[发明专利]一种无线中频接收电路系统的直流偏差校正方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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（Direct Conversion）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（Direct Conversion)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。

发明内容

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，本发明在严格理论分析的基础上，提出了一种无线中频接收电路系统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.  基带数字化直流偏差取样平均模块；

c.  直流偏差取样校正电路；

d.  中频接收器电路直流偏差固定的校正。

优选的，所述电路系统设计包括：

a.  在中频接收和复数带通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 ；

b.  直流偏差校正电流补偿点有三处：  Ii2是在I通道输入电阻Ri之前接入，以消除来自于前一级混频器I通道输出的直流偏差；Iq2是在Q通道输入电阻Ri之前接入，以消除来自于前一级混频器I通道输出的直流偏差；Iq1 是在通道输入电阻Ri之后接入，以消除来自于Q通道运算放大器输入端的直流偏差；

c.  之所以I通道运算放大器输入端的直流偏差不需要补偿（没有电流源Ii1)是因为在权利要求2a中使用同样阻值的衰减反馈电阻R和耦合频移电阻R0，所以在 I通道运算放大器直流偏差在输出端产生的效应已经抵销为零。