一种基于可调整阵列电路的射频动态调制方法与流程

1.本发明属于芯片技术领域，具体涉及一种基于可调整阵列电路的射频动态调制方法。


背景技术：

2.在无线通讯的射频电路中，芯片需要串接射频前端网络(radio frequency front-end，rffe)后调制到期望的工作频点。射频前端网络由固定元件组成，其调制出的讯号频宽有局限性：同一套射频前端网络调制的频宽有限，或其调制的带宽内特性无法达到最优效果。
3.如欲在系统上达到更大的频宽，往往需要采用另一套电路甚至另外几套电路进行切换。用于切换的电路直接并接于芯片输出管脚，不尽占据相当的面积，成本可观，调试不易，且电路之间进行切换时实现难度较大。
4.此外，在现有解决方案中，很难维持带内功率平坦度并容易导致功放效率不佳。如果想要达到较佳的平坦度，则需要在不同的频道群组内让芯片工作在不同的增益设定区间中；但如若设定于不佳的增益区间时，将造成讯号质量下降，这必然会使得无线链路上的传输效益降低。另外现有技术中芯片制程、电压、温度等易有偏差，特性需进行优化后才能够调制到合适的工作频宽内。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明公开了一种基于可调整阵列电路的射频动态调制方法，能够增加有效带宽、改善现有技术中的隐患。
6.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于可调整阵列电路的射频动态调制方法，包括如下步骤：step1，初始化后或重新设定工作频率后，发射链路基带、发射链路数字电路设定工作频率、默认数字增益设定并开始进行射频校正，校正时采用内置讯号产生器发送校正讯号；step2，在step1执行之后，控制单元对发射链路模拟增益模块、功放电路发送控制讯号，进行默认功率增益设定；step3，在step1执行之后，控制单元对可调整阵列电路发送控制讯号，进行默认组态设定；step4，发射链路模拟增益模块、功放电路接收发射链路基带、发射链路数字电路输出的讯号，并输出乘上模拟增益之后的讯号至功放电路；step5，启用连接于pa driver输出链路上的可调整阵列电路调整工作带宽到目标频段；可调整阵列电路在调节工作频段的同时影响该频段的输出功率；step6，通过功率侦测模块侦测射频输出功率；step7，接收链路基带、接收链路数字电路接收功率侦测模块的输出功率，计算链
路增益、损耗补偿与转换后，获得能量指标；并比较接收讯号的工作频率与默认频率，将结果送至控制单元；step8，在step7的基础上，比较器将获得的能量指标与预存的校正后的默认输出功率做比较，并比较接收讯号的工作频率与默认频率，将结果送至控制单元；step9，控制单元根据比较结果，进行相关单元调试，使得输出功率与工作频率均在允许范围内。
7.进一步的，控制单元分别根据输出功率、工作频率与预设值的比较结果进行单元调试；其中，根据输出功率与预设值的比较结果的调试包括如下步骤：（1）当获得的能量指标与预存输出功率的差值超出输出功率允许差值范围，根据差值落入的不同区间，分别调整发射链路模拟增益模块、tx 数字功率、可调整阵列电路，调整后再次比较；（2）当获得的能量指标与预存输出功率的差值在输出功率允许差值范围内，结束调整；根据工作频率与预设值的比较结果的调试包括如下步骤：当接收讯号的工作频率与默认频率之间的差值超出频偏范围时，则微调工作频率直至差值在频偏范围内；当接收讯号的工作频率与默认频率之间的差值在频偏范围内时，结束调整。
8.进一步的，所述根据差值落入的不同区间，分别调整发射链路模拟增益模块、tx 数字功率、可调整阵列电路的步骤具体包括如下过程：1.当临界值#1《功率差值≤临界值#2时，调整发射链路模拟增益模块、功放电路；2.当临界值#2《功率差值≤临界值#3时，调整tx数字功率；3.当5db《功率差值时，调整可调整阵列电路组态设置。
9.进一步的，调整可调整阵列电路的方式为：连续调整或先粗调再微调。
10.进一步的，所述step6中，接收与发射之间存在损耗，该损耗在后级电路预先校正补偿。
11.进一步的，所述可调整阵列电路包括以下方式中的一种：若干并行设置的电感元件；若干并行设置的电容元件；若干并行设置的电感及电容的组合。
12.进一步的，基于具有可调整阵列电路的芯片实现，所述芯片内具有一组可调整阵列电路或结构相同的两组可调整阵列电路。
13.本发明的有益效果为：本发明通过在芯片内采用可调整阵列电路结合射频动态调制方法实现了各种工作频点的灵活调制，能够增加有效带宽，维持带内功率平坦度，提高传输效益，并能够达到理想的功放效率；另外，内置芯片的设计可减少独立元件的尺寸与寄生效应，使得调制效果更为精准；同时降低了内部控制单元的时序延迟，提升电路反应速度。结合可调整阵列电路，芯片内控制单元能够进行三段式单元调试，有助于调整输出功率至预设范围，显著提高调试精度和效率。
附图说明
14.图1为具有可调整阵列电路结构的双端口芯片结构框图。
15.图2为具有可调整阵列电路结构的单端口芯片结构框图。
16.图3为片中各功能电路连接及控制流程示意图。
17.图4为基于可调整阵列电路的射频动态调制方法流程示意图。
18.图5为未启用可调整阵列电路的外部固定调制电路工作频率和损耗示意图。
19.图6为启用可调整阵列电路的外部固定调制电路工作频率和损耗示意图，其中（a）为可调整阵列电路设置于组态a时的带宽变化示意图，（b）为可调整阵列电路设置于组态b时的带宽变化示意图，（c）为可调整阵列电路设置于组态c时的带宽变化示意图。
20.图7为可调整阵列电路结构及其连接示例图。
21.图8为设定组态10nh时的功率建议区间(500mhz~2ghz)示例图。
22.图9为设定组态2nh时的功率建议区间(1.2ghz~2.4ghz)示例图。
23.图10为设定组态1nh时的功率建议区间(2.2ghz~2.6ghz)示例图。
24.图11为设定组态0.7nh时的功率建议区间(2.8ghz~4ghz)示例图。
具体实施方式
25.以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
26.本发明提供的基于可调整阵列电路的射频动态调制方法，基于具有可调整阵列电路结构的芯片实现。如图1、图2所示，芯片的主要结构包括：发射链路模块、接收链路模块、功放电路（pa driver）、可调整阵列电路（adaptive array）、功率侦测模块（power detection）。芯片中各功能电路连接及控制流程如图3所示。其中，发射链路模块包括发射链路基带（tx bb）、发射链路数字电路（tx digital）、发射链路模拟增益模块（tx gain block），基于发射链路基带（tx bb）和发射链路数字电路（tx digital），发射链路能够设定工作频点与调整数字功率增益，内置测试讯号产生器，并预存已校正的默认输出功率参数。发射链路模拟增益模块（tx gain block）用于控制链路上不同功能模块增益。接收链路模块包括接收链路基带（rx bb）、接收链路数字电路（rx digital）、比较器（comparator）、控制单元（control block），接收链路基带（rx bb）和接收链路数字电路（rx digital）用于接收讯号和解调信号并比较工作频率，比较器（comparator）用于内置比较算法或电路，与预先存储的校正后的发射链路输出功率进行比对计算，以上结果将送至控制单元。控制单元（control block）与可调整阵列电路（adaptive array）连接，用于根据接收到的结果，通过判断机制，进行增益、阵列组态调整，或同步进行频偏校正/微调功放电路用于放大功率。功率侦测模块（power detection）用于侦测射频输出功率，并回授信号给接收链路。控制单元还连接有控制接口（control interface）。在双端口芯片中具有两组可调整阵列电路（adaptive array），两组可调整阵列电路一端与控制单元连接并由控制单元进行组态控制，另一端连接在功放电路输出链路上。在单端口芯片中，设置有射频转换器（rf balun）用于对射频信号实现从差分到单端的转换并可串接射频开关(rf switch)，因此单端口芯片具有一组可调整阵列电路（adaptive array），该阵列电路一端与控制单元连接并由控制单元进行组态控制，另一端连接在射频转换器输出链路上。芯片外还串接有外部固定调制电
array）的组态设定，影响外部固定调制电路(rffe matching network)实际作用频带宽；使得带宽内的损耗获得控制；而工作频带的带外部分，通过可调整阵列电路（adaptive array）组态设定，变成工作带宽内，改善缺陷，避免产生隐患。
35.图4为基于可调整阵列电路的射频动态调制方法流程示意图，图中主要详细展示了step6-9中的判断、调整流程以及后续步骤的执行，具体如下：step6，通过功率侦测模块（power detection）侦测射频输出功率；接收与发射存在的损耗在后级电路预先校正补偿。
36.step7，接收链路基带（rx bb）、接收链路数字电路（rx digital）接收功率侦测模块（power detection）的讯号，计算链路增益、损耗补偿与转换后，获得能量指标。
37.step8，在step7的基础上，比较器（comparator）将获得的能量指标与预存的已校正默认输出功率做比较，并比较接收讯号的工作频率与默认频率之间的差值。
38.step9，控制单元根据比较结果，进行有关单元调试。用于比较的预存默认值可根据需要调整，以满足不同条件需求。具体的，控制单元分别根据输出功率、工作频率与预设值的比较结果进行单元调试。
39.其中，根据输出功率比较结果的调试包括如下步骤：（1）当获得的能量指标与预存输出功率的差值超出输出功率允许差值范围，即差值》输出功率临界值#1时，根据差值落入的不同区间，通过3种方式进行调整，调整后再次比较直至差值在允许差值范围内。本例中输出功率临界值#1为 /-1db，以下将对3种调整方式进行详细阐述：1.当临界值#1《功率差值≤临界值#2（如3db）时，调整发射链路模拟增益模块（tx gain block）、功放电路（pa driver），随后执行step4。
40.2.当临界值#2（如3db）《功率差值≤临界值#3（如5db）时，通过调整发射链路基带输出讯号或发射链路模拟增益的方式调整tx数字功率，随后执行step1。
41.3.当5db《功率差值时，调整可调整阵列电路（adaptive array）组态设置。调整方式可为连续调整（sequential）或大步进后(粗调)再微调，调整后再执行step5。
42.（2）当获得的能量指标与预存输出功率的差值在输出功率允许差值范围内，即差值≤默认输出功率临界值#1时，结束调整。
43.临界值#1、临界值#2、临界值#3的具体数值仅为范例，可根据需要调整。由于临界值具有正负区间，本领域内普通技术人员应该知晓，在以上比较式中，应取各绝对值进行比较。
44.根据工作频率比较结果的调试包括如下步骤：当接收讯号的工作频率与默认频率之间的差值超出频偏范围，即差值》临界值#a时，则微调工作频率直至差值在频偏范围内；当接收讯号的工作频率与默认频率之间的差值在频偏范围内，即差值≤临界值#a时，结束调整。当芯片应用于lte网络时，临界值#a可取 /-0.1ppm，当芯片应用于wlan网络时，临界值#a可取 /-5ppm或更低。临界值#a的具体数值仅为范例，可根据需要调整。由于临界值具有正负区间，本领域技术人员应该知晓，在以上比较式中，应取各绝对值进行比较。
45.图7为可调整阵列电路结构的一个示例，其中包含4组电感性元件(参数分别为10nh、2nh、1nh and 0.7nh)。需要说明的是，本例中电感元件的数量及其参数为一种可行示
例，不应作为本发明的限制。本领域技术人员可以根据需要和芯片构成选择和调整电感的数量及参数。芯片的外围匹配电路保持不变，差分电路分别接入两组如图7所示的可调整阵列电路结构（adaptive array），通过改变可调整阵列电路的组态，实现频率的调节，且能达到一定频率范围内良好的功率平坦度。以下通过几个具体的示例来展示本发明中可调整阵列电路结构的应用效果：示例一：array组态设定为10nh，最佳匹配点m1为842mhz，在500mhz~1.8ghz范围内功率较为平坦，如图8所示。该示例中，有效带宽为500mhz~1.8ghz，能够支持uhf、l band频段。
46.示例二：array组态设定2nh，最佳匹配点在2ghz，在1.2ghz~2.2ghz范围内功率较为平坦，如图9所示。该示例中，有效带宽1.2ghz~2.2ghz，能够支持l band、s band频段。
47.示例三：array组态设定1nh，最佳匹配点在2.4ghz，在2.2ghz~2.6ghz功率较为平坦，如图10所示。该示例中，有效带宽2.2ghz~2.6ghz，能够支持s band频段。
48.示例四：array组态设定0.7nh，最佳匹配点在3ghz，在2.8ghz~4ghz功率较为平坦，如图11所示。该示例中，有效带宽2.8ghz~4ghz，能够支持s band频段。
49.需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。