实现低功耗发射信号的方法、 装置及系统 【技术领域】
本申请涉及通信领域， 特别是涉及一种实现低功耗发射信号的方法、 装置及系统。背景技术 本发明所涉及的发射机设计是射频收发芯片的重要组成部分， 它起到将低频基带 信号转化成射频信号， 并以一定的功率发射出去的作用。而发射信号的质量和发射机在发 射大功率信号时， 其本身的功耗大小时衡量发射机设计质量好坏的重要指标， 发射的信号 质量好， 该发射机就具有了通话质量优秀并具有较高的信息传输速率。 而功耗低， 该发射机 就具有了较长待机时间和较长通话时间的能力， 而这种能力在无线通讯系统中是至关重要 的。发射信号质量的好坏由误差向量幅度 (EVM) 决定， 而无线通讯系统对发射机的误差向 量幅度 (EVM) 都有比较严格的要求， 影响误差向量幅度的因素有很多， 包括本振的相位噪 声 (Pn)， 发射机滤波器的群延时 (Group Delay) 以及载波抑制等等。而其中载波抑制却是 影响误差向量幅度最严重而且是最难解决的问题。同时由于无线通信大多用于移动终端， 所以信号在以大功率发射时的功率消耗过快， 耗电量大， 通话时间过短也是一个很大的问 题。
而为了解决高功率发射时功耗过大的问题， 有的厂家采用减少可变增益放大器的 级数来降低功耗， 但是这种方法会严重的降低整个发射机的隔离度同时会严重的恶化可变 增益放大器的动态范围。
可见现有技术中， 实现高功率发射时伴随着很大的功耗， 所以如何能够在高功率 发射时降低功耗是一个需要解决的技术问题。
发明内容 为解决上述技术问题， 本申请实施例提供一种实现低功耗发射信号和载波抑制校 正的方法、 装置及系统 ； 能够以较低的功耗发射大功率信号。
技术方案如下 ：
一种实现低功耗发射信号的方法， 包括 ：
将模拟基带信号发送到发射低通滤波器， 由所述发射低通滤波器滤掉带外谐波以 低频信号形式输出 ；
直流校正模块采集所述发射低通滤波器输出的低频信号并根据采集的低频信号 信息对所述低通滤波器输出的低频信号进行校准 ；
所述发射低通滤波器将经过校准的低频信号发送到发射机混频器， 所述发射机混 频器对所述低频信号进行上变频处理并以射频信号形式输出 ；
无源电阻阵列衰减器对所述发射机混频器输出的射频信号进行功率控制并发射。
上述的方法， 优选的， 所述直流校正模块对所述低通滤波器输出的低频信号进行 校准的过程具体实现为 ：
采样 - 保持电路对所述发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频信号进行采样，
并将采样信号发送到比较器 ；
所述比较器对所述采样信号进行保持， 直到所述采样 - 保持电路再次发送采样信 号；
所述比较器对两次接收的所述发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频信号进行 比较， 并将比较结果发送到数字控制码产生电路 ；
所述数字控制码产生电路根据所述比较器发送的比较结果产生控制码并记录所 述控制码位数 N ；
模数转换器将所述控制码转换为所述发射低通滤波器需要的控制信号， 并应用所 述控制信号调节所述发射低通滤波器正、 负端输出电压 ；
重复以上过程 N 次， 完成一次校准过程。
上述的方法， 优选的， 所述数字控制码产生电路产生控制码的过程为 ：
逐次逼近寄存器接收所述比较器发送的比较结果 ；
移位寄存器将预设的信号值发送给所述逐次逼近寄存器 ；
所述逐次逼近寄存器根据所述信号值并结合所述比较结果产生控制码。
一种实现低功耗发射信号的装置， 包括 ： 发射低通滤波器、 直流校正模块、 发射机 混频器和无源电阻阵衰减器 ； 其中 ： 所述发射低通滤波器用于接收模拟基带信号， 滤掉所述基带模拟信号的带 外谐波并以低频信号形式输出 ；
所述直流校正模块用于采集所述发射低通滤波器输出的低频信号并根据采集的 低频信号信息对所述发射低通滤波器输出的低频信号进行校准 ；
所述发射机混频器用于接收所述发射低通滤波器发送的经过校准的低频信号， 对 所述经过校准的低频信号进行上变频处理并以射频信号形式输出 ；
所述无源电阻阵列衰减器用于对所述发射机混频器输出的射频信号进行功率控 制并发射。
上述的装置， 优选的， 所述直流校正模块包括 ：
采样 - 保持电路、 比较器、 数字控制码产生电路和模数转换器 ；
其中 ： 所述采样 - 保持电路用于对所述发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频 信号进行采样， 并将采样信号发送到所述比较器 ；
所述比较器用于对所述采样信号进行保持， 直到所述采样 - 保持电路再次发送采 样信号， 并对两次接收的所述发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频信号进行比较， 将比 较结果发送到所述数字控制码产生电路 ；
所述控制码产生电路用于根据所述比较器发送的比较结果产生控制码并记录所 述控制码位数 ；
所述模数转换器用于将所述控制码转换为所述发射低通滤波器需要的控制信号， 并应用所述控制信号调节所述发射低通滤波器正、 负输出电压。
上述的装置， 优选的， 所述控制码产生电路包括 ： 逐次逼近寄存器和移位寄存器 ；
所述移位寄存器用于将预设的信号值发送给所述逐次逼近寄存器 ；
所述逐次逼近寄存器用于接收所述比较器发送的比较结果， 并根据所述移位寄存 器发送的预设信号并结合所述比较结果产生控制码。
上述的装置， 优选的， 所述发射低通滤波器带有两个衰减极点， 其归一化极点 为 -0.071068±j0.07168。
上述的装置， 优选的， 所述直流校正模块对所述发射低通滤波器输出低频信号校 正的范围为 -20mV ～ +20mV， 其步进为 1.2mV。
上述的装置， 优选的， 所述发射机混频器包括 ： 单边混频器、 加法器和谐振电路 ； 所述单边混频器包括第一本振开关管 M1、 第二本振开关管 M2、 第三本振开关管 M3、 第四本 振开关管 M4、 第一信号放大管 M5、 第二信号放大管 M6、 第一镜像电流源管 M7、 第二镜像电流 源管 M8 和第三镜像电流源管 M9 ；
所述第一本振开关管 M1、 第二本振开关管 M2、 第三本振开关管 M3、 第四本振开关 管 M4、 第一信号放大管 M5 与第二信号放大管 M6 的面积比为 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 ；
所述第一镜像电流源管 M7、 第二镜像电流源管 M8 和第三镜像电流源管 M9 的面积 比为 ： 1 ∶ 15 ∶ 15 ；
所述谐振电路为 LC 并联谐振电路并作为所述发射机混频器的负载。
上述的装置， 优选的， 所述无源电阻阵列衰减器包括正射频输入电路、 负射频输入 电路和变压器 ； 所述正射频输入电路和所述负射频输入电路的电路连接方式和线路部件均关于 接地中心线对称 ；
所述正射频输入电路包括连接结构一致的第 1 ～第 N-1 电路子单元和第 N 电路子 单元 ；
所述第 1 电路子单元包括第一控制开关 S1、 第一控制电阻 RS1 和输入电阻 Rin ； 所 述第一控制开关 S1 与所述输入电阻 Rin 依次串联在所述正射频输入电路的正电极线和所 述接地中心线之间的连线上， 其中所述第一控制开关 S1 和所述输入电阻 Rin 之间的电路连 线分别与所述正射频输入电路的输入端、 所述第一控制电阻 RS1 的一端连接， 所述第一控制 电阻 RS1 的另一端与所述第二电路子单元的输入端连接 ；
在所述第 2 ～第 N-1 电路子单元中与所述输入电阻 Rin 相对应的位置上分别设置 有电阻 RP1 ～ RP(N-2) ；
所述第 N 电路子单元包括第 N 控制开关 SN 和电阻 RP(N-1)， 所述第 N 控制开关 SN 和 电阻 RP(N-1) 串联， 其之间的连线和第 N-1 电路子单元的输出端连接 ；
所述正射频输入电路的正电极线与所述负射频输入电路的负电极线之间的连线 上串联有所述变压器的等效电阻 Rload ；
所 述 电 阻 Rs、 电 阻 Rp、 电 阻 Rin 与 电 阻 Rload 之 间 的 电 阻 值 的 比 值 为 1 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2。
上述的装置， 优选的， 所述无源电阻阵列衰减器包括的电阻组成的系列电阻阵列 模块用于将输入所述无源电阻阵列衰减器的差分电压信按比例进行衰减 ；
所述无源电阻阵列衰减器包括的开关组成的系列控制开关用于控制流经变频器 负载的差分交流电流 ；
所述变压器的主线圈和副线圈的比为 4 ∶ 1， 所述变压器用于将差分信号输入转 化为单端信号输出。
一种实现低功耗发射信号的系统， 包括客户端、 应用端及实现低功耗发射信号的
装置。 由以上本申请实施例提供的技术方案可见， 本发明提供的实现低功耗发射信号的 方法、 装置及系统， 采用无源的电阻阵列衰减器来代替传统的有源可变增益放大器实现对 信号功率的控制， 由于本申请实施例采用的是无源的器件， 所以电阻阵列衰减器在工作的 时候不需要电流对它进行偏置， 极大的降低了功率损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图 1 为本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的方法流程图 ；
图 2 为本申请实施例公开的校准过程的实现流程图 ；
图 3 为本申请实施例公开的控制码产生过程流程图 ；
图 4 为本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的装置结构图 ；
图 5 为本申请实施例公开的直流校正模块的具体结构图 ； 图 6 为本申请实施例公开的数字控制码产生电路的组成结构图 ； 图 7 为本申请实施例公开的发射低通滤波器结构图 ； 图 8 为本申请实施例公开的发射机混频器结构图 ； 图 9 为本申请实施例公开的发射机混频器中单边混频器结构图 ； 图 10 为本申请实施例公开的无源电阻阵列衰减器电路结构图 ； 图 11 为本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的系统图。具体实施方式
本申请实施例提供一种实现低功耗发射信号的方法、 装置及系统， 采用无源的电 阻阵列衰减器来代替传统的有源可变增益放大器实现对信号功率的控制， 极大的降低了功 率损耗。
以上是本申请的核心思想， 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案。下 面将结合本申请实施例中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显 然， 所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本申请中的实 施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都应 当属于本申请保护的范围。
本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的方法流程图如图 1 所示， 实现步骤如 下：
步骤 S101 ： 将模拟基带信号发送到发射低通滤波器， 由发射低通滤波器滤掉带外 谐波以低频信号形式输出 ；
步骤 S102 ： 直流校正模块采集发射低通滤波器输出的低频信号并根据采集的低 频信号信息对低通滤波器输出的低频信号进行校准 ；
步骤 S103 ： 发射低通滤波器将经过校准的低频信号发送到发射机混频器， 发射机混频器对低频信号进行上变频处理并以射频信号形式输出 ；
步骤 S104 ： 无源电阻阵列衰减器对发射机混频器输出的射频信号进行功率控制 并发射。
本申请实施例公开的控制码产生过程流程图如图 2 所示， 实现步骤如下 ：
步骤 S201 ： 采样 - 保持电路对发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频信号进行 采样， 并将采样信号发送到比较器 ；
步骤 S202 ： 比较器对采样信号进行保持， 直到采样 - 保持电路再次发送采样信 号；
步骤 S203 ： 比较器对两次接收的所述发射低通滤波器正、 负输出端输出的低频信 号进行比较， 并将比较结果发送到数字控制码产生电路 ；
步骤 S204 ： 数字控制码产生电路根据比较器发送的比较结果产生控制码并记录 控制码位数 N ；
步骤 S205 ： 模数转换器将控制码转换为发射低通滤波器需要的控制信号， 并应用 控制信号调节发射低通滤波器正、 负端输出电压 ；
步骤 S206 ： 重复以上步骤 N 次， 完成一次校准过程。
步骤 S201 至步骤 S205 是校正过程的一次比较， 重复 N 次， 通过每一次比较逐次减 小输出端的直流失调， 有效校正直流失调电压。
步骤 S204 中记录的控制码位数 N 也是模数转换器的位数， 位数越高校正的精度就 越高， 同时电路的复杂度增加， 功耗和面积变大。在实际的应用过程中， 综合考虑各方面因 素合理选择校正电路的位数， 一般的校正精度为 1/2 的正整数倍。
本申请实施例公开的控制码产生过程流程图如图 3 所示， 实现步骤如下 ：
步骤 S301 ： 逐次逼近寄存器接收比较器发送的比较结果 ；
步骤 S302 ： 移位寄存器将预设的信号值发送给逐次逼近寄存器 ；
步骤 S303 ： 逐次逼近寄存器根据信号值并结合比较结果产生控制码。
本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的装置结构图如图 4 所示， 包括 ： 发射 低通滤波器 401、 直流校正模块 402、 发射机混频器 403 和无源电阻阵衰减器 404 ；
其中 ： 发射低通滤波器 401 用于接收模拟基带信号， 滤掉基带模拟信号的带外谐 波并以低频信号形式输出 ；
直流校正模块 402 用于采集发射低通滤波器 401 输出的低频信号并根据采集的低 频信号信息对发射低通滤波器 401 输出的低频信号进行校准 ；
发射机混频器 403 用于接收发射低通滤波器 401 发送的经过校准的低频信号， 对 经过校准的低频信号进行上变频处理并以射频信号形式输出 ；
无源电阻阵列衰减器 404 用于对发射机混频器 403 输出的射频信号进行功率控制 并发射。
射频信号由无源电阻阵列衰减器 404 发射到载波抑制实现装置的输出端。
本申请实施例公开的实现低功率发射信号装置的发射通道由发射低通滤波器 401、 直流校正模块 402、 发射机混频器 403 和无源电阻阵列衰减器 404 组成。
本申请实施例公开的直流校正模块的具体结构图如图 5 所示， 包括 ：
采样 - 保持电路 501、 比较器 502、 数字控制码产生电路 503 和模数转换器 504 ；其中 ： 采样 - 保持电路 501 用于对发射低通滤波器 401 正、 负输出端输出的低频信 号进行采样， 并将采样信号发送到比较器 502 ；
比较器 502 用于对采样信号进行保持， 直到采样 - 保持电路 501 再次发送采样信 号即下一个采样时钟到来， 比较器 502 对两次接收的发射低通滤波器 401 正、 负输出端输出 的低频信号进行比较， 将比较结果发送到数字控制码产生电路 503 ；
控制码产生电路 503 用于根据比较器 502 发送的比较结果产生控制码并记录所述 控制码位数 ；
模数转换器 504 用于将控制码转换为发射低通滤波器 401 需要的控制信号， 并应 用控制信号调节发射低通滤波器正、 负输出电压。
本申请实施例公开的数字控制码产生电路的组成结构图如图 6 所示， 包括 ： 逐次 逼近寄存器 602 和移位寄存器 601 ；
移位寄存器 601 用于将预设的信号值发送给逐次逼近寄存器 602 ；
逐次逼近寄存器 602 用于接收比较器发送的比较结果， 并根据移位寄存器 601 发 送的预设信号并结合比较结果产生控制码。
下面以控制码产生电路的位数 N ＝ 3 说明直流校正模块的工作过程 ： 起始脉冲使移位寄存器中的内容 S2-S0 为 100， 逐次逼近寄存器清零， 控制码 C2-C0 初始值为 000。第一个时钟到来 C2 置 1， 如果比较结果为高， 表示正输出端的直流电 位高于负输出端， 控制码 C2 置 0， 如果比较结果为低， 表示正输出端的直流电位低于负输出 端， 控制码 C2 为 1( 保持不变 )， 同时在该时钟的下降沿， 将 C1 置 1， 移位寄存器移位， 完成 一次比较。重复以上过程， 进行第 2 次， 第 3 次比较。三次比较完成之后， 得到最终的控制 码。 控制码经模数转换器转换为模拟控制信号， 加在滤波器上， 将直流失调电压校正到一定 的精度范围内。
由以上论述可知， 载波抑制的校准通过直流校正模块调节滤波器输入的直流差值 来实现， 校正模块采用逐次逼近算法， 是一个数模混合电路。
本申请实施例公开的发射低通滤波器的结构图如图 7 所示， 本申请实施例采 用的滤波器为两阶有源发射低通滤波器， 该滤波器有两个运算放大器以及输入电阻 R1、 反馈电阻 R2、 R3、 R4 和反馈电容 C1、 C2 组成， 该滤波器有两个衰减极点， 其归一化极点 为 -0.071068±j0.07168。
本申请实施例公开的发射机混频器结构图及发射机混频器中单边混频器结构图 分别如图 8 和图 9 所示， 本申请实施例采用的发射机混频器为吉尔博特结构， 低本振注入， 将模拟基带信号直接上变频为所需的射频信号 ； 该混频器有很高的载波抑制和单边带抑 制， 输出信号的杂散较小， 这样芯片对片外射频滤波器的带外抑制的要求不是很高 ； 具体实 现为 ： 混频管 M1 ～ M6 的尺寸比为 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 1 ∶ 2 ∶ 2 ；
混频管 M7 ～ M9 的尺寸比为 ： 1 ∶ 15 ∶ 15 ；
谐振电路为 LC 并联谐振电路并作为发射机混频器的负载。
本申请实施例公开的无源电阻阵列衰减器电路结构图如图 10 所示， 包括正射频 输入电路、 负射频输入电路和变压器 ；
正射频输入电路和负射频输入电路的电路连接方式和线路部件均关于接地中心 线对称 ；
正射频输入电路包括连接结构一致的第一～ N-1 电路子单元和第 N 电路子单元 ；
第一电路子单元包括第一控制开关 (S1)、 第一控制电阻 (Rs1) 和输入电阻 (Rin) ； 第一控制开关 (S1) 和输入电阻 (Rin) 串联， 其之间的电路连线一端与正射频输入电路的一 端连接， 另一端与第一控制电阻 (Rs1) 的一端连接， 第一控制电阻 (Rs1) 的另一端与第二电 路子单元的输入端连接 ；
第二～ N 电路子单元中输入电阻 (Rin) 的位置处分别为电阻 Rp1 ～ Rp(N-2) ；
第 N 电路子单元包括第 N 控制开关 (SN) 和电阻 Rp(N-1)， 第 N 控制开关 (SN) 和电 阻 Rp(N-1) 串联， 其之间的连线和第 N-1 电路子单元的输出端连接 ；
正射频输入电路的正电极线与负射频输入电路的负电极线之间的连线上串联有 变压器的等效电阻 (Rload)。
无源电阻阵列衰减器主要由一系列电阻和控制开关和片上变压器组成 ；
其中 Vout 为无源电阻阵列衰减器的电压输出， Vin 为无源电阻阵列衰减器的电压 输入， Rload 为变压器的等效电阻， S1 ～ S(N) 为开关阵列， 其中 Rs、 Rp、 Rin 和 Rload 的比值 为 1 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 2。以下以 Rs、 Rp、 Rin 和 Rload 分别为 100 欧姆、 200 欧姆、 200 欧姆、 200 欧姆， N ＝ 2 时为例， 详细描述无源电阻阵列衰减器的工作原理。当 N ＝ 2 时， 开关 S2 导通， 此时的电压增益为 ：
此时只有开关 S2 为导通状态， 其他开关都为断开状态， 该无源电阻阵列衰减器可 以通过分别选通不同的开关， 就能实现对信号电压增益的控制。输入信号经 Rs1、 S2 到主副 线圈比为 4 ∶ 1 的变压器输入端， 最后该差分信号经变压器转换为单端输出。
本申请实施例公开的实现低功耗发射信号的系统图如图 11 所示， 包括 ： 客户端 11、 实现低功耗发射信号和载波抑制校正的装置 112 和应用端 113 ；
其中 ： 客户端 111 用于为客户提供可操作的平台 ；
实现低功耗发射信号的装置 112 用于实现信号发射 ；
应用端 113 用于具体实施信号发射过程。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述， 各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可， 每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅是本 申请的具体实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本申请原 理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。