CN104635827B

CN104635827B - 直流失调消除电路

Info

Publication number: CN104635827B
Application number: CN201410768201.6A
Authority: CN
Inventors: 张有明; 黄风义; 唐旭升; 浦鈺钤
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: CN104635827A

Abstract

本发明公开了一种直流失调消除电路，包括直流失调采样低通滤波器、校正跨导级和校正电阻，校正跨导级包括四组AB类输出跨导，该改进的直流失调消除电路的直流失调能力不依赖于前级电路输出阻抗，校正跨导级输出共模电压不影响主信号链路正常工作，矫正电阻上没有静态直流电流，不会影响主信号链路正常工作。本发明结构具有新颖性和通用性，用于信号链路中直流失调消除电路。

Description

直流失调消除电路

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子学的射频与模拟集成电路设计领域，特别是一种直流失调消除电路。

背景技术

近年来无线通信技术发展迅速，智能手机、平板电脑等便携式终端逐渐成为了人们日常生活中不可或缺的工具，低功耗、高集成度的无线收发机设计变得非常重要。无线收发机中，接收机的设计往往非常关键。

直接变频结构因其集成度高、功耗低、成本低而成为大多数收发机的首选结构。但是直接变频结构有一些固有的缺点，其中由于自混频、电路元件的误差和失配、奇数阶非线性会产生直流失调。

在直接下变频的架构中，下变频后的中频信号频带接近于直流，直流失调电压会恶化有用信号，更严重的情况下直流失调被逐级放大，使得主信号链路直流工作点偏移甚至饱和。所以直流失调消除电路在直接变频接收机设计中非常重要。常用的直流失调消除电路有模拟消除方法和混合信号校准方法。

模拟消除方法有交流耦合、直流反馈和前馈。交流耦合依赖于隔直电容来消除直流失调，需要很大的电阻和电容，占用很大面积且不易集成，这种方法有很大的局限性。另一种模拟消除直流失调的方法是直流负反馈技术，其基本原理是检测输出端的直流偏移信号将其转换成电压或电流信号，从输入端减去从而调整最终输出。这种方法可以有效消除整个接收机的直流失调，而且连续工作还可以消除动态直流失调。混合信号校准方法是检测输出端直流失调信号，利用数字电路来控制相关电路的直流电平，这种方法需要设计复杂的直流失调算法和数模混合电路，不利于提高集成度和降低成本。通常直流负反馈技术最为常用。

如图1所示，常用的直流负反馈技术的电路实现结构中，在主信号通路上加上一个直流负反馈回路。取出的输出直流失调量通过低通滤波器后进入跨导级，将失调电压变化为校正电流反馈给输入端抵消失调。图1是一种直流负反馈技术的电路实现结构，低通滤波器检测输出端的直流失调电压，送给PMOS晶体管的栅极，产生矫正电流并流经前级电路的输出阻抗Rse，产生一个矫正电压来抵消直流失调。文献“GattaF,ManstrettaD,RossiP,etal.Afullyintegrated0.18-μmCMOSdirectconversionreceiverfront-endwithon-chipLOforUMTS[J].Solid-StateCircuits,IEEEJournalof,2004,39(1):15-23.”（参考文献1）则用NMOS作为校正跨导。用单组PMOS或单组NMOS作为矫正跨导，电路简单易行，但跨导级中存在静态电流通过主信号链路，在没有失调的情况下仍然存在静态电流，静态电流不断抬高了级联放大器的共模电压，影响主信号链路的正常工作点。这种单极晶体管构成的跨导级，跨导值不大，直流失调消除效果不好。

文献“MakP,US,MartinsRP.OntheDesignofaProgrammable-GainAmplifierWithBuilt-InCompactDC-OffsetCancellersforVeryLow-VoltageWLANSystems[J].CircuitsandSystemsI:RegularPapers,IEEETransactionson,2008,55(2):496-509.”（参考文献2）中为了提高跨导值，同时消除静态电流，用CMOS反相器代替单组PMOS管跨导。利用反相器推挽输出的特点，将直流失调电压转换成合适的矫正电流输出。在没有失调的情况下，设计反相器没有电流输出，这样优化了单组PMOS管跨导共模电压抬高的缺点。但在实际应用中，反相器的输出端共模电压对输入失调非常敏感，主放大器存在直流失调时，反相器的输出端共模电压会影响主信号链路的正常工作点，该方法存在很大的不可靠性。

需要指出的是，图1中所示的电阻Rse是前级电路的输出阻抗，依赖矫正电流在Rse上产生校正的电压来抵消直流失调，所以直流失调能力受前级电路输出阻抗影响很大。文献“周嘉业.射频接收机中自动增益控制电路的研究与设计[M].硕士论文,复旦大学,2009.”（参考文献3）中采用串联校正电阻的方法减轻前级电路的输出阻抗的影响，但是其矫正电阻上有较大的直流电流和直流压降，影响了主信号通路上的直流工作点。

综合上述，传统的直流负反馈结构中，存在校正跨导输出端共模电压影响主信号通路，直流失调能力依赖于前级电路输出阻抗，和矫正电阻上有直流电流的问题。

发明内容

有鉴于上述现有技术之缺失，本发明改进的直流负反馈结构将解决存在于现有技术中的这些缺失。

本发明采用如下手段实现：一种直流失调消除电路，其特征在于：包括直流失调采电路、校正跨导级和校正电阻，直流失调采样电路包括低通滤波器，其输入端为主信号链路输出端VOP和VON，输出端为正端VP和负端VN；低通滤波器的输出端连接校正跨导级的输入端，校正跨导级的输出端包括正输出通路的差分输出正端IOP和输出负端IIP，以及负输出通路的差分输出正端ION和输出负端IIN，校正电阻设置在正输出通路的输出正端IOP和输出负端IIP之间及负输出通路的差分输出正端ION和输出负端IIN之间。

校正跨导级包括四组AB类输出跨导G1~G4；跨导G1的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端为IOP；跨导G2的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端为ION；跨导G3的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端为IIP；跨导G4的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端为IIN。

所述跨导G1包括N管M1、M2和P管M3、M4，其中M1和M2的源级都接地，M3和M4的源级都接电源，M3的栅极作为正输入端与VN连接，M4的栅极作为负输入端与VP相连，M1与M2组成电流镜，M1的栅极和漏极相连，M1的漏极与M3的漏极相连，M2的漏极与M4的漏极相连，M2和M4相连的漏极为电流输出端IOP。

跨导G2包括N管M5、M6和P管M7、M8，其中M5和M6的源级都接地，M7和M8的源级都接电源，M7的栅极作为正输入端与VP连接，M8的栅极作为负输入端与VN相连，M5与M6组成电流镜，M5的栅极和漏极相连，M5的漏极与M7的漏极相连，M6的漏极与M8的漏极相连，M6和M8相连的漏极为电流输出端ION。

跨导G3包括N管M9、M10和P管M11、M12，其中M9和M10的源级都接地，M11和M12的源级都接电源，M11的栅极作为正输入端与VP连接，M12的栅极作为负输入端与VN相连，M9与M10组成电流镜，M9的栅极和漏极相连，M9的漏极与M11的漏极相连，M10的漏极与M12的漏极相连，M10和M12相连的漏极为电流输出端IIP。

跨导G4包括N管M13、M14和P管M15、M16，其中M13和M14的源级都接地，M15和M16的源级都接电源，M15的栅极作为正输入端与VN连接，M16的栅极作为负输入端与VP相连，M13与M14组成电流镜，M13的栅极和漏极相连，M13的漏极与M15的漏极相连，M14的漏极与M16的漏极相连，M14和M16相连的漏极为电流输出端IIN；IIP和IIN分别与主信号链路上前级正负输出端相连，IOP和ION分别与主信号链路正负输入端相连。

所述校正电阻包括正信号通路校正电阻Rp和负信号通路校正电阻Rn，Rp一端与IIP相连，另一端与IOP相连，Rn一端与IIN相连，另一端与ION相连；Rp大小与Rn相等。

本发明中为了改进传统的单管或反相器结构的跨导级中输出端共模电压影响的问题，采用NMOS电流镜将失调信号电流镜像出来与输入PMOS晶体管合路，输出点的直流电压影响被消除了。

本发明中为了改进传统的结构中直流失调能力依赖于前级电路输出阻抗，以及矫正电阻上有直流电流的问题，将低通滤波器取出的直流失调电压VP和VN输入跨导级后，AB类跨导级G1~G4产生四路矫正电流，分别从串联的矫正电阻Rp和Rn注入和抽取电流。不存在直流失调情况下，四路输出电流均为零，矫正电阻Rp和Rn上没有直流电流，此时主信号链路的有用信号不受影响被放大输出；存在直流失调的情况下，产生的四路电流流向如图2中ip和in所示，矫正电流ip和in流向向相反，同时注入和抽取使得直流失调消除能力加倍；有无直流失调的情况下，矫正电阻上都没有直流电流，不影响前后级电路的正常工作点。

综上所述，本发明的一种改进的直流失调消除电路，解决了校正跨导输出端共模电压影响主信号通路，直流失调能力依赖于前级电路输出阻抗，和矫正电阻上有静态直流电流的问题，本发明结构具有新颖性和通用性，用于信号链路中直流失调消除电路。

附图说明

图1是传统的直流失调消除电路示意图。

图2是本发明改进的直流失调消除电路工作原理示意图。

图3是本发明改进的校正跨导G1~G4和直流失调消除电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求项要求所限定的范围。

本发明的第一示例性实施例：

本发明的一种改进的直流失调消除电路，所述直流失调消除电路的一个实施方式如图2及图3所示，包括直流失调采样低通滤波器、校正跨导级和校正电阻，其中主信号链路输出端VOP和VON作为直流失调采样输入端，直流失调采样输出端为VP和VN，校正跨导级包括四组AB类输出跨导G1~G4；跨导G1的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端是IOP；跨导G2的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端是ION；跨导G3的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端是IIP；跨导G4的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端是IIN。跨导G1包括N管M1、M2和P管M3、M4，其中M1和M2的源级都接地，M3和M4的源级都接电源，M3的栅极作为正输入端与VN连接，M4的栅极作为负输入端与VP相连，M1与M2组成电流镜，M1的栅极和漏极相连，M1的漏极与M3的漏极相连，M2的漏极与M4的漏极相连，M2和M4相连的漏极是电流输出端IOP；跨导G2包括N管M5、M6和P管M7、M8，其中M5和M6的源级都接地，M7和M8的源级都接电源，M7的栅极作为正输入端与VP连接，M8的栅极作为负输入端与VN相连，M5与M6组成电流镜，M5的栅极和漏极相连，M5的漏极与M7的漏极相连，M6的漏极与M8的漏极相连，M6和M8相连的漏极是电流输出端ION；跨导G3包括N管M9、M10和P管M11、M12，其中M9和M10的源级都接地，M11和M12的源级都接电源，M11的栅极作为正输入端与VP连接，M12的栅极作为负输入端与VN相连，M9与M10组成电流镜，M9的栅极和漏极相连，M9的漏极与M11的漏极相连，M10的漏极与M12的漏极相连，M10和M12相连的漏极是电流输出端IIP；跨导G4包括N管M13、M14和P管M15、M16，其中M13和M14的源级都接地，M15和M16的源级都接电源，M15的栅极作为正输入端与VN连接，M16的栅极作为负输入端与VP相连，M13与M14组成电流镜，M13的栅极和漏极相连，M13的漏极与M15的漏极相连，M14的漏极与M16的漏极相连，M14和M16相连的漏极是电流输出端IIN；IIP和IIN分别与主信号链路上前级正负输出端相连，IOP和ION分别与主信号链路正负输入端相连；校正电阻包括正信号通路校正电阻Rp和负信号通路校正电阻Rn，Rp一端与IIP相连，另一端与IOP相连，Rn一端与IIN相连，另一端与ION相连。

Claims

1.一种直流失调消除电路，其特征在于：包括直流失调采样电路、校正跨导级和校正电阻，直流失调采样电路包括低通滤波器，其输入端为主信号链路输出端VOP和VON，输出端为正端VP和负端VN；低通滤波器的输出端连接校正跨导级的输入端，校正跨导级的输出端包括正输出通路的差分输出正端IOP和输出负端IIP，以及负输出通路的差分输出正端ION和输出负端IIN，校正电阻设置在正输出通路的差分输出正端IOP和输出负端IIP之间及负输出通路的差分输出正端ION和输出负端IIN之间，校正跨导级包括四组AB类输出跨导G1~G4；跨导G1的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端为IOP；跨导G2的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端为ION；跨导G3的正输入端与VP相连，负输入端与VN相连，输出端为IIP；跨导G4的正输入端与VN相连，负输入端与VP相连，输出端为IIN；IIP和IIN分别与主信号链路上前级正负输出端相连，IOP和ION分别与主信号链路正负输入端相连。

2.根据权利要求1所述的直流失调消除电路，其特征在于：所述跨导G1包括N管M1、M2和P管M3、M4，其中M1和M2的源级都接地，M3和M4的源级都接电源，M3的栅极作为正输入端与VN连接，M4的栅极作为负输入端与VP相连，M1与M2组成电流镜，M1的栅极和漏极相连，M1的漏极与M3的漏极相连，M2的漏极与M4的漏极相连，M2和M4相连的漏极为电流输出端IOP。

3.根据权利要求1所述的直流失调消除电路，其特征在于：跨导G2包括N管M5、M6和P管M7、M8，其中M5和M6的源级都接地，M7和M8的源级都接电源，M7的栅极作为正输入端与VP连接，M8的栅极作为负输入端与VN相连，M5与M6组成电流镜，M5的栅极和漏极相连，M5的漏极与M7的漏极相连，M6的漏极与M8的漏极相连，M6和M8相连的漏极为电流输出端ION。

4.根据权利要求1所述的直流失调消除电路，其特征在于：跨导G3包括N管M9、M10和P管M11、M12，其中M9和M10的源级都接地，M11和M12的源级都接电源，M11的栅极作为正输入端与VP连接，M12的栅极作为负输入端与VN相连，M9与M10组成电流镜，M9的栅极和漏极相连，M9的漏极与M11的漏极相连，M10的漏极与M12的漏极相连，M10和M12相连的漏极为电流输出端IIP。

5.根据权利要求1所述的直流失调消除电路，其特征在于：跨导G4包括N管M13、M14和P管M15、M16，其中M13和M14的源级都接地，M15和M16的源级都接电源，M15的栅极作为正输入端与VN连接，M16的栅极作为负输入端与VP相连，M13与M14组成电流镜，M13的栅极和漏极相连，M13的漏极与M15的漏极相连，M14的漏极与M16的漏极相连，M14和M16相连的漏极为电流输出端IIN。

6.根据权利要求1所述的直流失调消除电路，其特征在于：所述校正电阻包括正信号通路校正电阻Rp和负信号通路校正电阻Rn，Rp一端与IIP相连，另一端与IOP相连，Rn一端与IIN相连，另一端与ION相连；Rp大小与Rn相等。