CN105282466A - 配合可变增益放大器的信号处理系统及信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号处理系统，其中包含一可变增益放大器、一模拟-数字转换器、一增益补偿模块及一信号处理模块。该可变增益放大器对一模拟输入信号施以一可变增益，以产生一模拟放大后信号。该模拟-数字转换器将该模拟放大后信号转换为一数字放大后信号。该增益补偿模块对该数字放大后信号施以一补偿增益，以产生一补偿后信号。该增益补偿模块令该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的一加成后增益，被保持为具有低于一预设门槛值的一瞬间变化量。该信号处理模块对该补偿后信号施以一信号处理程序。

Description

配合可变增益放大器的信号处理系统及信号处理方法

技术领域

本发明与可变增益放大器相关，并且尤其与如何补偿因可变增益放大器提供的增益瞬间变化造成的问题相关。

背景技术

随着通讯技术的进步，数字电视广播的发展渐趋成熟。数字视频广播(digitalvideobroadcasting,DVB)规范是目前该领域中被广泛采用的标准之一。依传输媒介及信号型态的差异，数字视频广播还可被进一步细分为数字视频电缆广播(digitalvideobroadcasting–cable,DVB-C)、数字视频卫星广播(digitalvideobroadcasting–satellite,DVB-S)、数字视频地面广播(digitalvideobroadcasting–terrestrial,DVB-T)等几个子标准。

图1呈现一DVB-C接收端的局部电路方块图。进入此接收系统的射频信号会被低噪声放大器11放大。接着，低噪声放大器11的输出信号被分别提供至模拟-数字转换器12以及滤波器14。自动增益控制电路13会根据模拟-数字转换器12的输出信号选择性地调整低噪声放大器11施于该射频信号的增益。可编程增益放大器15接收滤波器14的输出信号后也会对该信号施以放大程序。相似地，自动增益控制电路17系根据模拟-数字转换器16的输出信号选择性地调整可编程增益放大器15提供的增益量。上述透过回馈机制调整增益量的目的在于将进入模拟-数字转换器16的信号的振幅被调整为符合模拟-数字转换器16的输入信号动态范围。模拟-数字转换器16产生的数字信号将被提供至解调电路18。

在DVB-C接收系统中，低噪声放大器11提供的增益的变化范围是-18dB～24dB，而其最小单位变化量为6dB。可编程增益放大器15提供的增益的变化范围则是-5dB～22dB，其最小单位变化量为3dB。经过实际测试证明，当低噪声放大器11及/或可编程增益放大器15提供的增益发生变化，且因此令数字基频电路18的输入信号的振幅瞬间被施以大于0.25dB的增益变化时，数字基频电路18提供的信号处理结果可能会出现错误。

除了上述DVB-C接收系统之外，其他采用类似电路架构的信号处理系统亦可能遭遇同样的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新的信号处理系统及信号处理方法。藉由对放大器的输出信号提供一补偿增益，传递至数字基频电路的信号振幅瞬间变化可被有效降低或消除，进而避免数字基频电路因此而产生的错误率升高问题。本发明的概念不仅可应用在DVB-C接收系统，亦适用于其他采用类似电路架构的信号处理系统。

根据本发明的一具体实施例为一种信号处理系统，其中包含一可变增益放大器、一模拟-数字转换器、一增益补偿模块及一信号处理模块。该可变增益放大器对一模拟输入信号施以一可变增益，以产生一模拟放大后信号。该模拟-数字转换器将该模拟放大后信号转换为一数字放大后信号。该增益补偿模块对该数字放大后信号施以一补偿增益，以产生一补偿后信号。该增益补偿模块令该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的一加成后增益，被保持为具有低于一预设门槛值的一瞬间变化量。该信号处理模块对该补偿后信号施以一信号处理程序。

根据本发明的另一具体实施例为一种信号处理方法。首先，一模拟输入信号被施以一可变增益，以产生一模拟放大后信号。接着，该模拟放大后信号被转换为一数字放大后信号。该数字放大后信号被施以一补偿增益，以产生一补偿后信号；其中该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的一加成后增益，被保持为具有低于一预设门槛值的一瞬间变化量。随后，该补偿后信号被施以一信号处理程序。

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呈现一数字视频电缆广播(DVB-C)接收端的局部电路方块图。

图2为根据本发明的一实施例中的信号处理系统的功能方块图。

图3A和图3B呈现根据本发明的可变增益G_V、补偿增益G_C、加成后增益G_I以及各信号的两种时序关系范例。

图4呈现根据本发明的增益补偿模块的一种详细实施范例。

图5呈现根据本发明的转换单元的一种详细实施范例。

图6为根据本发明的一实施例中的信号处理方法的流程图。

符号说明

11：低噪声放大器12：模拟-数字转换器

13：自动增益控制电路14：滤波器

15：可编程增益放大器16：模拟-数字转换器

17：自动增益控制电路18：解调电路

200：信号处理系统21：可变增益放大器

22：模拟-数字转换器23：自动增益控制电路

24：增益补偿模块24A：转换单元

24B：延迟单元24C：增益补偿单元

25：信号处理模块30：模拟输入信号

31：模拟放大后信号32：数字放大后信号

33：补偿后信号51：查找表

52：判断单元53：拆解单元

54：转换单元S61～S64：流程步骤

具体实施方式

能实现本发明概念的一具体实施例为一信号处理系统，其功能方块图系绘示于图2。信号处理系统200包含一可变增益放大器21、一模拟-数字转换器22、一自动增益控制电路23、一增益补偿模块24与一信号处理模块25。实务上，信号处理系统200可为但不限于一数字视频电缆广播(DVB-C)接收系统或一数字视频卫星广播(DVB-S)接收系统。于实际应用中，可变增益放大器21为一低噪声放大器或一可编程增益放大器。此外，可变增益放大器21可为单一放大器，亦可包含多个串联的放大器电路。

可变增益放大器21受到自动增益控制电路23的控制，负责对一模拟输入信号30施以一可变增益G_V，以产生一模拟放大后信号31。如图2所示，模拟放大后信号31被提供至模拟-数字转换器22。提供至信号处理系统200的模拟输入信号30的振幅并非定值，而是可能会随着时间变化而有所不同。模拟-数字转换器22的作用之一在于为自动增益控制电路23提供一个数值，指出模拟放大后信号31的概略振幅。自动增益控制电路23根据模拟-数字转换器22的输出信号决定是否应调整可变增益放大器21施于模拟输入信号30的增益值G_V，以使模拟放大后信号31的振幅大致符合模拟-数字转换器22的输入动态范围。须说明的是，自动增益控制和模拟-数字转换的详细实施方式为本发明所属技术领域中具有通常知识者所知，于此不赘述。

模拟-数字转换器22将模拟放大后信号31转换为一数字放大后信号32。当自动增益控制电路23改变可变增益放大器21采用的可变增益G_V时，会将相关的变化信息提供给增益补偿模块24。于一实施例中，当可变增益放大器21将可变增益G_V由一第一增益值调整为一第二增益值时，自动增益控制电路23提供给增益补偿模块24的信息为第一增益值和第二增益值的大小。于另一实施例中，自动增益控制电路23提供给增益补偿模块24的信息为其中一增益值的大小与两增益值间的差异量。

根据自动增益控制电路23提供的信息，增益补偿模块24对数字放大后信号32施以一补偿增益G_C，以产生一补偿后信号33。增益补偿模块24被设计为令补偿增益G_C与可变增益G_V对数字放大后信号32构成的一加成后增益G_I被保持为具有低于一预设门槛值的一瞬间变化量，详述如下。

图3A为可变增益G_V、补偿增益G_C、加成后增益G_I以及各信号的一时序关系范例。为便于说明，图3A以模拟型态呈现数字放大后信号32和补偿后信号33的波形。于此范例中，可变增益G_V于时间点t11由1倍(x1)被提高为2倍(x2)。因此，模拟放大后信号31的振幅自时间点t11开始变为原本的两倍大。由于模拟-数字转换器22会贡献一信号传播延迟(propagationdelay)D_P，直到时间点t12，数字放大后信号32的振幅才开始变为原本的两倍大。数字放大后信号32也可被视为自时间点t12才开始受到可变增益G_V的影响。图3A中的可变增益G_V’系用以表示可变增益G_V对数字放大后信号32构成的一等效增益。对数字放大后信号32构成的加成后增益G_I即为可变增益G_V’与补偿增益G_C的乘积。实务上，信号传播延迟D_P的长度为预先量测估计得知的，时间点t11则是可由自动增益控制电路23告知增益补偿模块24。因此，增益补偿模块24可得知时间点t12的位置，并将时间点t12设定为一补偿起始时间。于此范例中，增益补偿模块24在时间点t12之前提供的补偿增益G_C为1倍(x1)，并且在时间点t12将补偿增益G_C调降为0.5倍(x0.5)。因此，加成后增益G_I在时间点t12前后皆大致为1倍(x1)。如图3A所示，自时间点t12开始，增益补偿模块24逐渐提高补偿增益G_C，藉此令加成后增益G_I逐渐趋近2倍(x2)，亦即第二增益值。在时间点t13，加成后增益G_I达到2倍(x2)，此时补偿增益G_C大致被调升至1倍(x1)。

可变增益G_V的变化为增益补偿模块24所知。另一方面，补偿增益G_C随着时间改变的幅度可由增益补偿模块24控制。藉由适当控制补偿增益G_C，补偿增益G_C与可变增益G_V对数字放大后信号32构成的加成后增益G_I便可被保持为不具有任何高于一预设门槛值(例如0.25dB)的瞬间变化量。由图3A可看出，不同于在时间点t12会出现瞬间大幅变化的数字放大后信号32，补偿后信号33的振幅在时间点t12后为逐步小幅度提高；在时间点t13之后，补偿后信号33与数字放大后信号32几乎为同一信号。

随后，信号处理模块25接收补偿后信号33，并对该补偿后信号施以一信号处理程序，例如解调程序。由于补偿后信号33的振幅不会因可变增益G_V的在短时间内的改变而出现大幅瞬间变化。信号处理模块25因此产生的错误率升高问题可被有效避免。实务上，前述预设门槛值可根据信号处理模块25所能承受的信号瞬间变化量来决定，不以特定数值为限。此外，本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，补偿增益G_C的变化模式不一定要为图3A所绘示者，亦可为规则或不规则的曲线。须说明的是，时间点t13的出现位置会与可变增益G_V以及补偿增益G_C的改变幅度相关。若增益补偿模块24采用另一种补偿增益G_C变化模式，时间点t13的出现位置便可能不同。假设可变增益放大器21将可变增益G_V由一第一增益值调整为一第二增益值。实务上，增益补偿模块24可令第二增益值与补偿起始时间t12时的补偿增益G_C的乘积大致等于第一增益值与补偿起始时间t12前的补偿增益G_C的乘积。自补偿起始时间t12起，加成后增益G_I逐渐趋近第二增益值。

图3B呈现可变增益G_V、补偿增益G_C、加成后增益G_I以及各信号的另一时序关系范例。于此范例中，可变增益G_V在时间点t21由1倍变为2倍，随后在时间点t22又从2倍被调整回1倍。如图3B所示，因模拟-数字转换器24贡献的信号传递延迟(D_P1、D_P2)，对数字放大后信号32而言的等效可变增益G_V’系于时间点t23、t24始出现变化。增益补偿模块24自时间点t23开始提供一逐渐增高的补偿增益G_C。由于等效可变增益G_V’在时间点t24由2倍下降为1倍，增益补偿模块24于时间点t24之后并未令补偿增益G_C继续向上攀升、趋近1倍。此范例系假设经过时间点t23至时间点t24这段时间的缓步上升，时间点t24时的补偿增益G_C系由原本的0.5倍提高为大致等于0.8125倍。为补偿等效可变增益G_V’在时间点t24的下降变化，增益补偿模块24于时间点t24将补偿增益G_C瞬间提高为1.625倍，并且令补偿增益G_C自此开始缓步下降。如图3B所示，这种做法将令加成后增益G_I自时间点t24开始逐渐减少。相似地，增益补偿模块24会将补偿增益G_C设定为对数字放大后信号32构成的加成后增益G_I不具有任何高于预设门槛值得瞬间变化量。

于实际应用中，增益补偿模块24可被实现为固定式及/或可编程数字逻辑电路，包含可编程逻辑门阵列、特定应用集成电路、微控制器、微处理器、数字信号处理器，与其他必要电路。图4呈现增益补偿模块24的一种详细实施范例。于此范例中，增益补偿模块24包含一转换单元24A、一延迟单元24B以及一增益补偿单元24C。转换单元24A系用以从自动增益控制电路23接收前述第一增益值与第二增益值以分贝为单位的一初始差异，并据此产生以线性倍数为单位的一转换后差异，供增益补偿单元24C决定补偿增益G_C(可利用计算电路或查找的方式实现)。须说明的是，若自动增益控制电路23提供给增益补偿模块24的信息原本即以线性倍数为单位，转换单元24A便可省略。延迟单元24B系用以根据可变增益放大器21与增益补偿单元24C间的信号传播延迟，提供对应于前述补偿起始时间的一延迟。于一实施例中，延迟单元24B所提供的延迟量被设计为可编程的，以配合制程变异可能造成的传播延迟变化。须说明的是，可变增益放大器21与增益补偿单元24C间亦可另设置有其他电路(例如滤波器)。增益补偿单元24C系用以产生前述补偿增益G_C，并将补偿增益G_C施加于数字放大后信号32。

图5呈现转换单元24A的一种详细实施范例。此范例中的转换单元24A包含一查找表51、一判断单元52、一拆解单元53以及一转换单元54。查找表51中储存有对应于一查找范围的多笔转换关系。举例而言，该查找范围可为-6dB～+6dB，而查找表51中储存有以0.1dB为单位差异的分贝值与线性倍数对应关系。判断单元52系用以判断前述以分贝为单位的初始差异是否落在该查找范围内。若判断单元52的判断结果为是，转换单元54便直接以该初始差异为索引值，至查找表51中查找出对应于该初始差异的线性倍数，做为转换单元24A的输出结果。若判断单元52的判断结果为否，则拆解单元53首先将该初始差异拆解为在该查找范围外的一第一部份与在该查找范围内的一第二部分。举例而言，若查找范围可为-6dB～+6dB，而该初始差异为+9dB，拆解单元53可将+9dB拆解为在该查找范围外的一第一部份(+6dB)和在该查找范围内的一第二部分(+3dB)。接着，转换单元54根据该第一部份计算出一第一数值(+6dB＝2倍)、自查找表51查找出对应于该第二部分(+3dB)的一第二数值，并将该第一数值与该第二数值组合(透过乘法)为该转换后差异。图5呈现的转换单元24A的优点在于，将一部分易于计算的数值(例如6dB的整数倍)拆解出来，因而得以缩小查找表51的内容数据量。

本发明的范畴并不限于以某种特定组态或架构来实现信号处理系统200。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，另有多种电路组态和组件可在不背离本发明精神的情况下实现本发明的概念。

根据本发明的另一具体实施例为一种信号处理方法，其流程图系绘示于图6。首先，步骤S61为对一模拟输入信号施以一可变增益，以产生一模拟放大后信号。步骤S62为将该模拟放大后信号转换为一数字放大后信号。接着，步骤S63为对该数字放大后信号施以一补偿增益，以产生一补偿后信号，其中该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的一加成后增益被保持为具有低于一预设门槛值的一瞬间变化量。步骤S64则是接收该补偿后信号，并对该补偿后信号施以一信号处理程序。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍信号处理系统200时描述的各种操作变化亦可应用至图6中的信号处理方法，其细节不再赘述。

如上所述，本发明提出一种新的信号处理系统及信号处理方法。藉由对放大器的输出信号提供一补偿增益，传递至数字基频电路的信号振幅瞬间变化可被有效降低或消除，进而避免数字基频电路因此而产生的错误率升高问题。本发明的概念不仅可应用在DVB-C接收系统，亦适用于其他采用类似电路架构的信号处理系统。

Claims (16)

1.一种信号处理系统，包含：

可变增益放大器，用以对模拟输入信号施以可变增益，以产生模拟放大后信号；

模拟-数字转换器，用以将该模拟放大后信号转换为数字放大后信号；

增益补偿模块，用以对该数字放大后信号施以补偿增益，以产生补偿后信号，该增益补偿模块令该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的加成后增益，被保持为具有低于预设门槛值的瞬间变化量；以及

信号处理模块，用以接收该补偿后信号，并对该补偿后信号施以信号处理程序。

2.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，若该可变增益放大器将该可变增益由第一增益值调整为第二增益值，该增益补偿模块设定补偿起始时间；该第二增益值与该补偿起始时间时的该补偿增益的乘积大致等于该第一增益值与该补偿起始时间前的该补偿增益的乘积；自该补偿起始时间起，该加成后增益逐渐趋近该第二增益值。

3.如权利要求2所述的信号处理系统，其特征在于，该增益补偿模块包含：

延迟单元，用以根据该可变增益放大器与该增益补偿模块间的信号传播延迟，提供对应于该补偿起始时间的延迟。

4.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该增益补偿模块包含：

转换单元，用以接收该第一增益值与该第二增益值以分贝为单位的初始差异，并据此产生以线性倍数为单位的转换后差异，供该增益补偿模块决定该补偿增益。

5.如权利要求4所述的信号处理系统，其特征在于，该转换单元包含：

查找表，其中储存有对应于该初始差异与该转换后差异的多笔转换关系；以及

转换单元，用以根据该初始差异，自该查找表查找出对应的该转换后差异。

6.如权利要求4所述的信号处理系统，其特征在于，该转换单元包含：

查找表，其中储存有对应于查找范围的多笔转换关系；

判断单元，系用以判断该初始差异是否落在该查找范围内；

拆解单元，若该判断单元的判断结果为否，该拆解单元将该初始差异拆解为在该查找范围外的第一部份与在该查找范围内的第二部分；以及

转换单元，用以根据该第一部份计算出第一数值，自该查找表查找出对应于该第二部分的第二数值，并将该第一数值与该第二数值透过乘法组合为该转换后差异。

7.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该可变增益放大器为低噪声放大器或可编程增益放大器。

8.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该可变增益放大器包含多个串联的放大器电路。

9.如权利要求1所述的信号处理系统，其特征在于，该信号处理程序为解调程序。

10.一种信号处理方法，包含：

(a)对模拟输入信号施以可变增益，以产生模拟放大后信号；

(b)将该模拟放大后信号转换为数字放大后信号；

(c)对该数字放大后信号施以补偿增益，以产生补偿后信号，其中该补偿增益与该可变增益对该数字放大后信号构成的加成后增益，被保持为具有低于预设门槛值的瞬间变化量；以及

(d)接收该补偿后信号，并对该补偿后信号施以信号处理程序。

11.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(c)包含：

若该可变增益由第一增益值调整被为第二增益值，设定补偿起始时间；该第二增益值与该补偿起始时间时的该补偿增益的乘积大致等于该第一增益值与该补偿起始时间前的该补偿增益的乘积；自该补偿起始时间起，该加成后增益逐渐趋近该第二增益值。

12.如权利要求11所述的信号处理方法，其特征在于，该补偿起始时间系根据与步骤(b)相关的传播延迟来决定。

13.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，步骤(c)包含：

接收该第一增益值与该第二增益值以分贝为单位的初始差异，并据此产生以线性倍数为单位的转换后差异；以及

根据该转换后差异决定该补偿增益。

14.如权利要求13所述的信号处理方法，其特征在于，查找表系预先提供，用以储存有对应于该初始差异与该转换后差异的多笔转换关系；其中步骤(c)包含根据该初始差异，自该查找表查找出对应的该转换后差异。

15.如权利要求13所述的信号处理方法，其特征在于，查找表系预先提供，用以储存有对应于查找范围的多笔转换关系；其中步骤(c)包含：

(c1)判断该初始差异是否落在该查找范围内；

(c2)若步骤(c1)的判断结果为否，将该初始差异拆解为在该查找范围外的第一部份与在该查找范围内的第二部分；

(c3)根据该第一部份计算出第一数值；

(c4)自该查找表查找出对应于该第二部分的第二数值；以及

(c5)将该第一数值与该第二数值透过乘法组合为该转换后差异。

16.如权利要求10所述的信号处理方法，其特征在于，该信号处理程序为解调程序。