CN101286961B - 对设备输出的直流偏移进行校准的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对设备输出的直流偏移进行校准的装置和方法。所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路，所述装置从所述需要校准的设备的输出端获取所述需要校准的设备的输出信号，从该输出信号中计算出直流分量，根据该直流分量计算出相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的直流偏移DC offset。利用本发明，能够有效地减少需要校准的设备的直流残余量，防止需要校准的设备的模拟传输通道被直流偏移饱和，能够使得需要校准的设备获得较好的解调性能。

Description

对设备输出的直流偏移进行校准的装置和方法

技术领域

本发明涉及电子应用技术领域，尤其涉及一种对设备输出的直流偏移进行校准的装置和方法。 

背景技术

一种全球移动通信系统(GSM，Global System Mobile)零中频接收机的结构如图1所示，在该接收机通道中，在可变增益放大器(VGA，variablegain amplifier)和低通功能滤波器(LPF，low pass filter)的输出端存在比较大的直流偏移(DC offset)量，该DC offset可能会阻塞信号通道。因此，需要对VGA输出的DC offset进行校准。 

现有技术中的一种对GSM接收机通道中的DC offset进行校准的方法为：连续直流消除法，利用高通滤波器对DC(直流)分量有较大的衰减的特性，来实现对GSM接收机通道中的直流偏移进行校准，目前，主要通过交流耦合来实现高通滤波器，该交流耦合的结构及频率响应示意图如图2所示。 

在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术中的对GSM接收机通道中的DC offset进行校准的方法的缺点为： 

1、滤波器的响应时间往往跟其截止频率成反比，因此，非常低的高通截止频率导致了高通滤波器的响应时间很长，进而影响了GSM接收机性能。 

2、为了使对DC offset进行校准的过程不影响GSM接收机的解调，高通滤波器的高通截止频率往往设置得非常低，导致了非常大的电阻电容(R，C)常数，进而导致了很大的芯片面积。 

3、上述交流耦合往往要求输入阻抗为高阻，这就给电路设计增加了很大 的难度。 

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种对设备输出的直流偏移进行校准的装置和方法，从而可以解决现有技术方案需要很大的芯片面积、响应时间很长、对电路设计带来困难的问题。 

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的： 

一种对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路，所述装置从所述需要校准的设备的输出端获取所述需要校准的设备的输出信号，从该输出信号中得到直流分量，根据该直流分量获取相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的直流偏移DC offset； 

所述装置包括： 

信号检测模块，用于检测出所述需要校准的设备输出的模拟信号，将该模拟信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大后输出； 

数字控制模块，用于接收所述信号检测模块输出的数字信号，对该数字信号进行过滤处理后，获得数字的DC offset信号，对该数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，将该DCoffset的平均值输出； 

信号反馈模块，用于接收所述数字控制模块输出的所述DC offset的平均值，将该DC offset的平均值转换为模拟信号，并将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端； 

所述数字控制模块包括： 

开机校准模块，用于针对不同的增益模式，分别设定一个所述需要校准的设备输出的DC offset的初始值，然后，通过多次采样所述数字的DC offset信号，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值； 

DC offset存储模块，用于将所述开机校准模块所获取的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储； 

一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法，将装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路，所述方法包括： 

所述装置从所述需要校准的设备的输出端检测出所述需要校准的设备输出的模拟信号，将该模拟信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大和过滤处理，获得数字的DC offset信号； 

对所述数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，将该DC offset的平均值转换为模拟信号，并将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的DC offset； 

所述的对所述数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，包括： 

针对不同的增益模式，分别设定一个所述需要校准的设备输出的DCoffset的初始值，然后，通过多次采样所述数字的DC offset信号，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值； 

将所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储。 

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过从需要校准的设备的输出信号中得到直流分量，根据该直流分量得到相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端。从而能够有效地减少需要校准的设备的直流残余量，防止需要校准的设备的模拟传输通道被直流偏移饱和，提高需要校准的设备的性能，并且能够有效地缩短DC offset的校准时间。 

附图说明

图1为一种现有技术中的GSM零中频接收机的结构示意图； 

图2为一种现有技术中的交流耦合的结构及频率响应示意图； 

图3为本发明实施例二提供的一种对设备输出的DC offset进行校准的装置在GSM接收机中的应用示意图； 

图4为本发明实施例二提供的对设备输出的DC offset进行校准的装置的结构示意图； 

图5为本发明实施例二提供的一种6bit的四级的pipeline(流水线)ADC的结构示意图； 

图6为本发明实施例二提供的一种数字控制模块的结构示意图； 

图7为本发明实施例二提供的一种电阻折叠的9bit电流舵结构的DAC的结构示意图； 

图8为本发明实施例三提供的一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法的处理流程图。 

具体实施方式

在本发明实施例一中，将校准装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路。所述校准装置从所述需要校准的设备的输出端获取所述需要校准的设备的输出信号，从该输出信号中计算出直流分量，根据该直流分量的大小或符号计算出相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的DC offset。 

在对所述需要校准的设备进行初次校准时，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，并将该 DC offset的平均值存储到不同的增益地址中。在某个指定时隙下进行校准时，对该指定时隙下的增益模式对应的所述需要校准的设备输出的DC offset信号进行多次采样，获取所述DC offset的平均值，根据该平均值对所述存储的所述指定时隙下的增益模式对应的DC offset的平均值进行调整，获取最终的所述需要校准的设备输出的DC offset。 

上述需要校准的设备包括：模拟传输通道中的设备，比如发射机中的VGA设备或LPF设备。下面以VGA设备为例来说明本发明实施例。 

本发明实施例二提供的一种对设备输出的DC offset进行校准的装置在GSM接收机中的应用示意图如图3所示，该装置和VGA的输出端和输入端相连，从VGA的输出端直接检测出VGA的输出信号，从该输出信号中计算出直流分量，根据直流分量的大小或符号计算出相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到GSM接收机通道中的VGA的输入端。通过该模拟信号来抵消GSM接收机通道中的DC offset值。 

上述对设备输出的DC offset进行校准的装置，即图3中的模块DCOC(DC offset cancellation，直流偏移消除)的结构如图4所示。包括：信号检测模块、数字控制模块(Digital control block)和信号反馈模块。 

信号检测模块，用于检测出VGA输出的模拟信号，该模拟信号中包括DCoffset信号和噪声信号等。将该模拟信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大后，输出给数字控制模块。该信号检测模块可以为ADC(Analogue toDigital Converter，模数转换器)，一种6bit的四级的pipeline(流水线)ADC的结构如图5所示，该ADC采用三级1.5bit、加上一级3.5bit的Flash(快闪)的结构，可以将模拟信号转化为6bit的数字信号。ADC的full scale(满量程)为1Vpp(峰峰值)。该ADC的工作原理为：当模拟信号输入ADC时，首先经过第一级1.5bit的sub-ADC，该第一级sub-ADC对模拟信号的值进行判断(是否大于某个设定参考值)，并将该第一级sub-ADC的输出减去一个参考值 (ADC的设定参考值)，将获得的残余值放大一倍后传输给第二级的sub-ADC，依次类推....，直到最后一级(3.5bit的sub-ADC)，将各级的sub-ADC的值移位后相加即可获得一个完整模数转换功能。 

数字控制模块，用于接收ADC输出的数字信号，对该数字信号进行过滤处理，滤除掉噪声信号等信号后，获得数字的DC offset信号。对该数字的DCoffset信号进行多次采样，比如，采样256次，将多次采样所获取的数据进行累加，然后计算出平均值，该平均值即为上述采样的时间间隔内、VGA输出的DC offset的平均值。数字控制模块将上述平均值进行存储并传输给信号反馈模块。包括：开机校准模块、时隙前校准模块和DC offset存储模块。 

其中，开机校准模块，用于针对不同的增益模式，分别设定一个所述需要校准的设备输出的DC offset的初始值，然后，通过多次采样所述数字的DCoffset信号，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值； 

其中，DC offset存储模块，用于将所述开机校准模块所获取的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储。 

其中，时隙前校准模块，用于对指定时隙下的增益模式对应的所述数字的DC offset信号进行多次采样，获取所述数字的DC offset的平均值，根据该平均值对所述DC offset存储模块中存储的所述指定时隙下的增益模式对应的DC offset的平均值进行调整，获取最终的所述需要校准的设备输出的DCoffset。 

下面分别介绍一下开机校准模式和时隙前校准模式。 

1、开机校准模式。 

针对一个需要校准的设备，比如VGA，数字控制模块首先采用开机校准模式。在开机校准模式下，数据控制模块采用逐次逼近算法来获取最佳的VGA输出的DC offset的平均值。具体工作过程为： 

将GSM接收机通道打开，首先针对所有的增益模式设置一个DC offset的初始值，该初始值为DC offset可能的取值范围内的中间值，比如，当DAC为9bit时，则该初始值为256(即100000000)。在当前的增益模式下，通过多次采样上述数字的DC offset信号，获得上述数字的DC offset的平均值，如果该平均值小于设定的中心值，则将上述DC offset在初始值的基础上再加上128(反之如果大于中心值，减去128)。然后，继续在当前的增益模式下，采样获得上述数字的DC offset的平均值，当该平均值小于中心值时，则在已调整DC offset的基础上，再加上64(反之，则减去64)。之后，继续以上操作，调整值分别为32，16，....2，1(共9次)。在最后一次调整结束后，利用存储器记录当前最终校准值。将最后获取的DC offset的值作为当前的增益模式下，VGA输出的DC offset的平均值。 

由于在不同的增益模式下VGA输出的DC offset不相同，因此，需要依次在不同增益模式下，重复进行上述当前增益模式下的处理过程，分别测量出不同增益模式下上述DC offset的平均值。 

在数据控制模块中，需要将各个增益模式和对应的DC offset的平均值进行关联保存。 

2、时隙前校准模式。 

在经过了开机校准模式的上述处理后，当需要测量某个时隙下上述DCoffset的平均值时，就可以采用时隙前校准模式。具体处理过程为： 

首先获取数据控制模块中存储的该时隙下的当前增益模式对应的上述DCoffset的平均值。通过多次采样当前增益模式下的上述数字的DC offset信号，获得上述数字的DC offset的平均值，根据该平均值对上述数据控制模块中存储的该时隙下的当前增益模式对应的上述DC offset的平均值进行调整，将调整后的值作为该时隙下的VGA输出的最终的DC offset。 

一种数字控制模块的结构如图6所示。包括：integrator(积分器)、SAR Logic(successive approximation，逐次渐进逻辑器)、加法器、MUX21(选择器)和LATCH_DAC(数据锁存器)。积分器的输入端和作为信号检测模块的ADC的输出端相连，积分器的输出端分别和逐次渐进逻辑器、加法器的输入端相连，逐次渐进逻辑器、加法器的输出端分别和选择器的输入端相连，选择器的输出端和数据锁存器的输入端相连，数据锁存器的输出端和作为信号反馈模块的DAC相连，加法器的输入端还和数据锁存器相连。 

图6中的SAR Logic器件用于处理上述开机校准模式，图6中的加法器用于处理上述时隙前校准模式。在开机校准模式时，状态机控制SAR Logic有效，该模块对积分器的输出数据进行符号判断，并在存储的DAC数据中进行逐次逼近查找，将获得的各个增益模式对应的DC offset的平均值通过MUX21传输给LATCH_DAC进行关联保存。 

在时隙前校准模式时，通过加法器将积分器的输出减去中心值，得到一个误差值，并将上次LATCH_DAC中存储的该时隙下的当前增益模式对应的上述DC offset的平均值减去该误差值得到最新校准值。将获得的该最新校准值和当前的增益模式信息通过MUX21传输给LATCH_DAC进行关联保存。 

3、信号反馈模块，接收数字控制模块输出的上述DC offset的平均值，将该DC offset的平均值转换为模拟信号，该模拟信号为电流信号或电压信号，根据VGA的结构来决定。信号反馈模块输出的模拟信号将被反馈到VGA的输入端，用来减少VGA输出的DC offset。 

该信号反馈模块可以为DAC，一个电阻折叠的9bit电流舵结构的DAC如图7所示，该DAC用来实现上述给VGA的输入端反馈模拟信号的功能，该DAC的阻抗很低，接近为零，输出电流信号。由于该DAC具有良好的电阻电流舵的匹配性，能够获得较好的线性度。 

上述本发明实施例所述装置还可以和LPF等其它GSM接收机通道中的设备连接，对LPF等其它GSM接收机通道中的设备输出的DC offset进行校准。 

上述本发明实施例所述装置还可以应用于TDS-CDMA接收机中，对TDS-CDMA接收机通道中的设备输出的DC offset进行校准。由于TDS-CDMA接收机中的信号的接收方式为时隙，并且信号带宽远高于GSM接收机的信号带宽，因此，需要将上述本发明实施例所述装置中的ADC的采样时钟适当的提高(建议大于信号带宽的奈奎斯特采样频率)。 

本发明实施例三提供的一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法的处理流程如图8所示，包括如下步骤： 

步骤81、将校准装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，获取所述需要校准的设备的输出信号。 

将上述实施例二所述的校准装置与需要校准的设备(比如VGA设备)的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路。 

所述校准装置从所述需要校准的设备的输出端获取所述需要校准的设备的输出信号，该输出信号为模拟信号，其中包括DC offset信号和噪声信号等。 

步骤82、对上述需要校准的设备的输出信号进行采样处理，获取上述需要校准的设备输出的DC offset的平均值。 

将上述需要校准的设备的输出信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大、过滤处理，滤除掉噪声信号等信号后，获得数字的DC offset信号。对该数字的DC offset信号进行多次采样，比如，采样256次，将多次采样所获取的数据进行累加，然后计算出平均值，该平均值即为上述采样的时间间隔内、需要校准的设备输出的DC offset的平均值。 

获取上述需要校准的设备输出的DC offset的平均值的方式可以采用上述开机校准模式和时隙前校准模式。由于在不同的增益模式下设备输出的DCoffset不相同，因此，需要依次在不同增益模式下，分别测量出不同增益模式下上述DC offset的平均值，并且将所述需要校准的设备输出的DC offset的平 均值和增益模式的对应关系进行存储。 

步骤83、将上述DC offset的平均值转换为模拟信号，并反馈到上述需要校准的设备的输入端。 

将上述获取的需要校准的设备输出的DC offset的平均值转换为模拟信号，该模拟信号为电流信号或电压信号，根据需要校准的设备的结构来决定。将该模拟信号反馈到需要校准的设备的输入端，用来减少需要校准的设备输出的DC offset。 

综上所述，本发明实施例能够有效地减少GSM接收机通道等模拟传输通道的直流残余量，防止GSM接收机通道等模拟传输通道被直流偏移饱和，能够使得GSM接收机等需要校准的设备获得较好的解调性能。 

整个校准过程通过控制字进行操作，易于实现，缩短了校准时间，简化了芯片之间的接口。通过将需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储，使得需要校准的设备能够应对增益快速切换。具有非常好的兼容性，既能够片上自动校准，又能支持级联校准。 

本发明实施例不需要非常大的电阻电容常数，不要求输入阻抗为高阻，因此，缩小了芯片面积，容易进行电路设计。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (7)

1.一种对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路，所述装置从所述需要校准的设备的输出端获取所述需要校准的设备的输出信号，从该输出信号中得到直流分量，根据该直流分量获取相应的模拟信号，将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的直流偏移DC offset；

所述装置包括：

信号检测模块，用于检测出所述需要校准的设备输出的模拟信号，将该模拟信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大后输出；

数字控制模块，用于接收所述信号检测模块输出的数字信号，对该数字信号进行过滤处理后，获得数字的DC offset信号，对该数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，将该DCoffset的平均值输出；

信号反馈模块，用于接收所述数字控制模块输出的所述DC offset的平均值，将该DC offset的平均值转换为模拟信号，并将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端；

所述数字控制模块包括：

开机校准模块，用于针对不同的增益模式，分别设定一个所述需要校准的设备输出的DC offset的初始值，然后，通过多次采样所述数字的DC offset信号，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值；

DC offset存储模块，用于将所述开机校准模块所获取的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储；

2.根据权利要求1所述的对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述数字控制模块还包括：

时隙前校准模块，用于对指定时隙下的增益模式对应的所述数字的DCoffset信号进行多次采样，获取所述数字的DC offset的平均值，根据该平均值对所述DC offset存储模块中存储的所述指定时隙下的增益模式对应的DCoffset的平均值进行调整，获取最终的所述需要校准的设备输出的DC offset。

3.根据权利要求1所述的对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述信号检测模块为模数转换器ADC，所述信号反馈模块为数模转换器DAC。

4.根据权利要求1至3任一项所述的对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述需要校准的设备包括：模拟传输通道中的设备。

5.根据权利要求4所述的对设备输出的直流偏移进行校准的装置，其特征在于，所述模拟传输通道中的设备包括发射机中的可变增益放大器VGA设备或低通功能滤波器LPF设备。

6.一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法，其特征在于，将装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成环路，所述方法包括：

所述装置从所述需要校准的设备的输出端检测出所述需要校准的设备输出的模拟信号，将该模拟信号转化为数字信号，并对该数字信号进行放大和过滤处理，获得数字的直流偏移DC offset信号；

对所述数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，将该DC offset的平均值转换为模拟信号，并将该模拟信号反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述模拟信号用于抵消所述需要校准的设备的输出的DC offset；

所述的对所述数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，包括：

针对不同的增益模式，分别设定一个所述需要校准的设备输出的DCoffset的初始值，然后，通过多次采样所述数字的DC offset信号，采用逐次逼近算法来分别获取各种增益模式下的所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值；

将所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值和增益模式的对应关系进行存储。

7.根据权利要求6所述的对设备输出的直流偏移进行校准的方法，其特征在于，所述的对所述数字的DC offset信号进行采样处理获得所述需要校准的设备输出的DC offset的平均值，还包括：

对指定时隙下的增益模式对应的所述数字的DC offset信号进行多次采样，获取所述数字的DC offset的平均值，根据该平均值对所述存储的所述指定时隙下的增益模式对应的DC offset的平均值进行调整，获取最终的所述需要校准的设备输出的DC offset。

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