CN103905082B - 信号处理装置与信号处理方法 - Google Patents

Abstract

信号处理装置与信号处理方法。本发明涉及一种信号处理装置包含有：一信号转换电路，用来依据一第一时脉信号对一接收信号进行一信号转换处理以产生一第一输出信号，以及依据一第二时脉信号对该接收信号进行该信号转换处理以产生一第二输出信号；一振幅调整电路，耦接于该信号转换电路，用来依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅；以及一相位调整电路，用来依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位。

Description

信号处理装置与信号处理方法

技术领域

本发明有关于一信号处理装置与其相关的信号处理方法，尤指可以直接对一接收信号进行一信号转换处理的信号处理装置与其相关的信号处理方法。

背景技术

无线射频辨识(Radio Frequency Identification,RFID)技术是一种无线通讯技术，其可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。无线射频辨识信号是一振幅移键(Amplitude Shift Keying,ASK)调制信号。一般上，一包络检测器(Envelope detector)可用来解调无线射频辨识信号，该包络检测器的目的是移除无线射频辨识信号上的载波，并留下含有数据的包络。进一步而言，为了加强解调灵敏度，该包络检测器会包含有一放大器以及一模拟转数字转换器(Analog-to-digital converter)，用来将无线射频辨识信号的数据转换为一数字数据，并将该数字数据馈入一数字电路处理器。此外，另一种传统的做法是利用一混波器将无线射频辨识信号进行一降频处理以产生一基频信号，再将该基频信号转换为一数字数据，并将该数字数据馈入一数字电路处理器。上述架构的缺点是电路过于繁杂，且由于无线射频辨识信号必需经过多个电路处理之后才会被解调出真正的数据，因此无线射频辨识信号就会受到电路的线性度以及频宽的影响而造成失真、信噪比(Signal-to-noise ratio)下降以及误码率变高的问题。此外，若使用多级放大器来放大无线射频辨识信号时，为了避免非信号部分的直流成份被过份放大，通常会在中间加入模拟信号耦合(AC coupling)电路来移除直流成份。但是，如果该多级放大器的高通转折点(high-pass corner)过高时，信号的低频成份也会部份被滤掉，进而造成信号失真。反之，若要使得高通转折点较低时，通常所使用的电阻或电容就必需加大，进而增加了芯片制作的成本。因此，如何以一较低的成本来实作一个高精凖度的无线射频辨识信号处理电路已成为此领域所亟需解决的问题。

由于本发明的实施例可以直接的对一接收信号进行一信号转换处理以产生一输出信号，因此本发明的实施例可以准确地被撷取出该接收信号的包络，并具有最佳的信噪比。此外，本发明实施例的控制时脉也可以从外部的接收信号合成出来，因此本发明的实施例也同时具有低制作成本的优点。

发明内容

因此，本发明实施例的一目的主要是提供可以直接对一接收信号进行一信号转换处理的信号处理装置与其相关的信号处理方法。

依据本发明的一第一实施例，其提供一种信号处理装置。该信号处理装置包含有一信号转换电路，依据一第一时脉信号对一接收信号进行一信号转换处理以产生一第一输出信号，以及依据一第二时脉信号对该接收信号进行该信号转换处理以产生一第二输出信号；一振幅调整电路，耦接于该信号转换电路，依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅；以及一相位调整电路，依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位。

依据本发明的一第二实施例，其提供一种信号处理方法。该信号处理方法包含有：提供一信号转换电路，使其依据一第一时脉信号对一接收信号进行一信号转换处理以产生一第一输出信号；依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅；使该信号转换电路依据一第二时脉信号来对该调整过振幅的该接收信号进行该信号转换处理以产生一第二输出信号；以及依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位。

附图说明

图1是本发明一种信号处理装置的一第一实施例示意图。

图2是本发明具有一第一振幅的一接收信号、一第一时脉信号以及具有一第二振幅的该接收信号的一实施例时序图。

图3是本发明具有一第二振幅的一接收信号、具有一第一相位的一第二时脉信号、具有一第二相位的该第二时脉信号以及一输出信号的一实施例时序图。

图4是本发明一种信号处理方法的一第二实施例流程图。

主要元件符号说明

100信号处理装置

102信号转换电路

104振幅调整电路

106相位调整电路

108时脉回复电路

110晶体振荡器

112第一多工器

114分数式锁相回路

116除频器

118第二多工器

120第三多工器

122数字信号处理电路

124天线

1042振幅运算电路

1044增益调整电路

1062相位检测电路

1064相位调整电路

具体实施方式

请参考图1。图1所示是依据本发明一种信号处理装置100的一实施例示意图。信号处理装置100可以是一无线射频辨识信号处理电路，然其并不作为本发明的限制所在。信号处理装置100包含有一信号转换电路102、一振幅调整电路104、一相位调整电路106、一时脉回复电路108、一晶体振荡器110、一第一多工器112、一分数式锁相回路114、一除频器116、一第二多工器118、一第三多工器120、一数字信号处理电路122以及一天线124。信号转换电路102用来选择性地依据一第一时脉信号Sc1或一第二时脉信号Sc2来对一接收信号Si进行一信号转换处理以产生一输出信号So。当该信号转换电路102选择依据第一时脉信号Sc1来对接收信号Si进行该信号转换处理以产生输出信号So时，振幅调整电路104用来依据输出信号So计算出接收信号Si的一第一振幅A1，并依据第一振幅A1来调整接收信号Si以产生具有一第二振幅A2的接收信号Si至信号转换电路102。当信号转换电路102选择依据第二时脉信号Sc2来对具有第二振幅A2的接收信号Si进行该信号转换处理以产生输出信号So时，相位调整电路106用来依据具有第二振幅A2的接收信号Si来调整第二时脉信号Sc2的一第一相位P1，并产生具有一第二相位P2的第二时脉信号Sc2至信号转换电路102，信号转换电路102依据具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2来对具有第二振幅A2的接收信号Si进行该信号转换处理以产生输出信号So。

此外，时脉回复电路108用来接收接收信号Si，并产生对应于接收信号Si内的一载波信号的一第三时脉信号Sc3。晶体振荡器110用来产生一第四时脉信号Sc4。第一多工器112耦接于时脉回复电路108以及晶体振荡器110，用来选择性地输出第三时脉信号Sc3以及第四时脉信号Sc4中之一。分数式锁相回路114耦接于第一多工器112，用来依据第三时脉信号Sc3以及第四时脉信号Sc4中之一来产生第一时脉信号Sc1。除频器116耦接于分数式锁相回路114，用来对第一时脉信号Sc1进行一频率除频操作以产生一第五时脉信号Sc5。第二多工器118耦接于时脉回复电路108、晶体振荡器110以及除频器116，用来选择性地输出第三时脉信号Sc3、第四时脉信号Sc4以及第五时脉信号Sc5中之一来作为第二时脉信号Sc2。第三多工器120耦接于相位调整电路106以及分数式锁相回路114，用来选择性地输出具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2以及第一时脉信号Sc1中之一至信号转换电路102。此外，天线124耦接于振幅调整电路104以及时脉回复电路108，用来接收接收信号Si并将接收信号Si传送至振幅调整电路104以及时脉回复电路108。

请注意，由于信号处理装置100可以是一无线射频辨识信号处理电路，因此接收信号Si是一振幅移键(Amplitude Shift Keying，ASK)调制信号，然此并不作为本发明的限制所在。任何具有固定振幅特性的调制信号均属于本发明的范围所在。在本实施例中，第一时脉信号Sc1会具一第一振荡频率F1，第二时脉信号Sc2会具一第二振荡频率F2，接收信号Si会包含有具有一第三振荡频率F3的一载波信号。此外，第一振荡频率F1大致上为第三振荡频率F3的四倍频，以及第二振荡频率F2大致上相同于第三振荡频率F3。

请再次参考图1。振幅调整电路104包含有一振幅运算电路1042以及一增益调整电路1044。振幅运算电路1042耦接于信号转换电路102，用来依据第一时脉信号Sc1控制信号转换电路102在接收信号Si上所取样到的一第一取样点以及一第二取样点来运算出接收信号Si的第一振幅A1。增益调整电路1044耦接于振幅运算电路1042，用来依据第一振幅A1与信号转换电路102之一信号工作范围来增益接收信号Si以产生具有第二振幅A2的接收信号Si。

相位调整电路106包含有一相位检测电路1062以及一相位调整电路1064。相位检测电路1062耦接于信号转换电路102，用来依据第二时脉信号Sc2控制信号转换电路102在具有第二振幅A2的接收信号Si上所取样到的一第一取样点来判断出该第一取样点的一相位。相位调整电路1064耦接于相位检测电路1062，用来依据该第一取样点的该相位来调整第二时脉信号Sc2的第一相位P1，并产生具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2，其中具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2会使得信号转换电路102在具有第二振幅A2的接收信号Si上所取样到的一第二取样点为一波峰或一波谷。从图1可以得知，相位调整电路1064所产生具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2会经由第三多工器120选择性地传送至信号转换电路102。

请参考图2以及图3。图2所示是依据本发明具有第一振幅A1的接收信号Si、第一时脉信号Sc1以及具有第二振幅A2的接收信号Si的一实施例时序图。图3所示是依据本发明具有第二振幅A2的接收信号Si、具有第一相位P1的第二时脉信号Sc2、具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2以及输出信号So的一实施例时序图。请注意，本实施例的信号转换电路102是一模拟转数字转换电路，以及该模拟转数字转换电路用来对接收信号Si进行取样以将接收信号Si的包络(envelope)撷取出来，即输出信号So。因此，当该模拟转数字转换电路对接收信号Si进行取样时，该模拟转数字转换电路的取样点应大致上落于接收信号Si的波峰或波谷上。此外，为了使得该模拟转数字转换电路具有最佳的操作范围以得到最佳的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)，接收信号Si的最大振幅最好能够刚好等于该模拟转数字转换电路的最大可接受的信号输入范围。因此，本实施例信号处理装置100在读取接收信号Si所夹带的数据前就会利用振幅调整电路104先将接收信号Si的振幅(即第一振幅A1)调整到刚好等于该模拟转数字转换电路的最大可接受的信号输入范围(即第二振幅A2)。接着，再利用相相位调整电路106来将该模拟转数字转换电路的取样点调整为接收信号Si的一波峰或一波谷。

因此，当信号处理装置100被启动后，天线124会用来接收具有第一振幅A1的接收信号Si，此时第一振幅A1有可能比该模拟转数字转换电路的最大可接受的信号输入范围来得大或来得小。为了计算出此时接收信号Si的振幅(即第一振幅A1)，信号转换电路102会先以第一时脉信号Sc1的频率在接收信号Si上读取出到的第一取样点M1以及第二取样点M2。请注意，经由适当地设计，第一取样点M1以及第二取样点M2之间的相位大致上为接收信号Si的四分之一个周期，或90°。换句话说，信号转换电路102是以接收信号Si的四倍频来连续读取出接收信号Si上的第一取样点M1以及第二取样点M2，如图2所示。接着，振幅运算电路1042利用一算式：(A²sin²(ω₀t+φ)+A²sin²(ω₀t+φ+90°))来运算出接收信号Si的第一振幅A1，其中A代表第一振幅A1，Asin(ω₀t+φ)代表第一取样点M1上的电压，(Asin(ω₀t+φ+90°))代表第二取样点M2上的电压，ω₀代表该接收信号的一载波信号的一振荡频率，ψ代表一角度，t代表一时间。进一步而言，第一取样点M1上的电压Asin(ω₀t+φ)以及第二取样点M2上的电压(Asin(ω₀t+φ+90°))都被信号转换电路102读取出来之后，第一振幅A1就可以计算如下：

(A²sin²(ω₀t+φ)+A²sin²(ω₀t+φ+90°))

=(A²[sin²(ω₀t+φ)+cos²(ω₀t+φ)])

=A²

换句话说，只要将第一取样点M1上的电压Asin(ω₀t+φ)的平方以及第二取样点M2上的电压(Asin(ω₀t+φ+90°))的平方相加之后再取平方根(square root)就可以得出第一振幅A1，如下所示：

请注意，本实施例是假设在计算接收信号Si的第一振幅A1的过程中，接收信号Si的振荡频率是一固定的频率(即F3)。如此一来，信号转换电路102只要以接收信号Si的四倍频(即F1)在接收信号Si上连续读取出两个取样点的电压之后，振幅运算电路1042就可以利用上述算式来计算出接收信号Si的第一振幅A1，因为该两个个取样点必定是相差90°的。

当振幅运算电路1042计算出接收信号Si的第一振幅A1后，增益调整电路1044就会比较第一振幅A1与信号转换电路102的一信号工作范围之间的差距来调整/增益接收信号Si的振幅，并产生具有第二振幅A2的接收信号Si，其中第二振幅A2会刚好等于信号转换电路102的该信号工作范围，如图2所示。请注意，信号转换电路102的该信号工作范围也可以是信号转换电路102的最大可接受的信号输入范围或一预定的信号工作范围。因此，当接收信号Si的第二振幅A2刚好等于信号转换电路102的最大可接受的信号输入范围时，信号转换电路102在读取接收信号Si时就会具有最佳的信噪比。

当接收信号Si的振幅被调整到刚好等于信号转换电路102的最大可接受的信号输入范围时，第一时脉信号Sc1就不会再用来控制信号转换电路102的操作，而是利用第二时脉信号Sc2来控制信号转换电路102。在本实施例中，第二时脉信号Sc2的振荡频率(即F2)大致上相同于接收信号Si的振荡频率(即F3)。为了使得信号转换电路102可以正确地将接收信号Si的包络撷取出来，信号转换电路102必需在接收信号Si的每一个周期的一波峰或一波谷进行取样。

因此，相位检测电路1062就会依据信号转换电路102在具有第二振幅A2的接收信号Si上所读取到的一第一取样点N1来判断出第一取样点N1的一相位。接着，相位调整电路1064就会计算出第一取样点N1的该相位与接收信号Si的波峰或波谷之间的相位差来调整第二时脉信号Sc2的第一相位P1，并产生具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2。如此一来，具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2会使得信号转换电路102在具有第二振幅A2的接收信号Si上所取样到的一第二取样点N2为一波峰或一波谷，如图3所示。请注意，任何可以判断出接收信号Si的波峰或波谷的相位的方法均属于本发明的范畴所在。举例来说，相位检测电路1062也可以读取接收信号Si上多个取样点的电压，并依据该些电压的大小来判断出接收信号Si的波峰或波谷的相位。

从图3可以得知，当信号转换电路102在接收信号Si的每一个周期的一波峰进行取样时，其所产生的输出信号So就是接收信号Si的包络。如此一来，数字信号处理电路122就可以依据输出信号So来解调出接收信号Si上载的数据。

请再次参考图1。本发明信号处理装置100在运作上所利用到的第一时脉信号Sc1以及第二时脉信号Sc2可以是撷取自接收信号Si内的一载波信号(即外部信号)或由信号处理装置100内的晶体振荡器110所产生。进一步而言，第三多工器120用来控制第一时脉信号Sc1以及第二时脉信号Sc2中的哪一个信号会被传送至信号转换电路102。当第一时脉信号Sc1由接收信号Si内的一载波信号所合成出来时，第一时脉信号Sc1的产生路径可以简化为图1所示的第一路径R1，即从天线124开始，经由时脉回复电路108、第一多工器112、分数式锁相回路114以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102。当第一时脉信号Sc1是由信号处理装置100内的晶体振荡器110所提供时，第一时脉信号Sc1的产生路径可以简化为图1所示的第二路径R2，即从晶体振荡器110开始，经由第一多工器112、分数式锁相回路114以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102。

另一方面，当第二时脉信号Sc2由接收信号Si内的一载波信号所合成出来时，第二时脉信号Sc2的产生路径可以简化为图1所示的第三路径R3或第四路径R4，其中第三路径R3从天线124开始，经由时脉回复电路108、第一多工器112、分数式锁相回路114、除频器116、第二多工器118、相位调整电路1064以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102；以及第四路径R4从天线124开始，经由时脉回复电路108、第二多工器118、相位调整电路1064以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102。

当第二时脉信号Sc2是由信号处理装置100内的晶体振荡器110所提供时，第二时脉信号Sc2的产生路径可以简化为图1所示的第五路径R5或第六路径R6，其中第五路径R5从晶体振荡器110开始，经由第一多工器112、分数式锁相回路114、除频器116、第二多工器118、相位调整电路1064以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102；以及第六路径R6从晶体振荡器110开始，经由第二多工器118、相位调整电路1064以及第三多工器120，最后才到达信号转换电路102。

请注意，此领域具有通常知识者应可以了解上述分别用来产生第一时脉信号Sc1以及第二时脉信号Sc2的第一路径R1、第二路径R2、第三路径R3、第四路径R4、第五路径R5以及第六路径R6的细部运作，故在此不另赘述。

因此，从上述有关于信号处理装置100的描述可以得知，当本发明的振幅调整电路104将接收信号Si的振幅调整到刚好等于信号转换电路102的最大可接受的信号输入范围，且信号转换电路102的取样点刚好对齐接收信号Si的一波峰或一波谷时，接收信号Si的包络就可以准确地被撷取出来，且信号转换电路102会具有最佳的信噪比。此外，本发明的第一时脉信号Sc1以及第二时脉信号Sc2也可以从外部的接收信号Si所合成出来，因此本发明的信号处理装置100也同时具有低制作成本的优点。

简言之，上述信号处理装置100的运作可以简化为图4所示的流程。图4所示是依据本发明一种信号处理方法400的一实施例流程图。倘若大体上可达到相同的结果，并不需要一定照图4所示的流程中的步骤顺序来进行，且图4所示的步骤不一定要连续进行，亦即其他步骤亦可插入其中。此外，为了简化起见，以下有关于信号处理方法400的运作请同时搭配上述信号处理装置100。信号处理方法400包含有：

步骤402：提供信号转换电路102来选择性地依据第一时脉信号Sc1或第二时脉信号Sc2来对接收信号Si进行一信号转换处理以产生输出信号So；

步骤404：依据第一时脉信号Sc1控制信号转换电路102在接收信号Si上所取样到的第一取样点M1以及第二取样点M2来运算出接收信号Si的第一振幅A1；

步骤406：依据第一振幅A1与信号转换电路102的一信号工作范围来增益接收信号Si以产生具有第二振幅A2的接收信号Si；

步骤408：参考具有第二振幅A2的接收信号Si的一波峰或一波谷来产生具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2，以使得具有第二振幅A2的接收信号Si的该波峰或该波谷大致上对齐于具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2上的一取样相位；

步骤410：利用信号转换电路102依据具有第二相位P2的第二时脉信号Sc2来对具有第二振幅A2的接收信号Si进行该信号转换处理以产生输出信号So。

综上所述，由于本发明的实施例信号处理装置100可以直接的对接收信号Si进行一信号转换处理以产生输出信号So，因此本发明的实施例信号处理装置100可以准确地被撷取出接收信号Si的包络，并具有最佳的信噪比。此外，本发明实施例信号处理装置100的控制时脉(即第一时脉信号Sc1以及第二时脉信号Sc2)也可以从外部的接收信号Si合成出来，因此本发明的信号处理装置100也同时具有低制作成本的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种信号处理装置，包含有：

一信号转换电路，依据一第一时脉信号对一接收信号进行一信号转换处理以产生一第一输出信号；

一振幅调整电路，耦接于该信号转换电路，依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅；该信号转换电路依据一第二时脉信号对该调整过振幅的该接收信号进行该信号转换处理以产生一第二输出信号；以及

一相位调整电路，依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位；

其中该接收信号是一振幅移键调制信号，该信号转换电路为模拟转数字转换电路。

2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该接收信号包含一载波信号，以及该第一时脉信号的频率实质为该载波信号的频率的四倍频。

3.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该接收信号包含一载波信号，以及该第二时脉信号的频率实质相同于该载波信号的频率。

4.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，被该相位调整电路调整后的该第二时脉信号的一特定相位是实质对齐于被该振幅调整电路调整后的该接收信号的波峰或波谷。

5.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，该振幅调整电路包含有：

一振幅运算电路，依据该第一输出信号中的一第一取样点的结果以及一第二取样点的结果来运算出该接收信号的该振幅值；以及

一增益调整电路，依据该接收信号的该振幅值与该信号转换电路的一信号工作范围来增益该接收信号以调整该接收信号的振幅。

6.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，该第一取样点以及该第二取样点之间的相位实质为该接收信号的四分之一个周期。

7.如权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，该振幅运算电路利用一算式：A²sin²(ω₀t+φ)+A²sin²(ω₀t+φ+90°)来运算出该接收信号的该振幅值，其中A代表该振幅值，Asin(ω₀t+φ)代表该第一取样点的电压，Asin(ω₀t+φ+90°)代表该第二取样点的电压，ω₀代表该接收信号的一载波信号的频率，φ代表一角度，t代表一时间。

8.一种信号处理方法，包含有：

提供一信号转换电路，使其依据一第一时脉信号对一接收信号进行一模拟转数字信号转换处理以产生一第一输出信号，该接收信号是一振幅移键调制信号；

依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅；

使该信号转换电路依据一第二时脉信号来对该调整过振幅的该接收信号进行该模拟转数字信号转换处理以产生一第二输出信号；以及

依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位。

9.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，该接收信号包含一载波信号，以及该第一时脉信号的频率实质为该载波信号的频率的四倍频。

10.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，该接收信号包含一载波信号，以及该第二时脉信号的频率实质相同于该载波信号的频率。

11.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，依据该第二输出信号来调整该第二时脉信号的相位的步骤中，使被相位调整后的该第二时脉信号的一特定相位实质对齐于被振幅调整后的该接收信号的波峰或波谷。

12.如权利要求8所述的信号处理方法，其特征在于，依据该第一输出信号计算出该接收信号的一振幅值，并据以调整该接收信号的振幅的步骤包含有：

依据该第一输出信号中的一第一取样点的结果以及一第二取样点的结果来运算出该接收信号的该振幅值；以及

依据该接收信号的振幅值与该信号转换电路的一信号工作范围来增益该接收信号以调整该接收信号的振幅。

13.如权利要求12所述的信号处理方法，其特征在于，该第一取样点以及该第二取样点之间的相位实质为该接收信号的四分之一个周期。