复数带通滤波器电路的直流偏差校正方法技术

本发明专利技术公开了一种复数带通滤波器电路的直流偏差校正方法。步骤如下：（1）在中频接收和滤波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；（2）断开所有四个开关：SWI和SWQ，然后启动SAR取样反馈控制电路，改变Iq1电流源的幅度，使得I通道和Q通道的直流偏差同时减小到零；（3）接通SWI开关但断开SWQ开关，然后启动SAR取样反馈控制电路，改变Ii2电流源的幅度，使得I通道和Q通道的直流偏差同时减小到零；(4)接通开所有四个开关；理论上和实际电路中将直流偏差彻底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】
复数带通滤波器电路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。中频IF接收电路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，很多中频IF接收电路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
基于目前对于中频接收电路，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复数带通滤波器和放大器的直流偏置电路的校正方式。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种复数带通滤波器电路的直流偏差校正方法，该直流偏差校正方法采用直流偏差取样校正电路对复数带通滤波器电路的输出直流偏差进行校正，其步骤为：直流偏差取样校正电路通过其中的输出直流偏差电压比较器对复数带通滤波器电路的输出正负极信号进行比较，然后，经过逐次逼近寄存器型算法逻辑处理后，将生成的数据位依次存入寄存器、经过数模转换后转成模拟信号来控制补偿电流源，生成直流偏差校正的补偿电流，在生成直流偏差校正的补偿电流的过程中，生成补偿电流Ii2，Ii2是在I通道输入电阻Ri之前VIM处接入，以消除来自于前一级混频器I通道输出的直流偏差，生成补偿电流Iq2，Iq2是在Q通道输入电阻Ri之前VQM处接入，以消除来自于前一级混频器Q通道输出的直流偏差；生成补偿电流Iq1，Iq1是在通道输入电阻Ri之后VOMX处接入，以消除来自于Q通道运算放大器输入端的直流偏差；所述直流偏差校正方法的具体步骤为：a.芯片上电，系统初始化，所有寄存器设初始值0，并将低噪声放大器的正负输入端短接；b.断开I通道和Q通道信号输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Iq1补偿电流源幅度；c.调节Iq1补偿电流源幅度的次数取决于直流偏差取样校正电路内多位高精度数模转换器的比特数，直到I通道和Q通道的直流偏差小于最低位所对应的精度值；d.断开Q通道信号输入端开关，接通I通道输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Ii2补偿电流源幅度；e.调节Ii2补偿电流源幅度的次数取决于直流偏差取样校正电路内多位高精度数模转换器的比特数，直到I通道和Q通道的直流偏差小于最低位所对应的精度值；f.接通I通道和Q通道输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Iq2补偿电流源幅度；g.调节Iq2补偿电流源幅度的次数取决于直流偏差取样校正电路内多位高精度数模转换器的比特数，直到I通道和Q通道的直流偏差小于最低位所对应的精度值；h.将低噪声放大器的正负输入端短接断开；复数带通滤波器电路直流偏差校正过程结束。所述的输出直流偏差电压比较器，当输入直流偏差正极大于负极时输出高电平；当输入直流偏差正极小于负极时输出低电平。所述逐次逼近寄存器型算法逻辑和相应的寄存器，按如下顺序来生成控制电流源的比特位：a.初始时所有比特位都设为零；b.第一次将最高位从零切换到1，然后，寄存器控制数模转换器生成相应的补偿电流送到复数带通滤波器的输入端，接下来电压比较器根据复数带通滤波器输出进行取样，生成比较结果；如果比较器输出为1，则最高位保留为1；否则如果比较器输出为0，则最高位重设为0；c.重复b的步骤依次决定从第二最高位到最低位的比特值，当最低位结束后，保存寄存器比特值，在电路正常工作时使用。在直流偏差取样校正电路中的数模转换器，根据寄存器的控制比特位生成相应的控制电流，电流范围从控制比特位是1111111111所生成最大幅度的直流偏差补偿电流到最小控制比特位0000000000所生成最小幅度的直流偏差补偿电流。所述补偿电流源直接接入到复数带宽滤波器的I通道或Q通道的输入端，其幅值由数模转换器根据寄存器的控制比特位决定。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∞，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复数带通滤波器电路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.直流偏差取样校正电路；c.中频接收滤波器电路直流偏差固定的校正。

【技术特征摘要】
1.一种复数带通滤波器电路的直流偏差校正方法，该直流偏差校正方法采用直流偏差取样校正电路对复数带通滤波器电路的输出直流偏差进行校正，其步骤为：直流偏差取样校正电路通过其中的输出直流偏差电压比较器对复数带通滤波器电路的输出正负极信号进行比较，然后，经过逐次逼近寄存器型算法逻辑处理后，将生成的数据位依次存入寄存器、经过数模转换后转成模拟信号来控制补偿电流源，生成直流偏差校正的补偿电流，在生成直流偏差校正的补偿电流的过程中，生成补偿电流Ii2，Ii2是在I通道输入电阻Ri之前VIM处接入，以消除来自于前一级混频器I通道输出的直流偏差；生成补偿电流Iq2，Iq2是在Q通道输入电阻Ri之前VQM处接入，以消除来自于前一级混频器Q通道输出的直流偏差；生成补偿电流Iq1，Iq1是在Q通道输入电阻Ri之后VOMX处接入，以消除来自于Q通道运算放大器输入端的直流偏差；所述直流偏差校正方法的具体步骤为：a.芯片上电，系统初始化，所有寄存器设初始值0，并将低噪声放大器的正负输入端短接；b.断开I通道和Q通道信号输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Iq1补偿电流源幅度；c.调节Iq1补偿电流源幅度的次数取决于直流偏差取样校正电路内多位高精度数模转换器的比特数，直到I通道和Q通道的直流偏差小于最低位所对应的精度值；d.断开Q通道信号输入端开关，接通I通道输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Ii2补偿电流源幅度；e.调节Ii2补偿电流源幅度的次数取决于直流偏差取样校正电路内多位高精度数模转换器的比特数，直到I通道和Q通道的直流偏差小于最低位所对应的精度值；f.接通I通道和Q通道输入端开关，通过直流偏差取样校正电路调节Iq2补偿电流源幅度...

【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：