无线中频接收电路系统的直流偏差校正方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高可靠性的中频接收器电路的直流偏差校正方法。在中频接收电路中，无线射频信号经天线接收后，通过低噪声放大器放大，然后经过混频器和振荡器混频产生低频率的中间频率信号，低噪声放大器和混频器产生的直流偏置部分也分成I通道和Q通道进入复数带通滤波器和放大器，然后进入复数带通模数转换器的等模块输出数字信号到基带。整个校正流程稳定而且可靠性高，能够将中频电路信号路径上直到基带部分所有电路模块到输出端的直流偏差最终减小到接近于零的水平，从而消除直流偏差对中频电路的影响，提高无线系统接收信号的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
一种无线中频接收电路系统的直流偏差校正方法
本专利技术涉及电子工程中的半导体工艺和电路设计技术，特别是射频(RF)电路中的中频(IF)接收电路系统，以及所包含的复数带通滤波器和放大器电路模块。
技术介绍
射频(RF)接收电路中通常包括天线(Antenna)，低噪声放大器(LNA)，混频器(Mixer)，低通滤波器(LPF)，信号放大器(VGA)，模数转换器(ADC)等模块。如果采取直接转换(DirectConversion)的方式，在混频器阶段接收信号路径和振荡器(LO)时钟路径容易相互耦合泄露，这样造成自我混频而产生直流偏差。为了避免这个问题，很多设计采用了中频(IF)电路的方式，即分成两个阶段来从RF信号中分离出原来信号。第一阶段在混频器使用稍低于发射LO时钟的频率进行混频，这时就会使用复数带通滤波器(BPF)和放大器(VGA)来取代直接转换(DirectConversion)电路中的低通滤波器(LPF)和放大器(VGA)；第二阶段在基带用数字方式解码出原来的信号。这样中频IF电路的混频器造成的直流偏差大大降低，而直流偏差的主要来源不再是混频器模块的自我混频，而是其他因素，如差分电路不对称，工艺偏差等，特别是电路的增益大的时候尤其明显。无线中频接收电路系统的直流偏差校正的难点在于：由于中频电路处理的是复数频率，所以I通道和Q通道电路有交互反馈作用。对于分离的I通道或Q通道，由于没有反馈回路的存在，直流偏差校正时只需采样输出直流偏置然后进行一次性电流补偿就可以将直流偏置降到很低的水平。但对于I通道和Q通道电路的交互反馈，即使I通道校正后，在校正Q通道的过程中可能会让I通道的直流偏置回到很差的水平。而且即使对I通道和Q通道反复循环校正，输出端的直流偏置可能根本不收敛，难以降低到理想的水平。这在高增益的情形尤其明显，由于这时电路的灵敏度更大。目前很多无线中频接收电路系统还是采用对复数带通滤波器(BPF)和放大器(VGA)的I通道和Q通道的反复循环校正，然后取得相对较小的直流偏差为止(80mv-100mv)，这样会使得中频带通滤波器(BPF)和放大器(VGA)的后一级复数带通Δ∑模数转换器(ADC)很容易饱和，信号动态范围减小，从而降低系统的性能；而且这种方式由于不能确保直流偏差到最小值，所以在工艺最差情形下会造成极大的直流偏差，所以也会造成芯片成品率(Yield)的下降。虽然有些方式来解决I通道和Q通道造成的直流偏差互相干扰问题，如高通(Qualcomm)的2011年美国专利US2011/0037506A1，在I通道和Q通道耦合的路径中增添了开关控制来分离取样I通道和Q通道的直流偏置并进行校正，但这个方法有个假设，就是当I通道和Q通道的运放产生的直流偏置水平相同时，采用这种方式能将直流偏置降到极低水平。可是带通滤波器和放大器直流偏置的机理本事就是由于一些随机的因素，如工艺造成的几何尺寸偏离，对称性不够等，所以虽然这种方式在大多数情形可以将直流偏置降低，但还是不是一种可靠的方法。当I通道和Q通道的直流偏置水平不同或甚至极性相反时，该方式校正的结果就不理想。
技术实现思路
基于目前对于无线中频接收电路系统，包括复数带通滤波器和放大器的直流偏置电路存在的可靠性问题，本专利技术在严格理论分析的基础上，提出了一种稳定可靠的包括复数带通滤波器和放大器在内的无线中频接收电路系统的直流偏置的校正方式。对于复数带通滤波器和放大器中I通道和Q通道相互耦合的情形，I通道在滤波器和放大器输出端的直流偏差为：其中，ΔMI和ΔMQ是I通道和Q通道复数带通滤波器和放大器前一级模块产生的直流偏压，而ΔVI和ΔVQ则是复数带通滤波器和放大器本身在I通道和Q通道运放输入端产生的直流偏压。同样，Q通道在滤波器和放大器输出端的直流偏压为：基于上述分析，本专利技术设计采取如下方式来减小和抵消中频电路所产生的直流偏差：a.设计R和R0取同样阻值来使得项生成的直流偏差为零；这个条件易于实现，因为复数带通滤波器和放大器电路增益由R/Ri决定，如果R固定为R0值，可以只改变Ri来达到可变增益的目的(VGA)；b.增加I通道开关SWI，这样SWI开关断开时Ri相当于∞，从而使得直流偏差项为零；c.增加Q通道开关SWQ，这样SWQ开关断开时Ri相当于∞，从而使得直流偏差项为零；基于上述分析，本专利技术设计采取如下步骤来实现降低输出端的直流偏压到接近于零的水平：a.在中频接收和复数带通滤波器和放大器系统设计时使用同样阻值的衰减反馈电阻R和耦合频移电阻R0；这样使得在I通道和Q通道输出直流偏差中项生成的直流偏差为零；b.断开I通道和Q通道信号输入端开关SWI和SWQ，使得直流偏差项和都为零；利用直流偏置取样反馈校正电路调节Iq1电流源幅度来补偿偏置电流而使得I通道和Q通道直流偏差同时减小到接近于零；c.断开Q通道信号输入端开关使得为零，接通I通道输入端开关，通过取样反馈电路调节Ii2电流源幅度来补偿偏置电流而使得I通道和Q通道直流偏差同时减小到接近于零；d.接通I通道和Q通道输入端开关，通过取样反馈电路调节Iq2电流源幅度来补偿偏置电流而使得I通道和Q通道直流偏差同时减小到接近于零；基于上述分析，由于ΔMI和ΔMQ分别是I通道和Q通道在混频器输出所产生的直流偏差，所以本专利技术的校正方式包括了校正由低噪声放大器和混频器所产生的直流偏差；基于上述分析，由于ΔVI和ΔVQ分别是复数带通滤波器和放大器本身在I通道和Q通道运放输入端产生的直流偏压，所以本专利技术的校正方式包括了校正由复数带通滤波器和放大器产生的直流偏差；基于上述分析，本专利技术在复数带通Δ∑模数转换器(ComplexBand-passΔ∑ADC)数字输出端采用基带数字化直流偏置取样平均，在多次取样(1000-2000次)的基础上计算出最后输出的I通道和Q通道的直流偏差的平均值，并通过直流偏差反馈校正电路。所以本专利技术校正的结果是使得整个中频电路的输出直流偏差降低到接近于零的水平，也包括了由复数带通Δ∑模数转换器(ComplexBand-passΔ∑ADC)产生的直流偏差；虽未明确提及，本专利技术电流源补偿方式可以为单端或差分补偿。在差分补偿时通道的正极输入端和负极输入端都有补偿电流源，其幅值相等但极性相反。本专利技术对无线中频接收电路系统的直流偏差校正的精度取小于数模转换器(DAC)的最低位(LSB)所代表的直流偏差水平。所以DAC的精度越高，最终直流偏差校正的精度也就越高。附图说明图1是无线中频接收电路系统的组成电路模块和信号路径；图2是复数带通滤波器和放大器的电路结构和直流偏置校正电流源的接入方式；图3是直流偏差反馈校正电路的内部模块图；图4是无线中频接收电路系统直流偏差的校正步骤；图5是直流偏差校正流程的输出波形。如下具体实施方式将结合附图进行说明。具体实施方式本专利技术直流偏差校正方式所适用的无线中频接收电路系统如图1所示。RF信号由天线(101)进入，经过低噪声放大器(LNA,102)后分两路送入混频器(Mixer,103和104)，分别进入I通道和Q通道；接下来I通道和Q通道信号进入复数带通滤波器和放大器(ComplexBPF和VGA,105)，经过复数带通Δ∑模数转换器(ComplexBand-passΔ∑ADC，10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线中频接收电路系统的直流偏差校正方法,其特征在于，包括如下步骤：a.电路系统设计；b.基带数字化直流偏差取样平均模块；c.直流偏差取样校正电路；d.中频接收器电路直流偏差固定的校正。

【技术特征摘要】
1.无线中频接收电路系统的直流偏差校正方法，该方法所针对的电路模块包括：无线中频接收电路系统、基带数字化直流偏差取样平均模块和直流偏差反馈校正电路；所述无线中频接收电路系统包括：天线(101)、低噪声放大器(102)、混频器(103和104)、复数带通滤波器和放大器(105)、复数带通Δ∑模数转换器(107)；无线信号由天线接收和低噪声放大器放大，然后分两路送入混频器，分别进入I通道和Q通道；接下来I通道和Q通道信号进入复数带通滤波器和放大器，经过复数带通Δ∑模数转换器输出即为整个无线中频接收电路系统的数字输出信号；同时，基带数字化直流偏差取样平均模块对该数字输出信号进行取样，然后经过直流偏差反馈校正电路，反馈到复数带通滤波器和放大器的四个输入端，进行直流偏差校正；所述的复数带通滤波器和放大器，其结构包括：两个放大器及其输入输出反馈电阻电容和交叉耦合模块；VIP和VIM分别为输入I通道信号的正负端；VQP和VQM则为输入Q通道信号的正负端；VIOP和VIOM分别为输出I通道信号的正负端；VQOP和VQOM则为输出Q通道信号的正负端；在中频接收和复数带通滤波器和放大器系统设计时使用同样阻值的负反馈电阻R和耦合频移电阻R0；负反馈电阻R和耦合频移电阻R0使用无线复数中频电路最通常的连接方式：四个负反馈电阻R分别连接在从I通道放大器的正极输出端VIOP到放大器的负极输入端之间；I通道放大器的负极输出端VIOM和正极输入端之间；Q通道放大器的正极输出端VQOP到负极输入端之间；Q通道放大器的负极输出端VQOM和正极输入端之间；而四个耦合频移电阻R0则分别从I通道放大器的正极输入端交叉连接到Q通道放大器的正极输出端VQOP；从I通道放大器的负极输入端交叉连接到Q通道放大器的负极输出端VQOM；从Q通道放大器的正极输入端交叉连接到I通道放大器的负极输出端VIOM；从Q通道放大器的负极输入端交叉连接到I通道放大器的正极输出端VIOP；另外有四个电阻Ri分别接在I通道的正极输入端VIP和放大器的正极输入端之间，I通道的负极输入端VIM和放大器的负极输入端之间，Q通道的正极输入端VQP和放大器的正极输入端之间，Q通道的负极输入端VQM和放大器的负极输入端之间；所述的复数带通Δ∑模数转换器的输入和输出都分为I通道正负极和Q通道正负极，所以总共有四路信号；复数带通Δ∑模数转换器的四路输出连接到基带数字化直流偏差取样平均模块的输入端，而基带数字化直流偏差取样平均模块将取样平均的结果分I通道和Q通道送到直流偏差反馈校正电路，而直流偏差反馈校正电路则根据取样平均的结果来分别生成I通道和Q通道的控制电流来校正系统的直流偏差；直流偏差校正电流补偿点有三处：Ii2是在I通道输入电阻Ri之前I负极输入点VIM接入，以消除来自于前一级混频器I通道输出的直流偏差；Iq2是在Q通道输入电阻Ri之前Q负极输入点VQM接入，以消除来自于前一级混频器Q通道输出的直流偏差；Iq1是在Q通道输入电阻Ri之后放大器负极输入端接入，以消除来自于Q通道运算放大器输入端的直流偏差；之所以I通道运算放大器输入端的直流偏差不需要补偿是因为在使用了同样阻值的衰减反馈电阻R和耦合频移电阻R0，在I通道运算放大器直流偏差在输出端产生的效应已经抵销为零；所述基带...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊杰，杨柳，
申请(专利权)人：杨俊杰，杨柳，
类型：发明
国别省市：