用於高增益信號信道的偏置量校準系統和方法
2023-04-24 20:54:46 3
專利名稱：用於高增益信號信道的偏置量校準系統和方法
本申請要求美國專利申請序列號10/128,125，申請日為2002年4月23日和美國臨時專利申請序列號60/342,223，申請日為2001年12月20日的美國專利申請的優先權。
背景技術：
本發明通常涉及電子電路領域，特別涉及將電子電路中的DC偏置量最小化的領域。
常規的通信系統通常需要較大的增益來增加接收到的相對較弱的信號的振輻。可在這種系統中研發直流(DC)偏置量，並由於大的增益，甚至於小的DC偏置量也會使信號信道飽和。例如基帶濾波器可變得飽和，損害了接收器電路的性能。由於系統濾波器中的部件誤配，且誤配直接出現在濾波器輸入上，DC偏置量也可出現在電路中。儘管可用電容器耦合通信電路的部件，在某些情況中，這種電容器可能在構成中需要大量的矽面積。低頻極點也可能引入穩定得不夠快的不理想的過渡電壓。
美國專利號6,225848公開了一種在偏置量校準期間，需要將系統輸入信號從輸入信道中移去的常規DC偏置量校正環路。特別是，首先通過禁止低噪聲放大器或本機振蕩器關閉電路的接收器部分，以移去系統輸入信號，剩下任何可能存在的非零偏置量。將該偏置量信號放大，並將放大後的偏置信號反饋到符號位發生器，在該符號位發生器中生成一指示偏置電壓的符號的符號位。接著，通過調整到數字模擬轉換器(DAC)的輸入使該電壓改變。重複該例程直到將偏置量補償到在DAC的最低有效位之內，且在將信號重新引入信道時，保持DAC中的碼。所揭示偏置量校準例程的在系統初始化和偏置量超過閾值時運行。
在某些系統中，在操作原電路期間不受幹擾地校正任何偏置量是理想的。美國專利號6,166,668公開了另一個偏置量校正電路，其中的輸出信號是以數字形式提供的。按照公開，通過控制邏輯將該數字輸出反饋到耦合到DAC的數字累加器，以校正任何數字偏置量。由於反饋DAC的有限解析度，信道中可能會有剩餘偏置量。這一剩餘偏置量會導致數字累加器將DAC碼變到DAC的低有效位中的理想校正點的上方或下方。
因此，需要一種用於校正模擬信號處理系統中的數字偏置量的改進的系統，特別是用於不被模擬信號處理中斷的有效地校正任何數字偏置量的改進的系統。
(3)發明內容本發明提供用於模擬信號處理系統的直流偏置量校正系統。該偏置量校正系統包括一用於比較來自模擬信號信道的信號的極性的比較器單元，並提供一二進位輸出信號。該系統還包括一耦合到比較器輸出信號，用於在預定時間段提供累加的平均信號的數字累加器單元。該系統還包括一用於確定累加的信號是否在定義的可接受值的閾值窗內的閾值窗數字比較器單元。該系統還包括用於將校正電流應用到模擬信號信道的校正單元。
(4)
可以參照附圖進一步理解以下的說明，其中圖1示出本發明的提供偏置量校正的系統的示例圖；圖2示出本發明的系統的操作過程中的某些參數的示例圖形合成定時圖；和圖3示出類似於圖2的在部分幀時鐘周期期間本發明的系統的操作過程中的較大尺度的示例圖形合成定時圖。
附圖僅以示例為目的。
(5)具體實施方式
本發明提供一種可在操作主電路期間使用的錯誤校正電路，例如沒有中斷的無線電接收機或發送機。在一個實施中，本發明包括一通過以高速率採樣電路輸出信號操作的校正環。採樣信號和參照信號之間的差值被確定，並將一指示差值的極性的極性信號(例如+1或-1)存儲到數字計數器中。隨著時間的過去，所有極性信號的和作為累加的極性信號累加在數字計數器中。在統計上，在預定時間段在數字計數器中累加的極性信號應該是兩個極性信號的中值(例如0)。累加信號在相對於參照信號在正的或負的方向上的飄移都預示著電路中出現了直流偏移。
如圖1所示，根據本發明的一個實施的偏置量校正系統可與接收機一起用於無線電頻率通信系統。特別是，該系統包括接收無線電頻率輸入12及本機振蕩器輸入14的混頻器10。混頻器10的輸出為低通濾波器16提供差分輸入，它的輸出由可編程的增益級放大器18接收。放大器18的差分輸出為通信系統提供系統輸出，並且通過比較器20，該輸出被反饋到數字累加和除法單元22。該系統還包括一窗式數字比較器24。將一相對快的時鐘信號26提供給單元22，並將一相對較慢的時鐘信號28提供給數字比較器。
快的時鐘頻率可以是，例如模擬信道(例如放大器18的輸出)的最大信號帶寬的兩倍，並且最好是在10MHz和15MHz之間。慢時鐘信號可以小几百倍，並且最好是在100Hz和150Hz之間。可以通過將快時鐘信號通過除法器來提供慢時鐘信號。將單元22的輸出耦合到一n位的數字模擬轉換器(DAC)32，並且DAC的模擬輸出被用於調節混頻器負載電阻器34上的直流電壓。所述電阻器被耦合到電源36和所示的低通濾波器16的差分輸入。
在操作過程中，偏置量校正環以相對較高的速率(例如15MHz)對放大器的輸出進行採樣。將兩個差分輸出信號互相進行比較，將它們之間的任何差值的極性累加到數字累加器或計數器。在一個慢時鐘周期中，比較器20以快的時鐘速率(例如大於1000次)對信號進行許多次採樣，並且將極性值的累加和與0相比較。任何漂移都應歸因於濾波器中的直流含量。如數字累加器在兩個非零方向上的漂移都很大，則根據偏置量所需的校正增加或減少對DAC的輸入。
該環還包括在計數器單元22的輸出和DAC32的輸入之間的窗式數字比較器24。該窗式數字比較器用於檢測在採樣時間內，DC能量是否在可接受的窗內(即，在最低值以上和最高值以下)。一旦剩餘的偏置量小於DAC的最小有效位，這將防止該交替環改變正和負校正。另外，用每個慢時鐘周期對計數器復位，這將防止錯誤超過可接受的窗。
圖2示出本發明的系統的示例圖形合成定時圖，其中出現在核心濾波器16中的偏置量由環補償。在40示出了放大器18的差分輸出，並在42示出數字累加器22的輸出。閾值窗是由44示出的低閾值數字值，和在46示出的高閾值數字值定義的。在48示出一慢時鐘，並且在操作期間，輸出信號40在每個時鐘周期都被比較器20重複採樣。在數字累加器22中對每個採樣的極性進行累加。在每個慢時鐘周期結束時，倘若數字比較器的值超過了窗式數字比較器的閾值，數字比較器24都提供一個命令將DAC增加或減少一最小有效位(LSB)。在50示出了增加命令信號，而在52示出了減少命令信號。輸入到DAC(在54以十六進位示出)的碼合適地或增加，減少或不變。在每個慢時鐘周期，將累加器輸出42復位到中間標度，正如在每一次慢時鐘信號上升時，在數字累加器輸出信號42的陡峭跳變外可見的那樣。
圖3示出在一部分慢時鐘周期期間本發明的系統的示例圖形合成定時圖。如圖3所示，在一部分慢時鐘周期期間，在40示出的信號被許多次採樣，且累加的偏移信號42漂移到低閾44之下。當出現這種情況時，增加命令信號50被啟用，致使DAC輸入從十六進位41A增加到十六進位41B。當慢時鐘信號上升時，累加器再次復位。
那些在本領域的技術人員將理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以對以上公開的實施例進行的多種修改。
權利要求
1.一種用於模擬信號處理系統的直流偏置校正系統，其特徵在於，所述偏置校正系統包括比較裝置，它用於比較來自模擬信號信道的信號的極性並提供一個二進位的輸出信號；數字累加器裝置，它被耦合到所述比較器輸出信號，用於在預定時間段提供累加的平均信號；閾值窗數字比較器裝置，它用於確定所述累加的信號是否在被定義的可接受值的閾值窗內；和將校正電流應用到所述模擬信號信道的校正裝置。
2.如權利要求1所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述累加器裝置接收一第一時鐘信號。
3.如權利要求2所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述窗數字比較器裝置接收一與所述第一時鐘信號相比相對較慢的第二時鐘信號。
4.如權利要求3所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述校正系統還包括接收所述第一時鐘信號並提供所述第二時鐘信號的除法器。
5.如權利要求1所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述窗數字比較器裝置包括一定義的高閾值數字值和一定義的低閾值數字值。
6.如權利要求1所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述校正裝置包括一數字模擬轉換器。
7.一種用於模擬信號處理系統的直流偏置校正系統，其特徵在於，所述偏置校正系統包括比較裝置，它用於比較來自模擬信號信道的信號的極性並提供一個比較器二進位輸出信號；累加器裝置，它被耦合到所述比較器輸出信號，用於提供在預定時間段上累加的平均信號；復位裝置，它用於復位所述累加器裝置；和校正裝置，它用於將一校正信號應用到所述模擬信號信道。
8.如權利要求7所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述偏置校正系統還包括閾值窗數字比較器，用於確定所述累加的信號是否在定義的可接受值窗的範圍內。
9.如權利要求7所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述累加器接收一第一時鐘信號。
10.如權利要求8所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述閾值窗比較器接收一比所述第一時鐘信號相對慢的第二時鐘信號。
11.一種用於模擬信號處理系統的直流偏置校正系統，其特徵在於，所述偏置校正系統包括比較裝置，它用於比較來自模擬信號信道的信號的極性並響應於來自第一時鐘的時鐘信號生成一比較器輸出信號；累加器裝置，它被耦合到所述比較器輸出信號，用於提供在預定時間段上累加的平均信號；閾值窗比較器裝置，它被耦合到比所述第一時鐘信號相對慢的第二時鐘信號，所述窗比較器裝置用於確定所述累加的信號是否在可接受值的所定義的閾值窗的範圍內；校正裝置，用於將一校正信號應用到所述模擬信號信道。
12.如權利要求11所述的偏置校正系統，其特徵在於，響應於所述第二時鐘信號將所述累加器裝置復位。
13.如權利要求11所述的偏置校正系統，其特徵在於，所述第一時鐘信號具有的頻率是所述模擬信道的最大信號帶寬的至少兩倍。
14.在模擬信號處理系統中校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟a)接收在模擬信號信道中的模擬信號；b)將所述每個模擬信號與基準相比較，以確定是否存在直流偏置量並生成一比較器輸出信號；c)在預定時間段上累加出比較器輸出信號的和，以確定累加的值；和d)響應於所述累加值是否在所述窗閾值之外，將一校正信號應用到所述模擬信號信道。
15.如權利要求14所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述方法還包括提供以第一頻率的第一時鐘信號和以比第一頻率慢的第二頻率的第二時鐘信號的步驟。
16.如權利要求14所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述方法還包括對累加器進行復位的步驟。
17.如權利要求15所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述方法還包括將所述第一時鐘信號分頻以提供所述第二時鐘信號的步驟。
18.如權利要求15所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述第一頻率至少是模擬信道的最大信號帶寬的兩倍。
19.如權利要求15所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述第一頻率約為10MHz，及所述第二頻率約為100Hz。
20.如權利要求15所述的校正直流偏置量的方法，其特徵在於，所述確定平均比較器信號是否在可接受值的閾值窗範圍內的步驟是響應於所述第二時鐘信號的。
全文摘要
本發明公開了一種用於模擬信號處理系統的直流偏置校正系統。該偏置校正系統包括一用於比較來自模擬信號通信的信號的極性的比較器單元，並生成一二進位輸出信號。該系統還包括耦合到比較器輸出信號的數字累加器單元，它用於在一預定時間段提供累加的平均信號。該系統還包括用於確定所述累加信號是否在可接受值定義的閾值窗範圍內的閾值窗信號比較器單元。該系統還包括一用於將校正信號應用到模擬信號信道的校正單元。
文檔編號H03K5/08GK1606827SQ02825763
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月18日 優先權日2001年12月20日
發明者A·J·卡哈蘭, S·阿特金森 申請人:模擬設備股份有限公司