CN111355503B - 调幅调相失真的补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调幅调相失真的补偿装置,该装置包含一传送电路以及一控制电路。该传送电路包含一放大电路、一相移调整电路以及一输出电路;该放大电路用来依据一输入信号输出一放大信号;该相移调整电路包含一可调电容与一可调电感的至少其中之一,设于该放大电路与该输出电路之间,用来依据一控制信号调整该放大信号的相移;该输出电路用来依据该放大信号输出一输出信号。该控制电路用来依据该输入信号产生该控制信号,其中该控制信号随着该输入信号而变。
Description
技术领域
本发明涉及失真补偿装置,尤其涉及调幅调相失真的补偿装置。
背景技术
无线传收器的功率放大器的输出会有调幅调相失真(amplitude-modulation tophase-modulation distortion,AM-PM distortion),这会导致频谱增生(spectralregrowth)的问题。频谱增生的问题使得本领域人员难以将功率放大器整合至无线传收器,也会降低无线传收器的传送电路的效能。
解决调幅调相失真的问题的目前技术包括采用笛卡尔反馈(Cartesianfeedback)技术以及适应性数字预失真技术。笛卡尔反馈技术需要额外的反馈解调制器以及误差放大器,会增加电路复杂度与成本;笛卡尔反馈可见于坊间的教科书(例如:BehzadRazavi,“Fundamentals of Microelectronics,2nd Edition”,ISBN-10:9781118156322/ISBN-13:978-1118156322)。适应性数字预失真技术可能需要基频信号的频宽的增加,而导致较高的功耗,且该技术的升频路径与降频路径之间的耦合效应也可能降低预失真的效果;适应性数字预失真技术可见于专利号5524286的美国专利。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种调幅调相失真的补偿装置,以避免现有技术的问题。
依据本发明的一实施例,本发明的调幅调相失真的补偿装置包含一传送电路以及一控制电路。该传送电路包含一放大电路、一相移调整电路以及一输出电路;该放大电路用来依据一输入信号输出一放大信号;该相移调整电路包含一可调电容与一可调电感的至少其中之一,设于该放大电路与该输出电路之间,用来依据一控制信号调整该放大信号的相移;该输出电路用来依据该放大信号输出一输出信号。该控制电路用来依据该输入信号产生该控制信号,其中该控制信号随着该输入信号而变。本实施例适用于用于通信装置的传送电路或音频传送电路。
依据本发明的另一实施例,本发明的调幅调相失真的补偿装置包含一接收电路以及一控制电路。该接收电路包含一输入电路、一相移调整电路以及一射频至基频接收电路。该输入电路用来依据一射频信号产生一模拟接收信号;该相移调整电路耦接该输入电路,用来依据一控制信号调整该模拟接收信号的相移;该射频至基频接收电路用来依据该模拟接收信号产生一数字接收信号。该控制电路用来依据该数字接收信号产生该控制信号,其中该控制信号随着该数字接收信号而变。本实施例适用于用于通信装置的接收电路。
有关本发明的特征、实作与技术效果,兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的一实施例;
图2显示图1的传送电路的一实施例;
图3显示图1的传送电路的另一实施例;
图4显示图1的控制电路的一实施例;
图5显示图4的控制信号产生电路的一实施例;
图6显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例;
图7显示图6的校正电路所执行的步骤;
图8显示图6的校正电路的一实施例;
图9a显示图8的自混频混频器的一实施例;
图9b显示图8的适应性校准电路的一实施例;
图10显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例;
图11显示图10的射频至基频接收电路的一实施例;以及
图12显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例。
符号说明
100 调幅调相失真的补偿装置
110 传送电路
120 控制电路
112 放大电路
114 相移调整电路
116 输出电路
SIN 输入信号
SAMP 放大信号
SCTRL 控制信号
SOUT 输出信号
SIN_I 同相信号
SIN_Q 正交相信号
SAMP_1 第一放大信号
SAMP_2 第二放大信号
SCTRL_1 第一控制信号
SCTRL_2 第二控制信号
210 振荡源
220 第一DRAC(第一数字至射频振幅转换器)
230 第二DRAC(第二数字至射频振幅转换器)
LO1 至少一第一振荡信号
LO2 至少一第二振荡信号
240 第一谐振电路
250 第二谐振电路
260 信号合成器
SIN_D 数字音频信号
SIN_A 模拟音频信号
310 DAC(数字至模拟转换器)
320 音频放大器
330 可调电容
340 输出引脚
410 计算电路
420 控制信号产生电路
SIN_AMP 计算值
510 查表电路
520 DAC(数字至模拟转换器)
530 滤波电路
SCTRL_D 数字控制信号
SA 模拟信号
600 调幅调相失真的补偿装置
610 校正电路
SCAL 校正信号
S710~S740 步骤
810 自混频混频器
820 适应性校准电路
SMIX 混频信号
SMIX_IN 混频输入信号
SMIX_LO 混频器振荡信号
910 增益控制器
920 ADC(模拟至数字转换器)
930 比较暨校准电路
SGAIN 增益控制信号
SFEEDBACK 数字反馈信号
1000 调幅调相失真的补偿装置
1010 接收电路
1020 控制电路
1012 输入电路
1014 相移调整电路
1016 射频至基频接收电路
SRF 射频信号
SRF_A 模拟接收信号
SBB 数字接收信号
1110 混频器
1120 增益控制器
1130 ADC(模拟至数字转换器)
SIF 中频信号
SGAIN 增益控制信号
1200 调幅调相失真的补偿装置
1210 校正电路
具体实施方式
本发明公开一种调幅调相失真(amplitude-modulation to phase-modulationdistortion,AM-PM distortion)的补偿装置,能够应用于通信装置的传送或接收电路以及应用于音频传送电路,但不以此为限。该补偿装置具有易于实施、成本经济以及低功耗等优点。
图1显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的一实施例。图1的调幅调相失真的补偿装置100包含一传送电路110以及一控制电路120。传送电路110包含一放大电路112、一相移调整电路114以及一输出电路116。放大电路112依据一输入信号SIN输出一放大信号SAMP,该输入信号SIN视实施需求可为差分或单端信号,其可为单一个信号或由多个信号(例如:同相(in-phase)信号与正交相(quadrature-phase)信号)组成。相移调整电路114依不同应用包含一可调电容与一可调电感的至少其中之一,设于放大电路114与输出电路116之间,依据一控制信号SCTRL调整该放大信号SAMP的相移(phase shift);举例而言,该控制信号SCTRL包含一控制电压,该可调电容包含一变容器(varactor),该变容器的电容值随着该控制电压而变;另举例而言,该控制信号SCTRL是由数字码转换而得的多个电平的组成,该可调电容包含多个并联的电容路径,每个电容路径包含一电容元件与一开关,每个开关依据该控制信号SCTRL而打开或关闭以决定该电容的电容值。输出电路116依据该放大信号SAMP输出一输出信号SOUT。控制电路120依据该输入信号SIN产生该控制信号SCTRL,该控制信号SCTRL随着该输入信号SIN而变;换言之,不同的输入信号SIN可能分别对应不同的控制信号SCTRL,其中该输入信号SIN与该控制信号SCTRL的初始关系可选择性地预存于该控制电路120中,也可选择性地定期地/不定期地被更新。
图2显示图1的传送电路110的一实施例。本实施例中,传送电路110为一无线传送电路(例如:符合802.11a/b/g/n/ac规范的无线传送电路、蓝牙传送电路、窄频物联网(Narrow Band Internet of Things,NBIOT)传送电路等等),该输入信号SIN(例如:基频信号)包含一同相信号SIN_I与一正交相信号SIN_Q,该放大信号SAMP包含一第一放大信号SAMP_1与一第二放大信号SAMP_2,该控制信号SCTRL包含一第一控制信号SCTRL_1与一第二控制信号SCTRL_2。
如图2所示,放大电路112包含一振荡源210(例如:频率合成器(frequencysynthesizer))、一第一数字至射频振幅转换器(digital-to-RF-amplitude converter,DRAC)220以及一第二DRAC 230。振荡源210提供至少一第一振荡信号LO1(例如:频率为fLO且相位分别为0度与180度的二振荡信号)与至少一第二振荡信号LO2(例如:频率为fLO且相位分别为90度与270度的二振荡信号)。第一DRAC 220依据该至少一第一振荡信号LO1将该同相信号SIN_I转换为该第一放大信号SAMP_1。第二DRAC230依据该至少一第二振荡信号LO2将该正交相信号SIN_Q转换为该第二放大信号SAMP_2。放大电路112的进一步说明可见于下列文献:Morteza S.Alavi,Student Member,IEEE,Robert Bogdan Staszewski,Fellow,IEEE,LeoC.N.de Vreede,Senior Member,IEEE,and John R.Long,Member,IEEE,“A Wideband2 13-bit All-Digital I/Q RF-DAC”,IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY ANDTECHNIQUES,VOL.62,NO.4,APRIL 2014。
如图2所示,相移调整电路114包含一第一谐振电路(resonant circuit)240以及一第二谐振电路250。第一谐振电路240依据该第一控制信号SCTRL_1调整该第一放大信号SAMP_1的相移。第二谐振电路250依据该第二控制信号SCTRL_2调整该第二放大信号SAMP_2的相移。第一谐振电路240与第二谐振电路250的每一个包含并联的一电容与一电感,该电容的值及/或该电感的值可依据该控制信号SCTRL而被调整。
如图2所示,输出电路116包含一信号合成器260将该第一放大信号SAMP_1与该第二放大信号SAMP_2相加以产生该输出信号SOUT。信号合成器260单独而言可为一已知或自行开发的电路,其细节在此省略。
图3显示图1的传送电路110的另一实施例,可应用于音频传送装置。图3的实作中,该输入信号SIN为一数字音频信号SIN_D;放大电路112包含一数字至模拟转换器(DAC)310以及一音频放大器320,其中DAC 310依据该数字音频信号SIN_D产生一模拟音频信号SIN_A,音频放大器320依据该模拟音频信号SIN_A产生该放大信号SAMP;相移调整电路114包含一可调电容330;输出电路116包含一输出引脚340依据该放大信号SAMP输出该输出信号SOUT。
图4显示图1的控制电路120的一实施例。图4的控制电路120包含一计算电路410以及一控制信号产生电路420。计算电路410依据该输入信号SIN(例如:前述同相信号SIN_I与正交相信号SIN_Q)提供与该输入信号SIN的振幅相关的一计算值SIN_AMP(例如:)给控制信号产生电路420。控制信号产生电路420依据该计算值SIN_AMP决定该控制信号SCTRL的强度(例如:控制电压的电压大小)或电平组成(例如:由该计算值SIN_AMP转换而得的多个电平的组成,其中每个电平控制一个开关的启闭状态),并输出该控制信号SCTRL至相移调整电路114。值得注意的是,若输入信号为单一信号(例如:图3的数字音频信号SIN_D)且其振幅可直接地被确定,计算电路410可选择性地被省略,此时控制信号产生电路420直接依据该输入信号SIN的振幅决定该控制信号SCTRL的强度或电平组成。
图5显示图4的控制信号产生电路420的一实施例。图5的控制信号产生电路420包含一查表电路510、一数字至模拟转换器(DAC)520以及一滤波电路530。查表电路510依据该输入信号SIN的振幅输出一数字控制信号SCTRL_D。DAC 520依据该数字控制信号SCTRL_D产生一模拟信号SA。滤波电路530(例如:低通滤波器)依据该模拟信号SA产生一滤波信号作为该控制信号SCTRL。值得注意的是,若没有必要对该模拟信号SA执行滤波,滤波电路530可选择性地被省略,此时该模拟信号SA作为该控制信号SCTRL。
图6显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例。相较于图1,图6的调幅调相失真的补偿装置600进一步包含一校正电路610。校正电路610依据该控制信号SCTRL的变化与该输出信号SOUT的变化之间的关系来输出一校正信号SCAL至控制电路120,以使控制电路120依据该校正信号SCAL决定该输入信号SIN与该控制信号SCTRL之间的关系。于一实作范例中,在该输入信号SIN为一特定值的情形下(例如:该输入信号SIN的振幅为一特定振幅时),校正电路610按序执行至少下列步骤(如图7所示)以判断该控制信号SCTRL的变化与该输出信号SIN的变化之间的关系:
步骤S710:令该控制信号SCTRL往一目前方向来变化。举例而言,该控制信号SCTRL是一控制电压,本步骤令该控制信号SCTRL增加/减少一单位的预设电压;另举例而言,该控制信号SCTRL是多个电平的组成(例如:00011分别用来控制前述电容路径中的五个开关,其中电平0用来使开关不导通,电平1用来使开关导通),本步骤改变该控制信号SCTRL的一个电平(例如:00011→00111或00111→00011)。
步骤S720:执行一比较作业,以比较源自该输出信号SOUT的一当前值(例如:后述的数字反馈信号SFEEDBACK)与源自该输出信号SOUT的一先前值(例如:后述的在前数字反馈信号)。该当前值产生于该控制信号SCTRL的最近一次的变化后,该先前值产生于该控制信号SCTRL的最近一次的变化前。
步骤S730:若该当前值小于该先前值(其意味着增生的信号变小,亦即AM-PM失真减轻),保持该目前方向不变;若该当前值大于该先前值(其意味着增生的信号变大,亦即AM-PM失真变严重),令该目前方向更新为该目前方向的反向。
步骤S740:按序重复步骤S710至S740直到该目前方向改变达至少N次,接着输出该校正信号SCAL以指出在该输入信号SIN为该特定值的情形下该控制信号SCTRL的最佳强度或最佳电平组成,其中该N为正整数。举例来说,若执行第一次比较作业时,该当前值小于该先前值,代表一开始选择的控制信号的变化方向是正确的,则该N为正整数;若执行第一次比较作业时,该当前值大于该先前值,代表一开始选择的控制信号的变化方向是错误的,则该N为不小于2的正整数。
通过上述步骤,校正电路610可以找出该输入信号SIN的各个值所对应的该控制信号SCTRL的最佳强度或最佳电平组成。
图8显示图6的校正电路610的一实施例。如图8所示,校正电路610包含一自混频混频器(self-mixing mixer)810以及一适应性校准电路820。自混频混频器810依据该输出信号SOUT或其衍生信号产生一混频信号SMIX,其中该输出信号SOUT或其衍生信号同时作为一混频输入信号SMIX_IN以及一混频器振荡信号SMIX_LO,以供该自混频混频器810据以产生该混频信号SMIX,该混频信号SMIX包含增生的信号(例如:频率为2fBB的信号,其中fBB为该输入信号SIN的频率)。适应性校准电路820依据该控制信号SCTRL的变化与该混频信号SMIX的变化之间的关系来输出该校正信号SCAL至控制电路120。举例而言,当该控制信号SCTRL增加达一个预设单位,若源自该混频信号SMIX的一当前值小于存储在适应性校准电路820中源自该混频信号SMIX的一先前值(其产生于该控制信号SCTRL改变之前),适应性校准电路820输出该校正信号SCAL以使控制电路120所输出的该控制信号SCTRL再增加达一个预设单位;若该当前值大于该先前值,适应性校准电路820输出该校正信号SCAL以使控制电路120所输出的该控制信号SCTRL减少达一个预设单位。值得注意的是,为使该输出信号SOUT的大小适合给校正电路610来处理,校正电路610可选择性地包含一电阻(例如:可调电阻)(未显示于图),该电阻依据该输出信号SOUT输出一降压信号作为该输出信号SOUT的衍生信号,以供该自混频混频器810依据该降压信号产生该混频信号SMIX。
图9a显示图8的自混频混频器810的一实施例,其中虚线代表寄生电容。由于图9a所示的各元件为本领域的现有元件,本领域技术人员能依图9a来了解自混频混频器810的运行,其细节在此省略。
图9b显示图8的适应性校准电路820的一实施例。如图9b所示,适应性校准电路820包含一增益控制器910、一模拟至数字转换器(ADC)920以及一比较暨校准电路930。增益控制器(例如:可变增益放大器(variable gain amplifier,VGA)依据该混频信号SMIX产生一增益控制信号SGAIN。ADC 920依据该增益控制信号SGAIN产生一数字反馈信号SFEEDBACK。比较暨校准电路930比较该数字反馈信号SFEEDBACK以及一在前数字反馈信号(即先前产生的数字反馈信号SFEEDBACK)以决定并输出该校正信号SCAL;于完成比较该数字反馈信号SFEEDBACK以及该在前数字反馈信号后,比较暨校准电路930将该数字反馈信号SFEEDBACK作为该在前数字反馈信号以用于下一轮比较;于一实作范例中,比较暨校准电路930用来执行图7的步骤。
图10显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例。图10的调幅调相失真的补偿装置1000包含一接收电路1010(例如:符合
802.11a/b/g/n/ac规范的无线接收电路、蓝牙接收电路、窄频物联网(NarrowBand Internet of Things,NBIOT)接收电路等等)以及一控制电路1020(例如:图4的控制电路120)。接收电路1010包含一输入电路1012、一相移调整电路1014(例如:可调电容)以及一射频至基频接收电路1016。输入电路1012(例如:一可调电阻或一引脚)依据一射频信号SRF产生一模拟接收信号SRF_A。相移调整电路1014耦接输入电路1012,依据一控制信号SCTRL调整模拟接收信号SRF_A的相移。射频至基频接收电路1016依据该模拟接收信号SRF_A产生一数字接收信号SBB。控制电路1020依据该数字接收信号SBB产生该控制信号SCTRL,该控制信号SCTRL随着该数字接收信号SBB而变。
图11显示图10的射频至基频接收电路1016的一实施例。图11的射频至基频接收电路1016包含:一混频器1110依据该模拟接收信号SRF_A产生一中频信号SIF。一增益控制器1120(例如:可变增益放大器)依据该中频信号SIF产生一增益控制信号SGAIN;以及一模拟至数字转换器(ADC)1130依据该增益控制信号SGAIN产生该数字接收信号SBB。
图12显示本发明的调幅调相失真的补偿装置的另一实施例。相较于图10,图12的调幅调相失真的补偿装置1200进一步包含一校正电路1210(例如:图9b的比较暨校准电路930)。校正电路1210依据该数字接收信号SBB的变化与该控制信号SCTRL的变化之间的关系来输出一校正信号SCAL至控制电路1020,以使控制电路1020依据该校正信号SCAL决定该数字接收信号SBB与该控制信号SCTRL之间的关系。于一实作范例中,校正电路1210执行图7的步骤,除了该输入信号SIN由该射频信号SRF取代、该输入信号SIN的特定值由该射频信号SRF的特定振幅取代、以及该输出信号SOUT由该数字接收信号SBB取代。
由于本领域技术人员能够参酌图1~图9b的实施例的公开来了解图10~图12的实施例的实施细节与变化,因此,重复及冗余的说明在此省略。
综上所述,相较于现有技术,本发明的调幅调相失真的补偿装置具有易于实施、成本经济以及低功耗等优点。
虽然本发明的实施例如上所述,然而所述实施例并非用来限定本发明,本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化,凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围,换言之,本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。
Claims (8)
1.一种调幅调相失真的补偿装置,包含:
一传送电路,包含:
一放大电路,用来依据一输入信号输出一放大信号;
一相移调整电路,包含一可调电容与一可调电感的至少其中之一,该相移调整电路设于该放大电路与一输出电路之间,用来依据一控制信号调整该放大信号的相移;及
该输出电路,用来依据该放大信号输出一输出信号;以及
一控制电路,用来依据该输入信号产生该控制信号,其中该控制信号随着该输入信号而变,该补偿装置进一步包含一校正电路,该校正电路用来依据该控制信号的变化与该输出信号的变化之间的关系来输出一校正信号至该控制电路,以使该控制电路依据该校正信号决定该输入信号与该控制信号之间的关系,该校正电路包含:
一自混频混频器,用来依据该输出信号或其衍生信号产生一混频信号;以及
一适应性校准电路,用来依据该控制信号的变化与该混频信号的变化之间的关系来输出该校正信号至该控制电路,其中该适应性校准电路包含:
一增益控制器,用来依据该混频信号产生一增益控制信号;
一模拟至数字转换器,用来依据该增益控制信号产生一数字反馈信号;以及
一比较暨校准电路,用来比较该数字反馈信号以及一在前数字反馈信号以决定并输出该校正信号。
2.如权利要求1所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该传送电路为一无线信号传送电路,该输入信号包含一同相信号与一正交相信号,该放大信号包含一第一放大信号与一第二放大信号,该控制信号包含一第一控制信号与一第二控制信号,该输出信号包含一第一输出信号与一第二输出信号,该放大电路包含:
一振荡源,用来提供至少一第一振荡信号与至少一第二振荡信号;
一第一数字至射频振幅转换器,用来依据该至少一第一振荡信号,将该同相信号转换为该第一放大信号;及
一第二数字至射频振幅转换器,用来依据该至少一第二振荡信号,将该正交相信号转换为该第二放大信号;
该相移调整电路包含:
一第一谐振电路,用来依据该第一控制信号调整该第一放大信号的相移;及
一第二谐振电路,用来依据该第二控制信号调整该第二放大信号的相移;以及
该输出电路包含一信号合成器,用来将该第一放大信号与该第二放大信号相加以产生该输出信号。
3.如权利要求1所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该传送电路为一音频传送电路,该输入信号为一数字音频信号,该放大电路包含:
一数字至模拟转换器,用来依据该数字音频信号产生一模拟音频信号;及
一音频放大器,用来依据该模拟音频信号产生该放大信号;以及该输出电路包含一输出引脚,用来依据该放大信号输出该输出信号。
4.如权利要求1所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该控制电路包含:
一控制信号产生电路,用来依据该输入信号的振幅决定该控制信号的强度或电平组成,并输出该控制信号至该相移调整电路。
5.如权利要求4所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该控制信号产生电路包含:
一查表电路,用来依据该输入信号的振幅输出一数字控制信号;以及
一数字至模拟转换器,用来依据该数字控制信号产生一模拟信号,其中该模拟信号或该模拟信号的一滤波信号作为该控制信号。
6.一种调幅调相失真的补偿装置,包含:
一接收电路,包含:
一输入电路,用来依据一射频信号产生一模拟接收信号;
一相移调整电路,耦接该输入电路,用来依据一控制信号调整该模拟接收信号的相移;及
一射频至基频接收电路,用来依据该模拟接收信号产生一数字接收信号;以及
一控制电路,用来依据该数字接收信号产生该控制信号,其中该控制信号随着该数字接收信号而变,该补偿装置进一步包含一校正电路,该校正电路用来依据该控制信号的变化与该数字接收信号的变化之间的关系来输出一校正信号至该控制电路,以使该控制电路依据该校正信号决定该射频信号与该控制信号之间的关系,该校正电路包含:
一自混频混频器,用来依据该数字接收信号或其衍生信号产生一混频信号;以及
一适应性校准电路,用来依据该控制信号的变化与该混频信号的变化之间的关系来输出该校正信号至该控制电路,其中该适应性校准电路包含:
一增益控制器,用来依据该混频信号产生一增益控制信号;
一模拟至数字转换器,用来依据该增益控制信号产生一数字反馈信号;以及
一比较暨校准电路,用来比较该数字反馈信号以及一在前数字反馈信号以决定并输出该校正信号。
7.如权利要求6所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该射频至基频接收电路包含:
一混频器,用来依据该模拟接收信号产生一中频信号;
一增益控制器,用来依据该中频信号产生一增益控制信号;以及
一模拟至数字转换器,用来依据该增益控制信号产生该数字接收信号。
8.如权利要求6所述的调幅调相失真的补偿装置,其中该控制电路包含:
一控制信号产生电路,用来依据该数字接收信号的振幅决定该控制信号的强度或电平组成,并输出该控制信号至该相移调整电路。
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