CN1681268A

CN1681268A - 相位校正装置及其方法

Info

Publication number: CN1681268A
Application number: CN 200410033408
Authority: CN
Inventors: 杨展升; 卢文仕
Original assignee: Airoha Technology Corp
Current assignee: Airoha Technology Corp
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-12

Abstract

相位校正装置使用于混频器中。混频器包括信号产生器，用以输出第一信号及第二信号。第一信号与第二信号相位差为一个相位值。相位校正装置用以将此相位值调整至预定值。相位校正装置包括乘法单元及比较控制单元。乘法单元用以对第一信号以及第二信号进行乘法运算，以得到对应相位值的直流值。比较控制单元用以根据直流值与参考值比较后输出一个讯号。信号产生器依据此讯号调整相位值，使得相位值趋近于预定值。校正步骤对第一信号以及第二信号进行乘法运算，以得到对应相位值的直流值；将直流值与参考值作比较，以得到比较结果值；根据比较结果值，以得到一个讯号，用以调整相位值；重复上述步骤直至相位值趋近预定值。

Description

相位校正装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种相位校正装置及其方法，特别是涉及一种应用于混频器的相位校正装置及其方法。

背景技术

无线通讯系统中是使用射频收发器，以接收及传送无线信号，且一般射频收发器会对所需传输的信号作调制及解调处理，以使信号能在特定的环境下，进行最大信息量的传送。

正交相移键入(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调制即是一种常见的相位调制技术，其利用不同相位的载波正交信号调制数据，因此可以一次传送二个位，提高无线系统的数据传输速率(Data Rate)。此种QPSK调制信号包括同相(In Phase)信号以及正交(Quadrature)信号两部份，且同相信号与正交信号在调制后是彼此正交且独立，不互相干扰。下面以射频接收器为例来作说明。

请参考图1A，其示出了传统射频接收器的简化线路方块图。射频接收器100包括解调器110以及数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)单元120。如上所述，射频接收器100所接收到的输入信号Si(t)包括同相调制信号S_I(t)及正交调制信号S_Q(t)两部份。输入信号Si先经过滤波及放大处理后产生信号Si’，再分成两路径(I及Q)输入至混频器130。混频器130包括位于I路径的乘法器132、位于Q路径的乘法器134、本地振荡器(LocalOscillator)136以及相位移位器(Phase Shifter)138。本地振荡器136利用相位移位器138分别输出彼此相位差90度的同相本地振荡信号Ф_I以及正交本地振荡信号Ф_Q。

由I路径输入的信号Si’经由乘法器132与同相本地振荡信号Ф_I进行混频，再经过低通滤波器140后，输出同相信号S_I(t)。另外，由Q路径输入的信号Si’经由乘法器134与正交本地振荡信号Ф_Q进行混频，再经过低通滤波器150后，输出正交信号S_Q(t)。同相信号S_I(t)及正交信号S_Q(t)分别经由模拟/数字转换后，输入DSP单元120，以进行后续的数字信号处理。

此外，若就调制器而言，如图1B所示，由DSP单元160输出的模拟信号Si以及Sq，分别由I路径及Q路径输入调制器170中，再经过滤波后形成模拟信号Si’及Sq’，并分别输入至混频器130的乘法器132及134进行混频。模拟信号Si’与上述的同相本地振荡信号Ф_I混频后产生同相信号S_I；而模拟信号Sq’与上述的正交本地振荡信号Ф_I混频后产生正交信号S_Q。同相及正交信号S_I及S_Q经相加后，再经过放大及滤波处理，便输出调制信号S_O。

然而，由于本地振荡器136及相位移位器138所输出的同相本地振荡信号Ф_I及正交本地振荡信号Ф_Q，可能因为制造过程的差异，在实际的混频器的设计时其相位差值会有误差，并非准确的90度。因而造成I路径及Q路径产生的同相信号S_I(t)及正交信号S_Q(t)不匹配的现象。此种不匹配现象对应到如图1C所示的QPSK调制星状图，会产生失真现象，其中圆圈点为理想状态下解调信号时判断接收位的基准，而打×点为因相位误差，即使没有考虑干扰与噪声，其判断基准就已经偏差，因而导致位误差率(Bit Error Rate，BER)提高，并降低信号传输的效能。

已知的校正相位偏差方式，是搭配上述的DSP单元120加上一些测试讯号来评估解调器110的偏差程度，之后在DSP单元120处进行产品出厂前校正，或是在调制器170的输出端连接一指示器(Indicator)，用以检测输出的调制信号S_O，再回传至DSP单元160作相位补偿。

然而，利用DSP单元作相位偏差校正将提高DSP单元设计上的复杂度。由于必须增加额外的指示器及重新设计DSP单元，因此，将增加DSP单元的组件数并增加其面积及耗电量，且需耗费相当长的校正时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种相位校正装置及其方法，可建构于混频器中，以对同相及正交本地振荡信号相乘的直流值与参考值作比较。根据比较结果进行连续近似演算，以得到一个控制讯号调整混频器的相位偏差。不需要在DSP单元中设计额外的线路，有效简化相位校正线路，并提高相位校正的效率。

根据本发明的目的，提出一种相位校正装置，使用于混频器中。混频器包括信号产生器，用以输出第一信号以及第二信号。第一信号与第二信号的相位差为一个相位值。相位校正装置用以将此相位值调整至预定值。相位校正装置包括乘法单元以及比较控制单元。乘法单元用以对第一信号以及第二信号进行乘法运算，以得到对应至相位值的直流值。比较控制单元则用以根据直流值与参考值比较后输出一个讯号。信号产生器依据此讯号调整相位值，使得相位值趋近于预定值。

乘法单元包括乘法器以及取样/保持单元。乘法器用以对第一信号及第二信号进行乘法运算。取样/保持单元用以对乘法器的输出作取样及保持的操作，以输出直流值。

比较控制单元包括比较器、连续近似缓存器(Successive ApproximationRegister，SAR)单元以及数字/模拟转换器(Digital/Analog Converter，DAC)。比较器用以比较直流值以及参考值的大小，并输出比较结果值。当相位值为预定值时，直流值实质上等于参考值。SAR单元用以根据比较结果值进行连续近似演算，以输出数字讯号。当比较结果值被更新时，SAR单元根据更新后的比较结果值重新调整数字讯号的数值。DAC将数字讯号转换为上述的讯号，用以控制信号产生器。SAR单元包括控制电路及SAR。SAR用以储存数字讯号，而控制电路用以根据比较结果值调整数字讯号。在混频器中直接建构相位校正装置，可以简化相位校正线路。

根据本发明的目的，提出一种混频器，用以处理同相信号以及正交信号。混频器包括信号产生器、第一乘法器、第二乘法器以及相位校正装置。信号产生器用以输出第一信号以及第二信号。第一信号与第二信号的相位差为一个相位值。第一乘法器接收第一信号，并处理同相信号的混频程序；而第二乘法器接收第二信号，并处理正交信号的混频程序。相位校正装置用以调整相位值至预定值。相位校正装置包括乘法单元以及比较控制单元。乘法单元用以对第一信号以及第二信号进行乘法运算，以得到对应相位值的直流值。比较控制单元则用以根据直流值与参考值比较后输出一个讯号。信号产生器依此讯号调整相位值，使相位值趋近于预定值。

信号产生器包括本地振荡器与相位移位器，且本地振荡器利用相位移位器输出第一信号及第二信号。乘法单元包括乘法器以及取样/保持单元。乘法器用以对第一信号及第二信号进行乘法运算，且取样/保持单元用以对乘法器的输出作取样及保持的操作，以输出直流值。

混频器用于解调器，且解调器接收调制信号。第一乘法器输入第一信号与调制信号相乘后输出同相信号。第二乘法器输入第二信号与调制信号相乘后输出正交信号。混频器亦可用于调制器。调制器输出的调制信号为第一乘法器与第二乘法器的输出相加。第一乘法器输入第一信号与同相信号，且第二乘法器输入第二信号与正交信号。直接在混频器中设置相位校正装置，可避免已知DSP单元所需的复杂测试线路。

根据本发明的另一目的，提出一种相位校正方法，其简述如下：首先，对第一信号以及第二信号进行乘法运算，以得到对应相位值的直流值。接着，将直流值与参考值作比较，以得到比较结果值。最后，根据比较结果值，以得到一个讯号，用以调整相位值。重复上述步骤直至相位值趋近预定值。

其中根据比较结果值以得到讯号的步骤还包括：根据比较结果值进行连续近似演算，以得到一个数字讯号，当比较结果值被更新时，重新调整数字讯号的数值；以及将数字讯号转换为模拟讯号，以控制信号产生器，调整相位值。

当直流值大于参考值时，沿第一方向调整数字讯号，使对应的模拟讯号改变，且信号产生器根据模拟讯号调整相位值，使得直流值减小。当直流值小于参考值时，沿第二方向调整数字讯号，使对应的模拟讯号改变，且信号产生器根据模拟讯号调整相位值，使得直流值增大。直接在混频器内部对信号产生器作相位偏差校正，可提高相位校正的效率。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1A示出了传统射频接收器的简化线路方块图；

图1B示出了图1A中混频器使用于调制器的线路方块图；

图1C示出了图1A及图1B中QPSK调制星状图；

图2A示出了依照本发明一较佳实施例使用于解调器的混频器线路方块图；

图2B示出了图2A中相位校正装置的线路方块图；

图3示出了依照本发明较佳实施例相位校正方法流程图；以及

图4示出了图2B中乘法单元的输出直流值D与参考值Vref比较以调整数字讯号Sd及Δφ值的示意图。

附图标号说明

100：射频接收器

110：解调器

120、160：DSP单元

130、200：混频器

132、134、252：乘法器

136、212：本地振荡器

138、214：相位移位器

140、150：低通滤波器

170：调制器

210：信号产生器

220：第一乘法器

230：第二乘法器

240：相位校正装置

250：乘法单元

254：取样/保持单元

260：比较控制单元

262：比较器

264：SAR单元

265：控制电路

266：DAC

267：SAR

270：开关单元

具体实施方式

本发明相位校正装置的主要特点在于直接在解调器或调制器内部建构一个自我补偿电路，以调整本地振荡器所输出本地振荡信号的相位偏差，而不需要由DSP单元作额外的电路来控制，可有效简化整个校正流程，并提高相位校正的效率。

请参考图2A，其示出了依照本发明一较佳实施例使用于解调器的混频器线路方块图。混频器200用以对调制信号Si进行混频解调，以输出同相信号S_I以及正交信号S_Q。混频器200包括信号产生器210、第一乘法器220、第二乘法器230以及相位校正装置240。信号产生器210包括本地振荡器212与相位移位器214，且本地振荡器212利用相位移位器214输出第一本地振荡信号Ф_I以及第二本地振荡信号Ф_Q，其中本地振荡信号Ф_I及Ф_Q的相位差为Δφ，且Δφ值预定为90度。第一乘法器220，设置于I路径上，用以接收第一本地振荡信号Ф_I，并对调制信号Si进行混频，以输出基频的同相信号S_I。而第二乘法器230，设置于Q路径上，用以接收第二本地振荡信号Ф_Q，并对调制信号Si进行混频，以输出基频的正交信号S_Q。相位校正装置240用以调整相位差Δφ值至预定值90度。

请参考图2B，其示出了图2A中相位校正装置的线路方块图。相位校正装置240包括乘法单元250以及比较控制单元260。乘法单元250包括乘法器252以及取样/保持(Sample/Hold)单元254。乘法器252用以对第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q进行乘法运算，而取样/保持单元254则用以对乘法器252的输出作取样及保持的操作，以输出对应Δφ值的直流值D。当Δφ值为90度时，直流值D实质上等于0。比较控制单元260用以根据直流值D与参考值Vref比较后，输出讯号Sa至信号产生器210，其中参考值Vref为0。信号产生器210便依照讯号Sa调整相位差Δφ值，使Δφ值趋近于预定值90度。

另外，比较控制单元260还包括比较器262、SAR单元264以及DAC 266。比较器262用以比较直流值D以及参考值Vref的大小，并输出比较结果值Rc。当直流值D大于参考值Vref时，比较结果值Rc为1；当直流值D小于参考值Vref时，比较结果值Rc为0。SAR单元264用以根据比较结果值Rc(1/0)进行连续近似演算，以输出数字讯号Sd。SAR单元264还包括控制电路265及SAR 267。SAR 267用以储存数字讯号Sd，而控制电路265用以根据比较结果值Rc调整数字讯号Sd。DAC 266则用以将数字讯号Sd转换为模拟讯号Sa，以控制信号产生器210。

此外，相位校正装置240还包括开关单元270，接受控制电路265的控制，用以控制第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q对乘法单元250的输入。当相位校正装置240欲对信号产生器210进行相位偏差校正时，开关单元270导通使得第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q输入乘法单元250；当相位校正装置240完成校正操作时，开关单元270不导通，使得第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q无法输入乘法单元250，以避免相位校正装置240影响混频器200后续的操作。

请参考图3，其示出了依照本发明较佳实施例相位校正方法流程图。首先，在步骤300，对第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q进行乘法运算，以得到对应Δφ值的直流值D。例如Ф_I(t)＝A₁sinwt；Ф_Q(t)＝A₂sin(wt+Δφ)，其中w＝2πf，且f为本地振荡信号频率。若将两本地振荡信号Ф_I及Ф_Q作乘法运算，其结果为cosΔφ/2-cos2(wt+Δφ)/2。后者之一为高频讯号后，其直流值为零，剩下前项cosΔφ/2即为直流值D。因此，当Δφ值为90度，直流值D为0；当Δφ值大于90度时，直流值D小于0；而当Δφ值小于90度时，直流值D大于0。

接着，在步骤302，将直流值D与参考值Vref(＝0)作比较，以得到比较结果值Rc。当直流值D大于0时，Rc为逻辑值1，而当直流值D小于0时，Rc为逻辑值0。然后，在步骤304，根据比较结果值Rc(1/0)进行连续近似演算，以得到数字讯号Sd。最后，在步骤306，将数字讯号Sd转换为模拟讯号Sa，以控制信号产生器210，调整相位差Δφ值，重复上述的步骤300，直至Δφ值趋近预定值90度。

请参考图4，其示出了图2B中乘法单元250的输出直流值D与参考值Vref(＝0)比较以调整数字讯号Sd及Δφ值的示意图。上述SAR单元264的数字讯号控制以5位为例。根据连续近似算法，数字讯号Sd的起始值最高有效位(Most Significant Bit，MSB)设为1，其余位设为0，亦即将讯号Sd设定为10000(＝16)。假设一开始乘法单元250输出的直流值D1大于参考值Vref，表示Δφ值(＝φ1)小于90度。SAR单元262根据比较结果值Rc＝1，保持MSB为1，并将接下来的第二有效位设定为1，亦即将输出的数字讯号Sd调整为11000(＝24)，即数字讯号Sd增大。于是对应的模拟讯号Sa也调整并控制信号产生器210增大Δφ值为φ2。

接着，再对第一本地振荡信号Ф_I及第二本地振荡信号Ф_Q作乘法运算，以得到对应φ2值的直流值D2。假设直流值D2仍大于参考值Vref，表示φ2值仍小于90度(但比φ1值更接近90度)。SAR单元262根据比较结果值Rc＝1，保持第二有效位为1，并将接下来的第三有效位设为1，亦即将输出的数字讯号Sd调整为11100(＝28)。于是对应的模拟讯号Sa也调整并控制信号产生器210增大Δφ值为φ3。假设对应φ3值的直流值D3仍大于参考值Vref，表示φ3值仍小于90度(但比φ2值更接近90度)。SAR单元262保持第三有效位为1，并将接下来的第四有效位设为1，亦即继续调整数字讯号Sd为11110(＝30)，并进而控制信号产生器210增大Δφ值为φ4。

假设对应φ4值的直流值D4小于参考值Vref，表示φ4值超过90度(但比φ3值更接近90度)。于是SAR单元264将第四有效位设为0，并将最低有效位(Least Significant Bit，LSB)设为1，即调整输出的数字讯号Sd为11101(＝29)，并控制信号产生器210降低Δφ值为φ5，比φ4值更接近90度。因此，根据上述的连续近似演算，直流值D由D1至D5逐渐趋近参考值Vref。而相对地，相位差Δφ值也由φ1至φ5逐渐趋近预定值90度，达到校正混频器200本地振荡信号相位偏差的目的。

如上所述，本发明的相位校正方法虽以连续近似算法为例作说明，然不应以此限制本发明。任何其它可根据直流值D与参考值Vref的比较结果调整相位差Δφ值使趋近90度的方法皆适用本发明。

根据上述较佳实施例，本发明相位校正装置的优点在于利用建构于混频器的相位校正装置作为自我补偿电路，来修正本地振荡器的相位偏差，只需在混频器启动时，连接相位校正装置进行校正操作，等校正完毕后即关闭相位校正装置。由于不需要于DSP单元加入额外的线路来进行检测及控制，因此，简化相位校正线路并有效提高相位校正的操作效率。

综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims

1.一种相位校正装置，使用于一混频器中，该混频器包括一信号产生器，用以输出一第一信号以及一第二信号，该第一信号与该第二信号的相位差为一相位值，该相位校正装置用以将该相位值调整至一预定值，该相位校正装置包括：

一乘法单元，用以对该第一信号以及该第二信号进行一乘法运算，以得到对应至该相位值的一直流值；以及

一比较控制单元，用以根据该直流值与一参考值比较后输出一讯号，该信号产生器依该讯号调整该相位值，使该相位值趋近于该预定值。

2.如权利要求1所述的相位校正装置，其中当该直流值大于该参考值时，该比较控制单元沿第一方向调整该讯号，该信号产生器根据该讯号调整该相位值，使得该直流值减小；当该直流值小于该参考值时，该比较控制单元沿着第二方向调整该讯号，该信号产生器根据该讯号调整该相位值，使得该直流值增大。

3.如权利要求1所述的相位校正装置，其中当该直流值实质上等于该参考值时，该相位校正装置完成校正操作。

4.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该比较控制单元包括：

一比较器，用以比较该直流值以及该参考值的大小，并输出一比较结果值，其中当该相位值为该预定值时，该直流值实质上等于该参考值；

一连续近似缓存器单元，用以根据该比较结果值进行连续近似演算，以输出一数字讯号，当该比较结果值被更新时，该SAR单元根据更新后的该比较结果值重新调整该数字讯号的数值；以及

一数字/模拟转换器，将该数字讯号转换为该讯号，用以控制该信号产生器。

5.如权利要求4所述的相位校正装置，其中该SAR单元包括一控制电路及一SAR，该SAR用以储存该数字讯号，该控制电路用以根据该比较结果值调整该数字讯号。

6.如权利要求4所述的相位校正装置，其中当该直流值大于该参考值时，该比较结果值为1，且当该直流值小于该参考值时，该比较结果值为0。

7.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该乘法单元包括一乘法器以及一取样/保持单元，该乘法器用以对该第一信号及该第二信号进行乘法运算，该取样/保持单元用以对该乘法器的输出作取样及保持的操作，以输出该直流值。

8.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该预定值为90度，且该参考值为0。

9.如权利要求1所述的相位校正装置，其中该混频器使用于一无线收发器。

10.一种混频器，用以处理一同相信号以及一正交信号，该混频器包括：

一信号产生器，用以输出一第一信号以及一第二信号，其中该第一信号与该第二信号的相位差为一相位值；

一第一乘法器，接收该第一信号，并处理该同相信号的混频程序；

一第二乘法器，接收该第二信号，并处理该正交信号的混频程序；以及

一相位校正装置，用以调整该相位值至一预定值，该相位校正装置包括：

一乘法单元，用以对该第一信号以及该第二信号进行一乘法运算，以得到对应该相位值的一直流值；

11.如权利要求10所述的混频器，当该直流值大于该参考值时，该比较控制单元使该信号产生器调整该相位值，使得该直流值减小；当该直流值小于该参考值时，该比较控制单元使该信号产生器调整该相位值，使得该直流值增大；当该直流值实质上等于该参考值时，该混频器完成校正操作。

12.如权利要求10所述的混频器，其中该信号产生器包括一本地振荡器与一相位移位器，且该本地振荡器利用该相位移位器输出该第一信号及该第二信号。

13.如权利要求10所述的混频器，其中该乘法单元包括一乘法器以及一取样/保持单元，该乘法器用以对该第一信号及该第二信号进行乘法运算，该取样/保持单元用以对该乘法器的输出作取样及保持的操作，以输出该直流值。

14.如权利要求10所述的混频器，其中该混频器用于一解调器，该解调器接收一调制信号，其中，该第一乘法器输入该第一信号与该调制信号相乘后输出该同相信号，该第二乘法器输入该第二信号与该调制信号相乘后输出该正交信号。

15.如权利要求10所述的混频器，其中该混频器用于一调制器，该调制器输出的一调制信号为该第一乘法器与该第二乘法器的输出相加，其中，该第一乘法器输入该第一信号与该同相信号，且该第二乘法器输入该第二信号与该正交信号。

16.一种相位校正方法，使用于一混频器，该混频器包括一信号产生器，用以输出一第一信号及一第二信号，该第一信号与该第二信号的相位差为一相位值，该相位校正方法用以将该相位值调整至一预定值，该相位校正方法包括：

对该第一信号以及该第二信号进行一乘法运算，以得到对应该相位值的一直流值；

将该直流值与一参考值作比较，以得到一比较结果值；以及

根据该比较结果值，以得到一讯号，该讯号用以调整该相位值，重复上述步骤直至该相位值趋近该预定值。

17.如权利要求16所述的相位校正方法，其中当该直流值大于该参考值时，沿第一方向调整该讯号，且该信号产生器根据该讯号调整该相位值，使得该直流值减小；当该直流值小于该参考值时，沿着第二方向调整该讯号，且该信号产生器根据该讯号调整该相位值，使得该直流值增大；当该直流值实质上等于该参考值时，完成相位校正操作。

18.如权利要求17所述的相位校正方法，其中当该相位值为该预定值时，该直流值实质上等于该参考值。

19.如权利要求16所述的相位校正方法，其中根据该比较结果值以得到该讯号的该步骤还包括：

根据该比较结果值进行连续近似演算，以得到一数字讯号，当该比较结果值被更新时，重新调整该数字讯号的数值；以及

将该数字讯号转换为一模拟讯号，以控制该信号产生器，调整该相位值。

20.如权利要求19所述的相位校正方法，其中当该直流值大于该参考值时，沿第一方向调整该数字讯号，使对应的该模拟讯号改变，该信号产生器根据该模拟讯号调整该相位值，使得该直流值减小，且当该直流值小于该参考值时，沿第二方向调整该数字讯号，使对应的该模拟讯号改变，该信号产生器根据该模拟讯号调整该相位值，使得该直流值增大。

21.如权利要求20所述的相位校正方法，其中沿第一方向调整该数字讯号是增大该数字讯号，且沿第二方向调整该数字讯号是减小该数字讯号。

22.如权利要求16所述的相位校正方法，其中当该直流值大于该参考值时，该比较结果值为1，且当直流值小于该参考值时，该比较结果值为0。

23.如权利要求16所述的相位校正方法，其中该预定值为90度，且该参考值为0。