[实用新型]本振缓冲器

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，更具体地，涉及射频收发器。

背景技术

在无线通信领域，为了提高频道利用率，现有的主要的无线技术几乎都采用正交调制的方法，把基带信息调制到射频载波上，比如现在的2G、3G标准，以及WLAN和PHS等。

正交信号的调制、解调都需要一对正交的本振信号。在无线射频收发器的设计中，主要有三种结构，分别是超外差、零中频和低中频。当采用超外差结构时，正交本振信号可以放在模拟中频，或者放在数字域内实现数字正交下变频。由于模拟中频频率较低，可以采用较大的器件，使得电路的寄生效应影响较小，从而使得到一对正交的本振信号相对容易一些。但由于超外差需要采用芯片外部的滤波器，从而导致成本增加，功耗增大，集成度变低和难以实现多模收发的缺点。这些都与目前设计追求的高集成度，多模和低成本的目标相矛盾。当在数字域内实现正交本振的时候，本振信号的正交性只受数字字长和采样率的影响，可以做到相对精确。但数字正交只能产生很低的中频本振信号，无法用在射频正交本振信号产生上。

在正交调制和解调中，调制和解调的性能对信号的I(In-phase，同相)和Q(Quadrature，正交)支路的I信号和Q信号的幅度和相位都很敏感。信号的I和Q支路包含两个部分，一个是混频器，一个是模拟的基带电路。对于混频器来说，使性能恶化的最大原因是正交本振信号的I信号和Q信号的相位失配。因为混频器通常采用开关型的混频器，当I和Q本振信号的幅度达到能够保证混频器的开关导通和截止时，对大过这一阈值的本振信号的轻微幅度失真并不敏感，即，其对性能影响很小。而信号通路上的I和Q的幅度失配主要来I和Q信号的增益级，包括混频器增益和放大级增益。

现有的调整I、Q的相位失配的本振缓冲器主要是通过如图1所示的原理：在I和Q支路上分别加上延时单元，延时单元的时间调整范围为0到σT，对应的相位调整为0到Δθ，其中Δθ＝(σT)/T，其中T为本振信号的周期。当采用数字调整时，Δθ分成N个步长，每个步长为Δθ/N。由外来的控制字I和控制字Q分别调整I和Q支路的延时。控制字要求能够控制I或者Q的相位变化从0到Δθ变化，最小步长为Δθ/N。通过反复调整I和Q的相位，直到它们呢满足90°正交条件为止。为了等到需要的控制字，需要检测相位失配的大小和方向。而检测相位失配的方法通常需要射频电路、模拟电路和数字电路配合才能完成，使得相位失配的校正变得复杂。

图1是现有正交本振信号相位失配的校正原理图。首先通过A/DC(Analog/Digital Converter，模拟/数字转换器)把I和Q的信号变成数字信号，然后通过数字DSP处理，检测出其中的相位失配，再通过送出相位调整控制字，改变I支路或者Q支路的本振信号相位，使其正交。由于本振缓冲器的相位调整步长通常受到工艺，温度和电源的影响，步长难以精确控制，所以相位校正需要采用多个循环。比如首先判断相位误差，以决定是I支路还是Q支路超前(或者滞后)，然后调整某一支路，再次通过数字部分的相位失配检测单元，判断是否减小了相位失配，是否减小到预设值，如果没有达到预设值，则需要再次重复前面的流程，直到相位失配小到可以接受的预设值为止。

图2是已有的正交本振相位检测原理图。图2中，通过对I和Q信号做乘法，然后采用低通滤波器，取出乘积的直流分量。如果I和Q信号的相位完全正交(夹角为90°)，为不失一般性，则假设I信号为sin(wt)，Q信号为cos(wt)，其中w为射频的角频率。乘积的直流分量为零。如果I信号为sin(wt)，Q信号为cos(wt+Δθ)，则乘积的直流分量为cos(Δθ)。通过分析cos(Δθ)的正负和大小，则可以得到关于I和Q信号的相位失配的信息。

相对超外差结构而言，零中频和低中频技术无需外部的滤波器，具有集成度高，便于多模集成和低功耗等优点，但零中频在实现上有以下困难：I、Q正交失配，直流偏移，本振泄露，闪烁噪声以及二次失真等问题。在以分离元件为主的时代，由于I、Q正交失配问题导致了零中频无法实现。而随着半导体工艺的进步，集成度的不断提高，以及设计技术的不断提高，逐渐克服了以前难以克服的问题，使得零中频设计技术成为研究和设计的热点。在低中频设计中，最大的问题也是I、Q正交失配问题。低中频对本振信号的正交性的要求比零中频更高，通常需要采用系统的方法来校正相位失配问题，使得设计变得复杂。