[发明专利]零中频无线接收机直流偏差消除装置

说明书

技术领域

本发明涉及直流偏差消除装置，特别是涉及用于零中频无线接收机中的直流偏差连续消除装置。

背景技术

射频接收机位于无线通信的最前端，是通信链路中极其重要的一部分，其结构和性能直接影响着整个通信系统。传统的射频接收机采用超外差结构，认为其是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。而且，由于有多个变频级以及非零中频，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性能。但镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只能在片外实现，从而增大了接收机的成本和尺寸，而且要利用集成电路制造工艺将这两个滤波器与其它射频电路一起集成在一块芯片上存在很大的困难。

与之相比，零中频接收机近年受到广泛的重视。零中频接收机下变频过程中不需经过中频(中频为零)，且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，原超外差结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器均可省略。这样一方面取消了外部元件，有利于系统的单片集成，降低成本。另一方面系统所需的电路模块及外部节点数减少，降低了接收机所需的功耗并减少射频信号受外部干扰的机会。

但是零中频接收机中存在直流偏差，因为有用信号被下变频到直流。基带电路中的系统偏差，如器件失配会导致直流偏差。但是导致直流偏差的最重要的原因是本征信号自混频(Self-Mixing)。一种可能是一些本征信号泄露到天线，该泄露信号经低噪声放大器18和射频可变增益放大器19后进入混频器与本征信号本身混频。一方面产生一个2倍于本征频率的信号，但该信号会被后续滤波器滤除；另一方面产生直流信号，即直流偏差信号。另一种类似的可能是射频信号泄露到本征信号口。这些原因引起的直流信号将叠加在基带信号上，对基带信号构成干扰，被称为直流偏差。直流偏差往往比射频前端的噪声还要大，使信噪比变差，同时大的直流偏差可能使混频器后的各级放大器饱和，无法放大有用信号。

传统的方法是采用电容隔直流的方法耦合到基带放大器，以此消除直流偏差的干扰。对于直流附近集中了比较大能量的基带信号，这种方法会增加误码率，不宜采用。还有一种方法是将欲发射的基带信号进行适当的编码并选择合适的调制方式，以减少基带信号在直流附近的能量。此时可以用交流耦合的方法来消除直流偏差而不损失直流能量。但这两种方法都要用到大电容，很难片上集成。基带通路上含有多个片外耦合电容不仅增加了片外元件数，还由于与之相关的焊盘和ESD保护电路而增加芯片面积。

而且，偶次非线性产生的差拍为直流的信号也会产生直流偏差来直接干扰零中频信号，因为偶次非线性产生的直流附近的信号在可用信号频带内。不幸的是，这种干扰信号无法通过电容或基带滤波器简单滤除。

还有一些方法利用了环路负反馈，但是基于差模负反馈(DMFB)，对环路各部分要求较高，增加了电路复杂度和设计难度。因此需要一种简单有效且能连续消除直流偏差的电路。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种零中频接收机中的自动直流偏差消除装置，它可以有效消除零中频接收机中混频器输出信号的直流偏差信号，避免信噪比的恶化及后级放大器的饱和，保证零中频接收机的有效运作。

技术方案：本发明不同于常规方案之处在于没有利用交流耦合或电容耦合，或者复杂的多个环路反馈，通过简单的环路负反馈与混频器共用负载网络，将直流偏差电压转为电流与混频器负载中电流运算，从而达到目的。

本发明的零中频无线接收机直流偏差消除装置主要包括前馈放大模块A_tot、求和模块、第二放大器Av、跨导放大模块Gm；求和模块的正输入端接射频输入信号，求和模块的负输入端接跨导放大模块Gm的输出端，求和模块将输入的两路信号求和后输出到前馈放大模块A_tot的输入端，前馈放大模块A_tot的输出端输出消除了直流偏差的射频输出信号，同时前馈放大模块A_tot的输出端还与第二放大器Av的输入端相接，第二放大器Av的输出端接跨导放大模块Gm的输入端。前馈放大模块A_tot由基带可变增益放大器、基带滤波器、第一放大器串联连接组成。跨导放大模块Gm由第七三极管与第九MOS管串联、第八三极管与第十MOS管串联组成。

本发明的反馈环路由混频器，基带可变增益放大器，基带滤波器，第一放大器和DCC偏差消除环路组成，其中DCC偏差消除环路含有以下几个部分：电阻R21、电阻R22和电容C23组成的RC网络，第二放大器和由第七三极管、第八三极管、第九MOS管、第十MOS管及尾电流源Ir组成的跨导放大模块Gm。