锁相环、宽带发射机及宽带发射机的载波泄露校准方法

摘要

本发明公开了一种锁相环、宽带发射机及宽带发射机的载波泄露校准方法，其中锁相环包括：鉴相器、环路滤波器和多个压控振荡器，鉴相器向环路滤波器输出信号，环路滤波器可选择地向多个压控振荡器的任意之一输出信号。本发明提出的由宽带锁相环支撑的宽带发射机可以工作于多种模式，适应通讯技术的发展以及供应商的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种锁相环、宽带发射机及宽 带发射机的载波泄露校准方法。

背景技术

在移动通信领域，发射机应用于GSM(全球移动通信系统)、UMTS(通 用移动通信系统)、CDMA(码分多址)和LTE(长期演进)等多种移动通 信系统中，发射机的工作过程如下：

首先，将来自基带的数字信号转化为模拟基带信号；

然后，完成信号的滤波和上变频；

最后，经过射频功率放大器将变频后的射频信号通过天线发射出去。

在移动通讯领域，发射机的技术虽然比较成熟，但一般只能工作于单一 的频段和模式，功能相对较少，灵活性不够，可扩展能力也有限。

另外，在变频过程中，不可避免的会出现一些无用信号，如本振泄露信 号，边带信号等。这些无用信号可能影响发射机后续功率放大电路，造成发 射机频谱发射不符合协议标准的规定，另外，当载波泄露信号与发射信号同 时进入功率放大器后，由于功放非线性导致他们之间互调恶化，可能影响数 字预失真效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锁相环、宽带发射机及宽带发射机 的载波泄露校准方法，可以提高发射机的频率输出范围。

为解决上述技术问题，本发明的方法一种锁相环，包括：鉴相器、环路 滤波器和多个压控振荡器，其中，鉴相器向环路滤波器输出信号，环路滤波 器可选择地向多个压控振荡器的任意之一输出信号。

进一步地，还包括至少一个可变电抗组件，可变电抗组件与多个压控振 荡器均分别连接。

进一步地，还包括一个或多个分频器，分频器连接到压控振荡器的输出 端，提供分频后的输出信号。

进一步地，在多个压控振荡器中，相邻压控振荡器在要求的工作温度范 围内存在重叠频率。

进一步地，一种宽带发射机，包括：IQ调制器和锁相环，锁相环与IQ 调制器相连，为IQ调制器提供本振信号，其中，锁相环包括：鉴相器、环路 滤波器和多个压控振荡器，其中，鉴相器向环路滤波器输出信号，环路滤波 器可选择地向多个压控振荡器的任意之一输出信号。

进一步地，锁相环还包括至少一个可变电抗组件，可变电抗组件与多个 压控振荡器均分别连接。

进一步地，在多个压控振荡器中，相邻压控振荡器在要求的工作温度范 围内都存在重叠频率。

进一步地，一种宽带发射机的载波泄露校准方法，应用于包括多个压控 振荡器的宽带发射机中，包括：

计算多个压控振荡器中相邻压控振荡器重叠的频率范围，判断校准频点 是否在重叠的频率范围中，如果是，则从相邻压控振荡器中，为校准频点指 定一压控振荡器锁定；

在为校准频点指定一压控振荡器锁定后，为宽带发射机的IQ调制器提供 本振信号，并通过对基带直流分量进行调整完成对IQ调制器的载波泄露校 准，并保存校准数据。

进一步地，为校准频点指定一压控振荡器锁定包括：

根据相邻压控振荡器的锁定上限频率和锁定下限频率计算判断阈值；

将校准频点与判断阈值进行比较，如果校准频点小于判断阈值，则指定 相邻压控振荡器中锁定下限频率较小的压控振荡器锁定；如果校准频点大于 判断阈值，则指定相邻压控振荡器中锁定上限频率较大的压控振荡器锁定。

进一步地，还包括：

在计算多个压控振荡器中相邻压控振荡器重叠的频率范围前，还需确定 多个压控振荡器的频率覆盖范围；

在校准频点不在重叠的频率范围中时，根据多个压控振荡器的频率覆盖 范围为校准频点指定一压控振荡器锁定。

进一步地，还包括：

为校准频点指定压控振荡器锁定后，记录压控振荡器的编号，在收到置 频点命令时，判断所置频点是否在重叠的频率范围中，如果在，则根据压控 振荡器的编号，调用相应的压控振荡器，并启用相应的校准数据。

综上所述，本发明提出的由宽带PLL支撑的宽带发射机可以工作于多种 模式，适应通讯技术的发展以及供应商的需求。

附图说明

图1为宽带发射机系统框图；

图2为传统锁相环工作过程图；

图3为本发明提出宽带锁相环工作过程图；

图4为IQ调制器工作过程图；

图5为本发明提出宽带发射机载波泄露校准流程图；

图6为本实施方式提出宽带发射机载波泄露启用校准数据流程图。

具体实施方式

图1所示为本实施方式的支持多种制式的宽带发射机，包括：高采样率 的IQ两路数模转换器(DAC)，IQ两路低通滤波器(LPF)，宽带锁相环(PLL)、 宽带射频IQ调制器(IQ modulator)，可控增益射频放大器(DVGA)和宽 带功率放大器(PA)六个部分。本实施方式的突出特点是采用宽带锁相环 (PLL)，通过宽带锁相环给IQ调制器提供宽带的本振信号来实现宽带发射 机。

图2是传统窄带锁相环的结构，图3是宽带锁相环的结构，锁相环是一 个闭环的相位误差控制系统，比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相 位差，产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。

本实施方式通过在锁相环中集成多个压控振荡器(VCO)来实现宽带调 谐，宽带锁相环的工作原理与窄带锁相环相同，都是比较输入信号和压控振 荡器输出信号之间的相位差，产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率， 本实施方式中的宽带锁相环和现有的窄带锁相环的最大差异是对VCO的调 谐范围不同。宽带VCO的调谐范围基于以下三点实现：

(一)传统的锁相环电路内部只包含一个VCO，而本实施方式的宽带锁 相环内部集成了多个VCO调谐，在锁相过程中，可以在多个VCO中选择合 适的VCO锁定，通过多个VCO拼接实现宽带调谐。由于VCO覆盖频段会 随高低温变化和加工工艺上下平移，在多VCO集成中，常温下两个VCO之 间频率重叠范围要有充足余量才能保证宽带PLL在全温范围全频段锁定。

(二)锁相环包含至少一个可变组件(图中为示出)，可变组件的电抗 一般是电压电平的函数。本实施方式中包含一组可变组件，每一个VCO都可 以与这一组电抗组件中的任意一个搭配实现宽带调谐。

(三)传统锁相环为压控振荡器直接输出，本实施方式中宽带锁相环末 级包括一组可选分频器，可以将压控振荡器直接输出，也可以在二分频，四 分频等后输出。

通过将上述多VCO覆盖，可变组件调谐和输出可选分频器结合起来可以 实现VCO从几百兆到几G的宽带输出。

本实施方式还解决了宽带锁相环在不同VCO锁定时载波泄露校准失效 的问题。图4为IQ调制器工作原理图，如果调制器输入的IQ基带信号以及 本振信号都为理想正弦波没有幅度相位失真，则经调制器变频后输出为理想 的单边带信号不存在载波泄露。但实际应用中IQ基带信号和经过移相器的本 振信号都存在幅度和相位失真，导致调制器输出中包含无用的载波泄露信号， 宽带发射机应用中必须对载波泄露进行校准抑制，达到系统杂散指标要求。

调制器输入I，Q及本振信号用如下公式表示，其中A₁A₂代表基带幅度，A₁不等于A₂基带幅度不平衡，代表基带相位，不等于基带相位不平衡， B₁B₂代表基带直流分量，C₁C₂代表LO幅度，C₁不等于C₂LO幅度不平衡，θ₁θ₂代表LO相位，θ₁不等于θ₂LO相位不平衡，D₁D₂代表LO直流分量。

f_L0_I(t)＝C₁cos(w_ct+θ₁)+D₁

f_L0_Q(t)＝C₂sin(w_ct+θ₂)+D₂调制器输出：

其中载波泄露为：

$f_{\mathrm{LOleakage}}=B_1{C}_1\cos (w_{c}t+{\theta }_1)+B_2{C}_2\sin (w_{c}t+{\theta }_2)$

$=B_1{C}_1\cos (w_{c}t+{\theta }_1)-B_2{C}_2\cos (w_{c}t+{\theta }_2+\frac{\pi }{2})$

由公式可以看出，载波泄露与基带的直流分量和本振信号的幅度不平衡 有关，当B₁C₁＝B₂C₂，时，载波泄露最小，载波泄露校准过程为调整 基带直流分量B₁B₂使得基带直流偏移与LO幅度乘积相等B₁C₁＝B₂C₂，载波泄 露幅度最小。

传统的PLL中由于只有一个VCO，VCO增益固定，本振幅度不平衡固 定，载波泄露只与基带直流偏移相关。但在宽带PLL设计中由于内部集成了 多个VCO，为了保证宽带VCO有效覆盖全频段，VCO之间频率交叠范围比 较宽，这样就会造成交叠区内频点随机在两个VCO上锁定的情况，给载波泄 露校准带来困难。由于在交叠区内的频点，随着锁相环上下电会随机选择交 叠区中的任一个VCO锁定，如果校准的VCO和启用的VCO不同，则由于 VCO增益之间的差异会导致本振信号幅度变化，打破校准时基带直流分量与 校准时本振幅度乘积相等的关系，造成校准数据失效，载波泄露达不到系统 要求。

本实施方式通过指定交叠区内频点选择一个固定VCO锁定，保证交叠区 域内频点IQ校准数据一直有效，并且对交叠区域内频点合理分配VCO，防 止环境变化引起锁相环失锁影响发射机正常工作。

针对多VCO覆盖时载波泄露校准失效这一问题给出解决方案，如图5 为宽带VCO的载波泄露校准流程，包括：

步骤501：发射机上电，软件加载及各模块初始化；

步骤502：确定宽带PLL内部各个VCO的频率覆盖范围；

通过VCO与边缘两个电抗组件的相连确定VCO的输出最大和最小频 率，从而确定VCO的频率覆盖范围。

步骤503：计算VCOn的锁定上限频率(输出最大频率)与VCOn+1锁 定下限频率(输出最小频率)之差，得到两个VCO重叠的频率范围，并存入 flash中的VCO交叠区表格；

步骤504：收到下发频点命令后判断校准频点是否在重叠的频率范围中；

由IBSC下发频点配置。

步骤505：如果在重叠的频率范围中指定其中一个VCO锁定，本步骤又 包含以下几步：

a：计算VCOn的锁定上限频率f_nMAX和VCOn+1的锁定下限频率f_mMIN；

b：计算判断阈值，如$f_{\mathrm{gate}}=\frac{(f_{\mathrm{nMAX}}+f_{\mathrm{mMIN}})}{2};$

c：如果校准频点小于判断阈值则用锁定下限频率较小的压控振荡器 VCOn锁定；

d：如果大于判断阈值则用锁定上限频率较大的压控振荡器VCOn+1锁 定；

e：记录校准频点锁定的VCO的编号。

步骤506：如果校准频点不在交叠区，则搜索可以锁定的VCO；

通过判断校准频点落入哪个VCO的调谐带宽就选择相应的VCO。

步骤507：将校准频点指定唯一锁定VCO后，为宽带发射机的IQ调制 器提供本振信号，对基带直流分量采用大中小步长便利的方法进行调整完成 对IQ调制器的载波泄露校准；

载波泄露校准与校准频点锁定的VCO的增益相关。

步骤508：保存校准数据完成校准。

采用以上的流程配置可以完成宽带发射机载波泄露校准，并保证在交叠 区域内的频点不在VCO的边缘，确保发射机工作的可靠性。

本实施方式还包括启用校准数据的流程如图6所示，步骤如下：

601：发射机上电，软件加载及各模块初始化；

602：收到置频点命令后，查找存放在flash中VCO交叠区表格；

603：如果所置频点在重叠的频率范围中则调用flash中指定的VCO编号；

604：如果所置频点不在重叠的频率范围则搜索VCO锁定；

605：启用校准数据。

通过以上载波泄露校准和启用流程解决了多个VCO覆盖的宽带发射机 载波泄露校准失效问题。通过优化算法给交叠区内频点选择固定VCO锁定， 这样不仅避免下发频点配置到VCO边缘导致环境变化时锁相环失锁并且保 证了载波泄露校准数据的有效性和可靠性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块、各步骤可 以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布 在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程 序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或 者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们的多个模块或者步骤制 作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软 件结合。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。