一种射频接收机的线性化校正方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种射频接收机的线性化校正方法及装置。本发明专利技术，包括：射频接收机、有源合路器、二阶互调分量发生器、幅度调节器、相位调节器、基带乘法器、模拟开关；输入差分射频信号经过主路径和校正支路的放大处理，得到差分线性基带信号输出；在校正支路中，由二阶互调分量发生器将输入射频信号转化为二阶互调产物，并进行幅度相位的调理，然后与主路径接收机的输出信号做乘法运算得到调理后的三阶互调失真分量；此三阶互调失真分量与接收机输出信号中的三阶失真分量经过有源合路器的叠加而在最后的输出信号中抵消。本发明专利技术抑制了信号中的失真，提升了线性基频项，实现了更高的信噪比和通信效果。实现了更高的信噪比和通信效果。实现了更高的信噪比和通信效果。

【技术实现步骤摘要】
一种射频接收机的线性化校正方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种线性化校正方法及装置，尤其涉及一种射频接收机的线性化校正方法及装置。

技术介绍

[0002]通信电路通常存在交调失真和互调失真。
[0003]非线性DUT(例如LNA、PA、塔放)，当输入多个频率的信号时，各个频谱分量之间会产生互相作用，产生新的频谱分量(频谱再生)；当输入信号足够小放大器工作在线性区，交调失真不会恶化，保持在一个比较均衡的水平；随着输入到DUT的功率的增大，放大器逐渐进入压缩区，交调失真将发生快速恶化。
[0004]两种或多种不同频率的信号通过放大器或扬声器后产生新的频率分量，这种失真通常都是由电路中的有源器件(如晶体管、电子管)产生的。失真的大小与输出功率有关，由于新产生的这些频率分量与原信号没有相似性，因此较少的互调失真也很容易被人耳觉察到。
[0005]互调失真(intermodulation distortion)系指由放大器所引入的一种输入信号的和及差的失真。例如，在给放大器输入混合信号后，便会产生互调失真成分。
[0006]互调失真是指由于讯号互相调制所引起的失真，调制一词本来是指一种在通讯技术中，用以提高讯号传送效率的技术。由于含有声音、图像，文字等的原始讯号“加进”高频讯号里面，然后同时将这个合成讯号发送出去。这种将高低频相“加”的过程和方式称为调制技术，所合成的讯号称为调制讯号。调制讯号除保留高频讯号的主要特征外，还包含有低频讯号的所有信息。
[0007]射频接收机的线性化技术研究一直是被持续关注的技术焦点，随着无线频率的协议的拥挤密集，可用频谱中的干扰越来越多，对单片集成的无线接收机前端的线性性能挑战也越来越严峻。在sub
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6GHz频段内，主流接收机架构包括LNA+MIXER+TIA结构和混频器前置结构。两种结构各有性能上的利弊。然而于小信号线性度而言，两个结构都有相当的改进空间。从原理上看，电路中的每个模块在做线性的放大处理时候，都或多或少的贡献非线性分量。于是，两种接收机中电路单元的线性化技术变得越发的重要，如果想取得系统级的高线性能力。
[0008]回顾起来，对混频器电路的线性化技术有代表性的为文献【W.Cheng,A.J.Annema,G.J.M.Wienk,and B.Nauta,“A Flicker Noise/IM3 Cancellation Technique for Active Mixer Using Negative Impedance,”IEEE J.Solid
‑
State Circuits,vol.48,no.10,pp.2390
–
2402,Oct.2013,doi:10.1109/JSSC.2013.2272339.】。在该报告中，如图2所示，混频器开关的源节点采用了负阻拓扑结构，可以抵消混频器中产生的固有IM3分量。实测达到了11.8dBm的IIP3结果。该方法除抑制三阶非线性外，还显著改善了电流换向混频器的闪变噪声。
[0009]另一方面，针对低噪声放大器电路，常见的线性化技术有导数叠加，后畸变技术
等。比如文献【B.Guo,G.Wen,and S.An,“6.8mW 15dBm IIP3 CMOS common
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gate LNA employing post
‑
linearisationtechnique,”Electron.Lett.,vol.50,no.3,pp.149
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151,2014.】提出了一种后畸变技术来改进IIP3，取得了优于8dB的点频改进效果，如图3所示。其后，为了提高宽带的线性化效果，数字辅助技术被引入，来调节失真分量随着输入信号的频率的变化，以平衡最后的线性输出结果信号【代表性文献有，B.Guo,J.Chen,H.Chen,and X.Wang,“A 0.1
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1.4GHz inductorless low
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noise amplifier with 13dBm IIP3 and 24dBm IIP2 in 180nm CMOS,”Mod.Phys.Lett.B,vol.32,no.02,p.1850009,2018，如图4所示】。其后，文献【H.Yu,Y.Chen,C.C.Boon,P.
‑
I.Mak,and R.P.Martins,“A 0.096
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mm$^{2}～1$
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20
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GHz Triple
‑
Path Noise
‑
Canceling Common
‑
Gate Common
‑
Source LNA With Dual Complementary pMOS
–
nMOS Configuration,”IEEE Trans.Microw.Theory Tech.,vol.68,no.1,pp.144
–
159,Jan.2020,doi:10.1109/TMTT.2019.2949796.】借助先进的工艺线，对相同电路，设计了超宽带的性能效果。但是注意到，其IP3线性度在带宽内呈现急剧的波动，无法线性放大所有通带内的信号。
[0010]以LNA+MIXER+TIA接收系统的设计来看，LNA模块贡献的主要是三阶失真分量(以下简称IP3)；二阶失真分量(以下简称IP2)则主要来源于混频器的随机失配；基带TIA则同时影响二阶、三阶失真分量，需要足够的反馈深度，以保证无源反馈网络的线性处理能力；综合来说，基于传统孤立的模块线性化电路技术，我们很难保证电路级联起来，整体上呈现高线性特征，因为一些复杂的非线性行为可能会使的电路模块之间产生不期望的线性度退化行为(如二阶互作用机制，高频下电容记忆特性导致的交叉调制)。
[0011]于是，可以总结得到这样的技术态势：以往的线性化技术更多的是在电路模块单元做创新改进。都无法保证电路经过系统集成后，整体的线性性能。电路的线性化多呈现出点频或窄带的特点，无法胜任今天的宽带通信需求。此外，对于当前的直接变频接收机而言，IP2和IP3都是要加以考虑的线性度指标。而以往的技术更多体现在对IP3的设计优化上面。这些局限性都亟待新的解决方案提出。

技术实现思路

[0012]针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种射频接收机的线性化校正方法及装置，目的在于抑制信号中的失真，提升线性基频项，实现更高的信噪比和通信效果。
[0013]本专利技术解决上述技术问题提供以下技术方案：
[0014]一种射频接收机的线性化校正方法，包括以下步骤：
[0015]步骤一：输入双音信号frf1和frf2，设置双音信号幅值校正范围为Prf[1、2、3
…
N]，设置双音信号相位校正范围为Δf[1、2、3
…
M]；其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频接收机的线性化校正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：输入双音信号frf1和frf2，设置双音信号幅值校正范围为Prf[1、2、3
…
N]，设置双音信号相位校正范围为Δf[1、2、3
…
M]；其中Δf＝f1
‑
f2，且起始参数为[Prf
i
,Δf
j
]；步骤二：断开校正支路开关sw1～3，仅测量主路径工作时输出端的基频幅值P1st和三阶交调失真幅度P3rd；并计算得出IP3的初值结果；步骤三：闭合校正支路开关sw1～3，辅助路径得以接入，此时通过控制开关K5
‑
9、电阻R8
‑
11和电阻R13
‑
15，进行线性前馈支路的幅度调节；通过控制可变电阻R18和可变电容C9，进行相位调节的校正试探；在校正支路使能的情况下，重新测量接收机末级输出端的幅值P1st和P3rd，并得到IP3校正后结果；步骤四：结合前面未加校正时候的IP3初值结果，对比IP3校正后结果，得到IP3前后校正提升的效果ΔIP3；重复步骤三，直至校正效果达到期望值；并记录下在[Prf
i
,Δf
j
]输入时，得到的校正元胞信息为[A
ij
,φ
ij
]；步骤五：进行不同信号功率Prf
i
,信号间距Δf
j
的新一轮的校正调节，直到所有的输入功率、基带带宽范围都得以覆盖，则校正流程结束；得到的存储数值矩阵为[A
ij
]
M,N
和该校正数据存放于接收机后端DSP的查找表中供调用。2.根据权利要求1所述一种射频接收机的线性化校正方法，其特征在于：所述校正支路包括用于校正三阶交调失真的交调失真校正支路和用于校正二阶互调失真的互调失真校正支路；所述交调失真校正支路包括：二阶互调分量发生器、幅度调节器、相位调节器、放大器A2和基带乘法器；所述互调失真校正支路包括：二阶互调分量发生器、幅度调节器、相位调节器。3.一种射频接收机的线性化校正装置，其特征在于：用于实现权利要求1或2中任意一项所述方法的装置，包括用于接收并放大信号的主路径和用于校正信号的交调失真校正支路；主路径包括依次耦合的输入端、射频接收机、有源合路器和输出端；交调失真校正支路包括依次耦合的二阶互调分量发生器、幅度调节器、相位调节器、放大器A2和基带乘法器；所述输入端包括端口Vin+和Vin
‑
；所述输出端包括端口Vout+和Vout
‑
；所述射频接收机第一输入端耦合于端口Vin+，射频接收机第二输入端耦合于端口Vin
‑
；所述有源合路器第一输入端耦合于射频接收机第一输出端Vout1，有源合路器第二输入端耦合于射频接收机第二输出端Vout2；所述有源合路器第一输出端构成端口Vout+，有源合路器第二输出端构成端口Vout
‑
；所述二阶互调分量发生器第一输入端通过开关K1耦合端口Vin+；二阶互调分量发生器第二输入端通过开关K2耦合端口Vin
‑
；
所述二阶互调分量发生器第一输出端耦合于幅度调节器第一输入端，二阶互调分量发生器第二输出端耦合于幅度调节器第二输入端；所述幅度调节器第一输出端耦合于相位调节器第一输入端，所述幅度调节器第二输出端耦合于相位调节器第二输入端；所述相位调节器第一输出端耦合于基带乘法器第一输入端，相位调节器第二输出端耦合于基带乘法器第二输入端；所述放大器A2正向输入端Vin1耦合于射频接收机第一输出端Vout1，放大器A2反向输入端Vin2耦合于射频接收机第二输出端Vout2，放大器A2正相输出端Vout3耦合于基带乘法器第三输入端，放大器A2反相输出端Vout4耦合于基带乘法器第四输入端；所述基带乘法器第一输出端通过开关K3与有源合路器第三输入端耦合，基带乘法器第二输出端通过开关K4与有源合路器第四输入端耦合；输入差分射频信号由端口Vin+和Vin
‑
输入，分别经过主路径和校正支路的放大处理，在Vout+和Vout
‑
端口得到差分线性基带信号输出；输入差分射频信号，在校正支路中，由二阶互调分量发生器将输入射频信号转化为二阶互调产物，并通过幅度调节器进行幅度的调理，以及通过相位调节器进行相位的调理，调理过后的信号与通过放大器A2的主路径射频接收机输出的差分线性基带信号做乘法运算，再与射频接收机输出的差分线性基带信号经过有源合路器的叠加得到输出信号，经过有源合路器后三阶失真分量抵消，最终使得输出信号仅包含线性基频项。4.根据权利要求3所述一种射频接收机的线性化校正装置，其特征在于：所述有源合路器包括电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、放大器A1；所述电阻R23一端与放大器A1正向输入端Vin3连接，另一端构成有源合路器第一输入端，所述电阻R25一端与放大器A1负向输入端Vin4连接，另一端构成有源合路器第二输入端；所述电阻R26一端与放大器A1负向输入端Vin4连接，另一端构成有源合路器第三输入端，所述电阻R24一端与放大器A1正向输入端Vin3连接，另一端构成有源合路器第四输入端；所述电阻R27一端与放大器A1正向输入端Vin3连接，另一端与放大器A1负向输出端Vout5连接，所述电阻R28一端与放大器A1负向输...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭本青，廖星月，樊润伍，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：