CN104467912A - 射频通讯系统及应用于该射频通讯系统的隔离噪声方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频通讯系统及应用于该射频通讯系统的隔离噪音方法，射频通讯系统包含天线、放大器及噪声隔离单元。放大器电性连接天线以放大天线传输的共模信号，并输出放大共模信号。噪声隔离单元电性连接放大器，用以阻隔放大共模信号。噪声隔离单元包含第一变压器及第二变压器。第一变压器具有第一原边绕组及第一副边绕组，第一原边绕组电性连接于放大器。第二变压器具有第二原边绕组及第二副边绕组，第二原边绕组电性连接于第一副边绕组，以阻隔放大共模信号的传输。本发明通过噪声隔离单元阻隔共模信号及传输差模信号，在不影响原始信息信号的情况下，有效地降低噪声值并提升信噪比。

Description

射频通讯系统及应用于该射频通讯系统的隔离噪声方法

技术领域

本发明涉及射频通讯系统，尤其涉及一种具有噪声隔离电路的射频通讯系统。

背景技术

近年来，随着使用者对电子产品的需求渐增，电子产品中用以传输信息的通讯设备的设计更为重要。以射频(Radio Frequency；RF)电路来说，射频通讯系统多使用天线(例如：单天线或差动天线)进行数据的传输。然而，天线在接收及传输信号时，容易遭受电磁噪声的干扰，使得天线输出至电子装置的信号夹带大量的噪声，原始信号因噪声导致低信噪比(signal to noise ratio)而失真。原始信号的失真将造成通讯设备出现错误使得电子装置无法正确地传输信息。

发明内容

本发明提供一种射频通讯系统及其隔离噪声方法。此射频通讯系统利用变压器及电容组成噪声隔离单元，有效地阻隔天线所接收信号的噪声，并提升信噪比。

本发明提出了一种射频通讯系统。此射频通讯系统包含天线、放大器及噪声隔离单元。放大器电性连接天线以放大天线传输的共模信号，从而输出放大共模信号；噪声隔离单元电性连接放大器，用以阻隔放大共模信号，其中噪声隔离单元包含第一变压器及第二变压器。第一变压器具有第一原边绕组及第一副边绕组，第一原边绕组电性连接于放大器。第二变压器具有第二原边绕组及第二副边绕组，第二原边绕组电性连接于第一副边绕组，以阻隔放大共模信号的传输。

本发明还提出一种应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其中射频通讯系统具有天线，放大器与噪声隔离单元，且噪声隔离单元还包含第一变压器及第二变压器，第一变压器具有第一原边绕组及第一副边绕组，第一原边绕组电性连接于放大器；第二变压器具有第二原边绕组及第二副边绕组，且第二原边绕组电性连接于第一副边绕组，该隔离噪声方法包含通过天线传输共模信号；通过放大器放大共模信号以输出放大共模信号；以及通过噪声隔离单元阻隔放大共模信号的传输。

本发明通过噪声隔离单元阻隔共模信号及传输差模信号。此外，通过噪声隔离单元中变压器及电容数量的增加，可获得较好的阻隔噪声效果。因此，本发明的射频通讯系统在不影响原始信息信号的情况下，有效地降低噪声值并提升信噪比。

附图说明

图1为根据本发明一实施例中射频通讯系统的示意图。

图2为根据本发明一实施例中射频通讯系统的详细电路示意图。

图3A为根据本发明一实施例中图1中共模信号CS及差模信号DS在节点P1的信号波形示意图。

图3B为根据本发明一实施例中图1中放大共模信号ACS及放大差模信号ADS在节点P2的信号波形示意图。

图3C为根据本发明一实施例中图1中放大共模信号ACS及放大差模信号ADS在节点P3的信号波形示意图。

图4为根据本发明一实施例中噪声隔离方法的流程图。

具体实施方式

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，还可指两个或多个元件相互操作或动作。

图1为根据本发明一实施例中射频通讯系统的示意图。如图1所示，射频通讯系统100包含天线110、放大器120及噪声隔离单元130。

天线110的一端电性连接至放大器120，一端电性连接接地端GND，天线110用以接收无线信号并用以传输共模信号CS及差模信号DS至放大器120。在此，共模信号CS可为与噪声有关的传输信号，差模信号DS可为与信息有关的传输信号。在一实施例中，上述天线110为单天线(Single Antenna)。

放大器120电性连接天线110以放大天线110传输的共模信号CS及差模信号DS，并输出放大共模信号ACS及放大差模信号ADS。为清楚标示差模信号及共模信号，图1中的实线代表差模信号DS或放大差模信号ADS，而虚线则代表共模信号CS或放大共模信号ACS。

噪声隔离单元130电性连接放大器120，用以传输放大差模信号ADS及阻隔放大共模信号ACS。

图2为根据本发明一实施例中射频通讯系统的详细电路示意图。为清楚标示起见，图2中的实线代表差模信号DS或放大差模信号ADS，而虚线则代表共模信号CS或放大共模信号ACS。

在一些实施例中，放大器220包含晶体管M1。晶体管M1的控制端电性连接天线210，晶体管M1的第一端电性连接噪声隔离单元230，晶体管M1的第二端连接接地端GND。

在一些实施例中，如图2所示，晶体管M1可为双极结晶体管（BJT，BipolarJunction Transistor），在此情形下，晶体管M1的基极电性连接天线210，其集电极电性连接噪声隔离单元230，其发射极连接接地端GND。虽然图2公开了一种晶体管M1，但本发明不以此为限；换言之，任何本领域技术人员，均可依据实际需求选用不同类型的放大电路或元件。

如图2所示，噪声隔离单元230包含第一变压器T1及第二变压器T2。在一实施例中，噪声隔离单元230还包含第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4。

结构上，第一变压器T1具有第一原边绕组R1及第一副边绕组S1。第一原边绕组R1的一端通过电容C1电性连接放大器220，第一原边绕组R1的另一端连接接地端GND。此外，第一副边绕组S1的一端电性连接电容C2，第一副边绕组S1的另一端电性连接电容C3。

第二变压器T2具有第二原边绕组R2及第二副边绕组S2。第二原边绕组R2的一端通过电容C2电性连接第一副边绕组S1的一端，第二原边绕组R2的另一端通过电容C3电性连接第一副边绕组S1的另一端，以阻隔放大共模信号ACS的传输。此外，第二副边绕组S2的一端电性连接电容C4，第二副边绕组S2的另一端连接接地端GND。

此外，上述实施例中变压器的电感值及电容的电容值依据实际需求搭配下列公式进行阻抗匹配而获得：

XL=ωL.....(1)

$\mathrm{\ω}=1/\sqrt{\mathrm{LC}}.....\left(2\right)$

公式(1)中的XL为射频通讯系统100的阻抗匹配值（如：50欧姆），ω为操作系统的角频率，而L为变压器中的电感值。由上述可知，通过公式(1)中已知的阻抗匹配值XL及操作系统的角频率ω可获得变压器中的电感值L。接着，将电感值L代入公式(2)中，通过已知的操作系统的角频率ω及电感值L获得噪声隔离单元130的电容值C。

举例而言，在长期演进技术(Long Term Evolution；LTE)中，当频率为700MHz时，角频率ω以2pi*700MHz代入，再代入射频系统的阻抗匹配值XL为50欧姆，则可获得噪声隔离单元130中的电感值及电容值。

操作上，在天线210采用单天线的情形下，由于单天线的一端接地，因此可通过镜像原理(Image Theory)，将天线210中的单天线(Single Antenna)视为差动天线(Differential Antenna)，使得天线210可传输共模信号CS及差模信号DS。

如图2所示，共模信号CS及差模信号DS皆传输至放大器220，放大器220放大共模信号CS及差模信号DS，以输出放大共模信号ACS及放大差模信号ADS。接着，放大共模信号ACS及放大差模信号ADS输入至噪声隔离单元230。由于放大共模信号ACS为同相信号，无法在射频通讯系统200的回路中传输，导致部分的放大共模信号ACS被阻隔在第一变压器T1而无法传送至第二变压器T2。另一方面，由于放大差模信号ADS为反相信号，可在射频通讯系统200的回路中传输，使得放大差模信号ADS可完整地通过第一变压器T1且传送至第二变压器T2。

再者，上述通过第一变压器T1的部分的放大共模信号ACS进入第二变压器T2。同样地，由于放大共模信号ACS为同相信号，剩余部分的放大共模信号ACS被阻隔在第二变压器T2而无法由第二变压器T2输出。另一方面，由于放大差模信号ADS为反相信号，放大差模信号ADS可完整地通过第二变压器T2。

由上述可知，第一变压器T1阻隔部分的放大共模信号ACS，第二变压器T2再阻隔另一部分的放大共模信号ACS。因此，噪声隔离单元230中的变压器及电容数量越多，噪声阻隔的效果越好，越能有效地降低噪声值并提升信噪比(Signal to Noise Ratio；SNR)。

上述实施例为方便说明，仅以两个变压器及四个电容组成噪声隔离单元，但本发明不以此为限。本领域技术人员可依据实际需求增加变压器及电容的个数，以达到更好的噪声隔离效果。

图3A为根据本发明一实施例中图1中共模信号CS及差模信号DS在节点P1的信号波形示意图。图3B为根据本发明一实施例中图1中放大共模信号ACS及放大差模信号ADS在节点P2的信号波形示意图。图3C为根据本发明一实施例绘示图1中放大共模信号ACS及放大差模信号ADS在节点P3的信号波形示意图。为清楚标示起见，图3A～3C中的实线代表差模信号DS或放大差模信号ADS，而虚线则代表共模信号CS或放大共模信号ACS。

为方便说明起见，以下以图1配合图3A～3C进行说明。如图1所示，节点P1位于天线110及放大器120之间，节点P2位于放大器120及噪声隔离单元130，而节点P3位于噪声隔离单元130之后。

参照图1及图3A～3C，天线110输出的共模信号CS经过放大器120后输出放大共模信号ACS，而差模信号DS经过放大器120后被放大，以形成放大差模信号ADS。接着，上述放大共模信号ACS及放大差模信号ADS通过噪声隔离单元130，噪声隔离单元130阻隔放大共模信号ACS使得其信号值降低。此外，放大差模信号ADS在经过噪声隔离单元130后恢复为先前输入至放大器120的波形。

由图3A～3C可清楚地了解，通过噪声隔离单元130的作用，可使得噪声信号减弱及信息信号不变，实现高信噪比的目的。

另外，上述用以阻隔放大共模信号ACS的噪声隔离单元130可依据实际需求通过各种方式实现。举例而言，噪声隔离单元130可通过印刷电路板(Printed Circuit Board；PCB)走线的布局(layout)实现噪声隔离单元130的等效电路。等效电路中，变压器的电感值及电容的电容值皆可通过前述公式获得。然而，本发明的噪声隔离电路130不以上述实现方法为限。噪声隔离单元130也可通过低温共烧多层陶瓷(LTCC)的方式实现其等效电路，以达到阻隔放大共模信号ACS的目的。

图4为根据本发明一实施例中噪声隔离方法的流程图。噪声隔离方法400可通过图2所示的射频通讯系统来实现，但不以其为限。为清楚说明起见，下述实施例以图2配合图4所示的实施例来进行说明。噪声隔离方法400包含下述步骤：

首先，通过天线210传输共模信号CS(步骤410)。其次，通过放大器220放大共模信号CS以输出放大共模信号ACS(步骤420)。接着，通过噪声隔离单元230阻隔放大共模信号ACS的传输(步骤430)。

在一实施例中，上述天线210包含单天线(Single Antenna)。在另一实施例中，上述放大器220包含晶体管M1。晶体管M1的控制端电性连接天线210，晶体管M1的第一端电性连接噪声隔离单元230，晶体管M1的第二端连接接地端GND。

在一实施例中，噪声隔离单元230包含第一变压器T1及第二变压器T2。在另一实施例中，噪声隔离单元230还包含第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4。

结构上，第一变压器T1具有第一原边绕组R1及第一副边绕组S1。第一原边绕组R1的一端通过电容C1电性连接放大器220，第一原边绕组R1的另一端连接接地端GND。此外，第一副边绕组S1的一端电性连接电容C2，第一副边绕组S1的另一端电性连接电容C3。

第二变压器T2具有第二原边绕组R2及第二副边绕组S2。第二原边绕组R2的一端通过电容C2电性连接第一副边绕组S1的一端，第二原边绕组R2的另一端通过电容C3电性连接第一副边绕组S1的另一端，以阻隔放大共模信号ACS的传输。此外，第二副边绕组S2的一端电性连接电容C4，第二副边绕组S2的另一端连接接地端GND。

上述隔离噪声方法400中，由于放大共模信号ACS为同相信号，无法在射频通讯系统200的回路中传输，导致部分的放大共模信号ACS被阻隔于第一变压器T1而无法传送至第二变压器T2。另一方面，由于放大差模信号ADS为反相信号，可在射频通讯系统200的回路中传输，使得放大差模信号ADS可完整地通过第一变压器T1且传送至第二变压器T2。

再者，上述通过第一变压器T1的部分的放大共模信号ACS进入第二变压器T2。同样地，由于放大共模信号ACS为同相信号，剩余部分的放大共模信号ACS被阻隔在第二变压器T2而无法由第二变压器T2输出。另一方面，由于放大差模信号ADS为反相信号，放大差模信号ADS可完整地通过第二变压器T2。

在上述实施例中所提及的步骤，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行，图4所示的流程图仅为一实施例，并非用以限定本发明。

综上所述，本发明的射频通讯系统通过噪声隔离单元阻隔共模信号及传输差模信号。此外，通过增加噪声隔离单元中变压器及电容数量，可获得较好的阻隔噪声效果。因此，本发明的射频通讯系统在不影响原始信息信号的情况下，有效地降低噪声值并提升信噪比。

虽然本发明已经以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种射频通讯系统，其特征在于，包含：

天线；

放大器，其电性连接上述天线以放大上述天线传输的共模信号，并输出放大共模信号；

噪声隔离单元，其电性连接上述放大器，用以阻隔上述放大共模信号，其中上述噪声隔离单元包含：

第一变压器，其具有第一原边绕组及第一副边绕组，该第一原边绕组电性连接于上述放大器；以及

第二变压器，其具有第二原边绕组及第二副边绕组，该第二原边绕组电性连接于上述第一副边绕组，以阻隔上述放大共模信号的传输。

2.如权利要求1所述的射频通讯系统，其特征在于，其中所述噪声隔离单元还包含：

多个电容。

3.如权利要求2所述的射频通讯系统，其特征在于，所述这些电容包含第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；

其中所述第一原边绕组的一端通过上述第一电容电性连接所述放大器，所述第一原边绕组的另一端连接接地端，所述第一副边绕组的一端电性连接上述第二电容，所述第一副边绕组的另一端电性连接上述第三电容；

其中所述第二原边绕组的一端电性连接上述第二电容，所述第二原边绕组的另一端电性连接上述第三电容，所述第二副边绕组的一端电性连接上述第四电容，所述第二副边绕组的另一端连接上述接地端。

4.如权利要求2所述的射频通讯系统，其特征在于，其中所述第一变压器至少与所述这些电容之一共同作用以阻隔部分的所述放大共模信号的传输，所述第二变压器至少与所述这些电容之一共同作用以阻隔剩余部分的所述放大共模信号的传输。

5.如权利要求1所述的射频通讯系统，其特征在于，其中所述放大器为晶体管，该晶体管的控制端电性连接所述天线，该晶体管的第一端电性连接所述噪声隔离单元，该晶体管的第二端连接接地端。

6.一种应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其特征在于，其中该射频通讯系统具有天线、放大器与噪声隔离单元，且该噪声隔离单元还包含第一变压器及第二变压器，该第一变压器具有第一原边绕组及第一副边绕组，该第一原边绕组电性连接于该放大器；该第二变压器具有第二原边绕组及第二副边绕组，且该第二原边绕组电性连接于该第一副边绕组；该隔离噪声方法包含：

通过上述天线传输共模信号；

通过上述放大器放大上述共模信号以输出放大共模信号；以及

通过上述噪声隔离单元阻隔上述放大共模信号的传输。

7.如权利要求6所述的应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其特征在于，其中所述噪声隔离单元还包含：

多个电容。

8.如权利要求7所述的应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其特征在于，其中所述这些电容包含第一电容、第二电容、第三电容以及第四电容；

其中所述第一原边绕组的一端通过上述第一电容电性连接所述放大器，所述第一原边绕组的另一端连接接地端，所述第一副边绕组的一端电性连接上述第二电容，所述第一副边绕组的另一端电性连接上述第三电容；

其中所述第二原边绕组的一端电性连接上述第二电容，所述第二原边绕组的另一端电性连接上述第三电容，所述第二副边绕组的一端电性连接上述第四电容，所述第二副边绕组的另一端连接上述接地端。

9.如权利要求7所述的应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其特征在于，其中通过所述噪声隔离单元阻隔所述放大共模信号的传输的步骤还包含：

通过所述第一变压器至少与所述这些电容之一共同作用以阻隔部分的所述放大共模信号的传输；以及

通过所述第二变压器至少与所述这些电容之一共同作用以阻隔剩余部分的所述放大共模信号的传输。

10.如权利要求6所述的应用于射频通讯系统的隔离噪声方法，其特征在于，其中所述放大器为晶体管，该晶体管控制端电性连接所述天线，该晶体管的第一端电性连接所述噪声隔离单元，该晶体管的第二端连接接地端。