CN102386938B

CN102386938B - 一种通讯系统的接收装置

Info

Publication number: CN102386938B
Application number: CN201010272018.9A
Authority: CN
Inventors: 林盈熙; 张益韶; 石益璋
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: CN102386938A

Abstract

本发明涉及一种通讯系统的接收装置，包括一接收模块、一选择单元与一处理模块。接收模块接收一输入信号，而产生一第一信号与一第二信号，第一信号与第二信号的相位不同；选择单元耦接接收模块，以切换输出第一信号或第二信号，处理模块耦接选择单元，以处理第一信号与第二信号而产生一输出信号。如此，本发明使用选择单元而经由一组通道处理两个相位信号，以缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

Description

一种通讯系统的接收装置

技术领域

本发明涉及一种接收装置，尤其涉及一种通讯系统的接收装置。

背景技术

在现今无线通讯系统的射频传输架构中，目前能达到高度集成化及多模式的接收器架构有两大主流，一种为低中频(Low IF)接收器，另一种为直接转换(Direct Conversion)，或称为零中频(ZeroIF)接收器，两者间的优缺点互相有长短，也都已在产业界受到广泛的重视及应用。前者可避免直流偏移及低频噪声的问题，但会遭受到镜像信号(Image Signal)的干扰。后者则相反，较无镜像信号干扰的问题，但会遭受到直流偏移及低频噪声的问题。

时至今日，低中频的架构在无线通讯的传输和接收端上已获得广泛的应用，也因此，在低中频接收器的架构中如何解决镜像干扰与缩小电路面积的问题，已成为产业界和学术界重要探讨的议题。现阶段最为普遍的做法是在低中频或超低中频接收器的架构中将无线射频信号自天线接收下来之后，利用一组混波电路对此射频信号做降频并输出一对相互正交的信号，再利用一复数滤波器(Complex Filter)架构来处理该对信号，即一般镜像抑制接收器(镜像消除接收器，Image rejection receiver)的架构都是从一低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)的输出端开始，经混波器、滤波器、放大器与模拟数字转换器而到基频处理电路的输出端为止，都是分为两相位信号，即0度(In-phase，I)及90度(Quadrature，Q)两路信号，所以代表在混波器、滤波器、放大器、与模拟数字转换器都需要两组，如此一来，不只浪费电路面积及功率的消耗，甚至更有可能会使I信号与Q信号的不对称变大。

因此，如何针对上述问题而提出一种新颖通讯系统的接收装置，其可避免使用两组放大器与模拟数字转换器，以缩小电路面积与节省功率消耗，使可解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种通讯系统的接收装置，其仅使用一组通道处理两组同相位信号与正交相位信号，以缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

本发明的目的之一，在于提供一种通讯系统的接收装置，其使用一镜像抑制滤波器，以消除两相位信号间的镜像干扰。

本发明的目的之一，在于提供一种通讯系统的接收装置，其借由一混波器的降频频率与一切换频率成一比例，以降低接收装置的功率消耗，而达到省电的目的。

本发明的通讯系统的接收装置包括一接收模块、一选择单元与一处理模块。接收模块接收一输入信号，而产生一第一信号与一第二信号，第一信号的相位与第二信号的相位不相同；选择单元接收第一信号与第二信号，并切换输出第一信号或第二信号；处理模块接收第一信号与第二信号，并处理第一信号与第二信号而产生一输出信号。如此，本发明使用选择单元经由一组通道将第一信号及第二信号切换输出至处理模块，以缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

再者，处理模块产生一选择信号，并传送选择信号至选择单元，以控制选择单元切换输出第一信号或第二信号。

附图说明

图1是本发明的一优选实施例的方块图；

图2是本发明的一优选实施例的选择单元的电路图；

图3A是本发明的一优选实施例的降频频率、切换频率与取样频率之间关系的波形图；

图3B是本发明的另一优选实施例的降频频率、切换频率与取样频率之间关系的波形图；

图3C是本发明的另一优选实施例的降频频率、切换频率与取样频率之间关系的波形图；

图3D是本发明的另一优选实施例的降频频率、切换频率与取样频率之间关系的波形图；

图4是本发明的另一优选实施例的方块图；以及

图5是本发明的另一优选实施例的方块图。

附图标号简单说明

本发明：

1 接收装置 10 接收模块

12 天线 14 混波电路

140 第一混波器 142 第二混波器

144 信号产生单元 146 移相器

16 放大器 18 第一滤波器

19 第二滤波器 20 选择单元

200 第一开关 202 第二开关

204 第三开关 206 第四开关

30 处理模块 300 模拟数字转换单元

302 基频处理电路 304 放大器

40、306 滤波器 50 正弦波

52 切换波形 54 取样波形

62 切换波形 64 取样波形

72 切换波形 74 样波形

82 切换波形 84 取样波形

86 取样波形

具体实施方式

为使贵审查委员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以优选的实施例及配合详细的说明，说明如后：

请参阅图1，是本发明的一优选实施例的方块图。如图所示，本发明的通讯系统的接收装置1包括一接收模块10、一选择单元20与一处理模块30。接收模块10接收一输入信号，而产生一第一信号与一第二信号，即接收模块10是将无线射频信号接收下来，作为输入信号，并产生第一信号与第二信号，其中，第一信号包含一第一同相位(In-phase)信号I_P与一第二同相位信号I_N，其中第一同相位信号I_P与第二同相位信号I_N相差180度，即一组差动信号；第二信号包含一第一正交相位(Quadrature-Phase)信号Q_P与一第二正交相位信号Q_N，其中第一正交相位信号Q_P与第二正交相位信号Q_N相差180度，即一组差动信号，并且第一信号与第二信号的相位不相同，在本实施例中，第一信号与第二信号的相位相差90度，而第一同相位信号I_P与第一正交相位信号Q_P的相位相差90度，第二同相位信号I_N与第二正交相位信号Q_N的相位相差90度，也就是说，第一同相位信号I_P、第一正交相位信号Q_P、第二同相位信号I_N与第二正交相位信号Q_N之间的相位各相差90度。

选择单元20耦接接收模块10并接收第一信号与第二信号，选择单元20切换输出第一信号或第二信号，即选择单元20是第一次输出第一信号，下一次输出第二信号，以供后续的处理模块30进行处理。处理模块30耦接选择单元20并依序接收第一信号与第二信号，且处理第一信号与第二信号而产生一输出信号，其中，处理模块30产生一选择信号，并传送选择信号至选择单元20，以控制选择单元20切换输出第一信号或第二信号，即处理模块30可依据一切换频率而产生选择信号，并传送选择信号至选择单元20，进而控制选择单元20输出第一信号与第二信号的频率，使处理模块30可依据切换频率正确接收第一信号与第二信号以进行处理。如此，本发明使用选择单元20而切换输出第一信号或第二信号，即选择单元20一次输出一组同相位信号(I_P，I_N)或一组正交相位信号(Q_P，Q_N)，而达到仅使用一组通道传送并处理两组同相位信号与正交相位信号，以缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

承上所述，本发明的接收模块10包括一天线12、一混波电路14。天线12将无线射频信号接收下来，作为输入信号，混波电路14耦接天线12，并接收来自天线12所接收的输入信号，而混波输入信号与至少一混波信号，而产生第一同相位信号I_P、第一正交相位信号Q_P、第二同相位信号I_N与第二正交相位信号Q_N。其中，混波电路14包多一第一混波器140与一第二混波器142。第一混波器140依据一降频频率而混合输入信号与一第一混波信号，而产生第一信号；第二混波器142依据降频频率混合输入信号与一第二混波信号，而产生一第二信号。其中，第一混波信号与第二混波信号之间的相位不相同，于本实施例中，第一混波信号与第二混波信号的相位相差90度，也因为如此，使第一信号与第二信号间的相位差90度。

此外，本发明的混波电路14还包括一信号产生单元144与一移相器146。信号产生单元144用以产生第一混波信号，移相器146耦接该信号产生单元144，而接收第一混波信号，并移相第一混波信号的相位，而产生第二混波信号，之后，移相器146传送第二混波信号至第二混波器142，使第一混波信号的相位与第二混波信号的相位不相同，信号产生单元144传送第一混波信号至第一混波器140，移相器146传送第二混波信号至第二混波器142，于此实施例中，移相器146耦接于信号产生单元144与第二混波器142之间，以移相第一混波信号的相位，使第一混波信号的相位与第二混波信号的相位相差90度，同理，亦可将移相器146耦接于信号产生单元144与第一混波器140之间(图中未示)。其中，信号产生单元144为一压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)。由于上述的混波电路14为本技术领域中具有通常知识者所皆知的技术，故于此不再多加以赞述。

再者，本发明的接收模块10还包括一放大器16与一第一滤波器18及一第二滤波器19。放大器16用以放大输入信号，并传送放大后的输入信号至混波电路14。其中，放大器为一低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)。第一滤波器18与第二滤波器19耦接混波电路14，而分别过滤第一信号与第二信号，且将过滤后的第一信号与第二信号传送至处理模块30，其中，第一滤波器18与第二滤波器19为一般滤波器，而上述的滤波器为本技术领域中具有通常知识者所皆知的技术，故于此不再加以赞述。

本发明的处理模块30包括一模拟数字转换单元300与一基频处理电路302。模拟数字转换单元300耦接选择单元20，并转换第一信号或第二信号为一数字信号，基频处理电路302耦接模拟数字转换单元300，并处理模拟数字转换单元300产生的数字信号而产生输出信号，同时，基频处理电路302会依据切换频率而产生选择信号，并传送选择信号至选择单元20，以控制选择单元20的切换频率。

此外，处理模块30还包括一放大器304。放大器304耦接选择单元20与模拟数字转换单元300之间，以放大第一信号或第二信号，并且放大器304传送第一信号或第二信号至基频处理电路302。

此外，处理模块30还包括一滤波器306。滤波器306设置于基频处理电路302内，以对模拟数字转换单元300输出的数字信号进行镜像干扰的过滤，即滤波器306接收到第一同相位信号、第一正交相位信号、第二同相位信号与第二正交相位信号，而过滤第一同相位信号、第一正交相位信号、第二同相位信号与第二正交相位信号的镜像干扰，也就是过滤第一信号与第二信号的镜像干扰。其中，滤波器306为一镜像抑制滤波器(镜像滤除滤波器，Image RejectionFilter)。

请一并参阅图2，是本发明的一优选实施例的选择单元的电路图。如图所示，由于第一信号包含第一同相位信号I_P与第二同相位信号I_N；第二信号包含第一正交相位信号Q_P与第二正交相位信号Q_N。所以，本发明的选择单元20包含一第一开关200、一第二开关202、一第三开关204与一第四开关206。第一开关200接收第一同相位信号I_P，第二开关202接收第一正交相位信号Q_P，第三开关204接收第二同相位信号I_N，第四开关206接收第二正交相位信号Q_N，其中，选择单元20可依据选择信号而依序切换输出第一同相位信号I_P与第二同相位信号I_N或是第一正交相位信号Q_P与第二正交相位信号Q_N，于本实施例中，第二开关202的输出端耦接第一开关200的输出端，以形成一第一开关模块；第四开关206的输出端耦接第三开关204的输出端，以形成一第二开关模块，其中，第一开关200、第二开关202、第三开关204与第四开关206皆受控于选择信号，使选择单元20可依据选择信号而依序切换输出一组同相位信号或一组正交相位信号，即选择单元20通过第一开关模块与第二开关模块而依序输出第一信号与第二信号，也就是，选择信号包含一第一时钟信号SEL与一第二时钟信号而第一时钟信号SEL与第二时钟信号

互为反相，第一开关200与第二开关202分别受控于第一时钟信号SEL与第二时钟信号

而第三开关204与第四开关206则分别受控于第一时钟信号SEL与第二时钟信号

如此，选择单元20可依据选择信号的第一时钟信号SEL与第二时钟信号

而输出一组同相位信号或一组正交相位信号，即当第一时钟信号SEL导通第一开关200与第三开关204时，而第二时钟信号

则截止第二开关202与第四开关206，使选择单元20输出第一同相位信号I_P与第二同相位信号I_N，反之，当第一时钟信号SEL截止第一开关200与第三开关204时，而第二时钟信号则导通第二开关202与第四开关206，使选择单元20输出第一正交相位信号Q_P与第二正交相位信号Q_N，因此，本发明借由选择单元20即可缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

请一并参阅图3A至图3D，是本发明的一优选实施例的降频频率、切换频率与取样频率之间关系的波形图。如图所示，由于模拟数字转换单元300依据一取样频率而对选择单元20输出的第一信号或第二信号进行取样并转换为数字信号。再者，根据模拟数字转换的取样定理必须在信号的一周期内至少取样二个取样点，即模拟数字转换单元300的取样频率必须依据选择单元20输出的第一信号或第二信号的频率而决定，当混波器140，142的降频频率与选择单元20的切换频率成一比例，并且切换频率大于降频频率时，即可降低模拟数字转换单元300的取样频率，而可降低接收装置1的功率消耗，进而达到省电的目的。

承上所述，如图3A至3D所示，是以第一同相位信号I_P的波形为例，但不局限于第一同相位信号I_P的波形，亦可为第二同相位信号I_N、第一正交相位信号Q_P与第二正交相位信号Q_N，为了方便说明，本实施例仅以第一同相位信号I_P的波形进行说明，首先，如图3A所示，当混波器140，142的降频频率为2.5MHz，而选择单元20的切换频率为2.5MHz，并且第一混波器140输出的第一同相位信号I_P的波形为一正弦波50时，选择单元20则依据切换频率输出的第一同相位信号I_P，而一切换波形52如图3A所示，而模拟数字转换单元300的取样频率至少需要为5MHz才符合取样定理，模拟数字转换单元300依据取样频率所产生一取样波形54如图3A所示，在此特别说明，也为了方便说明，取样波形54仅绘示出针对第一同相位信号I_P所对应的取样点；如图3B所示，当选择单元20的切换频率改变为5MHz，并且依据切换频率产生一切换波形62时，则模拟数字转换单元300的取样频率至少需要为10MHz，并依据取样频率产生一取样波形64；如图3C所示，当选择单元20的切换频率改变为10MHz，并依据切换频率产生一切换波形72时，则模拟数字转换单元300的取样频率至少需要为10MHz，并依据取样频率产生一取样波形74。

如图3D所示，当选择单元20的切换频率改变为20MHz，并依据切换频率产生一切换波形82时，则模拟数字转换单元300的取样频率可为20MHz或是10MHz，并依据取样频率而分别产生取样波形84、86，由取样定理可知，在信号的一周期内至少取样两个取样点即可符合取样的标准，所以，于此实施中，模拟数字转换单元300的取样频率为10MHz即可符合取样的标准，如此，即可降低接收装置的功率消耗，而达到省电的目的。当然，模拟数字转换单元300的取样频率亦可选择20MHz，以增加模拟数字转换单元300的转换精确度。

由上述可知，当切换频率大于降频频率，并且降频频率与切换频率成一比例，且该比例大于一第一门槛值时，取样频率等于该切换频率，即如图3C所示，切换频率(10MHz)大于降频频率(2.5MHz)的4倍时，取样频率可以是10MHz；若该比例大于一第二门槛值时，该取样频率小于该切换频率。即如图3D所示，切换频率(20MHz)大于降频频率(2.5MHz)的8倍时，取样频率仅需要是10MHz就可以符合取样的标准，也就是降频频率与切换频率的比例成一整数倍M，并且该比例的倍数大于一定的门槛值时，即可降低模拟数字转换单元300的取样频率，而可降低接收装置1的功率消耗，进而达到省电的目的。当然，为了让审查委员容易了解，本发明是以降频频率与切换频率的比例成整数倍M进行说明，但实际应用上，降频频率与切换频率的比例M不一定需要成整数倍。

请参阅图4，是本发明的另一优选实施例的方块图。如图所示，本实施例与图1的实施例不同之处，在于本实施例的一滤波器40耦接于选择单元20的输出端，以过滤选择单元20输出的第一信号与第二信号。由于滤波器40设置于选择单元20的输出端，所以滤波器40每次仅需要过滤第一信号或第二信号，如此，本实施例的滤波器40可有效缩小电路面积，进而缩小整体的电路面积。

请参阅图5，是本发明的另一优选实施例的方块图。如图所示，本实施例与上述的实施例不同之处，在于本实施例的接收装置1仅将滤波器306设置于基频处理电路302内，以对模拟数字转换单元300输出的数字信号进行镜像干扰的过滤，即过滤第一信号与第二信号的镜像干扰，同时，可以过滤第一信号与第二信号的噪声。其中，滤波器306为一镜像抑制滤波器(镜像滤除滤波器，ImageRejection Filter)。

综上所述，本发明的通讯系统的接收装置借由一选择单元接收一接收模块的一第一信号与一第二信号，并切换输出第一信号或第二信号的其中之一至一处理模块，其处理第一信号与第二信号而产生一输出信号，其中，处理模块依据一切换频率而产生一选择信号，并传送选择信号至选择单元，以控制选择单元切换输出第一信号或第二信号。如此，本发明使用选择单元而经由一组通道处理两组信号，以缩小电路面积与节省功率消耗，进而达到节省成本的目的。

以上所述，仅为本发明的一优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种通讯系统的接收装置，其包括：

一接收模块，接收一输入信号，而产生一第一信号与一第二信号，所述第一信号的相位与所述第二信号的相位不相同；

一选择单元，接收所述第一信号与所述第二信号，并切换输出所述第一信号或所述第二信号；以及

一处理模块，依序接收所述第一信号与所述第二信号，并处理所述第一信号与所述第二信号而产生一输出信号，

其中，所述处理模块依据一切换频率而产生一选择信号，并传送所述选择信号至所述选择单元，所述选择单元依据所述选择信号切换输出所述第一信号或所述第二信号，

其中，所述接收模块包括：一天线，接收所述输入信号；以及一混波电路，耦接所述天线，所述混波电路依据一降频频率混合所述输入信号与至少一混波信号，而产生所述第一信号与所述第二信号，

其中，所述切换频率大于所述降频频率，并且所述降频频率与所述切换频率成一比例。

2.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述处理模块包括一耦接所述选择单元的模拟数字转换单元，所述模拟数字转换单元依据一取样频率将所述第一信号及所述第二信号转换为一数字信号，所述取样频率依据所述切换频率而决定。

3.根据权利要求2所述的接收装置，其中，所述比例大于一第一门槛值时，所述取样频率等于所述切换频率。

4.根据权利要求2所述的接收装置，其中，所述比例大于一第二门槛值时，所述取样频率小于所述切换频率。

5.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述降频频率与所述切换频率的比例成一整数倍。

6.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述混波电路包括：

一第一混波器，用以混合所述输入信号与一第一混波信号而产生所述第一信号；以及

一第二混波器，用以混合所述输入信号与一第二混波信号而产生所述第二信号；

其中，所述第一混波信号与所述第二混波信号的相位不同。

7.根据权利要求6所述的接收装置，其中，所述混波电路还包括：

一信号产生单元，用以产生所述第一混波信号，并传送所述第一混波信号至所述第一混波器；以及

一移相器，耦接所述信号产生单元，并移相所述第一混波信号的相位，而产生所述第二混波信号，并传送所述第二混波信号至所述第二混波器。

8.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述第一信号包含一第一同相位信号与一第二同相位信号，所述第二信号包含一第一正交相位信号与一第二正交相位信号。

9.根据权利要求8所述的接收装置，其中，所述选择单元包括：

一第一开关，接收所述第一同相位信号；

一第二开关，接收所述第一正交相位信号；

一第三开关，接收所述第二同相位信号；以及

一第四开关，接收所述第二正交相位信号；

其中，所述选择信号包含一第一时钟信号及一第二时钟信号，且所述第一时钟信号与所述第二时钟信号互为反相，所述第一开关及所述第三开关依据所述第一时钟信号进行切换，所述第二开关及所述第四开关依据所述第二时钟信号进行切换，使得所述选择单元依序切换输出所述第一信号及所述第二信号。

10.根据权利要求1所述的接收装置，其中，所述处理模块包括：

一模拟数字转换单元，耦接所述选择单元，并依序将所述第一信号与所述第二信号转换为一数字信号；以及

一基频处理电路，耦接所述模拟数字转换单元，并处理所述数字信号而产生所述输出信号。

11.根据权利要求10所述的接收装置，其中，所述处理模块还包括：

一放大器，耦接于所述选择单元与所述模拟数字转换单元之间，并放大所述第一信号及所述第二信号且将放大后的第一信号及第二信号传送至所述基频处理电路。

12.根据权利要求10所述的接收装置，其中，所述基频处理电路包括：

一镜像抑制滤波器，所述镜像抑制滤波器接收所述数字信号，并消除所述数字信号的镜像效果。