一种数字辅助的直流失调消除电路及其数字控制方法

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种数字辅助的直流失调消除电路及其数字控制方法。

背景技术

随着无线通信标准的快速发展，对于无线收发机芯片系统来说，零中频结构相比超外差结构省去了片外滤波器，片上的低噪声放大器和混频器的接口无需进行50欧姆匹配，从而更易于进行功耗、噪声和线性度的优化，接收机芯片整体具有集成度高的优点，因而更加受到现代无线通信系统的青睐。

然而零中频接收机芯片的设计也存在一些特有的问题和挑战，其中由本振泄露、混频器自混频或基带电路失配引起的直流失调问题在最坏情况下会使得接收机芯片基带输出饱和，从而无法正常检测信号。

过去一些电路技术已被应用到零中频接收机的直流失调消除当中，包括交流耦合基带电路和在反馈伺服环路中加入低通滤波等。所有这些方法都面临电路所需芯片面积较大且存在信号高通带宽和直流失调消除环路的响应速度难以折中等问题。

发明内容

为了在有效地消除接收机直流失调的同时，较好的避免了传统直流失调消除电路带来的问题，本发明提出一种数字辅助的直流失调消除电路及其数字控制方法，数字辅助的直流失调消除电路包括可变增益放大器、具有轨-轨输入电压范围的比较器、数字控制模块和一个11位的数模转换器，电信号输入可变增益放大器，具有轨-轨输入电压范围的比较器在给定时间窗口内采样可变增益放大器输出差分电压，并将采样的差分电压的极性和相应次数记录在数字控制模块，数字控制模块根据记录的信息选择直流补偿方式并更新差分电压，将更新的差分电压作为11位的数模转换器的输入，11位的数模转换器的输出端与可变增益放大器的输入端连接。

进一步的，接收机的直流失调电压通过直流失调消除数字控制模块控制一个11位数模转换器消除。

进一步的，11位数模转换器采用分段结构，包括4位最高段、4位次高段以及3位最低段，最高段及次高段采用单位元阵列方式实现，其中16个单位电流源组成了最高段，最高段的16个单位电流源中15个的电流流向模拟差分输出端，其余一个的电流流向次高段和最低段的电阻阵列进一步分流；15个单位电阻阵列组成了次高段；最低段采用二进制权重的电阻阵列结构。

进一步的，数字控制模块包括除法器、第一补偿器、第二补偿器、第三补偿器、第四补偿器以及四个判断器，数字控制模块根据轨-轨比较器对时间窗口内的可变增益放大器输出差分电压的极性和相应的出现次数通过除法器计算补偿系数，若补偿系数是否小于常规正向补偿阈值，若是则输入第一补偿器进行补偿；否则继续判断补偿系数是否小于快速正向补偿阈值，若是则输入第二补偿器进行补偿；否则继续判断偿系数是否大于快速负向补偿阈值，若是则输入第三补偿器进行补偿；否则继续判断偿系数是否大于常规负向补偿阈值，若是则输入第四补偿器进行补偿，否则不进行任何补偿。

进一步的，第一补偿器进行补偿时，判断状态机S的值是否是0，若是则初始化寄存器的值，并令状态的值加1后结束补偿，否则令寄存器的值增加2

第二补偿器进行补偿时，令寄存器的值加1；

第三补偿器进行补偿时，判断状态机S的值是否是0，若是则初始化寄存器的值并令状态机S的值加1，否则令寄存器增加2

第四补偿器进行补偿时，令寄存器的值减1后结束补偿。

进一步的，电信号输入可变增益放大器前通过低通滤波器进行滤波。

本发明还提出一种数字辅助的直流失调消除电路的数字控制方法，包括上述任一一种数字辅助的直流失调消除电路，如图3，具体包括以下步骤：

S1、初始化状态机的令S＝0；

S2、若差分电压正极性出现的次数与总计数次数的比值小于1/8，则判断S是否等于0；

S3、若等于0则寄存器值初始化为1，并返回步骤S2；

S4、否则寄存器增加2

S5、若差分电压正极性出现的次数与总计数次数的比值大于1/8且小于3/8，则寄存器S＝S+1，并返回步骤S2；

S6、若差分电压正极性出现的次数与总计数次数的比值大于7/8，判断寄存器的值S是否为0；

S7、若等于0则寄存器值初始化为1，并返回步骤S2；

S8、否则否则寄存器增加2

S9、若差分电压正极性出现的次数与总计数次数的比值大于5/8且小于7/8，则令寄存器的值S＝S-1，并返回步骤S2；

S10、否则直接保存寄存器的值并返回步骤S1。

与现有技术相比，本发明在有效地消除接收机直流失调的同时，较好的避免了传统直流失调消除电路带来的电路所需芯片面积较大且存在信号高通带宽和直流失调消除环路的响应速度难以折中等问题。

附图说明

图1为本发明提出的直流失调消除电路示意图；

图2为本发明直流失调消除电路中的数模转换器示意图；

图3为本发明直流失调消除电路的数字控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种数字辅助的直流失调消除电路，包括可变增益放大器、具有轨-轨输入电压范围的比较器、数字控制模块和一个11位的数模转换器，电信号输入可变增益放大器，具有轨-轨输入电压范围的比较器在给定时间窗口内采样可变增益放大器输出差分电压，并将采样的差分电压的极性和相应次数记录在数字控制模块，数字控制模块根据记录的信息选择直流补偿方式并更新差分电压，将更新的差分电压作为11位的数模转换器的输入，11位的数模转换器的输出端与可变增益放大器的输入端连接。

在本实施例中，数字控制模块包括除法器、第一补偿器、第二补偿器、第三补偿器、第四补偿器以及四个判断器，数字控制模块根据轨-轨比较器对时间窗口内的可变增益放大器输出差分电压的极性和相应的出现次数通过除法器计算补偿系数，若补偿系数是否小于常规正向补偿阈值，若是则输入第一补偿器进行补偿；否则继续判断补偿系数是否小于快速正向补偿阈值，若是则输入第二补偿器进行补偿；否则继续判断偿系数是否大于快速负向补偿阈值，若是则输入第三补偿器进行补偿；否则继续判断偿系数是否大于常规负向补偿阈值，若是则输入第四补偿器进行补偿，否则不进行任何补偿。

本实施例在进行直流失调消除时，将一个预设时间窗口内用一个11位计数器来对根据轨-轨比较器的输出计数，从而得到该时间窗口内的可变增益放大器输出差分电压的极性和相应的出现次数，并定义(正极性出现的次数/总计数次数)＝MSR。数字控制模块根据MSR的值分别采用四种直流失调补偿方式，包括：

1.0

2.常规正向补偿阈值

3.快速正向补偿阈值

4.快速负向补偿阈值

数字控制器根据当前采用了何种补偿来相应的更新寄存器的值，并将更新后的寄存器值赋给数模转换器输入，等待数模转换器和可变增益放大器输出稳定后再次在同样的给定时间窗内计数比较器输出，重复上述操作对可变增益放大器输出电压的极性和出现次数进行计数。

上述数字控制策略可以使得MSR的值快速收敛到常规负向补偿阈值到快速正向补偿阈值范围内，同时接收机的输出直流失调电压也收敛到可接受的范围内。不同补偿方式的边界MSR值也可以通过相应特定寄存器来灵活设置，以达到在收敛速度和精度之间的最佳折中。

为了进一步对本发明的电路进行说明，如图1，在本实施例将射频输入信号和本振信号混合分成两路输入低通滤波器滤波，滤波器输出的输出与可变增益放大器的输入端和数模转换器的输出端连接，可变增益放大器的输出端作为本发明直流失调电路的输出端，且与轨-轨输入比较器的输入端连接，该轨-轨输入比较器的输出端与一个数字控制模块连接，即图中的直流失调消除数字控制模块，数字控制模块的输出端作为数模转换器的输入端。

如图2，直流失调电压可以通过直流失调消除数字控制模块控制一个11位数模转换器消除，D<10:0>为该数模转换器的11位数字输入，Voutp、Voutn为数模转换器的模拟差分输出。数模转换器采用分段结构，一共分为三段：最高段4位，次高段4位，最低段3位。最高段及次高段采用单位元阵列方式实现，16个单位电流源组成了最高段，由数字位A<15:0>控制。15个单位电阻阵列组成了次高段，由数字位B<14:0>控制，A<15:0>及B<14:0>分别由数模转换器数字输入D<10:7>及D<6:3>经过数模转换器内部的温度计译码器1和温度计译码器2译码产生。在A<15:0>的控制下，最高段的16个单位电流源中15个的电流流向模拟差分输出端Voutp或Voutn，其余一个的电流流向次高段和最低段的电阻阵列进一步分流。最低段采用二进制权重的电阻阵列结构，由数模转换器数字输入的最低三位D<2:0>直接控制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。