[发明专利]具有往复转换结构的模数转换器

说明书

技术领域

本发明涉及用于无线通信系统的模数转换器(ADC)。

背景技术

现代射频(RF)通信系统采用高级信号调制技术用数字基带信号对载波频率进行调制。这些调制技术包括例如相移键控调制(PSK)、二进制相移键控调制(BPSK)、正交相移键控调制(QPSK)、频移键控调制(FSK)和最小频移键控调制(MSK)。数字调制技术和模拟调制技术相比，可以改进系统性能、降低成本、提高可靠性、增大容量并增强安全性。然而，这些改进是以增加系统复杂性为代价的，特别是射频收发机设计的复杂性。

使用数字调制技术发射数据要求随后在数字域对所接收到的数据进行解调。这样，在存在许多如多径干扰、码间干扰、衰落等实际的非理想情况时，可以使用成熟的数字信号处理(DSP)技术来改进数据接收。

对于数据接收，天线接收到来的RF信号，对其进行放大、转换成较低频率、进行滤波，然后从模拟域转换到数据域，以进一步处理并最终解调。频率转换成基带频率时，接收路径分为两个并行的路径。这一步骤通常由正交下变频实现，得到到来数据的同相分量(通常称为I信道)和正交分量(通常称为Q信道)。随后，用两个并行的匹配良好的信号路径对I信道和Q信道同时进行处理。通过用两个并行的匹配良好的信号路径处理信号，将两个信道在数字域再次组合时，频率转换或者下变频混频中不希望出现的内容会被抵消。然而，该抵消措施的效果从根本上来讲受两个并行的信号路径I和Q的增益及相位失配(也称为I-Q失配)量的限制。

取决于接收机的结构(例如外差接收机、零差接收机或者镜像信号消除接收机)，I-Q失配可以极大地影响系统性能。可容许的I-Q失配随接收机结构而不同。通常，镜像信号消除系统和零差系统比外差系统更敏感。任何情况下，I-Q失配都使得在数字域重新组合信道时，镜像频率不能完全抵消。镜像频率的不完全抵消降低了期望频带的信噪比(SNR)，从而导致次优接收性能。

信道I和Q之间失配的来源有多种。例如，本地振荡器的增益和相位失配贡献了失配项。此外，两个信号路径中的每一级都对总体失配有贡献。一些失配源是静态的，其他失配源则可以随时间变化，从而使得跟踪并补偿失配更为困难。例如，可能特别难于补偿由ADC引起的失配，其中参考电压失配随工作温度而变化。

发明内容

通常，本发明旨在提出一种无线通信系统中使用的接收机。接收机极大地降低或消除了接收信号的同相(I)分量和正交(Q)分量之间的失配。这通过在模拟I分量和Q分量之间共享(或称往复转换(ping-ponging))模数转换器(ADC)而实现。通过在I分量和Q分量之间共享流水线型(pipelined)ADC，由流水线型ADC中的同一个电路处理I分量和Q分量，从而消除了许多显著的I-Q失配源。这样，可以大大降低对性能产生不良影响的I分量和Q分量失配。同时，系统复杂性和成本也得到减小，因为接收机不是使用分开的ADC处理I分量和Q分量，而是使用一个ADC来处理I分量和Q分量。

例如，接收机包括数据转换器，用于将接收的信号从模拟域转换到数字域，以进行数字信号处理和解调。数据转换器包括：第一和第二采样及保持(S/H)电路，这两个电路同时分别采样I和Q分量；处理I分量和Q分量的公共流水线型ADC；以及复用器，用于在给定时刻将S/H电路的输出之一提供给公共ADC。公共ADC在I分量和Q分量之间的往复转换通过复用器的操作实现。因为接收机使用一个ADC来处理I分量和Q分量，公共ADC的工作速度大约是S/H电路和复用器工作速度的两倍。然而，极大地降低了I-Q失配，因为I分量和Q分量用公共流水线型ADC中的同一个电路进行处理，所以可以节约大约50％的面积。为了进一步减小失配，S/H电路在电路块上可以彼此相邻放置。还可以简化时钟布线，因为时钟路径只需要本地匹配，不需要控制两个独立ADC之间的时钟偏移。这样，本发明提高了系统性能，同时降低了系统复杂度、成本、功耗和模片面积。

本发明还可以扩展到四路往复转换结构以及更高阶的往复转换结构，例如8路往复转换、12路往复转换等。一些实施例中，可以在往复转换结构之前包括切换网络，以消除由于S/H电路的失配带来的失配效应。对于四路往复转换结构，切换网络可以轮换由S/H电路对哪个输入信号采样。切换网络可以根据随机控制顺序轮换输入信号。这样，对输出解复用器应用同样的随机序列，以分开单个的信号流。