阅读说明：本技术 一种模拟正交信号相位校正装置 (Analog orthogonal signal phase correction device ) 是由 胡昂 逯召静 刘览琦 石琴琴 杨阳 谭珍 张科峰 于 2018-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模拟正交信号相位校正装置,属于半导体集成电路技术领域,该模拟正交信号相位校正装置包括第一单边带混频器(100)、第二单边带混频器(200)和可再生分频器(300)；所述可再生分频器(300)用于产生正交的二分频输出；所述的第一单边带混频器(100)和所述第二单边带混频器(200)用于配合所述可再生分频器(300)校准相位误差。该模拟正交信号相位校正装置结构简单、校正范围宽。(The invention discloses a phase correction device for an analog quadrature signal, which belongs to the technical field of semiconductor integrated circuits and comprises a first single-sideband mixer (100), a second single-sideband mixer (200) and a reproducible frequency divider (300); the regenerable frequency divider (300) is configured to produce a quadrature divide-by-two output; the first single sideband mixer (100) and the second single sideband mixer (200) are used to calibrate a phase error in conjunction with the regenerative frequency divider (300). The analog orthogonal signal phase correction device has a simple structure and a wide correction range.)

一种模拟正交信号相位校正装置

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种模拟正交信号相位校正装置。

背景技术

正交信号在直接转换收发器中是必不可少的，其在镜像抑制，高级调制方式中具有重要的作用。不正交的I/Q信号会降低信噪比，恶化整个收发系统的性能。有很多技术被提出来补偿I/Q信号失配，这其中有从系统考虑的，也有从电路模块考虑的。从系统角度考虑去校正需要用到DSP辅助以及一些复杂的算法。由于I/Q失配的一个主要来源是LO的正交相位失配，因此直接对LO信号进行正交相位校正就非常方便且有效。在现有技术中有两种校正方式：模拟校正和数字校正。

方式一：一般的模拟校正是通过检测正交信号相位差，然后将其转换成电流，去调整相关电路的偏置。这一技术的缺陷是校正范围有限，在正交相位偏差较大时不能校正。

方式二：数字校正需要用到DSP及算法。这一技术的缺陷是算法复杂的同时，校正范围虽比模拟校正宽，但是也还是非常有限。

发明内容

针对模拟校正和数字校正存在的问题，本发明提出了一种模拟正交信号相位校正装置，该校正装置不需要复杂的数字算法，但是可以达到很宽的校正范围。

本发明提供了一种模拟正交信号相位校正装置，包括第一单边带混频器、第二单边带混频器和可再生分频器；

所述可再生分频器的输出频率反馈给所述第一单边带混频器，与所述可再生分频器的输入频率，经所述第一单边带混频器混频后输出；

所述可再生分频器的输出频率反馈给所述第二单边带混频器，与所述可再生分频器的输入频率，经所述第二单边带混频器混频后输出；

所述第一单边带混频器和所述第二单边带混频器的输出频率的二分之一等于所述模拟正交信号相位校正装置的输入频率；

所述第一单边带混频器的输出频率、所述第二单边带混频器的输出频率为所述可再生分频器的两路输入频率；所述可再生分频器的输入频率是所述可再生分频器的输出频率的2倍；所述可再生分频器的输出频率等于所述模拟正交信号相位校正装置的输入频率，且所述可再生分频器的输出频率正交。

优选地，所述第一单边带混频器和所述第二单边带混频器的结构相同，输入相序不同。

优选地，所述可再生分频器由第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第一负载单元和第二负载单元组成；

所述第一混频器形成第一支路；

所述第二混频器形成第二支路；

所述第一支路和所述第二支路为所述可再生分频器的I支路的两条分支路；

所述第三混频器形成第三支路；

所述第四混频器形成第四支路；

所述第三支路和所述第四支路为所述可再生分频器的Q支路的两条分支路；

所述第一混频器的输入端、第二混频器的输入端为所述再生分频器I支路的输入端；

所述第三混频器的输入端、第四混频器的输入端为所述再生分频器Q支路的输入端；所述第一混频器和所述第三混频器并联连接，所述第一混频器和所述第三混频器的输出端连接所述第一负载单元的一端；

所述可再生分频器的电路I路电流从所述第一负载单元的另一端输出；

所述第二混频器和所述第四混频器并联连接，所述第二混频器和所述第四混频器的输出端连接所述第二负载单元的一端；

所述可再生分频器的电路Q路电流从所述第二负载单元的另一端输出。

优选地，所述第一混频器、所述第二混频器、所述第三混频器和所述第四混频器为四个基于Gilbert单元的双平衡有源混频器。

优选地，所述可再生分频器的I路输出电流反馈给所述第一混频器，与所述可再生分频器的I路输入电流，经所述第一混频器混频后，输出所述第一混频器的输出电流；

所述可再生分频器的Q路输出电流相移180度后反馈给所述第二混频器，与所述可再生分频器的I路输入电流，经所述第二混频器Q路相移混频后，输出所述第二混频器的输出电流；

所述可再生分频器的Q路输出电流反馈给所述第三混频器，与所述可再生分频器的Q路输入电流，经所述第三混频器混频后，输出所述第三混频器的输出电流；

所述可再生分频器的I路输出电流反馈给所述第四混频器，与所述可再生分频器的Q路输入电流，经所述第四混频器混频后，输出所述第四混频器的输出电流。

优选地，所述第一负载单元包括第一电阻、第二电阻、第一PMOS管和第二PMOS管；所述第二负载单元包括第三电阻、第四电阻、第三PMOS管和第四PMOS管；

所述第一PMOS管和所述第二PMOS管交叉耦合；

所述第三PMOS管和所述第四PMOS管交叉耦合。

优选地，所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第三PMOS管和所述第四PMOS管用于扩展校准范围。

优选地，所述第一单边带混频器的输出频率和所述第二单边带混频器的输出频率正交。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明主要针对数字校正算法复杂，模拟校正范围有限的问题，提出了一种模拟正交信号相位校正装置，该装置采用模拟方式进行相位校正，具有电路结构简单的特点，同时校正范围宽，可以达到±90°的校正范围，具有比数字校正更优异的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种模拟正交信号相位校正装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种模拟正交信号相位校正装置中可再生分频器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种模拟正交信号相位校正装置中可再生分频器的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的一种模拟正交信号相位校正装置的相位校正仿真结果图；

图5为本发明实施例提供的一种模拟正交信号相位校正装置中单边带混频器的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种模拟正交信号相位校正装置，如图1所示，所述模拟正交信号相位校正装置包括第一单边带混频器100、第二单边带混频器200和可再生分频器300；

可再生分频器300的输出频率反馈给第一单边带混频器100，与第一单边带混频器100的输入频率，经第一单边带混频器100混频后输出；

可再生分频器300的输出频率反馈给第二单边带混频器200，第二单边带混频器200的输入频率，经与第二单边带混频器200混频后输出；

第一单边带混频器100和第二单边带混频器200的输出频率的二分之一等于模拟正交信号相位校正装置的输入频率；

第一单边带混频器100的输出频率、第二单边带混频器200的输出频率为可再生分频器300的两路输入频率；可再生分频器300的输入频率是可再生分频器300的输出频率的2倍；可再生分频器300的输出频率等于模拟正交信号相位校正装置的输入频率，且可再生分频器300的输出频率正交。

例如，如果模拟正交信号相位校正装置的输入频率为ω，则第一单边带混频器100和第二单边带混频器200输出频率均为2ω；可再生分频器300的输入频率为2ω，输出频率为ω。在适当的相位和增益条件下，这种关系可以保持。因此，可再生分频器300可以提供与输入频率相同的正交输出。

进一步地，如图2所示，本发明中的可再生分频器300包括第一混频器301、第二混频器302、第三混频器303、第四混频器304、第一负载单元305和第二负载单元306。第一混频器301形成第一支路path1；第二混频器302形成第二支路path2；第一支路path1和所述第二支路path2为所述可再生分频器300的I支路的两条分支路；第三混频器303形成第三支路path3；第四混频器304形成第四支路path4；第三支路path3和第四支路path4为所述可再生分频器300的Q支路的两条分支路。

所述第一混频器301的输入端、第二混频器302的输入端为所述再生分频器300I支路的输入端；所述第三混频器303的输入端、第四混频器304的输入端为所述再生分频器300Q支路的输入端；第一混频器301和所述第三混频器303并联连接，第一混频器301和所述第三混频器303的输出端连接第一负载单元305的一端。可再生分频器300的电路I路电流从第一负载单元305的另一端输出；第二混频器302和第四混频器304并联连接，第二混频器302和第四混频器304的输出端连接第二负载单元306的一端；可再生分频器300的电路Q路电流从第二负载单元306的另一端输出。可再生分频器300的I路输出电流反馈给第一混频器301，与可再生分频器300的I路输入电流，经第一混频器301混频后，输出第一混频器301的输出电流I_L1；可再生分频器300的Q路输出电流相移180度后反馈给第二混频器302，与可再生分频器300的I路输入电流，经第二混频器302混频后，输出第二混频器302的输出电流I_L2；可再生分频器300的Q路输出电流反馈给第三混频器303，与可再生分频器300的Q路输入电流，经第三混频器303混频后，输出第三混频器303的输出电流I_L3；可再生分频器300的I路输出电流反馈给第四混频器304，与可再生分频器300的Q路输入电流，经第四混频器304混频后，输出第四混频器304的输出电流I_L4。

在本实施例中，如图2所示，可再生分频器300的I路输入记为In_I，I路输出记为Out_I；Q路输入记为In_Q，Q路输出记为Out_Q。由图1可知，当所述模拟正交信号相位校正装置输入频率为ω时，可再生分频器300的输入频率为2ω，可再生分频器300的输出频率为ω。故I路的输入电流可以表示为

输出电流可以表示为

其中V_in为可再生分频器300的输入信号摆幅，V_out为可再生分频器300的输出信号摆幅，

表示I路输入信号的初始相位，表示I路输出信号的初始相位；Q路的输入电流可以表示为输出电流可以表示为

表示Q路输入信号的初始相位，

表示Q路输出信号的初始相位。

可再生分频器300的I路输出电流反馈给第一混频器301，与可再生分频器300的I路输入电流，经第一混频器301混频后，输出第一单边带混频器301的输出电流I_L1，故I_L1可以表示为：

利用和差化积得到了式(2):

其中，A＝V_inV_out/2。

同样，可以得到第三单边带混频器303的输出电流I_L3，如式(3)所示：

I_L1与I_L3叠加后通过负载，假设负载传输函数为H，同时只考虑一阶分量，则输出电压与输入电流之间的关系可以表示成：

由和差化积公式化简后可以得到：

进一步可以得到式(6)：

其中K是(5)化简为(6)式后的一个常量，代表可再生分频器300的整个电路增益；β是由H产生的相移。

这是I支路的关系式。对于Q支路，同样可以得到：

对比式(6)和式(7)则

由式(8)可知，输出的I路信号和输出的Q路信号之间相互正交。

由于可再生分频器300的输出信号是可再生分频器300的输入信号的一半，因此需要补偿该频率。在上述说明书内容中已经提及，第一单边带混频器100、第二单边带混频器200和可再生分频器300可以再次形成一个可再生结构，这样使得可再生分频器300的输出频率等于1/2的混频器输出频率，但是和输入频率相等。通过这种结构，实现了相位校正功能，但是不会改变输出频率。相位校正仿真结果如图4所示。该结构可以校正±90°的偏差。

进一步地，如图3所示，第一混频器(301)、第二混频器(302)、第三混频器(303)和第四混频器(304)为四个基于Gilbert单元的双平衡有源混频器。第一负载单元305包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一PMOS管M1和第二PMOS管M2；第二负载单元306包括第三电阻R3、第四电阻R4、第三PMOS管M3和第四PMOS管M4；第一PMOS管M1和第二PMOS管M2交叉耦合；第三PMOS管M3和第四PMOS管M4交叉耦合；交叉耦合的第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三PMOS管M3和第四PMOS管M4可以扩大校准范围。

进一步地，如图5所示，第一单边带混频器100和第二单边带混频器200的结构相同，输入相序不同。例如，第一单边带混频器100输出电流为(cosωt*cosωt-sinωt*sinωt)时，第二单边带混频器200输出电流为(sinωt*cosωt+cosωt*sinωt)。第一单边带混频器100的输出频率和第二单边带混频器200的输出频率正交。

本发明主要针对现有数字校正算法复杂，模拟校正范围有限的问题，提出了一种模拟正交信号相位校正装置。本发明采用模拟方式进行相位校正，具有电路简单的特点，同时校正范围宽，可以达到±90°的校正范围，具有比数字校正更优异的性能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。