CN101257466B - 对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法 - Google Patents

对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法。所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成伺服环路，通过所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减，所述装置中包括：积分器，用于检测并接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端。利用本发明，可以在不需要进行测试校准的情况下，自动地对设备输出的DC offset进行有效地校准，从而实现对设备的载波泄漏进行校准。

Description

对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法
技术领域
本发明涉及电子应用技术领域，尤其涉及一种对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法。 
背景技术
一种宽带码分多址接入(WCDMA，Wideband Code Division MultipleAccess)零中频发射机的结构如图1所示，在该零中频发射机中，数模转换器(DAC，Digital To Analog Converter)，可变增益放大器(VGA，variablegain amplifier)，低通功能滤波器(LPF，Low Pass Filter)中存在直流偏移(DC offset)，上述DAC、VGA和LPF中的DC offset在LPF中叠加后，输出给乘法器。LPF输出的DC offset经过乘法器调制后就成为了射频输出，从而造成载波泄漏。因此，在WCDMA零中频发射机的设计中，要求LPF输出的DC offset要尽量的小。 
现有技术中的一种减少WCDMA零中频发射机的LPF输出的DC offset的方法为：放大器的等效输入DC offset补偿法。由于DAC、VGA和LPF中的DCoffset常常与其所使用的运算放大器(OP-amp，Operational amplifier)的等效输入DC offset成正比。该方法给DAC、VGA和LPF所使用的运算放大器输入一定范围内的可变的差分尾电流，通过改变DAC、VGA和LPF所使用的运算放大器的差分尾电流，来改变运算放大器的等效输入DC offset，进而改变LPF输出的DC offset。 
在实现本发明的过程中，发明人发现上述现有技术的方法至少存在如下的缺点：该方法需要遍历一定范围内的每个可能的差分尾电流，测量每个差 分尾电流对应的LPF输出的DC offset的值，根据最低的DC offset的值来确定最佳的差分尾电流，需要进行测试校准。因此，该方法对DC offset的校准过程需要很长的时间。因为运算放大器的等效输入DC offset和差分尾电流不存在绝对的线性对应关系，因此，很难根据DC offset的校准精度精确地控制DAC、VGA和LPF所使用的运算放大器的差分尾电流的范围，对DAC、VGA和LPF的设计带来了困难。 
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种对设备输出的直流偏移进行衰减的装置和方法，从而可以解决现有技术方案对DC offset的校准过程需要很长的时间、对设备设计带来困难的问题。 
本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的： 
一种对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成伺服环路，通过所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减，所述装置中包括： 
积分器，用于检测并接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端； 
跨导单元，和所述积分器的输出端、所述需要校准的设备的输入端连接，将所述积分器输出的积分电压转换为积分电流后，传输给所述需要校准的设备。 
一种对设备输出的直流偏移进行衰减的方法，所述方法包括： 
积分器接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述积分器与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成伺服环路； 
跨导单元将所述积分器输出的积分电压转换为积分电流后，传输给所述需要校准的设备，所述跨导单元与所述积分器的输出端、所述需要校准的设备的输入端连接。 
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过利用积分器组成的伺服环路对设备输出的直流偏移信号进行衰减，从而可以在不 需要进行测试校准的情况下，自动地对设备输出的DC offset进行有效地校准。 
附图说明
图1为现有技术WCDMA零中频发射机的结构示意图； 
图2为本发明实施例二所述的一种对LPF输出的DC offset进行校准的装置在WCDMA零中频发射机中的应用示意图； 
图3为本发明实施例二所述的伺服环路的带通频谱曲线示意图； 
图4为本发明实施例二所述的积分器中的运算放大器的结构示意图； 
图5为本发明实施例二所述的积分器中的跨导单元的结构示意图； 
图6为本发明实施例三提供的对LPF输出的DC offset进行校准的装置在WCDMA零中频发射机中的应用示意图； 
图7为本发明实施例提供的一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法的处理流程图。 
具体实施方式
下面结合附图来详细描述本发明实施例。 
在本发明实施例一中，将积分器与需要校准的设备的输入端和输出端相连，所述积分器与所述需要校准的设备组成伺服环路，所述积分器接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端。并且通过所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减。 
在所述积分器中设置具有低于设定数值的等效输入直流偏移、高于设定数值的增益的运算放大器，通过所述运算放大器的等效输入直流偏移和增益，控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减 的衰减量和衰减范围。 
本发明实施例二提供的一种对LPF输出的DC offset进行校准的装置在WCDMA零中频发射机中的应用示意图如图2所示。 
上述实施例二提供的对LPF输出的DC offset进行校准的装置包括积分器和跨导单元(Gm-cell)，分别与LPF的输入端和输出端相连，和LPF一起组成一个具有带通功能的伺服环路(servo loop)。该伺服环路可以自动检测并接收LPF输出的低频信号(其中包括DC offset)，对该低频信号进行积分处理后，反馈到LPF的输入端，实现对LPF输出的DC offset进行很大的衰减。 
上述伺服环路的带通频谱曲线如图3所示，在图3中，横坐标代表频率，纵坐标代表频率响应，即输出频率与输入频率之比，频率响应越低，衰减量就越大，f1为LPF的输出频率，fh为高通截止频率，从图3可以看出，fh以下的低频部分的衰减量比较大，该低频部分和DC offset的频率部分相对应，fh 需要设置得比较低，因为在零中频发射机结构中，信号同样分布在DC-f1之间，较大fh同样衰减了信号，导致发射机性能下降。 
上述积分器中包括运算放大器、电容和电阻，该运算放大器的等效输入DC offset的值越低，上述伺服环路对DC offset的衰减量就越大，LPF输出的DC offset就越小。本发明实施例二提供的积分器中的运算放大器的示意图如图4所示，为了减少上述积分器中的运算放大器的等效输入DC offset，对该运算放大器采用层次化的两级结构，第一级放大器为采用电阻负载的第一级预放大器，由于无源器件的匹配性较好，因此，该第一级放大器可以获得较小的等效输入DC offset，第二级放大器为采用折叠式结构的放大器，在获得高输出阻抗的同时，也获得高的增益。因此，该两级结构的运算放大器具有非常低的等效输入DC offset，非常高的输出阻抗，非常高的增益。所述积分器的电阻电容(R-C)常数的值也设置得比较大。 
在实际应用中，为了保证瞬态响应的灵敏性和高通截止频率的一致性， 可以将上述积分器的电阻做成可切换电路阵列(可变电阻)。 
上述跨导单元的结构如图5所示，该跨导单元连接在上述运算放大器的输出端，即积分器的输出端。该跨导单元具有非常高的输入线性度，以及高阻输入、高阻输出的特性。因为，LPF采用的是电流输入，该跨导单元的主要作用是将积分器的输出电压转换为积分电流，同时又不会影响积分器中的运算放大器的增益与负载特性。由于跨导单元为高阻电流模式输出，因此其输出共模电平可随着LPF的输入共模电平在一定的范围内自由浮动，跨导单元的输入输出共模电平可以不一致，从而实现了电平转换。 
上述积分器中的运算放大器的高增益的特性和上述跨导单元的高输入线性度的特征，保证了整个伺服环路具有非常高的增益，能够容忍比较大的需要校准的LPF输出的DC offset的范围。同时，上述积分器中的运算放大器的非常低的等效输入DC offset的特性，保证了校准后的LPF输出的DC offset非常低，几乎等同于上述积分器中的运算放大器的等效输入DC offset。通过所述积分器中的运算放大器的直流增益，控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减的衰减量，通过所述积分器的电阻电容(R-C)常数的值控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号的衰减范围。 
本发明实施例三提供的对LPF输出的DC offset进行校准的装置在WCDMA零中频发射机中的应用示意图如图6所示。在该实施例中，用具有比较低的输出阻抗，但是必须具有非常低的等效输入DC offset的运算放大器来代替上述图4所示的运算放大器。在该实施例下，不需要上述跨导单元。该实施例的工作原理和上述实施例二基本相同，能够将LPF输出的DC offset校准到比较低的范围。但是，能够容忍的需要校准的LPF输出的DC offset的范围和实施例二相比比较小。 
本实施例以LPF为需要进行校准的设备为例说明，在实际应用中，本发明 实施例中所述需要进行校准的装置还可以为VGA、DAC等其它模拟传输通道中的设备。在实际应用中，还可以将多个本发明实施例所述的衰减装置分别与VGA、LPF、DAC等设备相连，同时分别对VGA、LPF、DAC等设备输出的DC offset进行校准，或者将一个本发明实施例所述的衰减装置与VGA、LPF、DAC等模拟传输通道中的设备中两个以上的设备相连，进行DC offset校准。 
本发明实施例提供的一种对设备输出的直流偏移进行校准的方法的处理流程如图7所示，包括如下步骤： 
步骤71、将积分器与需要校准的设备相连，组成伺服环路。 
将积分器与需要校准的设备的输入端和输出端相连，在所述积分器与所述需要校准的设备的输入端之间还可以串连一个跨导单元。所述积分器与所述需要校准的设备，以及跨导单元组成伺服环路。 
上述积分器中包括运算放大器、电容和电阻，该运算放大器采用层次化的两级结构，第一级放大器具有非常低的等效输入DC offset，第二级放大器具有非常高的增益。因此，该两级结构的运算放大器具有非常低的等效输入DC offset，非常高的输出阻抗，非常高的增益。 
上述跨导单元具有非常高的输入线性度，以及高阻输入、高阻输出的特性。该跨导单元的主要作用是将积分器的输出电压转换为积分电流。 
步骤72、通过上述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减。 
上述伺服环路中的积分器接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端。 
所述伺服环路具有带通滤波器的功能，对包含设备输出的DC offset的频率部分的低频部分的衰减量比较大，通过所述运算放大器的等效输入直流偏 移和增益，控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减的衰减量和衰减范围。 
经过了所述伺服环路的衰减处理后，校准后的设备输出的DC offset非常低，几乎等同于上述积分器中的运算放大器的等效输入DC offset。上述积分器中的运算放大器的高增益的特性和上述跨道单元的高输入线性度的特征，保证了整个伺服环路具有非常高的增益，能够容忍比较大的需要校准的设备(比如LPF)输出的DC offset的范围。 
综上所述，本发明实施例可以在不需要对LPF等设备输出的DC offset的值进行多次测量，即不需要进行测试校准的情况下，自动地对LPF等设备输出的DC offset进行有效地校准，实现较好的载波泄露控制性能。 
本发明实施例能够容忍较大的DC offset校准范围，从而放宽了LPF等设备的DC offset要求，降低了LPF等设备的设计难度。 
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (7)

1.一种对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，其特征在于，所述装置与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成伺服环路，通过所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减，所述装置中包括：
积分器，用于检测并接收所述需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端；
跨导单元，和所述积分器的输出端、所述需要校准的设备的输入端连接，将所述积分器输出的积分电压转换为积分电流后，传输给所述需要校准的设备。
2.根据权利要求1所述的对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，其特征在于，所述跨导单元的线性度高于设定的数值。
3.根据权利要求1至2任一项所述的对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，其特征在于，所述积分器中包括：
运算放大器，采用两级结构，包括：采用电阻负载的第一级放大器，该第一级放大器具有低于设定数值的等效输入直流偏移；采用折叠式结构的第二级放大器，该第二级放大器具有高于设定数值的增益。
4.根据权利要求3所述的对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，其特征在于，所述积分器中还包括：可切换电路阵列。
5.根据权利要求1所述的对设备输出的直流偏移进行衰减的装置，其特征在于，所述需要校准的设备包括模拟传输通道中的设备，所述模拟传输通道中的设备至少包括发射机中的可变增益放大器VGA设备、低通功能滤波器LPF设备、数模转换器DAC设备之一。
6.一种对设备输出的直流偏移进行衰减的方法，其特征在于，所述方法包括：
积分器接收需要校准的设备输出的直流偏移信号，对该直流偏移信号进行积分处理后，反馈到所述需要校准的设备的输入端，所述积分器与需要校准的设备的输入端和输出端相连，与所述需要校准的设备组成伺服环路；
跨导单元将所述积分器输出的积分电压转换为积分电流后，传输给所述需要校准的设备，所述跨导单元与所述积分器的输出端、所述需要校准的设备的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的对设备输出的直流偏移进行衰减的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述积分器中的运算放大器的直流增益，控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号进行衰减的衰减量，通过所述积分器的电阻电容常数的值控制所述伺服环路对所述需要校准的设备输出的直流偏移信号的衰减范围；所述运算放大器具有低于设定数值的等效输入直流偏移、高于设定数值的增益。
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