專(zhuān)利名稱(chēng)：具有反饋相失配校正的正交振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)制技術(shù)，更確切地說(shuō)，涉及提供同相位(in-phase)(I)和正交相位(quadrature phase)(Q)載波信號(hào)的具有相位誤差糾正的正交振蕩器。
背景技術(shù)：
許多小型網(wǎng)絡(luò)一般通過(guò)一組導(dǎo)線(xiàn)相互連接。以導(dǎo)線(xiàn)連接網(wǎng)絡(luò)能提供某種程度的方便性但仍有許多限制，如各種纜線(xiàn)管理與方便性等問(wèn)題。因?yàn)楦鞣N原因，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)技術(shù)正逐漸普及。射頻(RF)看起來(lái)是建立可行無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇之一。但是無(wú)線(xiàn)通信的典型環(huán)境非常嘈雜而且并非通信的最佳環(huán)境。舉例來(lái)說(shuō)，大多數(shù)家庭與工作場(chǎng)所都設(shè)有許多電子裝置從而形成能干擾無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)通信的嘈雜環(huán)境，如微波爐、車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、收音機(jī)、電視機(jī)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。此外，無(wú)線(xiàn)裝置間的通信媒體是動(dòng)態(tài)的并且會(huì)經(jīng)常改變。如，大多數(shù)環(huán)境或房間內(nèi)存在多重反射物體從而造成多路噪聲。諸如手、身體、珠寶和鼠標(biāo)指針等以及其他物體或裝置等的移動(dòng)或類(lèi)似冷風(fēng)扇等的電子裝置的啟動(dòng)均會(huì)影響整體無(wú)線(xiàn)通信路徑并可能降低無(wú)線(xiàn)通信效能。總之，無(wú)線(xiàn)通信必須通過(guò)動(dòng)態(tài)的且不可預(yù)期的介質(zhì)(medium)進(jìn)行。
雖然無(wú)線(xiàn)介質(zhì)有許多限制，但是消費(fèi)者目前正要求高速無(wú)線(xiàn)應(yīng)用和具有相對(duì)高的服務(wù)品質(zhì)(quality of service QOS)的應(yīng)用。此類(lèi)應(yīng)用包括介質(zhì)流，而媒體信息流又包括視頻和音頻信息與其它數(shù)據(jù)的任何組合。由于無(wú)線(xiàn)通信必須通過(guò)動(dòng)態(tài)且不可預(yù)期的介質(zhì)進(jìn)行，所以無(wú)線(xiàn)通信一般沒(méi)有其對(duì)應(yīng)的有線(xiàn)通信強(qiáng)韌和可靠。而且，成功的無(wú)線(xiàn)通信需要經(jīng)常性地投入大量管理工作。例如通過(guò)無(wú)線(xiàn)媒體遞交的信息數(shù)據(jù)幀或信息包一般包括已知的報(bào)頭以使接收裝置能夠測(cè)量無(wú)線(xiàn)介質(zhì)的噪聲和失真影響。通常用于以太有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的沖突檢測(cè)技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通信中不是非常有用，因?yàn)槭瞻l(fā)器無(wú)法在發(fā)送信號(hào)的同時(shí)接收信號(hào)。所以，無(wú)線(xiàn)裝置在半雙工模式下互相通信必須遵從許多規(guī)則和時(shí)序限制。
對(duì)于無(wú)線(xiàn)收發(fā)器來(lái)說(shuō)，盡可能以最有效的方式利用無(wú)線(xiàn)介質(zhì)得到最大的數(shù)據(jù)總處理能力并符合頻寬要求是非常必要的。在一種技術(shù)中，是通過(guò)調(diào)制振幅與相位角度將信息編譯在射頻載波上的，并通過(guò)使用由正交本地振蕩器(local oscillator，LO)信號(hào)驅(qū)動(dòng)的多對(duì)混頻器來(lái)進(jìn)行相位調(diào)制/解調(diào)。本地振蕩器的兩個(gè)相位——稱(chēng)為I(同相位)和Q(正交相位)——的頻率相同，但是Q相位特意地比I相位載波信號(hào)滯后1/4循環(huán)或周期(90度)。能在某一給定載波頻率下傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量與I/Q相位關(guān)系的正確度成正比。
在一典型具體實(shí)施例中，兩個(gè)本地振蕩器相位都由一個(gè)電壓控制振蕩器(VCO)導(dǎo)出從而獲得連貫性。但是正交發(fā)生電路和/或分配電路內(nèi)的不完美性通常會(huì)造成正交相位的誤差。為了提高數(shù)據(jù)傳輸率，I/Q相位關(guān)系偏離90度不得超過(guò)幾度。但現(xiàn)已證明這在典型無(wú)線(xiàn)收發(fā)器配置中是很難達(dá)成的。舉例說(shuō)明，若本地振蕩器頻率為2.5千兆赫(GHz)，則1.1微微秒(ps)的計(jì)時(shí)誤差相當(dāng)于1度的相位誤差。在收發(fā)器電路中，100歐姆電阻器兩端11毫微微法(fF)寄生電容的不匹配就會(huì)產(chǎn)生1度的相位誤差。雙極結(jié)晶體管(BJT)百分之十的fτ不匹配也會(huì)在射頻下產(chǎn)生1度的相位誤差。
因此目前很需要一種技術(shù)能檢測(cè)并減少甚至消除正交振蕩器I/Q載波信號(hào)間的相位誤差以便增加可通過(guò)射頻正交調(diào)制技術(shù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，一種具有相位誤差校正的正交振蕩器，其包括產(chǎn)生單端時(shí)鐘信號(hào)的本地振蕩器、將單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)的單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器、將微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相位(I)載波信號(hào)與正交相位(Q)載波信號(hào)的正交發(fā)生器、測(cè)量I和Q載波信號(hào)間相位誤差并提供相位誤差信號(hào)的相位誤差檢測(cè)器以及根據(jù)所測(cè)相位誤差修改微分時(shí)鐘信號(hào)的反饋放大器。在特定的具體實(shí)施方案中，該單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器包括一能產(chǎn)生一對(duì)微分時(shí)鐘信號(hào)的第二級(jí)。該正交發(fā)生器將頻率除以二。該反饋放大器將所測(cè)相位誤差以直流偏移方式施加給一交流微分時(shí)鐘信號(hào)。
在另一具體實(shí)施方案中，本地振蕩器以電壓信號(hào)產(chǎn)生單端時(shí)鐘信號(hào)，而單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器以微分電壓信號(hào)產(chǎn)生微分時(shí)鐘信號(hào)。該具體實(shí)施方案提供一跨導(dǎo)體(transconductor)，借此將微分時(shí)鐘電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)。在此情況下，正交發(fā)生器是從該兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生I和Q電流信號(hào)輸出的主從鎖存器(latch)(或雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(flip-flop))配置。該跨導(dǎo)體可實(shí)施成一對(duì)共射耦合晶體管雙對(duì)和連接在各雙晶體管雙對(duì)間的發(fā)射極與接地之間的電流源。每個(gè)晶體管雙對(duì)有一個(gè)接收一部分微分時(shí)鐘信號(hào)的基本輸入和一對(duì)能產(chǎn)生與兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)應(yīng)的一對(duì)信號(hào)的集電極。相位誤差檢測(cè)器產(chǎn)生一相位誤差電壓，該電壓表示I和Q載波信號(hào)間的相位誤差。反饋放大器包括一跨導(dǎo)級(jí)，該跨導(dǎo)級(jí)可將相位誤差電壓轉(zhuǎn)換成校正電流并將該校正電流加至兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)信號(hào)上。
正交振蕩器還有可能包括分別放大I和Q電流信號(hào)輸出以提供I和Q載波信號(hào)的第一與第二緩沖器鏈?？鐚?dǎo)級(jí)(transconductance stage)可包括將相位誤差電壓轉(zhuǎn)換成直流電流偏移的金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)電流源。此外，反饋放大器可包括RC濾波器和放大器級(jí)，其中該放大器級(jí)放大該相位誤差電壓。
在另一種可替換的具體實(shí)施方案中，相位誤差檢測(cè)器包括第一和第二模式緩沖器、第一和第二相位誤差檢測(cè)器與模式轉(zhuǎn)換器。第一模式緩沖器產(chǎn)生第一模式的I和Q載波信號(hào)，而第二模式緩沖器產(chǎn)生第二模式的I和Q載波信號(hào)。第一相位誤差檢測(cè)器測(cè)量第一模式的I和Q載波信號(hào)間的相位誤差并提供第一模式相位誤差信號(hào)。第二相位誤差檢測(cè)器測(cè)量第二模式的I和Q載波信號(hào)間的相位誤差并提供第二模式相位誤差信號(hào)。模式轉(zhuǎn)換器在第一模式下將第一相位誤差檢測(cè)器耦合至反饋放大器而在第二模式下將第二相位誤差檢測(cè)器耦合至反饋放大器。這種具體實(shí)施方案特別有利于半雙工射頻通信器件或類(lèi)似裝置所用的多重模式集成電路(IC)。
根據(jù)本發(fā)明另一具體實(shí)施方案，具有相位誤差校正的正交振蕩器包括將單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)的單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器；將微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)微分時(shí)鐘信號(hào)的跨導(dǎo)體；將該對(duì)微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成I時(shí)鐘信號(hào)與Q時(shí)鐘信號(hào)的正交發(fā)生器；產(chǎn)生I載波信號(hào)的第一緩沖器鏈，該I載波信號(hào)是I時(shí)鐘信號(hào)的校正的形式；產(chǎn)生Q載波信號(hào)的第二緩沖器鏈，該Q載波信號(hào)是Q時(shí)鐘信號(hào)的校正的形式；測(cè)量I與Q載波信號(hào)間相位誤差并提供相位誤差信號(hào)的相位誤差檢測(cè)器；接收相位誤差信號(hào)并產(chǎn)生微分反饋信號(hào)的反饋放大器以及一對(duì)調(diào)諧元件。每個(gè)調(diào)諧元件都耦合至反饋放大器和第一與第二緩沖器鏈的各個(gè)中間反饋接合點(diǎn)。每一個(gè)調(diào)諧元件都可包括一可調(diào)諧RC電路。在更明確的具體實(shí)施方案中，每個(gè)調(diào)諧元件包括一系列連接在緩沖器鏈的連續(xù)緩沖器之間的電阻和一個(gè)連接在電阻和反饋放大器上的可調(diào)諧變?nèi)萜鳌?br> 具有相位誤差校正的正交振蕩器包括時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)鐘分割器、第一與第二相移網(wǎng)絡(luò)及相位檢測(cè)器。時(shí)鐘發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào)并由時(shí)鐘分割器將時(shí)鐘信號(hào)分割成第一與第二時(shí)鐘信號(hào)。第一相移網(wǎng)絡(luò)根據(jù)第一時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生第一載波信號(hào)而第二相移網(wǎng)絡(luò)根據(jù)第二時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生第二載波信號(hào)，其中該第二載波信號(hào)的相位相對(duì)于第一載波信號(hào)的相位偏移四分之一。相位檢測(cè)器產(chǎn)生一相位誤差信號(hào)用以控制相移網(wǎng)絡(luò)。在一具體實(shí)施方案中，正交振蕩器包括一耦合至相位檢測(cè)器和時(shí)鐘分割器的組合器，該組合器根據(jù)相位誤差信號(hào)調(diào)整第一與第二時(shí)鐘信號(hào)。在另一具體實(shí)施方案中，第一與第二相移網(wǎng)絡(luò)各產(chǎn)生第一與第二中間載波信號(hào)的各一個(gè)中間載波信號(hào)，并加入組合器根據(jù)相位誤差信號(hào)調(diào)整第一與第二中間載波信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的一具體實(shí)施方案，產(chǎn)生具有相位誤差校正的正交信號(hào)的方法包括產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)、將時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)、將時(shí)鐘信號(hào)分割成第一與第二時(shí)鐘信號(hào)、根據(jù)第一和第二時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生同相位(I)微分載波信號(hào)和正交相位(Q)微分載波信號(hào)、檢測(cè)I與Q微分載波信號(hào)間的相位誤差、產(chǎn)生相位誤差反饋信號(hào)并根據(jù)相位誤差反饋信號(hào)調(diào)整I與Q微分載波信號(hào)間的相位微分。調(diào)整相位微分可包括合并相位誤差反饋信號(hào)與第一及第二時(shí)鐘信號(hào)。或者該方法也可包括在一緩沖器鏈內(nèi)產(chǎn)生中間I和Q微分載波信號(hào)以及合并相位誤差反饋信號(hào)與中間I和Q微分載波信號(hào)。
附圖簡(jiǎn)單說(shuō)明本發(fā)明所述具體實(shí)施方案最好結(jié)合


加以理解，具體如下圖1所示為一典型無(wú)線(xiàn)收發(fā)器(transceiver)的簡(jiǎn)化的方框圖，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案該無(wú)線(xiàn)收發(fā)器包含一相位誤差檢測(cè)器。
圖2所示為無(wú)線(xiàn)收發(fā)器的詳細(xì)的方框圖，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案該無(wú)線(xiàn)收發(fā)器存在于一零中間頻率(Zero Intermediate Frequency ZIF)架構(gòu)中。
圖3所示為圖2中正交振蕩器的典型具體實(shí)方案架構(gòu)方框圖，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案該正交振蕩器包含一相位誤差校正回路。
圖4所示為圖2中芯片或集成電路(IC)包裝的詳細(xì)示意圖，該芯片或集成電路(IC)包含單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器和射頻跨導(dǎo)體級(jí)的收發(fā)器。
圖5所示為一典型射極耦合邏輯(ECL)主從時(shí)鐘電路的詳細(xì)示意圖，該電路包含用于圖3中主從鎖存器的雙極晶體管與電阻器。
圖6所示為圖3中接收反饋誤差信號(hào)的運(yùn)算放大器和微分時(shí)鐘輸入電流求和之間的反饋級(jí)的更詳細(xì)示意圖。
圖7所示為一種可替換的具體實(shí)施方案的方框圖，其中的回路在其它任何地方都是封閉的，如圖3中的緩沖器鏈。
圖8所示為另一種選擇性具體實(shí)施方案的方框圖，該圖顯示在半雙工無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)內(nèi)使用兩個(gè)可切換相位誤差檢測(cè)器。
圖9所示為時(shí)鐘輸入電流信號(hào)與由此產(chǎn)生的圖5中時(shí)鐘電路的正交輸出對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為典型無(wú)線(xiàn)收發(fā)器100的簡(jiǎn)化方框圖，該收發(fā)器包含一根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案的具有相位誤差校正的正交振蕩器電路109。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器100可利用任何所需的載波頻率和調(diào)制技術(shù)來(lái)達(dá)成數(shù)種對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)總處理能力中的任一種。例如，可設(shè)置無(wú)線(xiàn)收發(fā)器100按照載波頻率約為2.4千兆赫(GHz)，數(shù)據(jù)總處理能力為1、2、5.5或11兆位/秒(Mbps)的電氣電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers IEEE)802.11b進(jìn)行操作。或者，還可以設(shè)置無(wú)線(xiàn)收發(fā)器100按照載波頻率約為5千兆赫(GHz)的IEEE 802.11a進(jìn)行操作以達(dá)到6、12、24、36或54(Mbps)的數(shù)據(jù)總處理能力。雖然有許多通信與調(diào)制的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)可以采用，但本具體實(shí)施方案還可使用直接序列擴(kuò)頻(directsequence spread spectrum，DSSS)調(diào)制技術(shù)。請(qǐng)注意本發(fā)明不局限于本文所述的特定具體實(shí)施方案并可應(yīng)用到任何類(lèi)型的采用正交相位調(diào)制技術(shù)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)器。
收發(fā)器100經(jīng)由接口129發(fā)送或接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)介質(zhì)存取控制(medium access control，MAC)裝置101處理。對(duì)發(fā)射而言，MAC裝置101將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)傳往發(fā)射器系統(tǒng)103，發(fā)射器系統(tǒng)103包括將數(shù)據(jù)打包進(jìn)行傳輸?shù)木幋a器(未顯示)及通過(guò)正交產(chǎn)生技術(shù)分別在I和Q頻道上提供同相位(I)與正交相位(Q)信號(hào)的擴(kuò)展編碼器(未顯示)。該擴(kuò)展編碼器可根據(jù)任一種已知擴(kuò)展算法進(jìn)行設(shè)置。I和Q頻道信號(hào)可分別提供給各自產(chǎn)生I和Q頻道模擬信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)模擬轉(zhuǎn)換器(DAC，未顯示)。發(fā)射器系統(tǒng)103將I和Q頻道模擬信號(hào)過(guò)濾，這一系統(tǒng)分別提供對(duì)應(yīng)的TXI與TXQ信號(hào)給I頻道混頻器105和Q頻道混頻器107各自的輸入。
正交振蕩器電路109產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的射頻載波信號(hào)，包括同相位載波信號(hào)IC與正交相位載波信號(hào)QC。IC與QC載波信號(hào)有意地彼此偏離90度相位(即1/4循環(huán)或周期微分)。IC信號(hào)被提供給I頻道混頻器105的另一個(gè)輸入而QC信號(hào)被提供給Q頻道混頻器107的另一個(gè)輸入。I頻道混頻器105合并IC信號(hào)與TXI信號(hào)以將I頻道發(fā)射信號(hào)升頻到發(fā)射所需的射頻范圍。Q頻道混頻器107合并QC信號(hào)與TXQ信號(hào)以將Q頻道信號(hào)升頻到發(fā)射所需的射頻范圍。I/Q頻道混頻器105和107的輸出在放大器111的輸入端合并。放大器111產(chǎn)生合并的放大發(fā)射信號(hào)給射頻發(fā)射電路113的輸入，射頻發(fā)射電路113產(chǎn)生放大射頻信號(hào)通過(guò)一發(fā)射/接收(T/R)切換開(kāi)關(guān)115在發(fā)射模式時(shí)傳送給天線(xiàn)117。
選擇T/R切換開(kāi)關(guān)115在接收模式時(shí)從天線(xiàn)117接收信號(hào)并將接收到的信號(hào)提供給射頻接收電路119的輸入。射頻接收電路119把接收信號(hào)提供給放大器121，放大器121產(chǎn)生一放大射頻接收信號(hào)分別提供給I頻道混頻器123和Q頻道混頻器125的輸入。正交振蕩器電路109產(chǎn)生I頻道混頻器123的另一個(gè)輸入信號(hào)IC并產(chǎn)生Q頻道混頻器125的另一個(gè)輸入信號(hào)QC。I頻道混頻器123把IC信號(hào)從接收信號(hào)內(nèi)的I頻道接收信號(hào)RXI分離并將RXI信號(hào)提供給接收器系統(tǒng)127。同樣地，Q頻道混頻器125把QC信號(hào)從接收信號(hào)內(nèi)的Q頻道接收信號(hào)RXQ分離并將RXQ信號(hào)提供給接收器系統(tǒng)127的另一個(gè)輸入。
接收器系統(tǒng)127一般執(zhí)行發(fā)射器系統(tǒng)103相反的功能。具體來(lái)說(shuō)，接收器系統(tǒng)127包括將模擬RXI與RXQ信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC未顯示)。接收器系統(tǒng)127還包括檢索編碼信息包的擴(kuò)展譯碼器(未顯示)及從信息包檢索信息包有效負(fù)載并產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)信號(hào)流的封包譯碼器(未顯示)。來(lái)自接收器系統(tǒng)127的接收數(shù)據(jù)信號(hào)被提供給MAC裝置101的接收輸入，MAC裝置101將接收數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)由接口129提供給對(duì)應(yīng)的裝置。該MAC接口129可以和PC卡一樣設(shè)置在裝置的內(nèi)部或根據(jù)類(lèi)似USB等的標(biāo)準(zhǔn)借由適當(dāng)?shù)耐獠窟B接器設(shè)置在裝置的外部。
圖2是無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200的示意方框圖，該無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200包括根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方案的具有相位誤差校正的正交振蕩器，圖2還顯示無(wú)線(xiàn)收發(fā)器100的更詳細(xì)版本。請(qǐng)注意無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200可應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)配置或做其它型式應(yīng)用的任何其它類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)電或無(wú)線(xiàn)通信。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200被實(shí)施成零中間頻率架構(gòu)，其包括零中間頻率(ZIF)收發(fā)器201與基帶處理器203。零中間頻率架構(gòu)將中間頻率(intermediatefrequency IF)邏輯和相關(guān)電路完全去除從而簡(jiǎn)化架構(gòu)。依此方式，在零中間頻率架構(gòu)內(nèi)僅通過(guò)兩個(gè)主要模塊、芯片或集成電路(收發(fā)器與處理器)來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。零中間頻率收發(fā)器201包括具有相位誤差校正的正交振蕩器227，下文將對(duì)此進(jìn)一步描述。而基帶處理器203執(zhí)行接收器系統(tǒng)127、發(fā)射器系統(tǒng)103和MAC裝置101的許多功能，下文將不加以詳細(xì)描述。
無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200可利用任何所需載波頻率與調(diào)制技術(shù)來(lái)達(dá)到任何一種相關(guān)數(shù)據(jù)總處理能力。方案如，可設(shè)置無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200以根據(jù)載波頻率約為2.4千兆赫(GHz)且數(shù)據(jù)總處理能力為1、2、5.5或11兆位/秒(Mbps)的電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802.11b進(jìn)行操作?；蛘撸部梢栽O(shè)置無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200以根據(jù)載波頻率約為5千兆赫(GHz)的IEEE 802.11a進(jìn)行操作以達(dá)到6、12、18、24、36或54Mbps的數(shù)據(jù)總處理能力。在所示具體實(shí)施方案中，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200根據(jù)載波頻率為2.4GHz且數(shù)據(jù)總處理能力為1、2、5.5或11Mbps的IEEE 802.11b進(jìn)行操作。所示具體實(shí)施方案使用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)調(diào)制技術(shù)，但是請(qǐng)注意本發(fā)明不局限于任何特定的通信或調(diào)制技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)。
由無(wú)線(xiàn)收發(fā)器200發(fā)射或接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)由基帶處理器203處理。對(duì)發(fā)射而言，基帶處理器203執(zhí)行上述發(fā)射器系統(tǒng)103的功能并按照上文所述將接收數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)換成I和Q頻道模擬信號(hào)。I頻道模擬輸出信號(hào)提供給抗失真低通濾波器(AA LPF)215，該濾波器將I頻道發(fā)射信號(hào)TXI提供給零中間頻率收發(fā)器201內(nèi)的低通濾波器219。基帶處理器203產(chǎn)生Q頻道模擬輸出信號(hào)給另一個(gè)AA LPF 217，該濾波器將Q頻道發(fā)射信號(hào)TXQ提供給零中間頻率收發(fā)器201內(nèi)的另一個(gè)低通濾波器221。
外部電壓控制振蕩器(VCO)229提供頻率約為4.8-5GHz的輸出本地振蕩器(LO)信號(hào)給正交振蕩器227的一個(gè)輸入。在一種具體實(shí)施方案中，使用基準(zhǔn)石英以電壓控制調(diào)諧VCO229來(lái)產(chǎn)生4.8-5GHz的本地振蕩器信號(hào)。請(qǐng)注意正交振蕩器109整體代表正交振蕩器227和VCO229的簡(jiǎn)化形式。正交振蕩器227將本地振蕩器信號(hào)除以2并產(chǎn)生四個(gè)獨(dú)立的2.4GHz載波信號(hào)，包括兩個(gè)同相位(I)載波信號(hào)和兩個(gè)接收正交(Q)載波信號(hào)，每個(gè)載波信號(hào)包含一微分信號(hào)。明確地說(shuō)，I載波信號(hào)包括微分I發(fā)射載波信號(hào)(IT+，IT-)與微分I接收載波信號(hào)(IR+，IR-)且Q載波信號(hào)包括微分Q發(fā)射載波信號(hào)(QT+，QT-)與微分Q接收載波信號(hào)(QR+，QR-)。I和Q載波信號(hào)有意地彼此相位相對(duì)偏離90度。I發(fā)射載波信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器232提供給I頻道混頻器223(相當(dāng)于混頻器105)的一個(gè)輸入，同時(shí)Q發(fā)射載波信號(hào)通過(guò)另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器234提供給Q頻道混頻器225(相當(dāng)于混頻器1 07)的一個(gè)輸入。I頻道混頻器223的另一個(gè)輸入接收低通濾波器219的輸出而Q頻道混頻器225的另一個(gè)輸入接收低通濾波器221的輸出。I頻道混頻器223合并I載波信號(hào)和I頻道發(fā)射信號(hào)從而將I頻道從基帶升頻到2.4GHz射頻頻率(RF)。Q頻道混頻器225合并Q載波信號(hào)和Q頻道發(fā)射信號(hào)從而將Q頻道從基帶升頻到2.4GHz射頻頻率。I/Q頻道混頻器223、225的輸出在可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)233的輸入處合并。可變?cè)鲆娣糯笃?33產(chǎn)生放大的發(fā)射信號(hào)給固定增益放大器235的輸入，固定增益放大器235提供輸出發(fā)射信號(hào)給類(lèi)似前述的射頻發(fā)射電路113等外部電路供發(fā)射。
一發(fā)射檢測(cè)(TX DET)反饋信號(hào)從方案如射頻發(fā)射電路113等外部發(fā)射電路產(chǎn)生返回到基帶處理器203。基帶處理器203進(jìn)行功率控制演算，功率控制演算經(jīng)由TX DET信號(hào)檢測(cè)發(fā)射輸出信號(hào)并提供向前饋送的發(fā)射自動(dòng)增益控制(TX AGC)信號(hào)給零中間頻率收發(fā)器201以控制VGA 233的增益。此外，零中間頻率收發(fā)器201還包括電壓基準(zhǔn)源255，電壓基準(zhǔn)源255提供電壓基準(zhǔn)(VREF)信號(hào)給零中間頻率收發(fā)器201和基帶處理器203。電壓基準(zhǔn)信號(hào)可以是如1.2伏特等的任何方便的電壓。而且有一個(gè)時(shí)鐘源257提供時(shí)鐘基準(zhǔn)(CREF)信號(hào)給零中間頻率收發(fā)器201和基帶處理器203。
一射頻輸入信號(hào)RRF在ZIF(零中間頻率)收發(fā)器201內(nèi)的可變低噪聲放大器(LNA)261的輸入處從諸如射頻接收器電路119或類(lèi)似的外部電路被接收。LNA 261將其輸出的信號(hào)輸入固定增益低噪聲放大器263。低噪聲放大器263將放大的射頻接收信號(hào)分別輸入I頻道混頻器265(相當(dāng)于混頻器123)和Q頻道混頻器267(相當(dāng)于混頻器125)。正交振蕩器227將I接收載波信號(hào)(IR+，IR-)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器236送往I頻道混頻器265的另一個(gè)輸入并將Q接收載波信號(hào)(QR+，QR-)通過(guò)另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器238送往Q頻道混頻器267的另一個(gè)輸入。I頻道混頻器265將I載波頻率從射頻接收信號(hào)內(nèi)的I頻道輸出信號(hào)分離并向低通濾波器269提供I頻道輸出信號(hào)。同樣地，Q頻道混頻器267將Q載波頻率從射頻接收信號(hào)內(nèi)的Q頻道輸出信號(hào)分離并向低通濾波器271提供Q頻道輸出信號(hào)。
低通濾波器269輸出的信號(hào)輸入給可變基帶自動(dòng)增益控制(BBAGC)放大器273。同樣地，低通濾波器271輸出的信號(hào)輸入到另一個(gè)BBAGC放大器275。BB AGC放大器273將放大的I頻道模擬接收信號(hào)(RXI)輸入I頻道接收器AA LPF 277，AA LPF 277將其輸出并輸入基帶處理器203的I頻道。BB AGC放大器275將放大的Q頻道模擬接收信號(hào)(RXQ)輸入Q頻道接收器AA LPF 279，AA LPF 279將其輸出并輸入基帶處理器203的Q頻道?；鶐幚砥?03執(zhí)行前文所述的接收器系統(tǒng)127的功能并產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)信號(hào)流。
零中間頻率收發(fā)器201內(nèi)的超負(fù)荷檢測(cè)器(OD)289包含分別被耦合至低通濾波器269和271的輸出端的第一和第二輸入端以檢測(cè)接收到的輸入信號(hào)內(nèi)的超負(fù)荷。超負(fù)荷檢測(cè)器289將基帶超負(fù)荷(BB OVLD)信號(hào)送往基帶處理器203內(nèi)的偏移系統(tǒng)。依此方式，偏移系統(tǒng)檢測(cè)到接收信號(hào)的超負(fù)荷并發(fā)送一HI/LO信號(hào)以控制零中間頻率收發(fā)器201的可變低噪聲放大器(LNA)261。在所示具體實(shí)施方案中，可變低噪聲放大器261在高增益(HI)與低增益(LO)之間有約33分貝(dB)的階段微分。在初始時(shí)所設(shè)定的為高增益以檢測(cè)微弱的信號(hào)并在超負(fù)荷檢測(cè)器289檢測(cè)到由接收信號(hào)造成的超負(fù)荷情況發(fā)生時(shí)切換成低增益。
偏移系統(tǒng)也通過(guò)發(fā)送一模擬反饋增益控制信號(hào)GAIN ADJUST來(lái)控制BB AGC放大器273、275的增益，由此將接收信號(hào)的增益控制到一目標(biāo)功率水平。一個(gè)增益控制信號(hào)同時(shí)提供給BB AGC放大器273和275以使接收信號(hào)的I和Q頻道增益大致相同。偏移系統(tǒng)還分別發(fā)送數(shù)字I和Q頻道直流偏移信號(hào)I OFFSET和Q OFFSET到低通濾波器269和271。依此方式，偏移系統(tǒng)企圖測(cè)量并降低甚至消除零中間頻率收發(fā)器201內(nèi)接收信號(hào)的I和Q頻道中的直流偏移。
在所示具體實(shí)施方案中，相位(φ)誤差檢測(cè)器228接收微分Q接收載波信號(hào)(QR+，QR-)和微分I接收載波信號(hào)(IR+，IR-)并產(chǎn)生具有正負(fù)成分(ER+，ER-)的微分接收相位誤差信號(hào)ER。同樣地，另一個(gè)相位誤差檢測(cè)器230接收微分Q發(fā)射載波信號(hào)(QT+，Qr-)和微分I發(fā)射載波信號(hào)(IT+，IT-)并產(chǎn)生具有正負(fù)成分(ET+，ET-)的微分發(fā)射相位誤差信號(hào)ET。各相位誤差檢測(cè)器228，230測(cè)量相關(guān)微分I與Q載波信號(hào)間偏離正交的相對(duì)相位誤差并將所測(cè)誤差轉(zhuǎn)換成相位誤差電壓，該相位誤差電壓是相位誤差檢測(cè)器228、230的輸出信號(hào)的直流成分。相位誤差信號(hào)ER與ET被提供給正交振蕩器227，正交振蕩器227據(jù)此調(diào)整I與Q載波信號(hào)，對(duì)此下文將詳細(xì)描述。
在所示具體實(shí)方案中，相位誤差檢測(cè)器228位于接收混頻器265、267附近以獲得接收電路內(nèi)校正確的相位誤差判斷。同樣地，相位誤差檢測(cè)器230位于發(fā)射混頻器223、225附近以獲得發(fā)射電路內(nèi)校正確的相位誤差判斷。位于或接近混頻器的獨(dú)立檢測(cè)器能提供最正確的相位誤差檢測(cè)和校正。但請(qǐng)注意相位誤差檢測(cè)器功能的各種具體實(shí)方案與配置可如下文所述列入考慮。在一種替代方案中，相位誤差檢測(cè)器228和230中僅有一個(gè)用以向發(fā)射和接收混頻器提供一個(gè)反饋相位誤差信號(hào)?；蛘?，也可以用單個(gè)相位誤差檢測(cè)器取代相位誤差檢測(cè)器228和230。該單個(gè)相位誤差檢測(cè)器可位于零中間頻率收發(fā)器201上的任何地方，方案如可位于正交振蕩器227的輸入處或其內(nèi)部。對(duì)半雙工操作而言，一單個(gè)切換相位誤差檢測(cè)器如下文所述列入考慮。
圖3所示為正交振蕩器227的一種典型具體實(shí)施方案的架構(gòu)方框圖，該正交振蕩器227包括根據(jù)本發(fā)明一種具體實(shí)施方案的相位誤差校正回路。VCO229產(chǎn)生一個(gè)單端正弦LO信號(hào)給阻抗匹配電阻器R1的一端，R1的另一端被連接至ZIF收發(fā)器201內(nèi)一單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301的一個(gè)輸入/輸出(I/O)引腳。VCO229與電阻器R1包括一射頻源。在所示具體實(shí)施方案中，電阻器R1是50歐姆電阻器。單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301使用三個(gè)I/O引腳，包括由射頻源驅(qū)動(dòng)的第一引腳PIN1、連接至接地以提供射頻共通模式返回回路的第二引腳PIN2和連接至假負(fù)載電阻器R2一端的第三引腳PIN3，R2的另一端連接至接地。負(fù)載電阻器R2的功能是作為射頻微分的基準(zhǔn)，在所示具體實(shí)施方案中為另一個(gè)50歐姆電阻器。單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301與電阻器R1和R2如圖中所示，提供一將本地振蕩器信號(hào)從單端轉(zhuǎn)換成微分本地振蕩器信號(hào)DLO+，DLO-的合理共軛匹配，其方法是通過(guò)用作射頻返回到射頻源功能的PIN2將界定在PIN1與PIN3之間的微分信號(hào)的一個(gè)共通模式部分分流。一對(duì)去耦合電容器C1和C2可串聯(lián)在微分本地振蕩器輸出信號(hào)的DLO+與DLO-成分之間。
單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301的微分輸出信號(hào)的DLO+與DLO-成分分別提供給非線(xiàn)性射頻跨導(dǎo)體級(jí)303的正輸入端與負(fù)輸入端。射頻跨導(dǎo)體級(jí)303產(chǎn)生一第一微分電流時(shí)鐘信號(hào)Ca給D型鎖存器305的時(shí)鐘輸入并產(chǎn)生一第二微分電流時(shí)鐘信號(hào)Cb給另一個(gè)D型鎖存器307的時(shí)鐘輸入。鎖存器305和307也可以是雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器或其它電路。鎖存器305和307連接成主從配置，其中鎖存器305的非反轉(zhuǎn)輸出提供給鎖存器307的D輸入，并且其中鎖存器307的反轉(zhuǎn)輸出連接至鎖存器305的D輸入。依此方式，主從鎖存器305和307是將射頻跨導(dǎo)體級(jí)303的時(shí)鐘頻率輸出除以2并產(chǎn)生正交I和Q輸出的正交發(fā)生器。具體地，鎖存器305的非反轉(zhuǎn)輸出產(chǎn)生微分I輸出而鎖存器307的非反轉(zhuǎn)輸出產(chǎn)生微分Q輸出，每個(gè)輸出各約為第一與第二微分電流時(shí)鐘信號(hào)Ca和Cb頻率的一半。
微分I和Q輸出分別通過(guò)一串增益級(jí)和/或緩沖器鏈309、311提供。為解釋簡(jiǎn)單起見(jiàn)，″緩沖器″一詞泛指一個(gè)或更多個(gè)緩沖器、增益級(jí)、放大器、驅(qū)動(dòng)器等。每個(gè)緩沖器鏈309、311包括全部所需的緩沖器或增益級(jí)以提供驅(qū)動(dòng)各個(gè)混頻器223、225、265和267所需的輸出水平和驅(qū)動(dòng)能力。每個(gè)緩沖器鏈309、311可為任何形式或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。穿過(guò)每個(gè)緩沖器鏈309、311的特定增益不是主要問(wèn)題或顧慮，因?yàn)樾盘?hào)一般都具有計(jì)時(shí)(timing)特性——即相位和相位微分。所以，穿過(guò)每個(gè)緩沖器鏈309、311的整體相位滯后是一個(gè)顧慮因素，因?yàn)槿粝Ｍ卸袒芈帆@取時(shí)間則會(huì)很難穩(wěn)定。緩沖器鏈309提供混頻器107、265的微分I載波信號(hào)，緩沖器鏈307提供混頻器105、267的微分Q載波信號(hào)。
應(yīng)注意具體的配置，各緩沖器鏈309、311還包含正交振蕩器227內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)緩沖器以及在正交振蕩器227外部的一個(gè)或多個(gè)緩沖器。例如，在一種具體實(shí)施方案中，緩沖器鏈309包括正交振蕩器227內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)緩沖器、正交振蕩器227與混頻器223之間的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射緩沖器以及在正交振蕩器227與混頻器265之間的一個(gè)或多個(gè)接收緩沖器。發(fā)射緩沖器包括用以驅(qū)動(dòng)混頻器223的驅(qū)動(dòng)器232，而接收緩沖器包括用以驅(qū)動(dòng)混頻器265的驅(qū)動(dòng)器236。類(lèi)似地，緩沖器鏈311包括正交振蕩器227內(nèi)部的一個(gè)或多個(gè)緩沖器、正交振蕩器227與混頻器225之間的包括驅(qū)動(dòng)器234的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射緩沖器、以及正交振蕩器227與混頻器267之間的包括驅(qū)動(dòng)器238的一個(gè)或多個(gè)接收緩沖器。發(fā)射與接收緩沖器鏈內(nèi)的緩沖器數(shù)目不一定要相等而是可以根據(jù)發(fā)射與接收電路在芯片上的特定位置而改變。還請(qǐng)注意在半雙工通信配置中，外部接收緩沖器可在發(fā)射操作模式期間關(guān)機(jī)而外部發(fā)射緩沖器可在接收操作模式期間關(guān)機(jī)以節(jié)省功率與能量。
微分I和Q載波信號(hào)也可提供給正交相位誤差檢測(cè)器313，該檢測(cè)器313測(cè)量微分I和Q載波信號(hào)間和正交位置的相對(duì)相位誤差并將此誤差轉(zhuǎn)換成相位誤差信號(hào)E1。相位誤差檢測(cè)器313代表相位誤差檢測(cè)器228和230中的任一個(gè)或兩個(gè)或選擇性具體實(shí)施方案中位于正交振蕩器227內(nèi)的單個(gè)相位誤差檢測(cè)器。該E1信號(hào)是相位誤差檢測(cè)器313輸出信號(hào)的直流成分。雖然圖中顯示E1信號(hào)是單端信號(hào)，但在各個(gè)具體實(shí)方案中E1信號(hào)可以是單端信號(hào)或微分信號(hào)。E1信號(hào)是通過(guò)RC濾波器315提供的，該濾波器通過(guò)排斥本地振蕩器基本頻率及其諧波來(lái)提供帶寬受限的相位誤差信號(hào)E2。和E1信號(hào)一樣，E2信號(hào)在圖中也顯示為單端信號(hào)，但在各個(gè)具體實(shí)施方案中E2信號(hào)可以是單端信號(hào)或微分信號(hào)。在所示具體實(shí)施方案中，RC濾波器315包含連接在E1與E2信號(hào)之間的串聯(lián)電阻器以及連接在E2與接地之間的電容器C3。RC濾波器315根據(jù)E1與E2信號(hào)而可為單端或微分。RC濾波器315被用以濾去來(lái)自小相位誤差信號(hào)的任何外來(lái)的大本地振蕩器信號(hào)以提供回路內(nèi)的線(xiàn)性反饋。RC濾波器315在頻率fp附近增加一個(gè)電極，該電極不是回路中的主導(dǎo)極。在一種具體實(shí)施方案中，fp約為100兆赫(MHz)。這種架構(gòu)的變體可包括相位檢測(cè)器，該相位檢測(cè)器利用I和Q載波信號(hào)的微分特性對(duì)本地振蕩器及其諧波進(jìn)行寬帶排斥以消除回路中的fp極，從而得到較快的獲取時(shí)間。
然后帶寬受限的相位誤差信號(hào)E2提供給高增益級(jí)放大器或運(yùn)算放大器(operational amplifier opamp)317的一個(gè)輸入。運(yùn)算放大器317的輸出提供給線(xiàn)性跨導(dǎo)級(jí)放大器319的一個(gè)輸入。求和跨導(dǎo)級(jí)放大器319的電流輸出與Ca和Cb信號(hào)以完成該回路。
圖4所示為零中間頻率收發(fā)器201的芯片或集成電路(IC)插件401的更詳細(xì)示意圖，該零中間頻率收發(fā)器包括單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301和射頻跨導(dǎo)體級(jí)303。IC插件401的每個(gè)引腳PIN1、PIN2和PIN3分別包括對(duì)應(yīng)的電感La、Lb和Lc。PIN1的電感La產(chǎn)生DLO+信號(hào)提供給共通模式分流器403的一個(gè)電感器L1的一個(gè)端點(diǎn)以及兩個(gè)共射極晶體管Q1與Q2的基極。PIN3的電感Lc產(chǎn)生DLO-信號(hào)提供給普通模式分流器403的另一個(gè)電感器L2的一個(gè)端點(diǎn)以及另外兩個(gè)共射極晶體管Q3與Q4的基極。電感器L1與L2的另一個(gè)端點(diǎn)連接在一起并耦合至普通模式分流器403的電容器C的一個(gè)端點(diǎn)。電容器C的另一個(gè)端點(diǎn)通過(guò)其電感Lb連接至PIN2。晶體管Q1-Q4在所示具體實(shí)施方案中是雙極型晶體管。晶體管Q1-Q4的射極連接在一起并接至電流源405的一個(gè)端點(diǎn)，電流源405的另一個(gè)端點(diǎn)接地。晶體管Q1與Q3的集電極分別產(chǎn)生包括Ca+和Ca-成分的Ca微分電流時(shí)鐘信號(hào)。晶體管Q2與Q4的集電極分別產(chǎn)生包括Cb+和Cb-成分的Cb微分電流時(shí)鐘信號(hào)。依此方式，微分本地振蕩器信號(hào)DLO+、DLO-轉(zhuǎn)換成兩對(duì)微分電流Ca+、Ca-和Cb+、Cb-。
圖5所示為一典型射極耦合邏輯(ECL)主從時(shí)鐘電路500的示意圖，該時(shí)鐘電路500包含用以實(shí)施主從鎖存器305、307的雙極晶體管(T)和電阻器(R)。時(shí)鐘電路500接收兩對(duì)微分電流Ca+、Ca-和Cb+、Cb-并產(chǎn)生具有相關(guān)成分I+、I-和Q+、Q-的微分I與Q時(shí)鐘輸出。本領(lǐng)域的技術(shù)人員一般都知道這種電路，所以本文將不做進(jìn)一步描述。任何適合的二次分頻時(shí)鐘電路足夠使用。
圖6所示為接收E2信號(hào)的運(yùn)算放大器317和微分電流Ca+、Ca-與Cb+、Cb-的求和之間的反饋級(jí)的更詳細(xì)示意圖。運(yùn)算放大器317耦合至開(kāi)環(huán)回路，并輸出信號(hào)給米勒偏移(Miller-compensated)二級(jí)放大器601。該圖顯示米勒偏移是介于放大器601的輸入與輸出間的串接RC反饋電路。這些放大器決定整個(gè)反饋回路的主導(dǎo)極和收集時(shí)間，同時(shí)也決定穩(wěn)態(tài)校正的相位誤差。更大的增益提供較小的穩(wěn)態(tài)校正相位誤差。如果增益足夠大，該閉合回路中的校正相位誤差僅由相位檢測(cè)器的正確度來(lái)決定。這就允許諸如緩沖器鏈309、311和二次分頻功能等所有其它區(qū)塊相位偏移的精度有一定的馳豫(relaxation)。而且如果增益越大，閉合回路操作的線(xiàn)性程度越高，因?yàn)楦咴鲆尕?fù)反饋放大器能產(chǎn)生非線(xiàn)性失真消除效果。
放大器601將被放大的相位誤差信號(hào)E2轉(zhuǎn)換成電流，該電流與各個(gè)微分電流Ca+、Ca-及Cb+、Cb-在主從鎖存器305，307的輸入端的求和接合點(diǎn)603、605處相加。在一種具體實(shí)施方案中，放大器601是一跨導(dǎo)體，其包含將電壓轉(zhuǎn)換成電流的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)電流源。求和接合點(diǎn)603、605可包括接線(xiàn)的接合點(diǎn)以便將直流反饋成分合并入交流振蕩器信號(hào)。請(qǐng)注意圖中顯示的反饋級(jí)的E2信號(hào)、運(yùn)算放大器317和放大器601都是單端的，但是它們也可以是單端的或微分的。
圖9是時(shí)鐘輸入Ca+，Ca-與時(shí)鐘電路500的結(jié)果正交輸出I+，I-，Q+，Q-對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)圖。如該圖所示，來(lái)自反饋回路的相位誤差電流產(chǎn)生一直流偏移給交流輸入微分時(shí)鐘信號(hào)Ca+，Ca-(及Cb+，Cb-)，該直流偏移在此時(shí)間點(diǎn)上為電流形式并產(chǎn)生相對(duì)正交的相位偏移。此相位偏移是時(shí)鐘信號(hào)升起和/或下落時(shí)間和直流偏移量的函數(shù)。這一從電流偏移轉(zhuǎn)換成相位偏移的轉(zhuǎn)換函數(shù)非常復(fù)雜但可以通過(guò)測(cè)量時(shí)鐘信號(hào)電流的轉(zhuǎn)換速度并做線(xiàn)性假設(shè)而估算得到，該線(xiàn)性假設(shè)是上升邊緣有常數(shù)轉(zhuǎn)換速度，而純線(xiàn)性集總元件系統(tǒng)情況下則為指數(shù)轉(zhuǎn)換速度。雙極結(jié)晶體管(BJT)的切換特性?xún)A向于有常數(shù)轉(zhuǎn)換速度，這是因?yàn)樵谘b置切換期間有大量的非線(xiàn)性活動(dòng)發(fā)生。所以這是很好的假設(shè)且實(shí)驗(yàn)顯示此轉(zhuǎn)換區(qū)塊有一合理大的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍。
總的來(lái)說(shuō)，相位誤差檢測(cè)器313在接收/發(fā)射混頻器本地振蕩器的輸入端測(cè)量偏離正交的相位誤差。反饋放大器將此信號(hào)的反轉(zhuǎn)(負(fù)反饋)且放大的形式施加到二次分頻時(shí)鐘電路。這會(huì)將相位朝正交拉回，從而減少總相位誤差，總相位誤差緣于單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換的任何不完美、I與Q本地振蕩器驅(qū)動(dòng)器/緩沖器鏈之間的滯后內(nèi)的二次分頻與固有失配這些對(duì)混頻器適當(dāng)?shù)男阅苁潜匦璧?。若整體回路增益夠大，則穩(wěn)態(tài)校正相位誤差可忽略不計(jì)并且——如果有可能話(huà)——留下的唯一的相位誤差成分來(lái)自相位誤差檢測(cè)器本身。所以，偏離正交的相位誤差大小僅僅是相位誤差檢測(cè)器產(chǎn)生的相位誤差偏移，因?yàn)榛芈芬讶コ似渌辔黄曝暙I(xiàn)源。
圖7所示為一種可替換的具體實(shí)施方案的方框圖，其中的回路在類(lèi)似緩沖器鏈309、311內(nèi)部等其它的地方是封閉的。具體地，本具體實(shí)施方案不在主從鎖存器305、307的時(shí)鐘輸入端使用直流電流偏離閉合回路，而是在緩沖器鏈內(nèi)任何地方使用可調(diào)諧滯后級(jí)閉合回路。在所示具體實(shí)施方案中，電阻器RI串聯(lián)在緩沖器鏈309兩級(jí)之間的接合處，而且可調(diào)諧變?nèi)荻O管VI的陰極耦合至電阻器RI與緩沖器鏈309的次一級(jí)的輸入端之間的接合處。同樣地，另一個(gè)電阻器RQ串聯(lián)在緩沖器鏈311的兩級(jí)之間的接合處，且另一個(gè)可調(diào)諧變?nèi)荻O管VQ的陰極耦合至電阻器RQ與緩沖器鏈311的次一級(jí)的輸入端之間的接合處。相位誤差檢測(cè)器313的輸出信號(hào)提供給諸如運(yùn)算放大器等放大器701的輸入端，放大器701的非反轉(zhuǎn)輸出端耦合至變?nèi)荻O管Ⅵ的陽(yáng)極，同時(shí)其反轉(zhuǎn)輸出端耦合至變?nèi)荻O管VQ的陽(yáng)極。
在操作時(shí)，變?nèi)荻O管VI和VQ以電容調(diào)諧元件角色運(yùn)作以向I和Q載波信號(hào)分別提供可調(diào)諧電阻電容滯后反應(yīng)。放大器701的電壓輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)變?nèi)荻O管的調(diào)諧電壓。例如在一種具體實(shí)施方案中，若電阻電容結(jié)構(gòu)的中心時(shí)間常數(shù)被設(shè)定，以在基本本地振蕩器頻率處達(dá)到3dB的衰減，則其從此轉(zhuǎn)換區(qū)塊提供最大增益。一種可能的缺點(diǎn)是可能會(huì)濾除并相移本地振蕩器信號(hào)的高次諧波。但這種傾向通常不會(huì)造成什么問(wèn)題，因?yàn)楹罄m(xù)的緩沖器級(jí)一般是一組限制放大器，其會(huì)使本地振蕩器信號(hào)的邊緣方正以彌補(bǔ)濾除效應(yīng)。
圖8所示為另一個(gè)可替換具體實(shí)施方案的方框圖，該實(shí)施方案在半雙工無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)內(nèi)使用了兩個(gè)可切換相位誤差檢測(cè)器。在大多數(shù)半雙工無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中，為了節(jié)省電流，發(fā)射或接收部分根據(jù)某一時(shí)間點(diǎn)上無(wú)線(xiàn)電是正在發(fā)射還是接收而決定是開(kāi)機(jī)還是關(guān)機(jī)。依此方式，發(fā)射混頻器和接收混頻器都有可能需要其各自的專(zhuān)用緩沖器鏈組以及連接路線(xiàn)。如該圖所示，一二次分頻正交振蕩器801提供I載波信號(hào)給I頻道發(fā)射緩沖器鏈803和I頻道接收緩沖器鏈807。與此類(lèi)似，正交振蕩器801提供Q載波信號(hào)給Q頻道發(fā)射緩沖器鏈805和Q頻道接收緩沖器鏈809。緩沖器鏈803-809如該圖所示分別驅(qū)動(dòng)各個(gè)發(fā)射和接收混頻器223-227。
一第一相位誤差檢測(cè)器811檢測(cè)I和Q發(fā)射載波信號(hào)的相位誤差而一第二相位檢測(cè)器813檢測(cè)I和Q接收載波信號(hào)的相位誤差。模式切換器815在發(fā)射模式下將相位誤差檢測(cè)器811連接至運(yùn)算放大器817的輸入端，而在接收模式下將相位誤差檢測(cè)器813連接至運(yùn)算放大器817的輸入端。這兩個(gè)相位檢測(cè)器811和813連同其各自的發(fā)射或接收鏈一同開(kāi)關(guān)，并且可以在運(yùn)算放大器817的輸入端以很低的頻率做模擬求和。這在發(fā)射和接收模式之間可能需要某些收集時(shí)間。這切換一般可在獲取接收或發(fā)射鏈的期間執(zhí)行。
雖然上文中結(jié)合了一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明的系統(tǒng)與方法，但本發(fā)明并不局限于本文所述的特定形式。反之，本說(shuō)明書(shū)旨在涵蓋權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神與范疇所合理包含的此類(lèi)替代方案、修改、及相當(dāng)物。
權(quán)利要求
1.一種具有相位誤差校正的正交振蕩器，其包括一產(chǎn)生單端時(shí)鐘信號(hào)的本地振蕩器；一單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器，其被連接至所述的本地振蕩器，將單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)；一正交發(fā)生器，其被連接至所述轉(zhuǎn)換器，將微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相位(I)載波信號(hào)和正交相位(Q)載波信號(hào)；一相位誤差檢測(cè)器，其被連接至所述正交發(fā)生器，測(cè)量I和Q載波信號(hào)間的相位誤差并提供相位誤差信號(hào)；及一反饋放大器，其被連接至所述相位誤差檢測(cè)器和正交發(fā)生器，根據(jù)所測(cè)相位誤差修改微分時(shí)鐘信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的正交振蕩器，其中所述單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器包括產(chǎn)生一對(duì)微分時(shí)鐘信號(hào)的第二級(jí)。
3.如權(quán)利要求1所述的正交振蕩器，其中所述正交發(fā)生器將所述頻率二次分頻。
4.如權(quán)利要求1所述的正交振蕩器，其中所述反饋放大器將所測(cè)相位誤差以直流偏移形式施加到一個(gè)交流微分時(shí)鐘信號(hào)上。
5.如權(quán)利要求1所述的正交振蕩器，其還包括本地振蕩器以電壓信號(hào)形式產(chǎn)生單端時(shí)鐘信號(hào)；單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器以微分電壓信號(hào)形式產(chǎn)生微分時(shí)鐘信號(hào)；一跨導(dǎo)體，其被連接至所述單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器和正交發(fā)生器并將微分時(shí)鐘電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)；及正交發(fā)生器包括一主從鎖存器配置，其被連接至所述跨導(dǎo)體并從兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生I和Q電流信號(hào)輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的正交振蕩器，其中跨導(dǎo)體包括一雙對(duì)共射極耦合晶體管，每對(duì)晶體管有接收微分時(shí)鐘信號(hào)的一成分的基極輸入且每對(duì)晶體管有一對(duì)集電極以產(chǎn)生兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)中對(duì)應(yīng)的一對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)；及一電流源，其被連接在所述雙對(duì)晶體管中各晶體管的射極與接地之間。
7.如權(quán)利要求5所述的正交振蕩器，還包括一第一緩沖器鏈，其將I電流信號(hào)輸出放大以提供I載波信號(hào)；及一第二緩沖器鏈，其將Q電流信號(hào)輸出放大以提供Q載波信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的正交振蕩器，其中所述相位誤差檢測(cè)器產(chǎn)生表示I與Q載波信號(hào)間相位誤差的相位誤差電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的正交振蕩器，其中所述的反饋放大器包括一跨導(dǎo)體級(jí)，其被連接至所述相位誤差檢測(cè)器和正交發(fā)生器，將相位誤差電壓轉(zhuǎn)換成校正電流且將校正電流加至兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)的各信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的正交振蕩器，其中所述的跨導(dǎo)體級(jí)包括金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)電流源。
11.如權(quán)利要求9所述的正交振蕩器，其中反饋放大器還包括一RC濾波器，其被連接至所述相位誤差檢測(cè)器；及一放大器級(jí)，其被連接至所述RC濾波器與跨導(dǎo)級(jí)，用來(lái)放大相位誤差電壓。
12.如權(quán)利要求1所述的正交振蕩器，其中相位誤差檢測(cè)器包括一第一模式緩沖器，其被連接至所述正交發(fā)生器，產(chǎn)生第一模式I和Q載波信號(hào)；一第二模式緩沖器，其被連接至所述正交發(fā)生器，產(chǎn)生第二模式I和Q載波信號(hào)；一第一相位誤差檢測(cè)器，其測(cè)量所述第一模式I和Q載波信號(hào)間相位誤差并提供第一模式相位誤差信號(hào)；一第二相位誤差檢測(cè)器，其測(cè)量所述第二模式I和Q載波信號(hào)間相位誤差并提供第二模式相位誤差信號(hào)；及一模式切換器，其被連接至所述第一與第二相位誤差檢測(cè)器和反饋放大器，所述模式切換器在所述第一模式下將所述第一相位誤差檢測(cè)器連接至所述反饋放大器而在所述第二模式下將所述第二相位誤差檢測(cè)器連接至所述反饋放大器。
13.一種具有相位誤差校正的正交本地振蕩器，其包括一單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器，其將所述單端時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述微分時(shí)鐘信號(hào)；一跨導(dǎo)體，其被連接至所述單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器，將所述微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)所述微分時(shí)鐘信號(hào)；一正交發(fā)生器，其被連接至所述跨導(dǎo)體，將該對(duì)微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述同相位(I)時(shí)鐘信號(hào)與所述正交相位(Q)時(shí)鐘信號(hào)；一第一緩沖器鏈，其被連接至所述正交發(fā)生器，產(chǎn)生作為校正形式的I時(shí)鐘信號(hào)的I載波信號(hào)，所述第一緩沖器鏈有中間反饋接合點(diǎn)；一第二緩沖器鏈，其被連接至所述正交發(fā)生器，產(chǎn)生作為校正形式的Q時(shí)鐘信號(hào)的Q載波信號(hào)，所述第二緩沖器鏈有中間反饋接合點(diǎn)；一相位誤差檢測(cè)器，其被連接至所述第一和第二緩沖器鏈，測(cè)量I和Q載波信號(hào)間的相位誤差并提供相位誤差信號(hào)；一反饋放大器，其被連接至相位誤差檢測(cè)器，接收所述相位誤差信號(hào)并產(chǎn)生所述微分反饋信號(hào)；及一對(duì)調(diào)諧元件，其中每個(gè)都被連接至所述反饋放大器和第一與第二緩沖器鏈的中間反饋接合點(diǎn)中相關(guān)的一個(gè)接合點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的正交本地振蕩器，其中所述調(diào)諧元件對(duì)中的每一個(gè)調(diào)諧元件包括一可調(diào)諧RC電路。
15.如權(quán)利要求13所述的正交本地振蕩器，其中所述調(diào)諧元件對(duì)中的每一個(gè)調(diào)諧元件包括一串聯(lián)電阻，其被連接在所述緩沖器鏈中連續(xù)緩沖器之間；及一可調(diào)諧變?nèi)荻O管，其被連接至所述電阻和反饋放大器。
16.一種具有相位誤差校正的正交振蕩器，其中包括一時(shí)鐘發(fā)生器，其提供時(shí)鐘信號(hào)；一時(shí)鐘分割器，其被連接至所述時(shí)鐘發(fā)生器，將時(shí)鐘信號(hào)分割成第一與第二時(shí)鐘信號(hào)；一第一相移網(wǎng)絡(luò)，其被連接至所述時(shí)鐘分割器，根據(jù)所述第一時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生第一載波信號(hào)；一第二相移網(wǎng)絡(luò)，其被連接至所述時(shí)鐘分割器，根據(jù)所述第二時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生第二載波信號(hào)；其中第二載波信號(hào)被有意地與第一載波信號(hào)相對(duì)相移四分之一個(gè)周期的相位；及一相位檢測(cè)器，其被連接至所述第一與第二相移網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生用以控制相移網(wǎng)絡(luò)的相位誤差信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的正交振蕩器，其中還包括一組合器，其被連接至所述相位檢測(cè)器和所述時(shí)鐘分割器，根據(jù)所述相位誤差信號(hào)調(diào)整所述第一和第二時(shí)鐘信號(hào)。
18.如權(quán)利要求16所述的正交振蕩器，其中還包括所述第一和第二相移網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)都產(chǎn)生相應(yīng)的第一和第二中間載波信號(hào)中的一個(gè)；及一組合器，其被連接至所述相位檢測(cè)器和第一及第二相移網(wǎng)絡(luò)，其根據(jù)所述相位誤差信號(hào)調(diào)整所述第一和第二中間載波信號(hào)。
19.一種產(chǎn)生具有相位誤差校正的正交信號(hào)的方法，其包括產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)；將所述時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)；將所述時(shí)鐘信號(hào)分割成第一和第二時(shí)鐘信號(hào)；根據(jù)所述第一和第二時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生同相位(I)微分載波信號(hào)和正交相位(Q)微分載波信號(hào)；檢測(cè)I和Q微分載波信號(hào)間的相位誤差并產(chǎn)生相位誤差反饋信號(hào)；及根據(jù)所述相位誤差反饋信號(hào)調(diào)整I和Q微分載波信號(hào)間的相位微分。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述相位微分調(diào)整包含合并所述相位誤差反饋信號(hào)與所述第一和第二時(shí)鐘信號(hào)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中還包括在緩沖器鏈內(nèi)產(chǎn)生中間I和Q微分載波信號(hào)；及所述相位微分調(diào)整包含合并所述相位誤差反饋信號(hào)與所述中間I和Q微分載波信號(hào)。
全文摘要
一種具有相位誤差校正的正交振蕩器227，其包括產(chǎn)生單端時(shí)鐘信號(hào)的本地振蕩器229，將該時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成微分時(shí)鐘信號(hào)的單端轉(zhuǎn)微分轉(zhuǎn)換器301、303，將該微分時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換成I和Q載波信號(hào)的正交發(fā)生器305、307，測(cè)量I和Q載波信號(hào)間相位誤差的相位誤差檢測(cè)器313，及根據(jù)所測(cè)相位誤差修改微分時(shí)鐘信號(hào)的反饋放大器317、319。該反饋放大器將所測(cè)相位誤差以直流補(bǔ)償施加到交流微分時(shí)鐘信號(hào)上。一跨導(dǎo)體A1－Q4、405將微分時(shí)鐘電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)Ca和Cb，其中正交發(fā)生器從該兩對(duì)微分電流時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生I和Q電流信號(hào)輸出。相位誤差檢測(cè)器產(chǎn)生相位誤差電壓E2，且反饋放大器包括將相位誤差電壓轉(zhuǎn)換成直流關(guān)聯(lián)電流并將關(guān)聯(lián)電流加到兩對(duì)交流微分電流時(shí)鐘信號(hào)的每一個(gè)信號(hào)上的跨導(dǎo)級(jí)601、603、605。
文檔編號(hào)H04B1/30GK1483268SQ01821122
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2001年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者A·M·斯特勞布, J·S·普倫蒂斯, A M 斯特勞布, 普倫蒂斯 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)公司