CN102195663B - 电流形式的无线接收系统及无线接收方法 - Google Patents

Abstract

一种电流形式的无线接收系统及无线接收方法，该无线接收系统包含：一前置处理器，用以接收一电压形式的输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一电流形式的前置信号；一混频器，使该前置信号降频为一电流形式的降频后信号；及一放大器，提高该降频后信号的增益，以送出一电流形式的输出信号。

Description

电流形式的无线接收系统及无线接收方法

技术领域

本发明涉及一种无线接收系统，特别涉及一种电流形式的无线接收系统。

背景技术

常见的无线接收系统大致可分为两大类：第一类是系统内所有元件都以电压形式来传递信号，第二类则是采混用形式，即部分元件以电压形式传递而其他以电流形式。

由于第一类系统的信号流都是电压形式，所以必须提供较高的工作电压来支持信号操作空间，以避免产生截波(clipping)现象，但相对地功率消耗大。并且，当有高增益需求时，须采用多个串迭的晶体管才能实现采电压形式的放大器，不仅有损线性度，也会带出过多的低频噪声。

第二类系统通常是基于各元件的性能表现来决定取电压形式或电流形式，只是当不同形式的信号流动于各元件间时，常衍生出非线性成分。且就其中以电压形式来传递信号的元件而言，也必须藉助高工作电压才能维持正常的信号操作。这类设计例如是美国专利第7415260B2号、美国专利公开第20030087624A1、20080238496A1号。

然而，随着制程技术的精进及降低功率消耗的要求，电子装置多朝向低工作电压来设计，尤见于可携式电子产品。然而前述二类系统明显地皆不适合操作于低工作电压环境下。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可在低工作电压下操作的电流形式的无线接收系统及无线接收方法，使提高线性度，也减少低频噪声。

于是，本发明电流形式的无线接收系统，包含：一前置处理器，用以接收一电压形式的输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一电流形式的前置信号；一混频器(mixer)，使该前置信号降频为一电流形式的降频后信号；及一放大器，提高该降频后信号的增益，以送出一电流形式的输出信号。

而本发明无线接收方法，包含以下步骤：(A)使一前置处理器接收一电压形式的输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一电流形式的前置信号；(B)使一混频器将该前置信号降频为一电流形式的降频后信号；及(C)使一放大器提高该降频后信号的增益，以送出一电流形式的输出信号。

附图说明

图1是一方块图，说明本发明无线接收系统的第一优选实施例；

图2是一电路图，说明本优选实施例的前置处理器和混频器；

图3是一电路图，说明本优选实施例的放大器；及

图4是一电路图，说明第二优选实施例的前置处理器。

【主要元件符号说明】

100………无线接收系统

1…………天线

2…………前置处理器

21……… 阻抗匹配电路

22……… 高频放大电路

23……… 转导电路

3…………混频器

31……… 第一晶体管

32……… 第二晶体管

4…………放大器

41……… 第一放大电路

411………前级电流镜

412………后级电流镜

42……… 第二放大电路

421………前级电流镜

422………后级电流镜

43……… 低通滤波器

5…………前置处理器

51……… 第一转导电路

52……… 第二转导电路

Q1……… 第一晶体管

Q2……… 第二晶体管

S…………参考电流源

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的二个优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

第一优选实施例

参阅图1，本发明电流形式的无线接收系统100的第一优选实施例包含依序电连接的一天线1、一前置处理器2、一混频器3及一放大器4。

前置处理器2通过天线1接收一输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一前置信号。且混频器3使前置信号降频成为一降频后信号。放大器4再对该降频后信号加强增益，以送出一输出信号。

其中，除了输入信号是电压形式，其余信号皆为电流形式。较佳地，前置信号是处于射频(RF，Radio Frequency)带，降频后信号是处于中频(IF，Intermediate Frequency)带。

接下来，依序介绍无线接收系统100的各元件，以及各元件所执行的本发明无线接收方法的优选实施例。

参阅图2，本例的前置处理器2是一低噪声放大器(LNA，Low NoiseAmplifier)，会放大该输入信号并尽可能地抑制所挟带的噪声，以让后级的电路可以辨识信号内容。前置处理器2包括依序电连接的一阻抗匹配电路21、一高频放大电路22和一转导电路23。

阻抗匹配电路21会有效地将输入信号传送到高频放大电路22，以避免发生信号反射现象。高频放大电路22根据阻抗匹配电路21传来的信号，进行高频放大而送出一电压形式的高频加强信号。再由转导电路23将高频加强信号转换成电流形式的前置信号。

而混频器3是使「射频带」的前置信号降频成为「中频带」的降频后信号。本例的混频器3包括一第一晶体管31和一第二晶体管32，且降频后信号对应地具有一第一降频后信号及一第二降频后信号。

每一晶体管31、32具有一第一端、一第二端及一控制端。这两个晶体管31、32的第一端电连接在一起，且控制端分别接收一个振荡信号。

并且，这两个晶体管31、32所接收的振荡信号相位互补，因此当该第二晶体管32受对应振荡信号控制而截止，该第一晶体管31会受对应振荡信号控制而导通，以根据该前置信号送出该第一降频后信号。另一方面，当该第一晶体管31截止，第二晶体管32会导通而根据该前置信号送出该第二降频后信号。

值得注意的是，在本实施例中，混频器3未接收工作电压VDD，在操作上，混频器3不会操作于一特定偏压，亦未主动地产生电流。因此可视为是一种被动式的混频器。而使用被动式的混频器来进行混波也可达到省电及省面积的效果。当然，本发明并不以被动式的混频器为限制，也可由主动式或其他形式的混频器来完成。

参阅图3，放大器4分别对该第一和第二降频后信号加强增益，而产生具有一第一输出信号和一第二输出信号的该输出信号。放大器4包括对称的一第一放大电路41和一第二放大电路42。每一放大电路41、42包括串接的一前级电流镜411、421和一后级电流镜412、422，以使对应的降频后信号做二次的电流放大加强。

其中，各电流镜411～422包括一第一晶体管Q1、一第二晶体管Q2和一参考电流源S，每一晶体管Q1、Q2具有一第一端、一第二端及一控制端。就单一个电流镜来说，第一和第二晶体管Q1、Q2的第一端相互电连接，控制端相互耦接，并且第一晶体管Q1的控制端会电连接到第二端。

以第一放大电路41为例。前级电流镜411中，第一晶体管Q1会通过第二端接收该第一降频后信号与参考电流源S传来的信号，而令第二晶体管Q2根据一前级比率从第二端发出一电流形式的中间信号。接着，后级电流镜412中，第一晶体管Q1会通过第二端接收该中间信号，而令第二晶体管Q2根据一后级比率从第二端发出一信号，且这个信号的电流值相当于第一输出信号加上流经参考电流源S的电流。

其中，各级电流镜所根据的比率是指第二晶体管Q2的宽长比相对于第一晶体管Q1的宽长比，即

换句话说，当第一降频后信号流入第一放大电路41，会先经过前级电流镜411，再流过后级电流镜412。并且，

(A)「流出前级电流镜411的电流」是「第一降频后信号加上参考电流源S」的前级比率倍数。

(B)「第一输出信号加上参考电流源S」是「流出前级电流镜411的电流」的后级比率倍数。

较佳地，本例的这些比率通过调整晶体管Q1、Q2的宽长比是可变的，所以第一放大电路41能弹性地调整电流放大比例。同样地，当第二降频后信号流入第二放大电路42，通过调整晶体管Q1、Q2的宽长比也会对应地将电流放大而产生该第二输出信号。换句话说，本实施例中的放大器4为一可调电流放大器，且其电流放大增益可通过调整晶体管的宽长比来进行调整。

值得注意的是，在另一实施例中，各放大电路41、42也可以是仅包括一级的电流镜。或者，各放大电路41、42也包括更多级的电流镜，来增加电流放大比例。

此外，为了降低该第一和第二输出信号所挟带的噪声，放大器4还可包括四个分别设置于这些电流镜411～422中的低通滤波器43。详细来说，对每一电流镜411～422而言，低通滤波器43是横跨于第一和第二晶体管Q1、Q2的控制端之间。如此一来，放大器4可达到放大信号且兼具滤波的功能。

第二优选实施例

参阅图4，相较于第一优选实施例，本发明电流形式的无线接收系统的第二优选实施例的不同处在于：前置处理器5的差动式设计。

前置处理器5包括一第一转导电路51及一第二转导电路52。当该输入信号传入第一转导电路51时，第二转导电路52的作用类似第一优选实施例的阻抗匹配电路21而有效地将该输入信号送给第一转导电路51，使得第一转导电路51将呈电压形式的输入信号转换成呈电流形式的前置信号。且本领域技术人员可同理类推：该输入信号传入第二转导电路52的情形。

综上所述，前述优选实施例中，前置处理器2、5、混频器3和放大器4都是采用电流形式来传递信号，因而较能抵抗工作电压VDD的抖动噪声，且所需工作电压VDD值低，有助于降低功率消耗，并且一致的信号流形式更能改善线性度，故确实能达成本发明的目的。

然而以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求书要求保护的范围内。

Claims (13)

1.一种无线接收方法，包含以下步骤： 

(A)通过一前置处理器接收一电压形式的输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一电流形式的前置信号； 

(B)通过一混频器将该前置信号降频为一电流形式的降频后信号；及 

(C)通过一放大器提高该降频后信号的增益，以送出一电流形式的输出信号，且该放大器提高增益的步骤包括： 

使用一具有一第一晶体管和一第二晶体管的电流镜； 

通过该第一晶体管接收该降频后信号；及 

使该第二晶体管耦接该第一晶体管，以根据该降频后信号和一参考电流源，来送出相关于一特定比率的一信号，其中，该特定比率是指该第二晶体管的宽长比相对于该第一晶体管的宽长比； 

该放大器为一可调电流放大器，且其电流放大增益可通过调整该第二晶体管的宽长比来进行调整。 

2.如权利要求1所述的无线接收方法，其中，步骤(A)中，该前置处理器的调整步骤包括： 

通过一阻抗匹配电路接收并传送该电压形式的输入信号；及 

通过一转导电路将该阻抗匹配电路传来的信号转换成该电流形式的前置信号。 

3.如权利要求1所述的无线接收方法，其中，步骤(B)中，该混频器的降频步骤包括： 

通过一第三晶体管接收该前置信号和一振荡信号； 

通过一第四晶体管接收该前置信号和互补于该振荡信号的另一振荡信号；及 

当该第四晶体管受该另一振荡信号控制而截止，该第三晶体管会受该振荡信号控制而导通，以根据该前置信号送出该降频后信号；当该第三晶体管受该振荡信号控制而截止，该第四晶体管会受该另一振荡信号控制而导通，以根据该前置信号送出该降频后信号。 

4.如权利要求1所述的无线接收方法，其中，步骤(C)还包括： 

通过一另一电流镜接收该第二晶体管送出的信号，并基于另一特定比 率来放大以送出该输出信号。 

5.如权利要求1所述的无线接收方法，其中，步骤(C)还包括： 

通过一低通滤波器跨接于该第一晶体管的一控制端与该第二晶体管的一控制端间。 

6.一种电流形式的无线接收系统，包含： 

一前置处理器，用以接收一电压形式的输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一电流形式的前置信号； 

一混频器，使该前置信号降频为一电流形式的降频后信号；及 

一放大器，提高该降频后信号的增益，以送出一电流形式的输出信号，该放大器包括一电流镜，该电流镜具有： 

一第一晶体管，用以接收该降频后信号 

一第二晶体管，耦接该第一晶体管，以根据该降频后信号和一参考电流源，送出相关于一特定比率的一信号，其中，该特定比率是指该第二晶体管的宽长比相对于该第一晶体管的宽长比； 

该放大器为一可调电流放大器，且其电流放大增益可通过调整该第二晶体管的宽长比来进行调整。 

7.如权利要求6所述的无线接收系统，其中，该前置处理器包括： 

一阻抗匹配电路，接收并传送该电压形式的输入信号；及 

一转导电路，将该阻抗匹配电路传来的信号转换成该电流形式的前置信号。 

8.如权利要求6所述的无线接收系统，其中，该混频器包括： 

一第三晶体管，接收该前置信号和一振荡信号；及 

一第四晶体管，接收该前置信号和互补于该振荡信号的另一振荡信号； 

当该第四晶体管受该另一振荡信号控制而截止，该第三晶体管会受该振荡信号控制而导通，以根据该前置信号送出该降频后信号； 

当该第三晶体管受该振荡信号控制而截止，该第四晶体管会受该另一振荡信号控制而导通，以根据该前置信号送出该降频后信号。 

9.如权利要求6所述的无线接收系统，其中，该放大器还包括： 

一另一电流镜，接收该第二晶体管送出的信号，并基于另一特定比率来放大以送出该输出信号。 

10.如权利要求6所述的无线接收系统，其中，该放大器还包含： 

一低通滤波器，跨接于该第一晶体管的一控制端与该第二晶体管的一控制端间。 

11.一种无线接收系统，包含： 

一前置处理器，用以接收一输入信号，并基于该输入信号做调整而送出一前置信号； 

一混频器，使该前置信号降频为一降频后信号；以及 

一放大器，提高该降频后信号的增益，以送出一输出信号； 

其中，该前置处理器输出的该前置信号、该混频器输出的该降频后信号以及该放大器输出的该输出信号皆为电流形式信号，其中，该放大器包括一电流镜，该电流镜具有： 

一第一晶体管，用以接收该降频后信号；以及 

一第二晶体管，耦接该第一晶体管，以根据该降频后信号和一参考电流源，送出相关于一特定比率的一信号，其中，该特定比率是指该第二晶体管的宽长比相对于该第一晶体管的宽长比； 

该放大器为一可调电流放大器，且其电流放大增益通过该放大器中的第二晶体管的宽长比来进行调整。 

12.如权利要求11所述的无线接收系统，其中，该前置处理器为一低噪声放大器。 

13.如权利要求11所述的无线接收系统，其中，该混频器为一被动式的混频器。 

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