CN101090285B - 射频接收器及其自动增益控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种射频接收器，包括低噪声放大器、本地振荡器、混频器、滤波器以及自动增益控制单元。低噪声放大器，用以接收并放大射频信号。本地振荡器，用以提供第一本地振荡信号。混频器，耦接于低噪声放大器与本地振荡器，用以根据已放大的射频信号与第一本地振荡信号，产生第一中频信号。滤波器，耦接于混频器，用以对第一中频信号进行滤波并产生第一输出信号。自动增益控制单元，耦接于低噪声放大器，用以根据已放大的射频信号的强度来调整滤波器或混频器的增益。射频接收器的动态增益范围有所增加，可减少信号经过处理后可能产生的非线性突波，因此可提高所要接收的信道信号的质量以及射频接收器的效率。

Description

射频接收器及其自动增益控制方法
技术领域
本发明是关于一种射频接收器及其自动增益控制方法，特别是关于一种具有适应性增益控制功能的射频接收器及其自动增益控制方法。
背景技术
在一般的具有中频自动增益控制(Intermediate Frequency Automatic GainControl，IFAGC)功能的射频接收器中，其自动增益控制(Automatic GainControl，AGC)的运作通常是根据在滤波器之后接收到的信号强度，来调整射频接收器的前端增益(front-end gain)。但是，如果没在前端处理阶段先降低信号的相临信道信号干扰，则会因为滤波前接收到带有过大的相临信道信号干扰的信号，而使得滤波及后续处理阶段的信号失真。因此，为解决这个问题，提出了射频自动增益控制(Radio Frequency Automatic Gain Control，下文简称为RFAGC)架构。通过追踪接收到的信号的强度与干扰，RFAGC的增益控制运作可以随时追踪干扰的强度变化以避免失真。然而，在一般的RFAGC增益控制运作中，只有低噪声放大器(Low Noise Amplifier，下文简称为LNA)的增益被调整以降低干扰，但这又可能导致在噪声系数与动态变化之间产生一个权衡取舍(trade-off)。举例来说，如果LNA的增益减少幅度过大，射频接收器输出噪声会明显增大，将导致噪声系数变大。
图1为具有IFAGC功能的射频信号接收器的功能方框图。低噪声放大器11接收并放大射频信号。混频器13根据本地振荡器(local oscillator，LO)12的输出信号，将已放大的射频信号转换为同相(in-phase)信号I与正交(quadrature-phase)信号Q。信道选择滤波器(channel selection filter)14接收并对信号I与Q进行过滤，以输出所需的信道信号，其中信号I与Q为转换过程中的中频信号。限制放大器15接收并放大信道选择滤波器14的输出信号。接收信号强度指示器(received signal strength indicator，RSSI)模块17进一步测量已放大的输出信号的信号质量，并输出一接收信号强度值(以下简称“RSSI值”)。自动增益控制器16根据接收信号强度指示器模块17输出的RSSI值反馈并调整低噪声放大器11的增益。然而，根据图1所示的方框图的运作，可以滤掉在信道选择滤波器14后接收到的相临信道信号干扰，且不会影响RSSI值。但是，过大的相临信道信号干扰会导致信道选择滤波器14的输出信号失真，且会产生非线性的突波(spurs)。
图2为具有RFAGC功能的射频信号接收器的一实施例的功能方框图。与图1的射频信号接收器相比，主要的差别为自动增益控制器16的输入信号为低噪声放大器11的输出信号，而不是图1所示的接收信号强度指示器模块17的输出信号。通过追踪接收到的信号的强度与干扰，RFAGC的增益控制运作可以随时追踪低噪声放大器11的输出信号与干扰的强度变化，以避免后续处理单元中的失真。这种架构可以减少非线性的突波，但仍有许多不足之处。在图2中，只能对低噪声放大器11的增益进行调整以降低干扰并减少失真，这会在噪声系数与动态变化之间产生一个权衡取舍。举例来说，如果低噪声放大器11的增益减少幅度过大，将会导致输出噪声的强度明显变大，相对的噪声系数将恶化。请参考图3，图3为经过图2中低噪声放大器11，混频器13，信道选择滤波器14，及自动增益控制器16处理后的所需信道的信号与相邻信道信号干扰的频谱图。在图3中，S_channel表示所需信道的信号，S_adj表示相邻信道的信号干扰。此外，S1表示低噪声放大器11的输入信号，S2表示混频器13的输出信号与信道选择滤波器14的输入信号，S3表示信 道选择滤波器14的输出信号与限制放大器15的输入信号。在S1中，S_channel的强度为-50dBm，S_adj的强度为-30dBm。接着，在S2中，信号S_channel与S_adj经过低噪声放大器11与混频器13的处理后，其强度分别增加为-20dBm与0dBm。接着，信号S_channel与S_adj被具有固定的10dB增益的信道选择滤波器14处理，而信道选择滤波器14并没有足够的动态增益范围来处理过大的干扰。因此，非线性的突波(在图3中被表示为31与32)便随之产生。在图2的射频信号接收器的运作中，一个用来减少非线性突波(non-linear spurs)的方法便是降低低噪声放大器11的增益。然而，这又会造成射频信号接收器的信噪比(signal-to-noise，SNR)明显恶化。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种用以改善射频接收器的自动增益控制的方法，射频接收器及其自动增益控制单元。
本发明提供了一种射频接收器，包括低噪声放大器、本地振荡器、混频器、滤波器以及自动增益控制单元。低噪声放大器，用以接收并放大射频信号。本地振荡器，用以提供第一本地振荡信号。混频器，耦接于低噪声放大器与本地振荡器，根据已放大的射频信号与第一本地振荡信号，产生第一中频信号。滤波器，耦接于混频器，用以对第一中频信号进行滤波，以产生第一输出信号。自动增益控制单元，耦接于低噪声放大器，用以根据已放大的射频信号的强度来调整滤波器及混频器的增益。
本发明进一步提供了一种用以改善射频接收器自动增益控制的方法，其中射频接收器包括自动增益控制单元、混频器以及滤波器，包括：提供射频信号至自动增益控制单元；通过自动增益控制单元产生一控制信号；以及利用控制信号来调整混频器及滤波器的增益。
本发明进一步提供一种自动增益控制单元，包括第一端与第二端。第一端，用以接收输入信号，其中自动增益控制单元根据该输入信号产生控制信号。第二端，耦接于混频器及滤波器，其中第二端输出增益调节信号到混频器及该滤波器，以根据该控制信号调整混频器及滤波器的增益。
本发明提供了用以改善射频接收器的自动增益控制的方法，射频接收器及其自动增益控制单元。通过根据已放大的射频信号的强度来调整滤波器及混频器的增益，来增加射频接收器的动态增益范围，以减少信号经过处理后可能产生的非线性突波，因此可提高所要接收的信道信号的质量以及射频接收器的效率。
附图说明
图1为现有的具有中频自动增益控制功能的射频信号接收器的一实施例的功能方框图。
图2为现有的具有射频自动增益控制功能的射频信号接收器的一实施例的功能方框图。
图3为经过图2中低噪声放大器，混频器，及信道选择滤波器处理后的信号的频谱图。
图4为根据本发明的具有射频自动增益控制功能的射频接收器的一实施例的功能方框图。
图5为经过图4中低噪声放大器、混频器、以及信道选择滤波器处理后的信号的频谱图。
图6为根据本发明的另一实施例的射频接收器的功能方框图。
图7为根据本发明的另一实施例的射频接收器的功能方框图。
图8为自动增益控制单元被开启或关闭时的输出频谱图。
具体实施方式
图4为根据本发明的射频接收器的一实施例的功能方框图。低噪声放大器41接收并放大射频信号。混频器43根据本地振荡器(local oscillator，LO)42的输出信号，将已放大的射频信号降频转换为一同相(in-phase)信号I与一正交(quadrature-phase)信号Q。信道选择滤波器(channel selection filter)44接收并对信号I与Q进行滤波，以得到所需的信道信号，其中信号I与Q为转换过程中的中频信号。限制放大器45接收并对信道选择滤波器44的输出信号进行放大。自动增益控制单元46(automatic gain control unit，AGC unit)根据低噪声放大器41的输出信号调整低噪声放大器41、混频器43以及信道选择滤波器44的增益。根据图4所示的射频接收器的架构，本发明实施例所示的射频接收器可以提供适应性的增益控制，以增加射频接收器的动态增益范围，来减少信号经过信道选择滤波器44处理后可能产生的非线性突波(non-linear spurs)。
请参考图5。图5为经过图4中低噪声放大器41、混频器43、信道选择滤波器44以及自动增益控制单元46处理后的信号的频谱图。在S1中，S_channel的强度为-50dBm，S_adj的强度为-30dBm。接着，在S2中，信号S_channel与S_adj经过低噪声放大器41与混频器43的处理后，其强度分别增加为-20dBm与0dBm。接着，信道选择滤波器44处理信号S_channel与S_adj，其中信道选择滤波器44可提供0dB到10dB的适应性的增益，与图1中的信道选择滤波器14相比，信道选择滤波器44可以提供较大的动态增益控制范围(大约10dB)。因此，自动增益控制单元46可以适应性地调整信道选择滤波器44的增益至0dB，以避免产生非线性突波。与图3中的S3相比，由于信道选择滤波器44的动态增益范围较大，图5中的S3中产生的非线性突波微弱到是可被忽略的。
图6为根据本发明的另一实施例的射频接收器的功能方框图。低噪声放大器41接收并放大射频信号。混频器43根据本地振荡器42的输出信号，将已放大的射频信号降频转换为同相信号I与正交信号Q。信道选择滤波器44接收并对信号I与Q进行滤波，以输出所需的信道信号，其中信号I与Q为转换过程中的中频信号。限制放大器45接收并放大信道选择滤波器44的输出信号。自动增益控制单元46根据低噪声放大器41的输出信号调整低噪声放大器41、混频器43以及增益级单元47的增益。增益级单元(gain stage unit)47，可为一信号放大器，根据自动增益控制单元46的增益控制信号来调整同相信号I与正交信号Q的强度。根据图6中所示的射频接收器的架构，本实施例可以对射频接收器提供适应性的增益控制，来增加射频接收器的动态增益范围，以减少信号经过信道选择滤波器44处理后可能产生的非线性突波。
图7为根据本发明另一实施例的射频接收器的方框图。低噪声放大器41接收并放大射频信号。混频器43根据本地振荡器42的输出信号，将已放大的射频信号降频转换为同相信号I与正交信号Q。信道选择滤波器44接收并对信号I与Q进行滤波，以输出所需的信道信号，其中信号I与Q为转换过程中的中频信号。限制放大器45接收并放大信道选择滤波器44的输出信号。接收信号强度指示器模块48根据限制放大器45已放大的输出信号产生一接收信号强度值。当限制放大器45的输出信号的强度超过一第一预定强度时，接收信号强度指示器模块48根据接收信号强度值产生一导通信号，以开启自动增益控制单元46。当限制放大器45的输出信号低于一第二预定强度时，接收信号强度指示器模块48根据接收信号强度值产生一关闭信号，以关闭自动增益控制单元46。在本实施例中，可避免对自动增益控制单元46进行的连续导通或关闭。导通信号与关闭信号可以通过接收信号强度指示器模块48中的硬件及/或软件控制方法所产生。当自动增益控制单元46根据接收到导通信号而导通时，自动增益控制单元46根据低噪声放大器41的输出信号来调整低噪声放大器41、混频器43以及信道选择滤波器44的增益。根据图7中所示的射频接收器的架构，本发明实施例可以对射频接收器提供适应性的增益控制，来增加射频接收器的动态增益范围，以减少信号经过信道选择滤波器44处理后可能产生的突波。
图8为自动增益控制单元被开启(AGC-on)或关闭(AGC-off)时的输出频谱图。当本发明的自动增益控制单元46被关闭时，由相邻信道信号干扰产生的非线性突波会降低所要接收的信道信号的质量。当本发明的自动增益控制单元46被开启时，非线性突波与相邻信道信号干扰的强度会明显的降低，因此可提高所要接收的信道信号的质量以及射频接收器的效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的范围内，可以做一些改动，因此本发明的保护范围应与权利要求所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种射频接收器，其特征在于，该射频接收器包括：
一低噪声放大器，用以接收并放大一射频信号；
一本地振荡器，用以提供一第一本地振荡信号；
一混频器，耦接于所述低噪声放大器与所述本地振荡器，用以根据所述已放大的射频信号与所述第一本地振荡信号，产生一第一中频信号；
一滤波器，耦接于所述混频器，用以对所述第一中频信号进行滤波以产生一第一输出信号；以及
一自动增益控制单元，耦接于所述低噪声放大器，用以根据所述已放大的射频信号的强度来调整所述滤波器及所述混频器的增益。
2.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，所述滤波器进一步包括受控于所述自动增益控制单元的一第一放大器，用以放大所述第一中频信号。
3.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，所述自动增益控制单元进一步调整所述低噪声放大器的增益。
4.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，该射频接收器进一步包括一第二放大器，用以放大所述第一输出信号。
5.如权利要求4所述的射频接收器，其特征在于，该射频接收器进一步包括一接收信号强度指示器模块，耦接于所述第二放大器与所述自动增益控制单元，用以根据所述已放大的第一输出信号产生一接收信号强度值。
6.如权利要求5所述的射频接收器，其特征在于，所述接收信号强度指示器模块进一步包括一硬件或一软件，用以根据所述接收信号强度值输出一导通信号或一关闭信号以控制所述自动增益控制单元，其中当所述接收信号强度值大于一第一预定值时，所述硬件或软件输出所述导通信号，以开启所述自动增益控制单元；当所述接收信号强度值低于一第二预定值时，所述硬件或软件输出所述关闭信号，以关闭所述自动增益控制单元的运作。
7.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，所述第一中频信号包括一同相信号与一正交信号。
8.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，所述第一本地振荡信号包括一同相本地振荡信号与一正交本地振荡信号。
9.一种用以改善射频接收器自动增益控制的方法，该射频接收器包括自动增益控制单元、混频器以及滤波器，其特征在于，该方法包括：
提供一射频信号至所述自动增益控制单元；
通过所述自动增益控制单元产生一控制信号；以及
利用所述控制信号来调整所述混频器及所述滤波器的增益。
10.如权利要求9所述的用以改善射频接收器自动增益控制的方法，其特征在于，所述射频接收器进一步包括一放大器，耦接于所述滤波器，该方法进一步包括：
利用所述控制信号来调整所述放大器的增益。
11.一种自动增益控制单元，其特征在于，该自动增益控制单元包括：
一第一端，接收一输入信号，其中所述自动增益控制单元进一步根据所述输入信号产生一控制信号；以及
一第二端，耦接于一混频器及一滤波器，其中所述第二端输出一增益调节信号到所述混频器及所述滤波器，以根据所述控制信号调整所述混频器及所述滤波器的增益。
12.如权利要求11所述的自动增益控制单元，其特征在于，所述第二端进一步耦接于一放大器，所述放大器耦接于所述滤波器以调整所述滤波器的增益。
13.如权利要求11所述的自动增益控制单元，其特征在于，该自动增益控制单元进一步包括：
一第三端，耦接于一射频放大器，以调整所述射频放大器的增益。
14.如权利要求11所述的自动增益控制单元，其特征在于，所述输入信号为一射频信号。
15.如权利要求11所述的自动增益控制单元，其特征在于，该自动增益控制单元进一步包括：
一第四端，耦接于一接收信号强度指示器模块，其中所述接收信号强度指示器模块产生一接收信号强度值。
16.如权利要求15所述的自动增益控制单元，其特征在于，所述接收信号强度指示器模块进一步包括一硬件或一软件，用以根据所述接收信号强度值产生一导通信号或一关闭信号，以控制所述自动增益控制单元，其中当所述接收信号强度值大于一第一预定值时，所述硬件或软件输出所述导通信号，以开启所述自动增益控制单元；当所述接收信号强度值低于一第二预定值时，所述硬件或软件输出所述关闭信号，以关闭所述自动增益控制单元的运作。
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