CN114629560B - 在线直流偏移校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线直流偏移校准系统，其中，衰减单元用于先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；直流偏移检测单元用于检测接收通路的输出端口的直流偏移；直流偏移校准控制单元用于配置校准量至加法单元；加法单元用于将衰减后的外部输入信号和校准量相加；直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；计算单元用于求解两个状态确定的方程组以得到接收通路等效到输入端口的直流偏移量；直流偏移校准控制单元还用于根据接收通路等效到输入端口的直流偏移量配置最终校准量。本发明适用于有外部输入信号的情况，可进行在线校准。

Description

在线直流偏移校准系统及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种在线直流偏移校准系统及方法。

背景技术

在光纤通信的接收机中，有多级放大器组成的高增益信号通路来放大从光信号转换来的微弱的电信号。这些放大器是通过直流耦合连接来保证高速率所要求的几乎从直流开始的大带宽。

在多级直流耦合的高增益放大电路中，小的直流偏移会逐级被放大。当放大后的直流偏移很大时会使得电路偏离预设的正常工作状态，可能的结果是信号出现饱和失真，严重的情况是整个多级放大电路被阻塞，不再正常工作。

解决的方法是在一个或者多个放大器的输入端添加直流微调电路，通过设置直流微调电路使得原来的直流偏移被抵消掉。这种确定电路原来的直流偏移，并设置直流微调电路从而消除直流偏移影响的方法就是直流偏移的校准方法。

常用的校准直流偏移的方法是不断调整直流微调电路，直到输出的直流偏移小到要求的大小。调整的步骤是连续的增加或者减少微调量并适时调整步长，步长的调整可以采取二分法来使得最终的步长缩小到直流微调电路的最小步长。

这种方法适用于接收通路中除了第一级以外的放大器的直流偏移校准，因为由前面放大器引起的直流偏移可以通过关闭前面放大器而消除。这个方法也适用于没有外部信号输入情况下第一级放大器的直流偏移校准，也就是适合进行离线直流偏移校准。

这种方法的缺陷是不能在有外部输入的情况下，在第一级放大器的输入端进行直流偏移校准，也就是不能在线进行直流偏移校准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于有外部输入信号的情况、可进行在线校准、准确度高的在线直流偏移校准系统。

为了解决上述问题，本发明提供了一种在线直流偏移校准系统，用于对有外部输入信号的接收通路的直流偏移进行在线校准，所述在线直流偏移校准系统包括：衰减单元、加法单元、直流偏移检测单元、直流偏移校准控制单元和计算单元，所述衰减单元和加法单元依次连接在外部输入信号和接收通路的输入端口之间，所述直流偏移检测单元和直流偏移校准控制单元依次连接在所述加法单元和接收通路的输出端口之间；

所述衰减单元用于先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；

所述直流偏移检测单元用于检测接收通路的输出端口的直流偏移；

所述直流偏移校准控制单元用于配置校准量至所述加法单元；

所述加法单元用于将衰减后的外部输入信号和校准量相加；

所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；

所述计算单元用于求解两个状态确定的方程组以得到接收通路等效到输入端口的直流偏移量；

所述直流偏移校准控制单元还用于根据接收通路等效到输入端口的直流偏移量配置最终校准量。

作为本发明的进一步改进，两个状态确定的方程组为：

其中，V_in为外部输入信号；G_attn,1和G_attn,2为两个状态下两次不同大小的衰减量；V_offset,in为接收通路等效到输入端口的直流偏移量；V_adjust,1和V_adjust,2分别为两个状态下输出端口的直流偏移分别等于零对应的校准量。

作为本发明的进一步改进，求解两个状态确定的方程组得到：

其中，两个状态的衰减量G_attn,1和G_attn,2以相对比值的形式出现，对应的两个校准量V_adjust,1和V_adjust,2也是以相对比值的形式出现，得到的直流偏移V_offset,in也是以与校准量V_adjust,1相对比值的形式出现；

所述直流偏移校准控制单元配置的最终校准量为：

V_adjust＝-V_offset,in

其中，V_adjust为所述直流偏移校准控制单元配置的最终校准量。

作为本发明的进一步改进，所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零，包括：所述直流偏移校准控制单元还用于通过二分法调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零。

作为本发明的进一步改进，所述直流偏移校准控制单元包括数字控制模块和电流DAC，所述数字控制模块根据检测到的输出端口的直流偏移调整所述电流DAC的输入信号，所述电流DAC用于将数字控制模块发出的数字信号转换为模拟电流信号。

作为本发明的进一步改进，所述衰减单元包括至少两个不同的衰减档位，以提供至少两个不同大小的衰减量。

作为本发明的进一步改进，所述衰减单元为衰减器。

作为本发明的进一步改进，所述直流偏移检测单元为比较器。

作为本发明的进一步改进，所述加法单元为加法器。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种在线直流偏移校准方法，应用于上述任一所述的在线直流偏移校准系统，所述在线直流偏移校准方法包括以下步骤：

S1、所述衰减单元先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；

S2、所述直流偏移检测单元检测接收通路的输出端口的直流偏移，通过所述直流偏移校准控制单元配置校准量至所述加法单元，通过所述加法单元将衰减后的外部输入信号和校准量相加；

S3、所述直流偏移校准控制单元调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；

S4、所述计算单元求解两个状态确定的方程组以得到输出端口实际的直流偏移量；

S5、所述直流偏移校准控制单元根据接收通路实际的直流偏移量配置最终校准量。

本发明的有益效果：

本发明在线直流偏移校准系统及方法利用输入端口的衰减单元对外部输入信号的大小进行控制得到两个状态，通过调整直流偏移校准控制单元使得输出端口的直流偏移在这两个状态下分别等于零，求解由两个状态确定的方程组得到接收通路实际的直流偏移量，再设置直流偏移校准控制单元使得最终的输出直流偏移足够小，从而确保接收通路工作在预设的正常工作状态。本发明在线直流偏移校准系统及方法适用于有外部输入信号的情况，适用于直流电压偏移校准和直流电流偏移校准。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明优选实施例中在线直流偏移校准系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中直流偏移检测单元的示意图；

图3是本发明优选实施例中直流偏移校准控制单元和加法单元的示意图；

图4是本发明优选实施例中调整过程中输出的直流偏移变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明优选实施例中在线直流偏移校准系统，用于对有外部输入信号的接收通路的直流偏移进行在线校准，所述在线直流偏移校准系统包括：衰减单元、加法单元、直流偏移检测单元、直流偏移校准控制单元和计算单元，所述衰减单元和加法单元依次连接在外部输入信号和接收通路的输入端口之间，所述直流偏移检测单元和直流偏移校准控制单元依次连接在所述加法单元和接收通路的输出端口之间。

其中，V_in为外部输入信号；G_RX是接收通路的增益；V_out为输出端口的输出信号；G_attn是衰减单元对外部输入信号的衰减；V_offset,in是接收通路等效到输入端口的直流偏移；V_adjust是直流偏移校准电路输出的校准量；V_offset,out是输出端口真实的直流偏移；V_offset,det是直流偏移检测单元检测到的输出端口的直流偏移；“+”为加法单元，可选地，所述加法单元为加法器。

所述衰减单元用于先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；所述直流偏移检测单元用于检测接收通路的输出端口的直流偏移；所述直流偏移校准控制单元用于配置校准量至所述加法单元；所述加法单元用于将衰减后的外部输入信号和校准量相加；所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；所述计算单元用于求解两个状态确定的方程组以得到接收通路等效到输入端口的直流偏移量；所述直流偏移校准控制单元还用于根据接收通路等效到输入端口的直流偏移量配置最终校准量。

以差分信号为例，假定输出信号的两个信号电平分别为V_out,p和V_out,n，则输出端口的直流偏移为

V_offset,out＝V_out,p-V_out,n(1)

当直流偏移检测单元输出为1bit的数字信号时，V_offset,det反映的是输出直流偏移的符号：

如图2所示，在一些实施例中，所述直流偏移检测单元为比较器。其中，V_vout,p和V_vout,n组成图1中的差分形式的信号V_out。当V_vout,p>V_vout,n，V_offset,out输出为逻辑1；否则V_offset,out输出为为逻辑0。

如图3所示，在一些实施例中，所述直流偏移校准控制单元包括数字控制模块和电流DAC，所述数字控制模块根据检测到的输出端口的直流偏移调整所述电流DAC的输入信号，所述电流DAC用于将数字控制模块发出的数字信号转换为模拟电流信号。其中，V_offset,det是检测到的输出端口的直流偏移，R₁和R₂是G_attn的负载，它们可以将电流DAC发出的电流转换为调整电压V_adjust；受偏置电压V_b控制的两个三极管与R₁和R₂完成电压加法运算。

在一些实施例中，所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零，包括：所述直流偏移校准控制单元还用于通过二分法调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零。

其中，所述衰减单元包括至少两个不同的衰减档位，以提供至少两个不同大小的衰减量。可选地，所述衰减单元为衰减器。

具体地，在校准模式下，当给定了一个G_attn的衰减档位G_attn,k，直流偏移校准单元可以通过调整V_adjust使得当V_adjust＝V_adjust,k时，V_offset,out≈0。调整过程可以采取二分法的方式进行，具体如下：

(a)假定V_offset,in的范围是[V_offset,in-,V_offset,in+]；

(b)设定V_adjust的区间为[V_adjust,a,V_adjust,b]＝[V_offset,in-,V_offset,in+]，并且当V_adjust＝V_adjust,a时，V_offset,det＝0；并且当V_adjust＝V_adjust,b时，V_offset,det＝1

(c)令调整电压V_adjust为

(d)如果V_offset,det＝1,重新设定[V_adjust,a,V_adjust,b]＝[V_offset,in-,V_adjust,m]；如果V_offset,det＝0，重新设定[V_adjust,a,V_adjust,b]＝[V_adjust,m,V_offset,in+]；

(e)重复步骤(c)和(d)直到|V_adjust,a-V_adjust,b|小于理想的值；

(f)取最终的校准量为

如图4所示，为调整过程中，输出的直流偏移变化示意图。

输出端口的直流偏移的表达式为：

V_offset,out,k＝(V_inG_attn,k+V_offset,in+V_adjust,k)G_RX(3)

在校准模式下，假定输入信号V_in是统计稳定的，它的平均值是不变的。选定一个衰减档位G_attn,k，不断地调整V_adjust，使得当V_adjust＝V_adjust,k时：

V_offset,out,k≈0(4)

把(4)带入(3)得到：

V_inG_attn,k+V_offset,in+V_adjust,k＝0(5)

令k＝1,2，扩展(5)得到两个状态确定的方程组：

求解方程组(6)得到，

公式(7)就是所要校准的直流偏移。其中，G_attn,1和G_attn,2为两个状态下两次不同大小的衰减量；V_offset,in为接收通路等效到输入端口的直流偏移量；V_adjust,1和V_adjust,2分别为两个状态下输出端口的直流偏移分别等于零对应的校准量。

其中，两个状态的衰减量G_attn,1和G_attn,2以相对比值的形式出现，对应的两个校准量V_adjust,1和V_adjust,2也是以相对比值的形式出现，得到的直流偏移V_offset,in也是以与校准量V_adjust,1相对比值的形式出现。这种以相对比值的形式出现的量有利于电路实现。

在正常工作模式下，G_attn＝0，去掉下标k，公式(3)变成：

V_offset,out＝(V_offset,in+V_adjust)G_RX(8)

如果令：

V_adjust＝-V_offset,in(9)

则有V_offset,out＝0，其中，V_adjust为所述直流偏移校准控制单元配置的最终校准量，可见经过校准后，输出端口的直流偏移为零。

本发明在线直流偏移校准系统及方法利用输入端口的衰减单元对外部输入信号的大小进行控制得到两个状态，通过调整直流偏移校准控制单元使得输出端口的直流偏移在这两个状态下分别等于零，求解由两个状态确定的方程组得到接收通路实际的直流偏移量，再设置直流偏移校准控制单元使得最终的输出直流偏移足够小，从而确保接收通路工作在预设的正常工作状态。本发明在线直流偏移校准系统及方法适用于有外部输入信号的情况，适用于直流电压偏移校准和直流电流偏移校准。

本发明优选实施例还提供了一种在线直流偏移校准方法，应用于上述实施例中的在线直流偏移校准系统，所述在线直流偏移校准方法包括以下步骤：

S1、所述衰减单元先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；

S2、所述直流偏移检测单元检测接收通路的输出端口的直流偏移，通过所述直流偏移校准控制单元配置校准量至所述加法单元，通过所述加法单元将衰减后的外部输入信号和校准量相加；

S3、所述直流偏移校准控制单元调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；

S4、所述计算单元求解两个状态确定的方程组以得到输出端口实际的直流偏移量；

S5、所述直流偏移校准控制单元根据接收通路实际的直流偏移量配置最终校准量。

本实施例中在线直流偏移校准方法应用于前述的在线直流偏移校准系统，因此该方法的具体实施方式可见前文中的在线直流偏移校准系统的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

另外，由于本实施例的在线直流偏移校准方法应用于前述的在线直流偏移校准系统，因此其作用与上述系统的作用相对应，这里不再赘述。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.在线直流偏移校准系统，用于对有外部输入信号的接收通路的直流偏移进行在线校准，其特征在于，包括：衰减单元、加法单元、直流偏移检测单元、直流偏移校准控制单元和计算单元，所述衰减单元和加法单元依次连接在外部输入信号和接收通路的输入端口之间，所述直流偏移检测单元和直流偏移校准控制单元依次连接在所述加法单元和接收通路的输出端口之间；

所述衰减单元用于先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；

所述直流偏移检测单元用于检测接收通路的输出端口的直流偏移；

所述直流偏移校准控制单元用于配置校准量至所述加法单元；

所述加法单元用于将衰减后的外部输入信号和校准量相加；

所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；

所述计算单元用于求解两个状态确定的方程组以得到接收通路等效到输入端口的直流偏移量；

所述直流偏移校准控制单元还用于根据接收通路等效到输入端口的直流偏移量配置最终校准量。

2.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，两个状态确定的方程组为：

其中，V_in为外部输入信号；G_attn,1和G_attn,2为两个状态下两次不同大小的衰减量；V_offset,in为接收通路等效到输入端口的直流偏移量；V_adjust,1和V_adjust,2分别为两个状态下输出端口的直流偏移分别等于零对应的校准量。

3.如权利要求2所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，求解两个状态确定的方程组得到：

其中，两个状态的衰减量G_attn,1和G_attn,2以相对比值的形式出现，对应的两个校准量V_adjust,1和V_adjust,2也是以相对比值的形式出现，得到的直流偏移V_offset,in也是以与校准量V_adjust,1相对比值的形式出现；

所述直流偏移校准控制单元配置的最终校准量为：

V_adjust＝-V_offset,in

其中，V_adjust为所述直流偏移校准控制单元配置的最终校准量。

4.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述直流偏移校准控制单元还用于调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零，包括：所述直流偏移校准控制单元还用于通过二分法调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零。

5.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述直流偏移校准控制单元包括数字控制模块和电流DAC，所述数字控制模块根据检测到的输出端口的直流偏移调整所述电流DAC的输入信号，所述电流DAC用于将数字控制模块发出的数字信号转换为模拟电流信号。

6.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述衰减单元包括至少两个不同的衰减档位，以提供至少两个不同大小的衰减量。

7.如权利要求6所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述衰减单元为衰减器。

8.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述直流偏移检测单元为比较器。

9.如权利要求1所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，所述加法单元为加法器。

10.在线直流偏移校准方法，应用于如权利要求1-9任一所述的在线直流偏移校准系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述衰减单元先后将外部输入信号进行两次不同大小的衰减以分别得到两个状态；

S2、所述直流偏移检测单元检测接收通路的输出端口的直流偏移，通过所述直流偏移校准控制单元配置校准量至所述加法单元，通过所述加法单元将衰减后的外部输入信号和校准量相加；

S3、所述直流偏移校准控制单元调整配置的校准量，使得输出端口的直流偏移在两个状态下分别等于零；

S4、所述计算单元求解两个状态确定的方程组以得到输出端口实际的直流偏移量；

S5、所述直流偏移校准控制单元根据接收通路实际的直流偏移量配置最终校准量。