专利名称：一种具有连续截止频率转换的快速稳定直流偏移消除电路的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及信号调整电路，其特别涉及用于快速稳定(fast-settling)信号调整和直流偏移消除的电路。
背景技术：
在处理一个接收到的信号时，往往期望所接收到的信号能够快速地稳定以便对该信号进行处理。但是，该信号在流中传播或在电路中进行处理时，不期望的直流(DC)偏移分量可能会导入来自多个信源的接收到的信号之中。这些引起失真的信号将很难被解码，所以会导致进一步的复杂化，并对下游电路产生不期望的偏移。因此，消除这个不期望的直流偏移分量和使接收信号快速地稳定成为了许多申请的重要课题。
例如，由于零中间频率(Zero-IF)结构对通道选择滤波器和放大器的要求较低，所以在用于射频(RF)接收机的模拟基带电路中，上述零中间频率(Zero-IF)结构已经成为非常普遍的结构。这类结构要求以具有近乎于零振幅的低频率对接收到的信号进行处理。因此，消除那些由失配、本机振荡器(LO)漏损或自混频而产生的不期望的DC偏移是一个紧迫的课题。
在现有技术中，许多收发机采用校准技术来消除DC偏移。尽管校准技术可以有效消除因失配和本机振荡器漏损而产生的DC偏移，但是由强干扰的自混频和其它相关信源的运行而引起的DC偏移却不能被轻易地预报和消除。而且校准技术也会增加电路的复杂度，并且需要模拟和数字接收机芯片之间的紧密的协作。
另一种DC偏移消除的方法是插入一个简单的RC滤波器，如图1所示，对下面的电路而言，其采用电容来阻塞DC电平，并采用电阻来提供DC偏压。为了减少信号强度的衰减和群时延，该RC电路的截止频率(Cut-offfrequency)应足够低，为了在要求的时间内能够稳定到接近标准中所规定的渐近线的状态，该RC电路的截止频率应足够高。例如，在用于无线本地局域网(W-LAN)应用的IEEE802.11标准中，小于10KHZ的截止频率是所期望的。这个具有如此低频率的电路的一个自然执行会花费数百微秒来达到稳定。但是，该标准要求DC偏移消除电路在一个800ns的周期内达到稳定，这比前者低三个数量级。以前由其他人所做的工作已实现了一种可转换的RC滤波器，该RC滤波器可以在三个或更多的不连续步骤中将截止频率从高转换为低。这种方法不能可靠地稳定，因为不连续的转换动作本身将产生DC偏移，这依赖于转换瞬间的输入和输出上的信号电平。因转换而引起的DC偏移的基本原因将在下面所公开的内容中进行更详细的解释。
在对如图1所示的一个简单的RC滤波器进行分析时，可以推导出一个微分等式来说明滤波器在时间范围内的运行状态。
Cd(Vout-Vin)dt=-VoutR---(1)]]>其具有的初始化条件Vout|t＝0＝V0(2)解是Vout=∫0tp(t′)dVin(t′)dt′dt′+V0p(t),]]>p(t)=e∫0t(RC)-1dt′---(3)]]>将截止频率fT定义为fT=12πRC---(4)]]>设在时间t＝t0，截止频率从fT转换为fT’，输入信号可以被分解为Vin=Σn=0mAnej(ωnt+φn)---(5)]]>如果假设ωT为定值，则可以推导出下式
Vout=Σn=1m{11-jωTωnAnej(ωnt+φn)+V0p(t)-Anejφnp(t)·11-jωTωN}---(6)]]>在等式(6)中可明显看出，输出电压由三部分构成括号中的第一项表示所期望的信号；通过初始化输出电压而引起的衰变电压；以及在初始时刻由瞬间输入信号电平而引起的衰变项。等式(6)表示频率转换本身导入其它的DC偏移电压而从输入将DC偏移变化消除。这个由转换而引起的DC偏移与输入信号振幅成比例，并且依赖于转换瞬间输入和输出上的信号电平。这里所需要的是以快速和有效的方式消除这个DC偏移电压，以便从信号中提取信息。
如果在t＝0时刻，截止频率ωT转换为ωT’之前，系统是稳定的状态，则输出电压为Vout=Σn=1m{11-jωT′ωnAnej(ωnt+φn)+Anejφnp(t)(11-jωT′ωn-11-jωTωn)}]]>=Σn=1m{11-jωT′ωNAnej(ωnt+φn)+Anejφnp(t)·(j(ωT′-ωT)/ωn(1-jωT′ωN)(1-jωTωN))}---(7)]]>从式(7)中可明显看出，右边的第二项，频率转换方案中的DC偏移大致上与转换频率的差成比例。式(7)还示出为了将转换所导致的DC偏移降到最小，非常需要有一个平稳而连续的频率变化。
基于已形成的数学模型，期望得到用于连续频率转换的创新电路和方法，以克服现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有连续频率转换的DC偏移消除电路。
本发明的另一个目的在于提供一种用于DC偏移消除的连续可变阻抗控制电路。
本发明还有一个目的，即提供一种用于DC偏移消除的电流连续控制的可变阻抗控制电路。
简要地讲，本发明揭示了一种具有连续截止频率转换的快速稳定DC偏移消除电路。在较佳实施例中，采用接收差分信号对的一对RC滤波器以及一个连续的可变阻抗控制电路来实现本发明的电路。该控制电路可以由电流控制或电压控制来实现接收信号的快速稳定和DC偏移分量的消除。另外，通过采用一由电流控制的可变阻抗电路，RC滤波器的截止频率能够以连续的方式从高向低倾斜，因此将DC偏移的产生降到最小。
本发明的优点在于提供了用于DC偏移消除的具有连续频率转换的电路。
本发明的另一个优点在于提供了用于DC偏移消除的连续可变阻抗控制电路。
本发明的再一个优点在于提供了用于DC偏移消除的电流连续控制的可变阻抗控制电路。
图1为一个简单的RC滤波器电路图；图2为本发明较佳实施例的AC耦合的连续截止频率转换电路图；图3为本发明较佳实施例的电流控制可变电阻的电路图；图4为本发明较佳实施例的具体实现电路图；图5a-5d为图4所示电路的变量变化状态曲线；图6为在1MHz和10MHz且tX＝400ns，finit＝3.2MHz时，配合输入信号计算信号输出电压的曲线。
具体实施例方式
在本发明的当前较佳实施例中，如图2所示，其中的电路包括第一电容，该第一电容的一端与一输入节点连接，该第一电容的第二端与第一输出节点连接；第二电容，该第二电容的一端与第二输入节点连接，该第二电容的第二端与第二输出节点连接；第一可变电阻，该第一可变电阻的第一端与第一输出节点连接，该第一可变电阻的第二端与共态电压源Vcm连接；第二可变电阻，该第二可变电阻的第一端与第二输出节点连接，该第二可变电阻的第二端与共态电压源Vcm连接；连续可变阻抗控制电路，与共态电压源Vcm的节点连接。对该电路输入一差分信号对，该电路快速稳定并从差分信号对中消除DC偏移。
参看图3，在当前较佳实施例的中，揭示了一种采用MOS装置的连续可变电阻，该MOS装置用于电流控制的可变阻抗。构成一种具有时间变化截止频率的RC滤波器。在本实施例中，一个宽的PMOS晶体管(就晶体管通道的长度与宽度的比率而言)PMct1在饱和区工作，迫使晶体管PMmir的漏极到源极的电压(Vds)小于其饱和电压(Vdsat)并在线性区运行。它也将把晶体管PMmir的Vds稳定到接近于Vdd-Vbias-Vth，其中Vth是PMct1的阈值电压，Vbias是在线性区提供调整PMmir的偏移电压。在PMct1的漏极具有栅极自偏移，PMmir的通道阻抗约为Rvar≅Vdd-Vbias-VthIcontrol---(8)]]>由于PMres漏极的DC工作电压典型地位于Vcm，所以它也在线性区工作。此处Vcm＝Vdd。PMres的栅极也被限制为Vg，因此，它的通道阻抗等于PMmir的通道阻抗，即Rvar。在该方式中，构成一种由电流源Icontrol控制的可变阻抗。通过控制所述电流源，所述RC滤波器的截止频率以连续的方式被从高倾斜到低，从而避免了DC偏移的产生。需要注意的是，尽管在此示出和说明的是电流控制电路，但是也可采用电压控制电路。在本实施例中，优先采用电流控制电路而不是采用电压控制电路，是因为电流控制电路能够更准确地限定可变通道阻抗。
在应用图3所示的连续可变阻抗电路时，图2中的本发明电路的一个具体实施例由图4示出。在本实施例中，第一输入节点Vin1与第一电容C1串连，然后连接到第一输出节点Vout1；第二输入节点Vin2与第二电容C2串连，然后连接到第二输出节点Vout2。电阻R1max和R2max分别与各自的输出节点连接，且用于在所期望的频率中设立稳定状态的转角频率(coner frequency)，即10KHz。尽管它们是可选择的，但仍使用这些固定电阻，因为可变电阻电路难以单独维持精确的大阻抗值。这些电阻与连续可变阻抗控制单元10并联。该控制单元10也执行DC偏移的消除功能和信号对的稳定功能。在本实施例中有一个第一晶体管PM1res，该PM1res用于控制提供给作用于来自第一输入节点Vin1的信号的第一RC滤波器的阻抗，以及一第二晶体管PM2res，该PM2res用于控制提供给作用于来自第二输入节点的信号的第二RC滤波器的阻抗。
控制电路单元12提供控制信号，以为所述电路产生连续可变阻抗。与图3相似，有一反射晶体管(mirroring transistor)PMmir和一控制晶体管PMct1。插入一上拉电阻(pull-up resistor)Rpullup，用于在完成时段后完全关闭可变电阻电路，以确保稳定电路不会对高通RC滤波器(Rmax1，Rmax2，C1和C2)的特性造成影响。控制电流产生子电路由两个NPN型晶体管NPN1和NPN2、两个阻值为Rdeg的衰减电阻、一电容Ccharge、一开关SW1来实现。构成RC电路(Rdeg和Ccharge)以产生随时间而减少的电流。
本发明电路的执行如图5a-5d所示。在稳定时段的开始，开关SW1闭合以将Icontrol设定在Ibias的最大值。在时间常量t1将其打开之前，Vx为0，并且截止频率处于高的值(finit～3MHz)。如果t1约为100nSec，那么在该时段内来自输入的瞬时DC偏移就被稳定在其初始值的15％。当SW1在t1时刻被打开后，控制电流在时间常量tx中接近指数的减少，其中tx≈1RdegCcharge---(9)]]>
将SW1打开后，当Vx达到约为Rdeg*Ibias时，Ibias减少到接近于零，且截止频率达到与R1max和C1的值以及R2max和C2的值相一致的稳定状态。如图5d所示，tx是具有振幅A的finit减少到振幅A/e的时段，采用等式(3)、(8)和(9)可对稳定性能进行估计。
因为不能得到分析结果，所以用微软Excel作数值计算以提供该电路执行情况的分析样本。如果finit约为3.2MHz，tx为400n秒，那么初始的瞬间DC偏移和由于瞬时输出电压(V0)的转换导致的DC偏移在700n秒内能够被进一步地衰减700倍以上。计算出的具有最差情况初始状态的两个单音信号正弦波的输出波形在图6中示出。从该图中可以明显看出，来自瞬时输入电压的转换导致的DC偏移在700n秒内小于信号振幅的10％。
也可以使用具有可变通道阻抗特性的其它类型的装置，如NMOS或者其它类型的FET装置。需要注意的是，就给出的晶体管装置的节点而言，仅示出了一种结构中的漏极和源极节点，而在实践中也许存在位置上的互换，而且性能也可能衰变(特别是当BJT装置的发射器节点与集电极节点位置互换时)。在实现方面，在0.35um的SiGe BiCMOS过程中来设计并实现DC偏移消除电路。
尽管结合特定的优选实施例对本发明进行了说明，但应该明白，本发明并不限于这些具体的实施例。本发明人的意图是，应该以随后的权利要求书所反映出最大范围的含义来理解和解释本发明。因此，这些权利要求应该被理解为不仅并入了这里所描述的较佳实施例，并且并入了对本领域普通技术人员来说显而易见的其他和进一步的另选例和变型例。
权利要求
1.一种用于快速稳定接收到的差分信号对的电路，包括第一电容，该第一电容具有与第一输入节点相连接的第一端和与第一输出节点相连接的第二端；第二电容，该第二电容具有与第二输入节点相连接的第一端和与第二输出节点相连接的第二端；第一可变电阻，该第一可变电阻具有与所述的第一输出节点相连接的第一端和与公用电压源相连接的第二端；第二可变电阻，该第二可变电阻具有与所述的第二输出节点相连接的第一端和与所述的公用电压源相连接的第二端；以及与所述公用电压源相连接的控制电路。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述的第一可变电阻和所述的第二可变电阻包括第一电阻，该第一电阻具有与所述的第一输出节点相连接的第一端和与公用电压源相连接的第二端；第一阻抗晶体管(resistance transistor)，该第一阻抗晶体管具有与所述的第一输出节点相连接的第一节点、与所述公用电压源相连接的第二节点、和栅极节点；第二电阻，该第二电阻具有与所述的第二输出节点相连接的第一端和与所述公用电压源相连接的第二端；第二阻抗晶体管，该第二阻抗晶体管具有与所述的第二输出节点相连接的第一节点、与所述公用电压源相连接的第二节点、和栅极节点；反射晶体管(mirror transistor)，该反射晶体管具有第一节点，与所述公用电压源相连接的第二节点，与所述第一阻抗晶体管栅极节点及所述第二阻抗晶体管栅极节点均相连接的栅极节点；控制晶体管，该控制晶体管具有与所述反射晶体管栅极节点相连接的第一节点，与所述反射晶体管第一节点相连接的第二节点，与偏移电压源相连接的栅极节点；以及与所述控制晶体管的所述第一节点相连接的子控制电路。
3.如权利要求2所述的电路，其中所述的子控制电路是由电流控制的。
4.如权利要求2所述的电路，其中所述的子控制电路是由电压控制的。
5.如权利要求2所述的电路，其中所述的第一节点由漏极节点或源极节点构成。
6.如权利要求5所述的电路，其中所述的第二节点由漏极节点或源极节点构成。
7.一种如权利要求3所述的方法，其中所述的电流控制电路包括具有发射极节点、与所述控制晶体管的所述第一节点相连接的集电极节点和基极节点的第一电流晶体管；具有发射极节点、与恒流源相连接的集电极节点和基极节点的第二电流晶体管；所述的基极节点与所述的集电极节点及第一电流晶体管的所述的基极节点均相连接；具有与所述第一电流晶体管的所述发射极节点相连接的第一端和第二端的第一衰减电阻；具有与所述第二电流晶体管的所述发射极节点相连接的第一端和接地的第二端的第二衰减电阻；具有与所述第一衰减电阻的第二端相连接的第一端和接地的第二端的充电电容；以及具有与所述第一衰减电阻的第二端相连接的第一端和接地的第二端的第一开关。
8.一种用于快速稳定接收到的差分信号对的电路，包括第一电容，该第一电容具有与第一输入节点相连接的第一端和与第一输出节点相连接的第二端；第二电容，该第二电容具有与第二输入节点相连接的第一端和与第二输出节点相连接的第二端；第一电阻，该第一电阻具有与所述的第一输出节点相连接的第一端和与公用电压源相连接的第二端；第一阻抗晶体管(resistance transistor)，该第一阻抗晶体管具有与所述的第一输出节点相连接的第一节点、与所述公用电压源相连接的第二节点和栅极节点；第二电阻，该第二电阻具有与所述的第二输出节点相连接的第一端和与所述公用电压源相连接的第二端；第二阻抗晶体管，该第二阻抗晶体管具有与所述的第二输出节点相连接的第一节点、与所述公用电压源相连接的第二节点和栅极节点；反射晶体管(mirror transistor)，该反射晶体管具有第一节点，与所述公用电压源相连接的第二节点，与所述第一阻抗晶体管栅极节点及所述第二阻抗晶体管栅极节点均相连接的栅极节点；控制晶体管，该控制晶体管具有与所述反射晶体管栅极节点相连接的第一节点，与所述反射晶体管第一节点相连接的第二节点，与偏移电压源相连接的栅极节点；以及与所述控制晶体管的所述第一节点相连接的控制电流产生子电路。
9.如权利要求8所述的电路，其中所述的控制子电路是由电流控制的。
10.一种如权利要求8所述的方法，其中所述的电流控制电路包括具有发射极节点、与所述控制晶体管的所述第一节点相连接的集电极节点和基极节点的第一电流晶体管；具有发射极节点、与恒流源相连接的集电极节点和基极节点的第二电流晶体管；所述的基极节点与所述的集电极节点及第一电流晶体管的所述的基极节点均相连接；具有与所述第一电流晶体管的所述发射极节点相连接的第一端和第二端的第一衰减电阻；具有与所述第二电流晶体管的所述发射极节点相连接的第一端和接地的第二端的第二衰减电阻；具有与所述第一衰减电阻的第二端相连接的第一端和接地的第二端的充电电容；以及具有与所述第一衰减电阻的第二端相连接的第一端和接地的第二端的第一开关。
11.如权利要求8所述的电路，其中所述的第一节点由漏极节点或源极节点构成。
12.如权利要求11所述的电路，其中所述的第二节点由漏极节点或源极节点构成。
全文摘要
本发明揭示了一种具有连续截止频率转换的快速稳定DC偏移消除的电路。在较佳的实施例中，该电路由用于接收差分信号对的一对RC滤波器和连续可变阻抗控制电路来实现。该控制电路可以由电流控制，也可以由电压控制，以快速稳定接收到的信号和消除DC偏移分量。另外，通过采用电流控制的控制电路，RC滤波器的截止频率以连续的方式从高向低倾斜，因此将DC偏移的产生降到最小。
文档编号H04B1/30GK1826724SQ200480020852
公开日2006年8月30日 申请日期2004年4月27日 优先权日2003年5月21日
发明者曹堪宇, 陈东山, 李虹宇, 赵介元 申请人:联发科技股份有限公司