增益不对称性表征电路以及方法

摘要

本发明提供一种增益不对称性表征电路及方法，该电路包括：基带环回路径，与第一发射路径上的基带节点耦接；检测信号产生单元，用于产生第一差分基带检测信号对到该第一发射路径，该信号对包括第一基带信号以及第二基带信号；在第一阶段，第一基带信号、第二基带信号分别被输入到第一发射路径的正输入节点以及负输入节点；在第二阶段，第二基带信号、第一基带信号分别被输入到正输入节点以及负输入节点；增益不对称性测量单元，在一个阶段，根据从基带环回路径上接收的第一基带环回信号测量该增益不对称性的正边带的响应，在另一个阶段，根据第一基带环回信号测量该增益不对称性的负边带的响应。使用该方案，能够确定发射器所拥有的增益不对称性。

说明书

技术领域

本发明涉及测量发射器的特征，尤其涉及一种增益不对称性表征电路及其方法，该增益不对称性表征电路能够确定发射器所拥有的增益不对称性。

背景技术

收发器，发射器以及接收器中通常使用射频(Radio frequency,RF)电路在芯片上提供混合信号系统，以用于无线应用(wireless applications)。当射频发射器使用不具有反向隔离的无源(passive)混频器，在射频发射器中将出现不对称现象。

请参考图1，图1示出传统的射频发射器。如图1中所示出的，该射频发射器100包括同相(in-phase)输入端TXI以及正交(quadrature)输入端TXQ。例如，同相输入端TXI用于产生正弦波(sinusoid)的同相分量，以及正交输入端TXQ用于产生正弦波的正交分量。在同相分量与正交分量之间具有90度的相位差。通过调整这两个分量，可以实现调整正弦波的幅度、频率以及相位的目的。同相发射路径包括滤波器20，电阻器-电容器(RC)电路30，无源混频器(passive mixer)40以及放大器50(例如，可编程增益放大器)，其中，滤波器20包括传递函数(transfer function)。相似的，正交发射路径包括滤波器22，RC电路32以及无源混频器42。这两个路径在无源混频器40的输出端结合。放大器50输出信号到输出端TXO。无源混频器40以及42的输出端上的信号分别影响无源混频器40以及42的输入端的信号，导致在RF中的不对称的传递函数。例如，图5示出了不对称性的传递函数的一个示例。虽然能够在数字域中补偿不对称性以获得频谱的平坦度，但是该传递函数必须提前获得理想的补偿才能获得频谱的平坦度。为RF发射器测量增益不对称性需要RF发射器具有特定的特性，比如好的线性度，低噪声，较好的同相正交(I-Q)匹配以及在制程、电压以及温度(process,Voltage and temperature,PVT)变化上平坦的频率响应。不幸的是，RF频率响应比较容易被来自输出TXO的外部加载损坏。也就是说，因为RF电路频率响应对线性度、PVT，外部加载等等敏感，所以使用RF电路来测量增益的不对称性是很困难的。

因此，需要一种新颖的机制，以用于表征RF发射器的增益不对称性，使得该RF发射器能获得频谱平坦度。

发明内容

本发明提供一种增益不对称性表征电路以及方法，能够确定发射器所拥有的增益不对称性的特征。

本发明一实施例提供一种增益不对称性表征电路，该增益不对称性表征电路用于确定发射器所拥有的增益不对称性的特征，该电路包括：基带环回路径，与该发射器的第一发射路径上的基带节点耦接；检测信号提供单元，用于提供第一差分基带检测信号对到该第一发射路径，其中该第一差分基带检测信号对包括第一基带信号以及第二基带信号；在第一阶段，该第一基带信号被输入到该第一发射路径的正输入节点，以及该第二基带信号被输入到该第一发射路径的负输入节点；以及在第二阶段，该第二基带信号被输入到该第一发射路径的该正输入节点，以及该第一基带信号被输入到该第一发射路径的该负输入节点；以及增益不对称性测量单元，用于在该第一阶段和第二阶段中的一个阶段，根据从该基带环回路径上接收的第一基带环回信号测量该增益不对称性的正边带的响应，以及在该第一阶段和第二阶段中的另一个阶段，根据从该基带环回路径上接收的第一基带环回信号测量该增益不对称性的负边带的响应。其中，检测信号提供单元可以是后续实施例中的检测信号产生单元，也可以是其他的单元，比如可以是能够接收外界输入的检测信号的单元。

本发明一实施例提供一种增益不对称性表征方法，该方法包括：提供第一差分基带检测信号对到第一发射路径，其中该第一差分基带检测信号对包括第一基带信号以及第二基带信号；在第一阶段，该第一基带信号被输入到该第一发射路径的正输入节点，以及该第二基带信号被输入到该第一发射路径的负输入节点；以及在第二阶段，该第二基带信号被输入到该第一发射路径的该正输入节点，以及该第一基带信号被输入到该第一发射路径的该负输入节点；在该第一阶段和第二阶段中的一个阶段，根据从基带环回路径上接收的第一基带环回信号测量该增益不对称性的正边带的响应；其中，该基带环回路径与该发射器的第一发射路径上的基带节点耦接；以及在该第一阶段和第二阶段中的另一个阶段，根据从该基带环回路径上接收的该第一基带环回信号测量该增益不对称性的负边带的响应。

上述增益不对称性表征电路以及方法，根据从基带环回路径上接收的基带环回信号来测量增益不对称性的正边带以及负边带的响应，得到该发射器所拥有的增益不对称性的特征。

附图说明

图1为传统的RF发射器的示意图；

图2为本发明实施例提供的增益不对称性表征电路的示意图；

图3为由图2中的增益不对称性测量单元测量的增益不对称性的正边带的频率响应的示意图；

图4为由图2中的增益不对称性测量单元测量的增益不对称性的负边带的频率响应的示意图；

图5为通过合并图3所示出的增益不对称性的正边带的频率响应以及图4所示出的增益不对称性的负边带的频率响应所产生的发射器的增益不对称性的总体频率响应的示意图；

图6为本发明另一实施例提供的增益不对称性表征电路的示意图；

图7为本发明实施例示出的增益不对称性表征方法的示意图；

图8为本发明另一实施例示出的增益不对称性表征方法的示意图。

具体实施方式

在说明书及所附的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。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组件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求书当中所提及的「包含」是为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图2，图2示出了本发明实施例提供的增益不对称性表征电路200的示意图。该增益不对称性表征电路200用于确定由发射器201所具有的增益不对称性的特征。如图2所示，发射器201包括滤波器220，225，RC电路230，235，混频器240，245以及放大器(比如可编程增益放大器250)，其中，滤波器225，RC电路235以及混频器245位于发射器201的第一发射路径292上(比如正交路径)，以及滤波器220，RC电路230以及混频器240位于发射器201的第二发射路径294上(比如同相路径)。滤波器220，225可以是带通滤波器(band-pass filter)；然而，这仅仅是一个例子，并不意味着对本发明的限制。在另一实施例中，滤波器220，225可以是低通滤波器或者高通滤波器。此外，混频器240，245可以是无源混频器。应当理解的是，为了清楚和简洁，图1仅仅示出了与本发明相关的元件，以及发射器201也可以包括额外的元件。

增益不对称性表征电路200包括基带缓冲器(baseband buffer)260，基带环回路径(baseband loopback path)270，检测信号产生单元280以及增益不对称性测量单元290。基带环回路径270与发射器201的多个发射路径中的一个上的基带节点耦接。在该实施例中，基带环回路径270与第一发射路径292(正交路径)上的基带节点B1耦接。基带节点B1(环回信号在此处被提取)位于RC电路235和混频器245之间。

在该实施例中，检测信号产生单元280用于产生第一差分基带检测信号对至第一发射路径292。特别的，检测信号产生单元280发射第一差分基带检测信号对到该滤波器225。该第一差分基带检测信号对包括第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN，其中，第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN是异相的(out of phase)，该第一基带信号TXQP是正的正交信号，以及第二基带信号TXQN是负的正交信号。请注意该检测信号产生单元280可以同时发射另一差分基带检测信号对到该滤波器220。例如，检测信号产生单元280发射第三基带信号TXIP和第四基带信号TXIN到滤波器220，其中，第三基带信号TXIP和第四基带信号TXIN是异相的，第三基带信号TXIP是正的同相信号，以及第四基带信号TXIN是负的同相信号。

在该实施例中，在增益不对称性表征程序(procedure)中，适当的配置检测信号(即基带信号TXIP，TXIQ，TXQP，TXQN)。例如，在增益不对称性表征程序的第一阶段，从检测信号产生单元280输出的第三基带信号TXIP，第四基带信号TXIN，第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN可能分别是AsinΦ,-AsinΦ,-AcosΦ以及AcosΦ，所以允许增益不对称性测量单元290来获得该增益不对称性的正边带的响应；在增益不对称性表征程序的第二阶段，从检测信号产生单元280输出的第三基带信号TXIP，第四基带信号TXIN，第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN可能分别是AsinΦ,-AsinΦ,AcosΦand–AcosΦ，所以允许增益不对称性测量单元290来获得该增益不对称性的负边带的响应。多个检测信号(即基带信号TXIP,TXIQ,TXQP,TXQN)中的每一个是单音(single-tone)的正弦信号，其中，A表示幅度以及Φ表示相位。该前述的增益不对称性表征程序中的第一和第二阶段的基带信号仅仅是示例性目的，并不意味着对本发明的限制。而且，需要注意的是，校准信号(例如正弦信号)不必须是单音的，它可以是任何参考信号，例如，多音(multi-tone)，符号(symbol)等等。

基带缓冲器260耦接在基带环回路径270和增益不对称性测量单元290之间。优选的，基带缓冲器260的输入阻抗比混频器245的输入阻抗以及滤波器225的输出阻抗高，以及基带缓冲器260在增益不对称性带宽内具有平坦的频率响应。基带缓冲器260的高输入阻抗能最小化RC电路/混频器接口上的加载(loading)，以及平坦的频率响应不会影响后续的增益不对称性测量。该基带缓冲器260可以是可选的，这取决于实际的设计考虑。

正如图2所示，增益不对称性特征是基于基带环回信号(在上转换之前获得的)而不是基于RF环回信号(在上转换后获得的)。该增益不对称性是RF中的I-Q耦接现象。所以，为了在基带域中获得增益不对称性的完整的响应(complete response)，在第一阶段，建议的增益不对称性特征为一个发射路径翻动(flip)(即交换(swap))检测信号，而为另一发射路径保持检测信号不变，特别的，在第一阶段，第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN分别被输入第一发射路径292的正输入节点和负输入节点(例如，滤波器225的节点A1和A2)。进一步的，在第二阶段，第二基带信号TXQN和第一基带信号TXQP分别被输入第一发射路径292的正输入节点和负输入节点(例如，滤波器225的节点A1和A2)。以这种方式，增益不对称性测量单元290在第一阶段和第二阶段中的一个阶段，根据从基带环回路径270接收的第一基带环回信号S1，能相应的测量增益不对称性的正边带(如图3所示)的响应。进一步，增益不对称性测量单元290在第一阶段和第二阶段中的另一个阶段，根据从基带环回路径270所接收的第一基带环回信号S1，测量增益不对称性的负边带(如图4所示)的响应。

请参考图3-图4，图3示出了图2所示出的由增益不对称性测量单元290测量的增益不对称性的正边带的频率响应，以及图4示出图2所示出的由增益不对称性测量单元290测量的增益不对称性的负边带的频率响应。在基于基带环回信号，增益不对称性测量单元290获得增益不对称性的正边带的响应以及负边带的响应之后，能够获得发射器201所拥有的增益不对称性(即增益不对称性的完整特征)的总体响应。请参考图5，图5示出发射器的增益不对称性的总体频率响应，该总体频率响应是通过合并图3所示出的增益不对称性正边带的频率响应和图4所示出的增益不对称性负边带的频率响应产生的。需要注意的是，图4中的增益不对称性的负边带需要被适当的反转(reverse)，以产生中心在RF频率处的增益不对称性的整体频率响应。

应当理解的是，在建议的增益不对称性表征程序中的第一阶段和第二阶段中每一阶段，在基带节点B1的信号以及在基带节点B2的信号将具有相同的响应。在可选的设计中，基带环回路径270可以被修改耦接到同相路径292上的基带节点B2。换句话说，基带节点B2(环回信号在此处被提取)位于RC电路230和混频器240之间，也能够获得确定由发射器201所拥有的增益不对称性的特征这个相同的目的。而且，另一个可选设计是根据设计需求来测量基带节点B1和B2。

考虑到一种情况，即基带环回路径270被用于与发射器201的第一发射路径耦接，以用于将基带环回信号引导到增益不对称性测量单元290，在第一示例性设计中，第一发射路径可以是同相路径以及第二发射路径可以是正交路径，而在第二示例性设计中，第一发射路径可以是正交路径以及第二发射路径可以是同相路径。这些设计都落入本发明的范围。

在这个实施例中，通过应用基带环回路径270，使用基带环回来执行不对称性表征。与基于RF环回的方法相比，该实施例中基带测量(与RF相比，相对低的频率)与高频率的RF测量相比具有较低的复杂度以及更好的稳健性。增益不对称性测量单元290的测量结果不会被图1中所示出的传统的RF发射器100所遇到的因素所影响。

需要注意的是，在该实施例中，尽管第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN是具有相反幅度(例如-AcosΦ以及AcosΦ)的余弦(cosine)信号，以及第三基带信号TXIP和第四基带信号TXIN是具有相反幅度(例如AsinΦ以及-AsinΦ)的正弦信号，但是此仅仅为一个示例，并不意味着是对本发明的限制。在可选的设计中，第一基带信号TXQP以及第二基带信号TXQN可以由具有相反幅度的正弦信号设置，第三基带信号TXIP以及第四基带信号TXIN可以由具有相反幅度的余弦信号设置。通过适当的翻转/交换包含在一个差分基带检测信号对中的信号而保持包含在另一个差分基带检测信号对中的信号不改变，可以获得增益不对称性的另一个边带的响应。

建议的基于基带环回的设计以及基于RF环回的设计可以在发射器系统中共存，以增强增益不对称性表征的灵活性。请参考图6，图6示出了本发明另一实施例提供的增益不对称性表征电路600。增益不对称性表征电路600与增益不对称性表征电路200的差别在于增益不对称性表征电路进一步包括RF环回路径670，处理电路672以及多路复用器(multiplexer)674。RF环回路径670与发射器601中的RF输出节点N1耦接。处理电路672与RF环回路径670耦接，以及用于根据从RF环回路径670接收的RF环回信号S1’产生第二基带环回信号S2。在该实施例中，处理电路672包含在收发器中的接收器701中，其中该收发器具有发射器601。以该实施例的方式，但不限于此，该处理电路672可以包括用于将下转换应用到RF环回信号S1’的混频器，以及进一步包括用于滤除不想要的信号分量的低通滤波器。

多路复用器674具有与基带环回路径270耦接的第一输入端口PO1，与处理电路672耦接的第二输入端口PO2，以及与增益不对称性测量单元290耦接的第三端口PO3。当多路复用器674将第二输入端口PO2耦接到输出端口PO3，增益不对称性测量单元290可操作的根据第二基带环回信号S2测量增益不对称性的响应。当多路复用器674将第一输入端口PO1与输出端口PO3耦接，增益不对称性测量单元290可操作的根据第一基带环回信号S1测量增益不对称性的响应。所以，根据实际应用的需求，可以从基于基带环回的机制(简称基带环回机制)的增益不对称性表征结果，基于RF环回的机制(简称RF环回机制)的增益不对称性表征结果，或者由基带环回机制的增益不对称性表征结果以及RF环回机制的增益不对称性表征结果的合并中获得增益不对称性的响应。

请参考图7，图7是本发明实施例示出的增益不对称性表征方法。图7中的该增益不对称性表征方法用于确定由发射器所拥有的增益不对称性的特征。假定结果是基本相同的，不需要按照图7所示出的确切顺序来执行步骤。该示例性的方法可以由图2所示出的增益不对称性表征电路200来执行，以及可以通过以下步骤简要的总结该示例性的方法。需要注意的是，图7所示出的方法只用于基带的反馈，而图8所示出的方法能进一步用于RF反馈。

步骤700：开始。

步骤702：将基带环回路径耦接到发射器的第一发射路径上的基带节点。

步骤704：在第一阶段，产生具有同相基带信号和/或者正交基带信号的第一差分基带检测信号对到第一发射路径。

步骤706：在第一阶段，根据从基带环回路径上接收的第一基带环回信号测量增益不对称性的一个边带(例如正边带)的响应。

步骤708：在第二阶段，交换(swap或者interchange)第一差分基带检测信号对中的同相基带信号和/或者正交基带信号。

步骤710：在第二阶段，根据从基带环回路径接收的第一基带环回信号，测量增益不对称性的其他边带(比如负边带)的响应。

步骤712：根据已测量的两个边带(比如，正边带以及负边带)的响应，产生增益不对称性的整体响应。

步骤714：结束。

在阅读完前面的指向图2中的增益不对称性表征电路200的段落之后，本领域技术人员能够理解图7中每一个步骤的细节，此处为了简洁不再进行详细描述。

请参阅图8，图8是根据本发明另一实施例示出的增益不对称性表征方法。图8中的该增益不对称性表征方法用于确定由发射器所拥有的增益不对称性的特征。假定结果是基本相同的，不需要按照图8所示出的确切顺序来执行步骤。例如，步骤804以及步骤806可以在步骤802之前执行。该示例性的方法可以由图6所示出的增益不对称性表征电路600来执行，以及可以通过以下步骤简要的总结该示例性的方法。

步骤800：开始。

步骤802：将基带环回路径耦接到发射器的第一发射路径上的基带节点。

步骤804：将RF环回路径耦接到发射器的RF输出节点。

步骤806：确定是否使用了基带环回机制，如果是，执行步骤808；如果否，执行步骤818；

步骤808：在第一阶段，产生具有同相基带信号和/或者正交基带信号的第一差分基带检测信号对至第一发射路径。

步骤810：在第一阶段，根据从基带环回路径接收的第一基带环回信号，测量增益不对称性的一个边带(比如，正边带)的响应。

步骤812：在第二阶段，交换(swap或者interchange)第一差分基带检测信号对中的同相基带信号和/或者正交基带信号。

步骤814：在第二阶段，根据从基带环回路径接收的第一基带环回信号，测量增益不对称性的其他边带(比如负边带)的响应。

步骤816：根据已测量的两个边带(比如，正边带以及负边带)的响应，产生增益不对称性的整体响应，转到步骤822。

步骤818：根据从RF环回路径接收的RF环回信号产生第二基带环回信号。

步骤820：根据第二基带环回信号，测量增益不对称性的响应。

步骤822：结束。

在阅读完前面指向图6中的增益不对称性表征电路600的段落之后，本领域技术人员能够理解图8中每一个步骤的细节，此处为了简洁不再进行详细描述。

通过使用本发明实施例，能确定发射器所拥有的增益不对称性的特征。基于已测量的增益不对称性的响应，应用适当的补偿以在RF中获得对称的传递函数。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，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以所附权利要求为准。