用于降低发射机的增益不对称变化的电路及发射的制造方法

用于降低发射机的增益不对称变化的电路及发射的制造方法
【专利摘要】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。
【专利说明】用于降低发射机的增益不对称变化的电路及发射机
【【技术领域】】
[0001]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】】
[0002]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-1ntermediate frequency, IF)或直接转换(direct conversion, DC)。
[0003]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。
[0004]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SLICEl-SLICEn，以及该n个切片输出信号SLICEl-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。
[0005]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:
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]d.长校准时间所产生的低效率；以及[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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】
】
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
【【专利附图】

【附图说明】】
[0018]图1所示为一种包含RC滤波器的RF前端电路的示意图；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]图4所示为依据本发明另一实施例的校准单元的示意图；
[0022]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；
[0023]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；[0024]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】】
[0025]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。
[0026]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。
[0027]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I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’=RXN)以及电容值C’(C’=C/N)3_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。
[0028]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。
[0029]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。[0030]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。
[0031]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(L0)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。
[0032]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。
[0033]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 倉泛。
[0034]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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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。
[0039]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。
[0040]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。
[0041 ] 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。
[0042]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。
[0043]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I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RXN，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。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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。
[0047]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。
【权利要求】
1.一种电路，其特征在于，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，其中在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。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该装置包含多个RC滤波器切片，以及每个该 RC滤波器切片耦接至该多个混频器切片中的一个。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该电路还包含:校准单元，用于确定增益不对称的特征。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，该电路还包含:数字补偿单元，用于调整该电路在不同频率点的增益。
5.如权利要求1所述的电路，该电路用于发射机，或者用于接收机。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该系统转移函数包含该电路的交流响应与 增益的关系。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，输入信号在源端被分为多个切片，该源端为 电压源或电流源。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，该多个混频器切片为并联设置，每个该混频 器切片的输入阻抗按比例增加N倍，其中N为该混频器切片的数量。
9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该系统转移函数相对于不同温度保持一致。
10.—种发射机,其特征在于,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 在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。
11.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，每个该混频器切片耦接至一放大器。
12.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，输入信号在源端被分为多个切片，该源 端为电压源或电流源。
13.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，该数字补偿单元用于校正下述集合中 的至少之一:RF I/Q增益，RF I/Q相位，增益不对称以及模拟I/Q。
14.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，该数字补偿单元包含一均衡器。
15.如权利要求14所述的发射机，其特征在于，该均衡器提供用于补偿系统转移函数 的转移函数，以使该增益不对称变化得以降低。
16.如权利要求15所述的发射机，其特征在于，该系统转移函数包含该发射机的交流 响应与增益的关系。
17.如权利要求15所述的发射机，其特征在于，该均衡器的转移函数是复数的，从而 当该系统转移函数发生变化时，该均衡器的转移函数能校正该变化以降低该增益不对称变 化。
18.如权利要求10所述的发射机，其特征在于，该多个滤波器切片为多个有源滤波器 切片，多个无源滤波器切片或者多个RC滤波器切片。
【文档编号】H04B1/04GK103516370SQ201310143394
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年4月23日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】许兵, 尼瑞克·方, 路超 申请人:联发科技（新加坡）私人有限公司