CN106026956A - 一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路。这种校准方法及电路，不需要对高增益放大电路原有的核心电路进行修改，即：与原有的核心电路相互独立，而且校准算法的实现电路均为逻辑、运算、存储等数字电路和电流镜等模拟电路，设计简单，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路。属于模拟集成电路应用领域，尤其适用于高速高精度的数模混合电路应用领域。
背景技术
请参见图1所示，为目前常见的高增益放大电路的直流失调滤除电路示意图。该电路由电阻R1、R2和电容C1、C2构成，本质为无源电阻电容型高通滤波器，可实现对输入信号VIN的直流失调滤除。
请参见图2所示，为含有直流失调的输入信号VIN的频谱示意图。不失一般性，设该信号的直流失调分量与有用信号fsignal功率相当，即：PDC＝Psignal。
请参见图3所示，为输入信号VIN经过上述无源电阻电容型直流失调滤除电路后，输出信号VOUT的频谱示意图。可以看出，经过了直流失调滤除后，输入信号VIN的直流失调得到了ΔP dB的抑制。
但是，上述无源电阻电容型直流失调滤除电路主要存在以下问题：
首先，受工艺偏差、温度变化的影响，无源电阻、电容构成的高通滤波器带宽会存在约±10％～50％的变化，影响其对低频信号的抑制能力；其次，无源电阻电容型滤波器会在电路级联时引入增益损失；最后，为了尽量减小无源滤波器带来的增益损失，电容C1、C2的值一般较大，使得该电路的芯片面积也比较大，若电路使用多级放大器级联时，芯片面积往往过大而不能接受。
本发明主要针对上述三个问题，提出了一种用于高增益放大器的直流失调校准方法及电路，可减小工艺偏差、温度变化对直流失调消除性能的影响，同时也可避免级联时的增益损失，有效减小芯片面积。
发明内容
本发明提出了一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路。这种校准方法及电路，不需要对高增益放大电路原有的核心电路进行修改，即：与原有的核心电路相互独立，而且校准算法的实现电路均为逻辑、运算、存储等数字电路和电流镜等模拟电路，设计简单，易于实现。
本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法的实现电路包括比较器模块、逻辑及存储模块和数模转换器模块，其特征在于：
上述比较器模块的输入信号包括，高增益放大电路的输出信号、参考电压信号，其输出信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果。
上述逻辑及存储模块由计算逻辑电路和存储电路组成，输入信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果，输出信号包括，X位电流镜阵列直流失调校准的控制信号。
上述数模转换器模块由P型X位二进制电流镜阵列和N型X位二进制电流镜阵列组成，输入信号包括X位电流镜阵列直流失调校准的控制信号，输出信号包括，模拟校准电流输出信号。
本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法步骤如下：
步骤1：高增益放大电路进入校准模式，逻辑及存储模块复位，放大电路的输入信号电压为零。
步骤2：比较器模块对高增益放大电路的输出信号进行检测，并与参考电压进行比较，输出比较结果。
步骤3：逻辑及存储模块根据比较器的输出结果，选择使用数模转换器中的P型电流镜阵列或是N型电流镜阵列进行直流失调校准。
步骤4：逻辑及存储模块通过电流镜阵列直流失调校准控制信号，打开最高权重位电流源，调整数模转换器模块的输出模拟电流值，使得高增益放大电路的输出电压相应发生变化。最终逻辑及存储模块计算得出最高权重位的校准结果，并存储在逻辑及存储模块中的寄存器单元中。
步骤5：按照二进制权重由高到低的顺序，重复步骤4的计算方法，逻辑及存储模块对电流镜阵列控制位进行遍历，最终得到完整的校准结果，并存储在逻辑及存储模块中。
步骤6：高增益放大电路进入正常工作模式，放大电路的输入信号为正常工作信号。逻辑及存储模块中存储的直流失调校准结果直接控制数模转换器，输出相应的校准电流，最终实现直流失调的校准。
本发明提出的这种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，可减小工艺偏差、温度变化对直流失调消除性能的影响，同时也可避免级联时的增益损失，有效减小芯片面积。
此外，本发明提出的直流失调校准方法，同样适用于增益可调的放大电路，只需要针对不同的增益值，重复上述步骤1～6，即可得到不同增益下的直流失调校准结果，这些校准结果可依次存储在与增益对应的存储单元中，当电路正常工作时，根据其增益的不同，读出相应的校准结果，即可实现直流失调的校准，增加了设计应用的广泛性和灵活性。
附图说明
图1是现有高增益放大电路的直流失调校准电路结构示意图；
图2是含有直流失调分量的输入信号VIN的频谱示意图；
图3输入信号VIN经过直流失调滤除后，输出信号VOUT的频谱示意图；
图4是本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法实现电路的结构示意图；
图5是本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
请参见图4所示，高增益放大电路100为现有的含直流失调校准的高增益放大核心电路，直流失调校准电路200为本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法的实现电路，包括比较器模块210、逻辑及存储模块220和数模转换器模块230。
上述比较器模块210的输入信号包括，高增益放大电路的输出信号VOUT、参考电压信号VREF，输出信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果VCOMP。
上述逻辑及存储模块220由计算逻辑电路和存储电路组成，输入信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果VCOMP，输出信号包括，X位电流镜阵列直流失调校准的控制信号CTRL[X-1，0]。
上述数模转换器模块230由P型X位二进制电流镜阵列和N型X位二进制电流镜阵列组成，输入信号包括X位电流镜阵列直流失调校准的控制信号CTRL[X-1，0]，输出信号包括，模拟校准电流输出信号IA。
请参见图5所示，为本发明提出的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法。具体步骤如下：
步骤1：上电后，模式选择信号MODE＝‘0’，高增益放大电路100进入校准模式。此时，逻辑及存储模块220复位，放大电路的输入信号VA电压为零。
步骤2：比较器模块210对高增益放大电路的输出信号VOUT进行检测，并与参考电压VREF进行比较，输出比较结果：若VOUT＞VREF，则比较器模块210输出信号VCOMP＝‘1’；若VOUT＜VREF，则比较器模块210输出信号VCOMP＝‘0’。
步骤3：逻辑及存储模块220根据比较器模块210的输出信号VCOMP，选择使用数模转换器模块230中的P型电流镜阵列或是N型电流镜阵列进行直流失调校准：若VCOMP＝‘1’，则选用P型电流镜阵列进行直流失调校准；若VCOMP＝‘0’，则选用N型电流镜阵列进行直流失调校准。
步骤4：将电流镜阵列控制信号权重最高位CTRL[X-1]置为‘1’，其它位为‘0’，打开电流源IBP[X-1]或IBN[X-1]，调整数模转换器模块230输出的模拟电流值IB，使得高增益放大电路100的输出电压VOUT减小或增大。此时，通过比较器模块210对VOUT进行检测，并与参考电压VREF进行比较：若选用P型电流镜阵列进行校准，则VOUT＞VREF时，CTRL[X-1]的校准结果为‘1’，否则为‘0’；若选用N型电流镜阵列进行校准，则VOUT＞VREF时，CTRL[X-1]的校准结果为‘0’，否则为‘1’。上述结果存储在逻辑及存储模块220中的寄存器中。
步骤5：按照二进制权重由高到低的顺序，重复步骤4的计算方法，逻辑及存储模块220对CTRL[X-1]...CTRL[0]控制位进行遍历，最终得到X位校准结果CTRL[X-1，0]，并存储在寄存器单元中。
步骤6：模式选择信号MODE由‘0’变为‘1’，高增益放大电路100进入正常工作模式。此时，放大电路的输入信号为VA＝VIN，寄存器中存储的直流失调校准结果CTRL[X-1，0]直接输出到数模转换器模块230，输出相应的校准电流IB，最终完成直流失调的校准。
本发明提出的这种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，对于工艺偏差、温度变化引起的无源电阻、电容值的变化并不敏感，可有效减小工艺偏差、温度变化对直流失调消除性能的影响。其次，当高增益放大电路进行多级级联时，由于不存在无源、低阻抗负载，可以避免级联时的增益损失。最后，由于电流镜阵列的面积一般远远小于无源电容面积，可以有效地减小芯片面积，尤其当采用多级电路级联结构时，面积的节省更为明显。
尽管本发明的内容已经通过上述具体实施方式进行了详细的介绍，但应当认识到上述描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域的技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的各种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，其特征在于，该方法步骤如下：
步骤1：高增益放大电路进入校准模式，逻辑及存储模块复位，
步骤2：比较器模块将高增益放大电路的输出信号与参考电压进行比较，输出比较结果，
步骤3：逻辑及存储模块根据比较器的输出结果，选择使用数模转换器中的P型电流镜阵列或是N型电流镜阵列进行直流失调校准，
步骤4：逻辑及存储模块计算得出电流镜阵列直流失调校准控制信号最高权重位的校准结果，并存储在逻辑及存储模块中，
步骤5：按照二进制权重由高到低的顺序，重复步骤4的计算方法，对电流镜阵列直流失调校准的控制信号进行遍历，得到完整的校准结果，并存储在逻辑及存储模块中，
步骤6：高增益放大电路进入正常工作模式，逻辑及存储模块中存储的直流失调校准结果直接控制数模转换器模块，输出相应的校准电流，最终实现高增益放大电路直流失调的校准。
2.一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，其特征在于，该电路包括：比较器模块210、逻辑及存储模块220和数模转换器模块230。
3.根据权利要求2所述的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，其特征在于，所述比较器模块210由比较器和输出缓冲器组成，输入信号包括，被检测的高增益放大电路的输出信号、参考电压信号，输出信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果。
4.根据利要求2所述的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，其特征在于，所述逻辑及存储模块220由逻辑电路和存储电路组成，按照二进制权重由高到低的顺序，依次打开或关闭电流镜阵列中的电流源，调整数模转换器模块的输出模拟电流值，使得高增益放大电路的输出电压相应发生变化。最终逻辑电路计算得出直流失调的校准结果，并存储在存储电路中。逻辑及存储模块的输入信号包括，高增益放大电路输出电压与参考电压的比较结果，输出信号包括，计算得出的电流镜阵列直流失调校准的控制信号。
5.利要求2所述的一种用于高增益放大电路的直流失调校准方法及电路，其特征在于，所述数模转换器模块230由P型二进制电流镜阵列和N型二进制电流镜阵列组成，输入信号包括，电流镜阵列直流失调校准的控制信号，输出信号包括，模拟校准电流输出信号。其中，根据电流镜阵列的数字控制信号不同，数模转换器模块输出相应的模拟校准电流，完成数字信号到模拟信号的转变。
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