CN102469055A - 零中频接收机的直流偏移校准方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零中频接收机的直流偏移校准方法和装置，其利用通过两次来判定种子的可靠性。具体地说，该方法首先确定要进行直流偏移校准的频点，然后先进行第一次直流偏移校准，以输出一第一直流校准值，并获得该第一直流校准值作为第一种子。然后，进行第二次直流偏移校准，以输出一第二直流校准值，并获得该第二直流校准值作为第二种子。最后，比较该第一种子和第二种子，当该第一种子和第二种子一致时，本次校准结束；当该第一种子和第二种子不一致时，更换频点，重新进行校准。

Description

零中频接收机的直流偏移校准方法和装置

技术领域

本发明涉及通信系统中的零中频接收机，尤其是涉及零中频接收机的直流偏移校准方法和装置。

背景技术

传统接收技术在射频信号和基带之间的转换分为多步进行，首先在射频和中频之间转换，然后在中频和基带之间转换。零中频接收技术，是指RF信号不需要变换到中频，而是一次直接变换到模拟基带I/Q信号，然后再解调的技术。与超外差技术比较，零中频接收技术具有不存在镜像干扰，只需要使用低通滤波器的优点。

然而零中频结构最根本的问题在于：信号一开始就被搬移到直流频段，这虽然是设计者所希望的，但是这导致严重的直流偏移问题。一个最广为人知的问题是本振信号的泄漏所引起的直流漂移。由于在电路中总是存在一些寄生的元件，信号与信号之间不可能做到完全隔离，总有一部分信号会发生泄漏。

在一个如图1所示的射频零中频接收机中，本振信号S_LO可以漏到混频器12的射频信号输入端IL，进而通过隔离度有限的低噪声放大器(LNA)10到达接收天线(图未示出)。在这条通路上，一部分泄漏的信号会被反射回来而与接收的有用信号混杂在一起，并重新回到混频器12的输入端，再经过频谱搬移，出现在直流频段。这种泄漏后的本振信号与本振信号自身相混频的现象被称为“自混频”。可以看到，由于零中频接收机的输入信号频率与本振信号频率相同，在混频器12的中频输出端OM除了所需要的零中频信号之外，还混杂了一个不需要的直流分量或直流漂移。为了使混频电路具有一定的增益，本振信号的幅度或功率通常都会选得比较大，即使经过了泄漏和反射路径上的大幅衰减，最后所造成的直流漂移仍然可以轻易地淹没有用信号。

为了解决零中频接收机的直流偏移问题，目前常见的一个解决办法是：在手机开机时，射频芯片内部会做一个消除直流偏移的校准过程。图1示出用以实现该过程的等效直流偏移校准单元20。一个实际的方案参照图2所示，先让接收机的增益设置在某一档上，打开接收链路，在信号下变频到模拟I/Q通道，再经过ADC 24变换到数字I/Q信号后，通过芯片22内的DSP(数字信号处理器)计算出直流偏移量，然后芯片22内部产生一个和该直流偏移量相反的一个直流量，经DAC 26变换后，加到接收模拟I/Q通道上去，从而让直流偏移量趋于零。

在接收机不同增益档位上重复这一操作，就可以把接收通路上的直流偏移量较好地消除掉。每一增益档位的直流偏移校准完成后，都会在芯片内部存入这一次校准结果，称之为“种子”，然后再进行下一个增益档位的校准。手机在正常通话时，就可以取出当前所用增益档位对应的种子，消除接收通道上存在的直流偏移，避免接收通道出现饱和而使通话受影响。

但是，该方法存在的一个较大的问题就是：如果在开机初始化校准过程中，手机天线口引入一个很强的干扰，就会导致直流偏移校准出来的种子不准确，甚至完全偏离了真实值。特别是在校准增益处于较大的档位时，接收机通道上的低噪声放大器10处在大增益状态。此时，外界干扰对种子的精度影响更大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种零中频接收机的直流偏移校准方法和装置，可以提高直流偏移校准的可靠性。

通过对使用被称为“种子”的直流偏移校准方案进一步考察得知，当干扰频点和用于直流偏移校准的频点一致或者很接近时，对种子的精度影响很大；当干扰频点和用于直流偏移校准的频点偏离一定频率时，对种子的影响可以忽略。相应地，如果校准时，校准频点或附近存在强干扰，那么校准得到的种子是偏离实际值很远的，即使进行二次校准，得到的种子还是会偏离很远，并且前后两次校准得到的种子也会互不相同，随机波动很大。而当校准时，如果校准频点或附近不存在干扰，前后两次校准得到的种子值是很一致的。

本发明利用上述的特性而提出一种直流偏移校准方法，其通过两次来判定种子的可靠性。具体地说，首先确定要进行直流偏移校准的频点，然后先进行第一次直流偏移校准，以输出一第一直流校准值，并获得该第一直流校准值作为第一种子。然后，进行第二次直流偏移校准，以输出一第二直流校准值，并获得该第二直流校准值作为第二种子。最后，比较该第一种子和第二种子，当该第一种子和第二种子一致时，本次校准结束；当该第一种子和第二种子不一致时，更换频点，重新进行校准。

在本发明的一实施例中，在确定要进行直流偏移校准的频点的步骤之前还可包括：选择要进行直流偏移校准的接收机增益档位。

在本发明的一实施例中，当判定该第一种子和第二种子一致时而本次校准结束后，更换接收机增益档位进行校准，直到所有接收机增益档位校准完毕。

在本发明的一实施例中，是对零中频接收机的I通道和/或Q通道进行直流偏移校准，其中该第一直流偏移值和第二直流偏移值是分别根据I通道和Q通道的后级信号计算，该第一直流校准值和第二直流校准值是分别反馈到I通道和Q通道的前级信号。

本发明另一种零中频接收机的直流偏移校准装置，包括控制单元、直流偏移值计算单元、直流校准值产生单元和比较单元。控制单元用以确定要进行直流偏移校准的频点，并在该频点先后启动两次直流偏移校准。直流偏移值计算单元在每次直流偏移校准中，计算一直流偏移值。直流校准值产生单元在每次直流偏移校准中，根据直流偏移值产生直流校准值，输出直流校准值，并将直流校准值作为种子保存。比较单元比较两次直流偏移校准的种子，并将比较结果反馈给该控制单元。其中，当比较结果为种子一致时，控制单元确定本次校准结束；当比较结果为种子不一致时，控制单元更换频点重新进行校准。两次直流偏移校准的种子是由该控制单元从该直流校准值产生单元读出。

在本发明的一实施例中，控制单元在确定要进行直流偏移校准的频点之前，先选择要进行直流偏移校准的接收机增益档位。

在本发明的一实施例中，控制单元在确定校准结束后，更换接收机增益档位进行校准，直到所有接收机增益档位校准完毕。

在本发明的一实施例中，直流偏移值计算单元是基于中频接收机的I通道或Q通道的后级信号计算直流偏移值，而直流校准值产生单元是将直流校准值反馈到所述I通道或Q通道的前级信号。

在本发明的一实施例中，所述直流校准值可为模拟信号或者数字信号。

相比已有直流偏移校准方法要求初始化校准时天线口没有校准频点处或附近的干扰信号，本发明通过两次校准的方式来确保种子精度，提高了校准的可靠性。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出使用直流偏移校准单元的零中频接收机。

图2示出直流偏移校准单元的一个实例。

图3示出本发明一实施例的直流偏移校准方法流程图。

图4示出本发明另一实施例的直流偏移校准方法流程图。

图5示出本发明一实施例的直流偏移校准装置示意图。

具体实施方式

本发明的实施例描述直流偏移校准方法，尤其是对已知的基于称为“种子”的直流偏移校准方法的改进。图1示出一种零中频接收机环境。本发明的实施例仍参照这一接收机环境来描述。但可以理解，本发明的实施例可以适用于这一环境的经显而易见的替换和优化(例如对低通滤波器、放大器的替换和优化)的环境中。

承上述，在该接收机中，射频信号从左端(以观察者的角度)进入接收机后，先经过低噪声放大器(LNA)10的放大，然后进入混频器12和本振(LocalOscillator，LO)信号S_LO混频。本振信号S_LO在本振产生器14中产生。混频之后获得的基带信号有两路通道，I和Q，它们的中心频率就是零频，会存在一定的直流偏移电平。基带信号I和Q经过一系列的低通滤波和放大，就达到实际需要的幅度。图1中示意性示出为每一通道配备的低通滤波器15、16以及放大器17、18。

接收机可以在最后一级放大器18之后，将I和Q信号引出，进入直流偏移校准单元20。直流偏移校准单元20的原理是通过计算得到精确的直流偏移量，再反馈回混频器12之后的I和Q信号上进行抵消，达到消除直流的目的。

在图2所示的环境中，给出了直流偏移校准单元20的一个实例。直流偏移校准单元20由可编程的芯片22、两个模数转换器(ADC)24、以及两个数模转换器(DAC)26组成。为每一通道I或Q配置一组ADC 24和DAC 26。在将后级的I和Q信号引出送入两个ADC 24之后，就把模拟信号变成了数字信号。通过芯片22内的DSP的处理，就可以迅速计算得到当前的直流偏移量，再通过一定比例关系的换算，用DAC 26产生幅度相同但极性相反的直流信号输出到I和Q通道的前级，和前级信号进行相加，即可达到消除直流的目的。这是一个反馈电路，经过一段时间后会达到稳定状态，后级输出的I和Q信号的直流偏移量应该趋于零。此时，就可以从DSP中取出当前送给DAC 26用来消除直流偏移的值(在此为数字量化值)，作为“种子”保存下来。当接收机实际工作的时候，可以取出来用。

虽然在此使用了数字处理方式来进行直流偏移校准，但可以理解，在其他未图示的实施例中，可通过计算直流偏移量的模拟值，然后以模拟量的校准值反馈到前级电路中。

一般地，接收机存在多个不同的增益档位。相应地，可以在接收机不同增益档位上重复这一操作，以便把接收通路上的直流偏移量较好地消除掉。每一增益档位的直流偏移校准完成后，都会在芯片24内部存入这一次校准结果作为种子，然后再进行下一个增益档位的校准。当诸如手机的移动设备在通信时，就可以取出当前所用增益档位对应的种子，消除接收通道上存在的直流偏移，避免接收通道出现饱和而使通话受影响。

如前文所描述的，种子的精度受干扰的程度与干扰频点和用于直流偏移校准的频点的相对关系有关。具体地说，当干扰频点和用于直流偏移校准的频点一致或者很接近时，对种子的精度影响很大。而当干扰频点和用于直流偏移校准的频点偏离一定频率时，对种子的影响可以忽略。相应地，如果校准时，校准频点或附近存在强干扰，那么校准得到的种子偏离实际值很远。进一步，在进行二次校准时，得到的种子还是会偏离很远，并且前后两次校准得到的种子也会互不相同，随机波动很大。而如果校准时，校准频点或附近不存在干扰，则进行二次校准时，前后两次校准得到的种子值是很一致的。

产生上述现象的原因可能在于，当干扰频点和用于直流校准的频点一致或者很接近时，干扰信号经过直接下变频就是零频附近的基带信号，而该干扰产生的基带信号是无法被零中频接收机接收通道上的低通滤波器(LPF)(如图1中的滤波器15、16)滤除的，最后就会影响DSP计算出的直流偏移量的准确度。而当干扰频点和用于直流校准的频点偏离一定频率时，干扰信号经过直接下变频的基带信号离零频较远，那么而该干扰产生的基带信号就会被零中频接收机接收通道上的低通滤波器(LPF)滤除，也就不会影响DSP计算出的直流偏移量的准确度。

根据这种特性，提出如图3所示一实施例的直流偏移校准方法。在该方法中，首先在步骤S1中确定一个要校准的频点。接着于步骤S2，进行第一次直流偏移校准。在此可以参照已有的流程，例如图1或图2或其他已知方法所提出的直流偏移校准方案进行校准。具体地说，在直流校准单元20或芯片24中计算出通道(如I通道或Q通道)后级信号的直流偏移，然后将校准值反馈到通道的前级。作为结果，于步骤S3获得反映直流校准值的第一种子。然后，于步骤S4，进行第二次直流偏移校准。由此，于步骤S5得到反映直流校准值的第二种子。

之后，在步骤S6，比较第一种子和第二种子是否一致。如果一致，那么就判定天线口不存在校准频点或者附近的干扰信号，校准得到的种子值是可信的，则本次校准结束。如果前后两次校准得到的种子值不一致，而是存在一定的差异，那么就判定天线口存在校准频点或者附近的干扰信号，校准得到的种子值是不可信的，流程跳转到步骤S7更换频点，再返回步骤S2进行校准，重复前面的校准流程，直到前后两次校准得到的种子值是一致的，校准才结束。

在本发明的另一实施例中，对于存在多档增益的接收机，可以对每一档增益执行校准流程，并保存由此获得的种子。该实施例如图4所示，在步骤S0，会先选择一个增益档位，然后执行与图3所示实施例相同的步骤S1-S7。当一个增益档位校准结束后，于步骤S8判断是否执行完所有校准，如果不是，则于步骤S9更换增益档位，然后返回步骤S1，再执行校准流程。

从另一角度看，本发明的实施例提出了一种直流偏移校准装置。图5示出直流偏移校准装置的示例。可以理解，该直流偏移校准装置可以应用于图1、图2所示的零中频接收机环境中，或者其他具有类似结构或性质的接收机环境中。

参照图5所示，直流偏移校准装置30包括控制单元32、直流偏移量计算单元34、直流校准值产生单元36、以及比较单元38。控制单元32连接直流偏移量计算单元34、直流校准值产生单元36、以及比较单元38，以控制校准过程。直流偏移量计算单元34从外部接收零中频接收机的I通道或Q通道的后级信号，经过运算后，产生直流偏移量。直流校准值产生单元36连接直流偏移量计算单元34，根据直流偏移量产生和输出直流校准值。直流校准值产生单元36保存这一直流校准值。比较单元38负责两次校准产生的种子之间的比较，并将比较结果反馈给控制单元32。

在一实施例中，控制单元32会参照图3所示流程进行校准。具体地说，控制单元32先确定频点，然后启动直流偏移量计算单元34、直流校准值产生单元36分别进行直流偏移量计算和直流校准值的输出。在进行一次校准后，控制单元32从直流校准值产生单元36读出第一种子。然后，控制单元32进行第二次校准，再从直流校准值产生单元36读出第二种子，并发送第一种子和第二种子送到比较单元38进行比较。当比较单元38反馈的比较结果为一致时，控制单元32结束本次校准。否则，控制单元32会更换频点，启动直流偏移量计算单元34、直流校准值产生单元36，重新进行校准。

作为替换，可以在执行两次校准后，才由控制单元32连续读出第一种子和第二种子，并发送给比较单元38进行比较。

在另一实施例中，控制单元32会参照图4所示流程进行校准。控制单元32会针对各个增益档位，逐一进行校准。因此在确定要进行直流偏移校准的频点之前，控制单元32先选择要进行直流偏移校准的接收机增益档位。在每一增益档位的校准结束后，控制单元32更换接收机增益档位进行校准，直到所有接收机增益档位校准完毕。

在一实施例中，直流偏移校准装置30可以基于模拟信号来计算直流偏移量，并输出模拟的直流校准值。

在另一实施例中，直流偏移校准装置30可以基于数字信号来计算直流偏移量，并输出数字化的直流校准值。因此，直流偏移校准装置30可包含如图2所示的额外的ADC和DAC。

在此描述的直流偏移校准装置的各种实施例可在例如计算机软件、硬件或计算机软件与硬件的组合的计算机可读取介质中加以实施。对于硬件实施而言，可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。在部分情况下，这类实施例可以通过控制器进行实施。

对软件实施而言，可通过诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

相比已有直流校准方法要求初始化校准时天线口没有校准频点处或附近的干扰信号，否则校准得到的种子精度就会受影响的局限，本发明的实施例所提出的直流偏移校准方法及其装置，可以通过两次校准的方式确保种子精度，提高校准的可靠性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1.一种零中频接收机的直流偏移校准方法，包括以下步骤：

确定要进行直流偏移校准的频点；

进行第一次直流偏移校准，以输出一第一直流校准值；

获得该第一直流校准值作为第一种子；

进行第二次直流偏移校准，以输出一第二直流校准值；

获得该第二直流校准值作为第二种子；

比较该第一种子和第二种子，当该第一种子和第二种子一致时，本次校准结束；当该第一种子和第二种子不一致时，更换频点，重新进行校准。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的确定要进行直流偏移校准的频点的步骤之前还包括：

选择要进行直流偏移校准的接收机增益档位。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当判定该第一种子和第二种子一致时而本次校准结束后，更换接收机增益档位进行校准，直到所有接收机增益档位校准完毕。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对零中频接收机的I通道和/或Q通道进行直流偏移校准，其中该第一直流偏移值和第二直流偏移值是分别根据I通道和Q通道的后级信号计算，该第一直流校准值和第二直流校准值是分别反馈到I通道和Q通道的前级信号。

5.一种零中频接收机的直流偏移校准装置，包括：

控制单元，用以确定要进行直流偏移校准的频点，并在该频点先后启动两次直流偏移校准；

直流偏移值计算单元，在每次直流偏移校准中，计算一直流偏移值；

直流校准值产生单元，在每次直流偏移校准中，根据所述直流偏移值产生直流校准值，输出所述直流校准值，并将所述直流校准值作为种子保存；

比较单元，比较两次直流偏移校准的种子，并将比较结果反馈给该控制单元；

其中，当比较结果为种子一致时，该控制单元确定本次校准结束；当比较结果为种子不一致时，该控制单元更换频点重新进行校准；其中两次直流偏移校准的种子由该控制单元从该直流校准值产生单元读出。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制单元在确定要进行直流偏移校准的频点之前，先选择要进行直流偏移校准的接收机增益档位。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制单元在确定校准结束后，更换接收机增益档位进行校准，直到所有接收机增益档位校准完毕。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述直流偏移值计算单元是基于中频接收机的I通道或Q通道的后级信号计算直流偏移值，所述直流校准值产生单元是将所述直流校准值反馈到所述I通道或Q通道的前级信号。

9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述直流校准值为模拟信号。

10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述直流校准值为数字信号。

11.一种零中频接收机的直流偏移校准装置，包括：

用以确定要进行直流偏移校准的频点的装置；

用以进行第一次直流偏移校准，以输出一第一直流校准值的装置；

用以获得该第一直流校准值作为第一种子的装置；

用以进行第二次直流偏移校准，以输出一第二直流校准值的装置；

用以获得该第二直流校准值作为第二种子的装置；

用以比较该第一种子和第二种子的装置，其中当该第一种子和第二种子一致时，本次校准结束；当该第一种子和第二种子不一致时，更换频点，重新进行校准。

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