專利名稱：一種正交i/q信號相位失衡校正電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低中頻無線接收機中的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，屬于無線通信集成電路技術領域。
背景技術：
低中頻無線接收機結合了超外差接收機和零中頻接收機的優點，既具有很高的集成度，使得低成本和低功耗成為可能，同時又避免了零中頻接收機中閃爍噪聲和直流失調的影響。但是，在低中頻接收機中存在著鏡像信號干擾的問題。經過混頻器正交下變頻之后，有用信號和鏡像信號分別位于正頻率(fIF)和負頻率(_fIF)處，通常采用具有非對稱幅頻響應的復數濾波器來抑制鏡像信號。但是，復數濾波器的鏡像抑制能力強烈地依賴正交
Ι/Q兩路信號的幅度和相位的匹配程度，特別地，Ι/Q兩路信號相位的微小失配將明顯地惡化復數濾波器的鏡像抑制能力。如果無法提供足夠的鏡像抑制比，經過下變頻后鏡像信號將淹沒有用信號。由于本振信號產生電路不可能精準地產生相差90°的正交信號，也就不可避免地會引入相位失配；同時由于版圖的不對稱也會引入相位失配；復數濾波器本身的不對稱也會產生相位失配。因此，需要在復數濾波器之前引入Ι/Q相位失衡校正電路。目前，大部分方法都采用在數字域進行Ι/Q失衡校正，先將低中頻信號轉換成基帶數字信號，然后借助DSP處理器采用多種基帶算法對Ι/Q數字信號進行處理，最終Ι/Q失衡被消除。為了達到高精度，這種方法需要高精度的模數轉換器ADC，高性能DSP處理器，功耗大，成本高。另外一種方法采用模擬電路實現，利用運算放大器結構中電阻的比例實現相位校正。這種方法采用電阻的比例實現校正系數，由于電阻值的限制，不能實現很細微的校正系數，難以達到高精度，同時也有帶寬的限制。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，公開一種高精度正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其能夠實現最小偏差O. 04°的校正精度，采用多比特互補電流型DAC實現校正系數的調節，避免了電阻比例難實現高精度的限制，同時有極大地降低了功耗和面積。本發明通過以下的技術方案來實現所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路包括一個矩陣耦合放大器。假設理想的正交Ι/Q信號分別為Iideal=COs t、Qideal=sin t,t表示時間，ω為信號的角頻率，引入相位失配Θ后的非理想Ι/Q信號分別為
/Q ^/β ^
I— cos (Dt + — — sin φ ——，用矩陣形式表不為
V2 JV 2 J
ο γ j -= β 飛 Μ(I)
Le'J -j ι U相位校正即從非理想Ι/Q信號I’、Q’中恢復出理想正交Ι/Q信號Iideal、Qideal，通過反矩陣的方式實現補償
權利要求
1.一種正交I/Q信號相位失衡校正電路，其特征是包括一個矩陣耦合放大器；假設理想的正交I/Q信號分別為Iideal=COS ωt、Qideal=Sinωt, t表示時間，ω為信號的角頻率，引入相位失配θ后的非理想I/Q信號分別為
2.如權利要求I所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，所述四輸入差分放大器由兩個二輸入差分放大器組成，分別為一個采用PMOS差分輸入對管實現的PMOS對管差分放大器和一個采用兩對NMOS差分輸入對管交叉耦合實現的NMOS對管交叉耦合差分放大器；所述PMOS對管差分放大器將一對差分輸入電壓信號轉換成差分電流，所述NMOS對管交叉耦合差分放大器將另一對差分輸入電壓信號轉換成差分電流，兩個差分電流在輸出節點相加，并流過負載電阻產生差分輸出電壓，實現電壓加法運算vo = aXv1+bXv2的功能，其中加權系數a, b取值為1，θ/2而vl, v2取為I路，Q路信號。
3.如權利要求2所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，采用所述NMOS對管交叉耦合差分放大器實現加權系利用兩對交叉耦合的NMOS對管對同一對差分輸入信號進行放大，兩對差分輸入對管分別對差分輸入信號弓丨入不同的加權系數c、d，最后在輸出相減，即實現電壓減法運算VO' = (C-d)vi，則總加權系數即為C-d;只要c、d相差很小，即能夠實現微小的加權系數。
4.如權利要求2所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，所述兩對NMOS差分輸入對管分別由不同的尾電流源進行偏置，調節兩個尾電流源的大小實現不同加權系數，方法為其中一對NMOS差分輸入對管偏置在固定電流源下，另一對NMOS差分輸入對管偏置在可變電流源下，通過調節可變電流源使其大小在固定電流源附近上下變動，偏差的大小和符號決定了加權系數的大小和正負。
5.如權利要求4所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，所述的可變電流源采用八比特互補電流型數模轉換器實現，八個大小呈等比級數的電流源在八對互補開關的控制下流向兩個不同的節點，最終在這兩個節點匯集不同支路的電流得到兩個大小互補的電流；為了保證對稱性和調節的準確性，固定電流源和可變電流源中的分支電流均是從同一個偏置管中鏡像得到的。
6.如權利要求I所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，所述第一差分放大器(40)包括PM0S管差分輸入對(41)、NMOS管交叉耦合差分輸入對(42)、固定電流源(44)和可變電流源(43)，以及有源負載(45);所述PMOS管差分輸入對(41)包括第三PMOS管(M3)、第四PMOS管(M4)，NMOS管交叉耦合差分輸入對(42)包括第五NMOS管(M5)、第六NMOS管(M6)、第七NMOS管(M7)、第八NMOS管(M8)，有源負載(45)包括第一 PMOS管(Ml)、第二 PMOS管(M2)，所述第一 PMOS管(Ml )、第二 PMOS管(M2)源極接電源(VCC)，第一 PMOS管(Ml)、第二 PMOS管(M2)柵極相連并分別通過一個輸出負載電阻連接第三PMOS管(M3)漏極和第四PMOS管(M4)漏極，第一 PMOS管(Ml)漏極和第三PMOS管(M3)源極相連，第二PMOS管(M2)漏極和第四PMOS管(M4)源極相連，第三PMOS管(M3)源極和第四PMOS管(M4)源極之間接源極負反饋電阻，第三PMOS管(M3)柵極接I路信號的正端Iin+，第四PMOS管(M4)柵極接I路信號的負端Iin_，第三PMOS管(M3)漏極接第五NMOS管(M5)漏極和第七NMOS管(M7)漏極，第四PMOS管(M4)漏極接第六NMOS管(M6)漏極和第八NMOS管(M8)漏極，第六NMOS管(M6)柵極、第七NMOS管(M7)柵極接Q路信號的負端Qin_，第五NMOS管(M5)柵極、第八NMOS管(M8)柵極接Q路信號的正端Qin+，第五NMOS管(M5)源極、第六NMOS管(M6)源極接固定電流源(44)，第七NMOS管(M7)源極、第八NMOS管(M8)源極接可變電流源(43)，第五NMOS管(M5)源極、第六NMOS管(M6)源極之間跨接源極負反饋電阻，第七NMOS管(M7)源極、第八NMOS管(M8)源極之間跨接源極負反饋電阻；固定電流源(44)和可變電流源(43)組成尾電流源，第一 PMOS管(Ml)、第二 PMOS管(M2)和輸出負載電阻組成共模負反饋；PM0S管差分輸入對(41)將輸入電壓信號Iin+、Iin-轉化成差分電流il，差分電流il流向輸出負載電阻；NM0S管交叉I禹合差分輸入對(42)將輸入電壓信號Qin+、Qin-轉化成差分電流i2，差分電流i2也流向輸出負載電阻，差分電流il和差分電流i2在輸出節點處相加并在輸出負載電阻上產生輸出差分電壓1_+、I out-°
7.如權利要求6所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，與所述第一差分放大器(40)結構相同，第二差分放大器(50)包括第二 PMOS管差分輸入對(51 )、第二 NMOS管交叉耦合差分輸入對(52)、第二固定電流源(54)和第二可變電流源(53)，以及第二有源負載(55);第二固定電流源(54)和第二可變電流源(53)組成尾電流源，第二有源負載(55)和第二輸出負載電阻組成共模負反饋；所述第二 PMOS管差分輸入對(51)將電壓信號Qin+、Qin-轉化成差分電流i3，差分電流i3流向第二輸出負載電阻；第二 NMOS管交叉耦合差分輸入對(52)將電壓信號Iin+、Iin_轉化成差分電流i4，差分電流i4也流向第二輸出負載電阻；差分電流i3和差分電流i4在輸出節點處相加并在第二輸出負載電阻上產生輸出差分電壓
8.如權利要求6所述的正交I/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，組成差分輸入對的第五NMOS管(M5)、第六NMOS管(M6)將電壓信號Qin+、Qin_轉化成差分電流i2a并流向輸出節點，組成差分輸入對的第七NMOS管(M7)源極、第八NMOS管(M8)將電壓信號Qin+、Qin-轉化成差分電流i2b并流向輸出節點，由于兩個差分輸入對的漏極交叉，差分電流i2a和差分電流i2b在輸出節點相減得到差分電流i2 ;因此，差分電流i2攜帶了兩個加權系數相減的信息，即I;固定電流源(44)不變，調節可變電流源(43)使其在固定電流源(44)附近上下變動，即實現對加權系數I的大小和符號的調節，同時也就對相位失衡進行精細地校正。
9.如權利要求5，6，7所述的正交Ι/Q信號相位失衡校正電路，其特征是，所述的可變電流源包括編碼電流(71 )，編碼開關(72)和電流輸出(73)三部分，編碼電流(71)包括41、21、I、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32對應8位二進制編碼的電流，采用鏡像電流源實現，均從同一個電流I鏡像得到；編碼開關(72)為8位互補開關，分別控制對應支路電流的通斷；電流輸出(73)將導通的支路電流匯集并輸出，最終的兩路輸出電流是互補的。
全文摘要
本發明提供一種在低中頻無線接收機中實現高精度I/Q信號相位失衡校正的電路，實現高鏡像抑制的要求。本發明利用I/Q信號的正交特性，采用矩陣耦合電路將I路信號與Q路信號通過電流加法電路進行耦合，從而在耦合的過程中實現相位失衡校正，耦合系數決定了校正幅度的大小。本發明中采用兩組對管交叉的方法實現上面的矩陣耦合電路，耦合系數的大小由一個可變電流源和一個固定電流源控制。可變電流源采用一個8比特電流型DAC實現。本發明能精細地對相位偏差進行校正，校正精度高達0.04°，校正范圍為，同時不造成幅度失衡。本發明無需高精度ADC模塊和高性能DSP芯片，實現方法簡單，集成度高，同時極大地降低了功耗。
文檔編號H04L25/03GK102868650SQ20121033861
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者項勇, 甘業兵, 馬成炎 申請人:江蘇物聯網研究發展中心