用于降低发射机的增益不对称变化的电路及发射机

摘要

本发明实施例提供一种用于降低发射机的增益不对称变化的电路及发射机，其中包含用于为该电路的增益提供一致的系统转移函数的装置；以及多个混频器切片，耦接于该装置，其中该多个混频器切片为不同数量的多个应用间，增益不对称变化得到降低。本发明实施例提供的电路及发射机可以降低发射机的增益不对称变化。

说明书

【技术领域】

本发明是有关于一种电子电路，尤其是关于一种射频电路以及用于降低发 射机的增益不对称变化的方法及发射机。

【背景技术】

在如今的电子市场中，收发机、发射机以及接收机的射频（RF）电路的需 求量很大，原因在于该RF电路广泛的应用于各种电子应用产品中。RF电路通 常用于芯片上的混频信号系统中，并涉及到高集成度系统的无线应用。多种不 同的结构使用于无线电链路应用的收发机中，例如零中频（zero-Intermediate  frequency，IF）或直接转换（direct conversion，DC）。

图1所示为一种包含RC滤波器的RF前端电路的示意图。如图1所示，该 RC滤波器200包含电阻电容电路210，混频器220，以及放大器230，且该RC 滤波器包含输入端240及输出端250。该RC滤波器200不具备切片能力（slicing  capability）。如本领域技术人员所知，RC滤波器通常用于滤波一个信号的同时 提供阻塞一定频率以及通过其他频率的功能，以及RC滤波器通常包括高通滤波 器与低通滤波器。

图2所示为RF收发器或RF芯片集中的一种典型的发射机的示意图。如图 2所示，该发射机包含电阻电容（RC）电路310，连接于该RC电路310的n 个混频器320a-320n以及分别对应于该n个混频器320a-320n的n个放大器 330a-330n。其中该RC电路310包含电压源315，n个放大器330a-330n分别提 供n个可切换的切片输出信号SLICE1-SLICEn，以及该n个切片输出信号 SLICE1-SLICEn于节点340处得到组合。组合后的放大信号接着作为所连接电 路或设备的输入信号提供至端点350。RC电路310可以是RC滤波器或者RC 网络，其中至少包含被电压源或电流源驱动的多个电阻与电容。通常第一阶RC 电路包含一个电阻及一个电容。

在如图2所示的RF芯片集或RF收发器的结构中，当处于数据传送阶段时， 输出信号通常不会具有较宽的带宽并会呈现与切片相关的增益不对称变化。因 此，当在不同的切片间进行切换时，该RC滤波器会受到不同的阻抗值的影响以 及因此会产生交流电（alternating current，AC）响应。该输出信号所产生的其他 影响可以根据下述可计量的多个特征予以估算，该多个特征包括：

a．频谱平坦度，即对来自载波频率的频率偏移的功率密度的一致性的测 量，通常以分贝为单位；

b．误差矢量幅度（Error vector magnitude，EVM），该EVM可以理解为 对数字无线发射机或接收机所呈现出的缺陷（例如载波泄漏、低镜像 抑制比、相位噪声等）的测量，这些缺陷可以导致各星座点偏移理想 的定位点；

c．相邻信道泄漏比（Adjacent-channel leakage ratio，ACLR），该ACLR 可以理解为相邻信道的集成信号功率与主信道的集成信号功率之间 的比率；

d．长校准时间所产生的低效率；以及

e．数模转换器（DAC）的净空，该净空可以理解为需要被阻止超额的辅 助比特数据（overhead bit data），而并非信号或噪声比特。

通常来说，增益对称特性是指当混频器320a-320n与其分别对应的放大器 330a-330n的切片的数量发生改变时，不切片的RC滤波器会引起频率对应于增 益峰值的曲线波形的变化。此外，放大器频率的绘图示意了曲线变化会受到频 带、切片以及R/C值的影响，而不会收到温度以及分段的影响。

因此，亟需一种包含RC滤波器的改善的切片方法以及电路，该经改善的切 片方法及电路可以使RC滤波器在能够被低阻抗电压源所驱动的同时，还能够在 切片切换过程中提供更加连贯一致的增益响应。以及该方法及电路还需要能够 在增益设置时实现一致的AC响应，以在所有的切片中都实现更少的校准时间、 更低的复杂度、合理的DAC净空，以及一致的增益对称形状。此外该方法及电 路还需要达到的优点还包括：能够数字化地进行补偿以平缓混合发射机的阵容 增益对应于频率的曲线波形。因此，一种具有改善的切片的方法以及能够被低 阻抗电压源所驱动并能够在切片切换过程中提供更加连贯一致的增益响应的 RC滤波器成为了亟需解决的课题。

本文中所使用的设备、装置、系统等词汇，尽管其各自具有独特的特性、 功能和/或运作，但是该些词汇应看作彼此间是可互包括的、可互换的和/或同义 的。本领域技术人员应该了解，本发明实施例可应用的设备类别具有较宽范围， 其包含与通讯有关的例如发射机、接收机以及类似的设备，这些设备应包含于 本发明的各实施例内。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种电路及发射机，以用于降低发射机的增益 不对称变化。

根据本发明的一实施例，提供一种电路，该电路包含用于为该电路的增益 提供一致的系统转移函数的装置；以及多个混频器切片，耦接于该装置，其中 该多个混频器切片为不同数量的多个应用间，增益不对称变化得到降低。

根据本发明的另一实施例，提供一种发射机，该发射机包含多个滤波器切 片；多个混频器切片，其中每个该混频器切片耦接至该多个滤波器切片的其中 一个，以及该多个混频器切片为不同数量的多个应用间，增益不对称变化得到 降低；校准单元，用于确定增益不对称的特征；以及数字补偿单元，用于调整 该发射机的增益与频率的关系。

本发明实施例的电路及发射机，能够降低发射机的增益不对称变化。

【附图说明】

图1所示为一种包含RC滤波器的RF前端电路的示意图；

图2所示为RF收发器或RF芯片集中的一种典型的发射机的示意图；

图3所示为依据本发明一实施例的包含改善后的RC滤波器切片的RF前端 电路的示意图；

图4所示为依据本发明另一实施例的校准单元的示意图；

图5所示为依据本发明一实施例的系统转移函数方法的示意图；

图6所示为依据本发明一实施例的数字滤波器（均衡器的示意图；

图7所示为具有一致的转移函数的本发明一实施例的一种电路的示意图。

【具体实施方式】

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术 人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后 续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上 的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项当中所提及的「包含」 为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在 本文中应解释为包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一 装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通 过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

下述的说明书部分可使本领域技术人员制造及使用本发明概念，但是本领 域技术人员同样可以在本发明的一般原则及特性的基础上对本发明实施例进行 各种修改。因此，本发明并不限定于下述说明所列的实施例的范畴中，而是可 以根据本文所述的原理性与特性说明理解为相应的更广泛的范畴。

图3所示为依据本发明一实施例的包含改善后的RC滤波器切片的RF前端 电路的示意图。如图3所示，RF前端电路400包含n个（即大于1个）RC滤 波器410a-410n、分别与n个RC滤波器连接的n个混频器420a-420n、以及分别 与n个混频器420a-420n连接的n个放大器430a-430n，该n个混频器420a-420n 在切片数量不同时产生大体一致的增益不对称响应。每个RC滤波器410具有电 阻值R’（R’=R×N）以及电容值C’（C’=C/N），该R’与C’与多个混频器420a-420n 的输入阻抗有关，其中N为整数并与切片的数量有关。因此，对于电路400来 说，在本发明实施例中，AC响应不再依据的切片数量的不同（即，被使能的 RF路径的数量）而发生变化。其次，电路400还包括输入端440以及输出端450。 此外，在实际应用中，一具有混频器负载效应的稳定的有效RC滤波器3db频率 可以得到实现，以及残留的3db频率变化可以通过RC校准被限定在RC可容许 的误差范围之内，同时最大的增益不对称也可以得到降低。在本发明实施例中， 一个或多个切片中仅会执行一次增益不对称校准操作，而不需要对所有的切片 均执行该操作。从而，校准时间可以有效的得到减少以及校准复杂度也可以有 效的得到降低。

图4所示为依据本发明另一实施例的校准单元600的示意图，该校准单元 600用于确定增益不对称的特征。在本发明实施例中，通过使用图4所示的校准 单元，有关上述电路的性能，尤其是有关增益不对称响应的性能可以得到改善。 举例来说，在本发明一实施例中，该校准单元可以根据需要执行一次或多次数 字校准补偿，以校正RF同相/正交相（I/Q）增益，RF I/Q相位以及增益不对称， 从而产生一模拟I/Q校正。

如图4所示，校准信号产生器623用于产生校准信号并将该校准信号分别 输入至数模转换器（DAC）611a，611b。DAC 611a，611b输出的信号包含I信 号和Q信号，且该输出信号被输入至低通滤波器，该低通滤波器包含转移函数 单元615a，615b以及分别与其连接的RC电路620a，620b。接着，RC电路620a， 620b产生的信号被输入至上变频及放大器单元647a，647b，647c与放大器切片 648，每个上变频及放大器单元可看作是一特定的混频器切片。在本发明实施例 中，每个该上变频及放大器单元包含多个混频器630以及多个可编程增益放大 器（PGA）635。

上变频及放大器单元647a，647b，647c的输出信号输出至输出端点698， 以作为主校准路径663上的校准数据，用于据此判定滤波器输出数据的变化。 该校准数据与RF传感输入信号643进行组合以形成组合信号，并依次输入至混 频器646a、646b，放大器648a、648b与低通滤波器625a、625b中。低通滤波 器625a、625b的输出以及第二校准路径664的输出接着依次被输入至多工器 696a，696b以及模数转换器（ADC）695a，695b中。低RF增益级的用于IQ校 准的数据经第二校准路径664予以判定。在本发明另一实施例中，多工器696 至ADC 695的路径还与用于低通滤波器的DC校准的数据以及依赖于DC的增 益有关。

ADC 695a，695b的输出依次被输入至校准信号处理器621以用于校准信号 的处理，接着被输入至校准序列控制器622以用于排序，以及输入至校准信号 产生器623中用于校准信号的产生。在本发明实施例中，上述校准信号处理器 621、校准序列控制器622至校准信号产生器623的排列顺序可被认为是用于产 生对增益不对称以及RF损害的校准信号的方法。该校准信号产生方式可以通过 软件、硬件、固件、控制逻辑、可编程逻辑和/或上述的任意组合予以实现，以 及可被设置在本地端或远程端，上述各种方式均涵盖于本发明实施例中。此外， 在本发明一实施例中，还设置有一本地振荡器（LO）690以用于产生一本地振 荡信号，该产生的信号用于在将信号输入至混频器之前将该信号转换为不同的 频率。

在本发明其他可选实施例中，路径663上的混频器通常用于RF下变频以及 ADC用于对信号进行数字化处理以使信号能用于DSP中。而在另一实施例中， 还可使用一用于DSP损害校正、以及用于在DSP校正输出至本发明的数字滤波 器的路径之间执行信号特性及校正（IQ/DC失配，非对称）的系数计算的数字 功能模块（例如图6所示的模块820）。本领域技术人员可以了解的是，本发明 实施例可应用于接收机、发射机或收发机以及类似的设备中，本发明并未对此 进行限制。

如图4所示，RF I/Q增益的校正可通过使用校准装置予以实现，该校准装 置例如可以为校准单元，用于对基带信号缓冲器、收发器传送缓冲器、收发器 RC电路切片以及LO分频器的增益I/Q匹配（或失配）与缓冲信号进行比较。 举例来说，通过信号的比较可得到失配值，以及校准单元应用一增益校正程序 以数字化补偿该失配，因此实现了RF I/Q增益校正的功能。在本发明另一实施 例中，通过比较滤波器625a/b的信号以测量相位失配，以及该校准单元执行一 相位校正程序以数字化地补偿该失配，因此实现了RF I/Q相位校正功能。

如图4所示，增益不对称校正可以通过使用校准装置予以实现，该校准装 置例如可以是用于比较收发器传送缓冲器、高频带滤波器以及可编程增益放大 器（PGA）的输出的增益不对称匹配（或失配）的校准单元。举例来说，通过 比较RC电路620a/b，混频器630以及PGA 635的信号以测量失配，以及校准 单元执行增益不对称校正以数字化地补偿该失配，因此实现了增益不对称校正 功能。

图5所示为依据本发明一实施例的系统转移函数方法700的示意图。有关 于性能，尤其是增益不对称响应的益处可通过图6所示的校准单元的设置在本 发明的一个或多个实施例进行说明。

如图5所示，基带I（BBI）信号710和基带Q（BBQ）信号720分别输入 至各自对应的缓冲器730a，730b，被调整到偏离载波频率的LO振荡器740的 输出分别输入至混频器750a，750b，以分别与缓冲器730a，730b的输出信号进 行混频。混频器750a，750b的输出信号于节点760处组合，其产生的组合信号 作为放大器770的输入信号并于节点780输出至RF电路。

同样请参照图5，图5中还绘示了有关本发明实施例的性能描述的偏移的示 意图790a，790b，790c。在每个性能描述示意图790a，790b，790c中，粗线791a， 791b，791c代表理想状态下的平坦的带内转移函数（即频率响应），以及虚线 792a，792b，792c代表非理想状态下的转移函数。本领域技术人员可以理解， 频率或者频谱平坦度是用于识别对于每一性能描述上述两种测量之间出现的偏 移情况。举例来说，作为本发明另一实施例的一部分，一数字滤波器或均衡器 还可用于将频谱平坦度恢复在可容忍的范围内，以及该均衡器还可提供对系统 转移函数的补偿以降低增益不对称变化。此外还可以了解的是，通过实施本发 明实施例，数据曲线可得到斜率和线性度的改变。

图6所示为依据本发明一实施例的数字滤波器（均衡器）800的示意图。如 上的描述，在本发明一实施例中，可包含一数字滤波器或均衡器（即数字补偿 单元等），用来将频谱平坦度恢复在可容忍的范围内，其中均衡器用于校准增 益相对于频率的关系。

如图6所示的数字滤波器800，基带I（BBI）输入信号810a及基带Q（BBQ） 输入信号810b输入至数字均衡器820。数字均衡器的转移函数如825所示，系 统转移函数（带内）如826所示，以及总转移函数如827所示。本领域技术人 员可以了解的是，通过改变总转移函数中的成分可以维持频谱平坦度。举例来 说，该均衡器可提供一转移函数，该转移函数可对系统转移函数进行补偿从而 减低增益不对称变化。

此外，如图6所示，数字均衡器输出的信号接着分别输入至对应的数模转 换器DAC 830a，830b中，以及DAC 830a，830b输出信号接着分别输入至缓冲 器中，在本发明一些实施例中，该缓冲器例如可以包含低通滤波器840a，840b。 接着混频器860a，860b分别对LO振荡器850的输出与缓冲器（或低通滤波器） 840a，840b的输出进行混频处理。混频器860a，860b的输出在节点870处组合， 该组合信号作为放大器880的输入，以及放大器880的输出信号用于在节点890 处输出至RF电路中。

可选地，在本发明的一些实施例中，数字均衡器的转移函数825还可以是 复数的。依据本发明实施例，该数字均衡的转移函数的复数性与系统转移函数 826以及总系统转移函数827的RF增益不对称校正有关。本领域技术人员可以 了解的是，由于可能会出现转移函数的不一致，一个或多个（通常为多个）数 字滤波器被用来均衡频谱平坦度。一个或多个数字滤波器的使用可以使所有芯 片之间的一致的系统转移函数（制程变化）得以实现，从而无论处于运作状态 的切片的数量如何发生改变，仍然可以确保得到所需的复合转移函数。举例来 说，在本发明的一个或多个实施例中，数字补偿单元可以对下列集合中的至少 一者进行校正：RF I/Q增益，RF I/Q相位，增益不对称以及模拟I/Q。

本发明的另一实施例还提供了一种并联的等效方法（parallel equivalent  methodology，PEM）。在该PEM中，电路于源处被切割成多个切片，该源处例 如可以近似为一电压源或电流源。其中该电压源例如可以包含运算放大器，该 电流源例如可包含多个电流镜。

图7所示为具有一致的转移函数的本发明一实施例的一种电路900的示意 图。如图7所示，电路900设置为包含N个切片，以及该电路900于源处被切 割成多个切片，该源处为电压源或者电流源。该电路900包含N个（大于1个） RC滤波器910a-910n，分别连接于N个混频器920a-920n，以及该N个混频器 920a-920n分别连接于N个放大器930a-930n，其中各切片为并联设置。信号输 出端设置于节点950。由于依据上述设置，阻抗将按比例增加N倍，因此阻值R 按比例增加为R×N，此处MOSFET器件的变化是可以预估的。通过本发明方 法的应用，各个元件中间节点（例如节点990和995）处的电压近似相等。在本 发明一应用MOSFET器件的实施例中，举例来说，本发明实施例可以根据 MOSFET器件的宽度以及切片的数量予以缩放。

本发明实施例提供了一种发射机，该发射机的输出功率可基于信号完整度 动态地发生变化，例如移动式发射机以及基站或者接入点的信号完整度。在本 发明的一些实施例中，当发射机处于频分双工（frequency division duplex，FDD） 模式时，该发射机始终处于使能状态，以及信号可以得到连续的传送。

本发明实施例还提供了一种当信号不连续得到补偿时，切换多个数字均衡 滤波器的方法。在本发明的一个或多个实施例中，发射机或收发机的增益不对 称变化可以得到降低。本发明实施例还提供一种校准单元，用于判定增益不对 称的特性，以及提供一种数字补偿单元，用于调整发射机的增益相对于频率的 关系。

在本发明实施例中，上述电路可以应用于发射机、接收机、收发机，或移 动式收发机中。类似地，该系统转移函数还包含AC响应相对于增益的关系以及 其AC响应相对于温度是一致的。

虽然本发明已以具体实施例揭露如上，然其仅为了易于说明本发明的技术 内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何本领域技术人员，在不脱 离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围 当视本发明的权利要求所界定者为准。