專利名稱：具有轉(zhuǎn)換/控制裝置的自動校準直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器(direct conversion transmitter，簡稱“DCT”)，特別涉及在直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器中使用的一種整合的降混頻器(down-mixer)和射頻可變增益放大器(radio frequency variable gain amplifier，簡稱 “RFVGA”)，具體地講是一種具有轉(zhuǎn)換/控制裝置的自動校準直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器(Self-Calibrating Direct Conversion Transmitter with Converting/SteeringDevice)。
背景技術(shù)：
直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器廣泛應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域。在直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器中，根據(jù)本機振蕩器(local oscillator)提供的載波，基頻同相(I)和正交相移(Q)信號被升轉(zhuǎn)換 (up-converted)成無限射頻信號，然后把轉(zhuǎn)換后的I信號和Q信號加總，放大并通過天線發(fā)射出去。由本機振蕩器和基頻失配(baseband mismatch)造成的載波泄漏(Carrier leakage)是直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器中的的焦點問題。為了消除或減少載波泄漏，一種通常的解決方法是當沒有I和Q信號輸入時檢測直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的輸出以便獲得泄漏，并根據(jù)檢測的泄漏產(chǎn)生補償信號，從而減少甚至消除泄漏。檢測和補償程序可重復(fù)執(zhí)行直到泄漏減到最小。在一些應(yīng)用中，譬如WCDMA，在直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的信號輸出路徑上提供無限射頻可變增益放大器(VGA)是必要的，以便在傳輸環(huán)境中可調(diào)整地產(chǎn)生具有可變增益的輸出信號。而且在校準情況下，為了檢測泄漏而檢測在沒有I和Q輸入信號輸入到發(fā)射器時的輸出信號之前，為了后續(xù)步驟中處理方便起見，優(yōu)選的方法是把無限射頻的泄漏降頻至降低的頻率，譬如中頻(IF)或基頻(BB)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組； 控制用四晶體管組；其中雙平衡四開關(guān)組和控制用四晶體管組共享一個輸出對?？砂l(fā)揮混頻器和可變增益放大器的功效，但占據(jù)更小的空間。該控制和混頻模塊特別適用于需要RF VGA的無線傳輸應(yīng)用。本發(fā)明的另一個主要目的在于提供一種一種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組，包括第一輸出對，第一輸出對耦接至第一負載級；以及控制用四晶體管組，包括第二輸出對，第二輸出對耦接至第二裝載，其中雙平衡四開關(guān)組和控制用四晶體管組共享一個輸入對。本發(fā)明的另一目的是提供一種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組；控制用四晶體管組；其中在第一模式下，控制用四晶體管組被致動，而在第二模式下，雙平衡四開關(guān)組被致動。





圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示的轉(zhuǎn)換/控制裝置的方塊示意圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的整合的混頻器/可變增益放大器的概要電路圖； 圖4是圖2所示的模式控制器的方塊示意圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的整合的混頻器/可變增益放大器的概要電路主要組件符號說明
11加總裝置20第一本機振蕩器
21升混頻器40轉(zhuǎn)換/控制裝置
60功率放大器70天線
43混頻器/可變增益放大器 83補償單元
43 ‘整合的混頻器/可變增益放大器
45模式控制器50第二本機振蕩器
539第二負載級81校準檢測/決定單元
431混頻級433放大級
437負載級451直流控制單元
535輸入級537第一負載級
具體實施例方式圖1是根據(jù)本發(fā)明的直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的方塊示意圖。為簡化與清楚起見，圖1僅簡略地闡示了直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的基本組件。當在傳輸模式下時，直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器利用來自第一本機振蕩器20的第一本機振蕩器(local oscillator，簡稱“L0”)信號LOl的I成份通過升混頻器21把同相(I)基頻信號ΙΙΛ升頻成無限射頻I信號；并利用來自第一本機振蕩器20的第一本機振蕩器(LO) 信號LOl的Q成份通過升混頻器23把正交相移(Q)基頻信號Qbb升頻成無限射頻Q信號。 然后無限射頻I和Q信號由一個加總裝置30合并成一個組合無限射頻信號，該組合無限射頻信號經(jīng)過處在正常模式下的轉(zhuǎn)換/控制裝置40用可變增益調(diào)整和功率放大器60放大之后，由天線70發(fā)射出去。當直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器在校準情況下時，沒有(基頻信號)ΙΙΛ和Qbb輸入到發(fā)射器。 在這個情況，來自本機振蕩器20或其它來源的泄漏信號容易被檢測到。轉(zhuǎn)換/控制裝置40 被切換到校準模式并用作為降混頻器，其利用由第二本機振蕩器50提供的第二本機振蕩器(LO)信號L02把泄漏信號降頻轉(zhuǎn)換成低頻。在一些應(yīng)用中，第一和第二本機振蕩器20、 50可以合并成一個單一模塊使用。LO信號LOl和L02可由其它適當?shù)姆椒ㄌ峁?。然后，校準檢測/決定(detection/determination)單元81檢測降頻的泄漏信號。較佳而言，在泄漏信號檢測以后實行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(Analog to digital conversion)。校準檢測/決定單元81根據(jù)檢測到的泄漏信號用校準算法確定并產(chǎn)生補償信號。本發(fā)明可以使用任一種適合的校準算法，例如，一個二元樹狀查找算法，參見《在直接轉(zhuǎn)換WCDMA發(fā)射器中的載波泄漏抑制》G. Brenna, D. Tschopp，和Q. Huang, IEEE ISSCC Dig.技術(shù)論文，第 270-271 頁，舊金山，加州，2003 年 2 月("Carrier leakage suppression in direct-conversion WCDMAtransmitters，，G. Brenna, D. Tschopp, and Q. Huang, IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 270-271，San Francisco, CA, Feb. 2003)；和《在 0. 13__m CMOS的2千兆赫載波泄漏校準的直接轉(zhuǎn)換WCDMA發(fā)射器》，G. Brenna, IEEE J. Solid-State Circuit，39 卷，第 1253-1262 頁，2004 年 8 月("A 2-Ghz carrierleakage calibrated direct-conversion WCDMA transmitter in 0. 13__m CMOS，，，G. Brenna et al. , IEEE J.Solid-State Circuit, vol. 39，pp. 1253—1262，Aug. 2004)。校準檢測/決定單元81為校準補償單元83提供補償信號，補償單元83將補償信號饋送給加總裝置11和13。在傳輸模式下，為了消除或減少泄漏，加總裝置11、13分別把補償信號并入輸入I信號1 及輸入Q信號Qbb。在補償信號發(fā)送到加總裝置11或13之前完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。校準檢測/決定單元81和校準補償單元83能夠組成單一的校準處理器(未顯示)°如前所述，轉(zhuǎn)換/控制裝置40有兩個模式正常模式和校準模式。在正常模式下轉(zhuǎn)換/控制裝置40用作為可變增益放大器，以可變增益調(diào)整輸出信號。在校準模式下轉(zhuǎn)換 /控制裝置40用作為降混頻器，把無限射頻泄漏信號降頻成較低頻率。圖2是轉(zhuǎn)換/控制裝置40的方塊示意圖。如圖所示，轉(zhuǎn)換/控制裝置40包括控制和混頻模塊，由整合的混頻器/可變增益放大器43實現(xiàn)。另外，裝置40也具有模式控制器45。整合的混頻器/可變增益放大器43有混頻級431和放大級433(稍后詳述)。模式控制器45接收模式選擇信號SEL并把整合的混頻器/可變增益放大器43切換到正常模式或校準模式。在一個較佳實施例中，當直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器操作于傳輸模式，模式控制器45控制整合的混頻器/可變增益放大器43的直流偏壓以將整合的的混頻器/可變增益放大器43切換到正常模式，并阻擋由第二本機振蕩器50產(chǎn)生的第二本機振蕩器信號L02使之不會輸入到整合的混頻器/可變增益放大器43，以使放大級433用作為無限射頻VGA，同時混頻級 431不工作。當直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器工作于校準模式，模式控制器45控制整合的混頻器/可變增益放大器43的直流偏壓把整合的混頻器/可變增益放大器43切換到校準模式，并允許由第二本機振蕩器50產(chǎn)生的第二個本機振蕩器信號L02輸入到整合的混頻器/可變增益放大器43，以便混頻級431用作為降混頻器，而放大級433被除動(deactivates)或為用作放大器以放大被降轉(zhuǎn)換的泄漏，以便更容易檢測到被放大的泄漏。關(guān)于這個問題的細節(jié)內(nèi)容將被進一步說明。根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖3解釋了整合的混頻器/可變增益放大器43。圖3的整合的混頻器/可變增益放大器43包括由四個晶體管Ql、Q2、Q3和Q4的雙平衡四晶體管開關(guān)組構(gòu)成的混頻級431，該混頻級被連接成雙平衡混頻器，放大級433由有四個晶體管Q5、 Q6、Q7和Q8的控制用四晶體管組構(gòu)成，該放大級被連接形成RF VGA。
晶體管Q1、Q2、Q3和Q4的基極是LO/直流的輸入。在校準模式下L02的差動分量 LOp和LOn和直流偏壓信號的差動分量經(jīng)由LO/直流輸入到混頻級431。在正常(傳輸)方式下，直流偏壓信號被用來關(guān)斷晶體管Q1、Q2、Q3和Q4。因此， 混頻級431不工作。另外，沒有LO信號分量輸入到晶體管Ql、Q2、Q3和Q4的基極。晶體管Q5和Q8的基極被連在接一起作為節(jié)點Ni，晶體管Q6和Q7的基極被連在接一起作為節(jié)點N2。來自m的控制信號VCp和來自N2的控制信號VCn被分別運用到放大級433?？刂菩盘朧Cp和VCn調(diào)整控制放大級433的操作和增益。晶體管Ql、Q2、Q5和Q6的射極被連接在一起作為一個輸入端，晶體管Q3、Q4、Q7 和Q8的射極被連接在一起作為另一個輸入端。這一對輸入端被連接到輸入級435。在正常模式下，經(jīng)過處理的信號從輸入端輸入到整合的混頻器/可變增益放大器 43，并由放大級433預(yù)先確定的增益控制。在校準模式下，泄漏從輸入端輸入到整合的混頻器/可變增益放大器裝置43，并且混頻級431用本機振蕩器的LOp和第二個本機振蕩器的 LOn將輸入信號降頻轉(zhuǎn)換。晶體管Ql、Q3和Q8的集極被連接在一起作為一個輸出接口，而晶體管Q2、Q4和 Q5的集極被連接在一起作為另一個輸出接口，增益控制或降轉(zhuǎn)換信號從這一對輸出接口輸出，輸出端被連接到由分流電阻器構(gòu)成的負載級437，晶體管Q6和Q7的集極被連接到電源 VCC。據(jù)前文所述并如圖3所示，放大級433用四個晶體管Q5、Q6、Q7和Q8連接成為RF VGA。放大級433包括四個晶體管Q5、Q6、Q7和Q8提供的單級RF VGA電路。另一個實施例使用二級或更多級RF VGA電路。如圖3所示RF VGA電路的一級與混頻級431合并，而另外的級以串聯(lián)的形式與整合級連接。應(yīng)注意僅唯一整合級RF VGA用作為根據(jù)本發(fā)明的放大級433，而其它的級用作為一般的RF VGA。模式控制器45控制直流偏壓、LO和控制信號。在圖4中，模式控制器45接收模式選擇信號SEL，其表示直接轉(zhuǎn)換發(fā)射器的操作模式，并根據(jù)該信號選擇正常(傳輸)模式或校準模式。模式控制器45包括一個直流控制單元451和一個LO控制單元453。模式控制器45的直流控制單元451控制混頻級431的直流偏壓信號和放大級433 的控制信號VCp和VCn。在正常模式下，放大級433的控制信號VCp和VCn是通過正常途徑而不是模式控制器45而施加的。混頻級431的直流偏壓信號受控以使電流流經(jīng)放大級433而不是混頻級 431。例如，直流控制單元451可以把混頻級431的直流偏壓信號的位準下拉到零，使晶體管Ql、Q2、Q3和Q4被關(guān)斷，或者混頻級431的直流偏壓位準被降低至低于控制信號VCp和 VCN，迫使電流流經(jīng)放大級433。另外，LO控制單元453阻斷由第二本機振蕩器50產(chǎn)生的第二 LO信號L02，使LO信號不輸入混頻級431。在校準模式下，模式控制器45的直流控制單元451控制混頻級431的直流偏壓的位準，使混頻級431的直流偏壓的位準高于VCp和VCn，以便使電流流經(jīng)混頻級431。較佳在校準模式下模式控制器45也控制信號VCp和VCn以確保大部分或所有電流流經(jīng)混頻級431， 如此，降轉(zhuǎn)換功能可順利實行。此外在校準模式下，從第二本機振蕩器50接收第二 LO信號 L02的LO控制單元453把第二 LO信號L02輸送到混頻級431 (晶體管Ql、Q2、Q3和Q4的基極)?；祛l級431能夠用第二 LO信號L02的差動分量LOp和LOn反饋到輸入端與輸入信號混頻，以產(chǎn)生降轉(zhuǎn)換輸出信號。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的整合的混頻器/可變增益放大器43'。整合的混頻器/可變增益放大器43'的結(jié)構(gòu)與圖3的整合的混頻器/可變增益放大器43相似。整合的混頻器/可變增益放大器43'的混頻級由晶體管Q1、Q2、Q3和Q4構(gòu)成的一種雙平衡四晶體管開關(guān)組構(gòu)成；放大級由晶體管Q5、Q6、Q7和Q8構(gòu)成的控制用四晶體管組構(gòu)成。 整合的混頻器/可變增益放大器43'的輸入端對被連接到輸入級535。整合的混頻器/可變增益放大器43'的輸入端對分別連接到晶體管Q1、Q2、Q5和Q6的射極和晶體管Q3、Q4、 Q7和Q8的射極。如上所述，混頻器/可變增益放大器43在圖3只有一對輸出接口(晶體管Q1、Q3、Q8的集極以及晶體管Q2、Q4、Q5的集極)和一對輸出端口連接到負載級437。與混頻器/可變增益放大器43不同，混頻器/可變增益放大器43'有二對輸出接口。第一對輸出接口 0utl_p和0utl_n分別是晶體管Q5和Q8各自的集極。第二對輸出接口 0ut2_p和 0ut2_n分別是晶體管Q2與Q4的集極連接和晶體管Q1、Q3的集極連接。此外，第一對輸出接口連接到第一負載級(Load 1)537，而第二對輸出接口連接到第二負載級(Load 2)539。在本發(fā)明的實施例，晶體管Ql到Q8由雙極接合晶體管(BJT)實施。但是，其它類型晶體管，譬如CMOS，也可使用。
權(quán)利要求
1.一種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組；控制用四晶體管組；其中雙平衡四開關(guān)組和控制用四晶體管組共享一個輸出對。
2.如權(quán)利要求1所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在第一模式下，所述控制用四晶體管組被致動，以及在第二模式下，所述雙平衡四開關(guān)組被致動。
3.如權(quán)利要求2所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第二模式下，所述控制用四晶體管組被除動，以及在所述第一模式下，所述雙平衡四開關(guān)組被除動。
4.如權(quán)利要求2所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第一模式下，所述控制和混頻模塊作為可變增益放大器操作，以及在所述第二模式下，所述控制和混頻模塊作為混頻器操作。
5.如權(quán)利要求1所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述雙平衡四開關(guān)組包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管，所述第一晶體管的第一輸出端和所述第四晶體管的第一輸出端相連，作為所述輸出對的第一輸出端，以及所述第二晶體管的第一輸出端和所述第三晶體管的第一輸出端相連，作為所述輸出對的第二輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述第一晶體管、第二晶體管、 第三晶體管和第四晶體管是雙極結(jié)晶體管，以及所述第一輸出端與第二輸出端是集極。
7.如權(quán)利要求1所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述控制用四晶體管組包括第五晶體管、第六晶體管、第七晶體管和第八晶體管，所述第五晶體管的第一輸出端和所述第八晶體管的第一輸出端連接起來用作為所述輸出對的第一輸出端，第六晶體管的第一輸出端和第七晶體管的第一輸出端連接起來用作為所述輸出對的第二輸出端。
8.如權(quán)利要求7所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述第五晶體管、第六晶體管、 第七晶體管和第八晶體管是雙極結(jié)晶體管，以及所述第一輸出端與第二輸出端是集極。
9.一種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組，包括第一輸出對，所述第一輸出對耦接至第一負載級；以及控制用四晶體管組，包括第二輸出對，所述第二輸出對耦接至第二裝載，其中所述雙平衡四開關(guān)組和控制用四晶體管組共享一個輸入對。
10.如權(quán)利要求9所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在第一模式下，所述控制用四晶體管組被致動，以及在第二模式下，所述雙平衡四開關(guān)組被致動。
11.如權(quán)利要求10所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第二模式下，所述控制用四晶體管組被除動，以及在所述第一模式下，所述雙平衡四開關(guān)組被除動。
12.如權(quán)利要求10所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第一模式下，所述控制和混頻模塊作為可變增益放大器操作，以及在所述第二模式下，所述控制和混頻模塊作為混頻器操作。
13.如權(quán)利要求9所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述雙平衡四開關(guān)組包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管，所述第一晶體管的第一輸入端和所述第四晶體管的第一輸入端相連，作為所述輸入對的第一輸入端，以及所述第二晶體管的第一輸入端和所述第三晶體管的第一輸入端相連，作為所述輸入對的第二輸入端。
14.如權(quán)利要求5所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管是雙極結(jié)晶體管，以及所述第一輸入端與第二輸入端是射極。
15.如權(quán)利要求1所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述控制用四晶體管組包括第五晶體管、第六晶體管、第七晶體管和第八晶體管，所述第五晶體管的第一輸入端和所述第八晶體管的第一輸入端連接起來用作為所述輸入對的第一輸入端，第六晶體管的第一輸入端和第七晶體管的第一輸入端連接起來用作為所述輸入對的第二輸入端。
16.如權(quán)利要求7所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述第五晶體管、第六晶體管、 第七晶體管和第八晶體管是雙極結(jié)晶體管，以及所述第一輸入端與第二輸入端是射極。
17.—種控制和混頻模塊，其包括雙平衡四開關(guān)組；控制用四晶體管組；其中在第一模式下，控制用四晶體管組被致動，而在第二模式下，雙平衡四開關(guān)組被致動。
18.如權(quán)利要求17所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第二模式下，所述控制用四晶體管組被除動，以及在所述第一模式下，所述雙平衡四開關(guān)組被除動。
19.如權(quán)利要求18所述的控制和混頻模塊，其特征在于，在所述第一模式下，所述控制和混頻模塊作為可變增益放大器操作，以及在所述第二模式下，所述控制和混頻模塊作為混頻器操作。
20.如權(quán)利要求9所述的控制和混頻模塊，其特征在于，所述雙平衡四開關(guān)組包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管，以及所述控制用四晶體管組包括第五晶體管、第六晶體管、第七晶體管和第八晶體管，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第五晶體管和所述第六晶體管的輸入端相連，作為所述輸入對的第一輸入端，所述第三晶體管、所述第四晶體管、所述第七晶體管和所述第八晶體管的輸入端相連，作為所述輸入對的第二輸入端，以及所述第二晶體管、所述第四晶體管、所述第五晶體管和所述第七晶體管的輸出端相連，作為所述輸出對的第一輸出端，所述第一晶體管、所述第三晶體管、所述第六晶體管和所述第八晶體管的輸出端相連，作為所述輸出對的第二輸出端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制和混頻模塊其包括雙平衡四開關(guān)組；控制用四晶體管組；其中雙平衡四開關(guān)組和控制用四晶體管組共享一個輸出對。本發(fā)明可以減少甚至消除載波泄漏。
文檔編號H03D7/14GK102176655SQ20111002988
公開日2011年9月7日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月28日
發(fā)明者屈慶勛, 郭秉捷 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司