[发明专利]一种相位自校正的I/Q正交混频器

说明书

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种相位自校正的I/Q正交混频器。本发明通过FPGA检测中频IF信号的相位误差，根据误差范围相应调节PAPPF，从而改变本振LO信号的相位，通过改变本振LO信号的相位实现减小中频IF信号的相位误差的目的；再继续检测中频IF信号的相位误差进而调整PAPPA，直至中频IF信号的相位误差达到预期最终输出。与传统正交混频器相比，本发明所用元件更少，片上面积更小功耗更低，相位校正灵活便捷，闪烁噪声低，噪声系数小；采用了可编程的FPGA适应性更佳，不受限于场景的变化，可以广泛应用于各类宽/窄带接收机中。

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种相位自校正的I/Q正交混频器。

背景技术

在现代射频/微波收发系统中，往往需要把基带和射频信号相互转换，然后再进行发射或是接收。混频器作为射频/微波收发系统中负责完成频率变换的关键器件，一直是研究的重点。但变频所得的信号往往含有干扰信号，尤其是镜像信号，会使得混频器在实际使用中的混频质量变差，有效抑制镜像信号一直是单边带无线电系统的研究重点。

正交混频器作为镜像抑制混频器的一种，其工作原理是通过耦合两路幅度相同但相位正交的中频信号I/Q(In-phase/Quatrature)来滤除镜像信号，能够有效地抑制镜像信号，大大降低对滤波器性能的要求，从而降低收发系统的复杂度。

然而，由于器件的不理想性和PVT(压强、体积、温度)的变化，在I/Q两路中必然存在幅度不一致以及相位差偏离90°的问题，幅相不平衡的存在将导致中频输出信号中产生寄生镜像频率分量，导致输出信噪比下降。

传统正交混频器在此问题上通常需要在误差检测电路中采用鉴相器，在矫正误差电路中采用移相器从而改善幅相不平衡问题，但即使是采用损耗较低、精度较高的移相器和鉴相器仍然会占用大量的电路面积并带来巨大的功耗，此外固化的电路决定了所设计的鉴相器和移相器只能用在某一特定范围，当使用场景发生变化所设计的电路便很难发挥其作用。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为了解决现有正交混频器幅相不平衡及其带来的输出信噪不佳的问题，本发明提供了一种相位自校正的I/Q正交混频器，采用FPGA(可编程门阵列)来控制相位可调的多相位滤波器，不仅能实现较大范围的幅相补偿而且能够根据应用场景灵活编程，在窄带/宽带接收机中均可使用，能有效降低设计成本。可以灵活、准确地补偿幅相不平衡问题。

一种相位自校正的I/Q正交混频器，包括混频器模块、放大器模块、相位可调的多相位滤波器(PAPPF)以及FPGA。

所述混频器模块为I、Q两路混频器，分别接收经过射频放大器的差分RF信号与经过相位可调的多相位滤波器PAPPF的本振LO信号，进行混频处理后输出中频信号IF至I、Q两路各自对应连接的中频放大器。

进一步的，所述混频器模块由一个双平衡无源混频器电路实现，电路由四只NMOS管MN1、MN2、MN3以及MN4构成；MN1、MN2构成I路的混频器，MN3、MN4构成Q路的混频。其中射频输入RF+和RF-信号分别与MN1、MN2的源极和MN3、MN4的源极相连；本振信号LO+和LO-分别与MN1、MN4的栅极和MN2、MN3的栅极相连；输出的中频信号IF+和IF-分别与MN1、MN3的漏极和MN2、MN4的漏极相连。

所述放大器模块包含一个射频放大器和两个中频放大器，射频放大器分别连接I、Q两路混频器，I、Q两路混频器再分别连接两个中频放大器。

进一步的，所述放大器模块在射频RF端采用跨导放大器结构，在中频端IF采用共源PMOS结构。