比較兩個電信號的幅度的方法
2023-05-31 07:50:16
專利名稱：比較兩個電信號的幅度的方法
技術領域：
本發明涉及一種比較兩個電信號幅度的方法。
這種比較在所有類型的電路中都是經常進行的，例如，為了進行增益控制。利用簡單的比較器比較兩個同步信號的幅度可能很簡單，然而，當所述信號是異相時，這就是一件困難的事情。在後一種情況中，這些信號在不同時刻達到最大和最小值並且所述信號之間的即時比較不再表示其可能的幅度差異。大多數能夠比較這些信號的方法都使用存儲級來存儲信號的最大值，這在有些情況中會涉及到所述信號的模-數轉換，以便以數字形式存儲和比較這些信號的最大或者最小值。從矽的表面積和能量消耗的角度看，這樣的方法需要複雜和因此昂貴的(電路)結構。
本發明的一個目的是藉助於一種方法克服這些缺點，該方法能使兩個信號的幅度被比較，而不需要對這些信號進行任何儲存。
根據本發明，如在本文首段中描述的方法的特徵在於，該方法包括這樣的一級，其中對所述信號傳送的能量進行比較。
這種方法利用了由信號傳送的能量表示其幅度的事實。因此，依照本發明，不再需要為即時進行比較而同時具有每一個信號的幅度值，否則當信號是異相時這是困難的。對於每一個信號，只要產生一些表示它傳送的能量的數據即可，所述數據是與相位無關的。
依據本發明的一種變換方式，上述方法的特徵在於它有這樣的一級，其中產生一個代表這些信號的幅度的均方值之差的值。
在一個單一的步驟中，這個方法結合了表示由信號傳送的能量的數據的產生以及這些數據之間的比較。
依據發明的方法能有益地用來校正兩個信號之間的幅度差異。因此，在它的一種可能的應用中，本發明也涉及到一種循環執行下列操作的方法·所述兩個信號的幅度之間的比較，和
·最小幅度的信號的放大，並且同時進行的最大幅度的信號的衰減，該方法的特徵在於，信號幅度之間的比較是按照上述的方法執行的。
在其實施例之一中，本發明也涉及一種用來比較第一和第二輸入信號的幅度的設備，其特徵在於這種設備包括用於比較所述信號傳送的能量的裝置。
在另一個實施例中，本發明涉及一種用於校正第一和第二輸入信號之間的幅度差異的校正設備，它包括·如上所述的用於比較第一和第二輸入信號的幅度的設備，和·第一和第二可變增益放大器，它們具有用於分別接收第一和第二輸入信號的信號輸入端、用於將其輸入信號提供給比較設備的信號輸出端以及用於從比較設備接收表示第一和第二放大器的輸出信號的幅度之差的信號的增益控制輸入端。
本發明能被應用於所有類型的電路，然而，它尤其有益於用來校正可能在射頻信號解調中產生的幅度差異。因此，本發明也涉及一種用來接收無線信號的接收設備，該設備包括·一個二次模塊，用來提供相位分離90°的兩個輸出信號，信號相位表示由無線信號傳送的數據，和·一個用來校正二次模塊的輸出信號之間的幅度差異的校正設備，該接收設備適用上述的校正設備。
參照下文所述的實施例，本發明的這些和其他方面將會清楚展示。
附圖中
圖1示出一個功能示意圖的一部分，用於說明用作實現本發明的一種無線信號接收裝置；圖2是一個包括在這樣的裝置中的一個特定元件的電路圖。
圖1概略地顯示出用於接收無線信號的接收裝置，該接收裝置包括·一個用於提供兩個輸出信號I和Q的二次模塊QUAD，兩個輸出信號相位分離90°，相位表示由無線信號傳送的數據，和·一個用於校正二次模塊QUAD的輸出信號I和Q之間的幅度差異的校正裝置CORR。
接收裝置包括一個天線和濾波裝置AF，用於接收無線信號並且將其轉換為能被該裝置利用的電信號SR。二次模塊QUAD包括第一和第二混合器，MIX1和MIX2，分別用於提供二次模塊QUAD的輸出信號I和Q；一個振蕩器OSC；用於以給定的通常是可調節的頻率提供一個輸出信號；和一個移相器PS，它執行振蕩器OSC的輸出信號的90°相移。第一混合器MIX1接收無線信號SR和振蕩器OSC的未相移的輸出信號，而第二混合器MIX2接收無線信號SR和相對于振蕩器OSC的輸出信號呈90°相移的信號。由此，二次模塊QUAD的輸出信號I和Q具有相同頻率，此頻率等於無線信號SR的頻率和振蕩器OSC的輸出信號的頻率之差，並且所述輸出信號相位分離90°，它們的相位表示由無線信號SR傳送的數據。這種類型的無線信號處理用於為無線信號的解調作準備，它通常被用在QAM、QPSK或者甚至BPSK類型的解調器中。
通過二次模塊QUAD對無線信號的處理可能引起它的輸出信號I和Q之間的幅度差異，這會對由該裝置執行的解調產生不利影響。這種差異將通過校正裝置CORR進行校正，該校正裝置包括·第一和第二可變增益放大器，AGC1和AGC2，它具有用於接收二次模塊QUAD的輸出信號I和Q的信號輸入端以及用於提供校正裝置CORR輸出信號Iout和Qout的輸出端；和·一個乘積模塊PR，用於接收輸出信號Iout和Qout並且產生一個輸出信號SP，此信號SP的值表示所述信號Iout和Qout傳送的能量之間的差異，從而表示這些信號的幅度之間的比較結果。
第一和第二放大器AGC1和AGC2具有用於接收乘積模塊PR的輸出信號SP的增益控制輸入端。在這裡描述的例子中，這些控制輸入端是彼此反相的(inverted)，以便兩個信號Iout和Qout之間的幅度差異引起一個幅度最低的信號的放大，並且同時引起一個幅度最高的信號的衰減。由此，有可能使用相同結構來構造放大器AGC1和AGC2，只是兩個放大器的控制輸入端的接線是不同的。為了確信該裝置產生了最佳調製，輸出信號Iout和Qout必需跟隨儘可能對稱的路徑。放大器AGC1和AGC2能以本領域的普通技術人員所熟知的多種形式實現，例如採用吉爾伯特單元(Gilbert cells)。
在這個例子中，乘積模塊PR包括一個所謂的生成模塊GEN，它有兩個輸出端S1和S2用於提供一個表示信號Iout和Qout的平方之差的輸出信號。乘積模塊PR還包括一個低通濾波器LPF，用於接收由生成模塊GEN產生的信號。這個濾波器可以由例如設置在生成模塊GEN的輸出端S1和S2之間的電容組成。眾所周知低通濾波器對接收的信號具有平均效應。由低通濾波器LPF提供的信號SP因而表示由信號Iout和Qout傳送的能量之間的差異，這些能量以這些信號Iout和Qout的幅度的均方值的形式表示。因而，信號SP表示校正裝置CORR的輸出信號Iout和Qout的幅度之間比較的結果。儘管信號Iout和Qout相位分離90°，但為了處理(elaborate)信號SP不需要存儲。
附圖2是一個顯示生成模塊GEN的實施例的電路圖，在這個例子中生成模塊GEN包括·第一和第二電晶體T1和T2，形成第一差分對，·第三和第四電晶體T3和T4，形成第二差分對，·第五和第六電晶體T5和T6，形成第三差分對，·第七和第八電晶體T7和T8，形成第四差分對，·第九和第十電晶體T9和T10，形成第五差分對。
每一個電晶體具有一個控制端，一個傳輸端和一個基準端。在這個例子中，使用的電晶體是雙極性電晶體，它的基極、集電極和發射極分別地形成控制端、傳輸端和基準端。也可以使用MOS型電晶體，其柵極、漏極和源極則形成控制端、傳輸端和基準端。
第一電晶體T1的傳輸端被連接到第三和第四電晶體T3和T4的基準端，第二電晶體T2的傳輸端被連接到第五和第六電晶體T5和T6的基準端。
第三和第七電晶體T1、T3和T7的控制端分別用於接收信號Iout。
第六和第十電晶體T2、T6和T10的控制端分別用於接收信號Qout。
第四、第五、第八和第九電晶體T4、T5、T8和T9的控制端分別用於接收相同的基準信號REF。
這個信號REF最好選取為一個DC信號，它的標稱值等於存在於信號Iout和Qout中的DC分量的值。
第三、第五和第八電晶體T3、T5和T8的傳輸端通過第一電阻R1分別地被連接到電源端VCC。第四、第六和第十電晶體T4、T6和T10的傳輸端通過第二電阻R2分別地被連接到所述電源端VCC。
第三和第六電晶體T3和T6的傳輸端分別形成生成模塊GEN的輸出端S1和S2。
第七和第九電晶體T7和T9的傳輸端分別被連接到電源端VCC。
第一、第四和第五差分對分別被第一、第四和第五電流源I1、I4和I5極化。這些電流源有利於產生全部都具有相同標稱值J的電流。
流過第i個電晶體Ti(i等於1到10)的傳輸端的電流被稱為Ji。由生成模塊GEN在其輸出端S1和S2之間的提供的輸出信號被表示如下V(S1)-V(S2)=VCC-R1·(J3+J5+J8)-[VCC-R2·(J4+J6+J10)]。如果第一和第二電阻R1和R2的標稱值被選取為等於相等阻值R，則輸出信號被表示如下R·[(J4+J6+J10)-(J3+J5+J8)]。
流過形成不同差分對的電晶體的傳輸端的電流的表示式能從下列公式中導出J1=J／2·[1+tanh((Iout-Qout)／2·Vt)]，和J2=J／2·[1-tanh((Iout-Qout)／2·Vt)]，其中Tanh表示雙曲正切函數，Vt=k·T／q，其中k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是基本電荷。
此外，在零附近，函數tanh(x)等於x。現在，信號Iout和Qout能被分別地表示為REF+iout和REF+qout，在這裡iout和qout是AC分量，其幅度相對於基準信號REF的值是微弱的。
上述提到的方程的組合使得能通過下列表達式獲得生成模塊GEN的輸出信號V(S1)-V(S2)=J／2·(iout2-qout2)／(2·Vt)2。
因而這個輸出信號與信號Iout和Qout的AC分量的平方之差成比例，因此表示這些信號的幅度的平方之差。這個輸出信號V(S1)-V(S2)被施加於低通濾波器LPF的一個輸入端，低通濾波器的輸出提供信號SP，從而表示由信號Iout和Qout傳送的能量之間的比較。
第四和第五差分對能夠去除部分諧波分量，諧波分量會存在於只由第一、第二和第三差分對構成的生成模塊的輸出信號中。然而，這樣的生成模塊將用較差的波譜純度發送一個輸出信號，其主要分量將表示信號Iout和Qout的幅度的平方之差。
應當注意的是，在其他的優點中，在生成模塊GEN的這個實施例中所描述的結構的對稱性，以及REF的值被選取等於信號Iout和Qout的DC分量的值的事實，使得生成模塊GEN的輸出信號V(S1)-V(S2)對基準信號REF的值的變化幾乎不敏感。
權利要求
1．一種比較兩個電信號的幅度的方法，其特徵在於，所述方法包括一個比較由所述信號傳送的能量的步驟。
2．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，它包括這樣的一級，其中產生一個值表示這些信號的幅度的均方值之差。
3．一種校正兩個電信號之間的幅度差異的方法，其中循環地執行下列操作·所述兩個信號的幅度的比較，和·最小幅度的信號的放大，以及同時進行的最大幅度的信號的衰減，所述方法的特徵在於，所述信號幅度之間的比較是按照權利要求1所述的方法進行的。
4．一種用於比較一個第一和一個第二輸入信號的幅度的設備，其特徵在於，所述設備包括用於比較由所述信號傳送的能量的裝置。
5．根據權利要求4所述的比較設備，其特徵在於，所述比較裝置包括一個乘積模塊，用於接收所述第一和第二輸入信號並且產生一個其值表示所述輸入信號的幅度的均方值之差的輸出信號。
6．根據權利要求5所述的比較設備，其特徵在於，所述乘積模塊包括·形成第一差分對的第一和第二電晶體，·形成第二差分對的第三和第四電晶體，形成第三差分對的第五和第六電晶體，每一個電晶體具有一個控制端、一個傳輸端和一個基準端，所述第一電晶體的傳輸端被連接到所述第三和第四電晶體的基準端，所述第二電晶體的傳輸端被連接到所述第五和第六電晶體的基準端，所述第一和第三電晶體的控制端用於接收所述第一輸入信號，所述第二和第六電晶體的控制端用於接收所述第二輸入信號，所述第四和第五電晶體的控制端用於接收相同的基準信號，所述第三和第五電晶體的傳輸端通過一個第一電阻器被連接到電源端，所述第四和第六電晶體的傳輸端通過一個第二電阻器被連接到所述電源端，而且，所述乘積模塊包括一個低通濾波器，用於接收來自所述第三和第六電晶體的傳輸端的一個輸入信號，並且提供所述乘積模塊的輸出信號。
7．根據權利要求6所述的比較裝置，其特徵在於，所述乘積模塊還包括·形成第四差分對的第七和第八電晶體，·形成第五差分對的第九和第十電晶體，所述第七電晶體的控制端用於接收所述第一輸入信號，所述第十電晶體的控制端用於接收所述第二輸入信號，所述第八和第九電晶體的控制端用於接收相同的基準信號，所述第八和第十電晶體的傳輸端通過所述第一和第二電阻器分別被連接到電源端。
8．一種用於校正一個第一和一個第二輸入信號之間的幅度差異的裝置，包括·根據權利要求4所述的用於比較所述第一和第二輸入信號的幅度的裝置，和·一個第一和一個第二可變增益放大器，它們具有用於分別接收所述第一和第二輸入信號的信號輸入端、用於將這些輸入信號提供給所述比較裝置的信號輸出端以及用於從所述比較裝置接收表示所述第一和第二放大器的輸出信號的幅度之差的信號的增益控制輸入端。
9．一種用於接收無線信號的接收裝置，所述裝置包括·一個二次模塊，用於提供兩個相位分離90°的輸出信號，信號相位表示由無線信號傳輸的數據，和·一個根據權利要求8所述的用於校正二次模塊的輸出信號之間的幅度差異的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種比較兩個電信號Iout和Qout的幅度的方法。根據本發明的方法包括一個比較所述信號Iout和Qout傳輸的能量的步驟。採用本發明,當這些信號彼此異相時不需存儲信號的最大值來進行比較。本發明應用於:QAM、QPSK或QBSK數據機內相位分離90°的I、Q信號之間的幅度差異的校正。
文檔編號H03D3/00GK1289930SQ0013138
公開日2001年4月4日 申請日期2000年9月25日 優先權日1999年9月28日
發明者N·尼科拉斯, G·克裡農, S·沙班尼 申請人:皇家菲利浦電子有限公司