CN109905085B

CN109905085B - 直流移除电路

Info

Publication number: CN109905085B
Application number: CN201711307920.8A
Authority: CN
Inventors: 蔡腾汉; 童泰来
Original assignee: MediaTek Inc
Current assignee: MediaTek Inc
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: CN109905085A

Abstract

一种直流移除电路，耦接于一射频模块，该射频模块包括一本地振荡器，该直流移除电路包括一波形产生器，用来产生具有一平均值的一数字波形信号，该平均值小于耦接于该射频模块的一转换器的一分辨率；一数字加法器，耦接于该波形产生器，用来将一数字直流值加上该数字波形信号，以产生一相加结果；以及一数字减法器，用来将一数字信号减去该相加结果，产生一相减结果，以补偿该本地振荡器所造成的漏泄。

Description

直流移除电路

技术领域

本发明系指一种直流移除电路，尤指一种可准确补偿本地振荡器所造成漏泄的直流移除电路。

背景技术

于通信装置中，射频模块可利用混波器(Mixer)以及本地振荡器(LocalOscillator)将基频信号转换成中频信号(Intermediate Frequency)甚至是射频信号(Radio Frequency)，或将射频信号转换成中频信号甚至是基频信号。本地振荡器在运作过程中会产生漏泄(Leakage)，导致射频模块的输出信号会有一直流偏移(Direct Current(DC)Offset)。

现有技术已发展出利用数字电路补偿本地振荡器所造成的直流偏移。以传送端为例，传送端可于数字传送信号透过数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)被转换成模拟传送信号之前，事先将数字传送信号减去一数字直流值。而射频模块可将模拟传送信号转换成中频信号，虽然本地振荡器会产生漏泄而造成直流偏移，因先前已减去数字直流值，故可将中频信号的直流成份降低或移除。利用数字电路补偿直流偏移的好处在于实作上较模拟电路简单，然而，直流偏移与数字直流值之间的误差受限于数字模拟转换器的分辨率(Resolution)，而使直流移除的效果有限。

因此，现有技术实有改善的必要。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可准确补偿本地振荡器所造成漏泄的直流移除电路，以改善现有技术的缺点。

本发明揭露一种直流移除电路，耦接于一射频模块，该射频模块包括一本地振荡器，该直流移除电路用来补偿该本地振荡器所造成的漏泄，该直流移除电路包括一波形产生器，用来产生具有一平均值的一数字波形信号，该平均值小于耦接于该射频模块的一转换器的一分辨率；一数字加法器，耦接于该波形产生器，用来将一数字直流值加上该数字波形信号，以产生一相加结果；以及一数字减法器，用来将一数字信号减去该相加结果，产生一相减结果，以补偿该本地振荡器所造成的漏泄。

附图说明

图1为本发明实施例一直流移除电路的方块图。

图2为本发明实施例一直流值以及一数字波形信号的波形图。

图3为本发明实施例一波形产生器的方块图。

图4为本发明实施例计数信号及数字波形信号的示意图。

图5为本发明实施例一直流移除电路的方块图。

符号说明

10、50 直流移除电路

12 射频模块

14、64 转换器

16、36 波形产生器

18 数字减法器

19 数字加法器

32 计数信号产生器

34 输出单元

340 逻辑电路

AD1、AD2 加法器

Ant 天线

Cnt 计数信号

d1、d5 数字信号

d_out 相减结果

DMX 解多工器

DT、DT2 数字直流值

DTw 相加结果

K 正脉冲个数

LO 本地振荡器

MUX 多工器

MX 混波器

N 脉冲宽度个数

RG 缓存器

T 时间指标

t_BB、t_TX、r_BB、r_RX 信号

w、w2 数字波形信号

Δ 分辨率

具体实施方式

为了解决现有技术中直流偏移与数字直流值间的误差受限于数字模拟转换器的分辨率(Resolution)而使直流移除的效果有限的问题，本发明除了减去一数字直流值之外，另减去一数字波形信号，以更准确地补偿本地振荡器所造成漏泄。

具体来说，请参考图1，图1为本发明实施例一直流移除电路10的方块图。直流移除电路10设置于一传送端，其耦接于一射频模块12。射频模块12用来将直流移除电路10所输出的一基频模拟信号t_BB转换至中频甚至射频，以产生一射频传送信号t_TX，再透过一天线Ant将信号t_TX传送至大气。射频模块12包括一混波器(Mixer)MX以及一本地振荡器(LocalOscillator)LO，其用来将基频模拟信号t_BB转换至中频(Intermediate Frequency)甚至是射频信号(Radio Frequency)，在本地振荡器LO运作过程中会产生漏泄(Leakage)，而导致射频传送信号t_TX会有一直流偏移(Direct Current(DC)Offset)。从基频的角度来说，射频模块12可视为对基频模拟信号t_BB加上一直流偏移AT(其为模拟值)。

直流移除电路10耦接于一数字模拟转换器14，其包括一波形产生器16、一数字加法器19以及一数字减法器18，直流移除电路10接收一数字信号d1而产生基频模拟信号t_BB，其中数字信号d1可为传送端欲传送的数字传送信号。数字模拟转换器14具有一分辨率(Resolution)Δ，分辨率Δ可表示为Δ＝V_FSW/(2^WL-1)，其中V_FSW代表数字模拟转换器14可接受的电压幅度范围(即全摆动(Full Swing)范围)，WL代表数字模拟转换器14可接受的位数(即字符长度(Wordlength))。波形产生器16用来产生一数字波形信号w，数字波形信号w具有一平均值Ave，其中平均值Ave小于数字模拟转换器14的分辨率Δ(即平均值Ave可表示为Ave＝r*Δ，其中0<r<1)。数字加法器19耦接于波形产生器16，用来将一数字直流值DT加上数字波形信号w，以产生一相加结果DTw。数字减法器18用来将数字信号d1减去相加结果DTw，以补偿该本地振荡器LO所造成的漏泄。

需注意的是，数字直流值DT为在数字模拟转换器14的字符长度为WL的情况下最接近直流偏移AT的数字直流值，受限于数字模拟转换器14的分辨率Δ，以数字直流值DT来逼近模拟直流偏移AT的效果有限。本发明利用波形产生器16产生数字波形信号w(其平均值Ave小于分辨率Δ)，使得相加结果DTw通过数字模拟转换器14及射频模块12后的等效值更加逼近直流偏移AT，以更准确地补偿本地振荡器LO所造成的漏泄。

详细来说，数字波形信号w可为周期性的一脉冲序列信号，其可由多个正脉冲所组成，数字波形信号w的一个周期中具有N个脉冲宽度且具有k个正脉冲。在正脉冲振幅可为一个分辨率Δ的情况下，数字波形信号w的平均值Ave可为Ave＝(k/N)*Δ(即r＝k/N)。

举例来说，请参考图2，图2为本发明实施例一数字直流值DT2以及一数字波形信号w2的波形图，数字直流值DT2可为图1中的数字直流值DT，数字波形信号w2可为图1中的数字波形信号w。图2中纵轴的单位为一个分辨率Δ，横轴的单位为一个脉冲宽度(PulseWidth)。以图2为例，数字直流值DT2为4*Δ，数字波形信号w2的一个周期中具有8个脉冲宽度(N＝8)且具有2个正脉冲(k＝2)，正脉冲的振幅可为一个分辨率Δ，如此一来，对应于数字波形信号w2的平均值Ave即为(1/4)*Δ。

另一方面，波形产生器16可根据一个周期中的脉冲宽度个数N以及正脉冲个数k，产生周期性的脉冲序列信号为数字波形信号w。波形产生器16产生周期性的脉冲序列信号的方式并未有所限。举例来说，波形产生器16可先产生一计数信号cnt，并于每经过数字电路的一个频率周期(Clock Cycle)时，波形产生器16可将计数信号cnt的值加1，当计数信号cnt的值大于或等于(N/k)时，波形产生器16可将计数信号cnt的值减去(N/k-1)。另一方面，当计数信号cnt的值为0或计数信号cnt的值大于或等于(N/k)时，波形产生器16输出正脉冲；当计数信号cnt的值为0小于(N/k)时，波形产生器16输出0。

具体来说，请参考图3，图3为本发明实施例一波形产生器36的方块图。波形产生器36可用来实现波形产生器16，其包括一计数信号产生器32以及一输出单元34，计数信号产生器32包括一缓存器RG、一解多工器DMX以及加法器AD1、AD2，计数信号产生器32输出储存于缓存器RG内的值为计数信号cnt。当计数信号产生器32刚开始运作时，计数信号产生器32将缓存器RG内的值设为0，每经过一个频率周期时，加法器AD2将缓存器RG内的值加1后再将其结果储存至缓存器RG中，缓存器RG内的值(即计数信号cnt)会随时间递增。直到缓存器RG内的值大于或等于(N/k)时，计加法器AD1会将缓存器RG内的值减去(N/k-1)后，再将其结果储存于缓存器RG。如此一来，缓存器RG内的值(即计数信号cnt)会在1与N/k+1之间不断地循环。另一方面，输出单元34包括一逻辑电路340以及一多工器MUX，逻辑电路340接收计数信号产生器32所产生的计数信号cnt，当逻辑电路340判断计数信号cnt的值为0或计数信号cnt的值大于或等于(N/k)时，逻辑电路340产生一控制信号使得波形产生器36输出正脉冲；当逻辑电路340判断计数信号cnt的值小于(N/k)时，逻辑电路340产生控制信号使得波形产生器36输出0。

举例来说，请参考图4，图4为计数信号产生器32所产生的计数信号cnt以及输出单元34所产生的数字波形信号w的示意图。t代表以数字电路的频率周期为单位的时间指标，t＝1代表于第1个频率周期，以此类推。为方便理解，计数信号cnt及数字波形信号w皆以数值的方式呈现，数字波形信号w于一频率周期的值为1代表波形产生器36于该频率周期输出正脉冲，数字波形信号w于一频率周期的值为0代表波形产生器36于该频率周期时输出0。图4的上半部为在脉冲宽度个数N为8以及正脉冲个数k为2的情况下(计数信号产生器32及输出单元34所产生的)计数信号cnt及数字波形信号w的数值，图4的下半部为在脉冲宽度个数N为8以及正脉冲个数k为5的情况下计数信号cnt及数字波形信号w的数值。由图4可知，计数信号产生器32及输出单元34可根据脉冲宽度个数N以及正脉冲个数k，产生周期性的脉冲序列信号为数字波形信号w。

另外，在数字波形信号w周期中脉冲宽度个数N为固定的情况下，可将正脉冲个数k分别设为1,…,N-1，并产生其对应的数字波形信号w₁,…,w_N-1(其平均值分别为(1/N)*Δ,…,((N-1)/N)*Δ)，将数字波形信号w₁,…,w_N-1分别施加至数字加法器19，纪录其直流移除的效果，从当中最佳正脉冲个数k^*以及最佳数字波形信号w_k*，以及将最佳正脉冲个数k^*施加于计数信号产生器32及输出单元34，以产生数字波形信号w为最佳数字波形信号w_k*。

由上述可知，本发明利用波形产生器产生周期性的数字波形信号(其可为周期性的脉冲序列信号)，数字波形信号的平均值Ave可表示为Ave＝r*Δ，其中r可为介于0至1的有理数(Rational Number)，使得相加结果DTw通过数字模拟转换器14及射频模块12后的等效值更加逼近直流偏移AT，以准确地补偿本地振荡器LO所造成的漏泄。

举例来说，在N＝10且k＝4的情况下，相较于现有技术(其仅利用数字直流值DT进行直流移除/补偿)，本发明的直流移除电路可将补偿后的残余直流成份降低将近20dB。在N＝20且k＝9的情况下，相较于现有技术，本发明的直流移除电路可将补偿后的残余直流成份降低将近40dB，即较佳地补偿本地振荡器LO所造成的漏泄。

需注意的是，前述实施例用以说明本发明的概念，本领域具通常知识者当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，数字波形信号w中正脉冲的振幅不限于为一个分辨率Δ，数字波形信号w中正脉冲的振幅可为任意正数值，只要数字波形信号w的平均值Ave小于分辨率Δ，即符合本发明的要求而属于本发明的范畴。

另外，本发明的直流移除电路可设置于一接收端。请参考图5，图5为本发明实施例一直流移除电路50的方块图。直流移除电路50设置于一接收端，其通过一模拟数字转换器54耦接于一射频模块52，射频模块52用来将一射频模拟信号r_RX转换至中频甚至基频，以产生一基频模拟信号r_BB。模拟数字转换器54将基频模拟信号r_BB转换成一数字信号d5，其中数字信号d5可为接收端所接收的基频数字接收信号。直流移除电路50接收数字信号d5，其包括波形产生器16、数字加法器19以及数字减法器18。数字减法器18将数字信号d5减去数字直流值DT与数字波形信号w的相加结果DTw，以产生相减结果d_out，直流移除电路50输出相减结果d_out。其余直流移除电路50的操作原理与直流移除电路10相同，于此不再赘述。

综上所述，本发明利用波形产生器产生周期性的数字波形信号，其中数字波形信号的平均值小于数字模拟转换器(或模拟数字转换器)的分辨率，使得直流移除的效果更加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种直流移除电路，耦接于一射频模块，该射频模块包括一本地振荡器，该直流移除电路用来补偿该本地振荡器所造成的漏泄，该直流移除电路包括：

一波形产生器，用来产生具有一平均值的一数字波形信号，该平均值小于耦接于该射频模块的一转换器的一分辨率；

一数字加法器，耦接于该波形产生器，用来将一数字直流值加上该数字波形信号，以产生一相加结果；以及

一数字减法器，用来将一数字信号减去该相加结果，产生一相减结果，以补偿该本地振荡器所造成的漏泄，

其中，该数字波形信号为周期性的一脉冲序列信号，该数字波形信号的一周期中具有N个脉冲宽度且具有k个正脉冲，该波形产生器根据脉冲宽度个数N以及正脉冲个数k，产生该数字波形信号。

2.如权利要求1所述的直流移除电路，其特征在于，该直流移除电路设置于一传送端，该数字减法器将该相减结果输出至该转换器，该转换器将该相减结果转换成一模拟信号，该射频模块根据该模拟信号产生一传送信号。

3.如权利要求1所述的直流移除电路，其特征在于，该直流移除电路设置于一接收端，该射频模块产生一接收信号，该转换器将该接收信号转换成该数字信号，该直流移除电路输出该相减结果。

4.如权利要求1所述的直流移除电路，其特征在于，每个正脉冲的振幅相关于该转换器的该分辨率。

5.如权利要求1所述的直流移除电路，其特征在于，该波形产生器用来执行以下步骤，以根据该脉冲宽度个数N以及该正脉冲个数k，产生该数字波形信号：

产生一计数信号；

当该计数信号的值为0或该计数信号的值大于或等于(N/k)时，该波形产生器输出一正脉冲；以及

当该计数信号的值小于(N/k)时，该波形产生器输出0。

6.如权利要求5所述的直流移除电路，其特征在于，该波形产生器用来执行以下步骤，以产生该计数信号：

将一缓存器的一值设为0，且每经过一个频率周期时，将该缓存器的该值加1，并将其结果储存于该缓存器中；

当储存于该缓存器的值大于或等于(N/k)时，将该缓存器的该值减去(N/k-1)，并将其结果储存于该缓存器中；以及

输出该缓存器的该值为该计数信号。

7.如权利要求1所述的直流移除电路，其特征在于，该波形产生器包括：

一计数信号产生器，用来产生一计数信号，其中该计数信号产生器将一缓存器的一值设为0，且每经过一个频率周期时，将该缓存器的该值加1，并将其结果储存于该缓存器中，当储存于该缓存器的值大于或等于(N/k)时，将该缓存器的该值减去(N/k-1)，并将其结果储存于该缓存器中，该计数信号产生器输出该缓存器的该值为该计数信号；以及

一输出单元，接收该计数信号，其中当该计数信号的值为0或该计数信号的值大于或等于(N/k)时，该波形产生器输出一正脉冲，当该计数信号的值小于(N/k)时，该波形产生器输出0。