專利名稱：同相/正交相正交調(diào)制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種I/Q(同相正交相)正交調(diào)/調(diào)電路。
背景技術(shù)：
HPMX-2001通信系統(tǒng)的正交混頻器是大家都知道的。例如，有一種硅單片正交移位鍵控的調(diào)制器，其一般的本機振蕩器(LO)的工作頻率范圍為DC-2000兆赫，其一般的I/Q帶寬為DC-700兆赫。這類器件的應(yīng)用場合包括數(shù)字蜂窩式無線電話、射頻數(shù)字鏈路、矢量發(fā)生器、調(diào)制器和解調(diào)器和單邊帶混頻器。這種和類似芯片的一般I/Q混頻器，其性能受到LO信號正交質(zhì)量的限制。產(chǎn)生正交相位誤差的因素有過程上的偏差、電路元件的失配和電路的寄生現(xiàn)象。此外，要制造精確的寬帶正交移相器有困難。例如，復數(shù)矢量調(diào)制/解調(diào)器I和QLO信號中的相位誤差限制了對滿足ADC(IS-54)y GSM數(shù)字蜂窩式發(fā)信機的系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范至關(guān)重要的邊帶抑制。
發(fā)明簡介本發(fā)明的目的是性能有所改進的一種正交混頻電路。
本發(fā)明的另一目的是對正交LO信號中的相位誤差基本上不敏感的正交混頻電路。
按照本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的正交混頻電路電兩個吉爾伯(Gilbert)單元式乘法器組成，各乘法器有若干頂部端口和若干底部端口。和值和差值、限幅正交微分信號加到吉爾伯單元乘法器的頂部端口。其效果是使電路對LO相位誤差不太敏感，從而改進其排斥邊帶(圖象)的性能，使其比一般采用一個吉爾伯單元乘法器的傳統(tǒng)電路還好。
本說明書所附的構(gòu)成本說明書的一部分的權(quán)利要求書中特別指出了體現(xiàn)本發(fā)明特征的在新穎性方面的特點。為了更好地理解本發(fā)明、其工作時的優(yōu)點和通過使用本發(fā)明所欲達到的具體目的，應(yīng)參看附圖和說明本發(fā)明的一些最佳實施例的說明書。附圖簡介

圖1是傳統(tǒng)的吉爾伯單元乘法器的電路圖。
圖2的電路圖示出了一對等效的微分電路。
圖3是本發(fā)明中用作正交調(diào)制/解調(diào)電路的一種形式的混頻器的電路圖。
圖4是本發(fā)明另一種形式的正交調(diào)制/解調(diào)電路的電路圖。
最佳實施例詳介吉爾伯單元乘法器是眾所周知的。參看例如1977年Wiely出版社出版的Gray和Meyer寫的《模擬集成電路》一書第593頁。吉爾伯單元乘法器是發(fā)射極耦合單元的一種改型。這種電路使我們可以在IC平穩(wěn)乘法系統(tǒng)中進行四象限的相乘。圖1示出了一般的吉爾伯單元乘法電路10，其特征在于，成對的發(fā)射極耦合晶體管Q1、Q2(用編號11表示)與兩個交叉耦合的成對晶體管Q3、Q4和Q5、Q6(分別用編號12和13表示)串聯(lián)連接。這里配備了供LO信號用的兩個頂部端口16、17和供射頻信號用的兩個底部端口18、19。該參考書還詳細說明了這種乘法器的工作情況，這里也包括進來以供參考，但為理解本發(fā)明的內(nèi)容，這里沒有必要重復該參考書的詳細內(nèi)容。應(yīng)該指出的是，LO信號系施加得使正信號加到每一對晶體管的兩個外晶體管Q3、Q6上，負信號加到每對晶體管的兩個內(nèi)晶體管Q4、Q5上。
為簡明起見，每個晶體管對可用一個方框代替，因而圖2左側(cè)畫出的電路片段與右側(cè)的電路片段(這里稱之為微分對)等效。因此，方框20對應(yīng)于各晶體管對11、12和13。
圖3示出了本發(fā)明一種形式的正交調(diào)制/解調(diào)電路，圖中同樣的編號表示同樣的元件。圖3和圖1不同的地方在于，配備了兩個相同的吉爾伯單元乘法器21、22各乘法器，除信號的連接例外，都和圖1的電路10一樣。圖3的電路中，左下側(cè)微分對的端口30、31上加的是正和負I(相同)信號，以VI表示。右下側(cè)微分對的端口32、33上加的是正和負Q(正交)信號，以VQ表示。左微分對左側(cè)的上端口34、35上加的正和負的信號，以V1表示。左微分對右側(cè)的上端口36、37上加的正和負的信號，以V2表示。右微分對左側(cè)上端口38、39上加的正和負的信號，以V3表示。右微分對右側(cè)上端口40、41上加的正和負的信號。以V4表示。吉伯單元上面的線路45提供的正輸出和負輸出用Vout表示。這對應(yīng)于下述求和函數(shù)。
按照本發(fā)明，V1、V2、V3和V4信號規(guī)定為V1＝sinW1t－(-cosW1t)＝sinW1t＋cosW1t(1)V2＝cosW1t－(-sinW1t)＝cosW1t＋sinW1t(2)V3＝sinW1t－cosW1t (3)V4＝cosW1t－(-sinW1t)＝sinW1t＋cosW1t(4)其中W1為LO頻率。
這些信號是作為一般IC移相器的正交輸出提供的，對應(yīng)于那些加到圖1吉爾伯單元乘法器上端口的正負LO信號即輸入到該IC移相器中。從(1)至(4)式可以求出正交LO項的和值項和差值項?？梢宰C明，雖然(1)至(4)式中引入了相位誤差項，但本發(fā)明調(diào)制/解調(diào)器結(jié)構(gòu)的獨特性能本來就能在正交LO信號只含有相位誤差時校正這些誤差。因此，正交LO信號的幅值應(yīng)保持基本上相等。這是借助于正交移相網(wǎng)線路一部分的限幅放大器實現(xiàn)的，該放大器如圖4中所示，下面即將說明。
為說明本發(fā)明電路的工作情況，要研究一下調(diào)制波形。V1、V2、V3和V4的幅值大(＞5VT)得足以轉(zhuǎn)換正交乘法器的上微分對，使其導通/截止。由于V1至V4的限幅作用轉(zhuǎn)換若干VT，因而可以在調(diào)制(對V1、V2和V3、V4)端口上以及正交乘法器的線性端口信號(微分V1和VQ)上采用傅里葉級數(shù)展開，這里假設(shè)V1至V4的幅值大得足以將微分C1和VQ輸入信號交替乘法+1和-1倍。
乘法器21和乘法器22的信電極電流加在一起，根據(jù)輸出電流的相位(+/-180°)消除上/下邊帶。
正交乘法器的輸出為Vout＝K3[V1(t)V1(t)]－K4[V3(t)VQ(t)](5)＝K3∑AnSin(nW1t＋45°)V1(t)－K4∑AnSin(nw1t－45°)Ve(t) (6)其中An＝(sin(nπ/2))/(nπ/4) (7)K3＝K3＝K是乘法器人小信號輸入端到輸出端的增益值。設(shè)V1(t)＝AsinWmt (8)且Ve(t)＝AcosWmt (9)將(8)式和(9)式代入(5)式中，得出Vout＝K[∑AnSin(nW1t＋45°)(AsinWmt)－AnSin(nW1t－45°)(AcosWmt)(10)其中An＝(sin(nπ/2)/(nπ/4) (11)將三角恒等式代入(10)式中，得出Vout＝K[∑(1/2AnA)[cos(nW1t＋45°－Wmt)－cos(nW1t＋45°－Wmt)]－∑(1/2AnA)[sin(nW1t－45°＋Wmt)＋sin(nW1t－45°－Wmt)] (12)只考慮接近W1的各項(其它更高次的項都以濾除掉)，得出Vout＝1/2A1A[cos(W1t＋45°－wmt)－cos(W1t＋45°＋Wmt)]－sin(W1t－45°＋Wmt)－sin(W1t－45°-Wmt)](13)采用sin(W1t－45°＋Wmt)＝－cos(W1t＋45°＋Wmt) (14)和sin(W1t－45°－Wmt)＝－cos(W1t＋45°－Wmt) (15)將(14)和(15)式代入(13)式中，得出Vout＝1/2KA1A[cos(W1t＋45°－Wmt)－cos(W1t＋45°－Wmt)＋cos(W1t＋45°＋Wmt)＋cos(W1t＋45°－Wmt)] (16)將同類項集中在一起，得出Vout＝KA1A[cos(W1t－Wmt＋45°)] (17)這是下邊帶項W1t－Wmt，是我們所要求的，其中A1＝(sin(π/2))/(π/4)＝4/π) (18)A為I和Q微分輸入信號的輸入幅值，K為小信號的乘法器增益。
這證明了，只將正交LO信號加到吉而伯單元對，即使有相位誤差存在，也能將邊帶完全消除掉，與正交LO相位的質(zhì)量無關(guān)，在實際應(yīng)用中，高達±10°的相位誤差也不致產(chǎn)生明顯的不希望有的(已消除的)邊帶。
圖4示出了本發(fā)明一種形式電路的實施例。吉爾伯單元乘法器21、22及其輸出對應(yīng)于圖3的電路。I和IN對應(yīng)于圖3中的+VI和-VI?！癗”和“I”表示反相信號，有時在符號上加個線條表示。Q和QN相當于圖3的+VQ和-VQ。LO和LON相當于正常的正交LO信號。圖4中的這些輸入信號經(jīng)限幅放大器50放大，輸入到一般的90度移相器51中，移相器51的輸出，即sin和sin1及cos和cos/信號，再在限幅放大器53、54中加以放大，作為輸入提供給乘法器21和22。從圖中可以看出，這個輸入相當于上述信號V1-V4。這樣，V1＝sin－cos\＝sin＋cos；V2＝cos－sin\＝cos＋sin；V3＝sin－cos＝sin－cos；V4＝cos\-sin\＝sin－cos。45處的輸出在一般加法器55中加起來，從加法器55的輸出端得出信號OUT和OUTN。用作調(diào)制器時，其輸出為經(jīng)信號VI和VQ調(diào)制過的正交LO信號。用作解調(diào)器時，其輸出為正交IF信號。
不言而喻，本發(fā)明并不局限于圖4的具體線路，其它產(chǎn)生加到上述成對的吉爾伯單元乘法器的和值和差值限幅正交微分信號的方法都視為屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
雖然本發(fā)明是就其一些最佳實施例進行說明的，但不言而喻，本技術(shù)領(lǐng)域的行家們都知道，在不脫離上述原理的前提下是可以對上述最佳實施例進行種種修改的，因而本發(fā)明并不局限于上述最佳實施例，而是包括這些修改的。
權(quán)利要求
1.一種I/Q正交混頻器，包括(a)第一和第二乘法裝置；(b)I輸入信號施加裝置，供將I輸入信號加到第一乘法裝置上；(c)Q輸入信號施加裝置，供將Q輸入信號加到第二乘法裝置上；其特征在于，所述混頻器包括(d)信號V1和V2施加裝置，用以將相位相反的信號V1和V2加到第一乘法裝置上；(e)信號V3和V4施加裝置，用以將相位相反的信號V3和V4加到第二乘法裝置上；(f)信號混合裝置，用以將第一乘法裝置和第二乘法裝置的輸出信號混合起來。
2.如權(quán)利要求1所述的I/Q正交混頻器，其特征在于，所述第一和第二乘法裝置是個吉爾伯單元乘法器。
3.如權(quán)利要求2所述的I/Q正交混頻器，其特征在于，各吉爾伯單元乘法器具有第一和第二微分對串聯(lián)連接到第三微分對上，所述信號分別加到所述第一、第二和第三微分對上。
4.如1至3任一權(quán)利要求所述的I/O混頻器，其特征在于，混合裝置有一個加法裝置。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的I/Q正交混頻器，其特征在于，所述接收和處理裝置包括限幅裝置，供限定本機振蕩信號的幅值用。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的I/O混頻器，其特征在于，所述接收和處理裝置包括一個90度移相器。
7.一種收發(fā)機，包括以上任一權(quán)利要求所述的混頻器。
全文摘要
一種I/Q正交調(diào)制/解調(diào)電路，供校正一般為LO輸入正交信號的相位誤差。該電路采用一對吉爾伯單元乘法器，乘法器的底部端口加有I信號和Q信號，乘法器的頂部端口加有和值和差值限幅正交微分信號。其效果在于減小電路對LO相位誤差的敏感性，從而改進其排斥邊帶(圖象)的性能，使其比一般采用一個吉爾伯單元乘法器的傳統(tǒng)電路還好。
文檔編號H03D7/18GK1124554SQ95190187
公開日1996年6月12日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月25日
發(fā)明者C·佩西科 申請人:菲利浦電子有限公司