振蕩器頻率牽引的補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【專利說(shuō)明】振蕩器頻率牽引的補(bǔ)償
【背景技術(shù)】
[0001] 收發(fā)機(jī)架構(gòu)的功率效率已成為便攜式手持設(shè)備的重要問(wèn)題。下一代無(wú)線通信系統(tǒng) 中，藍(lán)牙、WLAN、GSM-EDGEW及類似模式，采用非恒定包絡(luò)調(diào)制方案從而實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。RF 調(diào)制器的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)概念采用本質(zhì)上作為使用兩個(gè)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器值A(chǔ)C)、兩個(gè)混頻器、和 線性功率放大器（PA)的單邊帶上轉(zhuǎn)換器（SSB)進(jìn)行操作的矢量調(diào)制器架構(gòu)。然而因?yàn)樗?們需要完整的線性信號(hào)路徑，運(yùn)些架構(gòu)是功率低效的。此外，矢量調(diào)制器概念有時(shí)要求移動(dòng) 印刷電路板（PCB)上的收發(fā)機(jī)和功率放大器的分離，從而避免將輸出信號(hào)寄生禪合到VCO 中。因此，矢量調(diào)制器發(fā)送器的方法在一些架構(gòu)中已被極性調(diào)制概念所取代。
[0002] 極性調(diào)制器概念將調(diào)制信號(hào)分離為幅度調(diào)制（AM)信號(hào)和相位調(diào)制（PM)信號(hào)。在 極性調(diào)制中使用的符號(hào)或點(diǎn)對(duì)應(yīng)于矢量調(diào)制概念中采用的笛卡爾坐標(biāo)，或者從其中轉(zhuǎn)換而 來(lái)。極性調(diào)制概念提供了電源效率W及其它的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種發(fā)送器包括：一種發(fā)送器，發(fā)送器包括：幅度 調(diào)制路徑；頻率調(diào)制路徑，頻率調(diào)制路徑包括包含可控振蕩器和相位檢測(cè)器的鎖相環(huán)化L; W及幅度到頻率失真補(bǔ)償單元，幅度到頻率失真補(bǔ)償單元被配置為基于來(lái)自幅度調(diào)制路徑 的幅度數(shù)據(jù)W及基于相位檢測(cè)器的輸出的誤差數(shù)據(jù)來(lái)生成補(bǔ)償信號(hào)，并且其中幅度數(shù)據(jù)由 對(duì)從可控振蕩器到相位檢測(cè)器的輸出的傳遞函數(shù)建模的傳遞函數(shù)過(guò)濾，并且還被配置為向 P化的前饋路徑中的節(jié)點(diǎn)提供補(bǔ)償信號(hào)。
[0004] 根據(jù)本公開的又另一方面，提供了一種發(fā)送器，發(fā)送器包括：同相I路徑和正交Q 路徑，同相I路徑和正交Q路徑分別包含同相I-數(shù)據(jù)和正交Q-數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路 被配置為將I-數(shù)據(jù)和Q-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為幅度數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)；包括鎖相環(huán)化L的頻率調(diào)制路 徑，P化包括可控振蕩器和相位檢測(cè)器；W及幅度到頻率失真補(bǔ)償單元，幅度到頻率失真補(bǔ) 償單元被配置為基于來(lái)自幅度調(diào)制路徑的幅度數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)W及基于相位檢測(cè)器的輸 出的誤差數(shù)據(jù)來(lái)生成補(bǔ)償信號(hào)，并且其中幅度數(shù)據(jù)和相位數(shù)據(jù)由對(duì)從可控振蕩器到相位檢 測(cè)器的輸出的傳遞函數(shù)建模的傳遞函數(shù)過(guò)濾，并且還被配置為向化L的前饋路徑中的節(jié)點(diǎn) 提供補(bǔ)償信號(hào)。
[0005] 根據(jù)本公開的又另一方面，提供了一種最小化頻率調(diào)制路徑中的失真的方法，該 失真由來(lái)自極性發(fā)送器中的幅度調(diào)制路徑的寄生禪合導(dǎo)致的相位調(diào)制失真產(chǎn)生，方法包 括：沿幅度路徑傳輸包括幅度包絡(luò)的幅度數(shù)據(jù)；沿包括鎖相環(huán)化L的頻率調(diào)制路徑傳輸頻 率數(shù)據(jù)，P化具有相位檢測(cè)器和可控振蕩器W及反饋路徑；將預(yù)失真信號(hào)注入到可控振蕩 器的調(diào)諧輸入中，其中預(yù)失真信號(hào)基于從相位檢測(cè)器的輸出的誤差信號(hào)中由于幅度調(diào)制路 徑中的幅度數(shù)據(jù)導(dǎo)致的誘發(fā)失真，其中誤差信號(hào)反映從可控振蕩器到相位檢測(cè)器的輸出的 傳遞函數(shù)對(duì)頻率失真的影響。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖IA是示出采用了極性調(diào)制器架構(gòu)的發(fā)送器的框圖。
[0007] 圖IB是示出與功率放大器的二次諧波相關(guān)的、到DCO的寄生禪合（其導(dǎo)致失真） 的框圖。
[0008] 圖2A是示出采用了具有與數(shù)字鎖相環(huán)值化L)協(xié)作的失真補(bǔ)償單元的極性調(diào)制器 架構(gòu)的發(fā)送器的框圖。
[0009] 圖2B是示出由寄生禪合導(dǎo)致的、被注入DCO中的頻率失真的框圖。
[0010] 圖3A是示出采用了極性調(diào)制器架構(gòu)的發(fā)送器的框圖，其中失真補(bǔ)償單元采用自 適應(yīng)濾波器來(lái)生成補(bǔ)償信號(hào)。
[0011] 圖3B-圖3C是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的各種示例來(lái)提供失真補(bǔ)償中考慮的、與DCO 相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)的框圖。
[0012] 圖4是示出用于根據(jù)本公開的一個(gè)方面生成補(bǔ)償信號(hào)的自適應(yīng)濾波器更多細(xì)節(jié) 的框圖。
[0013] 圖5是示出采用了具有自適應(yīng)濾波器作為補(bǔ)償單元的一部分的極性調(diào)制器架構(gòu) 的發(fā)送器的框圖，其在生成補(bǔ)償信號(hào)之前利用平滑濾波器來(lái)減小來(lái)自相位或頻率數(shù)據(jù)的高 頻噪聲。
[0014] 圖6是示出采用了具有自適應(yīng)濾波器作為補(bǔ)償單元的一部分的極性調(diào)制器架構(gòu) 的發(fā)送器的框圖，其操作來(lái)生成針對(duì)一階和二階多項(xiàng)式的多個(gè)補(bǔ)償系數(shù)。
[001引圖7A-圖7C是示出根據(jù)替代示例的采用了矢量調(diào)制器的發(fā)送器的框圖，其將笛卡 爾數(shù)據(jù)輸入轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)格式用于生成補(bǔ)償信號(hào)。
[0016] 圖8是示出邸R分組結(jié)構(gòu)W及發(fā)送器如何采用分組的斜坡部分來(lái)執(zhí)行用于生成補(bǔ) 償信號(hào)的估計(jì)的時(shí)序圖。
[0017] 圖9是示出了邸R分組結(jié)構(gòu)的時(shí)序圖，該邸R分組結(jié)構(gòu)將正弦訓(xùn)練序列附加在分 組的前面W供用于執(zhí)行估計(jì)來(lái)生成補(bǔ)償信號(hào)。
[0018] 圖10是示出可作為查找表（LUT)被采用W提供補(bǔ)償系數(shù)用于補(bǔ)償信號(hào)生成的自 適應(yīng)濾波器的框圖
[001引圖IlA-圖IlB是示出采用了具有與模擬鎖相環(huán)（APLL)協(xié)作的失真補(bǔ)償單元的極 性調(diào)制器架構(gòu)的發(fā)送器的框圖。
[0020] 圖12是示出根據(jù)另一示例的采用了具有失真補(bǔ)償單元的極性調(diào)制器架構(gòu)的發(fā)送 器的框圖。
[002。 圖13A-圖13B是示出根據(jù)另一示例的采用了具有失真補(bǔ)償單元的極性調(diào)制器架 構(gòu)的發(fā)送器的框圖。
[0022] 圖14是示出了用于最小化極性發(fā)送器的頻率路徑中的失真的方法的流程圖，該 失真是由來(lái)自其幅度調(diào)制路徑的寄生禪合導(dǎo)致的。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本公開包括估計(jì)到相位調(diào)制信號(hào)的失真并且基于該估計(jì)來(lái)提供校正信號(hào)W校正 或減輕相位調(diào)制信號(hào)的失真的系統(tǒng)和方法。失真包括那些源自幅度調(diào)制到頻率調(diào)制效應(yīng)的 失真。在一個(gè)示例中，所估計(jì)的失真至少部分地在通信序列的初始部分期間計(jì)算。隨后所 估計(jì)的失真被與一個(gè)或多個(gè)其它輸入一起用于生成校正信號(hào)。
[0024] 在便攜設(shè)備中，提升單一忍片上功能的被集成在一起的程度、W減少運(yùn)些功能的 功率消耗和尺寸通常是有利的。例如，期望能夠?qū)⑸漕l（RF)電路集成到與數(shù)字基帶處理器 相同的忍片上。圖IA示出了采用極性類型架構(gòu)的調(diào)制器類型結(jié)構(gòu)10,其中，笛卡爾坐標(biāo)系 中具有同相（I)和正交分量（曲的基帶數(shù)據(jù)（未示出）被分別轉(zhuǎn)換為具有幅度（r)和相位 ((p)分量的等價(jià)極坐標(biāo)形式。
[00巧]極性調(diào)制器10具有幅度調(diào)制路徑12和相位調(diào)制路徑14。數(shù)字、離散的幅度數(shù)據(jù)r比]被經(jīng)由內(nèi)插器16進(jìn)行內(nèi)插、并且經(jīng)由數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器值A(chǔ)C) 18被轉(zhuǎn)換為模擬形式W 形成內(nèi)插的模擬幅度數(shù)據(jù)20。相位調(diào)制路徑14包括具有前饋路徑的數(shù)字鎖相環(huán)值化L) 22， 該前饋路徑包括時(shí)間到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC) 24、環(huán)路濾波器26和數(shù)控振蕩器值CO) 28。DP化 22還包括具有由（例如由頻率控制字（FCW)提供饋送的）E-A調(diào)制器32驅(qū)動(dòng)的可編程 分頻器30的反饋環(huán)路。調(diào)制器10的載波頻率由頻率控制字（FCW)指定從而選定期望的信 道。響應(yīng)于頻率控制字（FCW)中的變化，從DCO28輸出的載波頻率34被改變。相位調(diào)制數(shù) 據(jù)在節(jié)點(diǎn)36處（其中數(shù)字、離散的頻率或相位數(shù)據(jù)"k]被在該點(diǎn)處注入）被調(diào)制到前饋路 徑中的載波信號(hào)34上，并且調(diào)制數(shù)據(jù)fc比]在反饋路徑上被添加到頻率控制字FCW。由于 調(diào)制數(shù)據(jù)在兩個(gè)位置處被插入調(diào)制器，運(yùn)種類型的架構(gòu)有時(shí)被稱為兩點(diǎn)式調(diào)制器架構(gòu)。因 此，載波信號(hào)34實(shí)際上是頻率調(diào)制的載波信號(hào)。隨后將頻率調(diào)制的載波信號(hào)34在混頻器 38處與內(nèi)插的模擬幅度數(shù)據(jù)20混頻，在組件40、42處放大，并且經(jīng)由天線44傳輸。
[0026] 本公開的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，在諸如由圖IA示出的（不被斷言為由公眾所知的）架構(gòu) 中，DCO28W信道頻率的兩倍頻率操作，功率放大器輸出信號(hào)的二次諧波返回至DCO中的 寄生禪合導(dǎo)致DP化22中不想要的頻率調(diào)制。運(yùn)樣的寄生禪合示出在例如圖IB中。本公開 通過(guò)提供被用作DP化22的前饋路徑中的預(yù)失真（predistortion)的數(shù)字補(bǔ)償信號(hào)來(lái)考慮 由于不想要的寄生禪合引起的幅度到頻率的失真，從而解決運(yùn)個(gè)迄今未被意識(shí)到的問(wèn)題。
[0027] 圖2A針對(duì)根據(jù)本公開的一個(gè)示例的發(fā)送器50。在一個(gè)示例中，發(fā)送器50具有與 圖1中描述的那些相似的組件，并且是W與圖IA中的組件相似的方式操作的程度，出于簡(jiǎn) 明的目的將不再描述運(yùn)樣的組件。發(fā)送器50還包括幅度到頻率（AM/FM)失真補(bǔ)償單元52， 其操作W補(bǔ)償上述對(duì)于圖IA和IB描述的、由寄生禪合導(dǎo)致的不期望的頻率失真效應(yīng)。在 一個(gè)示例中，AM/FM失真補(bǔ)償單元52生成并輸出被添加到頻率調(diào)制數(shù)據(jù)"k]的補(bǔ)償信號(hào) 54W有效地預(yù)失真頻率調(diào)制數(shù)據(jù)，從而預(yù)失真頻率調(diào)制數(shù)據(jù)56被注入DP化22的前饋路徑 中。實(shí)踐中，補(bǔ)償信號(hào)消除（或基本消除）DC0fdut比]所經(jīng)歷的頻率失真。在DC0(可控振 蕩器）處被注入到發(fā)送器的頻率的失真被例如在圖2B中示出或建模。據(jù)此，從DCO28輸 出的結(jié)果頻率調(diào)制的載波信號(hào)58 (在本公開中對(duì)其做出補(bǔ)償）被預(yù)失真，W考慮并因此減 輕了由于功率放大器輸出信號(hào)而仍舊發(fā)生的寄生禪合的影響。
[0028] 在一個(gè)示例中，AM/FM失真補(bǔ)償單元52基于下述項(xiàng)來(lái)生成補(bǔ)償信號(hào)：來(lái)自幅度調(diào) 制路徑12的幅度數(shù)據(jù)r比]和從TDC24 (相位檢測(cè)器）輸出的誤差數(shù)據(jù)59、W及反映從DCO 28到TDC24和從TDC的輸出到補(bǔ)償單元52的輸入的傳遞函數(shù)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例中運(yùn)樣 的數(shù)據(jù)被與自適應(yīng)濾波器（adaptivefilter)結(jié)合使用，W生成用于操作來(lái)消除所誘發(fā)的 頻率失真的補(bǔ)償多項(xiàng)式信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償系數(shù)。
[0029] 圖3A是根據(jù)本公開的一個(gè)示例示出了AM/FM失真補(bǔ)償單元52的示意圖。補(bǔ)償單 元52包括接收幅度數(shù)據(jù)r比](或者在此特定示例中，接收經(jīng)處理的幅度數(shù)據(jù)r2比])的自適 應(yīng)濾波器60,幅度數(shù)據(jù)r比](或經(jīng)處理的幅度數(shù)據(jù)r2比])已由補(bǔ)償濾波器62過(guò)濾，該補(bǔ)償 濾波器62對(duì)幅度數(shù)據(jù)的過(guò)濾表征了DP化22的反饋路徑中從補(bǔ)償信號(hào)的注入點(diǎn)（即，DCO 28)到TDC24、W及從TDC的輸出到自適應(yīng)濾波器60的輸入的級(jí)聯(lián)傳遞函數(shù)燈巧。補(bǔ)償 濾波器62的輸出因此是經(jīng)過(guò)濾的幅度數(shù)據(jù)66。自適應(yīng)濾波器60還接收表示參考信號(hào)fuw 和DP化22的反饋路徑中的反饋信號(hào)fDiv之間的相位誤差或者與其有關(guān)的誤差數(shù)據(jù)68。自 適應(yīng)濾波器60因此采用由與在TDC輸出處測(cè)量到的失真信號(hào)所經(jīng)歷的同一傳遞函數(shù)調(diào)整 的幅度信號(hào)W及誤差信號(hào)來(lái)生成（一個(gè)或多個(gè)）系數(shù)W形成補(bǔ)償信號(hào)54。在一個(gè)示例中， 如果DCO28W傳輸頻率或載波頻率的2X操作，則補(bǔ)償系數(shù)是二階系數(shù)W2r2?；蛘呷绻鸇CO 28W傳輸頻率的4X操作，則補(bǔ)償系數(shù)是四階系數(shù)W4r4。
[0030] 可W理解在上述信息的啟示下，可W在數(shù)字域中采用大量的算法和技術(shù)W使用上 述信息生成補(bǔ)償信號(hào)，并且所有運(yùn)樣的示例都被理解為落入本公開的范圍之內(nèi)。在一個(gè)示 例中，自適應(yīng)濾波器60被配置為生成通過(guò)最小化失真和補(bǔ)償信號(hào)之間的誤差來(lái)基本消除 頻率失真的一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償系數(shù)。在一個(gè)非限制性的二階校正示例中，一種類型的代價(jià)函 數(shù)kostfunction)J可W是：
[0031]J= 〇2 比]=(f"St比]-fcorr比])2 等式 1
[00礎(chǔ)其中fc。。=G1 ?W2 ?r2是頻率校正信號(hào)，其也WfCemp來(lái)標(biāo)記。因子G1是振蕩器歸 一化因子，即Gi=化ef//KDC。，Kdc。是假定已知的實(shí)際DCO增益。因此將要根據(jù)其確定多項(xiàng) 式系數(shù)W= {wzl的多項(xiàng)等式為：
[0033]e2[k]= (fdist_GiW2r[k]2)2 等式I
[0034] 更一般的，我們可W把將要根據(jù)其確定多項(xiàng)式系數(shù)W={wi，W2, ...，％}的N階多 項(xiàng)式確定為，
[003引 e2 比]=(fdist-Gi(Wi：r比]+Wzr比]2...切評(píng)比]N)2. 等式化
[003引注意fdut比]在不采用其它方法的情況下不是可直接觀察的，并且因此差e比]=fdi"比]寸。。"比]也不是可檢測(cè)的。換言么人們只能觀察經(jīng)歷DP化過(guò)濾的相位/頻率量。 可觀察量是TDC24(通常也稱為相位檢測(cè)器）的輸出，它是0jk]或被轉(zhuǎn)換成頻率fe[t] =d0e(t)/dt(相位對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)）。在離散時(shí)間實(shí)現(xiàn)方式中，我們可W通過(guò)差分算子來(lái) 近似微分算子，因此
[0037]fe比]=A白E[k]/AT比]=(白E[k]-白E比-1]) ?fs 等式 3
[0038] 其中k是時(shí)間戳kTs的指數(shù)，并且AT比]是連續(xù)時(shí)間戳之間的差，fS為采樣頻 率。在缺少校正信號(hào)的情況下，從TDC輸出0Jk]獲得的頻率誤差對(duì)應(yīng)于at]= fdut[t]*hjk]，其中hjk]是從失真的注入點(diǎn)到TDC輸出頻率的響應(yīng)，其將在下文進(jìn)一步描 述。換旨之，fdist[t] *hy比]是在DCO28處誘發(fā)的頻率失真的局通或帶通過(guò)濾版本。DP化的 反饋動(dòng)作將把檢測(cè)到的頻率失真感知為誤差，并且因此控制環(huán)路將緩慢地補(bǔ)償運(yùn)種失真。 因此如圖3B所示，將運(yùn)種由傳遞函數(shù)Hv(S)描