一種適用于時(shí)分系統(tǒng)中的DAC校準(zhǔn)方法

劉淼

【摘要】 在寬帶通信系統(tǒng)中，IQ信號不平衡會導(dǎo)致直流分量， 而由此產(chǎn)生的本振干擾會落到工作帶內(nèi)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。實(shí)際使用中需要調(diào)整DAC輸出的IQ信號幅度和相位來逼近理想正交特性。傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)時(shí)逐個(gè)頻點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)寫表，生產(chǎn)時(shí)校準(zhǔn)寫表的時(shí)間很長。本文所述的方法利用基站上電完成之前的空閑時(shí)間，不需要在生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行DAC校準(zhǔn)寫表，大大提高了生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】 時(shí)分系統(tǒng) IQ校準(zhǔn) 本振干擾

Abstract：In broadband communication systems， IQ signal imbalance will cause the DC component， the resulting effect is that the local oscillator interference will fall into working frequency band， which seriously affects the system performance. In practical use， it need to adjust the amplitude and phase of IQ signal output from DAC（Digital to Analog Converter）to approach the ideal orthogonal property. The traditional method is to calibrate and write table for every frequency point in productive process， which costs for such a long time. The method proposed can complete the process of DAC calibration and write table using leisure time of waiting the finish of base station starting up， rather than wasting the productive time. The method proposed will greatly improve the production efficiency.

Keywords：time-division system；IQ calibration ；local oscillator interference

無線通信基站結(jié)構(gòu)中，發(fā)射通道設(shè)計(jì)經(jīng)常使用高中頻IQ調(diào)制器方案，IQ信號的正交性可以很好的抵消鏡像頻率和本振頻率，因而有著比混頻器更廣泛的應(yīng)用。實(shí)際使用過程中，發(fā)射通道的同相分量I和正交分量Q或多或少存在著幅度和相位的不平衡。數(shù)字域的不平衡度很小，主要是考慮DAC到正交調(diào)制上變頻器的影響，尤其在寬帶通信系統(tǒng)中，IQ信號不平衡會導(dǎo)致直流分量，而由此產(chǎn)生的本振干擾會落到工作帶內(nèi)[1][2]。

實(shí)際使用中需要調(diào)整DAC輸出的IQ信號幅度和相位來逼近理想正交特性，也就是常說的DAC校準(zhǔn)。校準(zhǔn)通常是基站在生產(chǎn)過程中將某個(gè)頻點(diǎn)對應(yīng)的DAC（輸出模擬IQ信號的）幅度和相位差異調(diào)整寄存器值寫到存儲器中。當(dāng)更換到某個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，就從存儲器中讀取相應(yīng)的DAC配置，來調(diào)整IQ平衡，抑制調(diào)制器輸出的本振和鏡像頻率[3][4]。

如果基站的工作帶寬很寬，生產(chǎn)過程中DAC校準(zhǔn)會花費(fèi)很多的時(shí)間，大大影響了生產(chǎn)效率。以200MHz工作帶寬為例，每隔5MHz間隔頻點(diǎn)進(jìn)行一次校準(zhǔn)，每個(gè)點(diǎn)校準(zhǔn)的時(shí)間為15s，那么一個(gè)基站一個(gè)通道的DAC校準(zhǔn)的時(shí)間為10分鐘，如果基站有4個(gè)發(fā)射通道，則校準(zhǔn)時(shí)間為40分鐘。并且射頻的儀器非常昂貴，校準(zhǔn)設(shè)備也大大提高了生產(chǎn)成本。

一、解決思路

為解決上述問題，本文提出一種用于TDD系統(tǒng)的DAC校準(zhǔn)方法，其結(jié)構(gòu)簡單，擺脫對儀器的要求，可以有效提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率。相應(yīng)的本文還提供一套可以實(shí)現(xiàn)本校準(zhǔn)方法的系統(tǒng)裝置。本文所述的DAC校準(zhǔn)裝置包括控制部分、DAC、IQ調(diào)制器、濾波放大電路，功率放大電路，本振電路?？刂撇糠种饕峭瓿尚?zhǔn)時(shí)相關(guān)的控制操作。DAC完成將數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)變，輸出模擬IQ信號，并且可以調(diào)整IQ信號的幅度和相位。IQ調(diào)制器包括輸入信號的濾波和調(diào)制器本身，主要是負(fù)責(zé)將中頻模擬IQ信號上變頻為射頻信號。濾波放大電路將射頻信號進(jìn)行濾波放大，內(nèi)部可以是由濾波器和多級小信號放大器、衰減器、功率放大器構(gòu)成。功率放大電路是對射頻信號進(jìn)一步放大，并完成功率放大電路的輸入功率及功率放大電路輸出功率檢測，輸出功率值。以下簡稱功放。本振電路提供IQ調(diào)制器工作所需本振信號。

本文所述的DAC校準(zhǔn)方法如下：

第一步，基站上電，完成DAC默認(rèn)寄存器配置和功放的配置，為保護(hù)功放，需要關(guān)閉末級功放，控制部分切斷基帶信號源。

第二步，根據(jù)基站工作頻點(diǎn)，配置本振頻點(diǎn)。

第三步，讀取功放的輸入信號功率檢測值（IQ不平衡帶來的本振信號）并與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較判斷，如果不滿足要求則對DAC 寄存器進(jìn)行重新調(diào)整。

第四步，再次讀取功放輸入信號功率檢測值，與上一次的值進(jìn)行比較，以獲得較小的功率檢測值。

第五步，重復(fù)第四步，直到檢測值滿足要求。

第六步，控制部分接通基帶信號源，基站恢復(fù)正常工作。圖1 是時(shí)分系統(tǒng)中DAC校準(zhǔn)的電路架構(gòu)，圖2 是基站上電后的DAC校準(zhǔn)流程。

參照圖1為時(shí)分系統(tǒng)中DAC校準(zhǔn)的電路架構(gòu)?；鶐盘柾ㄟ^數(shù)字中頻插值為高速數(shù)字IQ信號；DAC將數(shù)字IQ信號轉(zhuǎn)換為模擬IQ信號，并在其內(nèi)部完成IQ寄存器的默認(rèn)配置；IQ調(diào)制器將中頻IQ信號上變頻為射頻信號；濾波放大電路將射頻信號進(jìn)行濾波放大，對信號功率進(jìn)行控制調(diào)整；功率放大器內(nèi)部包含多級功放，對射頻信號逐級放大以達(dá)到基站工作要求，并且功放還具有輸入及輸出功率檢測的功能；控制電路是整個(gè)DAC校準(zhǔn)系統(tǒng)的核心部分，它共有四個(gè)作用：1）基站上電后控制數(shù)字中頻切斷基帶信號；2）根據(jù)基站工作頻點(diǎn)，設(shè)置本振頻點(diǎn)；3）讀取功放輸入端檢測到的本振功率，并與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較；4）控制DAC寄存器的配置。

本文所采用的發(fā)信機(jī)IQ不平衡的校準(zhǔn)方法，充分利用基站上電完成之前的空閑時(shí)間來進(jìn)行DAC校準(zhǔn)工作。其工作流程可以參照圖2，基站上電后，獲取工作頻點(diǎn)來配置本振信號，提供給IQ調(diào)制器。而后控制電路完成基本配置，包括DAC默認(rèn)寄存器配置，功放的配置（關(guān)閉末級功放），控制數(shù)字中頻切斷基帶信號?；九渲猛瓿芍螅藭r(shí)從IQ調(diào)制器到功放這條鏈路上只存在因IQ不平衡所帶來的本振干擾信號?？刂齐娐纷x取功放輸入端的功率檢測值，與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果不滿足要求（功率檢測值>功率基準(zhǔn)值），控制電路調(diào)整DAC寄存器，使輸出IQ信號尋求平衡，然后重新進(jìn)行功率檢測比較，如此循環(huán)直到滿足要求（功率檢測值≤功率基準(zhǔn)值）為止，并將更新的DAC寄存器配置寫入到存儲器中。

而后控制電路恢復(fù)基站工作，包括完成DAC寄存器的更新配置，控制功放打開末級功放，控制數(shù)字中頻導(dǎo)通基帶信號。正常工作過程中需要更換工作頻點(diǎn)時(shí)，利用基站配置完成前的空閑時(shí)間，重新進(jìn)行DAC校準(zhǔn)，由此可以達(dá)到實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的目的。

二、總結(jié)

本文所述的方法利用基站上電完成之前的空閑時(shí)間完成，不占用正常的上電時(shí)間，且不依賴儀表和平臺的搭建，極大的提高了生產(chǎn)測試中DAC校準(zhǔn)工作的效率，且能滿足實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的要求。本方法在大部分的類似系統(tǒng)中都可以直接應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]唐琴，吳建輝.零中頻直流偏移消除技術(shù)比較與分析[J].微電子學(xué)， 2008（ 6） ： 81l - 815.

[2]范俊，李永明.解決零中頻架構(gòu)直流漂移的自校正方案[J]. 微電子學(xué)， 2005（ 12） ： 114 - 117.

[3]馮添.基于802. 16e 協(xié)議下零中頻接受機(jī)I /Q 不平衡補(bǔ)償方案的設(shè)計(jì)[D]. 北京： 北京郵電大學(xué)， 2009.

[4] 戚秀真. 零中頻發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技，2014（27）：73-76.