TWI650959B - 直流偏移校準電路及無線訊號收發器 - Google Patents

直流偏移校準電路及無線訊號收發器 Download PDF

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Abstract

一種直流偏移校準電路，包含有：一類比直流偏移消除單元，其透過積分器用來接收第一放大器的輸出訊號，並輸出回授訊號至第一放大器，使第一放大器輸出具有固定直流偏移量的放大訊號；以及一數位直流偏移消除單元，透過第二放大器用來接收具有固定直流偏移量的放大訊號，並輸出至比較器，用來判斷第二放大器輸出訊號的直流偏移量大小後輸出至數位電路，數位電路用來根據直流偏移量，產生邏輯結果並輸出至數位至類比轉換器，以及數位至類比轉換器根據邏輯結果，輸出相對應的第二回授訊號至第二放大器，用以校正第二放大器的直流偏移量。

Description

直流偏移校準電路及無線訊號收發器
本發明關於一校準電路，尤指透過共用類比及數位直流偏移校準方式的一直流偏移校準電路。
一般的無線通訊系統大多是直接轉換(direct conversion)收發器架構，因此常有直流偏移(DC offset)的間題發生。直流偏移主要是在變頻過程中由於震盪訊號的混頻所產生，且直流偏移會使得後級電路(如濾波器/放大器)的訊號失真或放大器飽和，而降低了無線通訊系統的整體效能。
傳統方法大多是採用純數位的方式來消除濾波器或放大器的直流偏移。舉例來說，數位消除直流偏移的方式，是逐級利用比較器(comparator)來判斷直流偏移量的大小，並且利用數位電路判斷完結果後，再回去調整放大器的直流偏移量。數位消除直流偏移的優點是處理快速，但缺點就是當溫度變化或是輸入訊號有變化時，輸出的直流偏移量的大小也會改變，因此需要隨著接收訊號的改變，一直調整放大器的直流偏移量。因此，傳統數位直流偏移校準電路仍有其缺失存在。
本發明揭露一種直流偏移校準電路，用來透過多層級方式校正直流偏移(DC offset)，包含有：一類比直流偏移消除單元，包含一類比積分器及一 第一放大器，其中該第一放大器用來接受具有一直流偏移量的一類比訊號，以及該類比積分器用來接收該第一放大器的一輸出訊號，並輸出一第一回授訊號至該第一放大器，使該第一放大器輸出具有固定直流偏移量的一放大訊號；以及一數位直流偏移消除單元，連接該類比直流偏移消除單元，用來接收從該類比直流偏移消除單元輸出具有固定直流偏移量的該放大訊號，該數位直流偏移消除單元包含一比較器、一數位電路、一數位至類比轉換器及一第二放大器，其中該第二放大器用來接收具有固定直流偏移量的該放大訊號，該比較器接收該第二放大器的一輸出訊號，用來判斷該輸出訊號的一直流偏移量大小並輸出至該數位電路，該數位電路用來根據該直流偏移量，產生一邏輯結果並輸出至該數位至類比轉換器，以及該數位至類比轉換器用來根據該邏輯結果，輸出相對應的一第二回授訊號至該第二放大器，用以校正該第二放大器的直流偏移量。
本發明另揭露一無線訊號收發器，包含有：一訊號處理單元，包含一混頻器，用來將接收到的一高頻訊號與局部震盪頻率經過混頻後，轉換為一中頻訊號；以及一直流偏移校準電路，用來透過多層級方式校正該中頻訊號的直流偏移(DC offset)，其包含有：一類比直流偏移消除單元，包含一類比積分器及一第一放大器，其中該第一放大器用來接受具有一直流偏移量的一類比訊號，以及該類比積分器用來接收該第一放大器的一輸出訊號，並輸出一第一回授訊號至該第一放大器，使該第一放大器輸出具有固定直流偏移量的一放大訊號；以及一數位直流偏移消除單元，連接該類比直流偏移消除單元，用來接收從該類比直流偏移消除單元輸出具有固定直流偏移量的該放大訊號，該數位直流偏移消除單元包含一比較器、一數位電路、一數位至類比轉換器及一第二放大器，其中該第二放大器用來接收具有固定直流偏移量的該放大訊號，該比較器接收該第二放大器的一輸出訊號，用來判斷該輸出訊號的一直流偏移量大小 並輸出至該數位電路，該數位電路用來根據該直流偏移量，產生一邏輯結果並輸出至該數位至類比轉換器，以及該數位至類比轉換器用來根據該邏輯結果，輸出相對應的一第二回授訊號至該第二放大器，用以校正該第二放大器的直流偏移量。
RF‧‧‧高頻訊號
LO‧‧‧局部振盪器頻率
IN‧‧‧放大訊號
Output‧‧‧輸出訊號
IF‧‧‧中頻訊號
CLK‧‧‧時脈訊號
FB‧‧‧回授訊號
10‧‧‧訊號處理單元
20‧‧‧直流偏移校準電路
20A‧‧‧類比直流偏移消除單元
20B‧‧‧數位直流偏移消除單元
30‧‧‧訊號輸出單元
100‧‧‧收發器
102‧‧‧混頻器
200‧‧‧濾波器或放大器
202‧‧‧轉導放大器(TIA)
204‧‧‧積分器
206‧‧‧比較器(Comp)
208‧‧‧數位電路
210‧‧‧靜態電流產生器(IDAC)
第1圖為本發明實施例一收發器的模組圖
第2圖為本發明實施例一直流偏移校準電路的示意圖
請參見第1圖，第1圖為本發明實施例一無線通訊裝置中的一收發器的模組圖。本發明提出的直流偏移校準電路可應用於收發器，用來校正收發器內部電路的直流偏移，以使收發器輸出真實訊號。如第1圖所示，收發器100包含有訊號處理單元10、直流偏移校準電路20(包含有類比直流偏移消除單元20A及數位直流偏移消除單元20B)及訊號輸出單元30。值得注意的是，本發明的直流偏移校準電路20是透過多層級的直流偏移校正方式，來消除收發器100內部電路的直流偏移。簡單來說，直流偏移校準電路20中的類比直流偏移消除單元20A，用來提供具有固定直流偏移量的一類比訊號至數位直流偏移消除單元20B。由於數位直流偏移消除單元20B接收到的訊號為固定直流偏移量的訊號，因此，數位直流偏移消除單元20B僅需要校正一次直流偏移量，即可輸出真實訊號至後級電路(未示於圖中)，而不會因為接收到的訊號有不同的直流偏移量(如溫度影響訊號變化)，而需要不斷的進行校正。
詳細來說，請參見第2圖，第2圖為本發明實施例一直流偏移校準電路20的示意圖。高頻訊號RF與局部震盪器頻率LO經過混頻器102混頻後，將訊號轉為中頻訊號IF(此程序可由第1圖所示的訊號處理單元10執行)，同時會帶有直流偏移量(Dc offsct)。此直流偏移量會隨著放大器放大訊號的同時，也放大直流偏移量，而使放大器的輸出飽和或是影響濾波器的處理失真。因此，本發明透過類比直流偏移消除單元20A，首先對中頻訊號IF進行第一級的直流偏移校正。類比直流偏移消除單元20A包含一轉導放大器202及一類比積分器204。為了消除轉導放大器202輸出訊號的直流偏移量，類比積分器204設置於轉導放大器202的輸出端與輸入端之間，類比積分器204的輸入端連接轉導放大器202的輸出端，用來接收轉導放大器202的輸出訊號，並將輸出訊號的直流偏移量擷取出來，然後拉回到轉導放大器202的輸入端與中頻訊號IF作相消，以取得具有固定直流偏移量的放大訊號IN。簡單來說，當具有直流偏移的中頻訊號IF輸入轉導放大器202後，透過類比積分器204依據轉導放大器202的輸出訊號，輸出回授訊號FB至轉導放大器202的輸入端，以消除轉導放大器202輸出的直流偏移。
如第2圖所示，放大訊號IN接著輸入數位直流偏移消除單元20B。本發明透過數位直流偏移消除單元20B，進行第二級的直流偏移校正。數位直流偏移消除單元20B包含比較器206(comparator)、數位電路208、靜態電流產生器210及濾波器/放大器200。比較器206用來比較濾波器/放大器200的輸出訊號與一參考準位的大小，用以輸出比較結果。數位電路208依據比較器206的比較結果，進行二元搜尋運算(binary search)，並依序由最高位(MSB)至最低位(LSB)逐步設定各個位值，如設定為0或1。接著，靜態電流產生器210會相對應地根據數位電路208所設定的位值，來調整輸出的電流大小，以消除濾波器/放大器200輸出的直流偏移208。值得注意的是，數位電路可利用線性搜尋或是二元搜尋算 法來實現，此為本領域者所熟知，在此不再贅述。
由上述可知，本發明主要的概念在於透過類比積分器204，用來累積關於轉導放大器202的直流偏移資訊，將轉導放大器202的輸出端拉回輸入端去跟混頻器102做比較，以去除轉導放大器202之前累積的直流偏移量(即第一級的直流偏移校正)。如此一來，在濾波器/放大器200的接收端看到的直流偏移量是一個固定值，並不會隨著前級訊號變化而變化(如溫度或造成的變化)，等效就是鎖住了前級的直流偏移量。接著濾波器/放大器200的直流偏移量就是依靠比較器206、數位電路208與靜態電流產生器210去作消除(即第二級的直流偏移校正)。
綜上所述，本發明提出共用類比及數位的方式來校正直流偏移量。本發明的直流偏移校準電路可以兼顧在進行直流偏移校正時，保有數位方式校正速度快的特性，及類比方式校正穩定性高的特性，因此，本發明的直流偏移校準電路不會在收發訊號時進行，因為高頻訊號端增益一直改變，導致放大器的輸出端的直流偏移量一直變，進而整個系統需要隨時作校正。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (7)

  1. 一種直流偏移校準電路，用來透過多層級方式校正直流偏移（DC offset），包含有： 一類比直流偏移消除單元，包含一類比積分器及一第一放大器，其中該第一放大器用來接受具有一直流偏移量的一類比訊號，以及該類比積分器用來接收該第一放大器的一輸出訊號，並輸出一第一回授訊號至該第一放大器，使該第一放大器輸出具有固定直流偏移量的一放大訊號；以及 一數位直流偏移消除單元，連接該類比直流偏移消除單元，用來接收從該類比直流偏移消除單元輸出具有固定直流偏移量的該放大訊號，該數位直流偏移消除單元包含一比較器、一數位電路、一數位至類比轉換器及一第二放大器，其中該第二放大器用來接收具有固定直流偏移量的該放大訊號，該比較器接收該第二放大器的一輸出訊號，用來判斷該輸出訊號的一直流偏移量大小並輸出至該數位電路，該數位電路用來根據該直流偏移量，產生一邏輯結果並輸出至該數位至類比轉換器，以及該數位至類比轉換器用來根據該邏輯結果，輸出相對應的一第二回授訊號至該第二放大器，用以校正該第二放大器的直流偏移量。
  2. 如請求項1所述的直流偏移校準電路，其中該第一放大器為轉導放大器。
  3. 如請求項1所述的直流偏移校準電路，其中該數位至類比轉換器為一靜態電流產生器。
  4. 如請求項1所述的直流偏移校準電路，其中該類比訊號為一高頻訊號經過混頻後的一中頻訊號。
  5. 一無線訊號收發器，包含有： 一訊號處理單元，包含一混頻器，用來將接收到的一高頻訊號與局部震盪頻率經過混頻後，轉換為一中頻訊號；以及 一直流偏移校準電路，用來透過多層級方式校正該中頻訊號的直流偏移（DC offset），其包含有： 一類比直流偏移消除單元，包含一類比積分器及一第一放大器，其中該第一放大器用來接受具有一直流偏移量的一類比訊號，以及該類比積分器用來接收該第一放大器的一輸出訊號，並輸出一第一回授訊號至該第一放大器，使該第一放大器輸出具有固定直流偏移量的一放大訊號；以及 一數位直流偏移消除單元，連接該類比直流偏移消除單元，用來接收從該類比直流偏移消除單元輸出具有固定直流偏移量的該放大訊號，該數位直流偏移消除單元包含一比較器、一數位電路、一數位至類比轉換器及一第二放大器，其中該第二放大器用來接收具有固定直流偏移量的該放大訊號，該比較器接收該第二放大器的一輸出訊號，用來判斷該輸出訊號的一直流偏移量大小並輸出至該數位電路，該數位電路用來根據該直流偏移量，產生一邏輯結果並輸出至該數位至類比轉換器，以及該數位至類比轉換器用來根據該邏輯結果，輸出相對應的一第二回授訊號至該第二放大器，用以校正該第二放大器的直流偏移量。
  6. 如請求項5所述的無線訊號收發器，其中該第一放大器為轉導放大器。
  7. 如請求項5所述的無線訊號收發器，其中該數位至類比轉換器為一靜態電流產生器。
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