為射頻性能調諧提供校準技術的方法和設備的製作方法

2023-08-10 14:39:41 1

專利名稱：為射頻性能調諧提供校準技術的方法和設備的製作方法
技術領域：
這些教導通常涉及射頻(RF)接收機，更具體地說，涉及用於優化 諸如在蜂窩電'話和其他類型的移動通信裝置和終端中出現的那種射 頻接收才幾性能的方法和設備。
背景技術：
定義如下縮寫。
ADC 模數轉換器
AM 幅度調製
ASIC 專用集成電路
BB 基帶
CDMA 碼分多址
CMRR 共一莫抑制比
CPU 中央處理器
DS-CDMA直接序列CDMA
DSP 數位訊號處理
FDD 頻分雙工
FM 頻率調製
FPGA 現場可編程門陣列
IC 集成電路
ICP 輸入壓縮點
IF 中頻
IIP2 二階輸入截斷點
IIP3 三階輸入截斷點
IMD2 二階互調產物
IMD3 三階互調產物 LNA 低噪聲放大器 LO 本地振蕩器 PM 相位調製 PD 相位4企測器 PDF 相位頻率4全測器 RX 接收機 RF 射頻
RSSI 接收信號強度指示器 TX 發射機 VCO 壓控振蕩器 WCDMA 寬帶CDMA 3G 第三代(蜂窩系統)
正如熟知的，使用於射頻IC中的無源組件通常具有相對大的工 藝變異(Process Variation)。這導致諧才展的或諧才展頻率的精確度和 電路帶寬之間的直接權衡。結果，通常做法是在射頻信號路徑中使 用相對低Q諧振器以便確保一個十分寬的帶寬和因此足夠的性能而 不必需要校準。另外，優選地，為了降低成本，在製造期間避免執 行校準。通過在射頻接收機中使用窄帶寬(窄帶)低噪聲放大器，使得 能去掉低噪聲、放大器之後的帶通濾波器，並因此降低成本。可是， 因為無源元件工藝變異會很大，所以通常需要某些校準，並且成本 節省不能像起先期望的那麼出色。
如此，所需要的是一種可用於調諧模擬電路中的諧振器的校準技 術的簡單實現，以及一種在無線電系統中利用(相對地)窄帶諧振器的 技術。
在大多數應用中，使用一種相對寬帶的低噪聲放大器，它對工藝 變異不靈敏，並且如果有必要，在低噪聲放大器和一個下遊混頻器
機中的一種不需要^信號):、另外，'以前已經提出了在低噪聲放大
器
混頻器接口中或者在低噪聲放大器拓樸結構本身中使用附加諧振器
的一些結構。關於這點可以參考J, A. Macedo、 M. A. Copeland的"A 1.9-GHz Silicon Receiver with Monolithic Image Filtering" (IEEE J. Solid -State Circuits, vol. 33, pp. 378-386 March 1998 )以及R Samavati、 H. R. Rategh、 T. H. Lee的"A 5-GHz CMOS Wireless LAN Receiver Front End" ( IEEE J. Solid -State Circuits, vol. 35， pp. 765-772， March 2000 )。
在主要針對圖像抑制目的時，與濾除帶外信號分量相關的問題基 本上與濾除發射機洩漏時的相同。可是，雖然在現有技術中已經描 述了具有兩個諧振器的低噪聲放大器結構，但是以前沒有建議校準 和與兩個諧振器低噪聲放大器電流最佳縮放比例的適當解決方案。
應當指出代替兩個諧振器，可以使用一個高Q值諧振器。可 是，該方法可以被認為具有與兩個諧振器拓樸結構相同的或類似的 調諧需求。
還可以參考共同受讓的國際專利申請No.:W002/084859 Al,發 發明人為Kalle Kivekas和Aarno Parssinen,國際申請日為2001年4 月 18 日，名稱為 "Balanced Circuit Arrangement and Method for Linearizing such an Arrangement"(平4衧電3各i殳置及這種i殳置的線性 化方法)，它描述了一種校準接收機的二階非線性的技術。
圖1示出了一種傳統直接變換接收機1。在一個接收信號經過天 線2之後，使用第一(可變)放大級4前面的帶通濾波器3來選擇期望 的無線頻帶(例如，WCDMA/GSM/或其它)。帶通濾波器3可以是諸 如包括發射端帶通濾波器的一個雙工器之類的雙濾波器方案的一部 分。然後使用接收信道載頻處接收機RX合成器7調諧的正交本地 振蕩器(LO)信號6( 90度相移)，混頻器5把濾波後的接收信號下變 頻到零IF(即，直接變換)。在下變頻之後，將信號應用到基帶放大器 8、 10和濾波器9，並且在一個數字通信系統中，信息由模數轉換器 (A/D) 11轉換成數字形式，然後被進一步數字濾波12。在A/D11之 後執行恢復發射信息的信道解碼13和其他必需的數字功能。增益控
制是一個在所有接收機結構中擴展輸入信號範圍的重要功能，並同 樣使用在本發明中來在校準期間調整信號電平。
一 個接收信號強度
指示器(RSSI)塊14向一個增益控制邏輯塊15提供一個信號，增益控 制邏輯塊15用於調整放大器4、 8和10的增益以便把接收信號保持 在一個期望電平。
應該注意傳統直接變換接收機體系結構的上述說明不應理解或 解釋為限制下面將進一步描述的本發明實施例的實踐和範圍。
圖2A示出了一個具有單個諧振器(Z^和ZiM)的典型差分低噪聲 放大器(LNA)的結構，將它用作接收機鏈路中的第一放大器4,而圖 2B示出了使用於合成器7中的一個典型壓控振蕩器(VCO) 7A。壓控 振蕩器7A生成高頻信號，從中生成正交LO信號。這兩個設備都使 用一個可以在射頻IC上實現的或者用外部振蕩迴路實現的諧振器。 雖然圖2A和2B中的諧振器看上去稍微不同，但是它們在電氣上執 行完全相同的諧振功能。通常，為了本發明的目的，所有描述的諧 振器可以認為是一個包含一個電感器、 一個電容器和一個電阻器的 LC振蕩迴路。電阻器沒必要在所有附圖中都示出，並且在大多數情 況下電阻器實際上是寄生阻抗，它降低了振蕩迴路在所有物理實現 中的質量，並因此必須加以考慮。
可以根據圖2A使用一個高質量LC振蕩迴路和一個單獨的並聯 電阻R(未示出)來實現一個寬帶低噪聲放大器，以便通過降低振蕩回 路的品質因數(Q值)來提高帶寬。如果考慮工藝變異，則這個技術通 常使用於許多低噪聲放大器實現中，因為當前IC技術提供產生非常 高的振蕩迴路Q值的電感器和電容器。這個問題在圖3A中說明。 由於工藝變異，取樣之間的中心頻率變化量可以太大以便覆蓋感興 趣的整個頻帶(即，系統帶寬)而不需要調諧(校準)。因此，在窄帶低 噪聲放大器的情況下需要調諧。在寬帶結構(虛線示出)的情況下，工 藝變異對感興趣頻帶中的放大具有小得多的影響。兩個方法在衰減 諸如發射機洩漏之類的帶外幹擾信號之間的區別如圖3B所示。使用 窄帶低噪聲放大器的好處很明顯，並且衰減方面的即使相對小的改
善也可以顯著放鬆接收機規格。
可以示出離期望信號 一 些距離(MHz為單位)的最大發射機(TX) 功率洩漏中的6dB衰減可以充分放鬆混頻器5規格使得從低噪聲放 大器混頻器接口中去掉一個濾波器。在這個估計中，考慮了 TX洩漏 與一個不需要的寄生信號的交叉調製。雖然使用當前IC技術可以實 現具有足夠性能的諧振電路，但是不調諧的話，則諧振頻率的精確 度是不可接受的。可是，如上所述，提供調諧的這個要求增加了成 本並因此是不希望的。

發明內容
按照這些教導的優選實施例，克服了上述和其它問題，並且實現 了其它優點。
本發明描述了一種用於提供校準技術的設備、方法和算法，該技 術允許在射頻信號路徑中使用窄帶寬諧振器並因此降低了受益於帶 外幹擾信號的附加衰減的那些電路塊的線性要求。優選的校準技術 還允許用某些調諧技術提高線性性能而不增加功耗。因為在大多數 情況下，線性要求主導功耗，校準技術以較低的電流消耗保持相同 的線性性能，並因此有助於減少系統中的整體功耗。優選的校準技 術實現的另 一 重要利益是當在頻帶限制之後某些性能參數被放鬆 時，消除外部濾波變成可能，而以片上裝置實現可接受的性能。這 個技術的 一 個重要應用示例是去掉了位於低噪聲放大器和下變頻混 頻器之間的外部帶選擇濾波，其中，由於在具有同時收發模式的全 雙工系統中發射機功率洩漏到接收機輸入中，所以通常需要所述外 部帶選擇濾波。3GCDMA系統是此類全雙工系統的特定示例。
根據本發明，提供改變低噪聲放大器諧振器並檢測最強響應的邏 輯，以及一個基於最強響應選擇諧振頻率並可以根據電流LO信號從 額定頻率偏移諧振的算法。本發明還提供 一 種根據低噪聲放大器的 電流縮放比例偏移諧振的方法。本發明還提供 一 個附加振蕩器模式， 其中，輸出信號被幅度和/或頻率調製。本發明還提供一種通過使用
附加振蕩器或LO合成器與調製器產生的信號來把接收機的線性性
能調整到最大值並在基帶測量結果的算法。本發明有利地提供一種
使用一個高Q諧振器或以各種方式耦合在一起的多個諧振器的窄帶 低噪聲放大器結構的調諧方法，作為一個示例，用於為多帶應用獲 得窄帶性能或一個較大調諧範圍。還提供一個附加振蕩器，其把低 噪聲放大器諧振器使用在校準模式中，優選地，與一個鎖相環結合。
根據本發明的實施例，具有期望屬性的 一 個附加高頻信號可以連 接到低噪聲放大器諧振電路並且低噪聲放大器的輸入級被關掉。通 過調諧諧振頻率(或者可能是LO頻率)，接收機的射頻前端的最大輸 出信號電平被檢測。這個最高電平指示低噪聲放大器的諧振大約與 已知LO頻率相同。利用該設置，諧振被帶到離感興趣頻帶更近一點， 並且影響諧振頻率的任何工藝變異因此被補償。通過使用這個校準 過程， 一個相對窄帶寬的低噪聲放大器可以被使用在接收機中來濾 除帶外幹擾，例如當操作在全雙工模式時發射機自己的漏洩功率。
通過從接收機中內部生成的噪聲中檢測接收機的最大增益，在不 使用 一個附加高頻信號源的情況下也可以實現調諧。在一個典型的 情況中，當諧振器之前生成接收機中噪聲的有效部分並且因此產生 噪聲定義的最強信號的控制字指示最大增益(即，期望的諧振頻率) 時，那個方法是可能的。
校準的低噪聲放大器諧振還可以在接收期間基於接收機要被調 諧到的合成器頻率而被調諧。因為在全雙工通信情況下與接收相比 較，發射信號通常處在頻率上的一個固定間隔處，所以如果低噪聲 放大器的諧振可以根據接收無線電信道而被偏移，則對於所有的頻 率信道，可以分別地優化低噪聲放大器相對於TX衰減的增益。這個 性質例如在全雙工3G WCDMA系統中是有利的。
如果低噪聲放大器偏置電流變化，則諧振頻率還可能稍微改變。 可是，因為通過利用本發明校準了諧振器的工藝變異，所以當低噪 聲放大器的偏置改變時，已知頻移作為偏置電流的函數，也可以被 考慮。
在諧振器負載中使用 一 個高質量振蕩迴路可以建立 一 個窄帶低 噪聲放大器。可是，當前IC技術使用標準處理步驟，沒有為電感器
提供很高的Q值，並因此限制了低噪聲放大器的帶寬限制性能。為 了繞過這個問題，使用兩個諧振器的 一種低噪聲放大器結構被採用 以便降低低噪聲放大器帶寬。還可以使用一個高Q值諧振器(或多個 互連的諧振器)來構造一個窄帶寬低噪聲放大器，用於獲得窄帶性能 或大調諧範圍。根據本發明一個方面，提供一個過程用於在校準期 間和低噪聲放大器/接收機操作期間調諧一個或多個諧振器。
為了將接收機的線性最大化，校準信號可以被幅度或頻率調製。 用於接收4幾中的IIP2調諧可以使用幅度調製(AM)信號，而對於IIP3 調諧可以使用頻率調製(FM)信號。
本發明的這個實施例因此提供電路和方法來生成啟用內部接收 機調諧的適當測試信號，檢測結果並在無線接收機中執行一 個內部 校準周期以便獲得最佳性能級別。
優選地，在諸如GSM之類的TDMA通信系統中的空閒時隙期間、 和/或在移動臺啟動期間、和/或在任何其他無線電系統中的任何其它 有效空閒時間期間，執行校準。因為執行的校準主要與特性化組件 工藝變異有關，所以它們可以只被執行一次。可是，校準可以像期 望的那樣被執行多次，只要接收機的低噪聲放大器可以被關掉或者 至少部分地禁用了操作。例如，當特定的接收機前端不處於使用中 時，校準過程可以在多模或多頻帶接收機中執行。
從本發明的教導使用中導出的一個重要利益是在無線接收機中 使用一個相對窄帶的低噪聲放大器並隨後對射頻IC內部執行校準 變成可能。窄帶低噪聲放大器更有效地衰減帶外幹擾，它使低噪聲 放大器之後的接收機塊及低噪聲放大器本身的線性要求放鬆。在接 收與發射同時發生並且發射機功率洩漏到接收機輸入中的全雙工情 況下，這具有特別的重要意義。因為線性性能要求通常主導接收機 功耗，所以通過放鬆線性性能要求，可以顯著降低平均功耗。
從本發明的教導使用中導出的另一重要利益在於，由於大洩漏發 射機功率，在低噪聲放大器輸出和對混頻器的輸入之間、甚至在直 接變換接收機中通常需要 一 個外部濾波器，否則混頻器線性要求變 得不合理。可是，通過使用一個與校準過程結合的窄帶低噪聲放大 器，則可以消除大規模且昂貴的外部濾波器，並還可以放鬆混頻器 的線性要求。這導致成本和功耗兩者都節省。
本發明這個實施例的使用還提供可能在振蕩器中通過一個簡單 的幅度調製方法來採用同一振蕩器使用於諧振校準中，用於調諧接
收機的nP2。在這種情況下，在製造期間可能不需要校準nP2。通
過正確地偏置或切換某些結構，還可以將IIP3最大化。本發明提供 一個機會來內部調整或校準IIP3性能以便優化電路性能。 一般來說， IIP3的內部優化會導致降低的功耗。IIP3最佳化的一個雙音測試信 號可以-陂內部或外部地生成。
本發明的第 一 實施例提供 一 種諸如移動臺或基站之類的通信設 備的射頻接收機，其具有在通信設備的數據處理器的控制之下操作 的校準電路，與只校準生產和/或測試環境中工廠中的電路相反， 所述校準電路用於使用在校準現場通信設備的射頻電路中。此外， 所有公開的校準還可以在生產期間執行。在不需要外部測試信號連 接到處於測試中的設備的情況下，導致製造測試周期期間簡化且提 高的效率。
公開了 一種用於操作通信設備的射頻接收機的方法，所述通信設 備是用於實現所述方法的電路。該方法包括在通信設備的數據處 理器的控制之下操作的同時，生成一個校準信號；把校準信號注入 射頻接收機的低噪聲放大器(LNA)中；在 一 個以上頻率處使用校準信 號在接收機的多個不同內部狀態下測量接收機的下變頻響應，或者 使用一個固定的校準頻率在多個不同低噪聲放大器調諧組合下測量 接收機的下變頻響應；和如下兩個操作中的至少一個基於測量的 下變頻響應來調諧至少 一 個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率使得至 少補償包括至少 一 個諧振器的分量值中的變化，或者調整接收機的 線性。
優選地，接收機內部狀態是與一個自適應接收機相關的那些，其 中，包括但是不限制為偏置電流(組)、增益(組)和線性的接收機內部 塊可以被調諧或調整，導致接收機的 一 些狀態或性能。
在另外一個方面中，本發明在不需要接收機的時間期間操作所述 移動臺的數據處理器，用於至少部分地禁用 一 個接收機低噪聲放大 器，在所述移動臺內部生成一個校準信號，並把校準信號耦合到接 收機中，測量接收機對所述校準信號的一個下變頻響應，和至少一
個下面的步驟基於測量的下變頻響應來調諧至少一個低噪聲放大 器諧振器的諧振頻率，或者調整接收機鏈路的線性。
本發明的這個第 一 實施例在不需要接收機的時間期間操作所述 移動臺的數據處理器，用於至少部分地啟用接收機低噪聲放大器， 在移動臺內部生成一個校準信號，並把校準信號耦合到接收機中， 測量接收機對所述校準信號的一個下變頻響應，和至少一個下面的 步驟基於測量的下變頻響應來調諧至少 一個低噪聲放大器諧振器 的諧振頻率，或者調整接收機鏈路的線性。
優選地，下變頻校準信號位於一個接收機帶通轉換函數之外，以 使校準信號不被完全拒絕，並且優選地，在數字域中通過帶通濾波 從接收信號頻譜中分離下變頻校準信號。
另外根據本發明的一個優選的第二實施例，描述了一種算法，它 基於一個最強響應/增益來選擇低噪聲放大器負載諧振頻率並且可以 根據當前LO信號從額定值偏移諧振。
還描述了一種通過使用由發射機產生的信號並通過在基帶測量 結果來用於把接收機的二階線性性能調諧到最大值的算法。
本發明的 一個方面是一種校準低噪聲放大器中心頻率以及混頻 器的二階非線性的新技術。
在本發明的第二實施例中，通過在數字基帶測量噪聲功率來執行 低噪聲放大器中心頻率的校準。通過調諧諧振頻率(或者可能是LO 頻率)，射頻接收機的最大輸出信號電平可以被確定。最大輸出信號 電平表示低噪聲放大器的諧振和最高增益處於大約與已知LO頻率 相同的頻率處。通過使用這個確定的設置，使諧振足夠接近感興趣 頻帶，並且諧振頻率的工藝變異因此被補償。使用該校準過程，一
洩功率以及外部信號源在內的帶外幹擾。
為了將直接變換接收機中的二階線性最大化，校準信號最好被幅
度調製(AM)。在具有雙工器和在所使用的調製技術中具有AM分量 的系統中，TX洩漏信號可以被直接使用作為用於IIP2調諧的校準信 號。如果一個天線轉換開關被使用，則衰減的TX信號可以連接到接 收機的輸入節點或者其它射頻節點。
根據本發明的第二實施例，不需要包含附加電路，比如校準信號 發生器，從而減少了成本和複雜性，同時節約了 IC面積並降低了功 耗。
目前本發明的優選實施例通過使用背景輻射的熱噪聲、雙工器和 平衡不平衡轉換器(balun)來校準低噪聲放大器4的中心頻率，並 允許在能夠就地校準的無線電接收機中使用 一個窄帶低噪聲放大 器。這個校準包括通過打開開關以便隔離低噪聲放大器輸入或者 通過屏蔽以便隔離天線或移動臺接收任何千擾信號來使低噪聲放大 器輸入從可能干擾校準的外部幹擾中隔離。
相同的電路還可以#皮4吏用來通過加電TX信號並測量IMD2產物 或感興趣頻帶中的其它損害來調諧接收機線性。 一個實施例啟用 IIP2調諧而不需要外部測試信號。此外，可以使用現有的數字測量 塊來執行功率測量(RSS),而不需要附加的IC區域。校準過程(低噪 聲放大器和混頻器)不必與製造期間的其他測量同時發生。
本發明的各個方面至少部分地針對生成或使用預先存在的測試 信號用於內部調諧，檢測結果，並在無線電接收機中執行一個內部 校準周期以便獲得一種最佳性能級別。
因為校準主要與工藝變異有關，所以接收機可能需要被校準一 次，並且校準參數被儲存用於稍後使用。理想地，在生產期間執行 校準一次，並且設定被儲存到非易失存儲器中。而且，在TDMA通
信(比如EDGE/GSM)中在空閒時隙期間、或者在移動臺啟動期間、 或者在任何其它無線電系統中的任何其他可用空閒時隙或時間期間 執行校準是可能的。例如，當特定的接收機前端不處在使用中時， 校準過程可以在多模或多頻帶接收機中執行。


當結合附圖閱讀時，在優選實施例的下列詳細說明中使這些教導 的上述和其他方面更加明顯，其中
圖1是傳統直接變換接收機的簡化方框圖2A和2B共同稱為圖2,分別是具有兩個諧振器的傳統差分 共射低噪聲放大器(LNA)和傳統壓控振蕩器(VCO)的示意圖3A和3B共同稱為圖3,是曲線圖，其中，圖3A示出了與寬 帶寬低噪聲放大器對比，窄帶寬低噪聲放大器上的工藝變異影響； 而圖3B示出了窄帶低噪聲放大器對諸如洩漏發射機功率之類的帶 外幹擾的衰減的影響；
圖4是具有根據本發明的校準電路的直接變換接收機框圖，在 此，開關指示校準信號的可能連接點或節點；
圖5是根據本發明的一個方面，使用幅度調製(AM)本地振蕩器 (LO)信號的具有低噪聲放大器中心頻率校準電路的直接變換接收機 框圖6是示出用於把校準信號耦合到低噪聲放大器諧振器的一個 實施例簡圖，在此，低噪聲放大器位於輸入級被關掉的校準模式中； 圖7是說明諧振器調諧算法的實施例的邏輯流程圖； 圖8示出了一個雙諧振器低噪聲放大器實施例； 圖9是 一 張曲線圖，它描述了有數字調諧和沒有數字調諧的作為 低噪聲放大器電源電流函數的諧振頻率；
圖IO是一張邏輯流程圖，說明了直接變換接收機的二階輸入截 斷點(1IP2)才交準的實施例；
圖11是根據本發明的一個實施例，示出耦合到低噪聲放大器諧
振器上的輔助壓控振蕩器的實施例示意圖12A和12B共同稱為圖12，分別是耦合到具有兩個諧振器的 低噪聲放大器上的輔助壓控振蕩器的第 一 和第二備選實施例簡圖13是一個低噪聲放大器調諧功能的框圖，其使用分頻器、相 位頻率檢測器、計數器和相關邏輯，在此，假定低噪聲放大器處於 與 一 個附加振蕩器核心的振蕩中；
圖14是一個無線通信系統框圖，其包括一個具有根據本發明操 作的直接變換接收機的移動臺；
圖15是一個說明了根據本發明另外一個方面的諧振器調諧算法 實施例的邏輯流程圖，在此，接收信號強度(RSS)測量值可以是同一
狀態中多個測量值的總和；
圖16是校準直接變換接收機的二階輸入截斷點(IIP2)的目前優 選方法的邏輯流程圖，在此，RSS測量值可以是同一狀態中的多個 測量值的總和；
圖17是繪製綜合功率與低噪聲放大器調諧字的曲線圖，並且表 示只存在噪聲時從RSS指示器中測量的低噪聲放大器中心頻率調 諧，並且還說明該曲線跟隨低噪聲放大器的增益，在此，期望的校 準結果是對應於最大功率(MaxP)的一個結果；
圖18是繪製RSS與混頻器調諧字的曲線圖，並且示出了如何利 用TX洩漏調諧混頻器IIP2,在此，TX調製具有一個AM分量，在 此上面的曲線表示當Q信道混頻器未校準時的I信道混頻器校準， 而下面的曲線表示在I混頻器校準之後的Q混頻器校準，並且在此 期望的校準結果是對應於最小功率(MinP)的一個結果；
圖19是包括根據本發明的調諧低噪聲放大器和混頻器調諧邏輯 的直接變換接收機框圖；和
圖20A示出了具有可調負載電阻(Rn和RT2)的混頻器實施例，和 圖20B示出了可調負載電阻之一的實施例。
具體實施方式
為了把本發明放入一個適當的技術環境中，首先參考圖14，其 中說明了包括適於實踐本發明的至少一個移動臺(MS) 100的無線通 信系統實施例的簡化方框圖。圖14還示出了一個示例網絡運營商， 它例如具有 一個GPRS支持節點(GSN) 30,用於連接到諸如公眾 分組數據網或PDN之類的一個通信網絡；至少 一個基站控制器(BSC) 40;和多個基站收發信機(BTS) 50,基站收發信機50根據一個預確 定空中4妾口標準來在前向或下行鏈^各方向上的物理和邏輯信道中向 移動臺100發射。每個BTS 50假定支持一個小區。從移動臺100到 網絡運營商還存在一個反向或上行鏈路通信路徑，它傳達移動發起 的接入i青求和業務。
空中接口標準可以遵照任何適當的標準或協議，並且可以啟用語
音和數據業務，比如允許網際網路70接入和網頁下載的數據業務。雖 然這些教導不是意指限制為TDMA或GSM或GSM相關無線系統， 但是一種適當類型的空中接口基於TDMA並可以提供GSM或高級 GSM協議。實際上，其它無線系統和空中接口 ，比如WCDMA系統， 可以至少服務由如圖4所示的無線通信系統服務的 一部分地理區域， 並且MS IOO可以是能夠以GSM或WCDMA網絡才乘作的一個多頻帶 終端，或者可以是只以WCDMA系統:操作的單頻帶終端。
網絡運營商還可以包括一個適當類型的消息中心(MC) 60，它接 收並轉發移動臺100的消息。其它類型的消息業務可以包括補充的 數據業務和當前正在開發的通常所說的多媒體消息服務(MM S),其 中圖像消息、視頻消息、音頻消息、正文信息、可執行文件等等 或者它們的組合，都可以在網絡和移動臺IOO之間轉送。
移動臺100通常地包括一個《鼓控制單元(MCU) 120，它一個輸出 耦合到顯示器140的一個輸入並且一個輸入耦合到鍵盤或小鍵盤 160的一個輸出。移動臺100可以是諸如蜂窩電話機或個人通信裝置 之類的手持無線電話。移動臺100還可以被包含在一張卡或模塊內 部，所述卡或模塊在使用期間連接到另一裝置。例如，移動臺100 可以被包含在PCMCIA或類似類型的卡或模塊內部，所述卡或模塊
在使用期間被安裝在 一 個便攜數據處理器內部，比如膝上型計算機 或筆記本計算機，甚至用戶可佩帶的計算機。
MCU 120被假定包括或耦合到一些類型的存儲器130，包括用於 儲存操作程序的非易失存儲器以及用於臨時儲存需要數據、便條儲 存、接收分組數據、待發送分組數據等等的隨機存取存儲器(RAM)。 一個單獨的可拆卸的SIM(未示出)也同樣可以被提供，SIM例如存儲 一個優選的/>共陸地行動網路(PLMN)列表和與其它用戶相關的信 息。為了本發明的目的，假定非易失存儲器儲存啟動MCU 120的程 序以便執行操作在無線通信系統中所需的軟體例程、層和協議，並 且經由顯示器140和小4建盤160向用戶4是供一個適當的用戶接口 (UI)。存儲的程序還可操作用於執行根據這些教導的方法和算法，比 如圖7和10中說明的方法。雖然未示出，但是通常提供送話器和揚 聲器用於允許用戶以傳統的方式實施話音呼叫。
移動臺IOO還包括 一個無線部分，無線部分包括一個數位訊號 處理器(DSP) 180或者等效的高速處理器或邏輯或控制單元；以及一 臺無線收發信機，無線收發信機包括發射機(Tx) 200和接收機(Rx) 220,兩者都耦合到天線240用於經由BTS 50與網絡運營商通信。 至少一個本地振蕩器(LO) 260形成頻率合成器的一部分並被提供用 於調諧收發信機。通過天線240發射和接收諸如數位化語音和分組 數據之類的數據。
本發明的教導最感興趣的是接收機220。接收機220被假定是一 個直接變換接收機，雖然在其它實施例中可以採用諸如超外差接收 機之類的其他類型的接收機。接收機220包括按照本發明一個或多 個不同實施例的低噪聲放大器和混頻器校準功能，現在將進一步詳 細描述。
圖19示出了接收機220的實施例。注意若干塊與圖l的傳統 直接變換接收機相同。可是，圖19中還示出的是一個可選的天線轉 換開關2A,和在低噪聲放大器4前面的帶通濾波器3A，這是包括 發射側帶通濾波器3B的雙工器3給出的雙濾波器方案的一部分。圖
19還示出了一個調諧邏輯塊16，它根據本發明接收RSSI塊14的輸 出(測量的RSS值)並且提供調諧輸出到混頻器5和低噪聲放大器4。 發射機電路210通常示出為單個塊體。發射機210和接收機220的 組合形成一個收發信機。
在本發明的優選實施例中，調諧邏輯塊16可以是圖14的MCU 120的一部分或者是MCU 120執行的一個軟體功能。
本發明通過提供 一 種方便的機制和方法來校準低噪聲放大器，從 而允許在無線電接收機220中使用一個窄帶低噪聲放大器4。使用一 個內部校準過程可以執行該校準方法。雖然在射頻IC製造之後通常 執行一些校準，但是使用本發明可以消除在移動臺生產期間對提供 外部測試信號和/或設備的需要。如果希望的話，還可以稍後在空 閒操作模式期間或者可能接收期間執行校準。另外，校準不需要另 外一個開關來把校準信號連接到低噪聲放大器4。
為了本發明的目的，寬帶寬低噪聲放大器4是適於通過寬頻帶操 作的一個低噪聲放大器，而窄帶寬諧振器通常將具有一個比寬帶寬 諧振器更高的Q值。
通過調製LO/輔助VCO信號，或者通過直接使用發射機210作 為一個源，相同的電3各還可以被使用來調諧接收機220的線性。這 還允許調諧IIP2而不需要外部測試信號，並且還提供一個技術來優 化肥。
雖然校準過程在校準期間消耗 一 些量的功率，但是由於只需要執 行一次或者極少次校準，所以平均功耗增量可以忽略。
當實施校準過程時，優選地，通過天線2接收到低噪聲放大器4 的輸入的任何信號被充分隔離或者屏蔽以使它們不對校準過程有任 何影響。特別在IIP2校準期間，如圖16所示，當獲得的IMD2處於 非常低電平時，接近或高於熱噪聲電平的任何信號將幹擾校準過程。
參見圖4,按照本發明的第一實施例，內部生成的測試或校準信 號(CS)連接到低噪聲放大器4諧振器以便校準接收機220。校準信號 可以從如圖4所示的合成器7中取得，或者從下面討論的輔助振蕩
器中取得。校準信號首先在衰減器20中被衰減，因為合成器7輸出 的典型信號電平將容易滲透接收機220的信號路徑。校準信號可以 處在與下變頻混頻器5的L0 6相同的頻率上，或者處在其它頻率。 在直接變換接收機的情況下，如圖4所示，前者的備選是優選的， 因為用於LO 6的同一信號也同樣可以被使用，用於校準信號CS。 可是，優選地，校準信號被調製塊22調製如此以使在混頻器5下變 頻之後校準信號不是準確處在DC(或者通常作為一個通帶信號)上。 這是因為DC分量通常被濾除，並且至少校準精確度將遭受DC處的 其它幹擾。校準信號CS可以被幅度調製(AM)、相位調製(PM)、頻 率調製(FM)或數據調製。後 一 個備選(數據調製)暗指可以用在接收機 220中能夠被檢測到的一些已知數據序列來調製校準信號。優選地， 調製的校準信號的頻率處在測量響應的裝置的通帶內。在優選的模 式中，與實際信號路徑相同的信號路徑被用於校準，雖然在其他實
施例中，可以使用一個單獨的、平行的信號路徑。在至少優選模式 的情況下，用導致產生落入信道選擇濾波器通帶中的頻率分量的信 號來調製校準信號。
根據本發明，使用AM調製器22的接收機220的實施例如圖5 所示。通過用頻率為f。的一個數字時鐘信號來切換LO信號的開和 關，則形成AM調製。AM調製信號被射頻混頻器5下變頻以使只 有幅度與低噪聲放大器4之後的校準信號幅度成比例的頻率fo被 RSSI塊14或一些等效電壓/電流/功率檢測器檢測。
圖6示出了低噪聲放大器4以及校準信號(CS)到低噪聲放大器諧 振器的連接的一個實施例。在本實施例中，把相同的與如圖2A所示 的現有技術示例進行對比，可見輸入電晶體Q,p和QiM分別與校準信 號輸入(CALp和CALm)電晶體Q"和Qh並聯。通過把校準信號連接 到電晶體Q3p和Q3m,避免了從低噪聲放大器4上遊使用一個校準幵 關。這有時候可能是有益的，因為校準開關的存在會增加複雜性並 降低接收機220的性能。注意兩個低噪聲放大器諧振器，在此第 一諧振器由CLp、 Lrp、 CLm、 Lrm、 Ct(和相關的寄生阻抗)組成，而第
二諧振器由Le和Ct2(以及相關的寄生阻抗)組成。Ct和Ct2表示用於 調諧第 一 和第二低噪聲放大器諧振器的諧振頻率的可切換調諧電容 器。Q2p和Q2m的基極通常連接到一個適當的直流偏置源。
圖8示出了具有兩個諧振器的低噪聲放大器4的實施例，其中
Zw和ZiM形成第一諧振器，而可變(調諧)電容Ct2和Cr2形成第二諧 振器。可變電容Ct還可以被用於調諧目的。
如圖6和8實施例所示的兩個諧振器可以被分別調諧。總的轉換
函數是兩個諧振器的轉換函數的組合。
在一個未調製信號的情況下，或者如果接收機220使用 一些中頻 (IF),則校準信號不處在與LO信號相同的頻率上。因此， 一個附加 的振蕩器被優選使用。下面描述為此目的而合併了低噪聲放大器4 和壓控振蕩器的一個實施例。可是，在1IP2(或者1IP3)微調的情況下， 校準信號(CS)最好位於信道選擇濾波器的通帶之外。那可以通過如 下來被執行例如，通過在調製信號中使用一個更高的頻率，或者 優選地，在IIP2的情況下，通過使用來自圖4中的合成器7中的TX 本地振蕩器信號。這個信號也足夠強，並且通常與感興趣的接收頻 帶有一個合宜的距離，它可以被使用作為一個適當調製的載波信號。 一個AM分量也可以被加到TX信號上。校準信號(CS)可以從低噪聲 放大器4的輸入、輸出或一些級間節點中被饋送給電路，如圖4中 的開關SW的布置所示。另外，通過開啟和關閉附加振蕩器的電流 源(參見下面描述的圖11和12)可以實現1IP2校準，從而產生一個強 調幅信號。在這種情況下，下變頻振蕩頻率在信道選擇濾波器外， 並且振蕩信號的幅度可以被振蕩器的電流源控制。
校準算法的一個實施例如圖7所示。在該算法中，諧振器調諧範 圍掃過總的調諧範圍並且能夠使用接收機220的RSSI塊14來測量 的最強響應來定義最佳設置。使用所有的狀態，或者更智能地通過 用一個更有效的算法搜索一個最佳狀態以便提高搜索速度，則能夠 執行掃過調諧範圍。這個配置然後可以被儲存在存儲器130中用於 在4妄收期間使用。優選地，在正中(middle-most)的無線電信道處
執行諧振調諧。另外一個重要的實施例提供可能來取決於接收機220
正在調諧的接收無線電信道來偏移諧振器的調諧字。這意味著一旦
工藝變異被校準，則根據接收信道改變低噪聲放大器4的諧振頻率 是可能的。在WCDMA中，如果中心在2167.5MHz處的最高頻率信 道要被接收，則這有特別的重要性。如果諧振頻率處在頻帶中間， 即2140 MHz,則由於窄帶寬低噪聲放大器4，接收信道的某些附加 損耗將存在。可是，由於偏移諧振，由於在1977.5MHz處的TX洩 漏衰減將顯著提高這個事實， 一個附加利益被實現。這個選項在具 有寬帶寬和全雙工操作的所有射頻通信系統中很重要。
更詳細地討-〖侖圖7，在步驟A，開始4交準過程，並且在步-腺B, 關掉低噪聲放大器輸入級(組)。在圖6的示例中，這些將是電晶體 Qip和Qim。在步驟C,校準信號(CS)被開啟，並且然後進入由步驟 D、 E和F定義的一個循環，在此校準信號的頻率或者諧振器中心頻 率或者附加振蕩器(參見圖11和12)的振蕩頻率被掃過低噪聲放大器 4的調諧範圍。在一些點處測量下變頻響應，並且流程重複直到產生 所有的測量值(並儲存在存儲器130中。)。在步驟G,最強響應被選 擇，在步驟H關掉校準信號，並且在步驟I相應地設置低噪聲放大 器4的諧振頻率。在步驟J，校準過程終止，低噪聲放大器4被適當 校準使得補償在射頻IC中的無源和其他組件中出現的變化。
注意該方法可以包括在校準之後並且在正常操作期間，基於 一個當前本機振蕩器頻率來改變那諧振頻率。即，基於操作信道來 改變低噪聲放大器諧振器的中心頻率。按照這種方式，諸如WCDMA 系統之類頻分雙工(FDD)系統中的發射信號的拒絕被最大化。
進一步根據本發明，對於低噪聲放大器4具有兩個諧振器的情 況，可以執行一個過程來改善帶外衰減性能和內部線性。這樣一個 低噪聲放大器4結構如圖6所示。基本的低噪聲放大器結構在其些 方面類似於如圖2A所示的一個。可是這個改進的低噪聲放大器4具 有一個調諧機構，其包括可調電容器Ct和Ct2,並且提供諧振頻率和
電源電流的調諧。因為由CLp、 Lrp、 CLm、 Lrm、 Ct(以及相關的寄生阻
抗)和Lr2、 Ct2(以及相關的寄生阻抗)組成的兩個諧振器在這個拓樸結 構中彼此相互作用，所以在校準期間使用一個電容器用於諧振頻率 調諧並且使用其它電容器來在電源電流變化時精調諧振是可能的。 後 一選項可以使用於自適應接收機中，並且在窄帶寬低噪聲放大器 中相當重要，因為已知電源電流中的變化也輕微的偏移諧振頻率。 在優選的模式中，電容器Ct被用於在校準期間粗調而電容器Ct2被用 於當電源電流改變時進行精調。可是，電容器Ct和Ct2的其它功能在 實踐中是可能的並且是可操作的。
圖9示出了作為電源電流的一個函數，諧振頻率的精調的效果。
可以看到諧振頻率在電源電流範圍上偏移大概100 MHz而不必使用 精調。可是，利用精調，諧振頻率可以被保持在± 15 MHz內，這在 大部分應用中是可接受的頻移量。精調諧振以便補償電源電流中的 變化能夠使用預確定信息，或者可以通過在不同的電源電流電平執 行該41準過禾呈來#丸4亍之。
圖10示出了直接變換接收機220的IIP2校準算法的實施例，並 且可以使用如圖4所示的校準方案，其中用於調諧IIP2的調製信 號在信道選擇濾波器外。與搜索諧振頻率的算法(圖7)相比，主要區 別是使用一個調幅的帶外信號並搜索與最強響應相反的最弱響應。 後者是由於IMD2產物是一個不需要的結果的這個事實。
特別地，在接收機220中，基帶信號處理塊8、 9和10具有一個 理想上無限的並且 一 個通常很高的共模抑制比(CMRR)，並因此只有 差分信號可以經過鏈路。原則上，IMD2產物是可以用一個無限 CMRR全部拒絕的共模信號。實際上，混頻器5以及它之後的基帶 塊的工藝變異將產生起源於共模IMD2產物的一個小差分信號。此 信號是不希望的並且能夠通過使用本發明的調整過程來被最小化。 通過以這樣的方式調諧混頻器5,使得IMD2產物再一次共模，模擬 基帶鏈路的共模抑制比(CMRR)可以自動地抑制這些信號。此調諧 方法的 一 個優點是它的簡單性，因為在模擬基帶 一 側不需要附加的 電路塊。
如果在調諧期間好幾個設定引起最小響應，那麼測量精確度也許 不足。在這種情況下，可通過增加AM單音的信號電平或者增加信 號路徑的增益來提高測量精確度。在接收機輸出的信號飽和的情況
下，在校準期間可以執行相反的過程。 一種可能的nP2調諧技術在
EP 0951138A1中被描述，發明人為K. Kivekas和A. P汪rssinen,申請 日為2001年04月18日，名稱為"Method for reducing envelope distortion in radio receiver"(用於減少無線電接收才幾中的包絡失真的 方法)，該申請在此通過參考被全部合併。本發明的這個實施例擴 展了那些技術的使用並提供一種新的校準算法。
現在更詳細地討論圖10,在步驟A,開始IIP2校準過程，並在 步驟B關掉低噪聲放大器輸入級(組)。在步驟C， AM校準信號(CS) 被開啟，如圖4所示，然後進入步驟D、 E和F定義的循環，在此， 接收機220的IIP2被調諧，在不同的設定處測量下變頻響應，並且 重複處理直到得出所有的測量值為止。在步驟G,最弱的響應被選 擇(AM校準信號被關掉)，並且在步驟H, —個IIP2定時碼被發送給 接收機220。在步驟I， 1IP2被適當地校準，校準過程終止。
正如早先討論的，代替合成器7， 一個附加的或輔助的振蕩器可 用於生成校準信號(CS),所述振蕩器使用與低噪聲放大器4相同的 諧振器。圖11示出了如果使用單個諧振器的一種優選實施方式，而 圖12示出了具有兩個諧振器的低噪聲放大器4的兩個不同實施例。 振蕩器4A使用與低噪聲放大器4相同的諧振器，並由互耦的電晶體 M!p和M^以及電流源Ivco中形成。在振蕩器操作期間，低噪聲放大 器4的輸入級(組)被關掉。另外，並且如圖13所示，振蕩器4A可 以連接到使用N分頻器32分頻而形成的鎖相環(PLL)30， N分頻器 32連接到低噪聲放大器4的輸出、相位檢測器(PD)34、邏輯36，以 便調諧諧振器的電容開關和計數器38。本發明的這個實施例可以被 使用用於低噪聲放大器4的中心頻率調諧，因為輔助振蕩器4A的振 蕩頻率與低噪聲放大器4的中心頻率相同。
邏輯36可以操作如下邏輯36分別計數PDF 34的上下脈沖並 通過比較計數器38的輸出來判斷信號頻率比目標頻率更低還是更 高。如果上計數器具有比下計數器大的計數，則判斷為'上升，，
反之亦然。鎖相環30因此將在可接收的兩個調諧字之間振蕩。其它
可能性是從最低(或最高)頻率開始並向上(或向下)計數調諧字直到
相位檢測器34的狀態變化。在這種情況下，邏輯36可以向上和向 下計數脈沖。如果系統從最低頻率開始，則校準結果是向下計數的 脈沖數目超過向上計數的脈沖數目的狀態。那么正確頻率是在沒有 改變相位檢測器34狀態的上一個調諧字和改變相位檢測器34狀態 的調諧字之間的一個。如果諧振器包括一個模擬電容，則優選地， 調諧電壓被設置到模擬調諧範圍的中間。另外，這種方法可用於調 諧合成器7的本地振蕩器。
用於調諧壓控振蕩器的另外 一 個非限制的實施例在共同受讓的 美國專利申請No.:10/024,084中描述，發明人為Pauli Seppinen和 Kalle Asikainen,申請日為2001年12月17日，名稱為"Self -contained tuning of the VCO center frequency"(壓控4展蕩器中心頻 率的自包含調諧)，並且在此通過參考被合併。在這個方法中，有 一種用於調諧具有至少一個諧振電路的一個可調整振蕩器的方法。 通過利用選擇了最小值和最大值的一個控制信號來改變諧振電路的 諧振頻率，從而調整振蕩器的頻率。在執行該方法時，為控制信號 選擇至少一個目標值，可調振蕩器的頻率被調整以便實質上對應於
目標值，並且控制信號值和目標值進行比較。當控制信號值實質上 不同於目標值時，產生一個調諧信號以改變至少一個諧振電路的諧 振頻率。
在圖11和12中與輔助振蕩器連接的節點(Q2p、 Q2m的集電極或 Q2p、 Q2m的發射極)還說明了在低噪聲放大器4中能夠與其它校準信 號連接的節點的例子。
只用包括射頻電晶體在內的一些附加有源組件(可能是一個簡單
的AM調製器(它的基本形式是一個簡單的開關裝置，如圖5所示))
和簡單的邏輯，就可以實現本發明的上述實施例。雖然使用外部設
備可以實現本發明，但是大多數優選實施例把附加的射頻組件放在 與射頻前端相同的晶片上。在任何情況下，IC面積增加很小。在本 發明中非常簡單的數字控制邏輯就足夠，並且可以用定製邏輯把該 邏輯實現在與任何模擬或混合模式晶片相同的晶片上、數字ASIC或
可編程數位訊號處理器(DSP 180)或中央處理器(CPU，比如MCU120) 上。內存需求還是適度的。
現在提供對本發明其它實施例的說明，其不需要包含附加電路或 者包含校準信號發生器，從而減少了成本和複雜性，並同時節約了 IC面積並降低功耗。
本發明目前的優選實施例通過只使用背景輻射的熱噪聲、雙工器 和平衡不平衡轉換器來校準低噪聲放大器4的中心頻率，並允許在 能夠就地校準的無線電接收機中使用 一 個窄帶低噪聲放大器。通過 對發射信號加電並測量IMD2產物或者感興趣頻帶中的其它損失， 則相同的電路還可以被使用來調諧接收機220的線性。從而在不需 要外部測試信號的情況下IIP2調諧成為可能。此外，使用現有的數 字測量塊就可以執行功率測量值(RSS),並且不需要額外的IC面積。 校準過程(低噪聲放大器和混頻器)不必與製造期間的其它測量值同 時發生。
在本發明目前的優選實施例中，雙工器3和在低噪聲放大器4 前面連接的其它組件生成的噪聲被低噪聲放大器4接收，不需要對 接收機拓樸結構進行任何改變以便校準接收機電路。雖然這些實施 例可以被使用於所有無線體系結構，但是這裡的討論集中在直接變 換接收機體系結構上。
如果圖19的天線開關2A存在，則這些校準過程的性能在這個 領域可以被改進，因此天線240與收發信機隔開，並且因此電阻負 載RL代替天線240被連接。在這種情況下，收發信機與外部信號絕 緣。可是，不需要天線開關2A以便採用根據本發明第二實施例的校 準過程。
基本概念是當接收機220增益最大時，RSSI測量塊14接收的
噪聲功率是在它的最大值處。測量值的示例被繪製在圖17中。通過 使用Ct和Ct2來調諧低噪聲放大器4諧振器諧振頻率，可以調諧中心 頻率。
不使用任何外部校準信號，只需要發射洩漏信號，就可以執行二
階線性校準方法。在GSM系統中，GMSK調製無法直接被使用用於 校準，但是猝發方式發射可以很容易被使用。在EDGE的情況下， 8-PSK調製具有強AM分量並因此這適合於使用作為1IP2調諧的校 準信號。在WCDMA中，可以原樣使用發射信號。二階線性調諧使 用RSSI塊14中輸出的RSS指示符測量IMD2產物。通過整合信道 頻帶內的功率，可區別IMD2電平中的小差值並且可確定最佳線性。
通過開啟發射電路210,開始二階線性校準。如果天線240和濾 波器3之間的開關2A被使用，則它被切換到打開狀態，在此，天線 240與接收機220絕緣並且將阻抗噪聲單元連接到收發信機的輸入。 一個發射的信號模式能因此被選擇以使調幅信號分量被最大化。也可為 此目的發射偽隨機數據。
一種目前校準混頻器5線性的優選方法是調諧混頻器5的負載電 阻。在這種情況下，改變負載電阻的平衡用於把混頻器5線性化。
可以參考圖20A和20B，其中圖20A示出了具有可調負載阻抗 (RT1和Rn)的混頻器5的實施例，而圖20B示出了可調負載阻抗之 一的實施例。在這種情況下，可調負載阻抗RT被具體化為由6位控 制字(MixRes(0)-MixRes(5))控制的 一個轉換的阻抗網絡。
在操作期間的混頻器5的第一個(I或Q)被校準。如圖18所示， 上面的軌跡，測量的功率曲線達到最小值(注意仍然有一些剩餘 IMD2功率)。校準的混頻器5因此被設置為最小IMD2功率設置。 接下來，其它(至今未校準的)混頻器被校準，並且執行一個類似的 IMD2功率最小化。同樣，最小功率值對應於最佳IIP2結果。此時， 接收機的IIP2被校準。在校準過程期間，利用一個或多個點，可以使 用任何適當的搜索算法來確定被測量曲線的最小值。
圖15是說明根據本發明第二實施例的諧振器調諧算法的實施例的邏輯流程圖。
在框A,開始校準過程，並且在框B,如果天線開關2A存在，
則進行判斷。如果否，則控制轉到框c以便比如通過屏蔽把諧振器 與空中信號隔離，以便不接收信號；而如果開關2A存在，則控制轉 到框D以便通過打開開關2A來把天線240與低噪聲放大器4隔離。 在框E,比如通過改變Ct和Ct2中的一個或兩個的數字控制字用於改 變低噪聲放大器4諧振器的諧振頻率，則該方法設置一個新的低噪 聲放大器諧振器狀態。在框F, RSS被RSSI塊14測量並記錄。注 意RSS測量值可以是在同一低噪聲放大器4諧振器設置處做出的 好幾個不同測量值的總和。在框G進行4全查以便確定所有的I信道 設定是否已經被測試(可以使用Q信道代替I信道)。如果否，控制轉 回到框E以便設置下一個低噪聲放大器4調諧狀態，而如果所有的 設定已經被測試，則控制轉到框H來選擇呈現最大測量RSS信號的 那個低噪聲放大器諧振器設置。在框I，此低噪聲放大器4諧振器設 置被儲存在移動臺的非易失存儲器中，並在框J,完成校準。
應該注意不注入外部或內部才交準測試信號，就可完成上述測量 和低噪聲放大器諧振器的校準，而是相反使用來自低噪聲放大器4 之前的諸如圖19的天線開關2A的負載阻抗RL之類電路的熱噪聲 (如果存在)或者只是使用背景輻射、雙工器3和平衡轉換器的、 或者在低噪聲放大器4中內部生成的熱噪聲來完成。
圖16是說明根據本發明第二實施例的IIP2校準算法的實施例的 邏輯流程圖。
在框A,開始校準過程，並且在框B,發射機電路210被激發並 且天線2或220接收機輸入優選地與幹擾信號屏蔽或絕緣。在框C， 例如通過改變混頻器負載電阻的數字控制字，該方法為I信道混頻器 5 i殳置一個新的調諧狀態。在框D, RSS被RSSI塊14測量並記錄。 注意RSS測量值可以是在同一設置處做出的好幾個不同測量值的 總和。在框E進行才企查以便確定所有的I信道設定是否已經被測試(可 能首先測試Q信道而不是I信道)。如果否，控制轉回到框C以便設
置下一個混頻器5調諧狀態，而如果所有的設定已經被測試，則控
制轉到框F來選擇呈現最小的測量RSS信號的那個混頻器設置。使 I信道混頻器處於這種設置，同時觀'J試Q信道混頻器(或者反之亦然， 取決於哪一信道首先被測試)。在框G,該方法為Q信道混頻器5設 置一個新的調諧狀態。在框H, RSS被RSSI塊14測量並記錄。同 樣注意RSS測量值可以是在同一設置處做出的好幾個不同測量值 的總和。在框I進行檢查以便確定所有的Q信道設定是否已經被測 試。如果否，控制轉回到框G以便設置下一個混頻器5調諧狀態， 而如果所有的設定已經被測試，則控制轉到框J來選擇呈現最小的 測量RSS信號的那個Q信道混頻器設置。在框K,被選擇的混頻器 設定被儲存在移動臺的非易失存儲器中，在框L，發射機被斷電(如 果適當的話)，並且在塊M,混頻器IIP2校準完成。
在這裡也同樣應該注意不注入外部或內部才交準測試信號，就 可完成上述測量和混頻器5的校準，而是相反使用通過雙工器濾波器 3洩漏到接收機前端的一個AM調製發射機信號分量來完成。
正如在上面指出的，為了獲得RSS測量值的足夠精確度，優選的 是累計同一調諧狀態中的好幾個測量值。為了簡化IIP2調諧測量，優
選的是禁止輸入信號從未被校準的I或Q分支到RSS測量塊14。
本發明的教導可以-波應用到所有的數字無線系統。另 一 方面， 這些益處在系統之間可以有所不同。例如，使用窄帶諧振器在CDMA 系統中很重要，以便建立對於發射洩漏的最大衰減。另一方面，在 GSM系統中，在內部校準IIP2變成可能。該特徵可以放鬆在生產期 間的校準要求，和/或它可以增加在操作期間在混頻器中使用自適應 性的可能性。這是實際的，因為IIP2可以在較大組的測試點處被校準 而不增加生產成本。本發明既適合使用在移動臺100中又適合使用在 基站50中。
雖然在本發明的優選實施例環境中描述了 ，但是本領域技術人 員應該理解，可以進行形式和細節上的變化，並且所有這樣的變化 將仍然落入本發明教導的範圍中。例如，本發明不應被視為限制為
如圖所示以及在上面描述的特定低噪聲放大器電路實施例，也不只 利用僅有的特定頻率、頻率範圍、接收機類型或者只利用某些無線
通信標準和協議來使用，比如只利用GSM或WCDMA系統來使用。
此外，在一些情況中，校準可以在接收時間期間進行，而不是 在接收才幾空閒時間期間進行。在這種情況下，並且在接收機220被要 求的時間期間，移動臺100的數據處理器120、 180被操作來啟動低噪 聲放大器4以及對於上述第一實施例用於在移動臺IOO內部生成校準 信號，把校準信號耦合到接收機220中，測量接收機220對校準信號 的下變頻響應，然後執行至少一個下述操作基於測量的下變頻響 應來調諧至少 一個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率，或者調整接收 機鏈路的線性。在本實施例中，優選地，下變頻校準信號位於接收 機通帶轉換函數之外以使校準信號不被完全拒絕。就是說，下變頻 校準信號不被完全拒絕，但是相反，如果一個濾波器或多個濾波器(例 如，濾波器9和12)是一階濾波器，被拒絕或衰減20dB/decade。在這 種情況下，隨著校準信號經過接收機鏈路時，校準信號被衰減一個 已知數量並且因此能被測量並且有如上所述特徵。在這個實施例中， 通過在數字域進行帶通濾波，下變頻校準信號可以與接收的信號頻 譜分開。
也同樣應該注意本發明的第二實施例部分地涉及一種不需要 分開校準信號發生器(組)就可執行混頻器5校準的簡單方法。還應當 指出在一些情況中，比如在WCDMA接收機中，如果在低噪聲放大 器4和混頻器5之間有一個外部濾波器，則可以不需要線性校準。可 是，如果混頻器5線性性能足夠，則可去掉外部濾波器，並且在這種 情況下，所需的是校準混頻器5以便達到一個適當的IIP2電平。利用 此配置、可去掉一個濾波器，從而節約成本和電路面積。在本發明 的這個實施例中，已經示出可以使用內部生成的信號(比如發射洩漏 信號)在晶片上執行校準。因此，可以自發地執行校準過程，這在生 產環境中是較合宜的，因為不要求額外的零件或外部測試設備。注
同。為了去掉外部濾波器，所公開的校準技術是非常合乎需要的， 主要源頭。
另 一 方面，通過只接收在接收機220中內部生成的白噪聲(例如， 熱噪聲)，並且優選地通過把低噪聲放大器4輸入與外部信號絕緣或屏 蔽，則可以以一種簡單的方式執行低噪聲放大器4調諧。當窄帶射頻 IC結構被使用時，此方法使得能夠使用具有內部諧振器的可調射頻 結構，並且是非常有益的。因為諧振頻率中不可避免的與工藝有關 的擴展，所以此校準過程可用於補償由於工藝擴展引起的個體接收 機的諧振頻率變化。例如在WCDMA接收機中的發射洩漏的情況下， 這些類型的窄帶結構是有益的，並且還能夠去掉外部濾波器。
基於優選實施例的上述說明，可以理解每一個實施例都共同 具有 一 個或多個校準測試信號的內部(對移動臺或基站)生成，所述校 準測試信號用於使用在校準低噪聲放大器的中心頻率中，以及如果 期望的話，例如通過校準混頻器IIP2特性來用於校準接收機的線性。 在一個實施例中，在i^如MCU 120之類在移動臺100內的^:據處理器
在另一個實施例中，同樣在移動臺100內的數據處理器120的控制之 下，內部生成的校準信號可以是注入到接收才幾鏈路輸入中的白(熱) 噪聲，或者是洩漏到接收機鏈路的輸入中的發射機信號。
權利要求
1.一種用於操作通信設備的射頻接收機的方法，包括在通信設備的數據處理器的控制之下，生成一個校準信號；把校準信號注入射頻接收機的低噪聲放大器中；使用校準信號的至少一個頻率來在接收機的多個不同內部狀態處測量接收機的一個下變頻響應；和如下兩個操作中的至少一個基於測量的下變頻響應來調諧至少一個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率以便至少補償包括至少一個諧振器的分量值中的變化，或者調整接收機的線性。
2. 如權利要求1的方法，其中使用通信設備的頻率合成器和 包括所述至少 一 個低噪聲放大器諧振器的振蕩器中的至少 一 個，來 生成校準信號。
3. 如權利要求1的方法，其中使用噪聲和洩漏到接收機中的 發射機信號中的至少一個，來生成校準信號。
4. 如權利要求1的方法，其中基於一個最強的測量的下變頻 響應來調諧諧振頻率，並且其中基於一個最弱的下變頻響應來調 整線性。
5. 如權利要求1的方法，其中調諧至少一個低噪聲放大器諧 振器的諧振頻率的步驟包括使用預確定信息之一來對該諧振進行 精調以便補償電源電流中的變化，或者以不同的電源電流電平執行 校準過程。
6. 如權利要求1的方法，其中生成校準信號包括生成一個 調製的校準信號，並且其中調整接收機的線性包括為二階輸入 截斷點IIP2或三階輸入截斷點IIP3進4於調整。
7. 如權利要求1的方法，其中低噪聲放大器的一個輸出耦合 到下變頻混頻器的一個輸入，並且其中測量步驟觀察從下變頻混 頻器下遊放置的接收信號強度指示器的輸出。
8. 如權利要求1的方法，其中接收機是直接變換接收機，其中低噪聲放大器的一個輸出耦合到下變頻混頻器的一個輸入，並 且其中校準信號被調製使得避免在正常下變頻操作期間在下變頻 混頻器的輸出處生成 一 個直流或帶通信號。
9. 如權利要求1的方法，其中生成校準信號包括衰減校準信號。
10. 如權利要求l的方法，其中注入校準信號包括禁用輸入 到低噪聲放大器的 一 個標準接收信號，或者從低噪聲放大器的輸入 中電去耦合一個天線。
11. 如權利要求1的方法，其中通信設備包括按照TDMA協 議操作的移動臺。
12. 如—又利要求1的方法，其中通信設備包括按照CDMA協 議操作的移動臺。
13. 如權利要求1的方法，其中射頻接收機包括直接變換接收 機，並且其中通信設備包括按照CDMA協議操作的移動臺。
14. 如權利要求1的方法，其中通信設備包括按照TDMA協 議或者CDMA協議之一來才乘作的基站。
15. 如權利要求l的方法，還包括在校準之後並且在正常操作 期間，基於一個電流本機振蕩器頻率來改變諧振頻率。
16. —種通信設備的射頻接收機，包括在通信設備的數據處理器 的控制之下用於校準通信設備的射頻電路的操作的電路，所述校準 電路包括一個校準信號源和用於把一個射頻接收機校準信號耦合到 所述射頻接收機的低噪聲放大器去的電路；還包括電路，用於使 用校準信號的至少一個頻率來在所述接收機的多個不同內部狀態中 測量所述射頻接收機的一個下變頻響應，並且用於基於測量的下變 頻響應來調諧至少 一 個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率使得至少補 償包括所述至少一個諧振器的分量值中的變化，或者用於調整所述 射頻接收機的線性。
17. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述校準信號源包括 所述通信設備的頻率合成器和依次包括所述至少一個低噪聲放大器諧振器的振蕩器中的至少 一 個。
18. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述校準信號源包括 噪聲源和洩漏到所述接收機中的發射機信號中的至少 一 個。
19. 如權利要求16的射頻接收機，其中基於一個最強的測量 的下變頻響應來調諧所述諧振頻率，並且其中基於一個最弱的下 變頻響應來調整所述線性。
20. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述用於調諧所述諧 振頻率的電路使用預確定信息之一來對所述諧振進行精調以便補償 電源電流中的變化，或者以不同的電源電流電平執行校準過程。
21. 如權利要求16的射頻接收機，還包括 一個調製器，用於 調製所述校準信號；並且其中用於調整所述射頻接收機的所述線 性的所述電路包括為二階輸入截斷點IIP2或三階輸入截斷點IIP3 進行調整。
22. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述低噪聲放大器的 一個輸出耦合到下變頻混頻器的一個輸入，並且其中所述測量電 路觀察從所述下變頻混頻器下遊放置的接收信號強度指示器的輸 出。
23. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述射頻接收機是一 個直接變換接收機，其中所述低噪聲放大器的一個輸出耦合到下 變頻混頻器的一個輸入，並且其中所述校準信號被調製以避免在 正常下變頻操作期間在所述下變頻混頻器的輸出處生成 一 個直流信 號或帶通信號。
24. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述源包括一個衰減 器，用於衰減頻率合成器的輸出以便提供所述校準信號。
25. 如權利要求16的射頻接收機，其中當所述校準信號耦合 到所述低噪聲放大器時， 一 個到所述低噪聲放大器的正常接收信號 輸入被禁用。
26. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述通信設備包括按 照TDMA協議操作的移動臺。
27. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述通信設備包括按 照CDMA協議操作的移動臺。
28. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述射頻接收機包括 直接變換接收機，並且其中所述通信設備包括按照CDMA協議操 作的移動臺。
29. 如權利要求16的射頻接收機，其中所述通信設備包括按 照TDMA協議或者CDMA協議之一來操作的基站。
30. 如權利要求16的射頻接收機，其中在校準之後並且在正常 操作期間，所述通信設備基於 一個電流本機振蕩器頻率來改變諧振 頻率。
31. —種使用在通信設備的射頻接收機鏈路中的低噪聲放大器， 包括至少一個增益元件和耦合到所述增益元件的至少一個諧振LC 振蕩迴路，還包括耦合到所述LC振蕩迴路的至少一個另外的增益 元件，用於作為振蕩器進行操作，用於生成至少校準所述低噪聲放 大器的一個校準信號。
32. 如權利要求31的低噪聲放大器，還包括耦合到所述振蕩 器的鎖相環電路，其中所述振蕩器輸出被設置為所述低噪聲放大 器的中心頻率。
33. —種用於操作通信設備的射頻接收機的方法，包括 在通信設備的數據處理器的控制之下，生成一個內部校準信號； 把內部校準信號注入射頻接收機的低噪聲放大器中；把低噪聲放大器調諧到多個不同調諧點並測量接收機的相應的 下變頻響應；禾口如下兩個操作中的至少 一 個基於測量的下變頻響應來調諧至少 一個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率以便至少補償包括至少 一 個諧 振器的分量值中的變化，或者調整接收機的線性。
34. 如權利要求33的方法，其中使用通信設備的頻率合成器 和包括所述至少一個低噪聲放大器諧振器的振蕩器中的至少一個來 生成校準信號。
35. 如權利要求33的方法，其中使用位於所述低噪聲放大器 上遊的噪聲源以及 一 個通過雙工濾波器洩漏到接收機中的具有AM 分量的發射機信號之一來生成校準信號。
36. 如權利要求33的方法，其中基於一個最強的測量的下變 頻響應來調諧諧振頻率，並且其中基於一個最弱的下變頻響應來 調整線性。
37. 如權利要求33的方法，還包括在校準之後並且在正常操 作期間，基於 一 個電流本機振蕩器頻率來改變諧振頻率。
38. —種用於操作移動臺的方法，包括在不需要接收機的時間 期間操作所述移動臺的數據處理器，用於至少部分地禁用接收機低 噪聲放大器，在所述移動臺內部生成一個校準信號，把所述校準信 號耦合到所述接收機中，測量接收機對所述校準信號的下變頻響應， 和至少一個下面的步驟基於測量的下變頻響應來調諧至少一個低 噪聲放大器諧振器的諧振頻率，或者調整接收機鏈路的線性。
39. —種用於操作移動臺的方法，包括在需要接收機的時間期 間操作所述移動臺的數據處理器，用於啟用接收機低噪聲放大器， 在所述移動臺內部生成一個校準信號，把所述校準信號耦合到所述 接收機中，測量接收機對所述校準信號的下變頻響應，和至少一個 下面的步驟基於測量的下變頻響應來調諧至少一個低噪聲放大器 諧振器的諧振頻率，或者調整接收機鏈路的線性。
40. 如權利要求39的方法，其中下變頻校準信號置於接收機 通帶轉換函數之外以使校準信號不被完全拒絕。
41. 如權利要求39的方法，其中在數字域，通過帶通濾波把 下變頻校準信號從接收信號頻譜中分開。
42. —種用於操作通信設備的射頻接收機的方法，包括 從噪聲源中生成 一 個內部校準信號；把內部校準信號注入射頻接收機的低噪聲放大器中； 把低噪聲放大器調諧到多個不同調諧點並測量接收機的相應的 下變頻響應；詳口 基於下變頻響應的最大測量值來調諧至少 一 個低噪聲放大器諧 振器的諧振頻率以便補償包括至少 一 個諧振器的分量值中的變化。
43. 如^f又利要求42的方法，其中生成內部校準信號包括從 接收機的一個輸入中去耦合一個天線並把一個電阻耦合到接收機的 該輸入，並且其中噪聲源包括該電阻。
44. 如權利要求42的方法，其中生成內部校準信號包括從 千擾信號中屏蔽或隔離天線以及至少 一 個低噪聲放大器諧振器中的 至少一個。
45. 如權利要求42的方法，其中所述噪聲源包括在校準部件 之前在通信設備中生成的任何噪聲。
46. 如^f又利要求42的方法，還包括 -儲存至少一個ft字值，所 述數字值代表用於調諧所述低噪聲放大器諧振器的中心頻率的最佳 值。
47. —種用於操作通信設備以便調整射頻接收機線性的方法，包括激發通信設備的發射機；把具有AM分量的發射機信號的一部分洩露到射頻接收機的一 個輸入中然後洩露到I信道和Q信道下變頻混頻器的輸入中；在多個不同點處調整I信道或Q信道混頻器中的第 一個並且測量 接收機的相應的下變頻響應；基於下變頻響應的最小測量值來設置第 一個混頻器；在多個不同點處調整I信道或Q信道混頻器中的另 一 個並且測量 *接收才幾的相應的下變頻響應；和基於下變頻響應的最小測量值來設置另 一 個混頻器。
48. 如權利要求47的方法，還包括儲存數字值，所述數字值 表示用於調整I信道和Q信道每一個的負載電阻的最佳值，用於至 少校準接收機二階輸入截斷點。
全文摘要
公開了一種用於操作通信設備的射頻接收機的方法，公開了一種用於實現所述方法的電路。該方法包括在通信設備的數據處理器的控制之下操作的同時，生成一個校準信號；把內部校準信號注入射頻接收機的低噪聲放大器(LNA)中；在校準信號的多個不同頻率處測量接收機的下變頻響應，或者使用一個固定的校準頻率在多個不同低噪聲放大器調諧組合處測量接收機的下變頻響應，和如下兩個操作中的至少一個基於測量的下變頻響應來調諧至少一個低噪聲放大器諧振器的諧振頻率以便至少補償包括至少一個諧振器的分量值中的變化，或者調整接收機的線性。在一個實施例中，使用位於所述低噪聲放大器上遊的一個噪聲源以及一個通過雙工濾波器洩漏到接收機中具有AM分量的發射機信號之一來生成校準信號。
文檔編號H04B17/00GK101189804SQ03808613
公開日2008年5月28日 申請日期2003年3月12日 優先權日2002年3月15日
發明者波利·塞皮南, 米凱爾·古斯塔夫森, 米卡·馬基塔洛, 阿諾·帕辛南 申請人:諾基亞公司