一種本振iq信號相位幅度校準(zhǔn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，屬于射頻集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】。通過在本振輸出端口加入幅度校準(zhǔn)模塊和相位校準(zhǔn)模塊來實現(xiàn)IQ兩路信號的相位校準(zhǔn)與幅度校準(zhǔn)。本方法適用于各種無線收發(fā)信機、電子干擾機及現(xiàn)代微波測量儀器中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、微波掃頻信號源等設(shè)備(器件)，尤其適用于衛(wèi)星導(dǎo)航射頻前端中本振信號的相位校準(zhǔn)與幅度校準(zhǔn)，可以方便地通過數(shù)字信號控制模擬電路中的參數(shù)，以數(shù)字與模擬相結(jié)合的方式實現(xiàn)校正校準(zhǔn)工作。本發(fā)明中校準(zhǔn)電路的性能優(yōu)，校正范圍寬，校正能力強，控制方便易行，工作方式靈活多樣，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種相位幅度校準(zhǔn)裝置，特別涉及適用于射頻前端的本振信號相位幅 度校準(zhǔn)的集成電路領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于直接下變頻接收機可以實現(xiàn)單片集成，因此受到越來越多的關(guān)注，此 外也由于正交變頻技術(shù)可以有效地避免無線接收機中的鏡像抑制問題以及無線發(fā)射機中 的鏡像帶雜散問題，使得正交變頻技術(shù)在各種無線收發(fā)機中得到越來越廣泛的應(yīng)用。正交 變頻技術(shù)采用射頻信號與互為正交的IQ兩路本振信號進行正交混頻來實現(xiàn)變頻操作。
[0003] 本振源在現(xiàn)代電子設(shè)備中用途十分廣泛，它是現(xiàn)代雷達發(fā)射機和接收機的核心部 件，也是通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)收發(fā)信機的核心部件和許多有源電子設(shè)備的核心。而本振信號 的相位誤差和幅度失配直接影響接收機鏡像抑制能力和解調(diào)性能，因此如何在正交變頻之 前獲得性能匹配（包括相位匹配與幅度匹配）的正交本振信號，是無線收發(fā)機設(shè)計中亟待 解決的一個重要問題。
[0004] 傳統(tǒng)本振信號的解決方法，大多著重于通過對本振源的改進來保證本振信號的正 交匹配的性能,而產(chǎn)生本振信號后直接與射頻信號混頻實現(xiàn)變頻。然而對本振源產(chǎn)生本振 信號后的再調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)等相關(guān)方面的研究甚少。因此本發(fā)明中所述的作為獲得匹配（包括 相位匹配與幅度匹配）正交本振信號的裝置，有很重要的價值以及應(yīng)用前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，如圖1所示，在本振源輸出端口 之后加入相位校準(zhǔn)電路和幅度校準(zhǔn)電路，本振源產(chǎn)生的本振信號先經(jīng)過相位校準(zhǔn)電路進行 相位調(diào)整完成匹配校準(zhǔn)后，再經(jīng)過幅度校準(zhǔn)電路對本振信號的IQ兩路的幅度進行校準(zhǔn)。
[0006] 通過在本振輸出端口之后加入相位校準(zhǔn)電路與幅度校準(zhǔn)電路，對本振IQ兩路正 交信號進行相位校準(zhǔn)與幅度校準(zhǔn)，從而獲得性能匹配的（包括相位校準(zhǔn)與幅度校準(zhǔn)）正交 本振信號。相位校準(zhǔn)電路與幅度校準(zhǔn)電路作為對本振信號的校準(zhǔn)單元，能有效地保證IQ兩 路信號相位的正交性與信號幅度的一致性。本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方式來實現(xiàn)。
[0007] 在本振源101輸出端口之后串接入相位校準(zhǔn)電路102和幅度校準(zhǔn)電路103,本振 源101產(chǎn)生的本振信號先經(jīng)過相位校準(zhǔn)電路102進行相位調(diào)整，再經(jīng)過幅度校準(zhǔn)電路103 對IQ兩路信號的幅度進行匹配校準(zhǔn)；另外，本振源101產(chǎn)生的本振信號也可以先經(jīng)過幅度 校準(zhǔn)電路103對IQ兩路信號的幅度進行校準(zhǔn)后，再經(jīng)過相位校準(zhǔn)電路102進行相位調(diào)整。
[0008] 相位校準(zhǔn)電路102由第一至第四相位校準(zhǔn)支路組成；幅度校準(zhǔn)電路103由第一至 第二幅度校準(zhǔn)支路組成；第一相位校準(zhǔn)支路對本振信號中的Ip信號進行相位校準(zhǔn)處理后 輸出至第一幅度校準(zhǔn)支路，第一幅度校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn) 后的Ip信號；第二相位校準(zhǔn)支路對本振信號中的In信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第一 幅度校準(zhǔn)支路，第一幅度校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的In信 號；第三相位校準(zhǔn)支路對本振信號中的Qp信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第二幅度校準(zhǔn) 支路，第二幅度校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的Qp信號；第四相 位校準(zhǔn)支路對本振信號中的Qn信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第二幅度校準(zhǔn)支路，第二 幅度校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的Qn信號。
[0009] 第一相位校準(zhǔn)支路包括多組并聯(lián)的可編程PMOS緩沖器單元和多組并聯(lián)的可編程 NMOS緩沖器單元；可編程PMOS緩沖器單元由PMOS開關(guān)管和PMOS緩沖器組成，Ip信號接 PMOS緩沖器的柵極，PMOS緩沖器的漏極接PMOS開關(guān)管的源極，PMOS緩沖器的源極接第一 幅度校準(zhǔn)支路；PMOS開關(guān)管的漏極接電源，PMOS開關(guān)管的柵極接控制信號；可編程NMOS緩 沖器單元由NMOS開關(guān)管和NMOS緩沖器組成，Ip信號接NMOS緩沖器的柵極，NMOS緩沖器的 源極接NMOS開關(guān)管的漏極，NMOS緩沖器的漏極接第一幅度校準(zhǔn)支路；NMOS開關(guān)管的源極接 地，NMOS開關(guān)管的柵極接控制信號。第一相位校準(zhǔn)支路與第二至第四相位校準(zhǔn)支路結(jié)構(gòu)完 全相同。
[0010] 第一幅度校準(zhǔn)支路包括多組并聯(lián)的可編程NMOS鏡像電流驅(qū)動器單元、鏡像電流 基準(zhǔn)電路單元和差分放大器單元；第一相位校準(zhǔn)支路的輸出信號接差分放大器單元正端 NMOS管的柵極，差分放大器單元正端NMOS管的漏極接校準(zhǔn)后I路輸出的一支信號，第二相 位校準(zhǔn)支路的輸出信號接差分放大器單元負(fù)端NMOS管的柵極，差分放大器單元負(fù)端NMOS 管的漏極接校準(zhǔn)后I路輸出的另一支信號，差分放大器單元正端NMOS管的源極接差分放大 器單元負(fù)端NMOS管的源極；可編程NMOS鏡像電流驅(qū)動器單元由NMOS開關(guān)管和NMOS鏡像 電流驅(qū)動器組成，NMOS開關(guān)管的漏極接差分放大器單元正端NMOS管的源極，NMOS開關(guān)管的 柵極接控制信號，NMOS開關(guān)管的源極接NMOS鏡像電流驅(qū)動器的漏極，NMOS鏡像電流驅(qū)動器 的源極接地，NMOS鏡像電流驅(qū)動器的柵極接鏡像電流基準(zhǔn)電路參考NMOS管的柵極。第一 幅度校準(zhǔn)支路與第二幅度校準(zhǔn)支路結(jié)構(gòu)完全相同。
[0011] 如圖4所示，可編程PMOS緩沖器延遲陣列401由PMOS開關(guān)陣列和PMOS緩沖器陣 列構(gòu)成，可編程NMOS緩沖器延遲陣列402由NMOS開關(guān)陣列和NMOS緩沖器陣列構(gòu)成。同一 級的PMOS開關(guān)管PMSi和同一級的PMOS緩沖器PMi構(gòu)成可編程的PMOS緩沖器單元，同一 級的NMOS開關(guān)管NMSi和同一級的NMOS緩沖器NMi構(gòu)成可編程的NMOS緩沖器單元；PMi 和匪i相串聯(lián)，進而構(gòu)成一級由PMOS緩沖器和NMOS緩沖器構(gòu)成的延遲單元。DNi和Di為 延遲緩沖器開關(guān)的控制信號；當(dāng)DNi為高電平時，Di為低電平；當(dāng)DNi為低電平時，Di為高 電平；i為大于1的自然數(shù)；延遲時間的大小與接入電路的延遲單元數(shù)量以及面積成比例關(guān) 系，每一級延遲單元的面積不同，由本級引起的信號的延遲時間不同；IQ兩路信號經(jīng)過緩 沖器后的延遲時間不同，其對應(yīng)的相位也會不同；本發(fā)明通過調(diào)整控制信號DNi和Di的組 合情況，進而控制延遲單元接入電路的情況，從而使輸入信號的延遲時間得到調(diào)整，IQ兩路 信號之間的相位也發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，保證IQ兩路信號的相位滿足正交匹配。
[0012] 相位校準(zhǔn)電路102輸出的IQ兩路信號輸入幅度校準(zhǔn)電路103,幅度校準(zhǔn)電路103 對IQ兩路信號進行幅度校準(zhǔn)。如圖5所示，幅度校準(zhǔn)電路由差分對管匪15和匪16、電流基 準(zhǔn)NMOS管NM17、電流鏡開關(guān)管NMSi、電流鏡輸出驅(qū)動NMOS管NMRi等構(gòu)成；i為大于1的自 然數(shù)；控制信號Di控制電流鏡開關(guān)管匪Si的打開和關(guān)閉；WSi打開時，NMRi接入電流鏡 網(wǎng)絡(luò)，使流入差分對管匪15和匪16的電流變大；進而使差分對管匪15和匪16的放大倍數(shù) 改變，從而可以改變該路信號的幅度；幅度校準(zhǔn)電路103由兩路結(jié)構(gòu)相同的幅度校準(zhǔn)電路 構(gòu)成，分別控制I路信號和Q路信號。本發(fā)明通過調(diào)整可編程電流輸出陣列501中控制信 號Di的組合，進而控制差分對放大器的工作電流大小，從而調(diào)整輸出IQ兩路信號的增益， 保證IQ兩路信號的幅度匹配。
[0013] 本發(fā)明中的相位校準(zhǔn)電路102的電路中有6bit控制位，單路相位校準(zhǔn)電路示意框 圖如圖2所示。上位機通過通用串行總線SPI控制該控制位的值。在本發(fā)明的設(shè)計實例 中，6個bit控制位分別是0. 05°、0. Γ、0. 2°、0. 4°、0. 8°、1.6°的相位調(diào)節(jié)位；通過6 個bit控制位的組合，單路相位校準(zhǔn)電路的相位調(diào)節(jié)范圍覆蓋了 0?3. 15°，進而I路信 號和Q路信號之間的相位調(diào)整范圍為-3. 15°?3.15°。幅度校準(zhǔn)電路103主要采用控 制差分對管放大器的工作電流大小來實現(xiàn)增益的調(diào)整，保證I路信號和Q路信號之間幅度 的匹配。幅度校準(zhǔn)電路103通過通用串行總線SPI的控制來調(diào)控內(nèi)部的7bit控制位。單 路幅度校準(zhǔn)電路示意框圖如圖3所示。這7個bit控制位調(diào)節(jié)的增益分別為0dB、0. 05dB、 0. ldB、0. 2dB、0. 4dB、0. 8dB、l. 6dB ;通過7個bit控制位的組合，單路幅度校準(zhǔn)電路的增益 調(diào)節(jié)范圍是OdB?3. 15dB，進而在I路信號和Q路信號之間的幅度調(diào)整范圍為-3. 15dB? 3. 15dB。
[0014] 本發(fā)明所提供的一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其優(yōu)點在于：發(fā)明中對本振 源的輸出本振信號在相位與幅度兩項指標(biāo)上進行校準(zhǔn)，保證最終輸出的本振信號是滿足要 求的正交匹配的IQ信號，減少本振源IQ信號的正交不平衡對變頻的直接影響，進而有效地 避免無線接收機中的鏡像抑制問題、解調(diào)性能問題以及無線發(fā)射機中的鏡像帶雜散問題。 本發(fā)明適用于各種無線接發(fā)機、電子干擾機及現(xiàn)代微波測量儀器中矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、微波 掃頻信號源等設(shè)備中本振信號的相位校準(zhǔn)與幅度校準(zhǔn)，性能優(yōu)，校正范圍寬，校正能力強， 應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，控制方便易行，工作方式靈活多樣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置的整體方案示意圖；
[0016] 圖2第一相位校準(zhǔn)支路功能示意框圖；
[0017] 圖3第一幅度校準(zhǔn)支路功能示意框圖；
[0018] 圖4第一相位校準(zhǔn)支路示意圖；
[0019] 圖5第一幅度校準(zhǔn)支路示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)路線更加清楚明白，下面通過具體實施例并結(jié)合附圖 對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細說明。
[0021] 相位校準(zhǔn)電路102連接本振源101的輸出端，調(diào)整I路信號、Q路信號的相位，使 輸出的本振信號的相位正交匹配。相位校準(zhǔn)電路102的輸出端連接幅度校準(zhǔn)電路103的輸 入端。
[0022] 幅度校準(zhǔn)電路103的輸入端連接相位校準(zhǔn)電路102的輸出端，使兩路本振信號通 過幅度校準(zhǔn)電路103獲得幅度的平衡。幅度校準(zhǔn)電路103的輸出端連接到外部設(shè)備或直接 輸出。
[0023] 當(dāng)本振源101產(chǎn)生本振信號后，將產(chǎn)生的IQ兩路信號送入相位校準(zhǔn)電路102的輸 入端，在初始狀態(tài)下，相位校準(zhǔn)電路102與幅度校準(zhǔn)電路103不對相位與幅度作調(diào)整。外接 頻譜檢測設(shè)備檢測輸出的IQ兩路信號，當(dāng)兩路信號的相位不滿足正交的匹配條件時，通過 通用串行總線SPI對相位調(diào)整電路102的寄存器寫入合適的配置字對其進行配置，進而控 制并聯(lián)入校準(zhǔn)電路的特定寬長比的PMOS與NMOS組合的延遲單元的數(shù)量，進而控制兩路信 號的延遲時間，從而實現(xiàn)相位的調(diào)整。如圖4所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其特征在于：在本振源（101)輸出端口之后依 次串接相位校準(zhǔn)電路（102)和幅度校準(zhǔn)電路（103);所述的相位校準(zhǔn)電路（102)由第一至 第四相位校準(zhǔn)支路組成；所述的幅度校準(zhǔn)電路（103)由第一至第二幅度校準(zhǔn)支路組成；第 一相位校準(zhǔn)支路對本振信號中的Ip信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第一幅度校準(zhǔn)支路， 第一幅度校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的Ip信號；第二相位校 準(zhǔn)支路對本振信號中的In信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第一幅度校準(zhǔn)支路，第一幅度 校準(zhǔn)支路對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的In信號；第三相位校準(zhǔn)支路對 本振信號中的Qp信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第二幅度校準(zhǔn)支路，第二幅度校準(zhǔn)支路 對輸入的信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的Qp信號；第四相位校準(zhǔn)支路對本振信號 中的Qn信號進行相位校準(zhǔn)處理后輸出至第二幅度校準(zhǔn)支路，第二幅度校準(zhǔn)支路對輸入的 信號進行幅度校準(zhǔn)后對外輸出校準(zhǔn)后的Qn信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述的第 一相位校準(zhǔn)支路包括多組并聯(lián)的可編程PMOS緩沖器單元和多組并聯(lián)的可編程NMOS緩沖器 單元；可編程PMOS緩沖器單元由PMOS開關(guān)管和PMOS緩沖器組成，Ip信號接PMOS緩沖器 的柵極，PMOS緩沖器的漏極接PMOS開關(guān)管的源極，PMOS緩沖器的源極接第一幅度校準(zhǔn)支 路；PMOS開關(guān)管的漏極接電源，PMOS開關(guān)管的柵極接控制信號；可編程NMOS緩沖器單元由 NMOS開關(guān)管和NMOS緩沖器組成，Ip信號接NMOS緩沖器的柵極，NMOS緩沖器的源極接NMOS 開關(guān)管的漏極，NMOS緩沖器的漏極接第一幅度校準(zhǔn)支路；NMOS開關(guān)管的源極接地，NMOS開 關(guān)管的柵極接控制信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述 的第一相位校準(zhǔn)支路與第二至第四相位校準(zhǔn)支路結(jié)構(gòu)完全相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述的第 一幅度校準(zhǔn)支路包括多組并聯(lián)的可編程NMOS鏡像電流驅(qū)動器單元、鏡像電流基準(zhǔn)電路單 元和差分放大器單元；第一相位校準(zhǔn)支路的輸出信號接差分放大器單元正端NMOS管的柵 極，差分放大器單元正端NMOS管的漏極接校準(zhǔn)后I路輸出的一支信號，第二相位校準(zhǔn)支路 的輸出信號接差分放大器單元負(fù)端NMOS管的柵極，差分放大器單元負(fù)端NMOS管的漏極接 校準(zhǔn)后I路輸出的另一支信號，差分放大器單元正端NMOS管的源極接差分放大器單元負(fù)端 NMOS管的源極；可編程NMOS鏡像電流驅(qū)動器單元由NMOS開關(guān)管和NMOS鏡像電流驅(qū)動器組 成，NMOS開關(guān)管的漏極接差分放大器單元正端NMOS管的源極，NMOS開關(guān)管的柵極接控制信 號，NMOS開關(guān)管的源極接NMOS鏡像電流驅(qū)動器的漏極，NMOS鏡像電流驅(qū)動器的源極接地， NMOS鏡像電流驅(qū)動器的柵極接鏡像電流基準(zhǔn)電路參考NMOS管的柵極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種本振IQ信號相位幅度校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述 的第一幅度校準(zhǔn)支路與第二幅度校準(zhǔn)支路結(jié)構(gòu)完全相同。
【文檔編號】H04B1/40GK104320204SQ201410632365
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】劉言, 李斌, 劉林海, 田素雷, 張曉峰, 趙建欣, 陳明輝 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所