專利名稱：一種用于快速完成信號(hào)調(diào)整和直流偏移消除的電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于信號(hào)調(diào)整的電路和方法，其特別涉及一種用于快速完成信號(hào)調(diào)整和直流偏移消除的電路及方法。
背景技術(shù)：
在處理已接收的信號(hào)時(shí)，該信號(hào)也許會(huì)有不受歡迎的直流(DC)偏移分量，該直流偏移分量不是原始信號(hào)的一部分。該DC偏移分量可能是信號(hào)在電路中處理時(shí)或在傳輸時(shí)，由多種信源所引入的。該直流偏移分量會(huì)引起失真，并且會(huì)對(duì)下游電路產(chǎn)生進(jìn)一步的不受歡迎的影響。因此，該不受歡迎的DC偏移分量的消除已經(jīng)成為許多應(yīng)用中的重要課題。此外，經(jīng)處理的接收信號(hào)可能會(huì)發(fā)生漂移，使得該接收的信號(hào)不再與原始信號(hào)的DC電平相一致。因而該信號(hào)需要被調(diào)整回原始的電平或被調(diào)整為期望的電平。
例如，由于對(duì)通道選擇濾波器和放大器的要求較低，所以在射頻(RF)接收機(jī)中，零中頻(Zero-IF)結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為非常普遍的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)要求對(duì)信號(hào)以近乎于零的低頻率進(jìn)行處理。因此，消除那些由失配、本機(jī)振蕩器漏損、或不損壞低頻信號(hào)的自混頻而產(chǎn)生的不受歡迎的DC偏移是一個(gè)緊迫的課題。許多收發(fā)機(jī)采用校準(zhǔn)技術(shù)來消除DC偏移。盡管校準(zhǔn)技術(shù)可以有效消除因失配和本機(jī)振蕩器漏損而產(chǎn)生的DC偏移，但是由強(qiáng)干擾的自混頻和其它與操作相關(guān)的信源引起的DC偏移卻不能被輕易的預(yù)報(bào)和消除。而且校準(zhǔn)技術(shù)也會(huì)大幅度地增加電路的復(fù)雜度，并且需要模擬和數(shù)字接收機(jī)芯片之間的緊密的協(xié)作。
另一種DC偏移消除的方法是插入簡(jiǎn)單的RC濾波器，如圖1所示，其采用電容來阻止DC電平，并采用電阻為后續(xù)電路提供DC偏壓。為了減少信號(hào)強(qiáng)度的衰減和群時(shí)延，該RC電路的截止頻率(Cut-off frequency)應(yīng)足夠的低，而為了在標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求時(shí)間內(nèi)能夠完成到接近漸近線狀態(tài)(asymptotic state)，該RC電路的截止頻率應(yīng)足夠高。例如，在用于無線本地局域網(wǎng)(W-LAN)應(yīng)用的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中，小于10KHZ的截止頻率是所期望的。具有如此低頻率電路的自然實(shí)現(xiàn)( implementation)要花費(fèi)數(shù)百微秒來完成。但是，該標(biāo)準(zhǔn)還要求DC偏移消除電路在800ns的期間內(nèi)完成，這比前者低三個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)現(xiàn)前述工作的其他方法是采用可轉(zhuǎn)換RC濾波器，該RC濾波器可以在三步或更多的步驟中將截止頻率從高轉(zhuǎn)換為低。這個(gè)方法不能可靠地穩(wěn)定，因?yàn)檗D(zhuǎn)換動(dòng)作本身將產(chǎn)生DC偏移，這依賴于轉(zhuǎn)換瞬間的輸入和輸出上的信號(hào)電平。因轉(zhuǎn)換而引起的DC偏移的根本原因?qū)⒃谝韵碌慕沂局羞M(jìn)行更詳細(xì)的解釋。
在對(duì)如圖1所示的簡(jiǎn)單的RC濾波器進(jìn)行分析時(shí)，可以推導(dǎo)出用于說明濾波器在時(shí)間范圍內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)的微分等式。
Cd(Vout-Vin)dt=-VoutR---(1)]]>其具有的初始條件為Vout|t＝0＝V0(2)解是Vout=∫0tp(t′)dVin(t′)dt′dt′+V0p(t),]]>p(t)=e∫0t(RC)-1dt′---(3)]]>將截止頻率fT定義為fT=12πRC---(4)]]>設(shè)在時(shí)間t＝t0，截止頻率從fT轉(zhuǎn)換為fT’，輸入信號(hào)可以被分解為Vin=Σn=0mAnej(ωnt+φn)---(5)]]>如果ωT＝2πfT被假設(shè)為定值，則可以推導(dǎo)出下式
Vout=Σn=1m{11-jωTωnAnej(ωnt+φn)+V0p(t)-Anejφnp(t)·11-jωTωn}---(6)]]>在等式(6)中可明顯看出，輸出電壓由三部分構(gòu)成括號(hào)中的第一項(xiàng)表示所期望的信號(hào)；由初始條件的輸出電壓而引起的衰變電壓；以及在初始時(shí)刻由瞬間輸入信號(hào)電平而引起的衰變項(xiàng)。等式(6)表示了，在從輸入中消除DC偏移變化時(shí)，頻率轉(zhuǎn)換本身便會(huì)導(dǎo)致其它的DC偏移電壓。該因轉(zhuǎn)換而引起的DC偏移與輸入信號(hào)振幅成比例，并且依賴于轉(zhuǎn)換瞬間輸入和輸出上的信號(hào)電平。這里具有的一個(gè)挑戰(zhàn)是，以快速和有效的方式消除該DC偏移電壓，以便使從信號(hào)中提取信息。
因而期待創(chuàng)新的電路和方法來快速完成信號(hào)調(diào)整并消除DC偏移，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種用于快速穩(wěn)定具有低截止頻率的信號(hào)的電路和方法；本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于信號(hào)調(diào)整的電路和方法；本發(fā)明還有一個(gè)目的，即提供一種用于從信號(hào)中消除DC偏移的電路和方法。
簡(jiǎn)要地講，公開了快速完成信號(hào)調(diào)整和快速完成DC偏移消除的電路及方法。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在輸入信號(hào)的處理過程中，一個(gè)電路包括一電容，該電容的一端與一輸入節(jié)點(diǎn)連接，用于接收輸入信號(hào)，該電容的第二端與一輸出節(jié)點(diǎn)連接；一電阻，該電阻的一端與所述的輸出節(jié)點(diǎn)連接，該電阻的第二端與第一偏移電壓信源相連接；
一調(diào)整器，該調(diào)整器的一端與輸出節(jié)點(diǎn)連接，用于調(diào)整輸入信號(hào)的峰值電平。該調(diào)整器能夠以多種方式實(shí)施。在處理輸入信號(hào)的過程中，首先通過使用兩個(gè)偏移電壓鉗位輸入信號(hào)，然后被釋放并逐漸降低到所期望的DC電平。在本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在一差別信號(hào)對(duì)(differential signalpair)的處理過程中，本發(fā)明的信號(hào)調(diào)整電路被并聯(lián)，用于將所述的差別信號(hào)對(duì)調(diào)整為相同的DC電平，并且有效消除了所述差別信號(hào)對(duì)中的任何DC偏移。
本發(fā)明的有益效果在于，提供了用于快速完成具有低截止頻率的信號(hào)的電路和方法；本發(fā)明的有益效果還在于提供了用于信號(hào)調(diào)整的電路和方法；本發(fā)明的有益效果也在于提供了用于從信號(hào)中消除DC偏移的電路和方法。


圖1示出了簡(jiǎn)單的RC濾波器；圖2a示出了本發(fā)明的AC耦合信號(hào)電路的概括的實(shí)施方式；圖2b1示出了本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的具有電壓隨動(dòng)開關(guān)的AC耦合信號(hào)調(diào)整電路；圖2b2示出了作為Va的函數(shù)的SW2的阻抗；圖2c示出了本發(fā)明的一可選實(shí)施例；圖2d示出了本發(fā)明的另一可選實(shí)施例；圖3a-3d示出了圖2c所示電路的節(jié)點(diǎn)的各種狀態(tài)；圖4示出了用于消除DC偏移的電路的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖5a示出了沒有DC偏移的差別信號(hào)對(duì)；以及圖5b示出了具有DC偏移的差別信號(hào)對(duì)。
具體實(shí)施例方式
當(dāng)如圖1所示的電路工作在10KHz的低頂點(diǎn)頻率時(shí)，從至少為300KHz的輸入信號(hào)的角度來看，輸出節(jié)點(diǎn)Vout可以被看作浮動(dòng)節(jié)點(diǎn)(floating node)。圖2a示出了本發(fā)明的一般實(shí)施例，其中所揭示的電路包括一電容，該電容的一端與一輸入節(jié)點(diǎn)Vin連接，該電容的另一端與一輸出節(jié)點(diǎn)Vout連接；通過電阻R的電壓Vbias1為Vout提供DC偏移；以及一調(diào)整電路，用于對(duì)調(diào)整的輸入信號(hào)進(jìn)行微調(diào)。在該優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的調(diào)整電路是峰值調(diào)整電路。
在本發(fā)明的當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例中，參照?qǐng)D2b1，圖2a中的調(diào)整器電路10通過兩部分來實(shí)現(xiàn)一端具有電壓Vbias2，另一端與Vout節(jié)點(diǎn)相連接的開關(guān)SW1；以及電壓隨動(dòng)開關(guān)SW2，該SW2的一端具有電壓Vbias3，另一端同樣與Vout節(jié)點(diǎn)相連接。參照?qǐng)D2b2，電壓隨動(dòng)開關(guān)SW2根據(jù)Vbias3與Vout的相對(duì)電壓電平Va而打開或閉合。如果Vbias3與Vout之間的差值足夠高(如果該SW2是由二極管連接的三極管或二極管實(shí)現(xiàn)的，則指二極管壓降電壓)，則SW2閉合，如果Vbias3與Vout之間的差值低，則SW2打開，在理想的情況14中，SW2的打開和閉合之間跨越了小的電壓間距。但是在實(shí)際的二極管開關(guān)的情況中，即情況16中，SW2逐漸的打開和閉合。參見圖2c，在另選的實(shí)施例中，電壓隨動(dòng)開關(guān)采用NPN型三極管來實(shí)現(xiàn)。參見圖2d，在又一可選的實(shí)施例中，電壓隨動(dòng)開關(guān)采用二極管來實(shí)現(xiàn)。需要注意的是任何適用類型的電壓隨動(dòng)開關(guān)，如各種類型的三極管和二極管，都可能被采用。進(jìn)一步需要注意的是，調(diào)整器電路的SW1也可以采用特定類型的晶體管來實(shí)現(xiàn)。這里，參見圖2c，在操作中，如果通過SW1將輸出節(jié)點(diǎn)的電壓預(yù)充電到到Vbias2，那么當(dāng)SW1打開后，調(diào)整電路被激活，二極管連接的NPN三極管將減小Vout節(jié)點(diǎn)上的DC電壓，直到它的峰值電壓不能開啟該放電二極管為止。因此，由于Vbias3電壓影響了電平，使得輸入信號(hào)被調(diào)整。
對(duì)于圖2c所示電路的運(yùn)行狀況的細(xì)節(jié)，結(jié)合圖3a-圖3d描述如下。這里，假設(shè)NPN的開啟電壓為VBE，且大約為0.7V。當(dāng)電路需要在時(shí)刻t＝0的瞬間執(zhí)行信號(hào)調(diào)整時(shí)，SW1閉合(參見圖3a)，并且Vout被預(yù)充電到Vbias2的電壓(參見圖3d)。參照?qǐng)D3b，電壓Vbias3保持關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)(Vbias3+二極管壓降(0.7V))≥Vbias2，使得從Vbias2到Vbias3沒有大的DC漏電流。在該時(shí)段中，輸入信號(hào)可以被假定為被預(yù)充電的Vbias2所建立和鉗制。在時(shí)刻t1，SW1被打開。通過打開SW1，對(duì)Vout的鉗制被釋放從而允許調(diào)節(jié)Vout電壓。在此時(shí)，如前述部分所解釋的，因轉(zhuǎn)換而引起的DC偏移由轉(zhuǎn)換電路部分自身所產(chǎn)生，這引起了輸入信號(hào)在DC偏移方面上的失真。從時(shí)刻t1開始經(jīng)過一個(gè)非常短的時(shí)段后，在時(shí)刻t2，電壓Vbias3被降低到預(yù)先定義的電壓V1，V1可以是任何電平并且在此處示出為明顯低于Vbias2減去VBE(Vbias2-VBE)的電壓。以這種方式，Vout放電直到輸入信號(hào)的峰值信號(hào)值低于(Vbias3+VBE)。在時(shí)刻t3，作為一個(gè)選項(xiàng)，Vbias3被增加到Vbias2的電壓電平，以便完全消除調(diào)整電路的影響，從而防止意外的不受歡迎的影響。
在本發(fā)明的可選的優(yōu)選實(shí)施例中，將圖2a-圖2d中所示的電路擴(kuò)展到差別信號(hào)對(duì)，圖4示出了本發(fā)明用于處理差別信號(hào)對(duì)的實(shí)施例，與圖2a-圖2d中所描述的相似的電路被用于輸入信號(hào)的每一路，即正的Vin-p，和負(fù)的Vin-n。這里三極管SW1和SW2代替了連接Vout和Vbias2的開關(guān)，這些三極管由施加在Vswitch節(jié)點(diǎn)上的電壓所控制，用于使三極管導(dǎo)通或截止；Vbias1電壓同樣施加在到電阻R1和R2的節(jié)點(diǎn)上；Vbias3電壓控制作為峰值調(diào)整開關(guān)的兩個(gè)三極管SW3和SW4。這里，信號(hào)的峰值被矯正二極管設(shè)為相等的值，從而消除了該信號(hào)對(duì)的任何DC偏移。圖5a示出了正負(fù)信號(hào)之間沒有DC偏移的情況下，差別信號(hào)對(duì)的波形。圖5b示出了有DC偏移的情況下，差別信號(hào)對(duì)的波形。本發(fā)明用于差別信號(hào)對(duì)的電路消除了DC偏移，以便信號(hào)對(duì)可以被正確的處理。需要注意的是，在應(yīng)用于差別信號(hào)對(duì)及其組合時(shí)，對(duì)圖2a-圖2d中出現(xiàn)的電路進(jìn)行組合也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
這里所描述的電路可以由與集電極端子與基極端子相連接的NPN型雙極結(jié)型晶體管(BJT)作為有效二極管來實(shí)現(xiàn)。但是，諸如二極管、柵極和漏極節(jié)點(diǎn)相連接的NMOS或PMOS器件等具有整流特性的其它類型的器件也可以被使用。
其它可選擇的實(shí)現(xiàn)方式應(yīng)注意，盡管本發(fā)明揭示了涉及峰值調(diào)整的方法，但是應(yīng)當(dāng)這樣理解，其它的調(diào)整方法也同樣可以被利用，其中包括但不限于平均峰值調(diào)整，平均正峰值調(diào)整或平均正負(fù)峰值兩者的調(diào)整等等。另外有許多利用信號(hào)調(diào)整方法的其它途徑。例如，也可以用于調(diào)整負(fù)電壓電平中的信號(hào)電平。具體的做法是，輸出節(jié)點(diǎn)需要先放電到一個(gè)較低的電平，然后上拉二極管被用于調(diào)整負(fù)峰值。需要注意的是，在本公開中所用的“峰值”一詞用于描述最大信號(hào)電平其通常是正值(有時(shí)被稱為正峰值)和最小信號(hào)值(有時(shí)被稱為負(fù)峰值)兩者。
盡管結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但應(yīng)該明白，本發(fā)明并不限于這些特殊的實(shí)施例。本發(fā)明人的意圖是，應(yīng)該以隨后的權(quán)利要求書所反映出最大范圍的含義來理解和解釋本發(fā)明。因此，這些權(quán)利要求應(yīng)該被理解為不僅并入了這里所描述的較佳實(shí)施例，并且并入了對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的其他和進(jìn)一步的另選例和變型例。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)調(diào)整電路，包括一具有第一端和第二端的電容，所述第一端與輸入節(jié)點(diǎn)連接，所述第二端與輸出節(jié)點(diǎn)連接；一電阻，所述電阻的第一端與所述的輸出節(jié)點(diǎn)連接，所述電阻的第二端與第一偏移電壓源相連接；以及一峰值調(diào)整電路，該峰值調(diào)整電路的第一端與所述的輸出節(jié)點(diǎn)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述的調(diào)整電路包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)具有與所述輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端和與第二偏移電壓相連接的第二端；所述第二開關(guān)具有與所述輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端和與第三偏移電壓相連接的第二端。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述的第一開關(guān)為晶體管。
4.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述的第一開關(guān)為MOS晶體管。
5.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述的第二開關(guān)為電壓隨動(dòng)開關(guān)。
6.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述的第二開關(guān)為二極管連接的晶體管。
7.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，所述的第二開關(guān)為二極管。
8.一種信號(hào)調(diào)整方法，其中包括以下步驟采用第二偏移電壓和第三偏移電壓鉗位所述的信號(hào)；釋放所述的第二偏移電壓以允許調(diào)整所述的信號(hào)；以及改變所述的第三偏移電壓以影響所述信號(hào)的峰值電平。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括一附加步驟，該步驟在用于調(diào)整所述第三偏移電壓的所述改變步驟之后，用于防止改變的信號(hào)漂移。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對(duì)于正峰值調(diào)整，所述的第二偏移電壓相對(duì)高于所述的第三偏移電壓；對(duì)于負(fù)峰值調(diào)整，所述的第二偏移電壓相對(duì)低于所述的第三偏移電壓。
11.一種從差別信號(hào)對(duì)中消除直流偏移的電路，所述的差別信號(hào)對(duì)具有第一信號(hào)和第二信號(hào)，所述電路包括具有第一端和第二端的第一電容，所述的第一端與第一輸入節(jié)點(diǎn)連接，用于接收所述的第一信號(hào)，所述的第二端與第一輸出節(jié)點(diǎn)連接；具有第一端和第二端的第二電容，所述的第一端與第二輸入節(jié)點(diǎn)連接，用于接收所述的第二信號(hào)，所述的第二端與第二輸出節(jié)點(diǎn)連接；第一電阻，具有與所述的第一輸出節(jié)點(diǎn)相連接的第一端，和與第一偏移電壓源相連接的第二端；第二電阻，具有與所述的第二輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端，和與第一偏移電壓源相連接的第二端；以及一調(diào)整電路，該調(diào)整電路的第一端與所述的第一輸出節(jié)點(diǎn)連接，該調(diào)整電路的第二端與所述的第二輸出節(jié)點(diǎn)連接。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其特征在于，所述的調(diào)整電路包括第一開關(guān)，所述第一開關(guān)具有與所述的第一輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端，和與第二偏移電壓相連接的第二端；第二開關(guān)，所述第二開關(guān)具有與所述的第二輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端，和與所述第二偏移電壓相連接的第二端；第三開關(guān)，所述第三開關(guān)具有與所述的第一輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端，和與第三偏移電壓相連接的第二端；以及第四開關(guān)，所述第四開關(guān)具有與所述的第二輸出節(jié)點(diǎn)連接的第一端，和與所述第三偏移電壓相連接的第二端。
13.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第一開關(guān)為MOS晶體管。
14.如權(quán)利要求12所述的的電路，其特征在于，所述的第二開關(guān)為MOS晶體管。
15.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第三開關(guān)為電壓隨動(dòng)開關(guān)。
16.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第三開關(guān)為二極管連接的晶體管。
17.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第三開關(guān)為二極管。
18.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第四開關(guān)為電壓隨動(dòng)開關(guān)。
19.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第四開關(guān)為二極管連接的晶體管。
20.如權(quán)利要求12所述的電路，其特征在于，所述的第四開關(guān)為二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開了被設(shè)計(jì)為用于快速完成輸入信號(hào)幅度水平的調(diào)整并去除DC偏移電壓的電路和方法，在接收模擬電路中的低頻信號(hào)損失最小。利用該極大創(chuàng)新的用于信號(hào)峰調(diào)整的電路和方法，所公開的電路和方法實(shí)現(xiàn)了快速的完成，而輸入信號(hào)不會(huì)明顯衰減。峰調(diào)整電路和方法可以與常規(guī)RCAC耦合電路一起實(shí)現(xiàn)。在將該調(diào)整電路和方法應(yīng)用到差別信號(hào)對(duì)時(shí)，可以很容易地去除DC偏移。
文檔編號(hào)H04L25/02GK1809961SQ200480017473
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月1日
發(fā)明者曹堪宇, 范一平, 李虹宇, 趙介元 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司