专利名称：直流偏移校准电路以及电子接收级装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于 一 种直流偏移校准电路(DC offset calibration circuit), 更具体地，关于直流偏移才交准电^各(low-noise DC offset calibration circuit)以及电子接收级(receiver stage)装置。
背景技术：
在无线接收机(wireless receiver)的设计中，因为整个无线接收 机的增益非常高，只要在制造过程中有一些误差，都会在无线接收 级输出端引起的很大的直流偏移。所以，使用基带(baseband)电路 接收的输出信号的动态范围(dynamic range)就大大减小。为了克服 这个问题，就需要做直流偏移补偿(DC offset compensation)。由于 射频集成电路接收级对于噪声的要求十分高，本发明提出低噪声直 流偏移校准电路(low-noise DC offset calibration circuit)来解决接收 级直流偏移的问题。图1为根据现有技术的一个具有直流偏移校准电路的无线接 收机的示意图。如图1所示， 一个无线接收机包括一个低噪声放大 器(Low Noise Amplifier, LNA) 100， 一个混频器(mixer) 110， 一个通 道选择滤波器(channel-select filter) 120，以及一个可编程增益放大 器(Programmable Gain Amplifier, PGA)130。 为了减少无线4矣收才几 10的直流偏移，可以-使用直流偏移冲交准电3各140实施直流偏移补 偿。直流偏移校准电路140包含多个如图2所示的切换式电流源 141,该多个切换式电流源141可以耦4妄到可编程增益放大器130 的运算放大器131的 一输入端，然后经由反馈电阻Rfb，产生直流 偏移补偿电压。图2为根据现有技术，图l中的具有直流偏移校准 电路140的无线接收机的可编程增益放大器中的运算放大器的示 意图。直流校准分辨率由切换电流源的大小(size)来决定。为了提供更高的分辨率，通常情况下，用于实现切换电流源的目的的晶体 管，相对就要4艮小，而以此方式，往往就会成为产生^艮大的闪烁(flicker)噪声的主要原因。 发明内容为了避免减少闪烁噪声的影响，本发明提出低噪声直流偏移校 准电路来解决接收级直流偏移的问题。本发明目的之一提供一种直流偏移校准电路，其特征在于，该 直流偏移校准电路包含第一电阻，该第 一 电阻第 一端耦接到第一 电源电压；第一切换器，该第一切换器将该第一电阻第二端耦接到 放大器第一输入端；第二电阻，该第二电阻第一端耦接到第二电源 电压；第二切换器，该第二切换器将该第一电阻第二端耦接到该放 大器第二输入端。本发明的另 一 目的提供一种电子接收级装置，其特征在于，该 电子接收级装置包含运算放大器；第一反馈电阻，该第一反馈电 阻耦接在该运算放大器第 一输出端和该运算放大器第 一输入端之 间；第二反馈电阻，该第二反馈电阻耦接在该运算放大器的第二输 出端和该运算放大器的第二输入端之间；以及直流偏移校准电路， 该直流偏移校准电路包含第一电阻，该第一电阻的第一端耦接到 第 一 电源电压；第 一 切换器，该第 一 切换器将该第 一 电阻的第二端 耦接到该运算放大器的该第一输入端；第二电阻，该第二电阻的第 一端耦接到第二电源电压；以及第二切换器，该第二切换器将该第 二电阻耦接到该运算放大器的该第二输入端。本发明的再一 目的提供一种直流偏移校准电路，其特征在于， 该直流偏移校准电路包含二梯形电阻阵列，二梯形电阻阵列的一 者的第 一 端耦接到电源电压，二梯形电阻阵列的另 一 者的第 一 端耦 接到第二电源电压，二梯形电阻阵列的每一者皆包含多个串联连 接的第 一 电阻，该多个第 一 电阻的第 一 端形成了该梯形电阻阵列的 该第一端，该多个第一电阻中的每一个都具有第一电阻值，该多个 第 一 电阻的每 一 相邻对皆形成 一 节点；多个第二电阻，该多个第二 电阻中 一 者的第 一 端耦接到该多个第 一 电阻的第二端，该多个第二电阻中所述 一 者除外的其余多个的第 一 端，皆分别耦接到每 一 节 点，该多个第二电阻的每一者都具有第二电阻值，而该第二电阻值 大致是该第一电阻值的二倍；以及第三电阻，该第三电阻具有该第 二电阻值，该第三电阻的第 一 端耦接到该多个第 一 电阻的该第二端；多个第一切换器，该多个第一切换器的第一端分别耦接到该多 个第二电阻的该第二端，该多个第 一 切换器中每 一 者的该第二端都耦接到运算放大器的第一输入端；以及多个第二切换器，该多个第 二切换器的该第 一 端耦接到该多个第二电阻的该第二端，该多个第 二切换器中每一者的第二端都耦接到该运算放大器的第二输入端； 其中，二梯形电阻阵列中一者的该第三电阻的第二端耦接到该运算 放大器的该第 一输入端，二梯形电阻阵列的另 一者的该第三电阻的 第二端耦接到该运算放大器的该第二端。本发明的又一 目的提供一种电子接收级装置，其特征在于包 含运算放大器；第一反馈电阻，该第 一反馈电阻耦接在该运算放 大器的第 一输出端和该运算放大器的第 一输入端之间；第二反馈电 阻，该第二反馈电阻耦接到该运算放大器的第二输出端和该运算放 大器的第二输入端之间；以及直流偏移4交准电3各，该直流偏移4交准 电路包含二梯形电阻阵列，该二梯形电阻阵列中一者的第一端耦 接到第一电源电压，该二梯形电阻阵列中另一者的第一端耦接到第 二电源电压，该二梯形电阻阵列中每一者皆包含多个串联连接的 第 一 电阻，该多个第 一 电阻的第 一 端形成了该二梯形电阻阵列中一 者的该第一端，该多个第一电阻中每一者都具有第一电阻值，而该 多个第一电阻中每一相邻对形成一节点；以及多个第二电阻，该多 个第二电阻中的两者的第 一 端耦接到该多个第 一 电阻的 一 第二端， 而该多个第二电阻中所述两者除外的其余多个的第 一 端分别耦接 到每一节点，该多个第二电阻中每一者皆具有一第二电阻值，而该 第二电阻值大致是该第一电阻值的二倍；以及多个切换器，该多个 切换器的每 一 者的第 一 端，分别耦接到该多个第二电阻的第二端， 该多个切换器中每 一 者的第二端都耦接到放大器的输入端。现有技术中，直流偏移补偿的分辨率是由单位电流源的大小来 决定，为了获得较好的补偿分辨率，用来实现单位电流源的晶体管宽长通常会做的较小，这将会导致补偿电流源产生很大的闪烁噪 声。本发明提出的直流偏移补偿电路，是利用切换电阻来决定补偿 电流大小，由于不需要额外利用晶体管来产生补偿电流，所以可以 避免闪烁噪声所造成的影响，提高了电路性能。
图1为根据现有技术的一个具有直流偏移校准电路140的无线 接收机的示意图。图2为根据现有技术，图1中的具有直流偏移校准电路的无线 接收机的可编程增益放大器中的运算放大器的示意图。图3为根据本发明的一实施例的一个通过低噪声直流偏移校 准电路校准的运算放大器300的示意图。图4为根据本发明的第二实施例的一个低噪声直流偏移校准 电路310的示意图。图5为根据本发明的一实施例中通过低噪声直流偏移校准电 路校准的接收级500的示意图。
具体实施方式
因为本文的具体实施例是以各种图示的方式辅以说明，本领域 的技术人员在阅读了本发明的具体实施例的详细描述之后，毫无疑 问会觉得本发明的实施例和其他对象很显而易见。然其并非用上述 实施例以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本 发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保 护范围当视后附之权利要求所界定者为准。在具体的实施例和后面的权利要求中使用了某些术语来命名特定的组件。在此技术领域普通技术人员都能明白，电子设备制造 商或许使用了不同的名称，称其为不同的组件。本文中不会根据名 称的不同而对组件加以区分，而是根据组件功能的不同进行区分。 在下面的描述和权利要求中，术语"包含"和"包括"都使用在开 放式的描述中，因此，应该理解为这两个词都意p未着"包含，但是 不局限于"同样的，"耦接" 一词意味着间接或者直接的电气联结关系。也就是说，如果一个装置耦接到另外一个装置上，那么这个 连接可以通过一个直接的电气电器连接关系，或者通过其他装置和 连接组件的间接的电气电器连接关系。图3为根据本发明的一实施例的一个通过低噪声直流偏移校准电路校准的运算放大器300的示意图，即 一接收级(reciever stage)30中的运算放大器(operational amplifier)300的示意图，根据 本发明的第一实施例，上述可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier, PGA)中使用低噪声直流偏移校准电路(low-noise DC offset calibration circuit)实施直流偏移补偿。低噪声直流偏移校准 电路310包含多个切换式电阻单元(switched resistor unit" 11,多 个切换式电阻单元311耦接到运算放大器300的输入端op_ip， op—in ，以及分别耦接到电源电压上。详细地说，即每个切换式 电阻单元311都包含一个和切换器串联的电阻。每一个和切换器串 联的电阻的第 一 端都耦接到 一 个第 一 电源电压，或者耦接到 一 个第 二电源电压。每 一 个上述切换器的第 一 端都耦接到上述电阻的第二 端，而切换器的第二端耦接到运算放大器300的第一或者第二输入 端。上面提到的电阻可以是多晶硅(polysilicon)电阻，也可以是工 作在线性区域(triode region)的晶体管，或者是多晶硅电阻和工作在 线性区域的晶体管的组合，而上述切换器也可以是晶体管。由于使用电阻代替晶体管电流源为反馈电阻Rfb提供补偿电 流，所以低噪声直流偏移校准电路310就可以消除闪烁(flicker)噪 声，以及闪烁噪声对电路性能的影响。然后，根据多个切换式电阻 单元311的切换方式可以决定补偿电流的大小。其中，多个切换式 电阻单元311可以以二进制的比例来指定电阻值的大小，举例说 明，二进制比例可以为16:8:4:2:1,不过这个比例要乘上一个电阻值 的系数才能指定电阻值，例如，电阻值系数为1千欧姆时，可以形 成从16千欧姆、8千欧姆、4千欧姆、2千欧姆，到l千欧姆的电 阻。以此方式，就可以在多个切换器的控制上使用一个二进制控制 信号，进而选择直流偏移补偿电流的范围，以此形成一个二进制的 补偿电流。举例-说明， 一个1-0-1-0-0的信号可以产生一个3.2倍 电阻值常数(resistance constant)的电阻值，也就是，3.2千欧姆，而，333倍电阻值常数的电阻值，也就是， 5.333千欧姆。其中，使用较低的常数电阻值就可以导致较高的补 偿电流，而使用较高的常数电阻值就可以导致一个较低的补偿电 流。当输入一个1-0-0-0-0信号时，补偿电流的值可以是电源电压 值的1/16000倍。当然，为了获得更高的分辨率，就需要使用更多 的切换式电阻单元311，反之，减少切换式电阻单元311的数量就 会降低分辨率。低噪声直流偏移校准电路310可以用于可编程增益 ;故大器，或者如图5所示，可以将其应用到另 一个接收级500,而 接收级可以是低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)， 混频器 (mixer)， 或者通道选择滤波器(channel-select filter)。当考虑到电源供应器抵抗比例(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)和用在低噪声直流偏移校准电路310中的电阻阵列规模(size〕 的时候，形如图4的架构就变得比较有优势了 。图4是根据本发明 的第二实施例的一个低噪声直流偏移校准电路310的示意图。如图 4所示的低噪声直流偏移校准电路310，由两个梯形电阻(R-2R)电 阻阵列组成，其中，两个梯形电阻阵列的第一端分别耦接到第一电 源电压的第 一 端和第二电源电压的第 一 端。在此实施例中，第 一 电 源电压可以是一 个带隙(band-gap)电压，而第二电源电压可以是地。 梯形电阻阵列可以通过多个第 一 切换器和多个第二切换器，而切换 到运算》文大器300的第 一输入端op—in和第二输入端op—in。如图4 所示，每个梯形电阻阵列都可以由多个第一电阻，和多个第二电阻 以及一个第三电阻313组成。其中，多个第一电阻具有第一电阻值， 即R，多个第二电阻具有第二电阻值，而上述第二电阻值大致是第 一电阻值的二倍，即2R,第三电阻313具有第二电阻值，即2R。 多个第一电阻串联连接，串联后的第 一 端形成了 R-2R电阻阵列的 第一端，而串联后的第二端耦接到第二电阻。每相邻的第一电阻对 形成一个节点，除了上面已经提到的连接到串联的第一电阻的第二 端的一个第二电阻之外，其余每个第二电阻分别耦接到节点上。每 个第二电阻都耦接到多个第 一 切换器中的 一 个和多个第二切换器中的一个。而且，可以通过打开多个第一切换器和第二切换器，将 多个第二电阻耦接到放大器的第 一输入端或者第二输入端，或者通过关闭多个第 一 切换器和第二切换器，将多个第二电阻和放大器的第 一输入端和第二输入端断开。 一个梯形电阻阵列的第三电阻313 耦接到放大器的第 一输入端，另 一个梯形电阻阵列耦接到放大器的 第二个输入端。多个第三电阻313可以通过多个第三切换器312, 分别耦接到放大器的第一输入端或者第二输入端。第三切换器312 通常情况下可以是打开状态(关闭)。尽管如此，可以使用短路代 替第三切换器312。如图4中的实施例所示，梯形电阻阵列可以是5位控制的电阻 阵列，而相应的电流分辨率的计算如下
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其中，由低噪声直流偏移校准电路310提供输入电流inp和inn， Vbg为电源电压，Vcm为共才莫电压，bO-b4为用于电阻阵列的控制 位，Vdac为用于切换器的控制信号，1LSB为一个最小有效位，或 者电流分辨率。当然，可以通过在低雑讯直流偏移校准电3各310上 增加更多的梯形电阻的分支使1LSB更为精确。或者，通过从低雑 讯直流偏移校准电路310上移除梯形电阻分支而 <吏最小有效位 1LSB更为粗略。可以经由互补金氧半导体(CMOS)工艺或者其他任何适当的工 艺而制造4氐雑讯直流偏移冲交准电3各和相关的4妄收级，该^f氐雑讯直流 偏移校准电路和相关的接收级，使用切换式电阻或者梯形电阻阵 列，进而提供直流偏移补偿电流，由于减少了闪烁噪声而保持了增强的噪声性能。本发明虽以具体实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的 范围，任何本领域技术人员，如果用于教学目的，可以对此装置和 方法进行修正和修改。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求 所界定者为准。
权利要求
1.一种直流偏移校准电路，其特征在于，该直流偏移校准电路包含第一电阻，该第一电阻的第一端耦接到第一电源电压；第一切换器，该第一切换器将该第一电阻的第二端耦接到放大器的第一输入端；第二电阻，该第二电阻的第一端耦接到第二电源电压；第二切换器，该第二切换器将该第二电阻的第二端耦接到该放大器的第二输入端。
2. 根据权利要求1所述的直流偏移校准电路，其特征在于，该第一电阻和 该第二电阻是多晶硅电阻、工作在线性区域的晶体管或者多晶硅电阻与工作在 线性区域的晶体管的组合，该第一切换器和该第二切换器都是晶体管。
3. 根据权利要求1所述的直流偏移校准电路，其特征在于，该第一电阻和 该第二电阻具有大致相等的电阻值。
4. 一种电子接收级装置，其特征在于，该电子接收级装置包含 运算放大器；第一反馈电阻，该第一反馈电阻耦接在该运算^:大器第一输出端和该运算 放大器第一输入端之间；第二反馈电阻，该第二反馈电阻耦接在该运算放大器的第二输出端和该运 算放大器的第二输入端之间；以及直流偏移4交准电^各，该直流偏移校准电路包含第一电阻，该第一电阻的 第一端耦接到第一电源电压；第一切换器，该第一切换器将该第一电阻的第二 端耦接到该运算放大器的该第一输入端；第二电阻，该第二电阻的第一端耦接 到第二电源电压；以及第二切换器，该第二切换器将该第二电阻耦接到该运算 ;改大器的该第二输入端。
5. 根据权利要求4所述的接收级装置，其特征在于，该第一电阻和该第二 电阻均为多晶硅电阻，该第 一切换器和该第二切换器均为晶体管。
6. 根据权利要求4所述的接收级装置，其特征在于，该第一电阻和该第二 电阻具有大致相等的电阻值。
7. 才艮据权利要求4所述的接收级装置，其特征在于，该接收级是可编程增益放大器、混频器或低通滤波器。
8. —种直流偏移校准电路，其特征在于，该直流偏移校准电路包含 二梯形电阻阵列，二梯形电阻阵列的 一者的第 一端耦接到第 一电源电压，二梯形电阻阵列的另一者的第一端耦接到第二电源电压，其中，二梯形电阻阵 列的每一者皆包含多个串联连接的第一电阻，该多个第一电阻的第一端形成 了该梯形电阻阵列的该第 一端，该多个第 一 电阻中的每一个都具有第 一 电阻值， 该多个第一电阻的每一相邻对皆形成一节点；多个第二电阻，该多个第二电阻 中一者的第一端耦接到该多个第一电阻的第二端，该多个第二电阻中所述一者 除外的其余多个的第一端，皆分别耦接到每一节点，该多个第二电阻的每一者 都具有第二电阻值，而该第二电阻值大致是该第一电阻值的二倍；以及第三电 阻，该第三电阻具有该第二电阻值，该第三电阻的第一端耦接到该多个第一电 阻的该第二端；多个第一切换器，该多个第一切换器的第一端分别耦接到该多 个第二电阻的该第二端，该多个第 一切换器中每一者的该第二端都耦接到运算 放大器的第一输入端；以及多个第二切换器，该多个第二切换器的该第一端耦 接到该多个第二电阻的该第二端，该多个第二切换器中每一者的第二端都耦接 到该运算;^文大器的第二输入端；其中，二梯形电阻阵列中一者的该第三电阻的 第二端耦接到该运算放大器的该第 一输入端，二梯形电阻阵列的另 一者的该第 三电阻的第二端耦接到该运算放大器的该第二端。
9. 根据权利要求8所述的直流偏移校准电路，其特征在于，该直流偏移校 准电路还包含第三切换器，该第三切换器的第一端耦接到该二梯形电阻阵列其 中一者的该第三电阻的该第二端，该第三切换器的第二端耦接到该运算^:大器 的该第一输入端。
10. 根据权利要求8所述的直流偏移校准电路，其特征在于还包含第三切 换器，该第三切换器的第 一端耦接到该二梯形电阻阵列中另 一者的该第三电阻 的该第二端，该第三切换器的第二端则耦接到该运算放大器的该第二端。
11. 根据权利要求8所述的直流偏移校准电路，其特征在于，该多个第一 电阻和该多个第二电阻是多晶硅电阻，也可以是工作在线性区域的晶体管，或 者是多晶硅电阻和工作在线性区域的晶体管的组合。该多个切换器是晶体管。
12. —种电子接收级装置，其特征在于包含 运算放大器；第一反馈电阻 该第一反馈电阻耦接在该运算放大器的第一输出端和该运算放大器的第 一输入端之间；第二反馈电阻，该第二反馈电阻耦接到该运算放大器的第二输出端和该运算放大器的第二输入端之间；以及直流偏移校准电路，该直流偏移校准电路包含二梯形电阻阵列，该二梯 形电阻阵列中一者的第一端耦接到第一电源电压，该二梯形电阻阵列中另 一者 的第一端耦接到第二电源电压，该二梯形电阻阵列中每一者皆包含多个串联 连接的第一电阻，该多个第一电阻的第一端形成了该二梯形电阻阵列中一者的 该第一端，该多个第一电阻中每一者都具有第一电阻值，而该多个第一电阻中 每一相邻对形成一节点；以及多个第二电阻，该多个第二电阻中的两者的第一 端耦接到该多个第一电阻的一第二端，而该多个第二电阻中所述两者除外的其 余多个的第一端分别耦接到每一节点，该多个第二电阻中每一者皆具有一第二 电阻值，而该第二电阻值大致是该第一电阻值的二倍；以及多个切换器，该多 个切换器的每一者的第一端，分别耦接到该多个第二电阻的第二端，该多个切 换器中每一者的第二端都耦接到放大器的输入端。
13. 根据权利要求12所述的电子接收级装置，其特征在于，该多个第一电 阻和该多个第二电阻是多晶硅电阻，也可以是工作在线性区域的晶体管，或者 是多晶硅电阻和工作在线性区域的晶体管的组合，该多个切换器是晶体管。
14. 根据权利要求12所述的电子接收级装置，其特征在于，该接收级是可 编程增益放大器、混频器或低通滤波器。
全文摘要
本发明有关于直流偏移校准电路以及电子接收级装置。本发明所提供的一种接收级，包含耦接到运算放大器的输出端和输入端之间的反馈电阻，以及流偏移校准电路。直流偏移校准电路包含多个电阻和多个切换器。每个电阻的第一端都耦接到电源电压，每个切换器的第一端分别耦接到每个电阻上，而第二端耦接到运算放大器的输入端。由于本发明不需要额外利用晶体管来产生补偿电流，所以本发明可以避免闪烁噪声所造成的影响，电路性能更好。
文档编号H04B1/10GK101626251SQ20091000090
公开日2010年1月13日 申请日期2009年1月21日 优先权日2008年7月7日
发明者林育信, 罗启伦 申请人:联发科技股份有限公司