CN1041156C - 直流电压偏离补偿方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是用来补偿数/模转换器特别是移动电话的基频调制器中的数/模转换器的直流偏离电压的方法和装置。该方法及装置采用纠错寄存器根据直流偏离电压的变化来补偿直流偏离。纠错寄存器的值在测试模式时改变，这样，预设的控制值被馈入数/模转换器，差分输出端对的输出端电压值被比较，以鉴定输出电压差极性和相对直流偏离的极性，即相对直流偏离的符号；且根据电压差的极性，纠错寄存器从最好为零的预设初始值上或减1或加1。

Description

直流电压偏离补偿方法和装置
本发明涉及用于补偿数/模转换器的直流偏离电压的方法和装置，特别是用于补偿数字无线电话中的数/模转换器的直流偏离电压的方法和装置。
在数字无线电话中，待传送的信号是在调制器的数字部分中进行调制的，然后由数/模转换器将调制后的信号转换成模拟信号。该模拟信号随后耦合到无线电话的射频部分作为无线信号而传输。数/模转换器有这样一个问题，即其输出端出现低而通常缓慢变化的直流偏离电压，这个电压通常是由于电路元件制造得不理想而引起的，与待转换的数字信号无关。直流偏离电压会使移动电话传输信号中产生不希望有的载波泄漏，干扰信号传输。因此必须用适当方法补偿数/模转换器中的直流偏离电压。
过去有一种补偿数/模转换器直流补偿电压的方法是将纠错寄存器的内容值按测出的直流偏离电压修正后加到待转换的各信号中。通过使纠错寄存器值与数/模转换器直流偏离电压值反向相等，来补偿直流偏离电压。
上述补偿直流偏离的方法存在的一个问题是未考虑由于温度变化引起的直流偏离的改变。这种温度效应既不能预测也不一定是有规律的，而且还会因各不同数/模转换器元件而不同。由于不能测出各数/模转换器元件的温度特性并将其在与数/模转换器共同配置的存贮器中列表，因而必须用其它经济实惠的途径来补偿直流偏离电压。
根据本发明的第一个方面，提供一种用于补偿电子器件的信号中偏离的方法，所包括的步骤为：向电子器件输入预定信号；产生代表电子器件的与预定信号对应的理想输出与实际输出间差值的误差信号；根据误差信号修正存贮在存贮装置中的补偿值；将所述值加到后续信号中输入到电子器件中。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于补偿电子器件的信号中偏离的装置，该装置包括：用于将预定信号输入到电子器件中的输入装置；用于检测与预定信号对应的来自电子器件的理想输出与实际输出间差值的检测装置；用于根据所检测的差值修正存贮在存贮器装置中的补偿值的修正装置；以及用于将所述值加到后续信号上输入到电子器件上的加法装置。
本发明的优点在于，偏离电压可在它们变化时而不必有复杂的查寻表的情况下进行补偿。本发明在装置于工作期间可进行补偿值的更新，且考虑了温度漂移或电子器件特性不理想等原因。
在优选的实施例中，该方法可重复，直到差值经历了最小值。这有利地提供了在装置启动时补偿值的初始化。
最好，该方法和装置使预定信号仅在当器件未被用于其正常目的时而输入到电子器件中。这意味着补偿值的更新或修正可在不中断电了器件正常工作的情况下进行。
下面参看附图更详细地说明本发明的内容。附图中：
图1示出了用以补偿数/模转换器的直流偏离电压的电路装置的方框图；
图2示出了移动电话GMSK(高斯滤波最小频移键控)调制器的方框图，图中示出了与数/模转换器直流偏离电压的补偿有关的各部分。
图1中的电路装置包括数据处理单元1、数/模转换器2、射频调制器3和比较器4。数据处理单元1最好是以微处理器为基础的电路元件，包括纠错寄存器5和测试单元6。纠错寄存器5也可优选地安置在数据处理单元1之外并与数/模转换器配置在一起。数据处理单元1和数/模转换器2由数据总线1b连接在一起。数/模转换器2是微处理器电路的一个外围元件，通常由一系列不同用途的寄存器组成。数/模转换器2配备有起码一个差分输出端对2a、2b，从该输出端对获得的输出信号A+、A-为相位彼此相反但等值的信号。比较器4的输入端4a、4b接数/模转换器2的差分输出端2a、2b。比较器4的输出端4c又接数据处理单元1。数/模转换器2的输出端2a、2b接射频调制器3。测试单元6最好设计得使其可与数据处理单元1共同编程。
在图1的电路装置中，数字信号，例如8比特字组成的串行式信号，经输入接端1a馈入数据处理单元1中。一个或多个调制信号以数字形式在数据处理单元1中形成，这还要视乎所采用调制方法而定，这些信号经总线1b以并行的形式馈入数/模转换器2。从数/模转换器的差分输出端对2a、2b得出的模拟信号A+、A-馈入射频调制器3中。在射频调制器3中，信号A+和A-结合起来，形成发送到无线电通路上的高频射频信号。
数/模转换器直流偏离补偿装置包括与数/模转换器2共同配置的差分输出端对2a、2b、比较器4、数据处理单元1、纠错寄存器5和测试单元6。直流偏离电压的检测和补偿是在每当数据处理单元1和数/模转换器2不处理待发送到无线电通路的信号时进行的。以下称这个过程为测试模式。
直流偏离电压的补偿是用图1所示的本发明的装置按下法进行的。纠错寄存器5包含恰当的初始值，最好为零。接通调制器，于是即刻就开始进入测试模式，这时使对应于理想数/模转换器输出端零电压的控制值从数据处理单元1的测试单元6经总线1b馈入数/模转换器2中。在此情况下，假设没有直流偏离电压出现，则数/模转换器进行正常的数/模转换之后，差分输出端对的各输出端2a、2b的电压应为零。差分输出端2a、2b是彼此独立的，因而这些输出端可能出现的直流偏离电压以彼此独立的电压变化的形式出现。假设出现在输出端2a的信号A+其值UA+为+0毫伏，出现在输出端2b的信号A-其值UA-为+10毫伏，则比较器各输入端4a与4b之间的电压差du＝(UA+)-(UA-)＝-10毫伏。数/模转换器2输出端2a、2b的输出电压，其电压差dU的极性(即该电压差是正还是负)由比较器4确定。在此实例中，由于比较器4进行了比较，因而在输入端4a、4b上可以测出负电压差，即du＝-10毫伏，从而将正信号加到比较器的输出端4c，就是说，输出端的电压提高到恒定的正电压。数据处理单元1用来检测比较器4输出端4c的状态，即该输出端处于高态，纠错寄存器5的内容通过减去1而得到修正，因而在此实例中，纠错寄存器5的值为-1。
往数/模转换器2中馈入测试单元6的加有与上一个测试过程共同更新的纠错寄存器值的控制值，重复上述测试过程。这时再用比较器4来检验数/模转换器2各输出端2a、2b输出电压电压差du的极性，即电压差是正还是负，若检测到信号A+、A-的偏离电压du仍为负，就在恒定正电压下维持比较器4输出端4c的状态。数据处理单元1用来检验比较器4输出端4c的状态，若该输出端处于高态，就会使纠错寄存器5的内容值因减去1而得到修正，因而本实例中的纠错寄存器5的值为-2。
在测试模式下重复上述测试过程，直到数/模转换器2输出端2a、2b的输出电压差du相对于上一个测试过程改变为止。因此可以看出，上述实例中信号A+、A-的偏离电压du的符号从负变为正，从而使比较器4输出端4c的状态也从恒定正电压变为恒定负电压，即输出降低了。比较器4输出端4c状态的这个变化由数据处理单元1检测出来，从而知道，由于纠错寄存器5的值得到补偿，电压差du和直流偏离电压在此耦合状态下尽可能接近零。于是就结束了测试模式。这时可以说已开始补偿直流偏离电压。调制器随时都可以正常工作。
调制器或通常作为部件装设的装置一接通，测试模式最好按上述方式进行。另一方面，最好在正常工作期间在待传送的实际信号的传输时间之间的时间隔重复测试模式。直流偏离电压的测试模式和补偿是作为对应于调制器接通之后的第一测试过程的测试过程进行的。接着将对应于理想数/模转换器零电压值的控制值馈入数/模转换器2中。比较器4用来鉴定数/模转换器2输出端2a、2b的输出电压差du的极性；若电压差为正，则比较器4的输出4c下降(或仍然小)，纠错寄存器5的值增加1；反之若电压差为负，则比较器4的输出4c提高(或仍然大)，纠错寄存器5的值减小1。测试模式结束，而且即使比较器4输出端4c的电压状态没有从高到低或从低到高地变化，上述过程也不继续下去。这个测试模式每隔适当的一定时间例如一秒钟或一分钟重复一次，这要视乎应用情况和条件而定。直流偏离电压的变化速度一般都比测试模式的重复次数和更新纠错寄存器的重复时间间隔低，因此无需更频繁地重复测试过程。
图2示出了移动电话的GMSK调制器。这种调制器包括用作数据处理单元的信号处理器7、数/模转换器8和I/Q基频调制器9，三者依次相互串联连接。诸如以时分帧的形式分组的话音数据之类的比特流通过输入接插件7a馈入数字信号处理器7中。数字信号处理器7将馈入其中的数据变换成I和Q支路的数字调制信号，该信号又通过数据总线7b并行馈入数/模转换器8中。数/模转换器8有两对差分输出端8a、8b和8c、8d。第一输出端对8a、8b输出Q支路的第一对模拟差分输出信号Q+和Q-，第二输出端对8c、8d输出I支路的第二对模拟差分输出信号I+、I-。这些差分输出信号Q+、Q-、I+、I-馈到I/Q调制器9，在I/Q调制器9中用本机信号L0转换成高频信号，然后可能在其频率上混合成更高频的适当无线电信号(图中未示出)传送到无线电通路上。测试单元14最好是以与信号处理器7联接的可编程单元实现，信号处理器7用来检验比较器10、11的输出10c、11c，并用来更新纠错寄存器12、13。
在数/模转换器8的输出8a、8b和8c、8d中，至少有时候会出现主要因与早先讨论的温度变化有关的温度漂移引起的直流偏离电压。为补偿数/模转换器的直流偏离电压，补偿装置包括：与数/模转换器8共同配置的两个差分输出端对8a、8b和8c、8d，和相应的两个比较器10、11，该比较器的输入端10a、10b和11a、11b接数/模转换器8的输出端对8a、8b；8c，8d，还包括数字信号处理器7，相应比较器10、11的输出10c、11c即接到处理器7上，此外还包括两个纠错寄存器12、13和测试单元14。纠错寄存器12、13和测试单元14最好与数字信号处理器1相联。
数/模转换器8可能有的直流偏离电压按下述方式补偿。数/模转换器8的直流偏离电压是在转换器不用来调制移动电话所发出时分短脉冲串时测定的。为此，在测试模式下，将预设定的对应于理想数/模转换器输出端零电压的数字控制值并行从测试单元14馈到数/模转换器8的输出端。在此情况下，数/模转换器8的差分输出端对8a、8b和8c、8d应相应出现零电压，即所有输出端应处在零电位。数/模转换器8的第一输出端对8a、8b的输出端电压值UQ+、UQ-在第一比较器10中相比较，相应地，第二差分输出端对8c，8d的输出端电压值UI+、UI-在第二比较器11中相比较。若数/模转换器8各输出端对8a、8b；8c、8d的输出端电压差du1＝(UQ+)-(UQ-)和/或du2＝(UI+)-(UI-)为正，则比较器10和/或11的输出10c和/或11c下降，即变成负的恒定电压，这由数字信号处理器7鉴定，在这个基础上纠错寄存器12和/或13的内容值增加1。若数/模转换器8差分输出端对8a，8b和/或8C，8d的输出端电压差du1和/或du2为负，则比较器10和/或11的输出10c和/或11c增加，即变成正的恒定电压，这由数字信号处理器8鉴定，在此基础上，相应的纠错寄存器12和/或13的内容值减小1。因此各纠错寄存器12和/或13的值取决于直流偏离电压，特别取决于其出现在数/模转换器输出端对8a、8b和/或8c，8d的电压差的符号。
这之后，重复上述测试阶段，测试单元14的加有与上一测试阶段共同更新的纠错寄存器12和/或13的值的控制值馈入数/模转换器8中。这时再次用比较器10和/或11来鉴定数/模转换器8差分输出端对8a、8b和/或8c，8d各输出端的输出电压差du1和/或du2，即电压差是正还是负，而检测到输出电压差du1和/或du2仍然为正，则对应或两比较器10和/或11各输出10c和/或11c的状态在负恒定电压下保持为低。信号处理器7用来检验比较器10和/或11的输出10c和/或11c的状态，即该其中一个或两个输出为低，从而使对应或两纠错寄存器12和/或13的内容值因增加1而变化。
在测试模式下重复上述测试阶段直到数/模转换器8的输出端对8a、8b和/或8c，8d输出电压差du1和/或du2特别是相对于上述进行的测试阶段改变为止。在此情况下，可以看出，按照上述实例，信号UQ+、UQ-和/或UI+，UI-的偏离电压du1和/或du2的符号从正变为负，从而使比较器10和/或11输出10c和/或11c的状态也从负信号为正信号，即输出增加，且处于恒定电压下。两比较器10、11的输出10c，11c状态的变化分别由信号处理器7加以鉴定，结果，直流偏离电压du1，du2和直流偏离电压采用这种耦合时都因相应有关的纠错寄存器12和/或13的值得到补偿而尽可能接近零电压。这时测试模式结束了，调制器随时都可以正常工作。这之后，纠错寄存器12和13的值都加到待转换的各信号采样中，并相应加到Q和I支路的输出信号中，以补偿直流偏离电压。
信号处理器7或对应的数据处理单元最好装有诸如逻辑单元16，17的设备，供监控各比较器10，11各输出10c，11c的电压状态，特别是监控其在先后两测试阶段之间的测试状态中的变化。当比较器的输出状态从正变为负或从负变为正时，测试状况就根据逻辑单元16，17所提供的信息结束。在此情况下，纠错寄存器12，13的值保持不变。
测试状态是以上述方式分若干测试阶段出现的，纠错寄存器12，13的内容则在移动电话或对应的装置接通时按排检验好几次的。与此相应，当数/模转换器8没有处理待调制的实际信号时，最好在移动电话正常使用期间每隔一定时间更新纠错寄存器12，13的内容。在此情况下，纠错寄存器12，13可以只在几个或一个测试模式阶段更新，即如前面说过的那样，对应于零电压的控制值从测试单元14写到数/模转换器8上，若输出端对8a，8b；8c，8d的电压du1、du2为正，则纠错寄存器12和/或13的值减少1；若电压差du1和/或du2为负，则纠错寄存器12和/或13的值增加1。这之后，测试模式就结束，再也不必注意比较器10，11各输出端10c，11c的状态了。图1直流偏离电压和调制器的补偿也按同样的步骤进行。由于直流偏置的变化率低，因此在每个间隔中仅需一个测试过程。考虑到正常使用移动电话或对应装置时的测试模式，最好在数/模转换器直流偏离电压补偿装置中再加上设备15(图2)供检测时分短脉冲串和/或确定自由时隙的位置，从而在测试模式下更新纠错寄存器12、13的内容。设备15可以和数字信号处理器7安置在一起，且设计成利用现行结构具各种程序的单元。
数据处理单元被用来处理馈入调制器的数字信号，以监控测试模式和测试单元，特别是检验一个或多个比较器的状态，并设定一个或多个纠错寄存器的内容值。数据处理单元，前面已经说过，可以采用以微计算机为基础的装置，例如数字信号处理器或逻辑电路或它们的混合体。

Claims (16)

1.一种用于补偿在数/模转换器的信号中的电压偏离的方法，其特征在于所包括步骤为：
向数/模转换器输入预定信号；
产生与预定信号对应的代表数/模转换器的差分信号的各信号间差值的误差信号；
根据误差信号修正存贮在存贮装置(5；12，13)中的补偿值；和
将所述值加到后续信号中输入到数/模转换器中。
2.如权利要求1的方法，其特征在于重复所述步骤，使该后续信号为预定信号，直到所述差值经历过最小值。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于误差信号代表差值的极性。
4.如权利要求1或2的方法，其特征在于数/模转换器具有一个差分对输出接口，且实际信号为差分信号。
5.如权利要求1或2的方法，其特征在于所述预定信号的幅度基本为零。
6.如权利要求1或2的方法，其特征在于存贮在存贮装置(5；12，13)中的值如果所述极性为负则递增，如果为正则递减。
7.如权利要求2的方法，其特征在于差值经历最小值是由差值极性的改变表示的。
8.如权利要求1或2的方法，其特征在于所述步骤是在该数/模转换器未使用期间执行的。
9.用于补偿数/模转换器的信号中的偏离的装置，包括：
输入装置(1；7)用于将预定信号输入到数/模转换器中；
检测装置(4；10，11)，用于检测与预定信号对应的来自数/模转换器的差分信号各信号间的差值；
修正装置，用于根据所检测的差值修正存贮在存贮器装置(5；12，13)中的补偿值；和
加法装置，用于将所述值加到后续信号上输入到数/模转换器上。
10.如权利要求9的装置，其特征在于检测装置(4；10，11)用来检测差值的极性。
11.如权利要求9或10的装置，其特征在于数/模转换器具有一用来输出作为差分信号的实际信号的差分对输出端口。
12.如权利要求9或10的装置，其特征在于输入装置(1；7)用于将幅度基本为零的预定信号输入到数/模转换器上。
13.如权利要求9或10的装置，其特征在于存贮在存贮器装置(5；12，13)中的值在所述极性为负时递增，且在所述极性为正时递减。
14.如权利要求9或10的装置，其特征在于差值经历最小值是由差值极性的改变表示的。
15.如权利要求9或10的装置，其特征在于输入装置(1；7)在电子器件(2；8)未被使用时将预定信号输入到该数/模转换器中。
16.如权利要求15的装置，其特征在于包括当存贮在存贮器装置(5；12，13)中的值被更新时用于检测数/模转换器的自由时隙或其未被使用状态的装置(15)。
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