利用内建测试技术抑制移动通信中的镜像干扰

移动通信中的算法是提高性能的关键技术之一,如GSM系统在初始阶段采用高斯最小频移键控(Gaussian Minimum Shift Keying,GMSK),在GPRS阶段采用8进制相移键控(8PSK)。在移动通信利用算法演进提高性能的同时,系统的另外一个瓶颈出现在混合信号的处理上,信道的不匹配造成的镜像干扰便是其中之一。随着微机电系统(MEMS)技术的逐步成熟和大规模应用,利用MEMS的内建测试(Test-On-Chip,TOC)技术来抑制信道失配造成的镜像干扰就是一种有效的解决方案。

信道失配来源的检测

镜像干扰有相位失配和振幅失配两个来源。如图1所示,信道I和信道Q的失配主要来源于:数模转换器(DAC)输出振幅、Bessel滤波器的延迟、频率衰减特性、驱动器的振幅变化、封装后本芯片PAD寄生效应失配的影响、PCB走线中失配的影响,以及后续信号处理芯片中PAD和输入端口寄生效应失配的影响等。

TOC技术是利用芯片内部的测试模块对电路的性能进行精确测量和自动校正。当信道失配测量到两路输入信号来源于芯片输出管脚时,则信道失配的校正不仅可以对本芯片的失配进行微调,而且可以校正芯片外部走线和后续处理芯片引入的失配。

信道失配校正是利用芯片内部的正弦波数据存储器进行的。存储器中的数据精度和采样点个数按照需要确定,一般选取的采样点个数为4的倍数。这样,当I信道DAC针对输入的正弦波进行变换时,Q信道DAC针对输入的余弦波进行变换。由于输入的转换数据是利用同一个时钟进行同步的,因此认为输入的数字信号精确匹配,即信号之间的延迟匹配(时钟同步),振幅相等。

芯片输出后的影响如图2所示。一般情况下,各个寄生参数的数值范围为:

R_out=50~200(,C_pad1=3~8pf,R_metal=1~50m(,C_metal=1~3pf,C_pad2=3~10pf。由于PCB板走线的金属寄生电阻较小,可以认为主要的匹配误差来源于芯片的输出阻抗与其它寄生电容的影响。

延迟匹配误差的检测及微调

延迟匹配误差测量如图3所示,信道延迟匹配误差测量是利用正弦波和余弦波进行的。当I信道输入为正弦波数据,而Q信道输入为余弦波数据时,理想情况下脉宽调制发生器输出占空比为50%的脉冲信号。误差的电压累积表现为一个DC电压。

当Q信道滞后时,脉宽调制输出的占空比增加,误差累积器中电压上升,通过在确定的时间段内测量得到电压的变化量,就可以得到延迟误差的计算公式。脉宽调制的每一个周期内,电压的变化与调制的脉宽变化时间成正比:

dv= K×(T/4)⁺ - (T/4)^- )

=K×(×2

在N个正弦波周期,电压的变化为:

(V=N×K×2×2×(

因此,信道的延迟误差可以通过测量电压/电流的变化得到精确的数据。

在延迟误差的检测中,由于误差比较小,需要将误差放大进行检测。在本方案中,测量的放大系数为N×K。由于K在设计中固定为一个常数,因此在精确测量中,需要利用多个正弦波周期进行误差累加。当正弦波频率为100kHz时,N=1,024,则每秒钟可以进行大约100次测量,即每次测量的周期为10ms。

误差的电压/电流累积的测量结果以2进制数据表达,这样就可以利用简单的迭代算法和收敛条件自动进行延迟误差的微调。

振幅匹配误差的检测及微调

针对正弦波振幅的测量可以有两种方法:测量峰峰值(P-P)和测量均方根(RMS)值。由于在针对振幅的误差进行检测和校正时,仅需要测量结果与被测量指标之间存在单调函数关系即可,而不必是已知的可运算函数,如线性函数。因此,本方案中采用测量RMS的方法判定信道之间的振幅误差。振幅匹配误差测量见图4。

测量时,如果使用两个不同的测试模块,则测量的数据之间不存在可比性,因此I信道和Q信道的振幅误差测试采用同一个测试模块。

对于单个信道的振幅检测,分别针对正弦波的正半周和负半周进行,检测的数据以2进制表示。通过比较N个周期内的误差,可以精确测定信道I和信道Q在振幅等同的输入(数字正弦波数据)下,由于信道的因素造成的振幅失配大小。

本文小结

通过在芯片内部利用MEMS测试技术来集成延迟误差、振幅误差测试和自动校正技术,可以实现以下目标:1.减少外部器件的数量,如外部的声表面滤波器(SAW)；2.在生产中减少调整环节,加快生产速度；3.保证系统的指标在较长时间内稳定可靠,每一次上电或者人工指令都可以重新进行一次微调以保证芯片或系统指标在要求范围内,所需要的指标以2进制数据格式作为收敛条件存储在芯片内部。

作者:尹登庆

技术总监

深圳深纳微系统技术有限公司

Email: ywtech@