专利名称：一种用于快速完成信号调整和直流偏移消除的电路及方法
技术领域：
本发明一般涉及用于信号调整的电路和方法，其特别涉及一种用于快速完成信号调整和直流偏移消除的电路及方法。
背景技术：
在处理已接收的信号时，该信号也许会有不受欢迎的直流(DC)偏移分量，该直流偏移分量不是原始信号的一部分。该DC偏移分量可能是信号在电路中处理时或在传输时，由多种信源所引入的。该直流偏移分量会引起失真，并且会对下游电路产生进一步的不受欢迎的影响。因此，该不受欢迎的DC偏移分量的消除已经成为许多应用中的重要课题。此外，经处理的接收信号可能会发生漂移，使得该接收的信号不再与原始信号的DC电平相一致。因而该信号需要被调整回原始的电平或被调整为期望的电平。
例如，由于对通道选择滤波器和放大器的要求较低，所以在射频(RF)接收机中，零中频(Zero-IF)结构已经成为非常普遍的结构。这类结构要求对信号以近乎于零的低频率进行处理。因此，消除那些由失配、本机振荡器漏损、或不损坏低频信号的自混频而产生的不受欢迎的DC偏移是一个紧迫的课题。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与操作相关的信源引起的DC偏移却不能被轻易的预报和消除。而且校准技术也会大幅度地增加电路的复杂度，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简单的RC滤波器，如图1所示，其采用电容来阻止DC电平，并采用电阻为后续电路提供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-off frequency)应足够的低，而为了在标准所规定的要求时间内能够完成到接近渐近线状态(asymptotic state)，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。具有如此低频率电路的自然实现( implementation)要花费数百微秒来完成。但是，该标准还要求DC偏移消除电路在800ns的期间内完成，这比前者低三个数量级。实现前述工作的其他方法是采用可转换RC滤波器，该RC滤波器可以在三步或更多的步骤中将截止频率从高转换为低。这个方法不能可靠地稳定，因为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偏移的根本原因将在以下的揭示中进行更详细的解释。
在对如图1所示的简单的RC滤波器进行分析时，可以推导出用于说明滤波器在时间范围内的运行状态的微分等式。
Cd(Vout-Vin)dt=-VoutR---(1)]]>其具有的初始条件为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ωT＝2πfT被假设为定值，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；由初始条件的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)表示了，在从输入中消除DC偏移变化时，频率转换本身便会导致其它的DC偏移电压。该因转换而引起的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。这里具有的一个挑战是，以快速和有效的方式消除该DC偏移电压，以便使从信号中提取信息。
因而期待创新的电路和方法来快速完成信号调整并消除DC偏移，以克服上述现有技术中的缺陷。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种用于快速稳定具有低截止频率的信号的电路和方法；本发明的另一个目的是提供一种用于信号调整的电路和方法；本发明还有一个目的，即提供一种用于从信号中消除DC偏移的电路和方法。
简要地讲，公开了快速完成信号调整和快速完成DC偏移消除的电路及方法。在本发明的一个优选实施例中，在输入信号的处理过程中，一个电路包括一电容，该电容的一端与一输入节点连接，用于接收输入信号，该电容的第二端与一输出节点连接；一电阻，该电阻的一端与所述的输出节点连接，该电阻的第二端与第一偏移电压信源相连接；
一调整器，该调整器的一端与输出节点连接，用于调整输入信号的峰值电平。该调整器能够以多种方式实施。在处理输入信号的过程中，首先通过使用两个偏移电压钳位输入信号，然后被释放并逐渐降低到所期望的DC电平。在本发明的另外一个优选实施例中，在一差别信号对(differential signalpair)的处理过程中，本发明的信号调整电路被并联，用于将所述的差别信号对调整为相同的DC电平，并且有效消除了所述差别信号对中的任何DC偏移。
本发明的有益效果在于，提供了用于快速完成具有低截止频率的信号的电路和方法；本发明的有益效果还在于提供了用于信号调整的电路和方法；本发明的有益效果也在于提供了用于从信号中消除DC偏移的电路和方法。
图1示出了简单的RC滤波器；图2a示出了本发明的AC耦合信号电路的概括的实施方式；图2b1示出了本发明的当前优选实施例的具有电压随动开关的AC耦合信号调整电路；图2b2示出了作为Va的函数的SW2的阻抗；图2c示出了本发明的一可选实施例；图2d示出了本发明的另一可选实施例；图3a-3d示出了图2c所示电路的节点的各种状态；图4示出了用于消除DC偏移的电路的当前优选实施例的示意图；图5a示出了没有DC偏移的差别信号对；以及图5b示出了具有DC偏移的差别信号对。
具体实施例方式
当如图1所示的电路工作在10KHz的低顶点频率时，从至少为300KHz的输入信号的角度来看，输出节点Vout可以被看作浮动节点(floating node)。图2a示出了本发明的一般实施例，其中所揭示的电路包括一电容，该电容的一端与一输入节点Vin连接，该电容的另一端与一输出节点Vout连接；通过电阻R的电压Vbias1为Vout提供DC偏移；以及一调整电路，用于对调整的输入信号进行微调。在该优选的实施例中，所述的调整电路是峰值调整电路。
在本发明的当前的优选实施例中，参照图2b1，图2a中的调整器电路10通过两部分来实现一端具有电压Vbias2，另一端与Vout节点相连接的开关SW1；以及电压随动开关SW2，该SW2的一端具有电压Vbias3，另一端同样与Vout节点相连接。参照图2b2，电压随动开关SW2根据Vbias3与Vout的相对电压电平Va而打开或闭合。如果Vbias3与Vout之间的差值足够高(如果该SW2是由二极管连接的三极管或二极管实现的，则指二极管压降电压)，则SW2闭合，如果Vbias3与Vout之间的差值低，则SW2打开，在理想的情况14中，SW2的打开和闭合之间跨越了小的电压间距。但是在实际的二极管开关的情况中，即情况16中，SW2逐渐的打开和闭合。参见图2c，在另选的实施例中，电压随动开关采用NPN型三极管来实现。参见图2d，在又一可选的实施例中，电压随动开关采用二极管来实现。需要注意的是任何适用类型的电压随动开关，如各种类型的三极管和二极管，都可能被采用。进一步需要注意的是，调整器电路的SW1也可以采用特定类型的晶体管来实现。这里，参见图2c，在操作中，如果通过SW1将输出节点的电压预充电到到Vbias2，那么当SW1打开后，调整电路被激活，二极管连接的NPN三极管将减小Vout节点上的DC电压，直到它的峰值电压不能开启该放电二极管为止。因此，由于Vbias3电压影响了电平，使得输入信号被调整。
对于图2c所示电路的运行状况的细节，结合图3a-图3d描述如下。这里，假设NPN的开启电压为VBE，且大约为0.7V。当电路需要在时刻t＝0的瞬间执行信号调整时，SW1闭合(参见图3a)，并且Vout被预充电到Vbias2的电压(参见图3d)。参照图3b，电压Vbias3保持关闭状态，此时(Vbias3+二极管压降(0.7V))≥Vbias2，使得从Vbias2到Vbias3没有大的DC漏电流。在该时段中，输入信号可以被假定为被预充电的Vbias2所建立和钳制。在时刻t1，SW1被打开。通过打开SW1，对Vout的钳制被释放从而允许调节Vout电压。在此时，如前述部分所解释的，因转换而引起的DC偏移由转换电路部分自身所产生，这引起了输入信号在DC偏移方面上的失真。从时刻t1开始经过一个非常短的时段后，在时刻t2，电压Vbias3被降低到预先定义的电压V1，V1可以是任何电平并且在此处示出为明显低于Vbias2减去VBE(Vbias2-VBE)的电压。以这种方式，Vout放电直到输入信号的峰值信号值低于(Vbias3+VBE)。在时刻t3，作为一个选项，Vbias3被增加到Vbias2的电压电平，以便完全消除调整电路的影响，从而防止意外的不受欢迎的影响。
在本发明的可选的优选实施例中，将图2a-图2d中所示的电路扩展到差别信号对，图4示出了本发明用于处理差别信号对的实施例，与图2a-图2d中所描述的相似的电路被用于输入信号的每一路，即正的Vin-p，和负的Vin-n。这里三极管SW1和SW2代替了连接Vout和Vbias2的开关，这些三极管由施加在Vswitch节点上的电压所控制，用于使三极管导通或截止；Vbias1电压同样施加在到电阻R1和R2的节点上；Vbias3电压控制作为峰值调整开关的两个三极管SW3和SW4。这里，信号的峰值被矫正二极管设为相等的值，从而消除了该信号对的任何DC偏移。图5a示出了正负信号之间没有DC偏移的情况下，差别信号对的波形。图5b示出了有DC偏移的情况下，差别信号对的波形。本发明用于差别信号对的电路消除了DC偏移，以便信号对可以被正确的处理。需要注意的是，在应用于差别信号对及其组合时，对图2a-图2d中出现的电路进行组合也在本发明的保护范围内。
这里所描述的电路可以由与集电极端子与基极端子相连接的NPN型双极结型晶体管(BJT)作为有效二极管来实现。但是，诸如二极管、栅极和漏极节点相连接的NMOS或PMOS器件等具有整流特性的其它类型的器件也可以被使用。
其它可选择的实现方式应注意，尽管本发明揭示了涉及峰值调整的方法，但是应当这样理解，其它的调整方法也同样可以被利用，其中包括但不限于平均峰值调整，平均正峰值调整或平均正负峰值两者的调整等等。另外有许多利用信号调整方法的其它途径。例如，也可以用于调整负电压电平中的信号电平。具体的做法是，输出节点需要先放电到一个较低的电平，然后上拉二极管被用于调整负峰值。需要注意的是，在本公开中所用的“峰值”一词用于描述最大信号电平其通常是正值(有时被称为正峰值)和最小信号值(有时被称为负峰值)两者。
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特殊的实施例。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
1.一种信号调整电路，包括一具有第一端和第二端的电容，所述第一端与输入节点连接，所述第二端与输出节点连接；一电阻，所述电阻的第一端与所述的输出节点连接，所述电阻的第二端与第一偏移电压源相连接；以及一峰值调整电路，该峰值调整电路的第一端与所述的输出节点连接。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的调整电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关具有与所述输出节点连接的第一端和与第二偏移电压相连接的第二端；所述第二开关具有与所述输出节点连接的第一端和与第三偏移电压相连接的第二端。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述的第一开关为晶体管。
4.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述的第一开关为MOS晶体管。
5.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述的第二开关为电压随动开关。
6.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述的第二开关为二极管连接的晶体管。
7.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述的第二开关为二极管。
8.一种信号调整方法，其中包括以下步骤采用第二偏移电压和第三偏移电压钳位所述的信号；释放所述的第二偏移电压以允许调整所述的信号；以及改变所述的第三偏移电压以影响所述信号的峰值电平。
9.如权利要求8所述的方法，还包括一附加步骤，该步骤在用于调整所述第三偏移电压的所述改变步骤之后，用于防止改变的信号漂移。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对于正峰值调整，所述的第二偏移电压相对高于所述的第三偏移电压；对于负峰值调整，所述的第二偏移电压相对低于所述的第三偏移电压。
11.一种从差别信号对中消除直流偏移的电路，所述的差别信号对具有第一信号和第二信号，所述电路包括具有第一端和第二端的第一电容，所述的第一端与第一输入节点连接，用于接收所述的第一信号，所述的第二端与第一输出节点连接；具有第一端和第二端的第二电容，所述的第一端与第二输入节点连接，用于接收所述的第二信号，所述的第二端与第二输出节点连接；第一电阻，具有与所述的第一输出节点相连接的第一端，和与第一偏移电压源相连接的第二端；第二电阻，具有与所述的第二输出节点连接的第一端，和与第一偏移电压源相连接的第二端；以及一调整电路，该调整电路的第一端与所述的第一输出节点连接，该调整电路的第二端与所述的第二输出节点连接。
12.如权利要求11所述的电路，其特征在于，所述的调整电路包括第一开关，所述第一开关具有与所述的第一输出节点连接的第一端，和与第二偏移电压相连接的第二端；第二开关，所述第二开关具有与所述的第二输出节点连接的第一端，和与所述第二偏移电压相连接的第二端；第三开关，所述第三开关具有与所述的第一输出节点连接的第一端，和与第三偏移电压相连接的第二端；以及第四开关，所述第四开关具有与所述的第二输出节点连接的第一端，和与所述第三偏移电压相连接的第二端。
13.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第一开关为MOS晶体管。
14.如权利要求12所述的的电路，其特征在于，所述的第二开关为MOS晶体管。
15.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第三开关为电压随动开关。
16.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第三开关为二极管连接的晶体管。
17.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第三开关为二极管。
18.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第四开关为电压随动开关。
19.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第四开关为二极管连接的晶体管。
20.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述的第四开关为二极管。
全文摘要
本发明公开了被设计为用于快速完成输入信号幅度水平的调整并去除DC偏移电压的电路和方法，在接收模拟电路中的低频信号损失最小。利用该极大创新的用于信号峰调整的电路和方法，所公开的电路和方法实现了快速的完成，而输入信号不会明显衰减。峰调整电路和方法可以与常规RCAC耦合电路一起实现。在将该调整电路和方法应用到差别信号对时，可以很容易地去除DC偏移。
文档编号H04L25/02GK1809961SQ200480017473
公开日2006年7月26日 申请日期2004年4月27日 优先权日2003年5月1日
发明者曹堪宇, 范一平, 李虹宇, 赵介元 申请人:联发科技股份有限公司