[发明专利]一种无源混频器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及用于射频收发机的无源混频器及其控制方法。

背景技术

在射频收发机中，上下混频器起到重要作用。开关式混频器属于无源混频器，因其电路结构简单，功耗低，便于集成等特点，在射频集成电路领域得到大量的应用。使用占空比为25％本振的无源混频器的以其较高的增益，较低噪声，更好的线性等特点逐渐成为主流技术。

无论是多次变频系统还是直接变频系统，都存在着镜像信号抑制需求。射频收发机中，正交混频器,又称镜像抑制混频器，可用于上变频或下变频应用。数学上，正交混频器具有非常理想的镜像信号抑制能力。电路实现过程中，器件失配以及版图的非对称，令镜像信号抑制性能下降。

典型的例子是如图1所示的典型的射频收发机，其中包含两个数模转换器110、两个重构低通滤波器120、混频器130、一个频率综合器140、一个分频器150、一个可变增益功率放大器170和天线160。同相(In-Phase，简称I)/正交(Quadrate-Phase，简称Q)两路信号(其中，I路信号由基带信号同相通道提供，Q路信号由基带信号正交通道提供)经由混频器130进行上变频。输入到混频器130中的信号包括低频的正交信号BBI、BBQ和高频的正交本振信号LOI、LOQ。电路器件工艺失配的主要存在以下失配：第一，正交基带信号的增益失配和相位失配；第二，正交本振信号之间的相位失配。这些非理想因素经由混频器130变换到射频收发机载波频率，使得射频收发机的输出频谱出现镜像分量(方程式1)。

SSB(dBc)=10log(G2-2Gcosφ+1G2+2Gcosφ+1)]]>   (方程式1)

方程式1中，SSB(Single Sideband)为镜像信号与发射信号的能量比，单位dB；G为正交增益误差，G等于I路增益和Q路增益之差除以I路增益，无单位；φ为正交相位误差，单位是度。

当本振频率较高，如大于1.5GHz，本振时钟周期较短，工艺失配因素引起较大比例的相位匹配度，而精准调整难度较大。如何有效地调整本振信号之间的相位失配是射频电路设计中一个重要课题。

传统的射频收发机正交失配校准方法是射频信号采集/分析与数字预失真处理相结合的方法。即采集射频收发机射频部分信号，经过下变频、滤波、模数转换，把发射出来的有用信号和镜像信号一同转换到数字域，利用数字信号处理模块，通过专门的算法，估算出带宽范围频率范围内正交失配参数，再将计算结果以预失真(Pre-distortion,PD)形式补偿到基带输入信号BBI、BBQ中。这种方法计算量大，参与校准的元件多，精度要求好，而且功耗大。这种方法可有效地补偿正交基带信号的增益失配和相位失配，但对正交本振信号之间的相位失配调整的作用有限。

射频收发机正交失配校准方法可类似的采用后失真处理的方法，如参考文献1(Yang Xu A Hybrid Approach to IQ Imbalance Self-Calibration in Reconfigurable Low-IF Receivers ISCAS2012)表述的。同样地，这种方法可有效地补偿正交基带信号的增益失配和相位失配，但对正交本振信号之间的相位失配调整作用有限。

参考文献2(Sao-Jie Chen Yong-Hsiang Hsieh IQ CALIBRATION TECHNIQUES FOR CMOS RADIO TRANSCEIVERS2006Springer)中，使用CML延时单元调整本振信号相位，这种方法所需功耗大，相位调整范围较大，但由于参与调整的器件较多，精度较差。