所述平方電路的輸出端子與地之間，根據所述功率放大器的所述輸出，所述平方電路的所述輸出電流可對應於流過所述第一電晶體的第一電流與流過所述第二電晶體的第二電流之和，其中所述功率放大器的所述輸出可以差動方式被供應至所述第一電晶體的第一閘電極及所述第二電晶體的第二閘電極。
所述DC電流吸收器可包括基於低壓差調節器的電壓跟隨器。
所述DC電流吸收器可包括：運算放大器，具有與所述平方電路的所述輸出端子連接的非反相輸入及連接至參考電壓源的反相輸入；電晶體，連接於電源供應與所述平方電路的所述輸出端子之間，且具有與所述運算放大器的輸出連接的閘電極；以及電容器，連接於所述電源供應與所述電晶體的所述閘電極之間。
所述DC電流吸收器的輸出阻抗可為頻率相關的，且在低於所期望截止頻率的頻率下具有低輸出阻抗，否則具有高輸出阻抗。
根據一個實施例，一種用於偵測本地振盪器洩漏及影像音調的方法包括：將無線電收發器的無線電發射器的功率放大器的輸出供應至偵測器電路的平方電路以產生輸出電流，所述功率放大器的所述輸出包括所期望音調、本地振盪器洩漏音調及影像音調，所述平方電路的所述輸出電流包括直流（DC）分量及交流（AC）分量，所述DC分量包括所述所期望音調的函數，所述AC分量包括所述本地振盪器洩漏音調的函數及所述影像音調的函數；由所述偵測器電路的所述DC電流吸收器吸收所述輸出電流的所述DC分量，以生成所述平方電路的經濾波輸出，其中所述經濾波輸出包括所述本地振盪器洩漏音調的所述函數及所述影像音調的所述函數；以及基於所述經濾波輸出來偵測所述本地振盪器洩漏音調及所述影像音調。
所述方法可更包括將所述經濾波輸出供應至跨阻抗放大器。
所述跨阻抗放大器可包含於所述無線電收發器的無線電接收器中。
所述無線電接收器可更包括接收混頻器，所述接收混頻器被配置成利用接收器本地振盪器對所接收訊號進行混頻，所述接收混頻器的輸出藉由接收器開關連接至所述跨阻抗放大器，所述偵測器電路可包括被配置成藉由偵測器開關將所述經濾波輸出供應至所述跨阻抗放大器的輸出端子，且所述方法可更包括在偵測所述無線電收發器的所述本地振盪器洩漏音調及所述影像音調時：藉由所述偵測器開關將所述偵測器電路的所述輸出端子連接至所述跨阻抗放大器；以及藉由所述接收器開關將所述接收混頻器與所述跨阻抗放大器斷開連接。
所述方法可更包括：由所述無線電收發器的所述無線電發射器的發射混頻器將輸入基頻訊號與所述無線電發射器的發射器本地振盪器的輸出混頻，以產生混頻器輸出；以及由所述無線電發射器的所述功率放大器放大所述混頻器輸出，以生成所述功率放大器的所述輸出。
所述本地振盪器洩漏音調可對應於所述發射器本地振盪器的所述輸出。
所述發射混頻器的訊號路徑可包括同相部分及正交部分，且所述影像音調可對應於所述訊號路徑的所述同相部分與所述正交部分之間的失衡。
所述平方電路可包括：第一電晶體；以及第二電晶體，具有與所述第一電晶體實質上相同的電晶體特性，所述第一電晶體及所述第二電晶體並聯連接於所述平方電路的輸出端子與地之間，其中根據所述功率放大器的所述輸出，所述平方電路的所述輸出電流可對應於流過所述第一電晶體的第一電流與流過所述第二電晶體的第二電流之和，其中所述功率放大器的所述輸出可以差動方式被供應至所述第一電晶體的第一閘電極及所述第二電晶體的第二閘電極。
在以下詳細說明中，藉由例示方式僅示出及闡述了本揭露的某些示例性實施例。如熟習此項技術者將認識到，本揭露的實施例可被實施為諸多不同的形式，且不應被解釋為僅限於本文中陳述的實施例。在整個說明書中，相同的參考編號表示相同的元件。
射頻（RF）收發器廣泛用於電子通訊中，且可見於廣泛的消費型裝置中，例如智慧型電話（例如，用於與蜂巢式塔（cellular tower）通訊）、膝上型電腦（例如，用於與無線區域網路基地台通訊）及個人附件（例如，用於與藍芽主機連接）。因此，期望在消費型及企業電子無線通訊中使用高效能及高效的RF收發器。
圖1是根據本揭露一個實施例包括偵測器的收發器的方塊圖。參照圖1，射頻（RF）收發器（或無線電收發器）1可包括被配置成調變供傳輸的基頻訊號的無線電發射器（或者發射器或發射側）10。例如，發射側可在數位至類比轉換器（digital-to-analog converter，DAC）12處接收輸入基頻波形的數位表示，其中例如在智慧型電話的情形下，基頻波形可對數位語音資料、網路資料（例如，網際網路訊務）等進行編碼。在一些實施例中，波形的數位表示可為例如軟體定義無線電（software defined radio，SDR）或其他數位訊號處理硬體（本文中稱為「數據機」）的輸出。DAC 12將數位資料轉換成對應的類比基頻訊號，所述類比基頻訊號然後被供應至低通濾波器14（例如，以抑制由DAC 12產生的諧波），之後被供應至發射混頻器16。發射混頻器16利用具有第一本地振盪器頻率的發射器本地振盪器（LO）17的輸出對所供應的基頻訊號進行混頻，以將訊號自基頻頻率（例如，在0赫茲至200百萬赫或更高的範圍內）轉換成供傳輸的射頻，其中特定頻率可取決於由協定規定的頻帶（例如，在5G新無線電的情形下，410百萬赫至7.125十億赫及/或24.25十億赫至52.6十億赫）且由收發器調諧（例如，藉由選擇特定的操作頻道）。發射混頻器16的輸出（混頻器輸出）然後被供應至一或多個放大級（在圖1中被繪示為功率放大器（power amplifier，PA）18），且經放大的訊號被供應至一或多個天線以供傳輸。
圖1所示的RF收發器1亦包括被配置成將所接收的訊號解調成基頻訊號以供進一步處理的接收側（或者接收器或無線電接收器）20。RF收發器1的無線電接收器20可（例如，自天線）接收射頻訊號，且可將所接收的訊號供應至低雜訊放大器（low-noise amplifier，LNA）22。經放大的訊號然後被供應至接收混頻器24，接收混頻器24利用具有第二本地振盪器頻率的接收器本地振盪器（LO）23的輸出對所接收及經放大的訊號進行混頻，以將訊號自射頻降低至基頻頻率。此接收器本地振盪器23可與和發射混頻器16一起使用的發射器本地振盪器17為同一本地振盪器（例如，在分時多工的情形下），或者可為不同的本地振盪器（例如，使得收發器1可使用分頻多工在不同的頻率上同時發射及接收）。基頻頻率訊號然後可被供應至跨阻抗放大器（transimpedance amplifier，TIA）26，跨阻抗放大器26放大基頻頻率訊號並將經放大的訊號輸出至低通濾波器（low-pass filter，LPF）27（例如，雙二階（biquad或biquadratic）濾波器）。經濾波的訊號然後被供應至類比至數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）28，類比至數位轉換器28將類比訊號轉換成其數位表示以供進一步處理（例如，藉由數據機，如上所述）。
接收器可更包括接收器開關25，以將無線電接收器20斷開連接。例如，如圖1所示，接收器開關25位於接收混頻器24的輸出與跨阻抗放大器26的輸入之間。（然而，本揭露的實施例並非僅限於此。）通常，接收器開關25可用於在偵測器電路（Det）100執行校準時將收發器的無線電接收器20斷開連接，如下文更詳細地闡述。
圖2A是示意性繪示在功率放大器的輸出的功率譜或振幅譜中出現的本地振盪器（LO）洩漏及影像音調的圖示。更具體而言，圖2A是示意性繪示功率放大器18的輸出訊號2的功率譜或振幅譜的圖示。如先前技術中所述，各自接收相隔90度的鎖相本地振盪器（LO）頻率的二個同相/正交（I/Q）混頻器分別將射頻（RF）變換成同相（I）頻率及正交（Q）頻率。例如，發射混頻器16及接收混頻器24可各自包括同相（I）訊號路徑及正交（Q）訊號路徑。由於訊號路徑的同相部分及正交部分的相位失配（例如，當二個訊號路徑不恰好相隔90度時），可能會出現I/Q失衡或I/Q失配。為了方便起見，在以下論述中，由發射器本地振盪器17產生並藉由發射混頻器16與基頻訊號混頻的第一本地振盪器頻率可被稱為本地振盪器頻率，而由接收器本地振盪器23產生並藉由接收混頻器24與所接收及經放大的訊號混頻的第二本地振盪器頻率在本文中將被一致地稱為第二本地振盪器頻率。
如圖2A所示，功率放大器的輸出可包括處於三個不同頻率的有效訊號。一個訊號是處於射頻的所期望音調，其對應於無線電發射器10的所期望輸出。根據標準混頻器操作，所期望音調處於等於本地振盪器頻率（在圖2A所示的實施例中，第一本地振盪器頻率）與基頻頻率之和的射頻（）。然而，I/Q失配可使功率放大器的輸出亦包括處於影像音調頻率的影像音調（其中）。此外，本地振盪器（LO）洩漏亦可使由發射器本地振盪器17輸出的訊號在輸出中作為處於本地振盪器頻（第一本地振盪器頻率）的而出現。因此，所期望音調較本地振盪器頻率高，且同樣，影像音調較本地振盪器頻率低，使得影像音調與所期望音調在頻率上相隔。對於不同的頻率（例如，對於不同的基頻頻率及對於不同的本地振盪器頻率），I/Q失配可能不同。作為一個具體實例，基頻頻率可為200百萬赫，本地振盪器頻率可為10十億赫，且因此所期望音調的射頻可為10十億赫+200百萬赫=10.2十億赫，且影像音調頻率可為10十億赫–200百萬赫=9.8十億赫。
因此，本揭露的實施例的態樣是有關於用於以下的系統及方法：偵測本地振盪器洩漏訊號（例如，對應於藉由發射混頻器16與欲發射的輸入基頻訊號混頻的第一本地振盪器頻率）及影像音調，以校準收發器1，進而降低或去除由於操作頻率範圍內的I/Q失衡所致的本地振盪器洩漏及影像音調。本揭露的實施例可與在各種模式下運行的多種不同類型的無線電收發器一起使用，包括實施分時雙工（time division duplex，TDD）及/或分頻雙工（frequency division duplex，FDD）操作模式的無線電收發器。本地振盪器洩漏訊號及影像音調的偵測可作為校準過程的一部分來執行，其中校準可為工廠校準、即時校準、背景校準及/或前景校準。
參照圖1，根據本揭露的一些實施例，偵測器電路100電性連接於無線電發射器10的功率放大器18的輸出與無線電接收器20的跨阻抗放大器26的輸入之間，以提供回送電路（loopback circuit），所述回送電路向數據機提供用於對例如混頻器的同相部分及正交部分進行校準的資訊。偵測器開關29可進一步將偵測器電路100的輸出連接至跨阻抗放大器26，以僅在進行校準量測時（例如，在接收器開關25斷開且收發器1未在接收自天線捕獲的訊號時）將偵測器電路100連接至跨阻抗放大器26。雖然比較系統包括晶片上校準能力，然而本揭露的實施例提供了低功率及低面積的有效偵測電路，此至少部分地是由於無線電接收器20的部分被再用於藉由偵測器電路100提供回饋資訊的目的，並且由於根據本揭露實施例的偵測器電路100相對簡單且具有相對較小的相對較少的組件。根據本揭露的一些實施例，同一（或單個）積體電路（integrated circuit，IC）包括偵測器電路100、以及收發器1的無線電發射器10及無線電接收器20的一或多個組件（例如，混頻訊號積體電路或類比射頻積體電路，其中DAC 12及ADC 28可包含或不包含於所述積體電路中）。
圖2B是示意性繪示根據本揭露一個實施例偵測到的LO洩漏的函數或特徵及偵測到的影像音調的函數或特徵的功率譜或振幅譜的圖示。如圖2B所示，偵測器電路100可被配置成幫助生成偵測器訊號3，偵測器訊號3包括第一頻率下本地振盪器洩漏（例如，發射器本地振盪器17的洩漏）的函數或特徵以及第二頻率下影像音調的函數或特徵。然後，所產生的偵測器訊號3可被供應至數據機，使得數據機可調諧收發器1以降低或去除I/Q失衡。以下更詳細地闡述用以使根據本揭露實施例的偵測器電路100產生偵測器訊號3的系統及方法。
圖3是根據本揭露一個實施例的偵測器的示意性方塊圖。在圖3所示的實施例中，偵測器電路100包括平方器或平方電路（）110及電壓跟隨器（voltage follower）或DC電流吸收器150。（為了方便及清楚起見，偵測器開關29自圖3中被省略，但偵測器開關29原本可位於跨阻抗放大器26與平方電路110和DC電流吸收器150之間的節點N 之間。）平方電路110接收來自功率放大器18的輸出訊號2作為輸入（例如，如圖1所示作為偵測器電路100的輸入），並輸出與輸入訊號的平方（例如，輸入訊號乘以其自身）對應的電流訊號。平方電路110的電流輸出在本文中將被表示為。
如圖3所示，去往偵測器的輸入訊號2包括處於射頻且具有振幅的所期望音調、處於本地振盪器頻率（或第一本地振盪器頻率）且具有振幅的本地振盪器音調、以及處於影像頻率且具有振幅的影像音調，且因此輸入訊號2可被認為是三個音調之和：。 當平方電路110對輸入訊號2求平方時，其生成量值與輸入的平方對應的輸出電流： 平方訊號表達式可如下擴展（在析出2之後）：
根據混頻器數學，當訊號乘以其自身時，其乘積包含具有零頻率的分量（例如，變成直流或DC分量）及二倍於輸入訊號頻率的分量。因此，第一項可改寫為： 且因此，如圖3所示，所期望音調的功率的函數或特徵在平方電路110的輸出4處作為DC分量而出現。（二倍於訊號頻率的分量在電路的運行頻帶之外，且熟習此項技術者將理解，二倍於所述頻率的分量可被忽略。）
如上所述，所期望音調的頻率較本地振盪器頻率高，因此。相似地，影像音調的頻率較本地振盪器頻率低，因此。因此，第二項可改寫為： 此等於： 此可簡化為： 且因此，如圖3所示，本地振盪器洩漏（或發射器本地振盪器的洩漏）的函數或特徵在平方電路110的輸出4處作為處於基頻頻率且具有振幅的訊號而出現。
平方電路110的輸出的上述表達式的第三項亦可以上述方式進行簡化： 且因此，影像音調的函數或特徵在平方電路110的輸出4處作為處於頻率且具有振幅的訊號而出現。 如此，平方電路110的輸出44具有在DC、及下有峰值的功率譜，如圖3所示。平方電路110的輸出的DC分量可具有振幅： 且平方電路110的輸出的AC分量可具有振幅：
通常，所期望音調功率的函數或特徵具有較本地振盪器洩漏的函數或特徵的振幅及影像音調的函數或特徵的振幅顯著大的振幅。將平方電路110的輸出直接供應至跨阻抗放大器26將引起幾個問題，該些問題會阻礙對本地振盪器洩漏及影像音調的函數或特徵的偵測。一個問題是大的DC分量將使跨阻抗放大器26飽和。另一個問題是節點N 處的電壓將基於RF訊號的輸入功率而變化，此可使節點N 處的偏壓電壓超出平方電路110及跨阻抗放大器26的所設計操作的操作電壓範圍。第三個問題是高操作功率可使得電路非線性地運行。如此，本揭露的實施例的態樣是有關於濾除平方電路110的輸出4的DC分量以生成經濾波輸出，其中經濾波輸出實質上僅包含平方電路110的輸出的AC分量。平方電路110的輸出的AC分量被供應至跨阻抗放大器26，AC分量包括本地振盪器洩漏的表示及影像音調的表示。
一種濾除平方電路110的輸出4的DC分量的比較方法將為在平方電路的輸出與跨阻抗放大器26的輸入之間包括DC阻隔電容器，其中偏壓電路（例如，偏壓電阻器或二極體連接式p型金屬氧化物半導體（P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS）電晶體）耦合於電壓源VDD與平方電路110之間。然而，為了在以例如1百萬赫至400百萬赫的基頻頻率工作時使DC阻隔電容器阻隔DC訊號，此種DC阻隔電容器將需要非常大，以至於將需要使用具有不切實際的面積的積體電路或者將需要使用晶片外電容器（藉此需要使用晶片的有限數目的接腳之一），此二者均將實質上增加製造此種裝置的成本。此外，RF功率的特徵會改變DC阻隔電容器、偏壓電路及平方電路110之間的節點的偏壓點，使得平方電路110的輸出變成非線性的。
濾除平方電路110的輸出4的DC分量的另一種比較方法將為在電源VDD與平方電路110之間包括DC旁路電感器。然而，與上述DC阻隔電容器方法一樣，將能夠處置1百萬赫至400百萬赫範圍內基頻頻率的DC旁路電感器將需要極大的電感器，這相似地將需要在晶片外達成。因此，DC旁路電感器的使用會大幅增加製造成本。
因此，如圖3所示，根據本揭露的一些實施例，偵測器電路100包括DC電流吸收器或電壓跟隨器150，DC電流吸收器或電壓跟隨器150提供低阻抗電流路徑來吸收由平方電路110輸出的平方電路110的輸出4的DC分量。更詳細而言，DC電流吸收器150在DC下呈現非常低的輸出阻抗，但在AC訊號下呈現高阻抗。圖4是示意性繪示根據本揭露一個實施例的偵測器的電壓跟隨器的頻率相關輸出阻抗Zin 的圖示。如圖4所示，在一些實施例中，DC電流吸收器150在低於所期望截止頻率（例如，小於700赫茲（0.7千赫（kHz）），例如為100赫茲）的低訊號頻率下呈現非常低的輸出阻抗（例如，約1.5歐（Ω））。在一些實施例中，DC電流吸收器150在高於所期望截止頻率的訊號頻率下呈現高阻抗（例如，約50千歐（kΩ））。DC電流吸收器150亦設定作為差動放大器的跨阻抗放大器26的輸入處的DC位準（例如，將跨阻抗放大器26在節點N 處的輸入電壓設定於作為輸入供應至DC電流吸收器150的參考電壓下）。
因此，例如圖3及圖4所示在偵測器電路100中包括DC電流吸收器150會使得平方電路110的輸出4的僅AC訊號作為輸入供應至跨阻抗放大器26。因此，平方電路110的輸出4的DC分量（其代表所期望射頻訊號的功率放大器功率）不會引起上述問題，藉此使得能夠偵測本地振盪器洩漏的函數或特徵及影像音調的函數或特徵，該些函數或特徵然後可被供應至數據機以用於進行校準（例如，在數位域中）。例如，各種實施例中的DC電流吸收器150可防止使跨阻抗放大器26飽和，在節點N 處維持穩定的偏壓電壓，且在節點N 處汲取大部分功率以將電路保持於線性操作範圍內。
圖5是示出根據本揭露一個實施例的平方電路的電路圖。如圖5所示，在一個實施例中，平方電路110包括具有實質上相同電晶體特性的第一n型金屬氧化物半導體（N-type Metal Oxide Semiconductor，NMOS）電晶體112及第二NMOS電晶體114，其中每一電晶體的源極連接至地且每一電晶體的汲極連接至節點N 。此二個電晶體是根據偏壓電壓在飽和區中被驅動。來自功率放大器18的輸入訊號2在本文中被表示為電壓，且以差動方式被施加至第一NMOS電晶體112的閘電極及第二NMOS電晶體114的閘電極。更具體而言，偏壓電壓與輸入訊號2的一半（）之和（）被供應至第一NMOS電晶體112的閘極，且偏壓電壓與輸入訊號2的一半（）之差（）被供應至第二NMOS電晶體114的閘極。
自相應電晶體112及114的汲極流至源極的汲極電流及是電晶體的閘極-源極電壓（）的平方律函數。藉由對電流及進行求和，線性分量（例如，由於）被抵消，但二階分量相加以生成包括二次諧波的訊號，所述二次諧波包括混合乘積及冪。因此，平方電路110的輸出電流包括輸入訊號的平方。
圖6是示出根據本揭露一個實施例的DC電流吸收器的電路圖。在圖6所示的實施例中，參考電壓被供應至運算放大器（operational amplifier，op-amp）152的反相輸入端子（例如，參考電壓由參考電壓源供應）。運算放大器152的輸出連接至PMOS電晶體154的閘極。電源供應（或電壓源）VDD被供應至運算放大器152及PMOS電晶體154的源極。PMOS電晶體154的汲極連接至節點N ，節點N 亦連接至運算放大器152的非反相輸入端子。另外，在一些實施例中，電容器156連接於電源供應VDD與PMOS電晶體154的閘極之間，作為用於穩定性補償的可選組件。在圖6所示的實施例中，不使用米勒補償（Miller compensation），以避免高頻短路（例如，在運算放大器152的輸出與運算放大器152的非反相輸入之間不存在電容器）。
雖然使用電壓跟隨器電路的DC電流吸收器的一些實施例在圖6中被繪示為基於運算放大器的電路，然而本揭露的實施例並非僅限於此，且可使用用於電壓跟隨器或DC電流吸收器電路的其他已知及適當的設計，例如亦可使用基於低壓差調節器（low-dropout regulator，LDO）的電壓跟隨器。另外，如熟習此項技術者將理解，參照圖6所示及所述的DC電流吸收器150的實施例可與參照圖5所示及所述的平方電路110連同使用。
如此，本揭露的一些實施例是有關於偵測器電路100，其包括平方電路110（例如，CMOS平方電路），平方電路110以及的偏移量對LO洩漏及影像音調進行降頻轉換，其中奇次諧波被消除，且具有二次諧波的所偵測訊號被供應至接收器20的跨阻抗放大器26，藉此使得能夠在多種目的之間共享現有硬體，且降低對接收器晶片上用於為收發器1的重新校準提供回饋（例如用於偵測LO洩漏及I/Q失衡）的額外區域的需要。
在一些實施例中，DC電流吸收器150提供一種用於去除訊號的表現出功率含量的DC分量的低功率（例如，在1伏（V）VDD下汲取100微安（μA））、面積高效（例如，不需要大的電容器及/或電感器，且藉由再使用接收器電路的現有組件）的方法，且對於平方電路110的輸出的基頻頻率及分量提供大於50千歐的阻抗。
因此，本揭露的實施例的態樣提供用於在無線電收發器的發射側的放大器（例如，功率放大器）的輸出中偵測本地振盪器洩漏及影像音調的系統及方法。本揭露的實施例的態樣可藉由以下方式而在緊湊電路中實施：再使用無線電收發器的無線電接收器20的部分來偵測LO洩漏及影像音調；且使用電壓跟隨器或其他DC電流吸收器電路自偵測器的輸出實質上去除射頻訊號，而不求助於使用大的DC阻隔電容器或大的DC旁路電感器。平方電路（例如，其可僅包括二個電晶體）及簡單電壓跟隨器的使用亦使得本揭露的實施例能夠在低功率下運行（例如，不需要附加的振盪器或混頻器）。
雖然已結合某些示例性實施例闡述了本揭露的實施例，然而應理解，本揭露的實施例並非僅限於所揭露的實施例，而是相反，旨在涵蓋包含於隨附申請專利範圍及其等效內容的精神及範圍內的各種潤飾及等效佈置。
1:射頻（RF）收發器/無線電收發器/收發器 2:輸出訊號/輸入訊號 3:偵測器訊號 4:輸出 10:無線電發射器/發射器/發射側 12:數位至類比轉換器（DAC） 14、27:低通濾波器（LPF） 16:發射混頻器 17:發射器本地振盪器（LO） 18:功率放大器（PA） 20:接收側/接收器/無線電接收器 22:低雜訊放大器（LNA） 23:接收器本地振盪器（LO） 24:接收混頻器 25:接收器開關 26:跨阻抗放大器（TIA） 28:類比至數位轉換器（ADC） 29:偵測器開關 100:偵測器電路（Det） 110:平方器/平方電路（） 112:第一n型金屬氧化物半導體（NMOS）電晶體/電晶體 114:第二NMOS電晶體/電晶體 150:DC電流吸收器/電壓跟隨器 152:運算放大器 154:p型金屬氧化物半導體（PMOS）電晶體 156:電容器AIM :影像音調/振幅ALO :本地振盪器洩漏訊號/本地振盪器洩漏/振幅ARF :所期望音調/振幅fBB :基頻頻率/第一頻率 2fBB :第二頻率/頻率f cutoff :所期望截止頻率fIM :影像音調頻率/影像頻率/影像音調的頻率fLO :本地振盪器頻率fRF :射頻/所期望音調的頻率i :輸出電流i 1 、i 2 :汲極電流/電流IAC :AC分量/AC訊號IDC :DC分量N :節點s (AIM )、s (ALO )、s (ARF ):函數或特徵Vd :電壓/輸入訊號VDD :電源供應/電壓源VG :偏壓電壓VREF :參考電壓Zin :頻率相關輸出阻抗
附圖與說明書一起示出本揭露的示例性實施例，且與本說明一起用於闡釋本揭露的原理。 圖1是根據本揭露一個實施例包括偵測器的收發器的方塊圖。 圖2A是示意性繪示在功率放大器的輸出的功率譜或振幅譜中出現的本地振盪器（LO）洩漏及影像音調的圖示。 圖2B是示意性繪示根據本揭露一個實施例偵測到的LO洩漏的函數或特徵（signature）及偵測到的影像音調的函數或特徵的功率譜或振幅譜的圖示。 圖3是根據本揭露一個實施例的偵測器的示意性方塊圖。 圖4是示意性繪示根據本揭露一個實施例的偵測器的電壓跟隨器的頻率相關輸出阻抗的圖示。 圖5是示出根據本揭露一個實施例的平方電路的電路圖。 圖6是示出根據本揭露一個實施例的DC電流吸收器的電路圖。
2:輸出訊號/輸入訊號
3:偵測器訊號
4:輸出
26:跨阻抗放大器(TIA)
100:偵測器電路(Det)
110:平方器/平方電路(X 2)
150:DC電流吸收器/電壓跟隨器
A IM :影像音調/振幅
A LO :本地振盪器洩漏訊號/本地振盪器洩漏/振幅
A RF :所期望音調/振幅
f BB :基頻頻率/第一頻率
2f BB :第二頻率/頻率
f IM :影像音調頻率/影像頻率/影像音調的頻率
f LO :本地振盪器頻率
f RF :射頻/所期望音調的頻率
I AC :AC分量/AC訊號
I DC :DC分量
N:節點
s(A IM )、s(A LO )、s(A RF ):函數或特徵
V REF :參考電壓

Claims (20)

  1. 一種無線電收發器，包括：無線電發射器，包括功率放大器；本地振盪器洩漏與影像音調偵測器電路，包括：平方電路，被配置成接收所述無線電發射器的所述功率放大器的輸出，並被配置成生成輸出電流；以及直流電流吸收器，電性連接至所述平方電路的輸出端子。
  2. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述直流電流吸收器的經濾波輸出被供應至跨阻抗放大器。
  3. 如請求項2所述的無線電收發器，其中所述無線電發射器包括發射混頻器，所述發射混頻器被配置成將發射器本地振盪器的輸出與輸入基頻訊號混頻，以生成發射混頻器輸出，所述發射混頻器輸出作為輸入被供應至所述功率放大器，其中所述平方電路被配置成在藉由偵測器開關連接至無線電接收器的輸出端子處生成所述輸出電流，所述無線電接收器包括：所述跨阻抗放大器；以及接收混頻器，被配置成利用接收器本地振盪器對所接收訊號進行混頻，所述接收混頻器的輸出藉由接收器開關連接至所述跨阻抗放大器。
  4. 如請求項2所述的無線電收發器，其中所述無線電收發器還包括無線電接收器，所述無線電接收器包括所述跨阻抗放大器；以及 所述本地振盪器洩漏與影像音調偵測器電路包含於積體電路中。
  5. 如請求項4所述的無線電收發器，更包括：接收器開關，連接於所述無線電接收器的接收混頻器與所述跨阻抗放大器之間，所述接收器開關被配置成在使用所述偵測器電路校準所述無線電收發器期間將所述無線電接收器斷開連接；以及偵測器開關，連接於所述平方電路的所述輸出端子與所述跨阻抗放大器之間，所述偵測器開關被配置成在校準所述無線電收發器期間將所述偵測器電路的所述平方電路的所述輸出端子連接至所述跨阻抗放大器。
  6. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述無線電發射器更包括發射混頻器，所述發射混頻器被配置成將發射器本地振盪器的輸出與輸入基頻訊號混頻，以生成混頻器輸出，所述混頻器輸出被供應至所述功率放大器。
  7. 如請求項6所述的無線電收發器，其中所述功率放大器的所述輸出中的本地振盪器洩漏音調對應於所述發射器本地振盪器的所述輸出。
  8. 如請求項6所述的無線電收發器，其中所述發射混頻器的訊號路徑包括同相部分及正交部分，且其中所述功率放大器的所述輸出中的影像音調對應於所述訊號路徑的所述同相部分與所述正交部分之間的失衡。
  9. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述平方電路包括：第一電晶體；以及第二電晶體，其中所述第一電晶體及所述第二電晶體並聯連接於所述平方電路的輸出端子與地之間，其中根據所述功率放大器的所述輸出，所述平方電路的所述輸出電流對應於流過所述第一電晶體的第一電流與流過所述第二電晶體的第二電流之和，其中所述功率放大器的所述輸出以差動方式被供應至所述第一電晶體的第一閘電極及所述第二電晶體的第二閘電極。
  10. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述直流電流吸收器包括基於低壓差調節器的電壓跟隨器。
  11. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述直流電流吸收器包括：運算放大器，具有與所述平方電路的所述輸出端子連接的非反相輸入及連接至參考電壓源的反相輸入；電晶體，連接於電源供應與所述平方電路的所述輸出端子之間，且具有與所述運算放大器的輸出連接的閘電極；以及電容器，連接於所述電源供應與所述電晶體的所述閘電極之間。
  12. 如請求項1所述的無線電收發器，其中所述直流 電流吸收器的輸出阻抗是頻率相關的，且在低於所期望截止頻率的頻率下具有低輸出阻抗，否則具有高輸出阻抗。
  13. 一種用於偵測本地振盪器洩漏及影像音調的方法，包括：將無線電收發器的無線電發射器的功率放大器的輸出供應至所述無線電收發器的偵測器電路的平方電路以產生輸出電流，所述功率放大器的所述輸出包括：所期望音調；本地振盪器洩漏音調；以及影像音調；所述平方電路的所述輸出電流包括：直流分量，包括所述所期望音調的函數；以及交流分量，包括：所述本地振盪器洩漏音調的函數；以及所述影像音調的函數；由所述偵測器電路的直流電流吸收器吸收所述輸出電流的所述直流分量，以生成所述平方電路的經濾波輸出，其中所述經濾波輸出包括所述本地振盪器洩漏音調的所述函數及所述影像音調的所述函數；以及基於所述經濾波輸出來偵測所述本地振盪器洩漏音調及所述影像音調。
  14. 如請求項13所述的方法，更包括將所述經濾波 輸出供應至跨阻抗放大器。
  15. 如請求項14所述的方法，其中所述跨阻抗放大器包含於所述無線電收發器的無線電接收器中。
  16. 如請求項15所述的方法，其中所述無線電接收器更包括接收混頻器，所述接收混頻器被配置成利用接收器本地振盪器對所接收訊號進行混頻，所述接收混頻器的輸出藉由接收器開關連接至所述跨阻抗放大器，其中所述偵測器電路包括被配置成藉由偵測器開關將所述經濾波輸出供應至所述跨阻抗放大器的輸出端子，且其中所述方法更包括在偵測所述無線電收發器的所述本地振盪器洩漏音調及所述影像音調時：藉由所述偵測器開關將所述偵測器電路的所述輸出端子連接至所述跨阻抗放大器；以及藉由所述接收器開關將所述接收混頻器與所述跨阻抗放大器斷開連接。
  17. 如請求項14所述的方法，更包括：由所述無線電收發器的所述無線電發射器的發射混頻器將輸入基頻訊號與所述無線電發射器的發射器本地振盪器的輸出混頻，以產生混頻器輸出；以及由所述無線電發射器的所述功率放大器放大所述混頻器輸出，以生成所述功率放大器的所述輸出。
  18. 如請求項17所述的方法，其中所述本地振盪器 洩漏音調對應於所述發射器本地振盪器的所述輸出。
  19. 如請求項17所述的方法，其中所述發射混頻器的訊號路徑包括同相部分及正交部分，且其中所述影像音調對應於所述訊號路徑的所述同相部分與所述正交部分之間的失衡。
  20. 如請求項17所述的方法，其中所述平方電路包括：第一電晶體；以及第二電晶體，具有與所述第一電晶體相同的電晶體特性，所述第一電晶體及所述第二電晶體並聯連接於所述平方電路的輸出端子與地之間，其中根據所述功率放大器的所述輸出，所述平方電路的所述輸出電流對應於流過所述第一電晶體的第一電流與流過所述第二電晶體的第二電流之和，其中所述功率放大器的所述輸出以差動方式被供應至所述第一電晶體的第一閘電極及所述第二電晶體的第二閘電極。
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