专利名称：本振缓冲器及相位失配校正方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，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，4巴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 者方文在凄t字域内实现^t字正交下变频。由于才莫拟中频频率4交低，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^各的I信号和Q信号的幅度和相位都4艮每丈感。信号的I和Q支^各包含两个部分， 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4舌混频器增益和;改大级增益。
现有的调整I、 Q的相位失配的本振緩沖器主要是通过如图1 所示的原理在I和Q支^各上分别加上延时单元，延时单元的时间 调整范围为O到dT，对应的相位调整为0到A^，其中厶0-(cjT) /T，其中T为本振信号的周期。当采用数字调整时，A^分成N个 步长，每个步长为Ae/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 AS变化，最小步长为A0/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4企测相位失配的方法通常需要射频电i 各、 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西己， 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。由于本振緩沖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^各，再次通过凄史字部分的相位失配4企测单 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i殳j直为止。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+A。，则 乘积的直流分量为cos(A。。通过分析cos(A。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4展泄露，闪烁f喿声以及 二次失真等问题。在以分离元件为主的时4戈，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。
对I、 Q相位而言，当I、 Q本才展信号的相位差偏离90° ,即产 生相位失配，则会导致I和Q支路信号互相干扰。为了校正相位失 配，通常现有的校正方法需要首先检测相位失配，然后根据相位失 配的大小和方向估文补偿。
在实现本发明的过程中，发明人发现相位失配的检测和补偿通 常需要射频电路、模拟电路和数字电路配合才能完成，其复杂度比 较高，容易发生故障。
发明内容
零中频和低中频收发器中，I和Q支路的失配来源很多，通常 相位失配主要来自于I、 Q本振信号的相位失配。而幅度失配主要来 自于混频器和基带电路的增益失配。本发明旨在提供一种实现简单 的本振緩冲器和相位失配的校正方法来解决本振信号相位失配问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种本振緩沖器，包括输入 模块，用于接收I信号和Q信号，并将I信号和Q信号处理成幅度 相等；转换模块，用于对幅度相等的I信号和Q信号求和以及求差 以分别得到和信号以及差信号；以及输出模块，用于将和信号以及 差信号中的一个作为新的I信号I，输出，并将和信号以及差信号中 的另一个作为新的Q信号Q1lr出。
优选地，输入才莫块包括限幅单元，用于对I信号和Q信号进 行限幅，以使I信号和Q信号的幅度相等。
优选地，转换模块包括第一求和单元，用于对幅度相等的I 信号和Q信号求和；以及求差单元，用于对幅度相等的I信号和Q 信号求差。
优选地，求差单元包括反相电路，用于对I信号进行反相； 以及第二求和单元，用于对幅度相等的I信号的反相信号-I和Q信 号求和，得到的和信号为差信号。
优选地，求差单元包括反相电3各，用于对Q信号进行反相； 以及第二求和单元，用于对幅度相等的Q信号的反相信号-Q和I 信号求和，得到的和信号为差信号。才艮据本发明的另一方面，还4是供了一种相位失配4交正方法，包
括接收I信号和Q信号，并将I信号和Q信号处理成幅度相等； 对幅度相等的I信号和Q信号求和以及求差以分别得到和信号以及 差信号；以及将和信号以及差信号中的一个作为新的I信号I，输出， 并将和信号以及差信号中的另一个作为新的Q信号Q，输出。
优选地，将I信号和Q信号处理成幅度相等包括对I信号和 Q信号进行限幅以使I信号和Q信号的幅度相等。
优选地，对I信号和Q信号求差包括对I信号进行反相；以 及对幅度相等的I信号的反相信号-I和Q信号求和。
优选地，对I信号和Q信号求差包括对Q信号进行反相；以 及对幅度相等的Q信号的反相信号-Q和I信号求和。
本发明的有益效果在于以简单的三角原理为基础，通过采用简 单的模拟方法即可确保本振信号的相位正交。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部 分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发 明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附 图中所特别指出的结构来实现和获得。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并 不构成对本发明的不当限定。在附图中
图1是现有正交本振信号相位失配的校正原理图；图2是已有的正交本振信号相位检测原理图； 图3是本发明的原理图4是根据本发明实施例的本振緩沖器的方框图5是根据本发明另一实施例的相位失配校正方法的流程图6是根据本发明实施例的第三实施例的本振緩沖器的方框
图7是^f艮据本发明第四实施例的本振緩冲器的方框图8是根据本发明第四实施例的图7所示的本振緩冲器的电路 图；以及
图9是根据本发明第四实施例的图7所示的本振緩沖器的另一 电路图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此 处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本 发明。全文中，相同参考标号表示相同装置。
图3是本发明的原理图。图3中用矢量I和Q分别表示输入的 两路本振信号。I和Q矢量的长度表示本振信号的幅度，当两者不 相等时，表示存在幅度失配。夹角表示I、 Q的相位关系。当0 = 90° 时，表示I和Q之间相位完全正交。当0偏离9O。时，表示存在相位 失配。如图3所示，令i，-i+q, q， = i-q,所以q， = i-q可以改写为 q， = i+(-q), -q是q向量的反向信号。通过简单的三角关系，可以 发现如果i和q没有幅度失配，则i，和q，在相4立上一定是正交的。
因为由于i和q的幅度相等，所以r和i，以及r和q的夹角为(^w
时；贝'JQ，和i，以及-Q的夹角为(|)*(180-。°,新的本才展矢量i，和Q， 之间的夹角为会6 +会(l80 — 一90。。
因此，即使原来的i和q本振信号存在相位失配，也可以得到
相位正交的新的r和q，本振信号，从而能够通过简单的模拟方法来 才交正相位失配。
图4是根据本发明实施例的本振緩沖器400的方框图。
参照图4,根据本发明实施例的本振緩冲器400包括输入模 块402，用于接收i信号和q信号，并将i信号和q信号处理成幅 度相等；转换模块404，用于对幅度相等的i信号和q信号求和以 及求差以分别得到和信号以及差信号；以及输出模块406,用于将 和信号以及差信号中的一个作为新的i信号i，输出，并将和信号以 及差信号中的另一个作为新的Q信号Q'输出。
根据参照图3所述的原理可知，才艮据本发明实施例的本振緩沖 器400输出的i，信号和q，信号一定正交，从而可以容易地实现i、 q 支路信号的相位校正。
图5是根据本发明另一实施例的相位失配校正方法的流程图。
参照图5,根据本发明的另一实施例的相位失配校正方法包括 以下步骤步骤S502,接收I信号和Q信号，并将I信号和Q信号处理成 幅度相等；
步骤S504，对幅度相等的I信号和Q信号求和以及求差以分别 得到和信号以及差信号；以及
步骤S506，将和信号以及差信号中的一个作为新的I信号I，输 出，并将和信号以及差信号中的另一个作为新的Q信号Q，输出。
具体地，步骤S502可以包括对I信号和Q信号进行限幅以 使I信号和Q信号的幅度相等。
具体地，步骤S504中对I信号和Q信号求差可以包括对I 信号进行反相；以及对幅度相等的I信号的反相信号-I和Q信号求 和。或者，对Q信号进行反相；以及对幅度相等的Q信号的反相信 号-Q和I信号求和。
才艮据参照图3所述的原理可知，通过才艮据本发明另一实施例的 相位失配4交正方法输出的I，信号和Q，信号一定正交，从而可以容易 地实现I、 Q支路信号的相位校正。
图6是根据本发明实施例的第三实施例的本振緩沖器600的方 框图。
参照图6，才艮据本发明实施例的本发明实施例的本振緩沖器600 包括*接收才莫块402,包括限幅单元606;转换;溪块404,包括第一 求和单元602和求差单元604;以及输出单元(未示出)。
限幅单元606用于对I信号和Q信号进行限幅，以使I信号和 Q信号的幅度相等；求和单元602，用于对幅度相等的I信号和Q 信号求和；以及求差单元604,用于对幅度相等的I信号和Q信号求差，其中，求和单元602和求差单元604输出的信号经输出单元输出。
在输入至本振緩沖器的I、 Q信号幅度相等时，在输入模块处 可以不用对其进行处理，因此在输入模块中也可以不包括限幅单元， 但这样无法校正幅度不相等的I、 Q信号的相位失配，因此为使本振 緩沖器的使用范围更广泛，优选地在输入才莫块402中包括限幅单元 606。
由于在通常的设计中，I、 Q信号的幅度失配一般不会太大(通 常小于ldB)。 I和Q信号通过限幅器可能会有小的幅度失真到相位 失真的转化。即，I和Q信号之间的相位差可能和输入信号的相位 差会有小的差别。4旦在本发明中，随后的求和单元和求差单元会对 该相位失配进行^f交正，从而使得第一输出信号和第二输出信号的相 4立满足正交要求。
图7是根据本发明第四实施例的本振緩沖器700的方框图。图 7中的大部分结构与图6中所示的本振緩冲器600的结构相同，所 以将省略其相同的部分，仅对其不同的部分进行描述。
参照图7,本振緩冲器700与图6所示的本振荡緩沖器600的 不同之处在于，不包括求差单元604,而包括反相电i 各，用于对 Q信号进行反相；以及求和单元702，用于对幅度相等的Q信号的 反相信号-Q和I信号求和。
求和单元702可以是与求和单元602相同的求和单元。
由于现代集成电路中，正交本振信号几乎都是差分信号，所以 图4中只需把Q (或者I)信号反向连接皆可以得到-Q (或者-I)信 号，所以图7是通过将Q+和Q-信号分别4妄到第二求和单元702的 Q—和Q+输入端来实现对Q信号反相的目的的。第二求和单元702專IT出的和信号为I + (-Q) = I - Q，与图6所 示的求差单元604的效果相同，A^而达到与图6所示的本4展IC沖器 600 —才羊的目的。
图8是才艮据本发明第四实施例的图7所示的本振緩冲器700的 电路图。
参照图8, Ml到M8为本振緩冲器700的^,导管，起信号放大 作用，M9和M16为共4册管，目的是冲是高l俞出阻抗，同时减小l餘入 的米勒电容效应，减轻对前级的负载。Vc为共4册管的偏置电压。 Vc需要满足等式1:
VD<Vc<VDD + Vth-l/2*Kn*(Wl/Ll)*(VL-Vth)2 [等式1]
其中，Kn和Vth都为工艺参数，由生产厂家^是供。W1和L1分 别为MOS管Ml的沟道宽度和长度。VD为Ml到M8的DC偏置 电压，由本振緩沖器的电源电压和允许的功耗决定。如果緩沖器允 i午的功寿毛为4mW， Wli殳电源为2V，那么允i午的总电流为 Itotal=4mW/2V=2mA 。 VD由等式2确定，
V2/8*/諭/ +vth 等式
当本振信号足够大到使得M1上的信号达到V":n,t以使Ml管进 入线性区时，即使进一步增大本振信号，输出幅度也不会发生改变，
从而实现限幅器的功能。这样，只要保证输入到Ml到M8上的本
振信道幅度大于Vhmit,就能够利用电路本身的非线性来实现限幅器 的功能。其中，V"m，t由等式3确定，
Flim" = (、 *刚+ Vc)/(」^L + d [等式3]其中，M9和L9分别是MOS管M9的沟道宽度和长度。
R为本振緩沖器700的负载。根据不同的应用频率，也可以采 用电感和电容形成谐振负载来代替电阻负载。根据本振緩沖器下一 级的混频器的要求，可以通过适当的电路设计来保证混频器得到的 本振信号幅度超过一定的幅度大'J 、来保证混频开关完全导通和关断 所需要的幅度，从而消除本振緩冲器输出的本振信号I和Q支路幅 度的影响。
图9是才艮据本发明第四实施例的图7所示的本振緩沖器700的 另一电^各图。
M9到M12为偏置电流源。具体的电流由允许的功库€和需要的 输出幅度决定。最大的输出幅度为R*Is,其中Is为M9到M12为 偏置电流源的电流。本振信号I+、 I-、 Q+和Q-分别如图接到Ml到 M8的才册极，Ml到M8为方欠大级。当输入幅度超过Vlimit, 4吏得Ml 进入线性区时，进一步增大的I+输入信号对输出没有贡献。同图7 所示实施例一样，利用电路本身的非线性来同时实现限幅和本振緩 冲的目的。图9中的R为本振緩冲器的负载。和图8类似，根据不 同的应用频率，也可以采用电感和电容形成谐冲展负载来代#,电阻负 载。可以通过适当的电路设计来保证混频器得到的本振信号幅度超 过混频器来4呆证混频开关完全导通和关断所需要的幅度，/人而消除 本振緩冲器输出的本振信号I和Q支路幅度的影响。
当输入本振信号的相位存在失配时，输出的本振信号在幅度上 会有孩i小的失配。如前所述，混频器对大过一定的本振信号的幅度 失配本身并不敏感，对整个性能影响很小。在具体实施中，可以通 过适量的增大本振信号的幅度来进一 步减轻这个问题。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的才支术人员来i兌，本发明可以有各种更改和变^匕。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种本振缓冲器，其特征在于，包括输入模块，用于接收同相信号和正交信号，并将所述同相信号和所述正交信号处理成幅度相等；转换模块，用于对幅度相等的所述同相信号和所述正交信号求和以及求差以分别得到和信号以及差信号；以及输出模块，用于将所述和信号以及所述差信号中的一个作为新的同相信号输出，并将所述和信号以及所述差信号中的另一个作为新的正交信号输出。
2. 根据权利要求1所述的本振緩沖器，其特征在于，所述输入模 块包括限幅单元，用于对所述同相信号和所述正交信号进行限 幅，以使所述同相信号和所述正交信号的幅度相等。
3. 根据权利要求1所述的本振緩沖器，其特征在于，所述转换模 块包括第一求和单元，用于对幅度相等的所述同相信号和所述正 交信号求和；以及求差单元，用于对幅度相等的所述同相信号和所述正交信 号求差。
4. 根据权利要求3所述的本振緩沖器，其特征在于，所述求差单 元包括反相电路，用于对所述同相信号进行反相；以及第二求和单元，用于对幅度相等的所述同相信号的反相信 号和所述正交信号求和，得到的和信号为所述差信号。
5. 根据利要求3所述的本振緩沖器，其特征在于，所述求差单元 包括反相电^各，用于对所述正交信号进行反相；以及第二求和单元，用于对幅度相等的所述正交信号的反相信 号和所述同相信号求和，得到的和信号为所述差信号。
6. —种相4立失配才交正方法，其特4正在于，包4舌接收同相信号和正交信号，并将所述同相信号和所述正交 信号处理成幅度相等；对幅度相等的所述同相信号和所述正交信号求和以及求 差以分别得到和信号以及差信号；以及将所述和信号以及所述差信号中的 一个作为新的同相信 号输出，并将所述和信号以及所述差信号中的另一个作为新的 正交信号输出。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述同相信号和 所述正交信号处理成幅度相等包括对所述同相信号和所述正交信号进行限幅以4吏所述同相 信号和所述正交信号的幅度相等。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述同相信号和 所述正交信号求差包括对所述同相信号进行反相；以及 求和。
9.根据权利要求6所述的方法，其特4正在于，对所述同相信号和 所述正交信号求差包括对所述正交信号进行反相；以及对所述正交信号的反相信号和所述同相信号求和。
全文摘要
本发明提供了一种带有相位失配校正的本振缓冲器，包括输入模块，用于接收I信号和Q信号，并将I信号和Q信号处理成幅度相等；转换模块，用于对幅度相等的I信号和Q信号求和以及求差以分别得到和信号以及差信号；以及输出模块，用于将和信号以及差信号中的一个作为新的I信号I’输出，并将和信号以及差信号中的另一个作为新的Q信号Q’输出。本发明实现了能够简单地对I、Q支路的相位失配进行校正的技术效果。
文档编号H04L27/38GK101409701SQ20081022715
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者杨沛锋, 王文申, 陈永聪, 马槐楠, 黄志正 申请人:北京朗波芯微技术有限公司