CN107959510A - 双模信号收发装置与其方法 - Google Patents

双模信号收发装置与其方法 Download PDF

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Abstract

双模信号收发装置包含第一发射电路、第二发射电路以及接收电路。第一发射电路操作于第一模式，并根据第一振荡信号处理第一输入信号，以输出第一输出信号。第二发射电路操作于第二模式，并根据第二振荡信号处理第二输入信号，以输出第二输出信号。第二振荡信号的频率不为第一振荡信号的频率的整数倍。接收电路根据第一振荡信号处理关联于第一模式与第二模式中之一者的外部信号，以读取关联于外部信号的数据。本公开提供的双模信号收发装置可以同时降低牵引效应的影响以及一定的功率消耗。

Description

双模信号收发装置与其方法
技术领域
本公开涉及一种信号收发装置，且特别涉及应用于双模信号处理的收发装置与其方法。
背景技术
蓝牙技术近年来已广泛地应用在各种电子装置中，使得不同的电子装置在短距离内可进行低功率的数据传输。
单一通信设备常具有多种无线传输技术，以依据使用者需求进行高速或低速的数据传输。例如，具有双模式的通信设备可采用低耗电蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)技术而以超低功率消耗与较低速度传输数据，或可使用一般蓝牙或高速蓝牙并以较快的速度传输数据。现有的技术中，常仅以具有单一的频率的振荡信号调变多种无线传输技术输出信号。在这些技术中，系统内部的压控振荡器会受到牵引(pulling)效应的影响，造成相位误差或频率偏移等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本公开的一实施方式提供一种双模信号收发装置，其包含第一发射电路、第二发射电路以及接收电路。第一发射电路用以操作于第一模式，并用以根据第一振荡信号处理第一输入信号，以输出第一输出信号。第二发射电路用以操作于第二模式，并用以根据第二振荡信号处理第二输入信号，以输出第二输出信号，其中第二振荡信号的频率不为第一振荡信号的频率的整数倍。接收电路用以根据第一振荡信号处理关联于第一模式与第二模式中之一者的一外部信号，以读取关联于外部信号的数据。
本公开的一实施方式提供一种双模信号收发方法，其包含下列操作：在第一模式下，根据第一振荡信号处理第一输入信号，以输出第一输出信号；在第二模式下，根据第二振荡信号处理第二输入信号，以输出第二输出信号，其中第二振荡信号的频率不为第一振荡信号的频率的整数倍；以及根据第一振荡信号处理关联于第一模式与第二模式中之一者的外部信号，以读取关联于外部信号的数据。
综上所述，本公开所提供的双模信号收发装置与方法通过设置具有不同频率的振荡信号来收发双模信号，以同时降低牵引效应的影响以及功率消耗。
附图说明
为让本公开内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，说明书附图的说明如下：
图1为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发装置的示意图；
图2为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发装置的示意图；以及
图3为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发方法的流程图。
附图标记说明：
100：双模信号收发装置 120：接收电路
140：发射电路 160：发射电路
VE1、VE2：外部信号 VO1、VO2：输出信号
VIN1、VIN2：输入信号 200：双模信号收发装置
210：基频电路 212、214：天线
221：压控振荡器 222：除频器
223：前端电路 224：滤波电路
VA1、VA2：模拟信号 225：模拟数字转换器
VM1_I、VM1_Q：调变信号 VOS1、VOS2：振荡信号
VD1：数据信号 VL1、VL2：本地信号
DC：数字码 241：数字模拟转换器
242：除频器 243：前端电路
244：除法器 DV：除数信号
VO1’：输出信号 VIN2_I、VIN2_Q：输入信号
261I：数字模拟转换器 261Q：数字模拟转换器
262：滤波器 263：前端电路
264：压控振荡器 265～267：除频器
268：混频器 VA3_I、VA3_Q：模拟信号
VA4_I、VA4_Q：模拟信号 VREF：电压信号
VF1～VF3：频率信号 300：方法
S310～S330：操作
具体实施方式
下文是举实施例配合说明书附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为使便于理解，下述说明中相同元件将以相同的符号标示来说明。
关于本文中所使用的“约”、“大约”或“大致约”一般通常是指数值的误差或范围约百分之二十以内，较好地是约百分之十以内，而更佳地则是约百分五之以内。文中若无明确说明，其所提及的数值皆视作为近似值，即如“约”、“大约”或“大致约”所表示的误差或范围。
另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二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，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
参照图1，图1为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发装置100的示意图。双模信号收发装置100包含接收电路120、发射电路140以及发射电路160。于一些实施例中，双模信号收发装置100可用以发射应用于不同通信模式的多个输出信号VO1～VO2。
例如，于一些实施例中，发射电路140操作于低耗电蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)模式，以根据输入信号VIN1发射关联于BLE模式的输出信号VO1。于一些实施例中，发射电路160操作于一般蓝牙(Bluetooth,BT)模式，以根据输入信号VIN2发射关联于BT模式的输出信号VO2。于一些实施例中，前述的输入信号VIN1～VIN2可由基频电路(如后图2的210)提供。
上述关于BLE模式与BT模式的设置方式仅为示例。各种类型的通信模式或传输模式皆为本公开所涵盖的范围。
于一些实施例中，接收电路120与发射电路140共用一压控振荡器(如后图2的221)所产生的振荡信号(如后图2的VOS1)，以分别根据此振荡信号接收外部信号VE1～VE2及产生前述的输出信号VO1。
参照图2，图2为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发装置200的示意图。为易于理解，图2中与图1类似的元件将被指定为相同标号。
双模信号收发装置200包含接收电路120、发射电路140、发射电路160、基频电路210、天线212以及天线214。接收电路120耦接至天线212以及天线214，以自天线212接收关联于第一模式(例如为BLE模式)下的外部信号VE1，或自天线214接收关联于第二模式(例如为BT模式)下的外部信号VE2。发射电路140耦接至天线212，以发射输出信号VO1。发射电路160耦接至天线214，以发射输出信号VO2。于一些实施例中，外部信号VE1与外部信号VE2可具有相同载波频率。例如，当双模信号收发装置200实施于蓝牙应用时，此载波频率可为2.4千兆赫兹(gigahertz；GHz)。
接收电路120与发射电路140共同包含压控振荡器221。压控振荡器221用以依据模拟信号VA1产生振荡信号VOS1。于一些实施例中，接收电路120还包含除频器222、前端电路223、滤波电路224以及模拟数字转换器225。除频器222耦接至压控振荡器212，并对振荡信号VOS1进行除频(例如，除以两倍)，以产生本地信号VL1。
于一些实施例中，外部信号VE1～VE2的频率具有一预定频率范围，且振荡信号VOS1的频率可为此预定频率范围的预定倍数。例如，当双模信号收发装置200实施于蓝牙应用时，预定频率范围约为2.402～2.480GHz。于此条件下，振荡信号VOS1的频率可为此预定频率范围的两倍。亦即振荡信号VOS1的频率可设置为约4.804～4.960GHz。
前端电路223耦接至除频器222，以接收本地信号VL1。于一些实施例中，前端电路223用以基于振荡信号VOS1调变外部信号VE1或外部信号VE2，以产生调变信号VM1_I与调变信号VM1_Q。例如，于一些实施例中，前端电路223包含至少一低噪声放大器(Low NoiseAmplifier,LNA；未示出的)以及混频电路(未示出的)。至少一低噪声放大器用以放大外部信号VE1或外部信号VE2。混频电路用以根据本地信号VL1调变放大后的外部信号VE1或外部信号VE2，以产生调变信号VM1_I与调变信号VM1_Q。
滤波电路224耦接至前端电路223，并用以滤除调变信号VM1的噪声，以产生数据信号VD1。模拟数字转换器225耦接至滤波电路224，并用以转换数据信号VD1至对应的数字码DC。基频电路210耦接至模拟数字转换器225，并基于数字码DC读取关联于外部信号VE1或VE2的数据。于一些实施例中，滤波电路224为复合滤波器。于一些实施例中，基频电路210可由数字电路实现。于一些实施例中，此数字电路包含数据编解码器等等。
上述关于前端电路223、滤波电路224与基频电路210的设置方式仅为示例。各种类型的前端电路223、滤波电路224与基频电路210皆为本公开所涵盖的范围。
于一些实施例中，发射电路140还包含数字模拟转换器241、除频器242、前端电路243以及除法器244。数字模拟转换器241耦接至基频电路210，以接收输入信号VIN1。数字模拟转换器241用以转换输入信号VIN1至对应的模拟信号VA1。
于一些实施例中，压控振荡器221还操作为频率合成器。于此例中，压控振荡器221可依据模拟信号VA1以及除数信号DV进行频率调变以产生模拟信号VA2。除法器244耦接至基频电路210，并基于基频电路的控制产生除数信号DV。于一些实施例中，上述的频率调变包含高斯频率偏移调变(Gaussian frequency-Shift Keying)。
上述关于频率调变的设置方式仅为示例。各种可应用于压控振荡器221的频率调变方式皆为本公开所涵盖的范围。举例而言，于另一些实施例中，压控振荡器221可在未设置除法器244下进行频率调变，以产生模拟信号VA2。于一些实施例中，上述的频率调变包含双点调变(two-point modulation)。
除频器242耦接至压控振荡器212，并对模拟信号VA2进行除频(例如，除以两倍)，以产生输出信号VO1’。前端电路243耦接于除频器242与天线212之间，并用以放大输出信号VO1’以产生输出信号VO1。据此，输出信号VO1可经由天线212对外发射。
于一些实施例中，前端电路243包含功率放大器(未示出的)，其用以放大输出信号VO1’。于另一些实施例中，前端电路243还包含功率放大器驱动电路(未示出的)，其用以驱动前述的功率放大器。上述关于前端电路243的设置方式仅为示例。各种类型的前端电路243皆为本公开所涵盖的范围。
于一些实施例中，发射电路160包含多个数字模拟转换器261I与261Q、滤波器262、前端电路263、压控振荡器264、多个除频器265～267以及混频器268。
多个数字模拟转换器261I与261Q耦接至基频电路210，以分别接收对应的输入信号VIN2_I与输出信号VIN2_Q。于一些实施例中，输入信号VIN2_I与输出信号VIN2_Q之间的相位差约为90度。于一些实施例中，输入信号VIN2_I与输出信号VIN2_Q可线性迭加为图1中的单一输入信号VIN2。数字模拟转换器261I用以转换输入信号VIN2_I至对应的模拟信号VA3_I。数字模拟转换器261Q用以转换输入信号VIN2_Q至对应的模拟信号VA3_Q。
滤波器262耦接至多个数字模拟转换器261I与261Q。滤波器262用以滤除多个模拟信号VA3_I与VA3_Q上的噪声，以分别产生多个模拟信号VA4_I与VA4_Q。于一些实施例中，滤波器262为低通滤波器。上述关于滤波器262的设置方式仅为示例。各种类型的滤波器262皆为本公开所涵盖的范围。
前端电路263耦接至滤波器262与天线214。于一些实施例中，前端电路263用以根据本地信号VL2分别调变多个模拟信号VA4_I与VA4_Q，并放大调变后的多个信号以产生输出信号VO2。据此，输出信号VO2可经由天线214对外发射。
于一些实施例中，前端电路263包含混频器(未示出的)以及功率放大器(未示出的)。混频器用以基于本地信号VL2分别调变多个模拟信号VA4_I与VA4_Q。功率放大器用以放大前述混频器的输出信号。于另一些实施例中，前端电路263还包含功率放大器驱动电路(未示出的)，其用以驱动前述的功率放大器。上述关于前端电路263的设置方式仅为示例。各种类型的前端电路263皆为本公开所涵盖的范围。
压控振荡器264根据一电压信号VREF产生振荡信号VOS2。除频器265耦接至压控振荡器264，并对振荡信号VOS2进行除频(例如，除以两倍)，以产生频率信号VF1。除频器266耦接至除频器265，并对频率信号VF1进行除频(例如，除以两倍)，以产生频率信号VF2。混频器268耦接至多个除频器265～266，以基于频率信号VF1与频率信号VF2产生频率信号VF3。除频器267耦接至混频器268，并对频率信号VF3进行除频(例如，除以两倍)，以产生前述的本地信号VL2。
在一些实施例中，电压信号VREF为预定的参考电压信号。
于一些相关技术中，操作于BT模式的发射电路采用压控振荡器来直接产生频率为2.4GHz倍频的振荡信号，藉以调变模拟信号来使发射电路的输出信号具有2.4Ghz的射频频率。于此相关技术中，操作于BT模式的发射电路会因操作状态的切换造成牵引(pulling)现象。举例来说，当操作于BT模式的发射电路由待用状态(standby mode)切换至正常状态(normal mode)时，因发射电路的传送信号的能量瞬间变大，导致传送信号产生在其谐波频率(即2.4GHz倍频)上的能量也会瞬间变大，进而对输出2.4GHz倍频的振荡信号的压控振荡器产生牵引(pulling)现象。
相较于上述技术，于一些实施例中，振荡信号VOS2的频率高于振荡信号VOS1的频率。于一些实施例中，振荡信号VOS2的频率不为振荡信号VOS1的频率的整数倍。例如，当发射电路140操作于BLE模式，且发射电路160操作于BT模式下时，振荡信号VOS2的频率约为6.4GHz，且振荡信号VOS1的频率约为4.8GHz。换句话说，对于BT模式而言，发射电路160基于频率约为6.4GHz的振荡信号VOS2操作，而接收电路120基于频率约为4.8GHz的振荡信号VOS1操作。由于压控振荡器264并非输出频率为2.4GHz倍频的振荡信号，因此输出信号VO2并不会对压控振荡器264产生牵引(pulling)效应。
再者，于一些相关技术中，接收电路采用压控振荡器直接产生具有频率为2.4GHz的振荡信号来进行操作。于此技术下，尚需额外的多相位滤波器来处理相位差为90度的正交信号与同相信号。如此一来，整体功耗会提升，且所引入的噪声(例如镜像信号)会较多。相较于上述技术，于一些实施例中，通过设置具有频率约为4.8GHz的振荡信号VOS1，接收电路120可于功耗以及电路性能之间达到更为平衡的取舍。
上述关于振荡信号VOS1～VOS2的频率的数值仅为示例。各种符合上述设计考量的其他频率皆为本公开所涵盖的范围。
于各个实施例中，双模信号收发装置200还包含多个阻抗匹配电路(未示出的)与多个变压器(未示出的)。多个阻抗匹配电路每一者设置于多个天线212与214中每一者与信号处理电路(即接收电路120与多个发射电路140与160)之间，以提高后方电路与天线的阻抗匹配。再者，多个变压器中每一者设置于上述阻抗匹配电路中每一者与信号处理电路之间，以传输高频的输出信号VO1～VO2与外部信号VE1～VE2。于一些实施例中，前述的变压器可由平衡/不平衡转换器(Balun)实现。
参照图3，图3为根据本公开一些实施例所示出的的一种双模信号收发方法的流程图。为易于说明，一并参照图1、图2以及图3，以说明双模信号收发装置100与200的相关操作。于一些实施例中，双模信号收发方法300包含多个操作S310～S330。
于操作S310，发射电路140操作于第一模式，并根据振荡信号VOS1处理输入信号VIN1，以输出输出信号VO1。例如，如图2所示，发射电路140操作于BLE模式，并根据输入信号VIN1而自天线212发射输出信号VO2。
于操作S320，发射电路160操作于第二模式，并根据振荡信号VOS2处理输入信号VIN2，以输出输出信号VO2，其中振荡信号VOS2的频率不为振荡信号VOS1的整数倍。例如，如图2所示，发射电路160操作于BT模式，并根据输入信号VIN2而自天线214发射输出信号VO2。再者，如先前所述，于一些实施例中，振荡信号VOS2的频率可设为约6.4GHz，且振荡信号VOS1的频率可设为约4.8GHz，以避免产生牵引效应。
于操作S330，接收电路120根据振荡信号VOS1处理外部信号VE1～VE2，以读取关联于外部信号VE1～VE2的数据。例如，如图2所示，接收电路120可自天线212接收关联于BLE模式的外部信号VE1，或可自天线214接收关联于BT模式的外部信号VE2。于一些实施例中，接收电路120可对外部信号VE1或VE2执行放大操作、滤波操作以及信号转换操作来产生数字码DC。如此一来，基频电路210可分析数字码DC以读取外部信号VE1或VE2所具有的数据。
上述双模信号收发方法300的多个步骤仅为示例，并非限定需依照此示例中的顺序执行。在不违背本公开内容的各实施例的操作方式与范围下，在双模信号收发方法300下的各种操作当可适当地增加、替换、省略或以不同顺序执行。
综上所述，本公开所提供的双模信号收发装置与方法通过设置具有不同频率的振荡信号来收发双模信号，以同时降低牵引效应的影响以及一定的功率消耗。

Claims (10)

1.一种双模信号收发装置，其特征在于，包含：
一第一发射电路，用以操作于一第一模式，并用以根据一第一振荡信号处理一第一输入信号，以输出一第一输出信号；
一第二发射电路，用以操作于一第二模式，并用以根据一第二振荡信号处理一第二输入信号，以输出一第二输出信号，其中该第二振荡信号的频率不为该第一振荡信号的频率的整数倍；以及
一接收电路，用以根据该第一振荡信号处理关联于该第一模式与该第二模式中之一者的一外部信号，以读取关联于该外部信号的一数据。
2.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该外部信号具有一预定频率范围，该第一振荡信号的频率为该预定频率范围的一预定倍数。
3.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该第一发射电路与该接收电路两者包含一压控振荡器，该压控振荡器用以根据一第一模拟信号产生该第一振荡信号。
4.如权利要求3所述的双模信号收发装置，其中该第一发射电路包含：
一数字模拟转换器，用以转换该第一输入信号以产生该第一模拟信号。
5.如权利要求3所述的双模信号收发装置，其中该压控振荡器还用以依据该第一模拟信号进行频率调变以产生一第二模拟信号，且该第一发射电路还用以基于该第二模拟信号输出该第一输出信号。
6.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该接收电路用以根据该第一振荡信号调变该外部信号，以读取该数据。
7.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该第二发射电路包含：
一压控振荡器，用以根据一电压信号产生该第二振荡信号。
8.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该第二发射电路还包含：
一数字模拟转换器，用以基于该第二输入信号以产生一模拟信号，
其中该第二发射电路还用以根据该第二振荡信号调变该模拟信号，以输出该第二输出信号。
9.如权利要求1所述的双模信号收发装置，其中该第一模式为低耗电蓝牙模式，且该第二模式为一般蓝牙模式。
10.一种双模信号收发方法，其特征在于，包含：
在一第一模式下，根据一第一振荡信号处理一第一输入信号，以输出一第一输出信号；
在一第二模式下，根据一第二振荡信号处理一第二输入信号，以输出一第二输出信号，其中该第二振荡信号的频率不为该第一振荡信号的频率的整数倍；以及
根据该第一振荡信号处理关联于该第一模式与该第二模式中之一者的一外部信号，以读取关联于该外部信号的一数据。
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