[发明专利]一种采用电流DAC消除可变增益放大电路直流失调的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用电流DAC消除可变增益放大电路直流失调的方法，是应用在无线收发机的中频放大器中的重要技术，涉及无线通信领域的中频放大技术和数字基带技术。

背景技术

在CMOS工艺中，噪声和失调是限制模拟集成电路精度的主要因素。事实上随着沟道长度变小失调会越加严重，因此失调是成为限制精度的主导因素。失调是由相同放置的晶体管间的不匹配所造成的。尤其在差分可变增益放大器的设计过程中，由于晶体管的不匹配造成失调电压，当放大器的增益较大时，等效在放大器输入的直流失调电压会被放大，从而使得高增益运放产生比较大的误差，甚至当失调较大的时候会湮没有效信号，造成信号通路的阻塞。一般电路的失调用输入失调电压来定义：使输出电压为零时的两端输入电压之差。在一个双端放大器中，失调电压常常是毫伏级的，在CMOS工艺中，失调电压有可能会增大到至少10倍以上。而可变增益放大器通常具有较高的增益，因此，如何有效的消除可变增益放大器的失调电压是在电路设计时必须考虑的一个重要问题。

直流失调消除的方法比较多，比如反馈和前馈、开关电容、数字校正等。评价直流失调消除技术的性能可以从如下几个指标进行：直流消除的建立时间，即输出信号直流分量稳定到一定的精度所需的时间；直流失调的衰减程度，即输出信号直流分量与输入信号直流分量的比值；电路功耗、面积、稳定性等。直流失调消除最简单的方法是交流耦合：将大电容放在两级电路之间，实现隔直流通交流的目的。这种方法实现相对简单，但是当电路工作在低频状态下需要很大的电容才能实现较低的交流信号的衰减，很大的隔直电容如果在片内实现会占用很大的面积。在一些采用具有高通特性的电路取代直接的交流耦合，另外考虑到大电阻和大电容占用的面积较大，在一些电路中采用MOS管来实现电容和电阻。另外的方法是采用反馈消失调，基本原理是在在正向放大通路上并联一个低通的负反馈回路，从而实现闭环传递函数的高通特性。传统的模拟直流失调消除技术都需要用到大电容，并且具有很慢的建立时间，另外采用反馈的方式也易引起电路的稳定性问题。

因此在现在的一些电路设计中，主要采用数字辅助的直流失调消除的技术。数字辅助的校准方法的基本过程是：首先将放大器的差分输入短接，检测可变增益放大器的输出失调电压，然后通过一个逐次比较的算法，计算失调校准值，最后通过一个校准DAC将失调消除。这种方法的直流失调消除电路占用很小的芯片面积并且每个增益级的失调都能得到校准。其中比较输出失调电压通常是采用比较器实现，对比较器的要求比较高，需要自身失调很小的比较器才能得到准确的校准。在传统的数字辅助直流失调校准算法中，由于采用的校准DAC是二进制DAC，若有一位DAC的校准发生错误，则后面的校准难以将失调重新校准过来。在一些文献中，采用了亚二进制的DAC，即DAC每一位的加权小于二。这样可以有效防止校准出错，但是这样相同位数的DAC校准的失调电压较小。

发明内容

发明目的：为了消除直流失调电压对可变增益放大器性能的影响，本发明提供一种采用电流DAC消除可变增益放大电路直流失调的方法，能够在较短的时间内实现数字自动直流失调校准；本发明采用改进的逐步校准算法控制校准DAC，以消除可变增益放大器的等效输入失调电压；本发明方法能够将失调校准到很小的数量级，校准失调电压范围大，校准准确性高，校准速度快。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种采用电流DAC消除可变增益放大电路直流失调的方法，该可变增益放大电路共有三个放大级，即由三个可变增益放大器串联构成可变增益放大电路，每个可变增益放大器均连接一个直流失调调节用的电流DAC(即校准DAC)，可变增益放大电路的输出端接入模数转换器的输入端，模数转换器的输出端接入直流失调消除模块进行数字处理，得到的数字控制字分别连接控制各个电流DAC；工作过程为：将可变增益放大电路的差分输入端短接，可变增益放大电路的输出信号即为直流失调电压，使用模数转换器对直流失调电压进行采样检测和模数转换，得到直流失调电压的数字值，采用改进的逐位比较算法对直流失调电压的数字值进行处理，得到控制电流DAC的控制字，最后通过电流DAC对对应可变增益放大器的输入端进行反馈校准，以消除直流失调电压；在直流失调电压消除后，将可变增益放大电路的差分输入端断开，即可进行交流信号的放大，也即可变增益放大电路进入正常的放大模式。