CN100384095C - 频率校正的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种根据一操作频率而偏移一共振频率的方法与装置。从一频率合成器取得一控制讯号，以指示此操作频率与一预定频率间的一差异；利用一映射表以译码此控制讯号，而产生一调整讯号；以及根据此调整讯号而调整此共振频率。

Description

频率校正的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种根据电子电路的一操作频率而动态地偏移共振频率的方法与装置。

背景技术

随着近期无线通讯的快速发展，对于操作频率在GHz阶段的无线通讯系统具有高度的需求。这些通讯系统的放大器要如何设计，则为一个复杂的问题，因为放大器的增益在系统操作频率偏移时，无法保持稳定。

图1显示现有的一无线电频率(RF)放大器。此RF放大器含有一晶体管M1，此晶体管M1用以放大从节点IN所输入的一输入讯号，而产生一放大讯号并输出至节点OUT。一般来说，通讯装置的操作频率将会与放大器的共振频率一致，以获得最大的放大增益。共振频率定义为当节点OUT与接地端之间的等效阻抗为最大时的频率值。图2的曲线201显示等效阻抗随着频率所产生的变化。当操作频率符合共振频率f1，等效阻抗亦达到最大值Z1，因此输出讯号获得放大器最大的增益。当操作频率不等于共振频率f1，而为f2时，显而易见地，等效阻抗从Z1减至为Z2。由于曲线201具有一陡峰(peak)部份，因此等效阻抗的减少将导致明显的增益损失，更使得通讯装置无法在最佳状态上运行。由于电子组件理论特性与实际特性之间的偏差，而导致操作频率无法与预期值或是模拟值一致，便有可能发生操作频率的偏移(从f1至f2)。不幸的是，这种偏差在现实状况中经常发生。

为了解决上述问题，图1所示的RF放大器亦含有一电感器L1、一电容器C1、与一电阻器R1。这三个组件L1、C1、与R1用以减少等效阻抗的所受到频率的影响。在适当设置下，这三个组件可使得曲线201显得平缓。如图3所示，曲线301表示L1、C1、与R1效应下的等效阻抗。当操作频率从f1偏移至f2时，等效阻抗仅轻微的从Z3下降至Z4。因此，可减缓前述由于操作频率偏移所导致的增益损失。

加入L1、C1、与R1虽可有效解决增益损失的问题，但却引发其它的问题。如图3所示，曲线301的峰值远低于曲线201的峰值。即使操作频率如预期地保持在f1，峰值下降亦会导致严重的增益损失。甚者，由于L1的电感值、C1的电容值、与R1的电阻值为固定，无法根据操作频率的变化而进行校正，因此通常将曲线301设定为足够平缓，即使在操作频率明显地与共振频率不同的情况下，仍能保持等效阻抗的轻微下降。为了达到这个目的，等效阻抗需较低，因而牺牲了放大增益。因此需要另外一种方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提出一种收发器、装置、与方法，供根据操作频率而动态地偏移一共振频率，而不需减损放大增益。

对应一操作频率而调整或校正一共振频率的方法包含下列步骤：(a)从一频率合成器，取得一控制讯号，以指示此操作频率与一预定频率间的一差异；(b)利用一映射表以译码此控制讯号，而产生一调整讯号；以及(c)根据此调整讯号而调整此共振频率。

步骤(c)还包含下列步骤：(d)提供至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，每一开关连结至一电感器或一电容器；以及(e)根据此调整讯号，控制每一开关以改变关联于此共振频率的此阻抗。

供发送一放大讯号的收发器包含一频率合成器与一装置。此频率合成器供输出一控制讯号，以指示指示该放大电路的一操作频率与一预定频率间的一频率差异。此装置包含一放大电路与一调整器。此放大电路具有一阻抗与一共振频率，并根据此输入讯号而产生此放大讯号。此调整器根据此控制讯号，藉由调整此阻抗而校正此共振频率到与该操作频率一致，使得共振频率可对应此操作频率而偏移。

频率合成器可包含一数字频率控制器，此数字频率控制器供决定此操作频率与产生此控制讯号。此调整器包含一译码器，并具有一映射表，此调整器根据此映射表，译码此控制讯号与产生一调整讯号。此放大电路包含一放大器与一调整放大槽，此调整放大槽包含至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，每一开关连结至此放大器与一电感器或一电容器，此调整放大槽根据此调整讯号，控制每一开关为开路或闭路，以改变此阻抗。

附图说明

图1显示现有技术的一放大电路；

图2显示放大电路的阻抗随着频率的改变；

图3显示当一些电子组件加入后，放大电路的等效阻抗随着频率的改变；

图4显示根据本发明一实施例的收发器；

图5显示根据本发明一实施例的频率合成器的方块图；

图6显示根据本发明一实施例的译码器的方块图；

图7显示根据本发明一实施例的映射表；

图8显示根据本发明一实施例的放大电路；

图9显示根据本发明一实施例的方法流程图；

图10进一步显示根据本发明一实施例的调整一共振频率的步骤；以及

图11显示根据本发明一实施例的放大电路。

附图符号说明

晶体管M1、801、1101

电感器L1、803、1103

电容器C1、805、807、809、811、1105、1107、1109

电阻器R1

开关813、815、817、1111、1113

频率合成器401

装置403

调整器405

放大电路407

放大器409

调整放大槽411

相位频率检测器501

低通滤波器503

压控震荡器505

除法器507

数字频率控制器509

译码器601

映射表603

表701、703

具体实施方式

本发明提供一种收发器，能够在其共振频率处放大一输入讯号，以获得一最大增益，其中此共振频率根据其操作频率而动态地进行校正。图4显示一实施例中，此收发器的方块图。此收发器，用于例如移动电话中，并包含一频率合成器(frequency synthes izer)401与一装置403。频率合成器401可为现有的任一种锁相回路(PLL)频率合成器。

举例来说，如图5所示，频率合成器401可含有一相位频率检测器(phasefrequency detector)501、一低通滤波器(low pass filter)503、一压控震荡器505、一除法器507、与一数字频率控制器509。频率合成器401提供收发器一参考频率。此参考频率通常作为操作频率。假设在节点N2所需输出的参考频率502为1GHz，则操作原理如下：举例来说，除法器507将参考频率502除以1000，而产生一第一讯号504以指示参考频率502的千分之一；相位频率检测器501比较此第一讯号504以及一从节点N1输入的预设频率1MHz，而输出一第二讯号506以指示1MHz与参考频率502的千分之一之间的差异；低通滤波器503过滤此第二讯号506，而产生一直流电压508，此直流电压508的值代表1GHz与参考频率502之间的频率差异；数字频率控制器509比较此直流电压508与一从节点N3所输入的预设电压，而产生例如一3位的控制讯号500，以指示1GHz与参考频率502之间的频率差异；而压控震荡器505含有一槽(tank)，能够根据控制讯号505，而调整此压控震荡器505的震荡频率，使得与震荡频率相关的参考频率，能够被校正至刚好为1GHz。举例来说，如果控制讯号500的值为(100)，而此时代表参考频率502为1GHz，而若控制讯号500的值若小于(100)，例如(000)、(001)、(010)、或(011)，则代表参考频率502小于1GHz，而若控制讯号500的值若大于(100)，例如(101)、(110)、或(111)，则代表参考频率502大于1GHz。

藉由从节点N4取得此三位的控制讯号500，此收发器可获得操作频率，也就是参考频率502的信息。

如图4所示，装置403含有一调整器405与一放大电路407。调整器405用以产生一调整讯号404，此调整讯号404对应控制讯号500，而利用调整放大电路407的阻抗以校正放大电路407的共振频率。放大电路407接收一输入讯号400，放大此输入讯号400，而输出一放大讯号402。

图6显示一实施例中的调整器405。调整器405可含有一译码器601，并具有一映射表(mapping table)603，此译码器601译码控制讯号500以及藉由寻查此映射表603而产生调整讯号404。图7显示一实施例中的映射表603，其中表701代表可取用的控制讯号500的三位值，而表代表可取用的调整讯号404的二位值。当控制讯号500不是(000)就是(001)时，译码器601藉由寻查此映射表603以决定对应的调整讯号404为(00)。相似地，控制讯号500的值为(010)或(011)，对应调整讯号404的值为(01)；控制讯号500的值为(100)或(101)，对应调整讯号404的值为(10)；控制讯号500的值为(110)或(111)，对应调整讯号404的值为(11)。

在此实施例中，调整讯号404的值为(00)表示操作频率远小于共振频率；调整讯号404的值为(01)表示操作频率略小于共振频率；调整讯号404的值为(10)表示操作频率与共振频率约相等；调整讯号404的值为(11)表示操作频率大于共振频率。

虽然上例中的控制讯号500被设定为三位值，而调整讯号404被设定为二位值，但本发明并不局限控制讯号与调整讯号的位数目。一般来说，控制讯号505具有m位值，而调整讯号404具有n位值，其中m、n皆为整数且m大于n。

再参照图4，放大电路407含有一放大器409与一调整放大槽(tuningamplifier tank)411。图8还显示放大电路407的电路设计。放大器409含有一NMOS晶体管801以进行放大。调整放大槽411含有一电感器803、四个电容器805、807、809、与811、以及三个开关813、815、817，每一开关可分别为开或关，以改变放大电路407的等效阻抗。若调整讯号404的值为(10)，则开关813与815为开路，而开关817为闭路。若调整讯号404的值为(01)，则开关813为开路，而开关815与817为闭路。若调整讯号404的值为(00)，则开关813、815、与817为闭路。若调整讯号404的值为(11)，则开关813、815、与817为开路。藉此，共振频率被校正以跟随操作频率。

本发明还提供一种方法，能够对应操作频率而调整或校正一放大器的共振频率，使得放大器的增益能够保持，而收发器能在最佳状态下运作。

图9显示根据本发明一实施例的方法流程图。在步骤901，从一频率合成器，取得一控制讯号。此频率合成器可为用于一现今RF收发器中的任何一种PLL频率合成器。此控制讯号指示一操作频率与一预定频率间的一差异，其中此预定频率为一特定频率，而此收发器所有的电路皆被预期在此特定频率上进行操作，而此操作频率为此收发器所有的电路实际上所进行操作的频率。此操作频率被预期与此预定频率一致。举例来说，当电路的理论特性与实际特性存在着差异时，则此操作频率与此预定频率的不一致就可能发生。在步骤903，利用一映射表以译码此控制讯号，而产生一调整讯号。在步骤905，根据此调整讯号，也就是根据此预定频率与此操作频率的差异，而调整此共振频率。

一般来说，共振频率被校正到与操作频率一致，使得电路能够在一相符频率上运作。然而，本发明亦可应用于当共振频率用于电路的其它阶段，其中其它阶段电路在操作频率的某一比例值下运作。

步骤905更进一步显示于图10的各步骤。在步骤1001，提供至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，其中每一开关连结至此放大器与一电感器或一电容器。图11显示一实施例中供执行步骤1001的一放大电路。此放大电路含有一晶体管1101、一电感器1103、三个电容器1105、1107、1109，以及两个开关1111与1113。开关1111连接至电容器1107与晶体管1101。开关1113连接至电容器1109与晶体管1101。虽然开关1111与1113分别连接至一电容器，本发明并不局限于此。更特别地，根据实际需求，开关1111与1113可分别连结至一电容器或是一电感器。在步骤1003，每一开关，例如开关1111或1113，根据此调整讯号而为开路或闭路，以改变节点OUT与接地端之间的等效阻抗，使得共振频率对应操作频率而偏移。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (11)

1.一种根据一输入讯号而发送一放大讯号的收发器，包含：

一频率合成器，供输出一控制讯号以指示放大电路的一操作频率与一预定频率间的一频率差异；

一放大电路，该放大电路具有一阻抗与一共振频率，并根据一输入讯号而产生该放大讯号；以及

一调整器，根据该控制讯号，藉由调整该放大电路的阻抗而校正该共振频率到与该操作频率一致。

2.如权利要求1的收发器，其中该频率合成器包含一数字频率控制器，该数字频率控制器供决定该操作频率与产生该控制讯号。

3.如权利要求1的收发器，其中该调整器包含一译码器，该调整器并具有一映射表，并根据该映射表，译码该控制讯号与产生一调整讯号。

4.如权利要求3的收发器，其中该控制讯号为m位，而该调整讯号为n位，m、n皆为整数，且m大于n。

5.如权利要求3的收发器，其中该放大电路包含一放大器与一调整放大槽，该调整放大槽包含至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，每一开关连结至该放大器与一电感器或一电容器，该调整放大槽根据该调整讯号，控制每一开关以改变该阻抗。

6.一种藉由一控制讯号而产生一放大讯号的装置，该控制讯号由一频率合成器所产生，该控制讯号指示放大电路的一操作频率与一预定频率间的一频率差异，该装置包含：

一放大电路，该放大电路具有一阻抗与一共振频率，并根据一输入讯号而产生该放大讯号；以及

一调整器，根据该控制讯号，藉由调整该阻抗而校正该共振频率到与该操作频率一致。

7.如权利要求6的装置，其中该调整器包含一译码器，该调整器并具有一映射表，并根据该映射表，译码该控制讯号与产生一调整讯号。

8.如权利要求7的装置，其中该控制讯号为m位，而该调整讯号为n位，m、n皆为整数，且m大于n。

9.如权利要求6的装置，其中该放大电路包含一放大器与一调整放大槽，该调整放大槽包含至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，每一开关连结至该放大器与一电感器或一电容器，该调整放大槽根据该调整讯号，控制每一开关以改变该阻抗。

10.一种调整一放大电路的共振频率的方法，该放大电路具有一阻抗，该阻抗关联于该共振频率，该方法包含：

(a)从一频率合成器，取得一控制讯号，以指示该放大电路的一操作频率与一预定频率间的一频率差异；

(b)利用一映射表以译码该控制讯号，而产生一调整讯号；以及

(c)根据该调整讯号而调整该阻抗，以校正该共振频率到与该操作频率一致。

11.如权利要求10的方法，其中步骤(c)还包含：

(d)在该放大电路中设置至少一电感器、至少一电容器、与多个开关，每一开关连结至一电感器或一电容器；以及

(e)根据该调整讯号，控制每一开关以改变关联于该共振频率的该阻抗。

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