CN113794465A - 一种直流失调消除方法、系统、终端及电路 - Google Patents

一种直流失调消除方法、系统、终端及电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直流失调消除方法、系统、终端及电路，包括以下步骤：获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果；获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果；基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。本发明的直流失调消除方法、系统、终端及电路能够有效消除复数带通滤波器输出端的直流失调。

Description

一种直流失调消除方法、系统、终端及电路
技术领域
本发明涉及直流失调消除的技术领域，特别是涉及一种直流失调消除方法、系统、终端及电路。
背景技术
随着物联网(Internet of Things，IoT)技术的发展，射频电路成为研究的热点。现有技术中，中低速率短距离无线通信如BT/BLE、Zigbee等，大多采用低中频架构。高集成度和低功耗是此种架构的优点，但同时也面临着镜像抑制的问题。
为了解决上述问题，通常会引入复数带通滤波器(Complex Band Pass Filter，CBPF)。CBPF通常还具有可变增益放大器(Variable Gain Amplifier VGA)的功能。当增益比较大时，如20dB以上时，直流失调(DC-offset)就成为影响接收机动态范围的一大因素。
申请号为201410710502.3的专利《一种应用于Gm-C型复数滤波器的直流失调消除电路》引入了积分器单元的方法来消除直流失调。然而，这种方法具有较大的时间常数，建立时间比较慢，不能应用于工作在突发(burst)模式的无线通信标准，如BT/BLE，Zigbee，NB-IOT等。
另外，还可以将复数带通滤波器中的IQ两路耦合断开，接成低通滤波器(Low PassFilter，LPF)的形式来消除直流失调。待正常工作时再接回复数带通滤波器形式。然而，该方式存在一个弊端，即当接回复数带通滤波器时，直流失调还有一个小的阶跃跳变，造成直流失调存在一个较大的残留。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直流失调消除方法、系统、终端及电路，能够有效消除复数带通滤波器输出端的直流失调。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种直流失调消除方法，包括以下步骤：获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果；获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果；基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
于本发明一实施例中，所述数字直流失调消除信息包括I路直流失调消除信息和Q路直流失调消除信息，分别输入至所述复数带通滤波器的运算放大器的背栅。
于本发明一实施例中，设定Vop_i和Von_i为所述I路的差分输出，Vop_q和Von_q为所述Q路的差分输出，sign_i和sign_q分别为所述I路和所述Q路的比较结果；当Vop_i-Von_i>0，sign_i＝1，当Vop_i-Von_i<0时，sign_i＝0；当Vop_q-Von_q>0时，sign_q＝1，当Vop_q-Von_q<0时，sign_q＝0；
所述I路直流失调消除信息与-sign_q相关；所述Q路直流失调消除信息与sign_i相关。
于本发明一实施例中，基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息包括以下步骤：
基于二分法和步进法对所述I路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_i的值发生跳变时，停止调整；
基于二分法和步进法对所述Q路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_q的值发生跳变时，停止调整。
于本发明一实施例中，还包括记录所述复数带通滤波器的增益和对应的数字直流失调消除信息，以基于所述直流失调消除模块的实际增益提供对应的数字直流失调消除信息。
本发明提供一种直流失调消除系统，包括第一获取模块、第二获取模块和消除模块；
所述第一获取模块用于获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果；
所述第二获取模块用于获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果；
所述消除模块用于基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
本发明提供一种直流失调消除终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述燃料电池电压监测控制器执行上述的直流失调消除方法。
本发明提供一种直流失调消除电路，包括：
复数带通滤波器；
第一比较模块，与所述复数带通滤波器的I路输出端相连，用于比较所述I路的差分输出；
第二比较模块，与所述复数带通滤波器的Q路输出端相连，用于比较所述Q路的差分输出；
上述的直流失调消除终端，与所述第一比较模块和所述第二比较模块的输出端相连，用于基于所述第一比较模块和所述第二比较模块的比较结果输出数字直流失调消除信息；
数字模拟转换器，与所述直流失调消除模块相连，用于将所述数字直流失调消除信息转换为模拟直流失调消除信息，并将所述模拟直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器，以实现所述复数带通滤波器的直流失调消除。
如上所述，本发明的直流失调消除方法、系统、终端及电路，具有以下有益效果：
(1)能够将复数带通滤波器输出端的直流失调控制在mv级，甚至更小；
(2)调整策略采用二分法和步进法相结合的方法，确保了调整的速度和精度。
附图说明
图1显示为本发明的直流失调消除电路于一实施例中的示意图；
图2显示为本发明的复数带通滤波器于一实施例中的结构示意图；
图3显示为本发明的附属带通滤波器中运算放大器OP1的输入级电路；
图4显示为本发明的直流失调消除方法于一实施例中的流程图；
图5显示为本发明的二分法和步进法于一实施例中的流程图；
图6显示为本发明的直流失调消除方法于一实施例中的效果示意图；
图7显示为本发明的直流失调消除系统于一实施例中的效果图；
图8显示为本发明的直流失调消除终端于一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的直流失调消除方法、系统、终端及电路通过闭环调整的方式，能够有效消除复数带通滤波器输出端的直流失调，极具实用性。
如图1所示，本发明的直流失调消除电路包括复数带通滤波器1、第一比较器2、第二比较器3、直流失调消除终端4和数字模拟转换器5。
所述第一比较模块2与所述复数带通滤波器1的I路输出端(Vop_i和Von_i)相连，用于比较所述I路的差分输出。其中，比较结果为sign_i。当Vop_i-Von_i>0，sign_i＝1，当Vop_i-Von_i<0时，sign_i＝0。
第二比较模块3与所述复数带通滤波器1的Q路输出端(Vop_q和Von_q)相连，用于比较所述Q路的差分输出。其中，比较结果为sign_q。当Vop_q-Von_q>0时，sign_q＝1，当Vop_q-Von_q<0时，sign_q＝0。
直流失调消除终端4与所述第一比较模块2和所述第二比较模块3的输出端相连，用于基于所述第一比较模块和所述第二比较模块的比较结果输出数字直流失调消除信息(Vbg_i和Vbg_q)。
数字模拟转换器5与所述直流失调消除模块4相连，用于将所述数字直流失调消除信息转换为模拟直流失调消除信息，并将所述模拟直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器1，以实现所述复数带通滤波器1的直流失调消除。
由图1可知，所述直流失调消除终端4用来根据sign_i和sign_q的值来调节所述数字模拟转换器5的输入DCOC_i<5:0>,DCOC_q<5:0>，所述数字模拟转换器5输出两个电压信号Vbg_i和Vbg_q为所述复数带通滤波器1输入运算放大器(OP)对的背栅(back gate)用来抵消直流失调。
如图2所示，可得：
Figure BDA0003250967260000041
Figure BDA0003250967260000042
Figure BDA0003250967260000043
Figure BDA0003250967260000044
当进行直流失调消除时，Vip＝Vin，Vqp＝Vqn。
令
Figure BDA0003250967260000045
则(1)-(2)可得
Figure BDA0003250967260000046
(q1)-(q2)可得
Figure BDA0003250967260000051
Figure BDA0003250967260000052
Figure BDA0003250967260000053
则(4)-(5)可得
Figure BDA0003250967260000054
Figure BDA0003250967260000055
Figure BDA0003250967260000056
(q4)-(q5)可得
Figure BDA0003250967260000057
将6和(q6)带入(3)和(q3)，可得
Figure BDA0003250967260000058
Figure BDA0003250967260000059
令
Figure BDA00032509672600000510
Figure BDA00032509672600000511
当芯片完成后，Vosi，Vosq,Vos2_i,Vos2_q都是确定的值，故C1和C2为常数。将A1，A2，A3，C1，C2带入(7)和(q7)得
Figure BDA00032509672600000512
Figure BDA00032509672600000513
因为R1,R2,R3,R4通常为KΩ级电阻，所以A1>A3>A2。A1,A2,A3分别差一个数量级，所以A1*A3>A1*A2，且通常也差一个数量级。将(8)和(q8)进一步简化，可得
Figure BDA00032509672600000514
Figure BDA00032509672600000515
因此，可得以下结论：Vo_i和Vos1_q强相关，Vo_q和-Vos1_i强相关。故可以用sign_i(Vo_i)的值去调整Q路的Vos1_q，用-sign_q(-Vo_q)的值去调整I路的Vos1_i。
故结合图1-3和算式(9)、(q9)，可知：通过调整Vbg_n或者Vbg_p可以调整图2中的Vos1_i和Vos1_q，进而使得Vo_i和Vo_q逼近于0，以实现直流失调消除。
于一实施例中，如图4所示，基于所述直流失调终端提供一种直流失调消除方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果。
步骤S2、获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果。
步骤S3、基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
其中，所述数字直流失调消除信息包括I路直流失调消除信息和Q路直流失调消除信息，分别输入至所述复数带通滤波器的运算放大器的背栅。所述I路直流失调消除信息与-sign_q相关；所述Q路直流失调消除信息与sign_i相关。
具体地，基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息包括以下步骤：
31)如图5所示，基于二分法和步进法对所述I路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_i的值发生跳变时，表明Vo_q逼近于0，故停止调整。此时，调整后的值即作为最终的Q路直流失调消除信息。其中，对于区间[a，b]上连续不断且f(a)·f(b)<0的函数y＝f(x)，通过不断地把函数f(x)的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫二分法。步进法就是，对于y＝f(n)，通过一步步的改变n的值，如n+1或者n-1的方法，使得y逼近零点。
32)如图5所示，基于二分法和步进法对所述Q路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_q的值发生跳变时，表明Vo_i逼近于0，故停止调整。此时，调整后的值即作为最终的I路直流失调消除信息。
优选地，通过I路的比较结果来正向调整Q路，通过Q路的比较结果来反向调整I路，最终使得所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
于本发明一实施例中，本发明的直流失调消除方法还包括记录所述复数带通滤波器的增益和对应的数字直流失调消除信息，以基于所述直流失调消除模块的实际增益提供对应的数字直流失调消除信息。具体地，在芯片上电阶段采用本发明的直流失调消除方法令系统工作一次，生成一个和增益相关的查找表。所述查找表记录所述复数带通滤波器的增益和对应的数字直流失调消除信息。这样一来，即使接收机工作处于Burst模式也不影响增益的的收敛速度。
如图6所示，当没有采用本发明的直流失调消除方法时，I路的直流失调为132.8mV，Q路的直流失调为99.5mv。当使用本发明的直流失调消除方法后，I路的直流失调为1.2mV，Q路的直流失调为1mV。
如图7所示，于一实施例中，本发明的直流失调消除系统包括第一获取模块71、第二获取模块72和消除模块73。
所述第一获取模块71用于获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果。
所述第二获取模块72用于获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果。
所述消除模块73与所述第一获取模块71和所述第二获取模块72相连，用于基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
其中，第一获取模块71、第二获取模块72和消除模块73的结构和原理与上述直流失调消除方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
如图8所示，于一实施例中，本发明的直流失调消除终端包括：处理器81及存储器82。
所述存储器82用于存储计算机程序。
所述存储器82包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器81与所述存储器82相连，用于执行所述存储器82存储的计算机程序，以使所述直流失调消除终端执行上述的直流失调消除方法。
优选地，所述处理器81可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本发明的直流失调消除方法、系统、终端及电路能够将复数带通滤波器输出端的直流失调控制在mv级，甚至更小；调整策略采用二分法和步进法相结合的方法，确保了调整的速度和精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种直流失调消除方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果；
获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果；
基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
2.根据权利要求1所述的直流失调消除方法，其特征在于：所述数字直流失调消除信息包括I路直流失调消除信息和Q路直流失调消除信息，分别输入至所述复数带通滤波器的运算放大器的背栅。
3.根据权利要求2所述的直流失调消除电路，其特征在于：设定Vop_i和Von_i为所述I路的差分输出，Vop_q和Von_q为所述Q路的差分输出，sign_i和sign_q分别为所述I路和所述Q路的比较结果；当Vop_i-Von_i>0，sign_i＝1，当Vop_i-Von_i<0时，sign_i＝0；当Vop_q-Von_q>0时，sign_q＝1，当Vop_q-Von_q<0时，sign_q＝0；
所述I路直流失调消除信息与-sign_q相关；所述Q路直流失调消除信息与sign_i相关。
4.根据权利要求3所述的直流失调消除方法，其特征在于：基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息包括以下步骤：
基于二分法和步进法对所述I路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述Q路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_i的值发生跳变时，停止调整；
基于二分法和步进法对所述Q路的比较结果进行调整；将调整后的值作为所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器；当所述I路直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器后得到的sign_q的值发生跳变时，停止调整。
5.根据权利要求1所述的直流失调消除方法，其特征在于：还包括记录所述复数带通滤波器的增益和对应的数字直流失调消除信息，以基于所述直流失调消除模块的实际增益提供对应的数字直流失调消除信息。
6.一种直流失调消除系统，其特征在于：包括第一获取模块、第二获取模块和消除模块；
所述第一获取模块用于获取复数带通滤波器的I路的差分输出的比较结果；
所述第二获取模块用于获取所述复数带通滤波器的Q路的差分输出的比较结果；
所述消除模块用于基于所述I路和所述Q路的比较结果，输出数字直流失调消除信息，以使所述复数带通滤波器实现直流失调消除。
7.一种直流失调消除终端，其特征在于：包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述燃料电池电压监测控制器执行权利要求1至5中任一项所述的直流失调消除方法。
8.一种直流失调消除电路，其特征在于：包括：
复数带通滤波器；
第一比较模块，与所述复数带通滤波器的I路输出端相连，用于比较所述I路的差分输出；
第二比较模块，与所述复数带通滤波器的Q路输出端相连，用于比较所述Q路的差分输出；
权利要求7所述的直流失调消除终端，与所述第一比较模块和所述第二比较模块的输出端相连，用于基于所述第一比较模块和所述第二比较模块的比较结果输出数字直流失调消除信息；
数字模拟转换器，与所述直流失调消除模块相连，用于将所述数字直流失调消除信息转换为模拟直流失调消除信息，并将所述模拟直流失调消除信息输入所述复数带通滤波器，以实现所述复数带通滤波器的直流失调消除。
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