CN106788268B - 混频模块 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，提供了一种混频模块，包含有切换式混波器，受控于开关信号，用来接收输入信号并产生输出信号；调制单元，耦接至所述切换式混波器，用来产生所述开关信号；其中，所述开关信号的切换频率高于所述输入信号的输入频率，为特定的倍率关系。本发明的混频模块利用远高于输入信号的输入频率的开关信号来控制切换式混波器，对输入信号进行过采样，使输出信号频谱能量更为集中，可避免因旁波带或谐波引入额外噪声。

Description

混频模块
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种提升信噪比的混频模块。
背景技术
混频器(Mixer)广泛地应用于通信系统和电容式触控系统中，混频器用来将高频的接收信号转换成为基频信号，以利于后端信号处理模块进行进一步的信号处理。一般来说，混频器以乘法器实现，混频器可产生接收信号与本地信号的相乘结果。另外，混频器可利用切换式混波器(Switching Mixer)来实现，切换式混波器具有线性度高、低噪声等优点，切换式混波器受控于开关信号，其中开关信号具有切换频率。
现有技术中，为了将高频的接收信号转换至基频信号，开关信号的切换频率通常与接收信号的频率相同。如此一来，切换式混波器可等效于将接收信号乘以与接收信号同频率的方波，该方波即为本地信号。然而，方波在频谱上具有较高的旁波带(Sidelobe)，且方波在基数倍频点具有谐波(Harmonic)，方波的旁波带及谐波会引入额外噪声，从而降低通信系统或电容式触控系统的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)。因此，现有技术有改善的必要。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种提升信噪比的混频模块。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：一种混频模块，包含有：
切换式混波器，受控于开关信号，用来接收输入信号并产生输出信号；以及
调制单元，耦接至所述切换式混波器，用来产生所述开关信号；
其中，所述开关信号的切换频率高于所述输入信号的输入频率，为特定的倍率关系。
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种电容式触控面板，包括上述的混频模块。
本发明所要解决的第三个技术问题在于提供一种通信系统，包括上述的混频模块。
本发明实施例的混频模块利用远高于输入信号的输入频率的开关信号来控制切换式混波器，对输入信号进行过采样，使输出信号频谱能量更为集中，可避免因旁波带或谐波引入额外噪声。
附图说明
图1为本发明实施例提供的混频器的示意图；
图2为本发明实施例提供的切换式混波器的示意图；
图3为本发明实施例提供的输入信号和方波信号的波形图；
图4为本发明实施例提供的混频模块的示意图；
图5为本发明实施例提供的三角积分调制器的示意图；
图6为本发明实施例提供的开关信号的波形图；
图7为本发明实施例提供的另一开关信号的波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的混频模块利用远高于输入信号的输入频率的开关信号来控制切换式混波器，对输入信号进行过采样，使输出信号频谱能量更为集中，可避免因旁波带或谐波引入额外噪声。
如图1和图2所示，图1为混频器10的示意图，图2为切换式混波器20的示意图。如图1所示，混频器10包含乘法器MP，用来将输入信号VIN乘以本地信号LO，以产生输出信号VOUT，即输出信号VOUT为输入信号VIN与本地信号LO的相乘结果。具体来说，混频器10可通过切换式混波器20来实现，如图2所示，切换式混波器20包含正向缓冲器(标示为「+1」)、负向缓冲器(标示为「－1」)和开关单元SW。正向缓冲器的正向输入端和负向缓冲器的负向输入端用来接收输入信号VIN，开关单元SW耦接于正向缓冲器的正向输出端和负向缓冲器的负向输出端，受控于开关信号SC2而切换于正向输出端与负向输出端之间，开关单元SW输出输出信号VOUT。作为一个优选的实施例，开关信号SC2具有二种不同信号值，举例来说，开关信号SC2可为逻辑1或逻辑0，或是其信号值为A或－A的信号。
如此一来，切换式混波器20等效于将输入信号VIN乘以一个方波，请参考图3，图3为输入信号VIN和方波信号RCT的波形图。切换式混波器20的输出信号VOUT可视为输入信号VIN与方波信号RCT的相乘结果，换句话说，当本地信号LO为方波信号RCT时，切换式混波器20可用来实现混频器10以产生输入信号VIN与本地信号LO(方波讯号RCT)的相乘结果。另一方面，输入信号VIN具有输入频率fIN，为了将输入信号VIN转换至基频，需控制方波信号RCT的频率与输入频率fIN相同，即开关信号SC2的切换频率与输入频率fIN相同。然而，这样的方波在频谱上具有较高旁波带(Sidelobe)与谐波(Harmonic)等问题，使得信噪比(Signal to NoiseRatio，SNR)较低。
为了提升信噪比，本发明利用相较于输入信号VIN更高频的开关信号来控制切换式混波器的开关单元。请参考图4，图4为本发明实施例混频模块40的示意图。混频模块40可用于电容式触控面板或通信系统，混频模块40包含有切换式混波器400和调制单元402，切换式混波器400接收输入信号VIN并产生输出信号VOUT4，调制单元402耦接于切换式混波器400。切换式混波器400与切换式混波器20电路结构相同，故相同组件沿用相同符号，且不在此赘述。需注意的是，切换式混波器400的开关单元SW受控于开关信号SC4，开关信号SC4由调制单元402来产生。需注意的是，开关信号SC4的切换频率远高于输入信号VIN的输入频率fIN。较佳地，开关信号SC4的切换频率远高于输入频率fIN的10倍以上。如此一来，切换式混波器400的输出信号VOUT4即为输入信号VIN经过过采样(Oversampling)后的结果，频谱的能量更为集中，避免了因旁波带或谐波引入额外噪声，进而提升信噪比。
除此之外，为了更进一步提升信噪比，混频模块40的调制单元可通过三角积分调制器(Delta-Sigma Modulator)来实现，三角积分调制器具有噪声整形(Noise Shaping)的功效，可将噪声的能量推向高频，进而减低在基频的噪声能量，进一步提升信噪比。请参考图5，图5为三角积分调制器502的示意图。三角积分调制器502接收调变输入信号u并产生开关信号SC5，开关信号SC5可用来控制切换式混波器400的开关单元SW，三角积分调制器502包含有相减单元520、总和单元522和判断输出单元524。相减单元520接收调变输入信号u并耦接于判断输出单元524以接收开关信号SC5，用来产生相减信号，相减信号为调变输入信号u与开关信号SC5的相减结果。作为本发明的一个优选实施例，总和单元522包含相加单元(标示为「Σ」)和缓存单元REG，缓存单元REG受控于时钟信号CLK，时钟信号CLK相关于开关信号SC5的切换频率，使得开关信号SC5的切换频率远大于输入信号VIN的输入频率fIN。
于一实施例中，判断输出单元524为具有两个量化级别的量化器(2-levelquantizer)，可输出二种不同信号值的开关信号SC5，即开关信号SC5的信号值为A或－A，开关信号SC5的波形图可参考图6，开关信号SC5即可控制切换式混波器400的开关单元SW而切换于正向输出端与负向输出端之间。
另一方面，于一实施例中，判断输出单元524为具有三个量化级别的量化器(3-level quantizer)，可输出三种不同信号值的开关信号SC5，即开关信号SC5的信号值可为A、－A或0，开关信号SC5的波形图可参考图7。当开关信号SC5的信号值为A或－A时，开关信号SC5可控制切换式混波器400的开关单元SW而切换于正向输出端和负向输出端之间；而当开关信号SC5的信号值为0时，开关信号SC5可控制切换式混波器400的开关单元SW为浮接，即既不连接于正向输出端也不连接于负向输出端。
另外，为了更进一步抑制旁波带或谐波，三角积分调制器502所接收的调变输入信号u可正比于周期性信号(如正弦波、余弦波、方波或三角波等)与窗函数的相乘结果，其中窗函数可视实际需求选用方形窗、三角窗、汉宁窗(Hann Window)、汉明窗(HammingWindow)、布莱克曼窗(Blackman Window)、余弦窗或高斯窗等，而不限于此。
由上述可知，本发明实施例的混频模块利用调制单元来产生切换频率远高于输入信号的输入频率的开关信号，以控制切换式混波器的开关单元，使输出信号频谱能量更为集中，避免因旁波带或谐波引入额外噪声。更进一步地，利用三角积分调制器产生经过噪声整形的高频的开关信号，进一步提升信噪比。
需注意的是，前述实施例只是用以说明本发明的概念，本领域技术人员可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，三角积分调制器502为一阶的三角积分调制器，也可为二阶、三阶或更高阶的三角积分调制器，皆属于本发明的范畴。另外，三角积分调制器可接收模拟或数字的调变输入信号，三角积分调制器亦可产生模拟或数字的开关信号，三角积分调制器的总和单元可视情况以积分器来实现，亦属于本发明的范畴。除此之外，三角积分调制器可视情况包含有模拟数字转换器(Analog to Digital Convertor，ADC)或数字模拟转换器(Digital to Analog Convertor，DAC)，亦属于本发明的范畴。
综上所述，本发明实施例的混频模块利用远高于输入信号的输入频率的开关信号来控制切换式混波器，对输入信号进行过采样，使输出信号频谱能量更为集中，可避免因旁波带或谐波引入额外噪声。更进一步地，利用三角积分调制器产生经过噪声整形的高频的开关信号，进一步提升信噪比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种混频模块，其特征在于，包含：
切换式混波器，受控于开关信号，用来接收输入信号并产生输出信号；以及
三角积分调制单元，耦接至所述切换式混波器，用来产生所述开关信号；
其中，所述开关信号的切换频率高于所述输入信号的输入频率，为特定的倍率关系。
2.如权利要求1所述的混频模块，其特征在于，所述切换式混波器包含：
正向缓冲器，包含有：
正向输入端，用来接收所述输入信号；以及
正向输出端；
负向缓冲器，包含有：
负向输入端，用来接收所述输入信号；以及
负向输出端；以及
开关单元，耦接于所述正向输出端和所述负向输出端，受控于所述开关信号，输出所述输出信号。
3.如权利要求1所述的混频模块，其特征在于，所述三角积分调制器包含有：
相减单元，用来根据调变输入信号和所述开关信号，产生相减信号；
总和单元，耦接于所述相减单元，用来接收所述相减信号，并产生总和信号；以及
判断输出单元，耦接于所述总和单元和所述相减单元，用来输出所述开关信号。
4.如权利要求3所述的混频模块，其特征在于，所述总和单元包含有相加单元和缓存单元，其中：
相加单元，耦接于所述相减单元和所述缓存单元的输出端；
缓存单元的输入端耦接于所述相加单元和所述判断输出单元，受控于时钟信号，所述时钟信号的频率相关于所述开关信号的切换频率。
5.如权利要求3所述的混频模块，其特征在于，所述调变输入信号相关于窗函数。
6.如权利要求5所述的混频模块，其特征在于，所述窗函数为方形窗、三角窗、汉宁窗(Hann Window)、汉明窗(Hamming Window)、布莱克曼窗(Blackman Window)、余弦窗或高斯窗其中之一。
7.如权利要求5所述的混频模块，其特征在于，所述调变输入信号相关于周期性信号与所述窗函数的相乘结果。
8.如权利要求7所述的混频模块，其特征在于，所述周期性信号为正弦波、余弦波、方波或三角波其中之一。
9.如权利要求1所述的混频模块，其特征在于，所述开关信号为具有二种不同信号值的信号。
10.如权利要求1所述的混频模块，其特征在于，所述开关信号为具有三种不同信号值的信号。
11.如权利要求1所述的混频模块，其特征在于，所述切换频率大于等于所述输入频率的10倍。
12.一种电容式触控面板，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的混频模块。
13.一种通信系统，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的混频模块。
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