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TWI660593B - 訊號發送裝置、偵測電路與其訊號偵測方法 - Google Patents

訊號發送裝置、偵測電路與其訊號偵測方法 Download PDF

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TWI660593B
TWI660593B TW106142786A TW106142786A TWI660593B TW I660593 B TWI660593 B TW I660593B TW 106142786 A TW106142786 A TW 106142786A TW 106142786 A TW106142786 A TW 106142786A TW I660593 B TWI660593 B TW I660593B
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張元碩
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瑞昱半導體股份有限公司
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Abstract

訊號發送裝置包含發射器以及偵測電路。發射器用以基於第一基頻訊號以及第二基頻訊號發射輸出訊號,其中第一基頻訊號與第二基頻訊號具有基頻頻率。偵測電路用以根據輸出訊號執行兩次的訊號調變操作來偵測輸出訊號中具有基頻頻率之一訊號成分,以控制補償電路校正發射器的通道不匹配。

Description

訊號發送裝置、偵測電路與其訊號偵測方 法
本案是有關於一種訊號發送裝置,且特別是有關於訊號發送裝置中的偵測電路與其偵測方法。
通訊應用的電路常見於各種電子裝置。為了能夠正確地傳送或接收資料,收發器電路的通道之間的不匹配需要被校正。在現有技術中,發射器的通道不匹配的校正機制需要配置有偵測電路來偵測發射器的輸出訊號,以確認校正機制是否有正確工作。然而,隨著操作頻率越來越高,偵測電路所需的規格也越來越高,導致偵測電路實作不易並造成偵測電路的功率消耗增加。
為了解決上述問題,本案的一態樣係於提供一種訊號發送裝置。訊號發送裝置包含發射器以及偵測電路。發射 器用以基於第一基頻訊號以及第二基頻訊號發射輸出訊號,其中第一基頻訊號與第二基頻訊號具有基頻頻率。偵測電路用以根據輸出訊號執行兩次的訊號調變操作來偵測輸出訊號中具有基頻頻率之一訊號成分,以控制補償電路校正發射器的通道不匹配。
本案的一態樣係於提供一種偵測電路,其用以偵測一發射器的一輸出訊號。偵測電路包含第一混頻器、第一濾波器以及第二混頻器。第一混頻器用以根據輸出訊號執行第一平方運算,以產生第一處理訊號。第一濾波器用以根據第一處理訊號執行第一濾波操作,以產生第二處理訊號。第二混頻器用以根據第二處理訊號執行第二平方運算以產生第三處理訊號,其中第三處理訊號更用以經由補償電路處理,以校正發射器的通道不匹配。
本案的一態樣係於提供一種訊號偵測方法,其包含下列操作:藉由第一混頻器根據發射器的輸出訊號執行第一訊號調變,以產生第一處理訊號;藉由第一濾波器根據該第一處理訊號執行第一濾波操作,以產生第二處理訊號;以及藉由第二混頻器根據第二處理訊號執行第二訊號調變以產生第三處理訊號,其中第三處理訊號更用以經由一補償電路處理,以校正發射器的通道不匹配。
綜上所述,本案所提供的訊號發送裝置與偵測方法藉由對發射器的輸出訊號進行兩次訊號調變,以降低偵測電路的電路規格需求。
100‧‧‧訊號發送裝置
110‧‧‧發射器
120‧‧‧補償電路
130‧‧‧偵測訊號
IT-I、IT-Q‧‧‧輸入訊號
SC-I、SC-Q‧‧‧校正訊號
SOUT‧‧‧輸出訊號
SDET‧‧‧偵測訊號
111-I‧‧‧數位至類比轉換器
111-Q‧‧‧數位至類比轉換器
112-I‧‧‧低通濾波器
112-Q‧‧‧低通濾波器
113‧‧‧本地振盪器
114-I、114-Q‧‧‧混頻器
115‧‧‧加法器
116‧‧‧驅動器
SC1、SC2‧‧‧振盪訊號
SD-I、SD-Q‧‧‧調變訊號
131‧‧‧衰減器
132、134‧‧‧混頻器
133、135‧‧‧濾波器
136‧‧‧放大器
137‧‧‧類比至數位轉換器
138‧‧‧功率分析電路
SA~SE‧‧‧處理訊號
SF‧‧‧數位訊號
fm‧‧‧基頻頻率
DC‧‧‧直流訊號成分
400‧‧‧訊號偵測方法
S410~S460‧‧‧操作
本案之圖式說明如下:第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號發射裝置的示意圖;第2圖為根據本案一些實施例所繪示的第1圖中的訊號收發裝置的電路示意圖;第3圖為根據本案一些實施例所繪示第2圖中的多個訊號之頻譜示意圖;以及第4圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號偵測方法的流程圖。
關於本文中所使用之『耦接』或『連接』,均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸,或是相互間接作實體或電性接觸,亦可指二或多個元件相互操作或動作。
參照第1圖,第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號發射裝置100的示意圖。訊號發射裝置100包含發射器110、補償電路120以及偵測電路130。
發射器110用以基於基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q發射輸出訊號SOUT。基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q具有一基頻頻率fm。理想上,基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q具有90度的相位差。
補償電路120用以基於偵測訊號SDET校正基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q,以補償發射器110的同相 (in-phase)訊號通道以及正交(quadrature)訊號通道之間的不匹配。例如,補償電路120基於偵測訊號SDET調整基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q,以輸出校正訊號SC-I以及校正訊號SC-Q至發射器110。如此一來,發射器110可根據校正訊號SC-I以及校正訊號SC-Q發射輸出訊號SOUT。
於一些實施例中,補償電路120可基於偵測訊號SDET決定關聯於通道不匹配的調整方向,並相應產生一或多個補償係數,以對基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q進行處理。於一些實施例中,補償電路120可由乘法器以及加法器等電路實現,以根據前述的一或多個補償係數對基頻訊號IT-I以及基頻訊號IT-Q進行處理。上述設置僅為示例,其餘各種可用來校正發射器110的通道不匹配的設置方式皆為本案所涵蓋的範圍。
偵測電路130用以根據輸出訊號SOUT執行兩次的訊號調變操作以偵測輸出訊號SOUT中具有基頻頻率fm的訊號成分,並輸出相應的偵測訊號SDET至補償電路120。此處之詳細內容將於後面段落參照第2~3圖說明。
參照第2圖與第3圖,第2圖為根據本案一些實施例所繪示的第1圖中的訊號收發裝置100的電路示意圖,第3圖為根據本案一些實施例所繪示第2圖中的多個訊號SOUT以及SA~SD之頻譜示意圖。為易於理解,第2圖中的類似元件將參照第1圖指定為相同標號。
如第2圖所示,發射器110包含多個數位至類比轉換器(digital-to-analog converter,DAC)111-I以及111-Q、 多個低通濾波器112-I以及112-Q、本地振盪器113、多個混頻器114-I以及114-Q、加法器115以及驅動器116。
本地振盪器113用以分別產生載波訊號SC1以及載波訊號SC2至多個混頻器114-I以及114-Q。其中,載波訊號SC1以及載波訊號SC2兩者具有一載波頻率fc,且具有約90度的相位差。等效而言,DAC 111-I、低通濾波器112-I以及混頻器114-I構成發射器110的同相訊號通道,且DAC 111-Q、低通濾波器112-Q以及混頻器114-Q構成發射器110的正交訊號通道。
校正訊號SC-I經DAC 111-I、低通濾波器112-I以及混頻器114-I處理後轉換為調變訊號SD-I。校正訊號SC-Q經DAC 111-Q、低通濾波器112-Q以及混頻器114-Q處理後轉換為調變訊號SD-Q。加法器115相加調變訊號SD-I以及調變訊號SD-Q,並輸出訊號至後方電路(例如包含驅動器116與/或放大器以及天線(未繪示)),以發射輸出訊號SOUT。
如第3圖所示,若當發射器的同相(in-phase)訊號通道以及正交(quadrature)訊號通道有發生通道不匹配時,在驅動器116的輸出觀察輸出訊號SOUT,可以量測到三個訊號成分,其頻率分別為fc-fm、fc以及fc+fm。如先前所述,輸入訊號IT-I以及輸入訊號IT-Q具有基頻頻率fm且兩者具有90度的相位差,且振盪訊號SC1以及振盪訊號SC2具有頻率fc且兩者具有90度的相位差。於此條件下,輸出訊號SOUT可以被表示為下式: SOUT=A sig cos[2π×(fc+fmt]+A Lo cos[2π×fc×t]+A img cos[2π×(fc-fmt]其中Asig為關聯於輸入訊號IT-I與/或輸入訊號IT-Q的振幅,ALo為關聯於振盪訊號SC1與/或振盪訊號SC2的振幅,且Aimg為關聯於鏡像訊號的振幅。在第3圖中,具有頻率fc-fm的訊號成份為鏡像訊號以及頻率fc+fm的訊號成分為傳送訊號,且具有頻率fc的訊號成分為本地振盪器113的洩漏訊號。一般而言,鏡像訊號為因發射器110的通道不匹配所引起的干擾。於一些實施例中,藉由觀察鏡像訊號的功率,可以確認發射器110的通道不匹配是否有被正確校正。
繼續參照第2圖,偵測電路130包含衰減器131、混頻器132、濾波器133、混頻器134、濾波器135、放大器136、類比至數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)137以及功率分析電路138。
衰減器131用於降低輸出訊號SOUT的功率。混頻器132耦接至衰減器131以接收衰減後的輸出訊號SOUT。混頻器132根據接收到的輸出訊號SOUT調變輸出訊號SOUT,以產生處理訊號SA。等效而言,混頻器132用以對輸出訊號SOUT進行平方運算以產生處理訊號SA。例如,處理訊號SA可表示為下式:SA=DC+A sig A img cos[2π×2fm×t]+A sig A Lo cos[2π×fm×t]+HF
其中,DC為混頻器132引入的直流訊號成分,HF為高頻訊 號成分(例如具有超過2fc的頻率)。由於高頻成分HF之頻率過高,此高頻成分HF容易被後方電路(例如至少包含濾波器135)濾除。因此,為易於理解,第3圖僅示出直流訊號成分DC、具有基頻頻率fm的訊號成分以及具有頻率為2fm的訊號成分。
繼續參照第2圖,濾波器133用以對處理訊號SA進行濾波,以產生處理訊號SB。於一些實施例中,濾波器133為高通濾波器,以濾除處理訊號SA的低頻訊號成分(例如為前述的直流訊號成分DC)。如第3圖所示,經濾波器133處理後,處理訊號SB中的直流訊號成分DC已被濾除。於此例中,處理訊號SB可以表示為下式:SB=A sig A img cos[2π×2fm×t]+A sig A Lo cos[2π×fm×t]
繼續參照第2圖,混頻器134耦接至濾波器133,以接收處理訊號SB。混頻器134根據處理訊號SB調變處理訊號SB,以產生處理訊號SC。等效而言,混頻器134用以對處理訊號SB進行平方運算以產生處理訊號SC。例如,處理訊號SC可表示為下式:SC=DC+A sig A Lo A sig A img cos[2π×fm×t]+(A sig A Lo )2 cos[2π×2fm×t]+A sig A Lo A sig A img cos[2π×3fm×t]+(A sig A img )2 cos[2π×4fm×t]
因此,如第3圖所示,處理訊號SC包含直流訊號成分DC、具有頻率為基頻頻率fm的訊號成分、具有頻率為2fm的訊號成分、具有頻率為3fm的訊號成分以及具有頻率為4fm的訊號成 分。在上式中,具有基頻頻率fm的訊號成分包含關聯於鏡像訊號的震幅Aimg。換句話說,若具有基頻頻率fm的訊號成分的功率趨近於零時,代表鏡像訊號被消除。因此,可藉由觀察此具有基頻頻率fm的訊號成分,以判斷發射器110的通道不匹配是否有被補償電路120正確地消除。
在一些實施例中,混頻器132以及混頻器134可由主動電路與/或被動電路實現。例如,混頻器132以及混頻器134可由包含一或多個電晶體的主動電路實現。或者,混頻器132以及混頻器134可由包含一或多個電感性元件與/或電容性元件的被動電路實現。在一些設置方式中,若混頻器132以及混頻器134採用被動電路實現,偵測電路130之功率消耗可進一步的被降低。
濾波器135用以對處理訊號SC進行濾波,以產生處理訊號SD。於一些實施例中,濾波器135為低通濾波器,以濾除處理訊號SC的高頻訊號成分(例如為具有高於2fm的頻率之多個訊號成分)。如第3圖所示,經濾波器135處理後,處理訊號SD中的多個高頻訊號成分已被濾除。
繼續參照第2圖,放大器136用以放大處理訊號SD以產生處理訊號SE。放大器136可增加處理訊號SD的功率,以提高具有基頻頻率fm的訊號成分的訊號雜訊比。於一些實施中,放大器136為增益可調的放大器。例如,放大器136可由可編程增益放大器實現。在一些實施例中,濾波器135以及放大器136可整合為單一電路。或者,在一些實施例中,偵測電路130可在不設置放大器136下進行操作。上述多種設置 方式皆為示例,本案並不以此為限。
ADC 137耦接至放大器136以接收處理訊號SE。ADC 137用以轉換處理訊號SE至對應的數位訊號SF。功率分析電路138用以分析數位訊號SF以取得具有基頻頻率fm的訊號成分的功率,並據以輸出偵測訊號SDET。於一些實施例中,功率分析電路138可由執行功率譜密度估計的處理器、數位電路或特殊應用積體電路實現。於一些實施例中,功率譜密度估計可藉由快速傅立葉轉換等運算實現。或者,於另一些實施例中,功率分析電路138可由執行功率譜密度估計的演算法(例如為快速傅立葉轉換)或軟體實現。功率分析電路138的各種實現方式皆為本案所涵蓋的範圍。
在一些實施例中,當偵測到的具有基頻頻率fm的訊號成分的功率大於一預設值時,功率分析電路138輸出具有第一邏輯狀態(例如為邏輯1)的偵測訊號SDET。或者,當偵測到的具有基頻頻率fm的訊號成分的功率小於該預設值時,功率分析電路138輸出具有第二邏輯狀態(例如為邏輯0)的偵測訊號SDET。如此一來,補償電路120可藉由判斷偵測訊號SDET的邏輯狀態決定校正的調整方向。上述僅為示例,各種功率分析電路138的設置方式皆為本案所涵蓋之範圍。
在一些相關技術中,採用單次訊號調變的操作來處理發射器的輸出訊號以偵測鏡像訊號的功率。於此些技術中,需要透過量測具有頻率為2fm的訊號成分來偵測鏡像訊號。換言之,在這些技術中,待測的訊號成分的頻率較高,而使得ADC所需之頻寬大增。如此,將造成ADC的實現困難, 並造成電路整體功耗增加。
相對於上述技術,在本案中採用二次的訊號調變機制來偵測鏡像訊號的功率。如先前所述,本案可透過量測具有頻率為fm的訊號成分來偵測鏡像訊號。相較之下,本案待測的訊號成分的頻率較低。因此,ADC 137所需頻寬得以降低。例如,相較於上述的相關技術,ADC 137的頻寬可低於兩倍的基頻頻率fm。如此一來,ADC 137可較易實現。
參照第4圖,第4圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號偵測方法400的流程圖。為易於說明,一併參照第2圖,以說明偵測電路130的相關操作。於一些實施例中,訊號偵測方法400包含多個操作S410、S420、S430、S440、S450以及S460。
於操作S410,混頻器132根據輸出訊號SOUT執行訊號調變,以產生處理訊號SA。於操作S420,濾波器133根據處理訊號SA執行濾波操作,以產生處理訊號SB。
例如,如第2圖所示,混頻器132耦接至衰減器131接收衰減後的輸出訊號SOUT,並根據接收到衰減後的輸出訊號SOUT調變衰減後的輸出訊號SOUT,以產生處理訊號SA。濾波器133濾除處理訊號SA的低頻訊號成分以產生處理訊號SB。
繼續參照第4圖,於操作S430,混頻器134根據處理訊號SB執行訊號調變,以產生處理訊號SC。於操作S440,濾波器135根據處理訊號SC執行濾波操作,以產生處理訊號SD。
例如,如第2圖所示,混頻器134根據接收到的處理訊號SB調變處理訊號SB,以產生處理訊號SC。濾波器135濾除處理訊號SC的高頻訊號成分以產生處理訊號SD。
繼續參照第4圖,於操作S450,ADC 137根據處理訊號SD產生對應的數位訊號SF。於操作S460,功率分析電路138根據數位訊號SF決定具有基頻頻率fm的訊號成分的功率,並據以輸出偵測訊號SDET。
例如,如先前所示,ADC 137可接收自放大器136放大後的處理訊號SD(即處理訊號SE),並產生相應的數位訊號SF至功率分析電路138。功率分析電路138可藉由分析具有基頻頻率fm的訊號成分的功率,並輸出具有相應邏輯狀態的偵測訊號SDET。如此一來,補償電路120可根據偵測訊號SDET的邏輯狀態相應調整發射器110的通道不匹配。
上述訊號偵測方法400的多個步驟僅為示例,並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本揭示內容的各實施例的操作方式與範圍下,在訊號偵測方法400下的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行。
綜上所述,本案所提供的訊號發送裝置與偵測方法藉由對發射器的輸出訊號進行兩次訊號調變,以降低偵測電路的電路規格需求。
雖然本案已以實施方式揭露如上,然其並非限定本案,任何熟習此技藝者,在不脫離本案之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種訊號發送裝置,包含:一發射器,用以基於一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號發射一輸出訊號,其中該第一基頻訊號與該第二基頻訊號具有一基頻頻率;以及一偵測電路,用以根據該輸出訊號執行兩次的頻率調變操作來偵測該輸出訊號中具有該基頻頻率之一訊號成分,以控制一補償電路校正該發射器的通道不匹配。
  2. 如請求項1所述的訊號發送裝置,其中該偵測電路包含:一第一混頻器,用以根據該輸出訊號調變該輸出訊號,以產生一第一處理訊號;一第一濾波器,用以根據該第一處理訊號執行一第一濾波操作,以產生一第二處理訊號;以及一第二混頻器,用以根據該第二處理訊號調變該第二處理訊號,以產生一第三處理訊號。
  3. 如請求項2所述的訊號發送裝置,其中該兩次的頻率調變操作為兩次的平方運算,該第一混頻器執行該兩次的平方運算中的一第一平方運算,且該第二混頻器執行該兩次的平方運算中的一第二平方運算。
  4. 如請求項2所述的訊號發送裝置,其中該偵測電路更包含:一第二濾波器,用以根據該第三處理訊號執行一第二濾波操作,以產生一第四處理訊號;一類比至數位轉換器,用以根據該第四處理訊號產生一數位訊號;以及一功率分析電路,用以分析該數位訊號,以產生用於控制該補償電路的一偵測訊號。
  5. 如請求項4所述的訊號發送裝置,其中該第一濾波器為一高通濾波器,且該第二濾波器為一低通濾波器。
  6. 一種偵測電路,用以偵測一發射器的一輸出訊號,該偵測電路包含:一第一混頻器,用以根據該輸出訊號執行一第一平方運算,以產生一第一處理訊號;一第一濾波器,用以根據該第一處理訊號執行一第一濾波操作,以產生一第二處理訊號;以及一第二混頻器,用以根據該第二處理訊號執行一第二平方運算以產生一第三處理訊號,其中該第二處理訊號具有一第一訊號成分,該第三處理訊號具有一第二訊號成分,該第一訊號成分之一頻率為該第二訊號成分之一頻率的兩倍,且該第三處理訊號更用以經由一補償電路處理,以校正該發射器的通道不匹配。
  7. 如請求項6所述的偵測電路,更包含:一第二濾波器,用以根據該第三處理訊號執行一第二濾波操作,以產生一第四處理訊號;一類比至數位轉換器,用以根據該第四處理訊號產生一數位訊號;以及一功率分析電路,用以分析該數位訊號,以產生用於控制該補償電路的一偵測訊號。
  8. 如請求項7所述的偵測電路,更包含:一放大器,用以放大該第四處理訊號,其中該類比至數位轉換器更用以根據放大後的該第四處理訊號產生該數位訊號。
  9. 如請求項7所述的偵測電路,其中該第一濾波器為一高通濾波器,且該第二濾波器為一低通濾波器。
  10. 一種訊號偵測方法,包含:藉由一第一混頻器根據一發射器的一輸出訊號執行一第一訊號調變,以產生一第一處理訊號;藉由一第一濾波器根據該第一處理訊號執行一第一濾波操作,以產生一第二處理訊號;以及藉由一第二混頻器根據該第二處理訊號執行一第二訊號調變以產生一第三處理訊號,其中該第二處理訊號具有一第一訊號成分,該第三處理訊號具有一第二訊號成分,該第一訊號成分之一頻率為該第二訊號成分之一頻率的兩倍,且該第三處理訊號更用以經由一補償電路處理,以校正該發射器的通道不匹配。
TW106142786A 2017-12-06 2017-12-06 訊號發送裝置、偵測電路與其訊號偵測方法 TWI660593B (zh)

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