CN101860323B - 一种直流偏移校正装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流偏移校正装置、系统及方法。一种直流偏移校正装置，包括低通滤波单元、放大单元和直流偏移校正单元，所述低通滤波单元的输出端与所述放大单元的输入端连接；所述直流偏移校正单元，包括一可提供两种时间常数的积分器，所述直流偏移校正单元对所述放大单元的输出信号进行积分，并将积分后的信号反馈至所述低通滤波单元的输入端。本发明所提供的技术方案，使用时间常数可变的积分器对直接下变频接收机的直流偏移进行校正，当积分器处于小时间常数模式时，可以保证在短时间内将直流校正至期望值。校正完成后，将积分器调整至大时间常数模式，此时具有较低的转角频率，以避免输出信号发生失真。

Description

一种直流偏移校正装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及技术领域，特别是涉及一种直流偏移校正装置、系统及方法。

背景技术

无线接收机目前主要包括超外差结构接收机和直接下变频接收机两种类型，其中，超外差结构接收机结构复杂，存在镜像干扰，同时需要高Q值的，体积大的IF滤波器，因此使得系统复杂化，集成困难。而直接下变频接收机的本振与载波频率相等，直接将射频信号变换到基带，因此不存在镜像干扰，不需要镜像干扰抑制滤波器。中频模块的节省可以大大简化系统，有利于单片系统的集成。同时信号的放大和滤波都主要在基带进行，降低了能耗。因此直接下变频接收机在无线通信领域受到了广泛关注。

对于直接下变频接收机而言，目前最严重的问题就是直流偏移的问题。直流偏移主要是在下变频过程中由于本振信号的自混频产生的。直流偏移一方面使得信噪比变差，另一方面还可能导致混频器后的各级放大器饱和，无法放大有用信号，如果直流偏移进入数字基带，会对整个接收机系统的性能产生进一步的影响。

现有技术中，可以通过检测输出口的载波泄露信号功率，然后反馈给输入端来抑制本振信号泄露，从而实现直流偏移的校正，但是该方法不仅电路实现复杂，校正速度也非常慢，无法适用于对响应时间有较高要求的系统。另一种方式是通过数字方式来处理，信号经过滤波器及放大电路后不进行直流偏移的校正，而是通过模拟数字转换器后在数字电路域进行处理，但是这种方式在很大程度上限制了滤波器和放大器的动态变化范围，处理效率非常低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流偏移校正装置、系统及方法，以实现对直流偏移的快速校正，技术方案如下：

一种直流偏移校正装置，包括低通滤波单元、放大单元和直流偏移校正单元，

所述低通滤波单元的输出端与所述放大单元的输入端连接；

所述直流偏移校正单元，包括一可提供两种时间常数的积分器，所述直流偏移校正单元对所述放大单元的输出信号进行积分，并将积分后的信号反馈至所述低通滤波单元的输入端。

优选地，所述积分器的输入电压经过电阻选择电路连接至运算放大器的输入端；所述电阻选择电路由选择开关和多个电阻构成，用于实现两种不同阻值的通路；

其中，高阻值通路对应与所述积分器的大时间常数模式，低阻值通路对应与所述积分器的小时间常数模式。

优选地，所述放大单元为可变增益放大器。

优选地，对应于所述可变增益放大器的所提供的每种增益值，所述电阻选择电路分别提供两种不同阻值的通路。

一种直流偏移校正方法，应用上述的直流偏移校正装置，该方法包括：

当所述装置进入信号接收模式时，将所述积分器调整至小时间常数模式；

当直流偏移满足接收需求时，将所述积分器调整至大时间常数模式。

一种直流偏移校正系统，包括两个上述的直流偏移校正装置，其中，第一直流偏移校正装置的输出端与第二直流偏移校正装置的输入端连接。

一种直流偏移校正方法，其特征在于，应用上述的直流偏移校正系统，该方法包括：

当所述系统进入信号接收模式时，将所述第一直流偏移校正装置和第二直流偏移校正装置的积分器同时调整至小时间常数模式；

当直流偏移满足接收需求时，将所述第一直流偏移校正装置的积分器调整至大时间常数模式；所述直流偏移校正装置构成的环路稳定后，将所述第二直流偏移校正装置的积分器调整至大时间常数模式。

本发明所提供的技术方案，使用时间常数可变的积分器对直接下变频接收机的直流偏移进行校正，当积分器处于小时间常数模式时，可以保证在短时间内将直流校正至期望值。校正完成后，将积分器调整至大时间常数模式，此时具有较低的转角频率，以避免输出信号发生失真。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种直接下变频接收机的结构示意图；

图2为本发明所提供的直流偏移校正装置的结构示意图；

图3为本发明所提供的一种直流偏移校正方法的流程图；

图4为本发明所提供的另一种直接下变频接收机的结构示意图

图5为本发明所提供的另一种直流偏移校正方法的流程图。

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。

图1所示为本发明所提供的下变频接收机的结构示意图，包括接收天线、低噪声放大器、混频器、低通滤波单元、放大单元、直流偏移校正单元、均衡器以及模拟数字转换器。

低噪声放大器的作用是放大天线接收到的无线信号，混频器的作用是把经低噪声放大器放大过的信号，与来自芯片内部锁相环产生的本振信号混频，混频出低频有用信号；临道的信号与本振信号也同样会被混频到低频，这种信号的频率位于有用信号带宽的2倍附近，低通滤波单元的作用是滤除这种信号；放大单元对滤波后的信号进行放大；直流偏移校正单元的作用是抑制混频信号的直流偏移；均衡器的作用是补偿滤波器的群延迟，改善系统的EVM(Error Vector Magnitude，误差向量幅度)。模数转换器的作用是把模拟信号转换成数字信号，然后送到数字基带进行处理。

以下将对本发明所提供的下变频接收机中的低通滤波单元、放大单元和直流偏移校正单元这三部分所构成的直流偏移校正装置做进一步的详细说明，参见图2所示：

低通滤波单元201的输出端与放大单元202的输入端连接；

直流偏移校正单元203主要由积分器来实现，用于对放大单元202的输出信号进行积分，并将积分后的信号反馈至所述低通滤波单元201的输入端。

其中，电阻R5的作用是把积分器的输出电压转换成电流，由于积分器在该装置中构成负反馈，因此，通过电阻R6的电流将与通过电阻R5的电流相减，从而减小直流偏移。

对于积分器而言，其反应时间(即频率响应时间)决定于其时间常数(timeconstant)的大小，时间常数越大其所需的反应时间将越久，时间常数越小其所需的反应时间将越短。

可见，如果积分器的时间常数过大，将会影响直流偏移校正的速度，进而影响接收机系统的整体反应时间。但是在实际应用中，较小的时间常数也具有较高的转角频率(corner frequency)，这可能会造成输出信号发生失真，从而影响整个系统的EVM。

为解决上述问题，可以通过使用时间常数可调的积分器来实现。由于时间常数等于积分电路的电阻值和电容值的乘积，因此，可以通过调整电阻值和/或电容值来实现对时间常数的调整。

本发明实施例中，以对电阻调整为例进行说明，参见图2所示，直流偏移校正单元203中的积分器包括一个电阻选择电路，积分器的输入电压经过电阻选择电路连接至运算放大器的输入端；该所述电阻选择电路由选择开关和多个电阻构成，用于实现至少两种不同阻值的通路。

在实际应用中，放大单元202经常采用可变增益放大器来实现，这种情况下，对应于可变增益放大器的所提供的每种增益值，电阻选择电路将分别提供两种不同阻值的通路。

以图3所示情况进行说明，放大单元202中的可变增益放大器提供两种增益值，通过切换开关3a和4a来实现。而对应于这两种增益值，电阻选择电路将分别提供两种不同阻值的通路。图3中的开关3a和3b、4a和4b分别是联动的，增益值确定之后，使用开关1和2来切换两种不同阻值的通路：

当开关3a/3b闭合、开关4a/4b打开时：

开关1闭合，开关2打开，此时通路阻值为R1；

开关2闭合，开关1打开，此时通路阻值为R1+R2+R3；

当开关3a/3b打开、开关4a/4b闭合时：

开关1闭合，开关2打开，此时通路阻值为R1+R2；

开关2闭合，开关1打开，此时通路阻值为R1+R2+R3+R4。

为了便于描述，以下先假设放大器固定增益，即假设开关3一直闭合。当开关1和开关3闭合，开关2和开关4打开时，积分器用到的电阻为R1，称此时的状态为状态1，而当开关2和开关3闭合，开关1和开关4打开时，积分电阻为R1+R2+R3，此时的状态为状态2。显然在电容不变的情况下，状态2的时间常数要比状态1的时间常数大，所以称状态2为大时间常数模式、称状态1为小时间常数模式，状态2响应时间大于状态1的响应时间。

对应上述提供的直流偏移校正装置，本发明实施例还提供一种直流偏移校正方法，参见图3所示，该方法包括以下步骤：

S301，当进入信号接收模式时，将积分器调整至小时间常数模式；

S302，当直流偏移满足接收需求时，将积分器调整至大时间常数模式。

当接收机进入接收模式，低通滤波单元输入混频信号后，将开关2打开、开关1闭合，此时积分器处于小时间常数模式，具有较快的反应时间。但是，由于较小的时间常数也具有较高的转角频率，因此，当直流校正到较小值，可以满足系统接收需求时，将开关2闭合、开关1打开。此时积分器处于大时间常数模式，具有较低的转角频率，所以会减少信号失真，进而减轻对接收系统EVM的影响。

在实际的应用过程中，可能存在的另外一个问题是：直流偏移经过低通滤波器后，被可变增益放大器一步一步放大，即可变增益放大器在放大信号的同时也把直流偏移放大了。可变增益放大器的增益一般都要做到60dB-70dB，混频器输出的几微伏的直流偏移会被放大到饱和，从而阻塞了有用信号。所以直流偏移校正电路需要补偿可变增益放大器放大后所引起直流偏移的变化。

如果在电路中如果可变增益放大器的增益非常高，通过一个环路可能不能保证在收发时隙把直流校正到期望的值，在本发明的优选实施例中，可以采用两个直流偏移校正环路来校正直流偏移，如图4所示，第一直流偏移校正环路401的输出端与第二直流偏移校正环路402的输入端相连接。

但是，使用两个校正环路可能会遇到的问题是：当两个积分环路同时由高的低通转角频率切换到低的高通转角频率时，系统可能会产生不稳定的现象，尤其是在滤波器Q值较高的情况下。

因此，两个环路需要相互配合工作，以保证电路切换时系统的稳定。参见图5所示，对应上述提供的接收机，本发明所提供的直流偏移校正方法包括以下步骤：

S501，当进入信号接收模式时，将第一直流偏移校正环路和第二直流偏移校正环路的积分器同时调整至小时间常数模式。

S502，当直流偏移满足接收需求时，将第一直流偏移校正环路的积分器调整至大时间常数模式，经过一段时间，待第一直流偏移校正环路稳定后，将第二直流偏移校正环路的积分器调整至大时间常数模式。

当接收机进入接收模式，低通滤波单元输入混频信号后，将第一直流偏移校正环路401的积分器和第二直流偏移校正环路401的积分器同时切换至小时间常数模式，这样可以保证在短时间内把直流校正到期望值。待直流校正可以满足系统接收需求时，首先将第一校正环路的积分器切换至大时间常数模式，然后等待一段时间(一般几微秒即可)，待第一校正环路稳定后，再将第二校正环路积分器切换至大时间常数模式，这样可以保证稳定的实现切换，不致使电路发生抖动，又可以保证接收系统工作在低的转角频率下，避免系统EVM的恶化。

综上所述，本发明所提供的技术方案，使用时间常数可变的积分器对直接下变频接收机的直流偏移进行校正，当积分器处于小时间常数模式时，可以保证在短时间内将直流校正至期望值。校正完成后，将积分器调整至大时间常数模式，此时具有较低的转角频率，以避免输出信号发生失真。

可以理解的是，本发明技术方案适用于各种对响应时间有较高要求的无线通信系统。例如，TD-SCDMA系统通讯标准规定：无线收发每一间隔时隙(time slot)只有10uS-30uS的时间间隔，且在收发间隔时隙中，仅允许以非常短的时间执行增益重设后的直流偏移校准。应用本发明技术方案，通过设定合适的时间常数值，可以实现在短时间内快速的执行直流偏移校正，并且在校正完成之后，通过将积分器调整至大时间常数模式，可以继续保证系统的稳定运行。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种直流偏移校正方法，其特征在于，应用于直流偏移校正系统，所述直流偏移校正系统包括第一直流偏移校正装置和第二直流偏移校正装置，且所述第一直流偏移装置的输出端与所述第二直流偏移校正装置的输入端相连；每一直流偏移校正装置均包括：低通滤波单元、放大单元和直流偏移校正单元，所述低通滤波单元的输出端与所述放大单元的输入端连接；所述直流偏移校正单元，包括一积分器，所述积分器包括电阻选择电路以及运算放大器；

所述电阻选择电路包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关以及第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，具体的：

所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻依次串联，所述第四电阻的一端与运算放大器的输入端相连；

所述第一开关的一端分别与一端连接在第一电阻和第二电阻之间的第三开关的另一端、以及一端连接在第二电阻和第三电阻之间的第四开关的另一端相连；

所述第二开关的一端分别与一端连接在第三电阻和第四电阻之间的第三开关的另一端、以及一端连接在第四电阻和运算放大器输入端之间的第四开关的另一端相连；

所述第一开关的另一端与所述第二开关的另一端均与运算放大器的输入端相连；

所述电阻选择电路用于实现至少两种不同阻值的通路，所述直流偏移校正单元对所述放大单元的输出信号进行积分，并将积分后的信号反馈至所述低通滤波单元的输入端；该方法包括：

当所述系统进入信号接收模式时，将所述第一直流偏移校正装置和第二直流偏移校正装置的积分器同时调整至小时间常数模式；

当直流偏移满足接收需求时，将所述第一直流偏移校正装置的积分器调整至大时间常数模式；待所述第一直流偏移校正装置构成的环路稳定后，将所述第二直流偏移校正装置的积分器调整至大时间常数模式；

所述大时间常数模式的时间常数大于所述小时间常数模式的时间常数；

第一开关和第三开关闭合，第二开关和第四开关打开，通路电阻为第一电阻的状态为第一状态，该第一状态为小时间常数模式；

第二开关和第三开关闭合，第一开关和第四开关打开，通路电阻为第一电阻、第二电阻以及第三电阻之和的状态为第二状态，该第二状态为大时间常数模式。

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