TWI766393B - 直流偏置校準系統及其方法 - Google Patents

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TWI766393B
TWI766393B TW109136046A TW109136046A TWI766393B TW I766393 B TWI766393 B TW I766393B TW 109136046 A TW109136046 A TW 109136046A TW 109136046 A TW109136046 A TW 109136046A TW I766393 B TWI766393 B TW I766393B
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孫凱
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Abstract

一種直流偏置校準系統及其方法。其中該方法包括；當於第一校準模式下，利用控制電路輸出第一數位訊號，利用第一數位類比轉換電路根據第一數位訊號產生第一差動校準訊號，利用放大電路根據第一差動校準訊號產生第一放大訊號，回饋第一放大訊號至控制電路以調整第一數位訊號；以及，當於第二校準模式下，利用控制電路輸出第二數位訊號，利用第二數位類比轉換電路根據第二數位訊號產生第二差動校準訊號，利用均衡電路及放大電路根據第二數位訊號產生第二放大訊號，回饋第二放大訊號至控制電路以調整第二數位訊號。

Description

直流偏置校準系統及其方法
本案是關於直流偏置校準領域，特別是一種直流偏置校準系統及其方法。
隨著積體電路製程的不斷進步，使得高速串行通訊技術得到進一步的發展，然而隨著時脈速度的提高以及傳輸中的各種不理想因素(例如，傳輸線損耗、製程偏差)，都會造成高速接收端電路的傳輸性能下降，甚至無法達到高速資料傳輸協議的需求。針對上述情況，需要在高速接收端電路中加入終端匹配電路、均衡電路及靈敏放大器來克服，但是加入這些電路也引入製程偏差及直流偏置誤差，因此消除這些誤差就變得十分重要。目前消除直流偏置的技術有直接通過增大元件面積來减少偏置誤差，另外就是通過加入類比輔助電路來校準偏置誤差。通過直接增大元件面積來减少偏置誤差，這種方法雖然簡單但是會影響到高速接收端電路的工作速度。通過加入類比輔助電路的方法就是利用低通濾波器先濾除訊號的高頻分量得到直流電位來控制消除直流偏置，但缺點在於低通濾波器電路也需要占用元件面積，同時也會影響到高速接收端電路的工作速度。
鑑於上述，本案提出一種直流偏置校準系統及其方法。
在一些實施例，直流偏置校準系統設置於接收機端處理差動輸入訊號，適於操作在工作模式、第一校準模式及第二校準模式中之一者。直流偏置校準系統包括匹配電路、均衡電路、放大電路、控制電路、第一數位類比轉換電路及第二數位類比轉換電路。均衡電路電連接匹配電路，放大電路電連接均衡電路，控制電路電連接該放大電路。當於工作模式下，匹配電路針對差動輸入訊號提供阻抗匹配。當於第一校準模式下控制電路輸出第一數位訊號，當於第二校準模式下輸出第二數位訊號。第一數位類比轉換電路根據第一數位訊號產生第一差動校準訊號，第二數位類比轉換電路根據第二數位訊號產生第二差動校準訊號。其中當於第一校準模式下，放大電路根據第一差動校準訊號產生第一放大訊號，回饋至控制電路以調整第一數位訊號，藉以降低放大電路的直流偏置；當於第二校準模式下，均衡電路及放大電路根據第二數位訊號產生第二放大訊號，回饋至該控制電路以調整第二數位訊號，藉以降低均衡電路的直流偏置。
在一些實施例，直流偏置校準方法適於操作在工作模式、第一校準模式及第二校準模式中之一者。直流偏置校準方法包括：當於工作模式下，利用匹配電路針對差動輸入訊號提供阻抗匹配；當於第一校準模式下：利用控制電路輸出第一數位訊號；利用第一數位類比轉換電路根據第一數位訊號產生第一差動校準訊號；以及，利用放大電路根據第一差動校準訊號產生第一放大訊號，回饋第一放大訊號至控制電路以調整第一數位訊號，藉以降低放大電路的直流偏置； 以及，當於第二校準模式下：利用控制電路輸出第二數位訊號；利用第二數位類比轉換電路根據第二數位訊號產生第二差動校準訊號；以及，利用均衡電路及放大電路根據第二數位訊號產生第二放大訊號，回饋第二放大訊號至控制電路以調整第二數位訊號，藉以降低均衡電路的直流偏置。
綜上，本發明一些實施例提供的一種直流偏置校準系統及其方法，能够利用控制電路、第一數位類比轉換電路及第二數位類比轉換電路以校準匹配電路、均衡電路及放大電路處理差動輸入訊號時的直流偏置。其中當於第一校準模式，控制電路根據放大電路回饋的放大訊號調整輸出的第一數位訊號，第一數位類比轉換電路根據第一數位訊號輸出第一差動校準訊號至放大電路以調整直流偏置。當於第二校準模式控制電路根據放大電路回饋的放大訊號調整輸出的第二數位訊號，第二數位類比轉換電路根據第二數位訊號輸出第二差動校準訊號至均衡電路以調整直流偏置。當於該工作模式下，匹配電路能針對差動輸入訊號提供阻抗匹配。因此，直流偏置校準系統能消除直流偏置。
10:直流偏置校準系統
100:匹配電路
110:匹配輸入端
120:匹配輸出端
130:固定訊號輸入端
140:終端阻抗元件
150:共模阻抗元件
160:第一開關
170:第二開關
180:電容器
200:均衡電路
210:第一多級放大電路
212:第一初級放大電路
212A:第一初級放大輸入端
212B:第一初級放大輸出端
214:第一次級放大電路
214A:第一次級放大輸入端
214B:第一次級放大輸出端
220:第三開關
230:第二多級放大電路
232:第二初級放大電路
232A:二第二初級放大輸入端
232B:二第二初級放大輸出端
234:第二次級放大電路
234A:二第二次級放大輸入端
234B:二第二次級放大輸出端
240:第四開關
300:放大電路
310:負載電路
312:第一負載端
314:第二負載端
320:第一電流源
330:第二電流源
340:第一電晶體
342:第一輸出端
344:第一控制端
346:第一電流端
350:第二電晶體
352:第二輸出端
354:第二控制端
356:第二電流端
360:第三電晶體
362:第三輸出端
364:第三控制端
366:第三電流端
370:第四電晶體
372:第四輸出端
374:第四控制端
376:第四電流端
400:控制電路
500:第一數位類比轉換電路
510:第一譯碼電路
520:第一電流鏡電路
530:第一電晶體組
532:第一輸出端組
534:第一控制端組
536:第一電流端組
540:第二電晶體組
542:第二輸出端組
544:第二控制端組
546:第二電流端組
550:第一R-2R梯狀網絡電阻電路
560:第二R-2R梯狀網絡電阻電路
600:第二數位類比轉換電路
610:第二譯碼電路
620:第二電流鏡電路
622:參考電晶體
622A:參考電流端
622B:參考控制端
622C:參考接地端
624:鏡像電晶體
624A:鏡像電流端
624B:鏡像控制端
624C:鏡像接地端
626:鏡像開關元件
630:第五電晶體
632:第五輸出端
634:第五控制端
636:第五電流端
640:第六電晶體
642:第六輸出端
644:第六控制端
646:第六電流端
Vin:差動輸入訊號
Vout:放大輸出訊號
Vt1:第一固定訊號
Vt2:第二固定訊號
Vt3:第三固定訊號
V1:差動匹配輸出訊號
V2:第一差動初級輸出訊號
V3:第一差動次級輸出訊號
V4:第二差動初級輸出訊號
V5:差動均衡輸出訊號
V5N:差動均衡輸出訊號的負訊號
V5P:差動均衡輸出訊號的正訊號
S0:調整數位訊號
S1:第一數位訊號
S1P[M：0]:第一正譯碼訊號組
S1N[M：0]:第一負譯碼訊號組
S2:第二數位訊號
S2P[N：0]:第二正譯碼訊號組
S2N[N：0]:第二負譯碼訊號組
S2P[N],S2P[N-1],S2P[0],S2N[N]:子訊號
D1:第一差動校準訊號
D1N:第一差動校準訊號的負訊號
D1P:第一差動校準訊號的正訊號
D2:第二差動校準訊號
D2N:第二差動校準訊號的負訊號
D2P:第二差動校準訊號的正訊號
M0:未校準工作模式
M1:第一校準模式
M2:第二校準模式
M3:工作模式
T1:第一目標訊號
T2:第二目標訊號
P12,P22,P32,P42,P52,P62,P72,P82:輸出端
P14,P24,P34,P44,P54,P64,P74,P84:控制端
P16,P26,P36,P46,P56,P66,P76,P86:電流端
I1~I6:電流源
M1~M8:電晶體
C1~C2:電容器
R1~R10:電阻器
S100~S110,S200~S230,S300~S330:步驟
圖1是本發明一些實施例的直流偏置校準系統的方塊示意圖。
圖2是本發明一些實施例的直流偏置校準系統的電路示意圖。
圖3是本發明一些實施例的直流偏置校準系統的時序示意圖。
圖4是本發明一些實施例的第一多級放大電路的示意圖。
圖5是本發明一些實施例的第二多級放大電路的示意圖。
圖6是本發明一些實施例的放大電路的示意圖。
圖7是本發明一些實施例的第一數位類比轉換電路的示意圖。
圖8是本發明一些實施例的第一數位訊號與第一差動校準訊號的關係示意圖。
圖9是本發明一些實施例的第二數位類比轉換電路的示意圖。
圖10是本發明一些實施例的第二數位訊號與第二差動校準訊號的關係示意圖。
圖11是本發明一些實施例的直流偏置校準方法的流程圖圖11是本發明一些實施例的直流偏置校準方法的流程圖。
圖1是本發明一些實施例的直流偏置校準系統10的方塊示意圖，圖2是本發明一些實施例的直流偏置校準系統10的電路示意圖，圖3是本發明一些實施例的直流偏置校準系統10的時序示意圖。請同時參閱圖1、圖2及圖3，在一些實施例，直流偏置校準系統10設置於接收機端處理差動輸入訊號Vin，直流偏置校準系統10適於操作在工作模式M3、第一校準模式M1及第二校準模式M2中之一者。直流偏置校準系統10包括匹配電路100、均衡電路200、放大電路300、控制電路400、第一數位類比轉換電路500及第二數位類比轉換電路600。其中均衡電路200電連接匹配電路100，放大電路300電連接均衡電路200，控制電路400電連接放大電路300，第一數位類比轉換電路500電連接於控制電路400與放大電路300之間，第二數位類比轉換電路600電連接於控 制電路400與均衡電路200之間。當於工作模式M3下，匹配電路100針對差動輸入訊號Vin提供阻抗匹配。
在一些實施例，當於第一校準模式M1下，控制電路400輸出第一數位訊號S1，第一數位類比轉換電路500根據第一數位訊號S1產生第一差動校準訊號D1。放大電路300根據第一差動校準訊號D1產生第一放大訊號，並回饋第一放大訊號至控制電路400以調整第一數位訊號S1，藉以降低放大電路300的直流偏置。
在一些實施例，當於第二校準模式M2下，控制電路400輸出第二數位訊號S2，第二數位類比轉換電路600根據第二數位訊號S2產生第二差動校準訊號D2。均衡電路200及放大電路300根據第二數位訊號S2產生第二放大訊號，並回饋第二放大訊號至控制電路400以調整第二數位訊號S2，藉以降低均衡電路200的直流偏置。
在一些實施例，具體而言，收發機(圖未繪示)包括接收機端及發射機端，接收機端用於接收射頻訊號，發射機端用於接收射頻訊號。收發機的接收機端能單獨以接收機的形式進行運作，其中匹配電路100、均衡電路200及放大電路300是接收機的前端電路。在一些實施例，直流偏置校準系統10設置於接收機端，用於根據差動輸入訊號Vin產生對應的放大輸出訊號Vout，並且將放大輸出訊號Vout輸出至接收機的其他電路以進行處理。需特別說明的是，第一放大訊號及第二放大訊號分別是不同實施例中的放大輸出訊號Vout。於此，直流偏置校準系統10利用控制電路400響應放大電路300回饋的放大輸出訊號Vout，於第一校準模式M1下，利用第一數位類比轉換電路500調整 第一數位訊號S1，或於第二校準模式M2下，利用第二數位類比轉換電路600調整第二數位訊號S2，以達成降低接收機的前端電路的直流偏置的功能。
在一些實施例，直流偏置校準系統10還適於操作在未校準工作模式M0。如圖3所示的時序示意圖，直流偏置校準系統10依序操作於未校準工作模式M0、第一校準模式M1、第二校準模式M2及工作模式M3。具體而言，於未校準工作模式M0，控制電路400未輸出第一數位訊號S1及第二數位訊號S2。於此，也可當作控制電路400輸出未校準的第一數位訊號S1及第二數位訊號S2(例如，電壓為0的數位訊號)。
在一些實施例，於第一校準模式M1下，當第一數位訊號S1等於第一目標訊號T1時，控制電路400根據第一放大訊號小於第一閥值(圖未繪示)以停止調整第一數位訊號S1，並切換成操作於第二校準模式M2。於第二校準模式M2或工作模式M3下，控制電路400輸出第一目標訊號T1，第一數位類比轉換電路500根據第一目標訊號T1產生對應的第一差動校準訊號D1。具體而言，在一些實施例，當第一放大訊號小於第一閥值，代表控制電路400已將放大電路300的直流偏置降低，使放大電路300的直流偏置不會顯著影響放大輸出訊號Vout。也就是，於第二校準模式M2或工作模式M3下，當控制電路400輸出第一目標訊號T1，能使第一放大訊號小於第一閥值，並且放大電路300的直流偏置能被忽略(例如，放大電路300的直流偏置降低約80%)。需特別 說明的是，控制電路400能同時輸出第一目標訊號T1及第二數位訊號S2。
在一些實施例，於第二校準模式M2下，當第二數位訊號S2等於第二目標訊號T2時，控制電路400根據第二放大訊號小於第二閥值(圖未繪示)以停止調整第二數位訊號S2，並切換成操作於工作模式M3。於工作模式M3下，控制電路400輸出第二目標訊號T2，第二數位類比轉換電路600根據第二目標訊號T2產生對應的第二差動校準訊號D2。具體而言，在一些實施例，當第二放大訊號小於第二閥值，代表控制電路400已將均衡電路200的直流偏置降低，使均衡電路200的直流偏置不會顯著影響放大輸出訊號Vout。需特別說明的是，由於放大電路300的直流偏置已藉由第一目標訊號T1所降低，因此第二目標訊號T2降低的是均衡電路200的直流偏置。也就是，於第二校準模式M2或工作模式M3下，當控制電路400輸出第二目標訊號T2，能使第二放大訊號小於第二閥值，並且均衡電路200的直流偏置能被忽略(例如，均衡電路200的直流偏置降低約80%)。需特別說明的是，控制電路400能同時輸出第一目標訊號T1及第二目標訊號T2。因此，在一些實施例，於第二校準模式M2下，控制電路400保持輸出第一目標訊號T1。於工作模式M3下，控制電路400保持輸出第一目標訊號T1及第二目標訊號T2，以降低直流偏置。在一些實施例，控制電路400以二分查找算法調整第一數位訊號S1及第二數位訊號S2。
在一些實施例，直流偏置校準系統10根據啟動訊號從未校準工作模式M0切換成第一校準模式M1，啟動訊號例如但不限於從直 流偏置校準系統10的外部接收或內部產生。當直流偏置校準系統10從未校準工作模式M0切換成第一校準模式M1，控制電路400開始根據第一放大訊號調整第一數位訊號S1，直到第一數位訊號S1調整至第一目標訊號T1。當直流偏置校準系統10從第一校準模式M1切換成第二校準模式M2，控制電路400開始根據第二放大訊號調整第二數位訊號S2，直到第一數位訊號S2調整至第二目標訊號T2。於此，控制電路400保持輸出第一目標訊號T1。當直流偏置校準系統10從第二校準模式M2切換成工作模式M3，控制電路400保持輸出第一目標訊號T1及第二目標訊號T2。
在一些實施例，匹配電路100包括二匹配輸入端110、二匹配輸出端120、固定訊號輸入端130、終端阻抗元件140、共模阻抗元件150、第一開關160及第二開關170。其中終端阻抗元件140電連接於二匹配輸入端110之間，共模阻抗元件150電連接於二匹配輸出端120之間，第一開關160電連接於二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間，第二開關170電連接於固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間。二匹配輸入端110用於接收差動輸入訊號Vin，二匹配輸出端120用於輸出差動匹配輸出訊號V1，固定訊號輸入端130用於接收第一固定訊號Vt1。在一些實施例，匹配電路100還包括二電容器180，其中一個電容器180電連接於匹配輸出端120的正端與第一開關160之間，另一個電容器180電連接於匹配輸出端120負端與第一開關160之間。
在一些實施例，當於第一校準模式M1下，第一開關160斷開二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接，第二開關170 導通固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接，匹配電路100根據第一固定訊號Vt1產生差動匹配輸出訊號V1。
在一些實施例，當於第二校準模式M2下，第一開關160斷開二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接，第二開關170導通固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接，匹配電路100根據第一固定訊號Vt1產生差動匹配輸出訊號V1。需特別說明的是，當於第一校準模式M1或第二校準模式M2下，第一開關160為斷開，因此差動匹配輸出訊號V1不受差動輸入訊號Vin影響。並且第二開關170為導通，因此匹配電路100能根據第一固定訊號Vt1屏蔽外部輸入匹配電路100的其他干擾訊號。
在一些實施例，當於工作模式M3下，控制電路400輸出工作數位訊號。第一開關160導通二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接，第二開關170斷開固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接，匹配電路100根據差動輸入訊號Vin產生差動匹配輸出訊號V1。
在一些實施例，終端阻抗元件140包括第一終端阻抗元件、第二終端阻抗元件及終端阻抗固定輸入端，第一終端阻抗元件與第二終端元件以串聯的方式電連接於二匹配輸入端110之間，終端阻抗固定輸入端位於第一終端阻抗元件與第二終端元件之間的電連接處，終端阻抗固定輸入端用於接收第二固定訊號Vt2。在一些實施例，共模阻抗元件150包括第一共模阻抗元件、第二共模阻抗元件及共模阻抗固定輸入端，第一共模阻抗元件與第二共模元件以串聯的方式電連接於 二匹配輸出端120之間，共模阻抗固定輸入端位於第一共模阻抗元件與第二共模阻抗元件之間的電連接處，共模阻抗固定輸入端用於接收第三固定訊號Vt3。
在一些實施例，二匹配輸入端110沒有接收差動輸入訊號Vin，而是接收外部固定訊號時(例如，調整電流源電連接於二匹配輸入端110以提供調整電流訊號)，控制電路400能輸出調整數位訊號S0以調整終端阻抗元件140。終端阻抗元件140包括多個終端可調電阻器及多個終端常開電阻器，終端可調電阻器能根據調整數位訊號S0以調整為開啟或關閉(例如，終端可調電阻器為全開或全關)，終端常開電阻器則為常態開啟，並且不受調整數位訊號S0影響。於此，控制電路400輸出調整數位訊號S0，第一開關160根據調整數位訊號S0，斷開二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接，第二開關170根據調整數位訊號S0導通固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接。因此，控制電路400能根據二匹配輸入端110接收的調整電流訊號、終端阻抗元件140的正端電壓值及負端電壓值以分別獲得終端阻抗元件140的全關電阻值及全開電阻值。而後，控制電路400再根據全關電阻值、全開電阻值、終端可調電阻器的個數及終端常開電阻器的個數以獲得調整數位訊號S0與終端阻抗元件140的電阻值之間的方程式，方程式如下所列：
Figure 109136046-A0305-02-0013-1
其中，「R1」是全開電阻值，「Rh」是全關電阻值，「Rt」是終端阻抗元件140的電阻值，「X」代表終端可調電阻器與終端常開 電阻器的總和個數，「Y」代表終端常開電阻器的個數，「X-Y」代表終端可調電阻器的個數。具體而言，式(1)能利用下列公式推導獲得：
Figure 109136046-A0305-02-0014-3
Figure 109136046-A0305-02-0014-4
Figure 109136046-A0305-02-0014-5
Rs=Rt * (S0+Y) 式(5)
其中，當終端可調電阻器根據調整數位訊號S0而全部關閉時，「Vph」是終端阻抗元件140的正端電壓值，「Vnh」是終端阻抗元件140的負端電壓值。當終端可調電阻器根據調整數位訊號S0而全部開啟時，「Vpl」是終端阻抗元件140的正端電壓值，「Vnl」是終端阻抗元件140的負端電壓值。「It」是調整電流訊號的電流值，「Rs」是一個終端可調電阻器的電阻值或一個終端常開電阻器的電阻值，「Rp」是寄生電阻的電阻值。在一些實施例，寄生電阻主要來自於量測終端阻抗元件140的正端電壓值及負端電壓值的測試儀器或測試電路。具體而言，式(4)能利用式(2)减去式(3)來獲得。因此，再將式(4)代入式(5)，即可獲得式(1)。
在一些實施例，當控制電路400輸出的調整數位訊號S0等於匹配目標訊號T0時，匹配電路100根據匹配目標訊號T0調整特定數量的終端可調電阻器為開啟，並且匹配電路100根據終端可調電阻器的開啟數量對差動輸入訊號Vin提供阻抗匹配。
圖4是本發明一些實施例的第一多級放大電路210的示意圖，圖5是本發明一些實施例的第二多級放大電路230的示意圖，圖6 是本發明一些實施例的放大電路300的示意圖。請同時參閱圖2、圖4、圖5及圖6，在一些實施例，均衡電路200包括第一多級放大電路210、第三開關220、第二多級放大電路230及第四開關240。第一多級放大電路210包括第一初級放大電路212及第一次級放大電路214，第一初級放大電路212包括二第一初級放大輸入端212A及二第一初級放大輸出端212B，第一次級放大電路214包括二第一次級放大輸入端214A及二第一次級放大輸出端214B。第一初級放大電路212的二第一初級放大輸入端212A電連接匹配電路100的二匹配輸出端120，第一初級放大電路212的二第一初級放大輸出端212B電連接第一次級放大電路214的二第一次級放大輸入端214A及第二數位類比轉換電路600。
在一些實施例，第二多級放大電路230包括第二初級放大電路232及第二次級放大電路234，第二初級放大電路232包括二第二初級放大輸入端232A及二第二初級放大輸出端232B，第二次級放大電路234包括二第二次級放大輸入端234A及二第二次級放大輸出端234B。第二初級放大電路232的二第二初級放大輸入端232A電連接第一次級放大電路214的二第一次級放大輸出端214B，第二初級放大電路232的二第二初級放大輸出端232B電連接第二次級放大電路234的二第二次級放大輸入端234A，第二次級放大電路234的二第二初級放大輸出端234A電連接放大電路300。第三開關220電連接於第二初級放大電路232的二第二初級放大輸入端232A之間，第四開關240電連接於第二次級放大電路234的二第二初級放大輸出端234A之間。
在一些實施例，第一初級放大電路212根據匹配電路100的差動匹配輸出訊號V1產生第一差動初級輸出訊號V2，第一次級放大電路214根據第二差動校準訊號D2(例如，圖4所示的第二差動校準訊號的正訊號D2P及第二差動校準訊號的負訊號D2N)及第一差動初級輸出訊號V2以產生第一差動次級輸出訊號V3。第二初級放大電路232根據第一次級放大電路214的第一差動次級輸出訊號V3產生第二差動初級輸出訊號V4，第二次級放大電路234根據第二差動初級輸出訊號V4產生差動均衡輸出訊號V5(即，第二差動次級輸出訊號)。在一些實施例，第一多級放大電路210用於補償差動匹配輸出訊號V1的高頻段損耗，第二多級放大電路230用於加强第一差動次級輸出訊號V3的整體頻段的强度。
在一些實施例，當於第一校準模式M1下，均衡電路200根據第一數位訊號S1導通第三開關220及第四開關240。當於第二校準模式M2下，均衡電路200根據第二數位訊號S2斷開第三開關220及第四開關240。當於工作模式M3下，控制電路400輸出工作數位訊號。均衡電路200根據工作數位訊號斷開第三開關220及第四開關240。
請參照圖4，在一些實施例，第一初級放大電路212包括電晶體M1、電晶體M2、電阻器R1、電阻器R2、電阻器R3、電容器C1、電流源I1及電流源I2。電晶體M1包括輸出端P12、控制端P14及電流端P16，電晶體M2包括輸出端P22、控制端P24及電流端P26，其中控制端P14及控制端P24就是二第一初級放大輸入端212A，輸出端P12及輸出端P22就是二第一初級放大輸出端212B。電阻器R1電連接於工作電 壓端與輸出端P12之間，電阻器R2電連接於工作電壓端與輸出端P22之間。電阻器R3電連接於電流端P16與電流端P26之間，電容器C1電連接於電流端P16與電流端P26之間，電流源I1電連接於電流端P16與接地端之間，電流源I2電連接於電流端P26與接地端之間。第一次級放大電路214包括電晶體M3、電晶體M4、電阻器R4、電阻器R5、電阻器R6、電容器C2、電流源I3及電流源I4。電晶體M3包括輸出端P32、控制端P34及電流端P36，電晶體M4包括輸出端P42、控制端P44及電流端P46，其中控制端P34及控制端P44就是二第二初級放大輸入端232A，輸出端P32及輸出端P42就是二第二初級放大輸出端232B。第一次級放大電路214的電路連接方式類似於第一初級放大電路212，於此不再贅述。
請參照圖5，在一些實施例，第二初級放大電路232包括電晶體M5、電晶體M6、電阻器R7、電阻器R8及電流源I5。電晶體M5包括輸出端P52、控制端P54及電流端P56，電晶體M6包括輸出端P62、控制端P64及電流端P66，其中控制端P54及控制端P64就是二第二初級放大輸入端232A，輸出端P52及輸出端P62就是二第二初級放大輸出端232B。電阻器R7電連接於工作電壓端與輸出端P52之間，電阻器R8電連接於工作電壓端與輸出端P62之間，電流源I1電連接於電流端P56及電流端P66。第二次級放大電路234包括電晶體M7、電晶體M8、電阻器R9、電阻器R10及電流源I6。電晶體M7包括輸出端P72、控制端P74及電流端P76，電晶體M8包括輸出端P82、控制端P84及電流端P86，其中控制端P74及控制端P84就是二第二次級放大輸入端234A，輸出端 P72及輸出端P82就是二第二次級放大輸出端234B。第二次級放大電路234的電路連接方式類似於第二初級放大電路232，於此不再贅述。
請同時參閱圖2及圖6，在一些實施例，放大電路300包括負載電路310、第一電流源320、第二電流源330、第一電晶體340、第二電晶體350、第三電晶體360及第四電晶體370。負載電路310包括第一負載端312、第二負載端314及工作電壓端，第一電晶體340包括第一輸出端342、第一控制端344及第一電流端346，第二電晶體350包括第二輸出端352、第二控制端354及第二電流端356，第三電晶體360包括第三輸出端362、第三控制端364及第三電流端366，第四電晶體370包括第四輸出端372、第四控制端374及第四電流端376。其中第一輸出端342電連接第一負載端312，第一控制端344電連接第一數位類比轉換電路500，第一電流端346電連接第一電流源320。第二輸出端352電連接第二負載端314，第二控制端354電連接均衡電路200的二第二初級放大輸出端234A的其中一端，第二電流端356電連接第一電流源320。第三輸出端352電連接第一輸出端342，第三控制端354電連接第一數位類比轉換電路500，第三電流端356電連接第二電流源330。第四輸出端372電連接第二輸出端352，第四控制端374電連接均衡電路200的二第二初級放大輸出端234A的其中另一端，第四電流端376電連接第二電流源330。放大電路300根據在第一控制端344及第四控制端374接收第一差動校準訊號D1(例如，圖6所示的第一差動校準訊號的正訊號D1P及第一差動校準訊號的負訊號D1N)，以及在第二控制端354及第三控制端364接收均衡電路200的差動均衡輸出訊號V5(例如，圖6所示的差動 均衡輸出訊號的正訊號V5P及差動均衡輸出訊號的負訊號V5N)，在第二負載端314產生放大輸出訊號Vout。
需特別說明的是，在一些實施例，當於第一校準模式M1下，均衡電路200導通第三開關220及第四開關240。於此，第二多級放大電路230的二第二初級放大輸入端232A之間為短路，第二次級放大電路234的二第二初級放大輸出端234A之間為短路，因此均衡電路200輸出的差動均衡輸出訊號V5等於共模電壓訊號，也就是第二控制端354及第三控制端364接收的是相同的共模電壓訊號。所以，共模電壓訊號能根據第一控制端344及第四控制端374接收的第一差動校準訊號D1調整輸出的放大輸出訊號Vout。
圖7是本發明一些實施例的第一數位類比轉換電路500的示意圖。請參閱圖7，在一些實施例，第一數位類比轉換電路500包括第一譯碼電路510、第一電流鏡電路520、第一電晶體組530、第二電晶體組540、第一R-2R梯狀網絡電阻電路550及第二R-2R梯狀網絡電阻電路560。第一電晶體組530包括第一輸出端組532、第一控制端組534及第一電流端組536，第二電晶體組540包括第二輸出端組542、第二控制端組544及第二電流端組546。其中第一譯碼電路510電連接控制電路400，第一R-2R梯狀網絡電阻電路550電連接於工作電壓端與第一輸出端組532之間，第一控制端組534電連接第一譯碼電路510，第一電流端組536電連接第一電流鏡電路520，第二R-2R梯狀網絡電阻電路560電連接於工作電壓端與第二輸出端組542之間，第二控制端組544電連接第一譯碼電路510，第二電流端組546電連接第一電流鏡電路520。
圖8是本發明一些實施例的第一數位訊號S1與第一差動校準訊號D1的關係示意圖。請參閱圖7及圖8，在一些實施例，第一譯碼電路510根據第一數位訊號S1產生第一正譯碼訊號組S1P[M：0]及第一負譯碼訊號組S1N[M：0]。第一電流鏡電路520、第一電晶體組530、第二電晶體組540、第一R-2R梯狀網絡電阻電路550及第二R-2R梯狀網絡電阻電路560，根據第一控制端組534接收的第一正譯碼訊號組S1P[M：0]及第二控制端組544接收的第一負譯碼訊號組S1N[M：0]，於第一輸出端組532產生第一差動校準訊號的正訊號D1P，並且於第二輸出端組542產生第一差動校準訊號的負訊號D1N。具體而言，第一差動校準訊號D1包括第一差動校準訊號的正訊號D1P及第一差動校準訊號的負訊號D1N。在一些實施例，當第一差動校準訊號D1是電壓訊號時，第一數位訊號S1與第一差動校準訊號的正訊號D1P及第一差動校準訊號的負訊號D1N的關係如圖8所示。
圖9是本發明一些實施例的第二數位類比轉換電路600的示意圖。請參閱圖9，在一些實施例，第二數位類比轉換電路600包括第二譯碼電路610、第二電流鏡電路620、第五電晶體630及第六電晶體640。第二電流鏡電路620包括參考電晶體622、多個鏡像電晶體624及多個鏡像開關元件626，參考電晶體622包括參考電流端622A、參考控制端622B及參考接地端622C，各個鏡像電晶體624分別包括鏡像電流端624A、鏡像控制端624B及鏡像接地端624C。第五電晶體630包括第五輸出端632、第五控制端634及第五電流端636，第六電晶體640包括第六輸出端642、第六控制端644及第六電流端646。其中第二譯碼電 路610電連接控制電路400，參考電流端622A電連接參考控制端622B，鏡像開關元件626以一對一方式對應於鏡像電晶體624，各個鏡像開關元件626電連接於參考電晶體622的參考控制端622B與對應的鏡像電晶體624的鏡像控制端624B之間，各個鏡像電晶體624的鏡像電流端624A電連接第五電晶體630的第五電流端636及第六電晶體640的第六電流端646。第五輸出端632電連接均衡電路200的控制端P34，第五控制端634電連接第二譯碼電路610，第六輸出端642電連接均衡電路200的控制端P44，第六控制端644電連接第二譯碼電路610。
圖10是本發明一些實施例的第二數位訊號S2與第二差動校準訊號D2的關係示意圖。請參閱圖9及圖10，在一些實施例，第二譯碼電路610根據第二數位訊號S2產生第二正譯碼訊號組S2P[N：0]及第二負譯碼訊號組S2N[N：0]，第二正譯碼訊號組S2P[N：0]包括多個子訊號(例如，S2P[N]、S2P[N-1]、...、S2P[0])。各個鏡像開關元件626以一對一的方式對應於第二正譯碼訊號組S2P[N：0]中的各個子訊號，也就是各個鏡像開關元件626分別響應第二正譯碼訊號組S2P[N：0]其中對應的一個子訊號而導通或斷開，並且第二電流鏡電路620根據各個鏡像開關元件626導通的數量控制提供給第五電晶體630及第六電晶體640的電流。第五電晶體630及第六電晶體640根據第五控制端634接收的第二正譯碼訊號組S2P[N：0]的其中一個子訊號、第六控制端644接收的第二負譯碼訊號組S2N[N：0]的其中一個子訊號、以及第二電流鏡電路620提供的電流，於第五輸出端632產生第二差動校 準訊號的正訊號D2P，並且於第六輸出端642產生第二差動校準訊號的負訊號D2N。
需特別說明的是，在一些實施例，對應子訊號S2P[N]的鏡像開關元件626能常設為導通，第五控制端634接收第二正譯碼訊號組S2P[N：0]其中的子訊號S2P[N]及第六控制端644接收第二負譯碼訊號組S2N[N：0]其中的子訊號S2N[N]。在一些實施例，第二差動校準訊號D2是電流訊號。具體而言，第二差動校準訊號D2包括第二差動校準訊號的正訊號D2P及第二差動校準訊號的負訊號D2N。在一些實施例，當第二差動校準訊號D2是電流訊號時，第二數位訊號S2與第二差動校準訊號的正訊號D2P及第二差動校準訊號的負訊號D2N的關係如圖10所示。
圖11是本發明一些實施例的直流偏置校準方法的流程圖。請參閱圖1及圖11，在一些實施例，直流偏置校準方法適於操作在工作模式、第一校準模式及第二校準模式中之一者。直流偏置校準方法包括：工作模式步驟(步驟S100)、第一校準模式步驟(步驟S200)及第二校準模式步驟(步驟S300)。其中，當於工作模式下，工作模式步驟S100包括：利用匹配電路100針對差動輸入訊號Vin提供阻抗匹配(步驟S110)。當於第一校準模式M1下，第一校準模式步驟(步驟S200)包括：利用控制電路400輸出第一數位訊號S1(步驟S210)；利用第一數位類比轉換電路500根據第一數位訊號S1產生第一差動校準訊號D1(步驟S220)；以及，利用放大電路300根據第一差動校準訊號D1產生第一放大訊號，回饋第一放大訊號至控制電路400以調整第 一數位訊號S1，藉以降低放大電路300的直流偏置(步驟S230)。當於第二校準模式M2下，第二校準模式步驟(步驟S300)：利用控制電路400輸出第二數位訊號S2(步驟S310)；利用第二數位類比轉換電路600根據第二數位訊號S2產生第二差動校準訊號D2(步驟S320)；以及，利用均衡電路200及放大電路300根據第二數位訊號S2產生第二放大訊號，回饋第二放大訊號至控制電路400以調整第二數位訊號S2，藉以降低均衡電路200的直流偏置(步驟S330)。
請續參閱圖2，在一些實施例，直流偏置校準方法更包括匹配電路控制方法。匹配電路控制方法控制匹配電路100輸出的差動匹配輸出訊號V1，匹配電路控制方法包括：當於第一校準模式M1下：根據第一數位訊號S1斷開二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接；根據第一數位訊號S1導通固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接；以及，根據固定訊號(即，第一固定訊號Vt1)在二匹配輸出端120輸出差動匹配輸出訊號V1；以及，當於第二校準模式M2下：根據第二數位訊號S2斷開二匹配輸入端110與二匹配輸出端120之間的電連接；根據第二數位訊號S2導通固定訊號輸入端130與二匹配輸出端120之間的電連接；以及，根據固定訊號(即，第一固定訊號Vt1)在二匹配輸出端120輸出差動匹配輸出訊號V1。
綜上，本發明一些實施例提供的一種直流偏置校準系統及其方法，能够利用控制電路、第一數位類比轉換電路及第二數位類比轉換電路以校準匹配電路、均衡電路及放大電路處理差動輸入訊號時的直流偏置。其中當於第一校準模式，控制電路根據放大電路回饋 的放大訊號調整輸出的第一數位訊號，第一數位類比轉換電路根據第一數位訊號輸出第一差動校準訊號至放大電路以調整直流偏置。當於第二校準模式控制電路根據放大電路回饋的放大訊號調整輸出的第二數位訊號，第二數位類比轉換電路根據第二數位訊號輸出第二差動校準訊號至均衡電路以調整直流偏置。當於該工作模式下，匹配電路能針對差動輸入訊號提供阻抗匹配。因此，直流偏置校準系統能消除直流偏置。
10:直流偏置校準系統
100:匹配電路
200:均衡電路
300:放大電路
400:控制電路
500:第一數位類比轉換電路
600:第二數位類比轉換電路
Vin:差動輸入訊號
Vout:放大輸出訊號
V1:差動匹配輸出訊號
V5:差動均衡輸出訊號
S0:調整數位訊號
S1:第一數位訊號
S2:第二數位訊號
D1:第一差動校準訊號
D2:第二差動校準訊號

Claims (12)

  1. 一種直流偏置校準系統，設置於一接收機端處理一差動輸入訊號，適於操作在一工作模式、一第一校準模式及一第二校準模式中之一者，該直流偏置校準系統包括：一匹配電路，當於該工作模式下，針對該差動輸入訊號提供一阻抗匹配；一均衡電路，電連接該匹配電路；一放大電路，電連接該均衡電路；一控制電路，電連接該放大電路，當於該第一校準模式下輸出一第一數位訊號，當於該第二校準模式下輸出一第二數位訊號；一第一數位類比轉換電路，根據該第一數位訊號產生一第一差動校準訊號；及一第二數位類比轉換電路，根據該第二數位訊號產生一第二差動校準訊號；其中，當於該第一校準模式下，該放大電路根據該第一差動校準訊號產生一第一放大訊號，回饋至該控制電路以調整該第一數位訊號，藉以降低該放大電路的直流偏置；當於該第二校準模式下，該均衡電路及該放大電路根據該第二數位訊號產生一第二放大訊號，回饋至該控制電路以調整該第二數位訊號，藉以降低該均衡電路的直流偏置。
  2. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中該匹配電路包括：二匹配輸入端，用於接收該差動輸入訊號； 二匹配輸出端，用於輸出一差動匹配輸出訊號；一固定訊號輸入端，用於接收一固定訊號；一終端阻抗元件，電連接於該二匹配輸入端之間；一共模阻抗元件，電連接於該二匹配輸出端之間；一第一開關，電連接於該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間；及一第二開關，電連接於該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間；其中，當於該第一校準模式下，該第一開關斷開該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該第二開關導通該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該匹配電路根據該固定訊號產生該差動匹配輸出訊號；當於該第二校準模式下，該第一開關斷開該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該第二開關導通該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該匹配電路根據該固定訊號產生該差動匹配輸出訊號。
  3. 如請求項2所述的直流偏置校準系統，其中當於該工作模式下，該第一開關導通該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該第二開關斷開該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接，該匹配電路根據該差動輸入訊號產生一差動匹配輸出訊號。
  4. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中該均衡電路包括：一第一多級放大電路，包括：一初級放大電路及一次級放大電路，該初級放大電路根據該匹配電路的一差動匹配輸出訊號產生一差動初級輸 出訊號，該次級放大電路根據該第二差動校準訊號及該差動初級輸出訊號產生一差動次級輸出訊號；一第二多級放大電路，包括二放大輸入端及二放大輸出端，根據從該二放大輸入端接收的該差動次級輸出訊號，於該二放大輸出端輸出一差動均衡輸出訊號；一第三開關，電連接於該二放大輸入端之間；及一第四開關，電連接於該二放大輸出端之間；其中，當於該第一校準模式下，該均衡電路導通該第三開關及該第四開關；當於該第二校準模式下，該均衡電路斷開該第三開關及該第四開關。
  5. 如請求項4所述的直流偏置校準系統，其中當於該工作模式下，該均衡電路斷開該第三開關及該第四開關。
  6. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中當該第一校準模式完成後才切換至該第二校準模式。
  7. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中於該第一校準模式下，當該第一數位訊號等於一第一目標訊號時，該控制電路根據該第一放大訊號小於一第一閥值以停止調整該第一數位訊號，並切換成操作於該第二校準模式；於該第二校準模式或該工作模式下，該控制電路輸出該第一目標訊號，該第一數位類比轉換電路根據該第一目標訊號產生對應的該第一差動校準訊號。
  8. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中於該第二校準模式下，當該第二數位訊號等於一第二目標訊號時，該控制電路根據該第二放大訊號小於一第二閥值以停止調整該第二數位訊號，並切換成操作 於該工作模式；於該工作模式下，該控制電路輸出該第二目標訊號，該第二數位類比轉換電路根據該第二目標訊號產生對應的該第二差動校準訊號。
  9. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中該第一差動校準訊號是一電壓訊號，該第二差動校準訊號是一電流訊號。
  10. 如請求項1所述的直流偏置校準系統，其中，當於該第一校準模式下，該均衡電路的輸出為一共模電壓訊號。
  11. 一種直流偏置校準方法，適於操作在一工作模式、一第一校準模式及一第二校準模式中之一者，該直流偏置校準方法包括：當於該工作模式下：利用一匹配電路針對一差動輸入訊號提供一阻抗匹配；當於該第一校準模式下：利用一控制電路輸出一第一數位訊號；利用一第一數位類比轉換電路根據該第一數位訊號產生一第一差動校準訊號；及利用一放大電路根據該第一差動校準訊號產生一第一放大訊號，回饋該第一放大訊號至該控制電路以調整該第一數位訊號，藉以降低該放大電路的直流偏置；以及當於該第二校準模式下：利用該控制電路輸出一第二數位訊號；利用一第二數位類比轉換電路根據該第二數位訊號產生一第二差動校準訊號；及 利用一均衡電路及該放大電路根據該第二數位訊號產生第二放大訊號，回饋該第二放大訊號至該控制電路以調整該第二數位訊號，藉以降低該均衡電路的直流偏置。
  12. 如請求項11所述的直流偏置校準方法，更包括一匹配電路控制方法，該匹配電路控制方法控制該匹配電路輸出的一差動匹配輸出訊號，該匹配電路包括二匹配輸入端、二匹配輸出端及一固定訊號輸入端，該二匹配輸入端用於接收該差動輸入訊號，該固定訊號輸入端用於接收一固定訊號，該匹配電路控制方法包括：當於該第一校準模式下：根據該第一數位訊號斷開該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接；根據該第一數位訊號導通該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接；及根據該固定訊號在該二匹配輸出端輸出該差動匹配輸出訊號；以及當於該第二校準模式下：根據該第二數位訊號斷開該二匹配輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接；根據該第二數位訊號導通該固定訊號輸入端與該二匹配輸出端之間的電連接；及根據該固定訊號在該二匹配輸出端輸出該差動匹配輸出訊號。
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