[发明专利]一种基于鉴相器和电荷泵的模拟时延对齐装置及方法

说明书

本发明的目的在于提供一种基于鉴相器和电荷泵模拟时延对齐装置及方法，属于通信技术领域。本发明以鉴相器和电荷泵为核心，通过反馈环路实现多路模拟信号的时延对齐，具体为：两路差分限幅信号输入至鉴相模块，鉴相模块通过D触发器取出两路信号的相位差，鉴相模块在鉴相完成后停止鉴相功能；然后，鉴相后取得的高电平传输到电荷泵单元，在电荷泵单元将两路电流信号合路；电流信号通过低通滤波器滤波并积分至一定电压幅度；逻辑判断单元根据电压信号判断延时模块的接入状态；最后，延时模块实现一定延时并反馈至输入端，实现动态平衡。与数字时延对齐相比，能避免数字时延对齐复杂的下变频技术，能更好的抑制射频信号温度漂移带来的误差。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于鉴相器和电荷泵的模拟时延对齐装置及方法。

背景技术

在通信系统中，输出信号经过检波、放大、滤波等处理后总是存在时间延迟，而信号的时间延迟会导致两路信号的相位差；尤其是功率放大器做数字预失真时，需要采集输入和输出数据做相关，若信号延迟，采集到的数据将会不对应，会给前级预失真带来极其大的误差。

由于信号经过电路后总会存在时间延迟，所以实现通信系统中延时对齐具有重要的应用价值和工程意义。在具体的工程应用中大多数方案是通过“数字时延对齐”实现的，例如在上行发射机中“数字对齐”先将功放输出的信号下变频，再转换成数字信号，最后利用算法进行对齐；但随着信号从中频到射频的频率增加，数字预失真难以克服温度漂移带来的影响，制造成本和电路结构也随着频率的升高逐渐变得更高昂和复杂(彭俊.多带射频发射机线性化技术研究[D].电子科技大学,2019.)。目前部分学者对“模拟时延对齐”进行了深入研究，常用的模拟时延对齐方法有开关传输线网络、开关LC网络、全通滤波器结构等，前两者能提供较大的延迟范围，但电路设计面积较大不利于集成；末者有较大的延时范围和可集成的电路结构，但产生的功耗较大(E.Zolkov,R.Weiss,A.Madjar and E.Cohen,A Low Powe r Consumption 65-nm CMOS True Time Delay N-path Circuit Achieving2ps Delay Resol ution,2020 15th European Microwave Integrated CircuitsConference(EuMIC),2021,pp.197-200.)。

因此，如何设计模拟时延对齐装置，使其能够提供较大延迟范围，同时具有低成本、体积小、结构简单、低功耗等优点就成为了研究热点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于鉴相器和电荷泵模拟时延对齐装置及方法。本发明以鉴相器和电荷泵为核心，通过反馈环路实现多路模拟信号的时延对齐，为后续信号处理奠定基础；与数字时延对齐相比，能避免数字时延对齐复杂的下变频技术，能更好的抑制射频信号温度漂移带来的误差。同时，本发明技术方案具有一定的普适性，不仅适用于射频功率放大器的时延对齐，还适用于天线阵列、雷达信号等其它电路的时延对齐。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于鉴相器和电荷泵模拟时延对齐装置，包括信号输入模块、鉴相模块、电荷泵模块、滤波器、逻辑判决模块和延时模块；

所述信号输入模块用于将两路输入信号进行限幅处理，然后输入至鉴相模块；

所述鉴相模块，包括鉴相单元和控制单元；鉴相单元由两路钟控D触发器组成，每个钟控D触发器提取两路限幅输入信号从上升沿开始时至两路信号同时上升为高电平时的时间差，时间差对应合路后高或低电平维持的占空比，该占空比与时延量相关；所述控制单元用于控制鉴相单元停止鉴相；

所述电荷泵模块包括衰减器、电荷泵和合路器；所述衰减器用于将鉴相模块输出的电压信号衰减到一定幅度，电荷泵用于将衰减后的电压信号转换成电流信号，合路器用于将两路电流信号合并为一路电流信号；