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具有转换/控制装置的自动校准直接转换发射器
申请号	CN201110029884.X	申请日	2007-08-28	公开(公告)号	CN102176655B	公开(公告)日	2012-11-28
申请人	联发科技股份有限公司;			发明人	郭秉捷; 屈庆勋;
摘要	本发明提供一种控制和混频模块其包括：双平衡四开关组；控制用四晶体管组；其中双平衡四开关组和控制用四晶体管组共享一个输出对。本发明可以减少甚至消除载波泄漏。
权利要求	1.一种控制和混频模块，其包括: 双平衡四开关组；控制用四晶体管组；其中在第一模式下，控制用四晶体管组被致动，而在第二模式下，双平衡四开关组被致动，在所述第一模式下，所述控制和混频模块作为可变增益放大器操作，以及在所述第二模式下，所述控制和混频模块作为混频器操作。 2.如权利要求1所述的控制和混频模块，其特征在于，在所述第二模式下，所述控制用四晶体管组被除动，以及在所述第一模式下，所述双平衡四开关组被除动。 3.如权利要求1所述的控制和混频模块，其特征在于，其中双平衡四开关组和控制用四晶体管组共享一个输出对。 4.如权利要求3所述的控制和混频模块，其特征在于，所述双平衡四开关组包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，所述第一晶体管的第一输出端和所述第三晶体管的第一输出端相连，作为所述输出对的第一输出端，以及所述第二晶体管的第一输出端和所述第四晶体管的第一输出端相连，作为所述输出对的第二输出端。 5.如权利要求4所述的控制和混频模块，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管是双极结晶体管，以及所述第一输出端与第二输出端是集极。 6.如权利要求3所述的控制和混频模块，其特征在于，所述控制用四晶体管组包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管，所述第五晶体管的输出端作为所述输出对的第一输出端，所述第八晶体管的输出端作为所述输出对的第二输出端，第六晶体管的第一输出端和第七晶体管的第一输出端连接起来接电源信号。 7.如权利要求6所述的控制和混频模块，其特征在于，所述第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管是双极结晶体管，以及所述第一输出端与第二输出端是集极。 8.如权利要求1所述的控制和混频模块，其特征在于，其中所述双平衡四开关组和控制用四晶体管组共享一个输入对。 9.如权利要求8所述的控制和混频模块，其特征在于，所述双平衡四开关组包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，所述第一晶体管的第一输入端和所述第二晶体管的第一输入端相连，作为所述输入对的第一输入端，以及所述第三晶体管的第一输入端和所述第四晶体管的第一输入端相连，作为所述输入对的第二输入端。 10.如权利要求9所述的控制和混频模块，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管是双极结晶体管，以及所述第一输入端与第二输入端是射极。 11.如权利要求8所述的控制和混频模块，其特征在于，所述控制用四晶体管组包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管，所述第五晶体管的第一输入端和所述第六晶体管的第一输入端连接起来用作为所述输入对的第一输入端，第七晶体管的第一输入端和第八晶体管的第一输入端连接起来用作为所述输入对的第二输入端。 12.如权利要求11所述的控制和混频模块，其特征在于，所述第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管是双极结晶体管，以及所述第一输入端与第二输入端是射极。 13.如权利要求8所述的控制和混频模块，其特征在于，双平衡四开关组，包括第一输出对，所述第一输出对耦接至第一负载级；以及控制用四晶体管组，包括第二输出对，所述第二输出对耦接至第二负载级。 14.如权利要求1所述的控制和混频模块，其特征在于，所述双平衡四开关组包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，以及所述控制用四晶体管组包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管的输入端相连，作为输入对的第一输入端，所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第七晶体管和所述第八晶体管的输入端相连，作为所述输入对的第二输入端，以及所述第二晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管的输出端相连，作为输出对的第一输出端，所述第一晶体管、所述第三晶体管和所述第八晶体管的输出端相连，作为所述输出对的第二输出端。
说明书全文	具有转换/控制装置的自动校准直接转换发射器 [0001] 本案是申请号为200710147775.1，申请日为2007年08月28日，发明名称为“具有转换/控制装置的自动校准直接转换发射器”的发明专利申请案的分案申请。技术领域 [0002] 本发明涉及直接转换发射器(direct conversion transmitter，简称“DCT”)，特别涉及在直接转换发射器中使用的一种整合的降混频器(down-mixer)和射频可变增益放大器(radio frequency variable gain amplifier，简称“RFVGA”)，具体地讲是一种具有转换/控制装置的自动校准直接转换发射器(Self-Calibrating Direct Conversion Transmitter with Converting/SteeringDevice)。背景技术 [0003] 直接转换发射器广泛应用于无线通信领域。在直接转换发射器中，根据本机振荡器(local oscillator)提供的载波，基频同相(I)和正交相移(Q)信号被升转换(up-converted)成无限射频信号，然后把转换后的I信号和Q信号加总，放大并通过天线发射出去。 [0004] 由本机振荡器和基频失配(baseband mismatch)造成的载波泄漏(Carrier leakage)是直接转换发射器中的的焦点问题。为了消除或减少载波泄漏，一种通常的解决方法是当没有I和Q信号输入时检测直接转换发射器的输出以便获得泄漏，并根据检测的泄漏产生补偿信号，从而减少甚至消除泄漏。检测和补偿程序可重复执行直到泄漏减到最小。 [0005] 在一些应用中，譬如WCDMA，在直接转换发射器的信号输出路径上提供无限射频可变增益放大器(VGA)是必要的，以便在传输环境中可调整地产生具有可变增益的输出信号。而且在校准情况下，为了检测泄漏而检测在没有I和Q输入信号输入到发射器时的输出信号之前，为了后续步骤中处理方便起见，优选的方法是把无限射频的泄漏降频至降低的频率，譬如中频(IF)或基频(BB)。发明内容 [0006] 本发明的一个主要目的在于提供一种控制和混频模块，其包括：双平衡四开关组；控制用四晶体管组；其中双平衡四开关组和控制用四晶体管组共享一个输出对。可发挥混频器和可变增益放大器的功效，但占据更小的空间。 [0007] 该控制和混频模块特别适用于需要RF VGA的无线传输应用。 [0008] 本发明的另一个主要目的在于提供一种一种控制和混频模块，其包括：双平衡四开关组，包括第一输出对，第一输出对耦接至第一负载级；以及控制用四晶体管组，包括第二输出对，第二输出对耦接至第二装载，其中双平衡四开关组和控制用四晶体管组共享一个输入对。 [0009] 本发明的另一目的是提供一种控制和混频模块，其包括：双平衡四开关组；控制用四晶体管组；其中在第一模式下，控制用四晶体管组被致动，而在第二模式下，双平衡四开关组被致动。附图说明 [0010] 图1是根据本发明的直接转换发射器的结构示意图； [0011] 图2是图1所示的转换/控制装置的方块示意图； [0012] 图3是根据本发明一实施例的整合的混频器/可变增益放大器的概要电路图； [0013] 图4是图2所示的模式控制器的方块示意图； [0014] 图5是根据本发明另一个实施例的整合的混频器/可变增益放大器的概要电路图。 [0015] 主要组件符号说明： [0016] 11加总装置 20第一本机振荡器 [0017] 21升混频器 40转换/控制装置 [0018] 60功率放大器 70天线 [0019] 43混频器/可变增益放大器 83补偿单元 [0020] 43′整合的混频器/可变增益放大器 [0021] 45模式控制器 50第二本机振荡器 [0022] 539第二负载级 81校准检测/决定单元 [0023] 431混频级 433放大级 [0024] 437负载级 451直流控制单元 [0025] 535输入级 537第一负载级具体实施方式 [0026] 图1是根据本发明的直接转换发射器的方块示意图。为简化与清楚起见，图1仅简略地阐示了直接转换发射器的基本组件。 [0027] 当在传输模式下时，直接转换发射器利用来自第一本机振荡器20的第一本机振荡器(local oscillator，简称“LO”)信号LO1的I成份通过升混频器21把同相(I)基频信号Ibb升频成无限射频I信号；并利用来自第一本机振荡器20的第一本机振荡器(LO)信号LO1的Q成份通过升混频器23把正交相移(Q)基频信号Qbb升频成无限射频Q信号。然后无限射频I和Q信号由一个加总装置30合并成一个组合无限射频信号，该组合无限射频信号经过处在正常模式下的转换/控制装置40用可变增益调整和功率放大器60放大之后，由天线70发射出去。 [0028] 当直接转换发射器在校准情况下时，没有(基频信号)Ibb和Qbb输入到发射器。在这个情况，来自本机振荡器20或其它来源的泄漏信号容易被检测到。转换/控制装置40被切换到校准模式并用作为降混频器，其利用由第二本机振荡器50提供的第二本机振荡器(LO)信号LO2把泄漏信号降频转换成低频。在一些应用中，第一和第二本机振荡器20、 50可以合并成一个单一模块使用。LO信号LO1和LO2可由其它适当的方法提供。然后，校准检测/决定(detection/determination)单元81检测降频的泄漏信号。较佳而言，在泄漏信号检测以后实行模拟/数字转换(Analog to digital conversion)。校准检测/决定单元81根据检测到的泄漏信号用校准算法确定并产生补偿信号。 [0029] 本发明可以使用任一种适合的校准算法，例如，一个二元树状查找算法，参见《在直接转换WCDMA发射器中的载波泄漏抑制》G.Brenna，D.Tschopp，和Q.Huang，IEEE ISSCC Dig.技术论文，第270-271页，旧金山，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2千兆赫载波泄漏校准的直接转换WCDMA发射器》，G.Brenna，IEEE J.Solid-State Circuit，39卷，第1253-1262页，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)。 [0030] 校准检测/决定单元81为校准补偿单元83提供补偿信号，补偿单元83将补偿信号馈送给加总装置11和13。在传输模式下，为了消除或减少泄漏，加总装置11、13分别把补偿信号并入输入I信号Ibb及输入Q信号Qbb。在补偿信号发送到加总装置11或13之前完成数字/模拟转换。 [0031] 校准检测/决定单元81和校准补偿单元83能够组成单一的校准处理器(未显示)。 [0032] 如前所述，转换/控制装置40有两个模式：正常模式和校准模式。在正常模式下转换/控制装置40用作为可变增益放大器，以可变增益调整输出信号。在校准模式下转换/控制装置40用作为降混频器，把无限射频泄漏信号降频成较低频率。 [0033] 图2是转换/控制装置40的方块示意图。如图所示，转换/控制装置40包括控制和混频模块，由整合的混频器/可变增益放大器43实现。另外，装置40也具有模式控制器45。整合的混频器/可变增益放大器43有混频级431和放大级433(稍后详述)。模式控制器45接收模式选择信号SEL并把整合的混频器/可变增益放大器43切换到正常模式或校准模式。 [0034] 在一个较佳实施例中，当直接转换发射器操作于传输模式，模式控制器45控制整合的混频器/可变增益放大器43的直流偏压以将整合的的混频器/可变增益放大器43切换到正常模式，并阻挡由第二本机振荡器50产生的第二本机振荡器信号LO2使之不会输入到整合的混频器/可变增益放大器43，以使放大级433用作为无限射频VGA，同时混频级431不工作。 [0035] 当直接转换发射器工作于校准模式，模式控制器45控制整合的混频器/可变增益放大器43的直流偏压把整合的混频器/可变增益放大器43切换到校准模式，并允许由第二本机振荡器50产生的第二个本机振荡器信号LO2输入到整合的混频器/可变增益放大器43，以便混频级431用作为降混频器，而放大级433被除动(deactivates)或为用作放大器以放大被降转换的泄漏，以便更容易检测到被放大的泄漏。关于这个问题的细节内容将被进一步说明。 [0036] 根据本发明的实施例，图3解释了整合的混频器/可变增益放大器43。图3的整合的混频器/可变增益放大器43包括由四个晶体管Q1、Q2、Q3和Q4的双平衡四晶体管开关组构成的混频级431，该混频级被连接成双平衡混频器，放大级433由有四个晶体管Q5、Q6、Q7和Q8的控制用四晶体管组构成，该放大级被连接形成RF VGA。 [0037] 晶体管Q1、Q2、Q3和Q4的基极是LO/直流的输入。在校准模式下LO2的差动分量LOP和LON和直流偏压信号的差动分量经由LO/直流输入到混频级431。 [0038] 在正常(传输)方式下，直流偏压信号被用来关断晶体管Q1、Q2、Q3和Q4。因此，混频级431不工作。另外，没有LO信号分量输入到晶体管Q1、Q2、Q3和Q4的基极。 [0039] 晶体管Q5和Q8的基极被连在接一起作为节点N1，晶体管Q6和Q7的基极被连在接一起作为节点N2。来自N1的控制信号VCP和来自N2的控制信号VCN被分别运用到放大级433。控制信号VCP和VCN调整控制放大级433的操作和增益。 [0040] 晶体管Q1、Q2、Q5和Q6的射极被连接在一起作为一个输入端，晶体管Q3、Q4、Q7和Q8的射极被连接在一起作为另一个输入端。这一对输入端被连接到输入级435。 [0041] 在正常模式下，经过处理的信号从输入端输入到整合的混频器/可变增益放大器43，并由放大级433预先确定的增益控制。在校准模式下，泄漏从输入端输入到整合的混频器/可变增益放大器装置43，并且混频级431用本机振荡器的LOP和第二个本机振荡器的LON将输入信号降频转换。 [0042] 晶体管Q1、Q3和Q8的集极被连接在一起作为一个输出接口，而晶体管Q2、Q4和Q5的集极被连接在一起作为另一个输出接口，增益控制或降转换信号从这一对输出接口输出，输出端被连接到由分流电阻器构成的负载级437，晶体管Q6和Q7的集极被连接到电源VCC。 [0043] 据前文所述并如图3所示，放大级433用四个晶体管Q5、Q6、Q7和Q8连接成为RF VGA。放大级433包括四个晶体管Q5、Q6、Q7和Q8提供的单级RF VGA电路。 [0044] 另一个实施例使用二级或更多级RF VGA电路。如图3所示RF VGA电路的一级与混频级431合并，而另外的级以串联的形式与整合级连接。应注意仅唯一整合级RF VGA用作为根据本发明的放大级433，而其它的级用作为一般的RF VGA。 [0045] 模式控制器45控制直流偏压、LO和控制信号。在图4中，模式控制器45接收模式选择信号SEL，其表示直接转换发射器的操作模式，并根据该信号选择正常(传输)模式或校准模式。 [0046] 模式控制器45包括一个直流控制单元451和一个LO控制单元453。 [0047] 模式控制器45的直流控制单元451控制混频级431的直流偏压信号和放大级433的控制信号VCP和VCN。 [0048] 在正常模式下，放大级433的控制信号VCP和VCN是通过正常途径而不是模式控制器45而施加的。混频级431的直流偏压信号受控以使电流流经放大级433而不是混频级431。例如，直流控制单元451可以把混频级431的直流偏压信号的位准下拉到零，使晶体管Q1、Q2、Q3和Q4被关断，或者混频级431的直流偏压位准被降低至低于控制信号VCP和VCN，迫使电流流经放大级433。另外，LO控制单元453阻断由第二本机振荡器50产生的第二LO信号LO2，使LO信号不输入混频级431。 [0049] 在校准模式下，模式控制器45的直流控制单元451控制混频级431的直流偏压的位准，使混频级431的直流偏压的位准高于VCP和VCN，以便使电流流经混频级431。较佳在校准模式下模式控制器45也控制信号VCP和VCN以确保大部分或所有电流流经混频级431，如此，降转换功能可顺利实行。此外在校准模式下，从第二本机振荡器50接收第二LO信号LO2的LO控制单元453把第二LO信号LO2输送到混频级431(晶体管Q1、Q2、Q3和Q4的基极)。混频级431能够用第二LO信号LO2的差动分量LOP和LON反馈到输入端与输入信号混频，以产生降转换输出信号。 [0050] 图5显示根据本发明的另一个实施例的整合的混频器/可变增益放大器43′。整合的混频器/可变增益放大器43′的结构与图3的整合的混频器/可变增益放大器43相似。整合的混频器/可变增益放大器43′的混频级由晶体管Q1、Q2、Q3和Q4构成的一种双平衡四晶体管开关组构成；放大级由晶体管Q5、Q6、Q7和Q8构成的控制用四晶体管组构成。整合的混频器/可变增益放大器43′的输入端对被连接到输入级535。整合的混频器/可变增益放大器43′的输入端对分别连接到晶体管Q1、Q2、Q5和Q6的射极和晶体管Q3、Q4、Q7和Q8的射极。如上所述，混频器/可变增益放大器43在图3只有一对输出接口(晶体管Q1、Q3、Q8的集极以及晶体管Q2、Q4、Q5的集极)和一对输出端口连接到负载级437。与混频器/可变增益放大器43不同，混频器/可变增益放大器43′有二对输出接口。第一对输出接口Out1_p和Out1_n分别是晶体管Q5和Q8各自的集极。第二对输出接口Out2_p和Out2_n分别是晶体管Q2与Q4的集极连接和晶体管Q1、Q3的集极连接。此外，第一对输出接口连接到第一负载级(Load 1)537，而第二对输出接口连接到第二负载级(Load 2)539。 [0051] 在本发明的实施例，晶体管Q1到Q8由双极接合晶体管(BJT)实施。但是，其它类型晶体管，譬如CMOS，也可使用。

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