CN101416381B - 自校准混频器，包括该混频器的装置及自校准混频的方法 - Google Patents

自校准混频器，包括该混频器的装置及自校准混频的方法 Download PDF

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Abstract

混频器电路(1)包括用于接收输入信号和振荡信号并输出输出信号的混频器(2)。通过提供具有可调负载值的负载(3)的混频器(2)和引入用于调节和扫描负载(3)的调节器(4)，以及通过引入用于检测例如每个负载值的输出信号的二阶互调分量的检测器(5)和用于选择检测结果并通知调节器(4)根据选择的检测结果设置负载(3)的选择器(6)，来校准混频器(2)。其中调节过的负载(3)在时间上的不同时刻具有不同负载值。检测器(5)包括用于过滤分量的滤波电路(52)和包括斜率检测电路(53)，以及选择器(6)包括用于互相比较斜率值来找到定义要选择的检测结果的斜率极值的比较电路(61)。输入信号包括幅度调制干扰信号或双音频信号。

Description

自校准混频器,包括该混频器的装置及自校准混频的方法
技术领域
本发明涉及混频器电路，还涉及包括混频器电路的装置、方法、计算机程序产品和介质。 
这种混频器电路的例子是包括混频器的电路。这种装置的例子是包括发射机、接收机和/或收发机的装置。 
背景技术
从EP1531553-A1得知现有技术混频器电路，在其图2和3中公布了一种混频器电路，包括用于接收输入信号和振荡信号并用于输出输出信号的混频器，以及包括与所述混频器平行用于接收输入信号并用来相应于输入信号提供可调补偿信号的补偿支路。把输出信号和补偿信号相结合用来补偿混频器失真。 
已知混频器电路具有缺点，其中之一是使用平行补偿支路的事实。这样的额外支路必须在校准期间和在正常工作期间随时估计要补偿的失真，并因此引入额外的噪声和额外的自身失真。 
发明内容
本发明的目标特别是提供一种包括混频器的混频器电路，在所述混频器电路中减少了混频器的混频器电路失真而不需要平行补偿。 
本发明的另外目标是提供包括混频器电路的装置、方法、计算机程序产品和媒质，而不需要平行补偿。 
根据本发明的混频器电路包括： 
混频器，用于接收输入信号和振荡信号并用于输出输出信号，所述混频器包括具有可调负载值的负载， 
用于调节负载的调节器，其中调节过的负载在时间上的不同时刻具有不同的负载值，
检测器，用于检测每个负载值的输出信号分量，以及 
选择器，用于选择检测结果，并通知调节器相应于选定的检测结果设置所述负载，所设置的负载具有设置的负载值。 
通过提供混频器电路，所述混频器电路具有包括可调负载值的负载的混频器，和具有用于扫描负载的调节器，以及具有用于检测对应扫描负载值的输出信号分量的检测器，和具有用于选择检测并响应于所述设置负载的选择器，来减少混频器失真而不需要引入平行补偿。 
根据本发明的混频器电路的另外的优点之一是，其校准和其正常工作互相是分离的。 
根据本发明的混频器电路的实施例定义为，包括用于过滤分量的滤波电路和包括斜率检测电路的检测器，每个负载值的分量检测包括每个负载值的分量斜率检测，以及包括选择器，用于互相比较斜率值来找到定义要选择的检测结果的斜率极值的比较电路。通过选择斜率值是极值的检测结果，例如最小值，以及通过设置具有对选择结果的设定负载值的负载，来使得针对特定分量的混频器失真最小化。 
根据本发明的混频器电路实施例的定义为包括二阶互调分量(intermodulation productor)。二阶互调分量或IM2引起相对较多失真。因此对这个特定(频率)分量减少混频器失真很重要。二阶输入截点或IIP2表示所需输出信号在幅度上变得等于二阶互调分量的谱分量的输入信号幅度。所以，相对较小的二阶互调分量导致相对较高的二阶输入截点，这在例如无线技术中是重要要求。在US申请2005-0124311和US申请2006-0035611中公布了更多关于IM2和IIP2的信息。 
根据本发明的混频器电路实施例定义为输入信号包括幅度调制干扰信号或双音频信号。这些输入信号每个都已经证明功能良好。幅度调制干扰信号包括例如20kHz幅度调制干扰信号，以及双音频信号包括例如100kHz双音频信号，而不排除其它频率。 
根据本发明的混频器电路实施例定义为还包括： 
包括调节器以及选择器的控制器，所述选择器用于在校准模式中扫描调节器和在非校准模式中锁定调节器。 
控制器包括或构成例如处理器或处理器***的一部分，而调节器包  括例如硬件或软件计数器和/或用于把计数值转换成提供给负载的调节信号的硬件或软件转换器。在校准模式下扫描负载然后设定负载。在非校准模式下，例如在正常工作模式下，负载要保持其设定负载值。 
根据本发明的混频器电路实施例定义为还包括： 
包括调节器的控制器，所述调节器用于分别在敏感和非敏感模式下向负载提供分别具有较小和较大步长的调节信号。 
在敏感模式下，两个相继的调节信号之间的差应是相对较小步长，而在非敏感模式下，两个相继的调节信号之间的差应是相对较大步长。 
根据本发明的混频器电路实施例定义为还包括： 
包括调节器和时钟信号发生器的控制器，所述调节器具有用于接收时钟信号的时钟输入以及用于向负载提供调节信号的输出，所述时钟信号发生器用于产生时钟信号来分别在快模式和慢模式下分别生成较快和较慢时钟信号。 
在快模式下用于调节器定时的时钟信号应是相对较快的，而在慢模式下用于调节器定时的时钟信号应是相对较慢的。 
根据本发明的装置包括根据本发明的混频器电路。 
根据本发明的装置实施例定义为还包括： 
包括所述混频器的接收机， 
发射机，以及 
输入信号发生器，用于通过发射机开关接收来自发射机的发射机信号，以及用于响应于所述发射机信号通过接收机开关向混频器提供输入信号。 
开关通过输入信号发生器使接收机和发射机在校准模式下互相连接，以及使接收机和发射机在例如正常工作模式的非校准模式下和一个天线或它们自己的天线相连接。 
根据本发明的装置实施例和根据本发明的方法和根据本发明的计算机程序和根据本发明的媒质和根据本发明的混频器电路实施例相对应。 
本发明基于的想法之一是，要避免平行补偿或平行补偿调节，本发明基于的基本思想之一是，混频器负载应具有可调负载值并且调节器应  扫描负载，以及检测器应检测对应扫描负载的混频器输出信号分量并且选择器应选择检测和据此设置负载。 
本发明解决的问题之一是，提供一种包括混频器的混频器电路，所述混频器电路包括其中减少混频器的混频器电路失真而不需要平行补偿。根据本发明的混频器电路的另外的优点之一是，其校准和其正常工作互相是分离的。 
参考以下描述的附图，将对本发明的这些和其它方面进行详细描述，并使其变得清楚。 
附图说明
附图中： 
图1概略地表示包括可调负载的混频器， 
图2概略地表示根据本发明的混频器电路， 
图3概略地表示根据本发明的装置， 
图4表示混频器电路的第一操作，以及 
图5表示混频器电路的第二操作。 
具体实施方式
图1所示的混频器2包括：包括互相连接的第一主电极(例如射极或源极)的第一和第二晶体管21和22，以及包括通过电流源24接地的第一主电极(例如射极或源极)并包括和第一和第二晶体管21和22的第一主电极相连接的第二主电极(例如集电极或漏极)的第三晶体管23。第一晶体管21的第二主电极(例如集电极或漏极)通过第一阻抗25(例如电容和电阻的并联电路)和参考端子相连接，而第二晶体管22的第二主电极(例如集电极或漏极)通过第二阻抗26(例如电容和电阻的并联电路)和参考端子相连接。 
第三晶体管23的控制电极(例如基极或栅极)组成用于接收输入信号的输入27，而第一和第二晶体管21和22的控制电极(例如基极或栅极)组成用于接收振荡信号的振荡器输入28a、28b，以及第一和第二晶体管21和22的第二主电极组成用于输出输出信号的输出29a、29b。第一和第  二晶体管21和22的第二主电极还通过负载3互相连接。该负载3包括四个并联分路，一个分路包括阻抗31而另外三个分路每个包括阻抗32、34、36和开关33、35、37的串联结构。负载3还包括用于接收用于通过操作开关33、35、37以调节负载3的调节信号的控制输入38。不排除分路上的不同结构和不同分路结构以及不同分路数字。 
图2所示的根据本发明的混频器电路1包括如图1所示具有负载3的混频器2，所述负载3通过输入27接收输入信号，并通过振荡器输入28(＝28a&28b)接收振荡信号，以及通过输出29(＝29a&29b)输出输出信号。如在图1解释的，负载3具有可调负载值。混频器电路1还包括调节器4，用于通过经控制输入38向负载3提供调节信号来调节负载3。在校准模式下，扫描负载3以便其在时间上不同时刻具有不同负载值。混频器电路1还包括用于检测对应不同负载值的输出信号分量的检测器5，以及用于选择检测结果并通知调节器4根据选择的检测结果设置负载的选择器6。所设置负载3具有设置的负载值。 
检测器5包括以串联结构互相连接的放大器51和用于过滤分量的滤波电路52以及斜率检测电路53。每个负载值的分量检测包括每个负载值的分量斜率检测。选择器6包括用于互相比较斜率值来找到定义要选择的检测结果的斜率极值的比较电路61，以及另外包括例如和斜率检测电路53的输出相连接来接收和存储斜率值的存储器62。存储器62和比较电路相连接来在一个方向上接收指示以提供一个或更多斜率值，并在另一个方向上提供斜率值。 
混频器电路1还包括例如包括调节器4和选择器6的控制器7，所述选择器6用于在校准模式中扫描调节器4和在非校准模式中锁定调节器4，并且/或者用于分别在敏感和非敏感模式下向负载3提供分别具有较小和较大步长的调节信号。调节器4包括例如用于接收时钟信号的时钟输入以及用于向负载3提供调节信号的输出，而控制器包括例如时钟信号发生器71，所述时钟信号发生器71用于产生时钟信号来分别在快模式和慢模式下分别生成较快和较慢时钟信号。 
控制器7还包括例如处理器72，用于控制调节器4、时钟信号发生器  71、比较电路61和存储器62。可替换地，处理器可以集成到调节器4和/或时钟信号发生器71和/或比较电路61和/或存储器62中，或者调节器4和/或时钟信号发生器71和/或比较电路61和/或存储器62可以来自部分处理器72等等。 
图3所示的根据本发明的装置8包括具有混频器2的接收机81和发射机82以及输入信号发生器91，用于通过发射机开关93接收来自发射机82的发射机信号，以及用于根据发射机信号通过发射机开关93向混频器2提供输入信号。接收机81还包括例如接收机开关97，所述接收机开关97具有和接收电路96相连接的操作输入，并具有和输入信号发生器91输出相连接的校准输入，以及具有和混频器2的输入27相连接的输出。发射机82进一步包括例如发射机开关93，所述发射机开关93具有和第一发射电路94相连接的输入，并具有和第二发射电路92相连接的操作输出，以及具有和输入信号发生器91的输入相连接的校准输出。 
装置8还包括例如天线电路83，所述天线电路83具有和天线电路相连接的天线，其中天线电路包括和第二发射电路92输出相连接的输入以及包括和接收电路96输入相连接的输出。 
例如，所述分量包括例如二阶互分量，而不排除其它分量。二阶互调分量或IM2引起相对较多失真。因此对这个特定(频率)分量减少混频器2失真很重要。二阶输入截点或IIP2表示所需输出信号在幅度上变得等于二阶互调分量的谱分量的输入信号幅度。所以，相对较小的二阶互调分量导致相对较高的二阶输入截点，这在例如无线技术中是重要要求。 
对该特定分量，图2所示的根据本发明的混频器电路1如下运行。在校准模式下，向输入27提供输入信号，例如幅度调制干扰信号(例如20kHzAM干扰信号)，或者双音频信号(例如100kHz双音频信号)。输入信号可以来自未示出的由控制器7控制的特定发生器，或者来自下面要在图3方面解释的输入信号发生器91。另外，向输入28提供例如本地振荡信号的振荡信号，所述输入28如图2所示，并如图1所示包括输入28a和28b。负载3通过控制输入38接收来自调节器4的调节信号。 
在校准模式下，通过调节器4扫描负载3，使得负载3在时间上不同  时刻取得不同负载值。另外，调节器4包括例如计数器，不排除其它种类调节器，于是调节信号包括相继的计数值。根据每个计数值，通过打开和/或关闭一个或更多开关33和35和37来调节负载3。使用计数器的优点是能通过选定的不同开始值和/或结束值来增加或减小扫描间隔，并能容易地引入不同技术步长(小步长＝大精确度，大步长＝小精确度)，以及通过改变时钟速度能容易地引入扫描速度。调节信号可以包括一轮增加或减小的计数值，以及可以包括几轮增加或减小的计数值，例如三角形信号(增加的计数值接着减小的计数值，等等)。已证明这些三角形信号工作得非常好。 
因此，对负载3的每个不同负载值，由混频器2产生不同输出信号。过滤对应不同输出信号的IM2分量并把各个输出信号的IM2分量提供给斜率检测电路53，检测各个输出信号的IM2分量的斜率。斜率值存储在存储器62中，而比较电路61判断例如定义了与导致该负载极值的输出信号相对应的负载值的斜率极值。通过调节器4把负载3设置成该特定负载值。另外，例如锁定调节器4的计数器，并产生固定计数值用作调节信号。然后，例如正常工作模式的非校准模式开始。 
如上所述，输入信号可以来自如图3所示的输入信号发生器91。在该情况下，用发射机82来通过发射机开关93提供发射机信号，并且输入信号发生器91把发射机信号转换成输入信号，通过接收机开关97提供给混频器2。因此在校准模式下，发射机开关93和接收机开关97通过输入信号发生器91与接收机81和发射机82互相连接，并且在非校准模式下，把接收机81的混频器电路1和发射机82的第一发射电路94每个都和天线电路83相连接。 
因此，当考虑到IM2测量依赖于激励振荡器(输入信号)精度和混频器增益精度以及IM2检测器灵敏度，就创造了新的创新性概念来避免已知的限制。该概念包括通过扫描的混频器负载调谐和输入信号的分量检测以及正确检测结果的选择。 
IM2分量检测可以通过二极管和/或包括二极管的滤波电路52来执行。该二极管包括用于接收放大输出信号的阳极以及包括通过电容和电  阻并联结构接地的阴极。 
需要把两种情况互相区分开。根据第一种情况，调节器计数器的时钟速度小于IM2频率，而根据第二种情况，调节器计数器的时钟速度大于IM2频率。 
在IM2频率固定为3MHz而要求把IIP2从30dBm提高到60dBm的快速校准情况下，混频器电路1的操作如图4所示。这里图4中的模块具有以下含义： 
模块100：开始校准。 
模块101：连接激励振荡器。 
模块102：把IIP2校准和混频器分路相连接。 
模块103：加载初始计数值。 
模块104：开始时钟。 
模块105：溢出。 
模块106：第一时间，是或否。 
模块107：校准错误。 
模块108：改变混频器分路。 
模块109：停止扫描。 
模块110：读出校准值并将其校正。 
模块111：存储校准值。 
在要求最大性能的情况下，妥协为定义校准参数来在IM2频率固定在100kHz后达到IIP2的80dBm，不得不首先考虑灵敏度。因为IM2检测水平非常低，用斜率检测滤波器(三角信号)来优化噪声水平。当考虑到***动态范围有限时，可以做两步方法。步骤1：从30dBm到60dBm(+/-5dBm)的IIP2水平、高时钟、低精度。步骤2：为了减少校准持续时间，把计数器初值加载为例如校准值减十或者如果它小于零的话加载为零。从55dBm到80dBm(+/-2dBm)的IIP2水平、高精度、低时钟。在此情况下，混频器电路1的操作如图5所示。这里图5中的模块具有以下含义： 
模块200：开始校准。 
模块201：连接激励振荡器。
模块202：把IM2频率和时钟设置为低精度模式。 
模块203：把模块性能设置为低精度模式。 
模块204：把IIP2校准和混频器分路相连接。 
模块205：初始值＝0。 
模块206：加载初始值。 
模块207：开始时钟。 
模块208：溢出。 
模块209：第一时间。 
模块210：校准错误。 
模块211：改变混频器分路。 
模块212：停止扫描。 
模块213：读出校准值并将其校正。 
模块214：低模式。 
模块215：存储校准值。 
模块216：初始值＝校准值减十或者如果它小于零的话等于零。 
模块217：把IM2频率和时钟设置为高精度模式。 
模块218：把模块性能设置为高精度模式。 
应该注意的是，上述实施例并非限制本发明，在不脱离所附权利要求范围的情况下，本领域普通技术人员能够设计多种替代实施例。在权利要求中，括号之间的参考符号不应该解释为限制权利要求。动词“包括”及其衍生词的使用不排除除了权利要求中声明的那些元件或步骤的存在。单个的元件也不排除存在多个这种元件。并非可以通过包括几个清楚元件的硬件来实现，也可以通过适当地编程的计算机来实现。在枚举列出几个装置的设备权利要求中，这几个装置可以通过一个或相同项目的硬件来实现。唯一的事实在于：相互不同的从属权利要求不表示不能有利地使用这些方法的组合。

Claims (8)

1.一种混频器电路(1)，包括：
混频器(2)，用于接收输入信号和振荡信号并用于输出输出信号，其中混频器(2)包括具有可调负载值的负载(3)，
用于调节所述负载(3)的调节器(4)，调节过的负载(3)在时间上的不同时刻具有不同负载值，
检测器(5)，用于检测每个负载值的输出信号的分量，以及
选择器(6)，用于选择检测结果，并通知所述调节器(4)响应于选定的检测结果设置所述负载，所设置的负载(3)具有设置的负载值，
其中，所述检测器(5)包括用于过滤分量的滤波电路(52)并且包括斜率检测电路(53)，每个负载值的分量检测包括每个负载值的分量斜率检测，以及
所述选择器(6)包括比较电路(61)，用于互相比较斜率值来找到定义要选择的检测结果的斜率极值，
所述分量包括二阶互调分量。
2.如权利要求1的混频器电路(1)，所述输入信号包括幅度调制干扰信号或双音频信号。
3.如权利要求1的混频器电路(1)，还包括：
包括调节器(4)以及选择器(6)的控制器(7)，所述选择器(6)用于在校准模式中扫描调节器(4)和在非校准模式中锁定调节器(4)。
4.如权利要求1的混频器电路(1)，还包括：
包括调节器(4)的控制器(7)，所述调节器(4)用于分别在敏感和非敏感模式下向负载(3)提供分别具有较小和较大步长的调节信号。
5.如权利要求1的混频器电路(1)，还包括：
包括调节器(4)和时钟信号发生器(71)的控制器(7)，所述调节器(4)具有用于接收时钟信号的时钟输入以及用于向负载(3)提供调节信号的输出，所述时钟信号发生器(71)用于产生时钟信号，以分别在快模式和慢模式下分别生成较快和较慢时钟信号。
6.一种包括如权利要求1的混频器电路(1)的装置(8)。
7.如权利要求6的装置(8)，还包括：
包括所述混频器(2)的接收机(81)，
发射机(82)，以及
输入信号发生器(91)，用于从发射机(82)通过发射机开关(93)接收发射机信号，以及用于响应于所述发射机信号通过接收机开关(97)向混频器(2)提供输入信号。
8.一种自校准混频方法，包括如下步骤：
对于用于接收输入信号和振荡信号并输出输出信号的混频器(2)，调节混频器(2)的负载(3)，所述负载(3)具有可调负载值，调节过的负载(3)在时间上的不同时刻具有不同负载值，以及
从用于检测每个负载值的输出信号的分量的检测器(5)，选择检测结果并响应于选定的检测结果设置负载(3)，所设置的负载(3)具有设置的负载值，
其中，所述检测包括过滤分量并且包括斜率检测，每个负载值的分量检测包括每个负载值的分量斜率检测，以及
所述选择包括用于互相比较斜率值来找到定义要选择的检测结果的斜率极值，
所述分量包括二阶互调分量。
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