CN105763491B - 一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路 - Google Patents

一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路，包括无线接收机中的可变增益模块、峰值检测电路、数字控制模块以及补偿电压产生模块；峰值检测电路检测无线接收机中的可变增益模块的输出，作为比较器的输入信号，比较器的输出作为数字控制模块的输入信号，数字控制模块控制补偿电压产生模块产生一个补偿电压，接在可变增益模块的输入端。补偿电压产生模块由电流源阵列、控制信号互为反相的开关对阵列和电阻RC组成，通过控制流过RC的电流值产生相适应的补偿电压。本发明能够快速进行直流失调校准，有效抑制无线接收机的直流失调，同时克服了现有技术中只能在直流信号工作下对直流失调进行校准，实现了交流信号下的直流失调抑制。

Description

一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路
技术领域
本发明涉及通信系统中的无线接收机，涉及零中频接收机，涉及用于零中频接收机中的直流失调抑制电路。
背景技术
在通信系统中，无线接收机的结构主要有超外差式、低中频、零中频接收机。超外差结构已经使用多年，除了成本高和难以集成外，超外差存在信道选择和镜像抑制的权衡问题。低中频结构采用低中频(约几MHz)，避免了零中频结构的直流偏移问题，但是仍存在镜像抑制问题。零中频结构将有用信号从射频直接下变频至基带，避免了镜像抑制问题，滤波和大部分放大在基带进行，简化了设计，因此受到了广泛的欢迎。但是，零中频结构存在一个必须解决的问题，那就是直流失调，由于零中频接收机中将有用的信号直接下变频至直流，直流失调就会叠加到有用信号上，干扰有用信号；而且，直流失调经过放大后，会使后级电路饱和，影响正常工作。除非直流失调被有效抑制，否则系统的信噪比会极低，波特误码率也会恶化。因此，直流失调抑制技术是零中频接收机中的关键。
造成零中频接收机中直流失调的原因主要有：本振泄露、射频信号泄露、偶次非线性、闪烁噪声、放大器的不匹配等。
为了抑制直流失调，最简单的最直接的做法是在信号通路上加高通滤波器。这种方法简单，但有很大的局限性，直流信号将被滤除，接收的信号必须在直流处没有有用的信号。即使在直流处没有有用的信号，但是为了保证有用信号不被滤除，高通滤波器必须有很低的拐角频率，因此对于由一个电容和电阻组成的高通滤波器来说，需要很大的电容和电阻，难以在芯片中集成。同时，大电容会导致对动态直流信号反应变慢，因为时间常数很大。
直流负反馈也是抑制直流失调一种常用的方法。如图1所示，直流反馈型直流失调抑制电路是在输出端将直流和低频信号滤出来，然后通过反馈支路反馈到输入端，由此直流和低频信号的增益被抑制，有用信号的增益则不受影响，仍可以有效的放大。加了直流负反馈回路后会使信号通路形成一个带通特性，为了降低低频出的拐角频率，也是需要大的电容电阻。另外，整个直流失调抑制电路存在潜在的稳定性问题。[1]
采用数字辅助的直流失调抑制电路也是一种常用的方法。数字辅助的校准方法的基本过程是：在接收机没有接收信号的时候，检测接收机的输出端输出失调电压，然后通过数字算法，控制校准DAC输出一个反馈量到接收机的输出端，将失调消除。这种方法不需要大面积的电阻电容，不存在低频截止频率的问题，但是这种方式只能校准静态时的直流失调。[2]
参考文献：
[1]唐琴,吴建辉；零中频直流偏移消除技术比较与分析[J]微电子学,2008,38(6):811-816。
[2]吴建辉,姚红燕,郭仲亚等；一种采用电流DAC消除可变增益放大器电路直流失调的方法,中国,201510093261.7[P].2015.06.24。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种数字辅助校准的直流失调抑制方法，能够快速进行直流失调校准，有效抑制无线接收机的直流失调，同时克服了现有技术中只能在直流信号工作下对直流失调进行校准，实现了交流信号下的直流失调抑制。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路，包括无线接收机中的可变增益模块、峰值检测电路、数字控制模块以及补偿电压产生模块；所述峰值检测电路的输入端与无线接收机的可变增益模块的输出端相连，所述峰值检测电路的输出端与一比较器的输入端相连，所述比较器的输出作为所述数字控制模块的输入信号，所述数字控制模块输出数字控制码值，以控制所述补偿电压产生模块产生一个补偿电压，所述补偿电压接在所述可变增益模块的输入端。
所述峰值检测电路包括4个NMOS管和8个PMOS管，所述4个NMOS管包括M1、M2、M7和M8，所述8个PMOS管包括M3、M4、M5、M6、M9、M10、M11和M12，其中：2个NMOS管M1和M2及2个PMOS管M3和M4以及尾电流源I0组成一个运算放大器；2个PMOS管M5、M6组成一对电流镜，所述NMOS管M2的栅及所述PMOS管M6的漏相连后与一电容C1相连，所述电容C1的另一端接地，电容C1泄放电流源为I1；所述峰值检测电路的正输入端接NMOS管M1的栅，所述峰值检测电路的正输出端接NMOS管M2的栅；2个NMOS管M7和M8及2个PMOS管M9和M10以及尾电流源I4组成一个运算放大器；2个PMOS管M11和M12组成一对电流镜，所述NMOS管M8的栅及所述PMOS管M12的漏相连后与一电容C2相连，所述电容C2的另一端接地，电容C2泄放电流源为I2；所述峰值检测电路的负输入端接NMOS管M7的栅，所述峰值检测电路的负输出端接NMOS管M8的栅。
所述补偿电压发生模块的等效电路是由电流源阵列、控制信号互为反相的开关对阵列和电阻RC组成；所述开关对阵列包括n对开关，所述n对开关包括2n个开关，即开关Φ1、Φ2、……、Φn和开关开关Φ1至Φn的一端与电阻RC一端相连，开关Φ1至Φn的另一端分别与电流源IN1至INn一一对应相连；开关至的一端与电阻RC另一端相连，开关至的另一端分别与电流源IN1至INn一一对应相连；其中，开关Φ1至Φn均连接至第一路尾电流源Ip，开关至均连接至第二路尾电流源Ip；开关Φ1至Φn、至是由所述数字控制模块产生的N位数字码值控制的，通过控制电阻流过RC的电流值产生相适应的补偿电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)无需加直流校准信号，在交流信号的情况下，即可实现对直流失调的快速校准，能够有效抑制直流失调。
(2)直流失调校准后，会关闭校准电路，实现低功耗。
附图说明
图1为现有技术中直流负反馈型直流失调抑制原理示意图；
图2为本发明一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路结构示意图；
图3为本发明直流失调抑制电路中采用的峰值检测电路结构示意图；
图4为本发明直流失调抑制电路中采用的补偿电压发生器结构示意图；
图5为本发明直流失调抑制电路工作流程示意图；
图6为本发明直流失调抑制电路校准直流失调仿真结果示意图，其中虚线表示可变增益模块的负输出信号VON，实线表示可变增益模块的正输出信号VOP。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明为一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路，采用数字辅助校准的方式，其结构如图2所示，包括无线接收机中的可变增益模块、峰值检测电路、数字控制模块以及补偿电压产生模块；所述峰值检测电路的输入端与无线接收机的可变增益模块的输出端相连，所述峰值检测电路的输出端与一比较器的输入端相连，所述比较器的输出作为所述数字控制模块的输入信号，所述数字控制模块输出数字控制码值，以控制所述补偿电压产生模块产生一个补偿电压，所述补偿电压接在所述可变增益模块的输入端。其工作过程为：峰值检测电路的正负输入端接收来自可变增益模块的两路交流信号，分别检测这两路信号的峰值，然后将这两路信号的峰值输入到比较器中，用这两路信号的峰值差作为直流失调，比较器比较这两路峰值的大小，输出比较结果至数字控制模块中。数字控制模块会输出一个N位的控制码值，控制补偿电压产生模块产生一个补偿电压，输入到可变增益模块的输入端。比较器会继续比较经过一次补偿后的输出失调，将比较结果输入到数字控制模块，直至比较的输出结果发生翻转(从1变成0或从0变成1)或者补偿电压产生模块已经产生了最大补偿电压，校准结束。同时，数字控制模块会输出一个使能信号关闭峰值检测电路和比较器的工作。
本发明中所述峰值检测电路的结构如图3所示，包括4个NMOS管和8个PMOS管，所述4个NMOS管包括M1、M2、M7和M8，所述8个PMOS管包括M3、M4、M5、M6、M9、M10、M11和M12，其中：2个NMOS管M1和M2及2个PMOS管M3和M4以及尾电流源I0组成一个运算放大器；2个PMOS管M5、M6组成一对电流镜，I1为电容C1泄放电流源，C1为一个对地电容，该电容C1的一端与NMOS管M2的栅及PMOS管M6的漏相连，该电容C1的另一端接地；所述峰值检测电路的正输入端接NMOS管M1的栅，所述峰值检测电路的正输出端接NMOS管M2的栅；2个NMOS管M7和M8及2个PMOS管M9和M10以及尾电流源I4组成一个运算放大器；2个PMOS管M11和M12组成一对电流镜，I2为电容C2泄放电流源，电容C2为一个对地电容，该电容C2的一端与NMOS管M8的栅及PMOS管M12的漏相连，电容C2的另一端接地；所述峰值检测电路的负输入端接NMOS管M7的栅，所述峰值检测电路的负输出端接NMOS管M8的栅。其工作原理是：若M1的栅电压高于M2的栅电压，M1漏电流很大，M2、M3、M4中漏电流很小，M1的漏电流会通过M5、M6组成的电流镜对电容C1充电，直到M1的栅压与M2的栅压相等。同时，I1是一个电流很小的泄放电流源，在下一个峰值来临之前，电容C1会通过它缓慢的放电，以保证该电路能够准确检测每个峰值的大小。
本发明中所述补偿电压发生模块的等效电路如图4所示，该等效电路是由电流源阵列、控制信号互为反相的开关对阵列和电阻RC组成。其中开关Φ1至Φn的一端与电阻RC一端相连，另一端分别与电流源IN1至INn相连；开关至的一端与电阻RC另一端相连，另一端分别与电流源IN1至INn相连；其中第一路尾电流源Ip与开关Φ1至Φn相连，第二路尾电流源Ip与开关至相连。电流源阵列所对应的开关是由数字控制单元产生的N位数字码值控制的，通过控制流过RC的电流值产生相适应的补偿电压。可见，补偿电压的值也是以步进的形式变化的。理论上，单级补偿电压发生器可消除±IP*RC范围内的直流失调量。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路，采用数字辅助校准的方式。其工作流程如图5所示，峰值检测电路的正负输入端接收来自可变增益模块的两路交流信号，分别检测这两路信号的峰值，然后将这两路信号的峰值输入到比较器中，用这两路信号的峰值差作为直流失调，比较器比较这两路峰值的大小，输出比较结果至数字控制模块中。若连续输出四个1或着连续输出四个0，则表示峰值检测电路检测到了正确的信号，数字控制模块会根据比较器的结果输出一个N位的控制码值，控制补偿电压产生模块产生一个补偿电压，输入到可变增益模块的输入端。比较器会继续比较经过一次补偿后的输出失调，将比较结果输入到数字控制模块，直至比较的输出结果发生翻转(从1变成0或从0变成1)或者补偿电压产生模块已经产生了最大补偿电压(n＝7)，校准结束。同时，数字控制模块会输出一个使能信号关闭峰值检测电路和比较器的工作。假设可变增益模块的输入端有2mV直流失调，经过该方法补偿后，可变增益模块的输出波形如图6所示，在6us之前，可变增益模块的输出有明显的直流失调，在6us之后可变增益模块输出的直流失调几乎被补偿掉。经过该方法补偿过后，接收机信号通路的直流失调残量取决于补偿电压发生器产生的电压精度，而校准速度则取决于电路直流失调量与补偿电压精度的比值。因此，权衡速度与精度之间关系，合理选择补偿电压发生器中的电流源阵列与电阻Rc的值，以实现快速有效地抑制直流失调。
另外，本发明提供的直流失调抑制电路可以在无线接收机的多个模块中使用，以达到更好的抑制直流失调的效果。

Claims (1)

1.一种用于无线接收机中的直流失调抑制电路，包括无线接收机中的可变增益模块、峰值检测电路、数字控制模块以及补偿电压产生模块；其特征在于：
所述峰值检测电路的输入端与无线接收机的可变增益模块的输出端相连，所述峰值检测电路的输出端与一比较器的输入端相连，所述比较器的输出作为所述数字控制模块的输入信号，所述数字控制模块输出数字控制码值，以控制所述补偿电压产生模块产生一个补偿电压，所述补偿电压产生模块的输出端与所述可变增益模块的输入端相连；
所述峰值检测电路包括4个NMOS管和8个PMOS管，所述4个NMOS管包括M1、M2、M7和M8，所述8个PMOS管包括M3、M4、M5、M6、M9、M10、M11和M12，其中：2个NMOS管M1和M2及2个PMOS管M3和M4以及尾电流源I0组成一个运算放大器；2个PMOS管M5、M6组成一对电流镜，所述NMOS管M2的栅及所述PMOS管M6的漏相连后与一电容C1相连，所述电容C1的另一端接地，电容C1泄放电流源为I1；所述峰值检测电路的正输入端接NMOS管M1的栅，所述峰值检测电路的正输出端接NMOS管M2的栅；2个NMOS管M7和M8及2个PMOS管M9和M10以及尾电流源I4组成一个运算放大器；2个PMOS管M11和M12组成一对电流镜，所述NMOS管M8的栅及所述PMOS管M12的漏相连后与一电容C2相连，所述电容C2的另一端接地，电容C2泄放电流源为I2；所述峰值检测电路的负输入端接NMOS管M7的栅，所述峰值检测电路的负输出端接NMOS管M8的栅；
所述补偿电压产生模块的等效电路是由电流源阵列、控制信号互为反相的开关对阵列和电阻RC组成；所述开关对阵列包括n对开关，所述n对开关包括2n个开关，即开关Φ1、Φ2、……、Φn和开关
开关Φ1至Φn的一端与电阻RC一端相连，开关Φ1至Φn的另一端分别与电流源IN1至INn一一对应相连；开关至的一端与电阻RC另一端相连，开关至的另一端分别与电流源IN1至INn一一对应相连；其中，开关Φ1至Φn均连接至第一路尾电流源Ip，开关至均连接至第二路尾电流源Ip；
开关Φ1至Φn、至是由所述数字控制模块产生的N位数字码值控制的，通过控制电阻流过RC的电流值产生相适应的补偿电压。
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