CN109391275A - 无线通信系统接收电路与射频信号接收方法 - Google Patents

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Abstract

无线通信系统接收电路与射频信号接收方法。射频信号接收方法应用于一无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，该方法包含：根据一基础时钟产生一参考时钟；根据该参考时钟产生一工作时钟；于接收该射频信号之前根据一干扰信号的一信号能量产生一控制信号；根据该控制信号调整该参考时钟及/或该工作时钟；根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；以及根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号。

Description

无线通信系统接收电路与射频信号接收方法
技术领域
本发明是关于无线通信，尤其是关于无线通信系统接收电路及射频信号的接收方法。
背景技术
无线通信系统接收端需要一个稳定的参考时钟以供许多电路作为运作时的参考。因为参考时钟并非理想的弦波，所以除了基本(fundamental)频率的信号之外，参考时钟事实上还包含许多频率为基本频率的倍数的混附信号(Spur)。一般而言，混附信号的频率为基本频率的整数倍，且频率愈高的混附信号具有愈低的能量。当无线通信系统接收端追求更高的效能时，例如更高的信号灵敏度以及更高的信号噪声比(signal-to-noise ratio，SNR)，即使低能量的混附信号仍有可能被接收端的电路纳入考虑，而造成信号错误。现有技术曾提出以陷波滤波器(notch filter)滤除混附信号，但如果混附信号的频率落于欲接收信号的频段中，则陷波滤波器有可能同时滤除部分目标信号。现有技术亦曾提出以信号消除(signal cancelling)的方式产生与混附信号反相的信号来与混附信号相抵消，但是有可能因为无法正确分辨混附信号与目标信号而不小心消除部分的目标信号。
发明内容
鉴于先前技术之不足，本发明之一目的在于提供一种无线通信系统接收电路与射频信号接收方法，以降低信号干扰及提升电路效能。
本发明披露一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，包含：一参考时钟产生电路，用来根据一基础时钟产生一参考时钟；一射频接收电路，用来通过一天线接收该射频信号，并根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；一工作时钟产生电路，耦接该参考时钟产生电路，用来根据该参考时钟产生一工作时钟；一模拟数字转换器，耦接该射频接收电路及该工作时钟产生电路，用来根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号；以及一数字基频电路，耦接该工作时钟产生电路、该模拟数字转换器及该参考时钟产生电路，用来处理该数字信号，并于该射频接收电路接收该射频信号之前依据多个参数组合产生一控制信号；其中，该控制信号控制该参考时钟产生电路调整该参考时钟及/或控制该工作时钟产生电路调整该工作时钟。
本发明还披露一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，该方法包含：于接收该射频信号之前依据多个参数组合的其中之一产生一控制信号；根据该控制信号调整一参考时钟及/或一工作时钟；量测一信号能量；根据该信号能量从这些参数组合中决定一目标参数组合；根据该目标参数组合调整该参考时钟及/或该工作时钟；根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；以及根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号；其中，该参考时钟根据一基础时钟产生，且该工作时钟根据该参考时钟产生。
本发明还披露一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，该方法包含：根据一基础时钟产生一参考时钟；根据该参考时钟产生一工作时钟；于接收该射频信号之前根据一干扰信号的一信号能量产生一控制信号；根据该控制信号调整该参考时钟及/或该工作时钟；根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；以及根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号。
本发明的无线通信系统接收电路与射频信号接收方法能够在实际接收射频信号之前调整电路的参数，使电路本身的干扰信号的影响降到最低，以提升电路效能。相较于传统技术，本发明不会误将目标信号滤除或消除，因此具有更高的可靠度。
有关本发明的特征、实现与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为本发明无线通信系统接收电路之一实施例的功能方框图；
图2为根据本发明之一实施例的参考时钟产生电路140的电路图；
图3为根据本发明之一实施例的工作时钟产生电路150的电路图；以及
图4为本发明射频信号接收方法之一实施例的流程图。
具体实施方式
以下说明内容之技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。
本发明的披露内容包含无线通信系统接收电路及射频信号接收方法，以降低信号干扰及提升电路效能。由于本发明的无线通信系统接收电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分披露及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。此外，本发明的射频信号接收方法的部分或全部流程可以是软件及/或固件的形式，并且可通过本发明的无线通信系统接收电路或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分披露及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬件。
图1是本发明无线通信系统接收电路之一实施例的功能方框图。无线通信系统接收电路包含射频接收电路110、模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)120、数字基频电路130、参考时钟产生电路140及工作时钟产生电路150。上述的元件例如以集成电路的形式实现于通信芯片100中，但不以此为限。参考时钟产生电路140根据石英振荡器160所产生的基础时钟产生一参考时钟。石英振荡器160位于通信芯片100所在的电路板上。参考时钟产生电路140例如是石英晶体起振与控制电路。射频接收电路110通过天线105接收射频信号，并于放大该射频信号之后对其降频以产生一中频或基频信号。射频接收电路110例如利用混频器(Mixer，图未示)根据该参考信号来降频该射频信号。工作时钟产生电路150依据该参考时钟产生一工作时钟。工作时钟产生电路150可以利用频率合成器或锁相回路实现，但不以此为限。锁相回路可以是整数型或分数型。ADC 120根据工作时钟将中频或基频信号转换成一数字信号，数字基频电路130再对该数字信号进行处理，例如解调变、解码等，以取得该射频信号所携带的数据。
伴随非理想的参考时钟及/或工作时钟的混附信号可能经由电路耦合进入射频接收电路110及/或ADC 120。此混附信号在天线105接收射频信号前就已经存在。数字基频电路130于射频接收电路110接收射频信号之前，基于多组参数组合产生分别控制参考时钟产生电路140及工作时钟产生电路150的控制信号C1及C2。参考时钟产生电路140根据控制信号C1调整该参考时钟，以及工作时钟产生电路150根据控制信号C2调整该工作时钟。详言之，数字基频电路130可以通过控制信号C1控制参考时钟产生电路140调整参考时钟的相位、振幅及/或工作周期(duty cycle)等参数，数字基频电路130可以通过控制信号C2控制工作时钟产生电路150调整工作时钟的相位及/或振幅等参数。数字基频电路130可以在射频接收电路110接收射频信号之前调整参考时钟产生电路140与工作时钟产生电路150，或仅调整其中之一。参考时钟产生电路140与工作时钟产生电路150皆受控而调整时，控制信号C1及控制信号C2可以是同一个控制信号，亦可以是不同的信号。
每次控制参考时钟产生电路140及/或工作时钟产生电路150调整参数后，数字基频电路130于数字域量测干扰信号的信号能量(例如量测电压或电流信号的振幅或信号功率)，并将所测得的信号能量与目前据以产生控制信号的参数组合作对应。接下来数字基频电路130判断是否已执行完所有参数组合。如果还没执行完所有的参数组合，亦即尚未依据每个参数组合产生对应的控制信号C1及/或C2，则数字基频电路130选取下一个参数组合，并依据下一个参数组合产生新的控制信号C1及/或C2。在参考时钟产生电路140及/或工作时钟产生电路150对应新的控制信号完成相应的时钟调整之后，数字基频电路130量测对应该次参数组合的信号能量。数字基频电路130在得到全部或选定的参数组合所对应的信号能量之后，即可根据信号能量找出最适合当时的操作环境的参数组合。在一个实施例中，数字基频电路130选取对应最小信号能量的参数组合，并控制参考时钟产生电路140及/或工作时钟产生电路150依据该参数组合调整相应的时钟。完成上述的程序之后，无线通信系统接收电路才开始接收并处理射频信号，如此便可尽可能地减少可能存在的干扰信号的影响。
图2为参考时钟产生电路140根据本发明之一实施例的电路图。参考时钟产生电路140包含低压差线性稳压器(low dropout regulator，LDO)210、四个串连的晶体管222～228(例如以金氧半场效晶体管实现，但不以此为限)、反相器230、多工器240以及缓冲器250。参考时钟产生电路140主要通过晶体管222及228放大信号。晶体管224及226作为开关。在多级并联的情况下，可通过调整晶体管224及226的闸极电压Gmp及Gmn(例如在0伏与电压源VDD之间切换)来决定晶体管222及228的信号放大强度，如此便可以达到调整参考时钟的工作周期的目的。若欲调整参考时钟的振幅(或是强度)，则可以通过调整低压差线性稳压器210的电压高低，或是调整缓冲器250的级数达成。相位的调整则可通过相位选择信号S1选择原本的信号或是反相后的信号(反相器230的输出)来达成。
图3为工作时钟产生电路150根据本发明之一实施例的电路图。工作时钟产生电路150包含相位频率检测电路(phase frequency detector，PFD)310、电荷泵(charge pump)320、环路滤波器(loop filter)330、压控振荡器340、除频器350及360、反相器370、多工器380以及缓冲器390。元件310～350为常见的回锁相回路的基本架构，其操作原理不再赘述。除频器360用来除频压控振荡器340输出的时钟CLK1以得到目标频率。若欲调整工作时钟的振幅(或是强度)，可以通过调整缓冲器390的级数达成。相位的调整则可通过相位选择信号S2选择原本的信号或是反相后的信号(反相器370的输出)来达成。
请注意，图2及图3各为本发明的参考时钟产生电路140及工作时钟产生电路150的其中一种实施例，非用以限制本发明。本技术领域具有通常知识者可以基于上述实施例的披露来产生不同的电路变化，例如提供更多的相位选择。
除前述的无线通信系统接收电路之外，本发明亦相对应地披露了一种射频信号接收方法，应用于无线通信系统。本方法由前述通信芯片100或其等效装置执行。图4为本方法其中一实施例的流程图，包含下列步骤：
步骤S410：于接收射频信号之前选取多个参数组合的其中之一，并对应产生控制信号。每个参数组合例如包含与参考时钟的相位、振幅及/或工作周期等特性相关的第一参数及/或与工作时钟的相位及/或振幅等特性相关的第二参数。此步骤可以使用同一控制信号调整参考时钟及工作时钟，或是使用不同的控制信号分别调整参考时钟及工作时钟。该参考时钟根据一基础时钟产生，且该工作时钟根据该参考时钟产生；
步骤S420：根据该控制信号调整参考时钟及/或工作时钟。详言之，在接收射频信号之前可以调整参考时钟及工作时钟两者，或是仅调整其中之一；
步骤S430：量测信号能量。调整完参考时钟及/或工作时钟后，量测此时电路中的信号能量，并记录信号能量与参数组合的对应关系。此步骤可以在数字域或模拟域执行；
步骤S440：判断全部或选定的参数组合是否已执行完毕。如果否，回到步骤S410，选择另一参数组合，并对应产生控制信号；如果是，则执行步骤S450；
步骤S450：根据该信号能量决定目标参数组合。此步骤依据先前的记录选取对应信号能量最小的参数组合；
步骤S460：根据该目标参数组合调整该参考时钟及/或该工作时钟。亦即使用此参数组合操作无线通信系统接收电路，将大幅减少电路本身的干扰；
步骤S470：开始接收射频信号。使用目标参数组合操作无线通信系统接收电路，并开始接收射频信号；
步骤S480：根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号。此步骤例如使用混频器降频该射频信号，混频器根据该参考时钟操作；以及
步骤S490：根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号。此步骤例如使用ADC将该中频或基频信号转换成数字信号，ADC根据该工作时钟操作。
本发明可以应用于无线网络(包含但不限于WiFi)、蓝牙、全球定位系统(GPS)、调频(Frequency modulation，FM)、移动通信(例如GSM、3G、LTE)等系统的接收端，但不以此为限。
由于本技术领域具有通常知识者可通过图1至图3的装置发明的披露内容来了解图4的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明的披露要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以节略。请注意，前述图示中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，供本技术领域普通技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。
虽然本发明的实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的保护范畴，换言之，本发明的保护范围须视本说明书的权利要求范围所界定者为准。
符号说明
100 通信芯片
105 天线
110 射频接收电路
120 模拟数字转换器
130 数字基频电路
140 参考时钟产生电路
150 工作时钟产生电路
160 石英振荡器
210 低压差线性稳压器
222～228 晶体管
230、370 反相器
240、380 多工器
250、390 缓冲器
310 相位频率检测电路
320 电荷泵
330 环路滤波器
340 压控振荡器
350、360 除频器
S410～S490 步骤。

Claims (10)

1.一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，包含：
一参考时钟产生电路，用来根据一基础时钟产生一参考时钟；
一射频接收电路，用来通过一天线接收该射频信号，并根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；
一工作时钟产生电路，耦接该参考时钟产生电路，用来根据该参考时钟产生一工作时钟；
一模拟数字转换器，耦接该射频接收电路及该工作时钟产生电路，用来根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号；以及
一数字基频电路，耦接该工作时钟产生电路、该模拟数字转换器及该参考时钟产生电路，用来处理该数字信号，并于该射频接收电路接收该射频信号之前依据多个参数组合产生一控制信号；
其中，该控制信号控制该参考时钟产生电路调整该参考时钟及/或控制该工作时钟产生电路调整该工作时钟。
2.如权利要求1所述的无线通信系统接收电路，其中该数字基频电路于数字域量测一干扰信号的一信号能量，并且根据该信号能量选取所述参数组合的其中之一，以决定如何控制该参考时钟产生电路调整该参考时钟及/或决定如何控制该工作时钟产生电路调整该工作时钟。
3.如权利要求1所述的无线通信系统接收电路，其中该参考时钟产生电路调整该参考时钟的相位、振幅及工作周期的至少其中之一。
4.如权利要求3所述的无线通信系统接收电路，其中该参考时钟产生电路包含一低压差线性稳压器，该参考时钟产生电路通过调整该低压差线性稳压器的电压以调整该参考时钟的振幅。
5.如权利要求1所述的无线通信系统接收电路，其中该工作时钟产生电路调整该工作时钟的相位及振幅的至少其中之一。
6.一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，该方法包含：
于接收该射频信号之前依据多个参数组合的其中之一产生一控制信号；
根据该控制信号调整一参考时钟及/或一工作时钟；
量测一信号能量；
根据该信号能量从所述参数组合中决定一目标参数组合；
根据该目标参数组合调整该参考时钟及/或该工作时钟；
根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；以及
根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号；
其中，该参考时钟根据一基础时钟产生，且该工作时钟根据该参考时钟产生。
7.如权利要求6所述的方法，其中根据该控制信号调整该参考时钟的步骤是调整该参考时钟的相位、振幅及工作周期的至少其中之一。
8.如权利要求6所述的方法，其中根据该控制信号调整该工作时钟的步骤是调整该工作时钟的相位及振幅的至少其中之一。
9.一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号，该方法包含：
根据一基础时钟产生一参考时钟；
根据该参考时钟产生一工作时钟；
于接收该射频信号之前根据一干扰信号的一信号能量产生一控制信号；
根据该控制信号调整该参考时钟及/或该工作时钟；
根据该参考时钟降频该射频信号以产生一中频或基频信号；以及
根据该工作时钟将该中频或基频信号转换成一数字信号。
10.如权利要求9所述的方法，其中根据该控制信号调整该参考时钟的步骤是调整该参考时钟的相位、振幅及工作周期的至少其中之一。
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