一种无线局域网芯片发射机本振泄漏校正的方法和装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103916345 A (43)申请公布日 2014.07.09 CN 103916345 A (21)申请号 201210595908.2 (22)申请日 2012.12.28 H04L 25/06(2006.01) H04B 1/04(2006.01) (71)申请人 北京中电华大电子设计有限责任公 司 地址 100102 北京市朝阳区利泽中二路 2 号 望京科技创业园 A 座五层 (72)发明人 邬泳 邹锦芝 (54) 发明名称 一种无线局域网芯片发射机本振泄漏校正的 方法和装置 (57) 摘要 本发明提供了一种用于无线局域网芯片射 频发射机 LO leakag。

2、e 校正的方法和装置， 该装 置由模拟补偿电路及数字 LO leakage 估算及校 正组成。为了消除射频电路在发射机引入的 LO leakage， 使发射信号符合 WLAN 协议的频谱要求， 该装置在射频部分加入补偿电路， 然后通过数字 一维扫描的方法分别估算出 I/Q 两路的偏差值， 把估算结果写入射频部分的补偿电路， 实现了对 发射机 LO leakage 的校正。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103916345 A C。

3、N 103916345 A 1/2 页 2 1. 一种用于无线局域网芯片发射机本振泄漏校正的装置， 其特征在于该装置具有 MCU 处理单元、 控制模块、 射频回路、 模拟补偿模块、 SRAM 存储器， 其中 ： MCU 处理单元控制装置的工作状态， 输出启动、 结束和切换回正常收发模式的命令到控 制模块 ； 生成发射信号， 并通过控制模块写入发射数据到发射 SRAM 中， 同时也通过控制模 块读取接收 SRAM 中的数据 ； 处理接收数据， 实现校准算法功能 ； 控制模块接收MCU处理单元的指令， 当启动校准工作后， 读取发射SRAM中的发射数据， 送到射频回路， 同时接收射频回路的数据， 写。

4、入到接收 SRAM 中 ； 当控制模块接收到结束命 令后， 停止发射数据 ； 最终根据 MCU 处理单元的切换回正常收发模式的命令重新配置参数， 使电路恢复到正常收发状态 ； 射频回路提供校准通道， 主要为 DAC 模块、 发射滤波器、 发射增益器、 混频器、 包络检测 器、 接收滤波器和 ADC 模块， 射频回路接收发射 SRAM 中的发射数据， 通过射频回路由 ADC 模 块实现模数转换， 输出接收数据到接收 SRAM ； 模拟补偿模块是补偿单元， 补偿大小由控制模块给出， 输出的补偿值送到混频器实现 本振泄露补偿 ； SRAM 存储器分为接收 SRAM 和发射 SRAM， 均由控制模块来。

5、写入和读出数据。 2. 如权利要求 1 所述的装置， 其特征在于， 由于射频回路有一定延时， 为了保证接收正 确， 控制模块延时一定时间， 开始接收射频回路数据。 3. 一种用于无线局域网芯片发射机本振泄漏校正的方法， 应用于如权利要求 1 所述的 装置中， 其特征在于通过一维多次扫描， 分别固定发射机 I/Q 两路信号中的一路信号的本 振泄漏补偿值， 对另一路信号的本振泄漏补偿值进行搜索， 从中找到使得携带本振泄漏信 息的 频点幅值最低的位置， 且在进行校正后， 再进行一次小范围的精校准， 从而得到本 振泄漏精校准补偿值， 对发射机 I/Q 两路信号的本振泄漏进行补偿。 4. 如权利要求 3。

6、 所述的方法， 其特征在于具体步骤如下 ： (1)MCU 处理单元写入发射信号到 SRAM 中， 启动逻辑发射信号和接收信号 ； (2) 固定 I 路或 Q 路信号的本振泄漏补偿值， 对 Q 路或 I 路信号的本振泄漏进行补偿， 补偿值从小到大递增， 递增幅度为 T， 记录接收信号中频率等于发射信号 频点的幅度， 从 中找到最小幅度， 对应的本振泄漏补偿值即为 Q 路或 I 路信号的本振泄漏粗校准补偿值 ； (3)固定Q路或I路信号的本振泄漏补偿数值， 对I路或Q路信号的本振泄漏进行补偿， 补偿值从小到大递增， 递增幅度为 T， 记录接收信号中频率等于发射信号 频点的幅度， 从 中找到最小幅度。

7、， 对应的本振泄漏补偿值即为 I 路或 Q 路信号的粗校准本振泄漏补偿值 ； (4) 粗校准结束后， 在粗校准结果 A 的基础上上进行一次精校准， 搜索范围为 (A-T， A+T)， 重复步骤 (2) 和 (3)， 递增幅度固定为 1， 从而得到 I 路和 Q 路信号的本振泄漏精校准 补偿值 ； (5)设置I路和Q路信号对应的数模转换器DAC的本振泄漏精校准补偿值， 然后发射校 正信号。 5. 如权利要求 4 所述的方法， 其特征在于 MCU 处理单元写入正 / 余弦波发射信号到 SRAM 存储器中， 通过控制每个周期点的个数， 实现发射的正 / 余弦波发射信号的波形频率 可调。 6. 如权利。

8、要求 4 所述的方法， 其特征在于， 针对同个地址， 同时把 I 路信号和 Q 路信号 权 利 要 求 书 CN 103916345 A 2 2/2 页 3 送给对应的数模转换器 DAC， 保证两路信号的正交。 如权利要求 4 所述的方法， 其特征在于通过一维扫描的方法分别估算发射机 I/Q 两路 的本振泄漏程度， 基于估算值补偿发射机的直流工作点， 以减少误差的影响。 权 利 要 求 书 CN 103916345 A 3 1/4 页 4 一种无线局域网芯片发射机本振泄漏校正的方法和装置 技术领域 ： 0001 一种用于无线局域网芯片发射机LO leakage校正方法和装置， 它属于数字通信技。

9、 术领域， 通过对发射机LO leakage的校正， 提高了发射机性能， 避免了引入直流偏差到接收 机， 也使发射信号满足了 WLAN 协议频谱要求。 背景技术 ： 0002 无线局域网采用的是正交调制方式通信， 信号直接从基带上变频到 2.4GHz 或者 更高， 接收端则直接下变频到零中频。零中频通信没有中频信号， I/Q 信号可以直接用 ADC 采集进基带处理， 同时零中频通信去掉了很多的外部元件， 结构简单， 也降低了成本， 但是 零中频结构中存在非常棘手的直流漂移问题。从发射机角度看， 混频器之前的模拟器件都 存在直流偏差， 使得基带信号被整体提升或降低， 通过混频后， 直流偏差也混入。

10、信号通过天 线端发射出去。此外如果发射机混频器的本振口和射频口之间的隔离性能不好， 本振信号 很容易从射频口输出。 虽然混频器设计多采用差分结构， 很好地抑制了这种泄漏， 但是微弱 的泄漏信号通过低噪声放大器到天线， 还是会被发射出去。 0003 因为有用信号和泄漏的本振信号在频谱上靠的很近， 无法通过滤波的方式进行消 除。 本振泄漏一方面会降低发射机的效率， 另外一方面会导致接收机直流工作点偏移， 容易 引起非线性失真， 甚至出现饱和阻塞现象。因此需要在发射端加入 LO leakage 校正单元， 消除掉这些偏差。 0004 针对 LO leakage 校正， 又分为静态校准和动态校准。静态。

11、校准只在芯片出厂的时 候校准一次， 把补偿结果写入寄存器， 芯片每次上电后自动加载补偿数据， 进行 LO leakage 补偿。 静态校准的缺点是若针对每个芯片都进行生产测试， 花费的代价较高 ； 若针对一批芯 片采用同样的校准数值， 那么精度上又难以保证。更大的问题是 LO leakage 不是固定的， 它可能随时间、 电源电压、 温度等外部条件的变化而变化， 这意味着需要采用动态直流校准 方法来对 LO leakage 进行补偿。动态校正是指每次芯片上电后， 通过 MCU 控制， 自动完成 LO leakage 校准， 实现误差补偿。同时针对环境变化剧烈的场合， MCU 还可以在正常收发工。

12、 作中定时进行校正， 修正补偿数值， 保证了发射机工作的稳定性。 发明内容 ： 0005 为了解决无线局域网芯片发射机的 LO leakage 问题， 本发明提供了一种针对 I/ Q 两路， 采用一维扫描的方式对发射机的 LO leakage 进行估计， 然后按照校正结果对 LO leakage 进行补偿， 基本消除了 LO leakage 对接收机的影响， 优化了发射机的性能。 0006 本发明提供了一种结合射频通路、 基带逻辑和 MCU 的校正模块， 如图所示。射频部 分在混频器前提供 I/Q 直流偏差的补偿 DAC， 为了实现自环路测试， 射频部分还加入了受逻 辑控制的开关， 在校正模式。

13、和收发模式间进行切换。控制模块为逻辑单元， 受 MCU 的控制实 现对校正波形的发射和回路数据的接收， 同时也完成对射频部分相应寄存器的设置。 MCU为 核心的处理单元， 控制整个校正模块的工作。波形数据在 MCU 中产生， 然后写入 SRAM 中， 由 说 明 书 CN 103916345 A 4 2/4 页 5 控制单元同步地输出， 然后同步接收回路数据， 传递给 MCU， 由 MCU 对数据进行计算。 0007 本发明采用频率为 的单频正 / 余弦波进行测试， 单频波从控制单元输出， 经过 发射机通路的 DAC、 LPF、 发射增益等器件， 携带了这些器件的直流偏差， 经过上变频后的信 。

14、号又带有了 LO 的泄漏信息， 最终可以通过包络检测器实现对这些偏差的提取， 通过 ADC 后 存储到 SRAM 中， MCU 通过对这些数据做 DFT， 从中得到携带 LO leakage 信息的 频点的幅 值。 0008 本发明采用一维扫描的方法， 对 DAC 补偿范围进行搜索， 从中找到最佳的补偿位 置， 即使得携带 LO leakage 信息的 频点幅值最低的位置。因为 I/Q 通道都会影响 频 点的幅值， 所以采用固定一个值， 对另外一个变量进行搜索。为了提高搜索的准确性， 进行 全范围的粗校正后， 再进行一次小范围的精校准， 从而得到较为理想的结果。 0009 本发明公开的装置具有。

15、 MCU 处理单元、 控制模块、 射频回路、 模拟补偿模块、 SRAM 存储器， 其中 ： 0010 MCU 处理单元控制装置的工作状态， 输出启动、 结束和切换回正常收发模式的命令 到控制模块 ； 生成发射信号， 并通过控制模块写入发射数据到发射 SRAM 中， 同时也通过控 制模块读取接收 SRAM 中的数据 ； 处理接收数据， 实现校准算法功能 ； 0011 控制模块接收 MCU 处理单元的指令， 当启动校准工作后， 读取发射 SRAM 中的发射 数据， 送到射频回路， 同时接收射频回路的数据， 写入到接收 SRAM 中 ； 当控制模块接收到结 束命令后， 停止发射数据 ； 最终根据 M。

16、CU 处理单元的切换回正常收发模式的命令重新配置 参数， 使电路恢复到正常收发状态 ； 0012 射频回路提供校准通道， 主要为 DAC 模块、 发射滤波器、 发射增益器、 混频器、 包络 检测器、 接收滤波器和ADC模块， 射频回路接收发射SRAM中的发射数据， 通过射频回路实现 模数转换， 输出接收数据到接收 SRAM ； 0013 模拟补偿模块是补偿单元， 补偿大小由控制模块给出， 输出的补偿值送到混频器 实现本 振泄露补偿。 0014 SRAM 存储器分为接收 SRAM 和发射 SRAM， 均由控制模块来写入和读出数据。 0015 由于射频回路有一定延时， 为了保证接收正确， 控制模块。

17、延时一定时间， 开始接收 射频回路数据。 0016 通过一维多次扫描， 分别固定发射机 I/Q 两路信号中的一路信号的本振泄漏补偿 值， 对另一路信号的本振泄漏补偿值进行搜索， 从中找到使得携带本振泄漏信息的 频点 幅值最低的位置， 且在进行校正后， 再进行一次小范围的精校准， 从而得到本振泄漏精校准 补偿值， 对发射机 I/Q 两路信号的本振泄漏进行补偿。具体步骤如下 ： 0017 MCU 处理单元写入发射信号到 SRAM 中， 启动逻辑发射信号和接收信号 ； 0018 固定 I 路或 Q 路信号的本振泄漏补偿值， 对 Q 路或 I 路信号的本振泄漏进行补偿， 补偿值从小到大递增， 递增幅度。

18、为 T， 记录接收信号中频率等于发射信号 频点的幅度， 从 中找到最小幅度， 对应的本振泄漏补偿值即为 Q 路或 I 路信号的本振泄漏粗校准补偿值 ； 0019 固定 Q 路或 I 路信号的本振泄漏补偿数值， 对 I 路或 Q 路信号的本振泄漏进行补 偿， 补偿值从小到大递增， 递增幅度为 T， 记录接收信号中频率等于发射信号 频点的幅 度， 从中找到最小幅度， 对应的本振泄漏补偿值即为I路或Q路信号的粗校准本振泄漏补偿 值 ； 说 明 书 CN 103916345 A 5 3/4 页 6 0020 粗校准结束后， 在粗校准结果 A 的基础上上进行一次精校准， 搜索范围为 (A-T， A+T)。

19、， 重复步骤 (2) 和 (3)， 递增幅度固定为 1， 从而得到 I 路和 Q 路信号的本振泄漏精校准 补偿值 ； 0021 设置 I 路和 Q 路信号对应的数模转换器 DAC 的本振泄漏精校准补偿值， 然后发射 校正信号。 0022 MCU 处理单元写入正 / 余弦波发射信号到 SRAM 存储器中， 通过控制每个周期点的 个数， 实现发射的正 / 余弦波发射信号的波形频率可调。针对同个地址， 同时把 I 路信号和 Q 路信号送给对应的数模转换器 DAC， 保证两路信号的正交。通过一维扫描的方法分别估算 发射机 I/Q 两路的本振泄漏程度， 基于估算值补偿发射机的直流工作点， 以减少误差的影。

20、 响。 附图说明 ： 0023 附图是发射机 LO leakage 校正的系统框图。 具体实施方式 ： 0024 在本发明中， 采用了单频信号， 分为 I/Q 两路， 如下 ： 0025 Vbb(t) Acos(BBt)+j*Asin(BBt) 0026 理想的单频信号经过上变频后， 调制信号为 ： 0027 Vrf(t) Acos(BBt)cos(RFt)-Asin(BBt)sin(RFt) 0028 当 I/Q 两路存在直流偏置 Idc和 Qdc， 那么调制后的信号为 ： 0029 Vrf(t) Acos(DDt)cos(RFt)-Asm(DDt)sin(RFt)+Idccos(RFt)-。

21、Qdcsin(RF t) 0030 经过包络检测器和低通滤波器后， 输出信号如下 ： 0031 0032 LO leakage 校正的目的就是消除 Idc和 Qdc的影响， 从 I 路输入的信号看， 直流偏 移分别影响直流和单频 信号 I。因为受到电路板底噪和其他影响， 很难根据信号的直 流分量来进行 LOleakage 校正， 主要根据 信号来进行， 即 0033 0034 从上式可以看出， 消除Idc和Qdc就是使I的幅度尽量小。 因为直流偏移是射频芯 片固有的， 无法从根源上解决， 所以通过在射频部分加入反方向的补偿 DAC， 抵消射频芯片 引入的 Idc和 Qdc， 以达到消除直流偏移。

22、的影响。 0035 校正的整个流程如下 ： 0036 1.MCU 控制 LO leakage 校正模式的启动、 结束和切换回正常的收发模式。射频通 路切换到 LO leakage 校正模式下， 打开包络检测器。发射端发射频率为 的正 / 余弦波， 当存在 LOleakage 的时候， 通过包络检测器后， 会在 频点存在能量。 0037 2.MCU写入单频正/余弦波形到发送SRAM中， 通过控制每个周期点的个数， 实现发 说 明 书 CN 103916345 A 6 4/4 页 7 射波形的频率可调。SRAM 中使用 20bit 存储波形文件， 高 10bit 为 Q 路， 低 10bit 为 。

23、I 路， 控制单元按照固定工作时钟， 连续输出波形。针对同个地址， 同时把 I 和 Q 路送给对应的 DAC， 保证了两路信号的正交。 0038 3. 补偿 DAC 的数字量输入越大， DAC 输出越大， 对直流偏差的补偿越多。为了找到 LOleakage 的补偿位置， 采用一维扫描的方式进行校正， 即先固定 Q 路的 DAC 补偿数值， I 路 的 DAC 补偿数值从最小到最大进行搜索， 然后固定 I 路， 对 Q 路进行搜索。 0039 4.设置补偿DAC的数值， 然后发射校正波形。 因为射频回路有一定延时， 为了保证 接收到正确的信号， 控制单元会延时一定时间， 开始接收回路信号。接收 。

24、SRAM 数据存满后， 终止波形发射， 同时终止接收信号， 通知 MCU 进行信号计算。 0040 5.MCU 进行 DFT 计算， 找到 点的幅度。 0041 6. 分别针对 I 路和 Q 路， 重复第 3 和 4 步工作， 从中找到最低的 频点幅度， 对应 的 DAC 补偿值即为校正结果， 对 DAC 寄存器进行设置。 0042 7. 考虑到 I 路和 Q 路的直流偏差对 点的幅度都有影响， 为了提高校正精度， 在 进行完上面的粗校正后， 加入精校准的过程， 即在 Q 路粗校准基础上， I 路补偿值在当前值 附近再重复第 3 和 4 步扫描一次， 同样找到最低的 频点幅度， 当前的补偿值即。

25、为最终 I 路的校正值， 写入对应的寄存器。针对 Q 路， 在最终的 I 路校正结果上， 在粗校准结果附近 再进行一次精校准。 0043 8. 进行完 LO leakage 校正， 配置完补偿数值后， 芯片切换回正常的收发模式。 0044 本发明的最大优点在于该方法可以实时实现对无线局域网芯片发射机 LO leakage 的校正。这里描述的模块采用射频、 逻辑和软件的实现方法， 但是本发明并不局限 于上述实施方法， 本领域内普通技术人员应理解的是可在本发明范围内做各种形式和细节 上的改变。 说 明 书 CN 103916345 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103916345 A 8 。