JP2007028090A - Automatic offset canceling circuit - Google Patents
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Description
本発明は、自動オフセットキャンセル回路に関し、より詳細には、W−CDMA通信システムにおけるアナログベースバンド送信部で発生する差動出力間DCオフセットを自動的、かつ高精度に消去する自動オフセットキャンセル回路に関する。 The present invention relates to an automatic offset cancellation circuit, and more particularly to an automatic offset cancellation circuit that automatically and accurately erases a DC offset between differential outputs generated in an analog baseband transmission unit in a W-CDMA communication system. .
移動体通信システムのアナログベースバンドにおける送信部では、デジタル変調された正相信号であるI信号とその直交信号であるQ信号がD/A変換され、差動出力IとIB、QとQBとしてRF回路へと出力される。この時、理想的には差動出力I−IB間、Q−QB間にDCオフセットを生じていないことが望まれるが、実際には種々の要因によりDCオフセットが生じてしまう。これにより、移動体通信の送信機において、送信スペクトラム中にキャリアリークが発生して、最終的にはEVM(Error Vector Magnitude)の劣化を生じることになる。 In an analog baseband transmission unit of a mobile communication system, a digitally modulated positive signal I signal and a quadrature signal Q signal thereof are D / A converted as differential outputs I and IB and Q and QB. It is output to the RF circuit. At this time, it is ideally desired that no DC offset is generated between the differential outputs I-IB and Q-QB, but in reality, the DC offset is generated due to various factors. As a result, in a mobile communication transmitter, a carrier leak occurs in the transmission spectrum, and eventually the EVM (Error Vector Magnitude) deteriorates.
図1は、マニュアル操作によりオフセット調整をする従来のオフセットキャンセル回路を示すブロック図である。従来、この種のオフセットキャンセルを行う場合、この図1に示すように、メインD/A変換器1にオフセット調整用D/A変換器2を追加し、レジスタ(オフセット調整用)5にマニュアルで補正値を書き込み、この補正値を加算器3によりメインD/A変換器1の出力に加算し、差動出力間DCオフセットをキャンセルするように構成されている。なお、符号4はローパスフィルタ(LPF)を示している。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional offset cancel circuit that performs offset adjustment by manual operation. Conventionally, when this type of offset cancellation is performed, as shown in FIG. 1, a D /
図2は、従来の自動オフセットキャンセル回路を示すブロック図である。差動出力間DCオフセットをキャンセルする操作を自動的に実行する場合には、図2に示すようなコンパレータ8を備えたものが知られている。図2に示した自動オフセットキャンセル回路において自動オフセットキャンセルを実行した場合、セレクタ7によりオフセット調整用D/A変換器2への入力をレジスタ5の出力からデジタル制御回路6の出力に切り替える。そして、送信部の差動出力に存在する差動出力間DCオフセットをコンパレータ8で検出し、その比較結果をデジタル制御回路6が受け取る。このデジタル制御回路6には、アップダウン・カウンタなどが備えられ、コンパレータ8の比較結果に応じて差動出力間DCオフセットを小さくするための補正値が生成される。この補正値がオフセット調整用D/A変換器2へ送られてアナログ出力された後、加算器3によりメインD/A変換器1の出力と加算される。この動作を何回か繰り返すことにより、徐々に出力の差動出力間DCオフセットを消去していき、最終的な補正値をレジスタ5へと書き込んで、セレクタ7によりオフセット調整用D/A変換器2への入力をデジタル制御回路6の出力からレジスタ5の出力に切り替える。
FIG. 2 is a block diagram showing a conventional automatic offset cancel circuit. In the case of automatically executing an operation for canceling the DC offset between the differential outputs, one having a comparator 8 as shown in FIG. 2 is known. When automatic offset cancellation is executed in the automatic offset cancel circuit shown in FIG. 2, the
図2に示す自動オフセットキャンセル回路において、送信部の自動オフセットキャンセルを行う場合、コンパレータ8自体に存在するDCオフセットに注意する必要がある。差動出力間DCオフセットがコンパレータ8のDCオフセットに比べて十分大きい時は、コンパレータ8による判定は正常に行われるが、差動出力間DCオフセットがコンパレータ8のDCオフセットに対して無視できない値においては、このコンパレータ8に誤判定が生じてしまい、DCオフセットを正確に除去できなくなる。 In the automatic offset cancellation circuit shown in FIG. 2, when performing automatic offset cancellation of the transmission unit, it is necessary to pay attention to the DC offset existing in the comparator 8 itself. When the DC offset between the differential outputs is sufficiently larger than the DC offset of the comparator 8, the determination by the comparator 8 is performed normally, but the DC offset between the differential outputs is a value that cannot be ignored with respect to the DC offset of the comparator 8. In this case, an erroneous determination occurs in the comparator 8, and the DC offset cannot be removed accurately.
例えば、差動出力間DCオフセットV1が+20mVで、コンパレータ8に存在するオフセットV2が+5mVあったとする。また、コンパレータ8は理想的に0mVを境界として入力が正ならH、負ならLを出力するものとし、オフセット調整用D/A変換器2の分解能が±1mV/LSBであるとする。この時、コンパレータ8はV1+V2=+25mVの入力を検出してHを出力する。この結果からV1を+20mV以下にするように補正値を作成され、19mVに補正されたV1が再びコンパレータ8に入力される。これが何回か繰り返されてV1が0mVになったとしても、コンパレータ8はV1+V2=+5mVを検出するためHを出力し、V1は−1mVになる。次の比較時においてもV1+V2=+4mVを検出してHを出力する。つまり、V1+V2<0になるまでコンパレータ8はHを出力し、V1<−5mVになってLが出力されることになる。
For example, it is assumed that the DC offset V1 between differential outputs is +20 mV and the offset V2 present in the comparator 8 is +5 mV. The comparator 8 ideally outputs H when the input is positive with 0 mV as a boundary, and outputs L when the input is negative, and the resolution of the offset adjustment D /
正確にオフセットキャンセルするためには、差動出力間DCオフセットが0mVを境界としてコンパレータ8の判定が切り替わらなければならないが、この場合、コンパレータ8自体のDCオフセットのため−5mVを境界として切り替わり、入力が0mVから−5mVまでの判定は全て誤判定となってしまう。この様子を図3(a),(b)に示す。この図3(a),(b)は、理想コンパレータとDCオフセットを持ったコンパレータの比較動作モデルを示す図である。 In order to cancel the offset accurately, the determination of the comparator 8 must be switched with the DC offset between the differential outputs as a boundary at 0 mV. In this case, the input is switched with -5 mV as the boundary because of the DC offset of the comparator 8 itself. Any determination from 0 mV to -5 mV is erroneous. This is shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a comparison operation model of an ideal comparator and a comparator having a DC offset.
このため差動出力間DCオフセットは、完全に消去されずに−5mV程度の誤差を持ったままとなる。差動出力間DCオフセットの許容値としてこの値が問題のない回路仕様である場合、言い換えれば、差動出力間DCオフセットの許容値が、コンパレータのDCオフセットに比べて十分大きい回路仕様に対してはこの構成でも問題はないが、例えば、W−CDMA通信システムにおけるアナログベースバンドの送信部等では差動出力間DCオフセットが送信特性の劣化に大きく影響するため、その許容値が非常に小さくほぼ完全に消去されることが望まれる。 For this reason, the DC offset between the differential outputs is not completely erased but has an error of about −5 mV. If this value is an acceptable circuit specification for the DC offset between the differential outputs, in other words, for the circuit specification where the allowable value for the DC offset between the differential outputs is sufficiently larger than the DC offset of the comparator. Although there is no problem with this configuration, for example, in an analog baseband transmitter in a W-CDMA communication system, the DC offset between differential outputs greatly affects the deterioration of transmission characteristics, so the allowable value is very small and almost It is desirable that it be completely erased.
従来、この種のオフセットキャンセルをコンパレータ自体で発生するDCオフセットの影響に依存せず精度良く実行する方法として、第1のモードとして通常どおりにオフセットキャンセルを実行してその補正値1を求めた後、第2のモードとしてコンパレータへ入力される差動信号を入れ替えてオフセットキャンセルを実行してその補正値2を求め、補正値1と補正値2のそれぞれの平均を補正値3として演算し、その結果を最終値としてオフセットキャンセルを行う技術がある(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as a method of executing this type of offset cancellation with high accuracy without depending on the influence of the DC offset generated in the comparator itself, after the offset cancellation is executed as usual in the first mode and the
しかしながら、上述したように、D/A変換器などで発生するDCオフセットを、コンパレータを用いて補正する回路においては、DCオフセットの許容値が小さくなればなるほどコンパレータ自体で発生するDCオフセットが無視できなくなり、このDCオフセットを正確にキャンセルできなくなる。また、オフセットキャンセルに要する時間に厳密な速度が要求される場合においては、オフセットキャンセルを2回実行し、その平均値を取ることでコンパレータ自体のDCオフセットをキャンセルさせるといった方法だとより長い時間を要してしまう。 However, as described above, in a circuit that corrects a DC offset generated by a D / A converter using a comparator, the DC offset generated by the comparator itself can be ignored as the allowable value of the DC offset decreases. The DC offset cannot be canceled accurately. In addition, when a strict speed is required for the time required for offset cancellation, the offset cancellation is executed twice, and the average value is taken to cancel the DC offset of the comparator itself. I need it.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コンパレータにDCオフセットが存在する場合でも、差動出力間DCオフセットをほぼ完全に消去できるようにした高精度の自動オフセットキャンセル回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a high accuracy capable of almost completely erasing a DC offset between differential outputs even when a DC offset exists in the comparator. An automatic offset cancel circuit is provided.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、D/A変換器で発生するDCオフセットを消去する自動オフセットキャンセル回路において、前記D/A変換器で発生するDCオフセットを検出するコンパレータと、該コンパレータで発生するDCオフセットによる誤判定を防ぐために、該DCオフセットによる影響が無視できるまで前記D/A変換器で発生するDCオフセットを増幅させる回路を1段接続又は多段接続した増幅段とからなり、該増幅段が前記コンパレータの前段に設けられているオフセット比較回路と、前記D/A変換器に接続され、該D/A変換器で発生するDCオフセットを調整するオフセット調整用D/A変換器と、前記オフセット比較回路での比較結果に応じて、前記オフセット調整用D/A変換器のオフセット補正値を生成するデジタル制御回路とを備えたことを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記増幅段が、低利得のコンパレータと、該コンパレータで発生するDCオフセットを消去するための手段として、コンデンサが前記コンパレータの出力側に設けられ、該コンパレータの入力側に基準電圧とD/A変換器の出力信号を切り替えるためのスイッチと、前記コンデンサの出力側に基準電圧から切り離すためのスイッチを有し、その回路が差動出力構成又はシングル出力構成で、かつ1段接続又は多段接続されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the amplification stage includes a low gain comparator and a means for eliminating a DC offset generated by the comparator. A switch for switching the reference voltage and the output signal of the D / A converter on the input side of the comparator, and a switch for disconnecting from the reference voltage on the output side of the capacitor, Has a differential output configuration or a single output configuration, and is connected in a single stage or in multiple stages.
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記増幅段が、高利得のコンパレータと、該コンパレータで発生するDCオフセットを消去するための手段として、コンデンサが前記コンパレータの入力側に備えられ、該コンパレータを負帰還で動作させるためのスイッチと、前記コンパレータの入力を基準電圧とD/A変換器の出力を切り替えるためのスイッチを有し、その回路が差動出力構成で、かつ1段接続又は多段接続されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the amplification stage includes a high gain comparator and a means for eliminating a DC offset generated by the comparator. A switch for operating the comparator with negative feedback, and a switch for switching the input of the comparator between a reference voltage and the output of the D / A converter, and the circuit has a differential output. It is a structure and is characterized by being connected in one stage or in multiple stages.
また、請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の発明において、前記増幅段のいずれかを組み合わせることにより多段接続されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the invention according to the second or third aspect, wherein a plurality of stages are connected by combining any of the amplification stages.
また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記デジタル制御回路で生成するオフセット補正値の増減量を比較毎に小さくし、徐々に精度を上げることで全体的な比較回数を減らしてオフセットキャンセル時間を短縮していることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the increase / decrease amount of the offset correction value generated by the digital control circuit is reduced for each comparison, and the accuracy is gradually increased. The offset cancellation time is shortened by reducing the number of comparisons.
また、請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記増幅段の出力に接続される回路がコンパレータではなくラッチ回路で構成されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the circuit connected to the output of the amplification stage is not a comparator but a latch circuit.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の自動オフセットキャンセル回路を用いたことを特徴とするD/A変換器である。 A seventh aspect of the present invention is a D / A converter using the automatic offset cancel circuit according to any one of the first to sixth aspects.
つまり、本発明による自動オフセットキャンセル回路は、コンパレータを用いて差動出力間DCオフセットを検出し、そのコンパレータ自体のDCオフセットを入力電圧に対して相対的に小さくするための増幅段をコンパレータの前段に備えていることを特徴とする。 That is, the automatic offset cancel circuit according to the present invention detects a DC offset between differential outputs using a comparator, and an amplification stage for reducing the DC offset of the comparator itself relative to the input voltage is provided at the front stage of the comparator. It is prepared for.
また、増幅段においては、オフセット・オートゼロ・コンパレータを備えていることを特徴とする。 Further, the amplification stage is provided with an offset auto-zero comparator.
さらに、オフセット・オートゼロ・コンパレータを多段接続することで、より高精度、かつ高速度の自動オフセットキャンセル回路を実現でき、また、差動出力構成やシングル出力構成を問わず実現可能であることを特徴とする。 In addition, by connecting multiple stages of offset auto-zero comparators, it is possible to realize an automatic offset cancellation circuit with higher accuracy and higher speed, and can be realized regardless of differential output configuration or single output configuration. And
本発明によれば、一般的なコンパレータに加えて、オフセット・オートゼロ・コンパレータを使用し、コンパレータ自体で発生するDCオフセットが相対的に小さくなるまで差動出力間DCオフセットを増幅させることで、そのDCオフセットを自動的、かつ高精度にキャンセルすることが可能となるという効果がある。また、より大きなDCオフセットを持ったコンパレータを用いて高精度、かつ高速度のオフセットキャンセルを実行するためには、オフセット・オートゼロ・コンパレータを多段接続するだけで容易に達成することができる。 According to the present invention, in addition to a general comparator, an offset autozero comparator is used to amplify the DC offset between differential outputs until the DC offset generated in the comparator itself becomes relatively small. There is an effect that the DC offset can be canceled automatically and with high accuracy. Further, in order to execute high-precision and high-speed offset cancellation using a comparator having a larger DC offset, it can be easily achieved by simply connecting offset / auto-zero comparators in multiple stages.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図4は、本発明の自動オフセットキャンセル回路を適用した差動出力におけるアナログベースバンド送信部の構成例を示す回路図である。この自動オフセットキャンセル回路は、シングル・ステージ(1段接続)の差動出力構成の出力オフセット・オートゼロ・コンパレータ(以下、OOSという)を示している。図4に示された自動オフセットキャンセル回路は、図2に示したコンパレータの前段に図7で示したOOSを追加した回路図である。
[First Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration example of the analog baseband transmission unit in the differential output to which the automatic offset cancellation circuit of the present invention is applied. This automatic offset cancel circuit shows an output offset auto-zero comparator (hereinafter referred to as OOS) having a single-stage (one-stage connection) differential output configuration. The automatic offset cancel circuit shown in FIG. 4 is a circuit diagram in which the OOS shown in FIG. 7 is added to the preceding stage of the comparator shown in FIG.
この自動オフセットキャンセル回路は、D/A変換器11で発生するDCオフセットを消去するためのものである。オフセット比較回路10は、第1のコンパレータ18と、この第1のコンパレータ18の前段に設けられた増幅段10aとから構成されている。この第1のコンパレータ18は、D/A変換器11で発生するDCオフセットを検出するもので、増幅段10aは、コンパレータ18で発生するDCオフセットによる誤判定を防ぐために、このDCオフセットによる影響が無視できるまで、D/A変換器11で発生するDCオフセットを増幅させる回路を1段接続したものである。この増幅段10aは、第2のコンパレータ19と、コンデンサC1及びC2と、スイッチ類S1乃至S6で構成されている。
This automatic offset cancel circuit is for erasing the DC offset generated in the D /
また、オフセット調整用D/A変換器12は、メインD/A変換器11に接続され、このメインD/A変換器11で発生するオフセットを調整するもので、デジタル制御回路16は、オフセット比較回路10での比較結果に応じて、オフセット調整用D/A変換器12のオフセット補正値を生成するものである。
The D /
このような構成により、一般的なコンパレータに加えて、オフセット・オートゼロ・コンパレータを使用し、コンパレータ自体で発生するDCオフセットが相対的に小さくなるまで差動出力間DCオフセットを増幅させることで、そのDCオフセットを自動的、かつ高精度にキャンセルすることが可能となる。 With such a configuration, an offset autozero comparator is used in addition to a general comparator, and the DC offset between the differential outputs is amplified until the DC offset generated in the comparator itself becomes relatively small. The DC offset can be canceled automatically and with high accuracy.
さらに詳細に説明すると、自動オフセットキャンセル実行時は、LPF14の差動出力電圧がOOSへと入力され、このOOSが持つ利得の分だけ差動電圧を増幅する。その値を第1のコンパレータ18が判定してデジタル制御回路16へと送る。OOSでは第2のコンパレータ19で発生するDCオフセットを出力に備えられた2つのコンデンサC1,C2で消去するための一連のスイッチング処理がデジタル制御回路16で生成される制御信号により実行される。
More specifically, when automatic offset cancellation is executed, the differential output voltage of the
次に、OOSのスイッチング制御方法について説明すると、初期状態ではスイッチS1とS2をオフして入力を切り離し、スイッチS3,S4,S5,S6をオンして基準電圧へと繋げておく。この状態で第2のコンパレータ19のリセットを解除し、コンデンサC1,C2に第2のコンパレータ19のDCオフセットに相当する電荷を蓄積する。その後、スイッチS3,S4,S5,S6をOFFして基準電圧から切り離すと共にスイッチS1,S2をONにしてLPF14からの差動出力間DCオフセットを増幅する。この時、コンデンサC1,C2に蓄積された電荷は保存されるので、第2のコンパレータ19のDCオフセットはキャンセルされる。第1のコンパレータ18が検出する電圧をV1とすると、その値は以下の式で表すことができる。
V1=A×Vdif+ΔQ/C+Vosc
Next, the switching control method of the OOS will be described. In the initial state, the switches S1 and S2 are turned off to disconnect the input, and the switches S3, S4, S5, and S6 are turned on to connect to the reference voltage. In this state, the reset of the
V1 = A × Vdif + ΔQ / C + Vosc
ここで、Vdifは差動出力間DCオフセット、ΔQはスイッチS5とS6の電荷注入による誤差、CはコンデンサC1とC2による容量、Voscは第1のコンパレータ18のDCオフセットである。電荷注入ΔQによる影響は、各スイッチにPMOSトランジスタとNMOSトランジスタを組み合わせた構成のスイッチを用いると共に、それぞれのMOSトランジスタサイズを小さくすることで、かなり小さくすることができる。つまり、本発明においては、第1のコンパレータ18に入力される差動出力間DCオフセットを第1のコンパレータ18自体で発生するDCオフセットに対して十分大きな値に増幅することで、第1のコンパレータ18による判定が正常に行われる領域で比較処理を行わせるように構成されている。この時、OOSの入力から見た第1のコンパレータ18の残留オフセットをVosとして表すと以下のようになる。
Vos=ΔQ/(A×C)+Vosc/A
Here, Vdif is a DC offset between the differential outputs, ΔQ is an error due to charge injection of the switches S5 and S6, C is a capacitance due to the capacitors C1 and C2, and Vosc is a DC offset of the
Vos = ΔQ / (A × C) + Vosc / A
ここで、ΔQはスイッチS5とS6の電荷注入による誤差、AはOOSの利得、CはコンデンサC1とC2による容量、Voscは第1のコンパレータ18のDCオフセットである。スイッチS5とS6の電荷注入による誤差を無視して考えると、第1のコンパレータ18のDCオフセットVoscが1/A倍されていることがわかる。すなわち、差動出力間DCオフセットを増幅することで第1のコンパレータ18のDCオフセットによる影響を1/A倍まで小さくすることができ、結果としてVosc/Aくらいまでの自動オフセットキャンセル精度が可能となる。この様子を図8(a),(b)に示す。図8(a),(b)は、本発明を適用した比較動作モデルとDCオフセットを持ったコンパレータの比較動作モデル示す図である。
Here, ΔQ is an error due to charge injection of the
デジタル制御回路16では、OOSのオフセット・オートゼロ動作に必要なスイッチング制御の他にアップダウン・カウンタによる補正値の生成が行われる。アップダウン・カウンタは、第1のコンパレータ18の比較結果からカウンタ値を増減させる。自動オフセットキャンセルは、第1のコンパレータ18の比較結果が反転した時点で終了とすることが多いが、オフセットキャンセル時間をサンプル依存の無いよう厳密に指定したい場合は比較回数を決定する必要がある。アップダウン・カウンタの増減値が±1の場合でのオフセットキャンセルに必要な比較回数は消去したいDCオフセット電圧をD/A変換器2の分解能で割ることで決定できる。自動オフセットキャンセルの実行時間を短くするためには、アップダウン・カウンタの増減値を切り替えることで比較回数を削減することで可能である。例えば、DCオフセット電圧が20mV存在し、D/A変換器2の分解能が±1mV/LSBであった場合、カウンタを±1ずつ増減すると最低20回の比較が必要となるが、最初の5回の比較を±2ずつ増減し、残りの10回を±1ずつ増減することで合計15回の比較でDCオフセット20mVの自動オフセットキャンセルが補償されることになる。また、アップダウン方式を使った制御方法の他にも逐次比較方式も使用できる。この場合はオフセット調整用D/A変換器12のbit数が処理回数となり、NbitのD/A変換器であった場合の自動オフセットキャンセルに必要な比較回数はN回となり、アップダウン方式に比べかなり効率の良い動作が可能となる。さらに、より高速な処理が望まれる場合は、上述したコンパレータ構成を並列に配置したFlash方式も使用でき、この場合は1回の比較で処理を終了できる。
The
図5は、本発明の自動オフセットキャンセル回路(シングル・ステージのシングル出力OOS型)を適用したシングル出力におけるアナログベースバンド送信部の構成例を示す回路図で、図4における差動出力構成に替えてシングル出力構成とした場合を示す図である。したがって、オフセット比較回路10の増幅段10aは、第2のコンパレータ19と、コンデンサC1と、スイッチ類S1乃至S3で構成されている。また、メインD/A変換器11とオフセット調整用D/A変換器12とLPF14との関係もシングル出力構成となっている。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of an analog baseband transmission unit in a single output to which the automatic offset cancel circuit (single stage single output OOS type) of the present invention is applied, and is replaced with the differential output configuration in FIG. FIG. Therefore, the
図6及び図7は、シングル・ステージ(1段接続)の差動出力構成のオフセット・オートゼロ・コンパレータの回路図で、図6は、差動出力構成の入力オフセット・オートゼロ・コンパレータ(以下、IOSという)を示し、図7は、差動出力構成の出力オフセット・オートゼロ・コンパレータ(OOS)を示している。 6 and 7 are circuit diagrams of an offset auto-zero comparator having a single-stage (one-stage connection) differential output configuration, and FIG. 6 is an input offset auto-zero comparator (hereinafter referred to as IOS) having a differential output configuration. FIG. 7 shows an output offset autozero comparator (OOS) having a differential output configuration.
図6において、その増幅段10aは、高利得のコンパレータ19aと、このコンパレータ19aで発生するDCオフセットを消去するための手段として、コンデンサC1,C2がコンパレータ19aの入力側に備えられ、このコンパレータ19aを負帰還で動作させるためのスイッチS5,S6と、コンパレータ19aの入力を基準電圧とメインD/A変換器11の出力を切り替えるためのスイッチS1,S2,S3,S4を有している。
In FIG. 6, the
また、図7において、図6と同様に、その増幅段10aは、低利得のコンパレータ19bと、このコンパレータ19bで発生するDCオフセットを消去するための手段として、コンデンサC1,C2がコンパレータ19bの出力側に設けられ、このコンパレータ19bの入力側に基準電圧とメインD/A変換器11の出力信号を切り替えるためのスイッチS1,S2,S3,S4と、コンデンサC1,C2の出力側に基準電圧から切り離すためのスイッチS5,S6を有している。
In FIG. 7, similarly to FIG. 6, the
[第2の実施形態]
図9は、本発明の自動オフセットキャンセル回路(マルチ・ステージの差動出力OOS型)を適用した差動出力におけるアナログベースバンド送信部の構成例を示す回路図で、図7におけるOOSをシングル・ステージから2段のマルチ・ステージに変更した図である。図7に示したコンパレータ19bの後段に第3のコンパレータ20を設けた構成になっている。したがって、この場合のオフセット比較回路21の増幅段21aは、第2のコンパレータ19bと、第3のコンパレータ20と、コンデンサC1乃至C4と、スイッチ類S1乃至S8で構成されている。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration example of the analog baseband transmission unit in the differential output to which the automatic offset cancel circuit (multi-stage differential output OOS type) of the present invention is applied. The OOS in FIG. It is the figure changed into the multistage of 2 steps | paragraphs from the stage. The
OOSではコンパレータをオープン・ループで使用するため、あまり高い利得を持たすことができない。そのため残留オフセットVosc/Aもある程度までは小さくできるが回路仕様によっては十分でないことも考えられる。このような場合においても、本発明ではオフセット・オートゼロ・コンパレータを多段接続させたマルチ・ステージにすることで、より高精度、かつ高速度のオフセットキャンセルを容易に実現できる。図8(a),(b)に示した2段構成におけるスイッチング制御方法は、OOSとほぼ同様であり、追加された第3のコンパレータ20のオフセット保持動作は、第2のコンパレータ19bの保持と同時に実行することができる。この時、OOSの入力から見た残留オフセットVosは以下の式で表される。
Vos=ΔQ1/(Ca×A1)+ΔQ2/(Cb×A1×A2)+Vosc/(A1×A2)
In OOS, the comparator is used in an open loop, so that it cannot have a very high gain. Therefore, the residual offset Vosc / A can be reduced to a certain extent, but it may be insufficient depending on the circuit specifications. Even in such a case, in the present invention, offset cancellation with higher accuracy and higher speed can be easily realized by using a multi-stage in which offset auto-zero comparators are connected in multiple stages. The switching control method in the two-stage configuration shown in FIGS. 8A and 8B is almost the same as that of the OOS, and the added
Vos = ΔQ1 / (Ca × A1) + ΔQ2 / (Cb × A1 × A2) + Vosc / (A1 × A2)
ここで、ΔQ1はスイッチS5とS6の電荷注入による誤差、ΔQ2はスイッチS7とS8の電荷注入による誤差、A1は1段目のOOSによる利得、CaはコンデンサC1とC2による容量、CbはコンデンサC3とC4による容量、A2は2段目のOOSによる利得、Voscは第1のコンパレータ18のDCオフセットである。第1のコンパレータ18のDCオフセットVoscは、第2のコンパレータ19b、第3のコンパレータ20の利得の積A1×A2で割った値Vosc/(A1×A2)になり、この分の残留オフセットはかなり削減できる。ただし、コンデンサC1,C2の後段に設けられスイッチS5,S6、及びコンデンサC3,C4の後段に設けられスイッチS7,S8による電荷注入の影響は依然として存在し、その分の残留オフセットとしてはΔQ1/(Ca×A1)+ΔQ2/(Cb×A1×A2)で表される。この対策として、第2のコンパレータ19bのオフセット保持動作を、第3のコンパレータ20より先に行うことで、第1のコンパレータ18の前段のスイッチS7,S8による電荷注入の影響のみが残り、スイッチS5,S6の電荷注入による残留オフセットは消去できる。これはスイッチS5,S6による電荷注入による残留オフセットが、第3のコンパレータ20のDCオフセットとみなされて出力のコンデンサに保持されるためである。
Here, ΔQ1 is an error due to charge injection of the switches S5 and S6, ΔQ2 is an error due to charge injection of the switches S7 and S8, A1 is a gain due to the first stage OOS, Ca is a capacitance due to the capacitors C1 and C2, and Cb is a capacitor C3. And C4, A2 is the gain due to the second stage OOS, and Vosc is the DC offset of the
次に、スイッチング制御方法について説明すると、初期状態ではスイッチS1とS2をオフして入力を切り離し、スイッチS3,S4,S5,S6,S7,S8をオンして基準電圧へと繋げておく。この状態で、第2のコンパレータ19bのリセットを解除し、コンデンサC1,C2に第2のコンパレータ19bのDCオフセットに相当する電荷を蓄積する。その後、スイッチS5,S6をOFFして基準電圧から切り離すと共に、第3のコンパレータ20のリセットを解除し、コンデンサC1,C2にスイッチS5,S6による電荷注入の誤差による電荷と、第2のコンパレータ19bのDCオフセットに相当する電荷を蓄積する。以降、スイッチS3,S4,S7,S8をOFFして基準電圧から切り離すと共にスイッチS1,S2をONにして、LPF14からの差動出力間DCオフセットを増幅する。この時、コンデンサC1,C2,C3,C4に蓄積された電荷は保存されるので、第2のコンパレータ19b及び第3のコンパレータ20のDCオフセットはキャンセルされる。この結果、残留オフセットは以下のように表され、さらに精度が必要な場合に有用である。
Vos=ΔQ2/(Cb×A1×A2)+Vosc/(A1×A2)
Next, the switching control method will be described. In the initial state, the switches S1 and S2 are turned off to disconnect the input, and the switches S3, S4, S5, S6, S7, and S8 are turned on to connect to the reference voltage. In this state, the reset of the
Vos = ΔQ2 / (Cb × A1 × A2) + Vosc / (A1 × A2)
デジタル制御回路16に関しては、第1の実施形態の場合と同様である。
The
図10は、マルチ・ステージのオフセット・オートゼロ・コンパレータの回路図で、図6に示した差動出力構成の入力オフセット・オートゼロ・コンパレータ(IOS)と、図7に示した差動出力構成の出力オフセット・オートゼロ・コンパレータ(OOS)とを多段接続したものである。この場合、2つのコンパレータ19a,19bのDCオフセットをコンデンサC1,C2へと保存するため、上述した構成に対してコンデンサの数を減らすことができ、面積を小さくできるという利点がある。
10 is a circuit diagram of a multi-stage offset auto-zero comparator. The input offset auto-zero comparator (IOS) having the differential output configuration shown in FIG. 6 and the output having the differential output configuration shown in FIG. An offset auto-zero comparator (OOS) is connected in multiple stages. In this case, since the DC offset of the two
図11は、本発明の自動オフセットキャンセル回路(マルチ・ステージの差動出力OOS型)におけるオフセット比較回路の出力部をコンパレータからラッチ回路に変更した場合の回路図である。このラッチ回路22は、イネーブル信号のタイミングでオフセット・オートゼロ・コンパレータの出力信号を判定保持するものである。例えば、スイッチS1,S2を閉じて比較判定開始後、ある一定の間隔をおいてイネーブル信号を発生し、このイネーブルがHの場合は、このイネーブルの立上り時、差動入力>0ならHとして、差動入力<0ならLとして保持する。また、イネーブルがLの場合は、クリアする。このようにすることで、コンパレータに比べて比較的小さい入力電圧時の出力応答が速くなるという効果がある。
FIG. 11 is a circuit diagram when the output section of the offset comparison circuit in the automatic offset cancellation circuit (multi-stage differential output OOS type) of the present invention is changed from a comparator to a latch circuit. The
本発明は、W−CDMA通信システムにおけるアナログベースバンド送信部で発生する差動出力間DCオフセットを自動的、かつ高精度に消去する自動オフセットキャンセル回路として適用できる。一般的なコンパレータに加えて、オフセット・オートゼロ・コンパレータを使用し、コンパレータ自体で発生するDCオフセットが相対的に小さくなるまで差動出力間DCオフセットを増幅させることで、そのDCオフセットを自動的、かつ高精度にキャンセルすることが可能となる。 The present invention can be applied as an automatic offset cancel circuit that automatically and accurately erases a DC offset between differential outputs generated in an analog baseband transmitter in a W-CDMA communication system. In addition to a general comparator, an offset auto-zero comparator is used to amplify the DC offset between differential outputs until the DC offset generated by the comparator itself becomes relatively small. And it becomes possible to cancel with high precision.
1 メインD/A変換器
2 オフセット調整用D/A変換器
3 加算器
4 ローパスフィルタ(LPF)
5 レジスタ(オフセット調整用)
6 デジタル制御回路
7 セレクタ
8 コンパレータ
10 オフセット比較回路
10a 増幅段
11 メインD/A変換器
12 オフセット調整用D/A変換器
13 加算器
14 ローパスフィルタ(LPF)
15 レジスタ(オフセット調整用)
16 デジタル制御回路
17 セレクタ
18 第1のコンパレータ
19 第2のコンパレータ
19a 高利得のコンパレータ
19b 低利得のコンパレータ
20 第3のコンパレータ
21 オフセット比較回路
21a 増幅段
22 ラッチ回路
1 Main D / A Converter 2 D / A Converter for Offset
5 registers (for offset adjustment)
6
15 registers (for offset adjustment)
16
Claims (7)
前記D/A変換器で発生するDCオフセットを検出するコンパレータと、該コンパレータで発生するDCオフセットによる誤判定を防ぐために、該DCオフセットによる影響が無視できるまで前記D/A変換器で発生するDCオフセットを増幅させる回路を1段接続又は多段接続した増幅段とからなり、該増幅段が前記コンパレータの前段に設けられているオフセット比較回路と、
前記D/A変換器に接続され、該D/A変換器で発生するDCオフセットを調整するオフセット調整用D/A変換器と、
前記オフセット比較回路での比較結果に応じて、前記オフセット調整用D/A変換器のオフセット補正値を生成するデジタル制御回路と
を備えたことを特徴とする自動オフセットキャンセル回路。 In an automatic offset cancel circuit for erasing the DC offset generated in the D / A converter,
A comparator for detecting a DC offset generated in the D / A converter, and a DC generated in the D / A converter until the influence of the DC offset can be ignored in order to prevent erroneous determination due to the DC offset generated in the comparator. An offset comparison circuit comprising an amplification stage in which a circuit for amplifying an offset is connected in one stage or connected in multiple stages, and the amplification stage is provided in a stage preceding the comparator;
An offset adjusting D / A converter connected to the D / A converter for adjusting a DC offset generated by the D / A converter;
An automatic offset cancel circuit comprising: a digital control circuit that generates an offset correction value of the offset adjustment D / A converter according to a comparison result in the offset comparison circuit.
A D / A converter using the automatic offset cancel circuit according to any one of claims 1 to 6.
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