测量I/Q调制器中的相位和延迟误差

就先进射频发送器而言，直接转换I/Q调制是一种很有吸引力的解决方案，它以较低的成本实现了复杂调制。直接I/Q调制器可以产生任意相位、频率和幅度的波形。在典型应用中，I/Q调制器产生一个单边带输出信号。理想调制器在I混频器和Q混频器本机振荡器之间有完美的90。相移，而且没有其它不想要的相位或增益减损，其输出将仅包含所需要的边带信号。实际上，非理想性是由其它相位误差源引起的，如基带I/Q延迟不匹配和DAC歪斜失真。

本文感兴趣的误差项是由基带信号源引起的I/Q歪斜误差（jDGEN）、由调制器引起的I/Q基带歪斜误差（jMOD）和LO正交误差（jLO）。注意，时延误差（如jDGEN和jMOD）引起了与频率有关的相位误差，这种误差不能用一个不受频率影响的I/Q相位调节补偿。因此，时延误差可能限制校准程序的有效性和图像抑制的程度。

为了针对宽频通信通道（例如，W-CDMA）实现镜频抑制，了解这些误差来源很重要。本文提供一种测量方法，用来确定射频和基带相位误差的来源。该方法需要基带 I/Q 信号发生器和其 I 和 Q 通道输出之间的用户可调相位（jGEN）。采用这信号源可以进行 3 种测量。jDGEN、jMOD、jLO等误差项可从这一系列测量中得出。

种测量——用正常信号连接消除I/Q调制器图像信号

基带发生器（jDGEN）和在I/Q调制器本身（jMOD）的 I和Q通道之间都可能存在相位差。在调制器中的正交LO信号、LOI和LOQ之间也许还存在相位误差jLO。因此，不想要的上边带信号（wLO + wBB）与想要的下边带信号（wLO — wBB）都出现在射频输出中。利用三角恒等式和小角度逼近，可以推导出上边带抑制。由下式给出：
RSB = 20Log ( jLO + jGEN1 + jDGEN + jMOD ) — 6.02 [dB] (1)

注意，相位j用弧度表示。通过调节信号发生器的相位，可以限度地减小图像项，信号发生器相位设定为
      　　jGEN1 = — jLO — jDGEN — jMOD (2)

第二种测量——采用接到调制器差分I通道输入端的反向差分基带信号，消除I/Q调制器图像信号

这个配置区别是，连接到调制器的I输入的差分基带信号是反向的。调节可控制的信号发生器相位jGEN2以消除图像信号。在这种情况下，想要的信号是上边带信号（jLO + jBB）和图像信号（jLO — jBB）上。下边带抑制由下式给出：
RSB = 20 log ( jLO — jGEN1 — jDGEN — jMOD ) — 6.02 [dB] (3)

就下式而言，图像信号：jGEN2 = jLO — jDGEN — jMOD (4)

第三种测量——让调制器的I和Q输入反向后消除I/Q调制器图像信号

在这种配置情况下，I和Q差分输入被交换了。调节可控制的信号发生器相位jGEN3以消除图像。现在想要的信号是上边带频率分量（wLO + wBB），图像是在（wLO — wBB）的下边带信号。下边带抑制由下式给出：
RSB = 20log ( jGEN3 + jDGEN + jLO + jMOD ) — 6.02 [dB] (5)

就下式而言，图像信号：jGEN3 = — jLO — jDGEN + jMOD (6)

相位减损的计算

解方程 (2)、(4) 和 (6)，可得出：
jLO = (jGEN2 — jGEN1)/2 (7)

jDGEN = —(jGEN2 + jGEN3)/2. (8)
jMOD = (jGEN3 — jGEN1)/2     (9)

作为一个例子，我们现在用上述方法确定LT5528直接 I/Q 调制器的误差项。用Rohde & Schwarz公司的AMIQ I/Q调制发生器作基带信号源。就5个不同的LT5528实例，采用 5MHz和10MHz基带频率测量jLO、jDGEN和jMOD。从测得的相位误差，可以计算等效延迟误差。表1的结果显示，基带信号发生器相位误差jDGEN在这一设置中占主导地位，并等效于大约300ps的延迟误差，相比之下，LT5528的基带相位误差jMOD的等效延迟仅为约 25ps ~ 30ps。在这个例子中，基带信号源相位误差jDGEN是主要误差源。在实际应用中，这个误差应该仔细进行特性描述和补偿。