CN104009770B - 具有对称旁频带的射频接收器及其设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的射频接收器包含第一混波器、第二混波器、谐振电路及直流电路。第一混波器和第二混波器分别接收一射频信号。谐振电路系耦接至第一混波器和第二混波器的共同输入端。一多相反馈电路系耦接至第二混波器的一输出。该直流电路系耦接并提供一直流电流至第一混波器的一输出。该谐振电路的一共振频率被设定为使得该多相反馈电路的跨压为一预设电压。

Description

具有对称旁频带的射频接收器及其设定方法
技术领域
本发明与射频通讯设备(例如行动电话和无线局域网络接收器)中具有混波器的射频接收器相关。
背景技术
射频通讯系统所包含的射频接收器系用以接收透过特定射频信道(例如透过一目标频段内的一目标中心频率)传送的射频信号。射频接收器的功能之一是排除频率在目标频段之外的信号。邻近目标频段的射频信号尤其难以处理。
透过混波器，超外差(super-heterodyning)射频接收器以一本地振荡信号对射频信号施以混波，藉此将射频信号降频转换为较低频的中频信号。一般而言，相较于射频频率，在中频频率滤除多余的信号较为容易。另一方面，直接降频转换接收器用于混波的本地振荡信号则是具有射频信号的载波频率，其混波结果为一基频信号。
另有一种利用混波器的降频转换称为正交降频转换。正交降频转换根据射频输入信号产生两个降频转换后信号。一同相混波器将射频输入信号与一第一本地振荡信号混波，产生一实部降频转换后信号(I信号)。一正交混波器将射频输入信号与一第二本地振荡信号混波，产生一虚部降频转换后信号(Q信号)。该第一及第二本地振荡信号的相位差为九十度。两个互为正交的降频转换后信号的相位差亦为九十度。
实务上，除了目标信号之外，混波器还会额外产生镜像信号。镜像信号可透过射频滤波及/或中频滤波被移除。举例而言，可利用带通滤波令目标信号通过并移除干扰信号，或是利用陷波滤波(notchfiltering)消除在特定频率的干扰信号。
射频接收器的另一个问题是旁频带(sideband)的增益不对称性。随着频率的变化，目标频段中的射频输入信号可能会被施以不同的增益。举例而言，较高频的信号的放大量可能不同于较低频的信号的放大量。
带通滤波器的质量因子(qualityfactor)是滤波器移除干扰信号的有效性指针，亦为滤波器的中心频率两侧的频宽。
美国第8,121,577号专利揭露了一种内建于混波器中的滤波器。于该系统中，混波器的输出端系连接至一多相反馈电路(polyphasereactivecircuit)，例如一电容。一混波器将射频输入信号与本地振荡信号混波，并将多相反馈电路的阻抗转换为混波器的输入阻抗。在输入信号是来自于具有高阻抗的信号源(例如电流源)时，该混波器提供对应于一阻抗峰值的高质量因子阻抗响应。该高质量因子阻抗响应被应用于接收路径中的射频带通滤波器时，能增进接收器的选择能力(selectivity)，取代表面声波(surfaceacousticwave,SAW)滤波器或其它射频滤波器。
发明内容
本发明的一范畴包含一种接收射频信号的方法及/或一射频接收器。该射频接收器包含用以接收一射频信号的一第一混波器。一第二混波器亦接收该射频信号。一谐振电路耦接至该第二混波器的一输入。一直流电路系耦接并提供一直流电流至该第一混波器的一输出。
于本发明的另一范畴中，该谐振电路的一共振频率被设定为使得第二混波器的一输出电压为一预设电压。
于本发明的另一范畴中，该预设电压等于零或大致等于零。
于本发明的另一范畴中，一第二直流电路系耦接并提供一直流电流至该第二混波器的输出端。
于本发明的另一范畴中，该谐振电路的一共振频率被设定为使得该第一混波器的一输出电压与该第二混波器的一输出电压具有一预设关系。
于本发明的另一范畴中，该预设关系为大致相等。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1呈现根据本发明的一实施例中的射频接收器。
图2系绘示四个相位各不相同的本地振荡信号。
图3系绘示同相混波器及正交混波器的一种实施范例。
图4系绘示谐振电路的一实施范例。
图5系绘示根据本发明的一射频接收器的等效电路。
图6系绘示当射频电路被调整时混波器的共同输入节点的电压。
图7系绘示当射频电路被调整时的稳态跨压VI和VQ。
图8系绘示当射频电路未被调整时混波器的共同输入节点的电压。
图9系绘示当射频电路未被调整时的稳态跨压VI和VQ。
图10系绘示根据本发明的另一实施例中的射频接收器。
具体实施方式
图1呈现根据本发明的一实施例中的射频接收器。射频接收器200的前端电路包含一低噪声放大器20，用以放大射频输入信号RFIN1、RFIN2。该等射频输入信号可为透过天线(未绘示)接收的无线信号，例如行动电话信号或无线局域网络信号，亦可为透过缆线或光缆传递的电视信号。于此实施例中，射频输入信号RFIN1、RFIN2为一对差动信号。
低噪声放大器20输出放大后信号并提供至一同相混波器30及一正交混波器40。同相混波器30将放大后信号与具有频率LO的第一本地振荡信号LO1进行混波。正交混波器40将放大后信号与同样具有频率LO的第二本地振荡信号LO2进行混波。第一本地振荡信号LO1和第二本地振荡信号LO2的相位差大致为九十度。
虽然低噪声放大器20在图1中被绘示为单一电路，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，低噪声放大器20实际上可包含多个低噪声放大器。举例而言，一低噪声放大器系单独耦接至同相混波器30，而另一低噪声放大器系单独耦接至正交混波器40。
此外，同相混波器30亦以具有频率LO的第三本地振荡信号LO3对放大后信号进行混波。正交混波器40亦以具有频率LO的第四本地振荡信号LO4对放大后信号进行混波。第三本地振荡信号LO3和第二本地振荡信号LO2的相位差大致为九十度。第四本地振荡信号LO4与第三本地振荡信号LO3的相位差也大致为九十度。
图2系绘示四个相位各不相同的本地振荡信号。为了提供多相反馈电路50、60间的适当独立运作，并避免多相反馈电路50、60接收的同相(I)及正交相位(Q)输入间的互相干扰，在任何时间，本地振荡信号LO1、LO2、LO3、LO4中只有一个信号产生作用(具有高准位)。在以下说明中，本地振荡信号LO1的作用期间称为时段一，本地振荡信号LO2的作用期间称为时段二，本地振荡信号LO3的作用期间称为时段三，本地振荡信号LO4的作用期间称为时段四。
图3系绘示同相混波器30及正交混波器40的一种实施范例。该混波器为利用场效晶体管(FET)做为切换组件的差动切换被动混波器。第一混波器输入INP1系耦接至第一同相晶体管80、第二同相晶体管82、第一正交相位晶体管84和第二正交相位晶体管86的汲极。第二混波器输入INP2系耦接至第三同相晶体管98、第四同相晶体管90、第三正交相位晶体管92和第四正交相位晶体管94的汲极。
本地振荡信号LO1系耦接至第一同相晶体管80与第四同相晶体管90的闸极。本地振荡信号LO3系耦接至第三同相晶体管98与第二同相晶体管82的闸极。
本地振荡信号LO2系耦接至第一正交相位晶体管84和第四正交相位晶体管94的闸极。本地振荡信号LO4系耦接至第三正交相位晶体管92和第二正交相位晶体管86的闸极。
输出信号IMIXOUT1系耦接至第四同相晶体管90和第二同相晶体管82的源极。输出信号IMIXOUT2系耦接至第一同相晶体管80和第三同相晶体管98的源极。输出信号QMIXOUT1系耦接至第四正交相位晶体管94和第二正交相位晶体管86的源极。输出信号IMIXOUT2系耦接至第一正交相位晶体管84和第三正交相位晶体管92的源极。因此，在时段一，放大后RFIN1系耦接至多相反馈电路50的一端。在时段三，放大后RFIN2系耦接至多相反馈电路50的另一端。在时段二，放大后RFIN1系耦接至多相反馈电路60的一端。在时段四，放大后RFIN2系耦接至多相反馈电路60的另一端。
混波程序对射频输入信号施以降频转换。在直接降频转换接收器中，混波器30、40输出的降频转换后信号为基频信号。于另一类接收器中，降频转换后信号为中频信号。
同相混波器30输出降频转换后信号IMIXOUT1、IMIXOUT2。正交混波器40输出降频转换后信号QMIXOUT1、QMIXOUT2。如先前所述，降频转换后信号IMIXOUT1、IMIXOUT2、QMIXOUT1、QMIXOUT2可为中频或基频信号。此外，于此实施例中，由于射频输入信号RFIN1、RFIN2为差动信号，降频转换后信号IMIXOUT1、IMIXOUT2亦为差动信号，且QMIXOUT1、QMIXOUT2亦为差动信号。
混波器的后续电路可能性已为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知。降频转换后信号IMIXOUT1、IMIXOUT2、QMIXOUT1、QMIXOUT2可被进一步放大、过滤，并透过模拟-数字转换器(未绘示)转换为数字信号。该数字信号可被进一步处理并解调，以得到射频输入信号所承载的数据。
该等混波器的输出节点系耦接至多相反馈电路。同相混波器30的输出节点系耦接至一多相反馈电路50。正交混波器40的输出节点系耦接至一多相反馈电路60。于此实施例中，多相反馈电路为一电容，更明确地说，为一可变电容。如图1所示，多相反馈电路50包含可变电容55，多相反馈电路60包含可变电容65。实务上，亦可采用其它类型的多相反馈电路，例如互导(transconductance)电路。
于此实施例中，低噪声放大器20、同相混波器30、正交混波器40与多相反馈电路50、60共同构成一滤波器70。低噪声放大器20的输出阻抗等效于滤波器70的上游阻抗。滤波器70的特性系根基于该上游阻抗和该等混波器提供的阻抗响应构成的一阻抗分压器。滤波器70的质量因子是决定于上游阻抗的阻抗值，以及混波器30、40和多相反馈电路50、60中的损耗。若上游阻抗的阻抗值，滤波器70的质量因子也会增加。
在图1呈现的实施例中，混波器30、40的输入埠系耦接至一谐振电路120。谐振电路120系用以修正相位响应中的失真(例如前述不对称的响应)。以下介绍校正、设定或调整谐振电路120(及其共振频率)以消除失真的方法。
图4系绘示谐振电路120的一实施范例，其中包含电感L1和电容C1。于此实施例中，谐振电路120利用可变电容来控制共振频率。该可变电容包含多个切换式电容(子电容CSUB0-CSUBN)。藉由控制子电容CSUB0～CSUBN的开关，谐振电路120的共振频率可被改变。
此外，子电容CSUB0-CSUBN的电容值可各不相同。举例而言，CSUB0可为CSUB1的两倍，依此类推。这种设计方式能让共振频率的调整范围更有弹性。
此外，谐振电路120可包含多个谐振电路，各自耦接至同相混波器30和正交混波器40的输入，并且被个别调整。
图5系绘示射频接收器的等效电路。图6系绘示同相混波器30和正交混波器40的共享输入节点在本地振荡信号的四个不同时段的电压响应VRF。
直流电路100系耦接至第一混波器30(同相混波器)的输出节点IMIXOUT1、IMIXOUT2。直流电路100提供一正电流至IMIXOUT1，并提供一负电流至IMIXOUT2。直流电路为本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知，因此不再赘述。
在图5中，直流电路100被表示为电流源Idc。第一多相反馈电路50被表示为电容CLI。第二多相反馈电路60被表示为电容CLQ。谐振电路120被表示为电感L1和可变电容C1。电阻RRF代表射频接收器的上游阻抗(例如前述低噪声放大器20的输出阻抗)。
在时段一，节点IMIXOUT1系耦接至共同输入的一端。直流电流快速地将该共同输入端充电为具有正极性。电压VRF是由直流电流和电阻RRF所决定。
在时段二，该共同输入系耦接至节点QMIXOUT1。受到电感L1、可变电容C1和电容CLQ的运作的影响，电压VRF往下降。
在时段三，节点IMIXOUT2系耦接至该共同输入。直流电流快速地将该共同输入端充电为具有负极性。电压VRF是由直流电流和电阻RRF所决定。
在时段四，该共同输入系耦接至节点QMIXOUT2。受到电感L1、可变电容C1和电容CLQ的运作的影响，电压VRF往上升。
该共振频率为电感L1及可变电容C1的函数。若该共振频率能对齐混波器的触发时序，电容CLI至电容CLQ便不会有明显的耦合状况。在这个情况下，电容CLQ的跨压不会改变。
因此，藉由调整谐振电路120，使电容CLQ(多相反馈电路60)的跨压为一预设电压，射频接收器可被校正或调整。于此实施例中，该预设电压为零。
图6系绘示此情况下的电压VRF。图7系绘示电容CLI的稳态跨压(VI)和电容CLQ的稳态跨压(VQ)。
举例而言，如果射频埠在时段一～时段三出现大幅相位改变，电容CLQ(多相反馈电路60)会累积负电荷。在这个情况下，多相反馈电路60的跨压为一负电压而非零。
图8系绘示此情况下的电压VRF。图9系绘示电容CLI的稳态跨压(VI)和电容CLQ的稳态跨压(VQ)。
图10系绘示根据本发明的另一实施例中的射频接收器250。在这个实施例中，直流电路100系耦接至第一混波器30(同相混波器)的输出节点IMIXOUT1、IMIXOUT2。直流电路105系耦接至第二混波器40(正交混波器)的输出节点QMIXOUT1、QMIXOUT2。直流电路100提供一正电流至节点IMIXOUT1、提供一负电流至节点IMIXOUT2。直流电路105提供一正电流至节点QMIXOUT1、提供一负电流至节点QMIXOUT2。由于同相混波器和正交混波器的路径是对称的，先前在介绍图1的实施例时提到的效果也适用于此实施例中的同相路径和正交路径。易言之，当此系统处于平衡，电容CLI、CLQ的跨压会相同。
在这个实施例中，该系统的校正或调整系透过调整谐振电路120，使得电容CLI、CLQ的跨压符合一预设关系(例如，相等)。
前述设定或校正方法可实现于射频接收器或是与射频接收器配合的模块。举例而言，可在射频接收器或该模块出厂销售前施行该设定或校正方法。
此外，该设定或校正方法可被设计为自动执行。举例而言，该设定或校正方法可于每次启动射频接收器时自动执行。或者，该设定或校正方法可被周期性地执行，以确保射频接收器顺利运作。在这个情况下，该控制电路可为整合在射频接收器中的一处理器。控制程序码被储存于一非瞬时计算机可读取媒体(例如NAND或ROM存储器)中，并且驱动该处理器于射频接收器中执行该设定或校正方法。
于另一实施例中，该系统包含一温度侦测器(未绘示)。当一校正程序开始，该系统便根据温度设定谐振电路120，例如根据温度设定至少一子电容CSUB0-CSUBN。
藉由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (18)

1.一种射频接收器，包含：
第一混波器，用以接收射频信号；
第二混波器，用以接收该射频信号；
谐振电路，耦接至该第二混波器的输入；以及
直流电路，耦接并提供直流电流至该第一混波器的输出，
该谐振电路包含切换式电容，且该谐振电路的共振频率透过改变该切换式电容的切换状态而被设定。
2.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，耦接至该第一混波器的该输出的该直流电路为第一直流电路；该射频接收器进一步包含：
第二直流电路，耦接并提供直流电流至该第二混波器的输出；
其中该谐振电路亦耦接至该第一混波器的输入。
3.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，该谐振电路的共振频率被设定为一频率，使该第二混波器的输出电压为预设电压。
4.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，该切换式电容为第一切换式电容，且该谐振电路进一步包含第二切换式电容；该第一切换式电容的电容量为两倍或更高于该第二切换式电容的电容量。
5.如权利要求4所述的射频接收器，其特征在于，该第一混波器为同相混波器，该第二混波器为正交混波器；该同相混波器的该输入及该正交混波器的该输入接收该射频信号，该同相混波器及该正交混波器将该射频信号与至少一本地振荡信号混波；该同相混波器输出同相降频转换后信号，该正交混波器输出正交降频转换后信号。
6.如权利要求2所述的射频接收器，其特征在于，该谐振电路的共振频率被设定为一频率，使得该第一混波器的输出电压与该第二混波器的输出电压具有预设关系。
7.如权利要求6所述的射频接收器，其特征在于，该预设关系被设定使得该第一混波器的该输出电压大致等于该第二混波器的该输出电压。
8.如权利要求6所述的射频接收器，其特征在于，该谐振电路包含切换式电容，且该谐振电路的该共振频率透过改变该切换式电容的切换状态而被设定。
9.如权利要求8所述的射频接收器，其特征在于，该切换式电容为第一切换式电容，该谐振电路进一步包含第二切换式电容；该第一切换式电容的电容量为该第二切换式电容的电容量的两倍或两倍以上。
10.如权利要求9所述的射频接收器，其特征在于，该第一混波器为同相混波器，该第二混波器为正交混波器；该同相混波器的该输入及该正交混波器的该输入接收该射频信号，该同相混波器及该正交混波器将该射频信号与至少一本地振荡信号混波；该同相混波器输出同相降频转换后信号，该正交混波器输出正交降频转换后信号。
11.如权利要求1所述的射频接收器，其特征在于，该第一混波器将第一本地振荡信号与该射频信号混波，该第二混波器将第二本地振荡信号与该射频信号混波，该第一混波器将第三本地振荡信号与该射频信号混波，该第二混波器将第四本地振荡信号与该射频信号混波，其中该第一本地振荡信号、该第二本地振荡信号、该第三本地振荡信号及该第四本地振荡信号的相位各不相同且未重迭。
12.如权利要求11所述的射频接收器，其特征在于，该射频信号为差动信号，该射频信号耦接至该第一混波器的第一输入节点与第二输入节点，该射频信号亦耦接至该第二混波器的第一输入节点与第二输入节点；该第一混波器输出的差动信号耦接至该第一混波器的第一输出节点与第二输出节点；该第二混波器输出的差动信号耦接至该第二混波器的第一输出节点与第二输出节点。
13.如权利要求12所述的射频接收器，其特征在于，当该第一本地振荡信号作用中，共同输入端的第一节点耦接至该第一混波器的该第一输出节点；当该第二本地振荡信号作用中，该共同输入端的该第一节点耦接至该第二混波器的该第一输出节点；当该第三本地振荡信号为作用中，该共同输入端的第二节点耦接至该第一混波器的该第一输出节点；当该第四本地振荡信号为作用中，该共同输入端的该第二节点耦接至该第二混波器的该第一输出节点。
14.一种应用于如权利要求1所述的射频接收器的设定方法，包含：
提供直流电流至第一混波器的输出；以及
调整谐振电路的共振频率，使第二混波器的输出电压为预设电压，其中该谐振电路耦接至该第二混波器的输入。
15.如权利要求14所述的设定方法，其特征在于，该预设电压为零。
16.如权利要求15所述的设定方法，其特征在于，该第一混波器为同相混波器，该第二混波器为正交混波器；该同相混波器的该输入及该正交混波器的该输入接收射频信号；该同相混波器及该正交混波器将该射频信号与至少一本地振荡信号混波；该同相混波器输出同相降频转换后信号，该正交混波器输出正交降频转换后信号。
17.一种应用于如权利要求1所述的射频接收器的设定方法，包含：
提供直流电流至第一混波器的输出；
提供直流电流至第二混波器的输出；以及
调整谐振电路的共振频率，使该第一混波器的输出电压与该第二混波器的输出电压具有预设关系，其中该谐振电路耦接至该第二混波器的输入。
18.如权利要求17所述的设定方法，其特征在于，该预设关系为：该第一混波器的该输出电压大致等于该第二混波器的该输出电压。
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