[发明专利]直流失调消除电路

说明书

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子学的射频与模拟集成电路设计领域，特别是一种直流失调消除电路。

背景技术

近年来无线通信技术发展迅速，智能手机、平板电脑等便携式终端逐渐成为了人们日常生活中不可或缺的工具，低功耗、高集成度的无线收发机设计变得非常重要。无线收发机中，接收机的设计往往非常关键。

直接变频结构因其集成度高、功耗低、成本低而成为大多数收发机的首选结构。但是直接变频结构有一些固有的缺点，其中由于自混频、电路元件的误差和失配、奇数阶非线性会产生直流失调。

在直接下变频的架构中，下变频后的中频信号频带接近于直流，直流失调电压会恶化有用信号，更严重的情况下直流失调被逐级放大，使得主信号链路直流工作点偏移甚至饱和。所以直流失调消除电路在直接变频接收机设计中非常重要。常用的直流失调消除电路有模拟消除方法和混合信号校准方法。

模拟消除方法有交流耦合、直流反馈和前馈。交流耦合依赖于隔直电容来消除直流失调，需要很大的电阻和电容，占用很大面积且不易集成，这种方法有很大的局限性。另一种模拟消除直流失调的方法是直流负反馈技术，其基本原理是检测输出端的直流偏移信号将其转换成电压或电流信号，从输入端减去从而调整最终输出。这种方法可以有效消除整个接收机的直流失调，而且连续工作还可以消除动态直流失调。混合信号校准方法是检测输出端直流失调信号，利用数字电路来控制相关电路的直流电平，这种方法需要设计复杂的直流失调算法和数模混合电路，不利于提高集成度和降低成本。通常直流负反馈技术最为常用。

如图1所示，常用的直流负反馈技术的电路实现结构中，在主信号通路上加上一个直流负反馈回路。取出的输出直流失调量通过低通滤波器后进入跨导级，将失调电压变化为校正电流反馈给输入端抵消失调。图1是一种直流负反馈技术的电路实现结构，低通滤波器检测输出端的直流失调电压，送给PMOS晶体管的栅极，产生矫正电流并流经前级电路的输出阻抗Rse，产生一个矫正电压来抵消直流失调。文献“Gatta F, Manstretta D, Rossi P, et al. A fully integrated 0.18-μm CMOS direct conversion receiver front-end with on-chip LO for UMTS[J]. Solid-State Circuits, IEEE Journal of, 2004, 39(1): 15-23.”（参考文献1）则用NMOS作为校正跨导。用单组PMOS或单组NMOS作为矫正跨导，电路简单易行，但跨导级中存在静态电流通过主信号链路，在没有失调的情况下仍然存在静态电流，静态电流不断抬高了级联放大器的共模电压，影响主信号链路的正常工作点。这种单极晶体管构成的跨导级，跨导值不大，直流失调消除效果不好。

文献“Mak P, U S, Martins R P. On the Design of a Programmable-Gain Amplifier With Built-In Compact DC-Offset Cancellers for Very Low-Voltage WLAN Systems[J]. Circuits and Systems I: Regular Papers, IEEE Transactions on, 2008, 55(2):496 - 509.”（参考文献2）中为了提高跨导值，同时消除静态电流，用CMOS反相器代替单组PMOS管跨导。利用反相器推挽输出的特点，将直流失调电压转换成合适的矫正电流输出。在没有失调的情况下，设计反相器没有电流输出，这样优化了单组PMOS管跨导共模电压抬高的缺点。但在实际应用中，反相器的输出端共模电压对输入失调非常敏感，主放大器存在直流失调时，反相器的输出端共模电压会影响主信号链路的正常工作点，该方法存在很大的不可靠性。

需要指出的是，图1中所示的电阻Rse是前级电路的输出阻抗，依赖矫正电流在Rse上产生校正的电压来抵消直流失调，所以直流失调能力受前级电路输出阻抗影响很大。文献“周嘉业. 射频接收机中自动增益控制电路的研究与设计[M]. 硕士论文, 复旦大学, 2009.”（参考文献3）中采用串联校正电阻的方法减轻前级电路的输出阻抗的影响，但是其矫正电阻上有较大的直流电流和直流压降，影响了主信号通路上的直流工作点。

综合上述，传统的直流负反馈结构中，存在校正跨导输出端共模电压影响主信号通路，直流失调能力依赖于前级电路输出阻抗，和矫正电阻上有直流电流的问题。

发明内容