CN109842925A - 无线接收机装置、唤醒式接收机以及频带校正方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线接收机装置，包括唤醒式接收机、主接收机以及校正电路。唤醒式接收机操作于监听模式或休眠模式。当操作于监听模式时，唤醒式接收机监听是否有通信装置发出请求信号，当接收到请求信号后，发出唤醒信号。主接收机操作于睡眠模式或传输模式。操作于睡眠模式时，主接收机接收唤醒信号时，进入传输模式，使主接收机与通信装置进行数据传输。校正电路耦接至唤醒式接收机与主接收机，用以自主接收机接收校正信号，并且响应校正信号在背景校正唤醒式接收机的接收频率。

Description

无线接收机装置、唤醒式接收机以及频带校正方法
技术领域
本发明涉及一种频带校正的无线接收机电路设计。
背景技术
电力消耗是现今无线系统的主要问题之一。虽然数据传输速率的提升和附加功能需求的增加，使得无线系统的性能不断提升，但由于无线通信装置的外形尺寸变小，功率消耗仍然是一个问题。此外，提高这些无线通信装置的电池寿命也是一个挑战，因为随着无线系统的性能提高，电池使用的负担通常更大。此外，对于诸如无线传输节点的应用，也存在低功率的需求。无线传输节点内的无线通信装置一般而言可分为唤醒式接收机及主接收机两个部分。为了节省功率耗损，主接收机通常会操作于睡眠模式，而唤醒式接收机操作于监听模式。当唤醒式接收机在无线通信环境中接收到请求信号时，会唤醒主接收机进行数据传输。由于唤醒式接收机无须执行复杂的数据传输，因此长时间的监听并不会耗损过多的功率。相较于利用无线通信装置的整个无线接收机装置监听请求信号，运用唤醒式接收机执行监听可有效降低功率耗损。
唤醒式接收机通常需要具有极高的灵敏度，以避免漏失无线环境中的请求信号。此外，为了包容接收频率因环境温度、电压等变异造成的偏移，唤醒式接收机必须有足够大的带宽，才能克服频率偏移造成的影响。然而，灵敏度与带宽为负相关的因素。即，一旦带宽加大，灵敏度便会降低。此外，传统唤醒式接收机的操作频率(接收频率)在电路制作完成后，便无法调整，缺乏弹性。
为了改善一般设计中灵敏度受限于宽频设计而无法提升的缺失，并且进一步提高唤醒式接收机的设计弹性，本发明提出一种新颖的无线接收机电路架构以及对应的无线接收机的频带校正技术，不仅能使电路维持窄频操作，以提高系统灵敏度，还包含了可调式频段(包含带宽与频率)的设计，提高唤醒式接收机的设计弹性，使得无线接收机电路能广泛地运用于多种不同的无线通信系统。
发明内容
本发明公开一种无线接收机装置，包括唤醒式接收机、主接收机以及校正电路。唤醒式接收机包括监听模式或休眠模式。当操作于监听模式时，唤醒式接收机监听是否有通信装置发出请求信号，当接收到请求信号后，发出唤醒信号。主接收机包括睡眠模式或传输模式。操作于睡眠模式时，主接收机接收唤醒信号时，进入传输模式使主接收机与通信装置进行数据传输。校正电路耦接至唤醒式接收机与主接收机，用以自主接收机接收校正信号，并且响应校正信号在背景校正唤醒式接收机的接收频率。
本发明公开一种唤醒式接收机，包括放大器电路、负电阻元件以及可变电容。放大器电路包括放大模式或自振荡模式。当放大器电路操作于放大模式时，放大器电路接收一对输入信号，并且放大该对输入信号以产生一对输出信号。负电阻元件与可变电容耦接至放大器电路，作为放大器电路的负载。在唤醒式接收机的背景校正模式中，负电阻元件的跨导值响应控制电压或控制电流被调整，使放大器电路离开放大模式并且进入自振荡模式，用以校正唤醒式接收机的接收频率。
一种频带校正方法，适用于无线接收机装置，其中无线接收机装置包括唤醒式接收机、主接收机以及校正电路，唤醒式接收机操作于监听模式或休眠模式，并且包括放大器电路，当唤醒式接收机操作于监听模式时，唤醒式接收机监听无线通信环境中的请求信号，并且在接收到请求信号后，发出唤醒信号以唤醒主接收机。频带校正方法方法包括：当唤醒式接收机操作于休眠模式或离开监听模式时，响应校正信号进入背景校正模式；以及在背景校正模式中，根据控制电压或控制电流在背景校正唤醒式接收机的接收频率以及/或接收带宽。
附图说明
图1为显示一般主接收机与唤醒式接收机的操作时序范例。
图2为显示根据本发明的一实施例所述的无线接收机装置范例方块图。
图3为显示根据本发明的一实施例所述的一时序范例图，用以显示主接收机与唤醒式接收机的操作。
图4为显示根据本发明的一实施例所述的一唤醒式接收机范例方块图。
图5为显示根据本发明的一实施例所述的唤醒式接收机操作于背景校正模式时的状态机示意图。
图6为显示根据本发明的一实施例所述的校正电路与唤醒式接收机的部分详细电路图。
图7为显示根据本发明的一实施例所述的功率检测器的范例电路图。
图8为显示根据本发明的一实施例所述的量化器的范例电路图。
图9为显示根据本发明的一实施例所述的累加器的范例电路图。
图10A为显示根据本发明的一实施例所述的负电阻元件及控制电流的范例电路图。
图10B为显示根据本发明的一实施例所述的负电阻元件及控制电压的范例电路图。
图11为显示根据本发明的一实施例所述的电阻强度调整电路的范例电路图。
图12为显示根据本发明的一实施例所述的锁相回路的范例电路图。
图13为显示根据本发明的一实施例所述的唤醒式接收机的范例电路图。
图14A为显示根据本发明的一实施例所述的加入负电阻元件的唤醒式接收机的品质因子示意图。
图14B为显示未加入负电阻元件的一般唤醒式接收机的品质因子示意图。
图15为显示根据本发明的一实施例所述的频带校正方法流程图。
图16为显示根据本发明的一实施例所述的频率以及接收带宽校正方法流程图。
具体实施方式
为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合附图，作详细说明如下。目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，应理解下列实施例可经由软件、硬件、固件或上述任意组合来实现。
如上述，为了节省功率耗损，无线传输节点内的无线通信装置一般而言可分为唤醒式接收机及主接收机两个部分。主接收机可包括一睡眠模式或一传输模式，唤醒式接收机可操作于一监听模式或一休眠模式。在无数据传输需求时，主接收机会操作于睡眠模式，用以节省功率耗损。此时，唤醒式接收机操作于监听模式，用以监听或检测一无线通信环境中是否有任一通信装置发出一请求信号。当唤醒式接收机接收到请求信号时，会发出一唤醒信号用以唤醒主接收机。
图1为一时序范例图，用以显示一般主接收机与唤醒式接收机的操作。如图所示，节点A、B分别为无线通信环境的通信装置。节点B的无线接收机装置可包含主接收机与唤醒式接收机。主接收机默认地操作于睡眠模式，用以节省功率耗损。此时，节点B的唤醒式接收机操作于监听模式，用以监听或检测无线通信环境中是否有任一通信装置发出一请求信号SReq。当节点B的唤醒式接收机接收到节点A所发出的请求信号SReq时，会发出一唤醒信号Swake_up，用以唤醒节点B的主接收机。在唤醒节点B的主接收机后，节点B的唤醒式接收机可进入休眠模式。
操作于睡眠模式中的主接收机会响应唤醒信号Swake_up被唤醒，以离开睡眠模式并且进入传输模式。在传输模式中，节点B的主接收机与节点A进行数据传输，例如，传送数据信号SData与确认信号SACK。当节点B的主接收机结束数据传输时，可通知唤醒式接收机，使唤醒式接收机离开休眠模式并且进入/恢复监听模式。而节点B的主接收机可离开传输模式并且进入睡眠模式，用以节省功率耗损。
一般无线接收机装置可运用微机电技术使用外接式元件，例如，使用表面声波(Surface Acoustic Wave，缩写为SAW)元件，例如一滤波器。但外接式元件的操作频率在电路制作完成后，便无法被调整，因而可能会缺乏弹性应用的空间。此外，由于使用外接式元件的成本较高，因而无线接收机装置的接收带宽须设计得够大，才能克服频率偏移造成的影响。然而，宽频设计将折损接收机的灵敏度。换言之，一般无线接收机装置的设计中，接收机的灵敏度会受限于接收带宽的大小。
为了改善一般设计的缺失，并且提高唤醒式接收机的设计弹性，本发明提出一种新颖的无线接收机电路架构以及对应的无线接收机的频带校正技术，不仅能使电路维持窄频操作，以提高系统灵敏度，还包含了可调式频段(包含带宽与频率)的设计，提高唤醒式接收机的设计弹性，使得无线接收机电路能广泛地运用于多种不同的无线通信系统。
图2为显示根据本发明的一实施例所述的无线接收机装置范例方块图。根据本发明的一实施例，无线接收机装置100可包括一主接收机110以及一唤醒式接收机120。如上述，主接收机110可操作于一睡眠模式或一传输模式，唤醒式接收机120可包括(操作于)一监听模式或一休眠模式。在无数据传输需求时，主接收机110会操作于睡眠模式，用以节省功率耗损。此时，唤醒式接收机120操作于监听模式，用以监听或检测一无线通信环境中是否有任一通信装置发出一请求信号。当唤醒式接收机120接收到请求信号时，会发出一唤醒信号Swake_up用以唤醒主接收机110。
操作于睡眠模式中的主接收机110会响应唤醒信号Swake_up被唤醒，以离开睡眠模式并且进入传输模式。在传输模式中，主接收机110与其他通信装置节点进行数据传输。当主接收机110结束数据传输时，可通知唤醒式接收机120，使唤醒式接收机120离开休眠模式并且进入/恢复监听模式，而主接收机110可离开传输模式并且再度进入/恢复睡眠模式，用以节省功率耗损。
根据本发明的一实施例，无线接收机装置100还可包括一校正电路，用以在背景校正唤醒式接收机120的一接收频率及/或接收带宽。如图所示，在本发明的一实施例中，校正电路140可被配置于主接收机110内，并且耦接至微处理器130。然而，本发明并不限于此。举例而言，在本发明的其他实施例中，校正电路140亦可被配置于唤醒式接收机120内，或者被配置于主接收机110及唤醒式接收机120外。
校正电路140耦接至主接收机110与唤醒式接收机120，自主接收机110接收一校正信号，并且响应校正信号开始唤醒式接收机的频带校正程序，用以在背景校正唤醒式接收机120的接收频率及/或接收带宽。根据本发明的一实施例，在背景校正唤醒式接收机120的接收频率及/或接收带宽指唤醒式接收机120的校正行为并不会影响到主接收机110原始的操作及功能。更具体的说，唤醒式接收机120的校正行为并不会影响到主接收机110在传输模式的数据传输及在睡眠模式的操作。根据本发明的一实施例，校正信号可以是主接收机110在数据传输完成后所传输的确认信号SACK，或者是主接收机110在欲开始校正唤醒式接收机120时所发出的任一控制信号。在背景校正模式中，校正电路140可产生或输出一控制信号、控制电流、或控制电压(统一由图中的控制信号SCtrl代表)，用以控制唤醒式接收机120调整对应的接收频率及/或接收带宽。值得注意的是，根据本发明的其他实施例，控制信号SCtrl亦可为驱使唤醒式接收机120进入背景校正模式的一控制信号，并且可由主接收机110产生或输出。
图3为显示根据本发明的一实施例所述的一时序范例图，用以显示主接收机与唤醒式接收机的操作。根据本发明的一实施例，除了操作于监听模式或休眠模式，唤醒式接收机120还操作于一背景校正模式。举例而言，主接收机110在数据传输完成后，可同时将确认信号SACK或任一控制信号(以下统一称之为校正信号)传送给校正电路140及/或唤醒式接收机120，使唤醒式接收机120进入背景校正模式。因此，在本发明的一实施例中，当唤醒式接收机120离开监听模式或操作于休眠模式时，可响应校正信号进入背景校正模式。
值得注意的是，根据本发明的其他实施例，主接收机110亦可控制唤醒式接收机120在无线接收机装置100初始启动时、数据传输开始前或数据传输中进入背景校正模式，用以在背景校正唤醒式接收机120的一接收频率。换言之，本发明并不限定唤醒式接收机120进入背景校正模式及校正接收频率的时间。举例而言，只要唤醒式接收机120未操作于监听模式，主接收机110或校正电路140可控制唤醒式接收机120于任意时间点开始校正接收频率与接收频带。
图4为显示根据本发明的一实施例所述的一唤醒式接收机范例方块图。根据本发明的一实施例，唤醒式接收机220可包括一换衡器(Balun)221、一放大器电路222、一负电阻元件223、一可变电容224以及一包络检测电路225。换衡器221用以将一单端信号转为一对差动输入信号。放大器电路222用以接收该对输入信号，并且放大该对输入信号以产生一对输出信号。根据本发明的一实施例，放大器电路222可为一低噪声放大器。负电阻元件223可由一或多个主动元件构成，用以提供可调整的跨导值，其中跨导值可为一负电阻值。可变电容224可由一或多个主动元件构成，用以提供可调整的电容值。包络检测电路225耦接至放大器电路222的输出端，用以检测输出信号的包络，以产生唤醒信号Swake_up。
根据本发明的一实施例，负电阻元件223与可变电容224耦接至放大器电路222的输出端，用以作为放大器电路222的一负载电路。放大器电路222可操作于一放大模式或一自振荡模式。当唤醒式接收机120/220操作于监听模式时，放大器电路222操作于放大模式，用以放大输入信号。当唤醒式接收机120/220操作于背景校正模式时，负电阻元件223的一跨导值可响应校正电路140所提供的一控制电压或一控制电流被调整，使放大器电路222离开放大模式并且进入自振荡模式，并且在自振荡模式中校正唤醒式接收机222的一接收频率。
图5为显示根据本发明的一实施例所述的唤醒式接收机操作于背景校正模式时的状态机(state machine)示意图。根据本发明的一实施例，微处理器130可在唤醒式接收机操作于背景校正模式时执行调度管理，用以根据此状态机控制唤醒式接收机的频带校正程序。此外，根据本发明的其他实施例，无线接收机装置100亦可包含特定的控制硬件电路，用以根据此状态机控制唤醒式接收机的频带校正程序。
状态机可包括S0、S1、S2及S3四个状态。在状态S0中，唤醒式接收机120/220操作于休眠模式，主接收机110操作于传输模式，用以进行数据传输。当主接收机110完成数据传输，或者主接收机110欲开始校正唤醒式接收机120时，微处理器130或对应的控制硬件电路可发出一校正信号至唤醒式接收机120/220或校正电路140，此时频带校正程序进入状态S1。
在状态S1中，微处理器130或对应的控制硬件电路将校正电路140内的一累加器(显示于第6图)的一控制电压DN设定为低电压电平(例如，DN＝0)，使累加器执行上数(upcounter)运算。校正电路140内的累加器所输出的一计数值可被转换为一控制电压或一控制电流，用以调整负电阻元件223的一跨导值，使放大器电路222离开放大模式并且进入自振荡模式，此时频带校正程序进入状态S2。在自振荡模式中，放大器电路222无须接收输入信号，便能产生输出信号。
根据本发明的一实施例，在放大器电路222进入自振荡模式后，累加器停止上数运算，用以停止调整负电阻元件223的跨导值。
在状态S2中，放大器电路222操作于自振荡模式，负电阻元件223与可变电容224可形成一电感-电容谐振腔(LC-tank)，藉由电感-电容谐振腔的振荡可获得放大器电路222的振荡频率(即，欲校正的接收频率)。在状态S2中，主接收机110或校正电路140内部的特定电路可结合电感-电容谐振腔形成一锁相回路，用以根据一参考频率Fref调整电感-电容谐振腔的振荡频率，其中，参考频率Fref可根据所需无线通信系统的载波频率设计，例如，所需的载波频率可以是参考频率Fref的N倍，N为一正数。
主接收机110或校正电路140可根据接收频率与参考频率Fref的比较结果产生一控制信号Vctrl，用以调整可变电容224的一电容值。藉由电容值的调整，电感-电容谐振腔的振荡频率可随着改变，藉此校正唤醒式接收机120/220的接收频率。
当唤醒式接收机120/220的接收频率已校正完成后，频带校正程序进入状态S3。在状态S3中，微处理器130或对应的控制硬件电路可将校正电路140内的累加器的一控制电压DN设定为高电压电平(例如，DN＝1)，使累加器执行下数(down counter)运算。校正电路140内的累加器所输出的计数值可被转换为对应的控制电压或控制电流，用以调整负电阻元件223的跨导值，使放大器电路222离开自振荡模式并且进入/恢复放大模式，此时电感-电容谐振腔停止振荡，频带校正程序结束回到状态S0。
根据本发明的一实施例，校正电路140藉由调整负电阻元件223的跨导值同时调整唤醒式接收机120/220的一接收带宽，并且在放大器电路222离开自振荡模式后，累加器停止下数运算，用以停止调整负电阻元件223的跨导值。如此一来，由于负电阻元件223的跨导值被调整到振荡临界值(即，使电感-电容谐振腔由振荡转换为不振荡的一临界值)或接近振荡临界值的一数值，可使放大器电路222的接收带宽被调整到不使其发生自振荡的最窄带宽。
藉由上述带宽的调整，唤醒式接收机120/220可维持窄频操作，提高接收灵敏度。根据本发明的一实施例，唤醒式接收机120/220的接收带宽可被控制于1MHz以内。
图6为显示根据本发明的一实施例所述的校正电路与唤醒式接收机的部分详细电路图。唤醒式接收机的部分电路可包括放大器电路322、负电阻元件323、可变电容324以及包络检测电路325。校正电路可包含两个电路子单元641与642。
如上述，在本发明的实施例中，校正电路可被配置于主接收机110内、被配置于唤醒式接收机120内，或者被配置于主接收机110及唤醒式接收机120外，而本发明并不限于任一种特定的配置。举例而言，根据本发明的一实施例，校正电路的电路子单元641可被配置于主接收机110及唤醒式接收机120外，而校正电路的电路子单元642可被配置于主接收机110内。
结合图5所示的状态机及图6-11所示的电路，以下段落将针对本发明所提出的频带校正方法及对应的电路操作做更详细的介绍。
校正电路的电路子单元641可包括功率检测器610、量化器620与累加器630。功率检测器610用以接收放大器电路322所产生的输出信号VRF,o-与VRF,o+，用以检测输出信号振幅，并且对应产生一直流的功率指示电压VP。
图7为显示根据本发明的一实施例所述的功率检测器的范例电路图。功率检测器710可包含一对晶体管M1与M2，耦接至系统电压VDD，用以接收放大器电路322所产生的输出信号VRF,o-与VRF,o+。藉由输出信号VRF,o-与VRF,o+控制晶体管M1与M2的导通状态，以对应产生电流I。通过电容CLP所构成的低通滤波器，在输出节点产生一直流的功率指示电压VP，其中VP＝V0+SVA，VA为输出信号VRF,o-与VRF,o+的振幅，V0为功率检测器710的直流输出电压，S为功率检测器710的输出增益值。值得注意的是，图7所示的功率检测器710的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
功率指示电压VP被提供给量化器620。根据本发明的一实施例，校正电路藉由对放大器电路所产生的输出信号与一既定电压阀值VREF的一比较结果判断是否调整负电阻元件的跨导值。更具体的说，藉由比较功率指示电压VP与既定电压阀值VREF的大小，量化器620可判断放大器电路目前操作于放大模式或振荡模式，并输出对应的累加器控制电压VQ，用以控制累加器630的累加运算。
图8为显示根据本发明的一实施例所述的量化器的范例电路图。量化器820可包含多对晶体管MB1、MB2、MB3、MB4、MC1、MC2、MC3、MC4、MC5、MC6、MC7、MC8、MC9、MC10与MC11以及一锁存器(latch)。量化器820根据频率信号CK操作，用以比较功率指示电压VP与既定电压阀值VREF的大小，锁存器耦接至端点E12 +与E12 -，用以根据功率指示电压VP与既定电压阀值VREF的比较结果输出对应的累加器控制电压VQ，用以控制累加器630的累加运算。根据本发明的一实施例，当VP小于VREF时，量化器820输出的控制电压VQ具有高电压电平(例如，VQ＝1)，让累加器630进行运算。
如上述，当频带校正程序开始时，进入状态S1。在状态S1中，微处理器130或对应的控制硬件电路将校正电路140内的累加器630的一控制电压DN设定为低电压电平(例如，DN＝0)，使累加器630根据控制电压VQ执行上数运算。累加器630所输出的一计数值可被转换为一控制电压或一控制电流，用以调整负电阻元件223的一跨导值，使放大器电路222离开放大模式并且进入自振荡模式。
根据本发明的一实施例，当VP小于VREF时，代表放大器电路目前操作于放大模式，因此，让累加器630持续上数。当VP不小于VREF时，代表放大器电路目前操作于振荡模式，此时，量化器820输出的控制电压VQ具有低电压电平(例如，VQ＝0)，让累加器630停止累加。
值得注意的是，图8所示的量化器820的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
图9为显示根据本发明的一实施例所述的累加器的范例电路图。累加器930可包括多逻辑门以及T型触发器(T flip-flop)。累加器930根据频率信号CK操作，用以根据控制电压DN及VQ执行上数或下数运算。累加器930可输出多控制位b0、b1、b2等，用以表示累加器930的计数值(计数结果)。控制位b0、b1、b2可被提供至一电阻强度调整电路，藉由电阻强度调整电路将累加器的计数结果转换为对应的一控制电压或一控制电流，用以调整负电阻元件的一跨导值。
值得注意的是，图9所示的累加器930的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
图10A为显示根据本发明的一实施例所述的负电阻元件及控制电流的范例电路图。图10B为显示根据本发明的一实施例所述的负电阻元件及控制电压的范例电路图。值得注意的是，图10A与图10B所示的负电阻元件423及控制电压/控制电流的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
根据本发明的一实施例，负电阻元件423可包括多晶体管Mn5与Mn6，并且可耦接至一控制电流IDAC或一晶体管Mn7。如上述，在状态S1中，负电阻元件423的一跨导值响应控制电压Vb或控制电流IDAC被调整，使放大器电路离开放大模式并且进入自振荡模式。
图11为显示根据本发明的一实施例所述的电阻强度调整电路的范例电路图。电阻强度调整电路426耦接至负电阻元件423，用以根据偏压VBIAS及控制位b0、b1…、bk等控制多个晶体管的导通状况，使得耦接至晶体管的电流源产生对应的变化，以藉此调整控制电流IDAC的大小，其中k为一正整数。值得注意的是，图11所示的电阻强度调整电路426仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
如上述，在状态S1中，藉由调整负电阻元件的跨导值，使放大器电路离开放大模式并且进入自振荡模式。根据本发明的一实施例，电阻强度调整电路426藉由调整电流个数来达到调整负电阻的强度，其中控制电流IDAC越大，放大器电路的正反馈强度越强，放大器电路较容易进入振荡模式。根据本发明的一实施例，在状态S1中，负电阻元件的跨导值的一绝对值(即，跨导绝对值)根据控制电压Vb或控制电流IDAC被减少，用以增强负电阻元件的负电阻特性，使得放大器电路可离开放大模式并且进入自振荡模式。举例而言，电阻强度调整电路426藉由降低偏压VBIAS或调整电流个数来增加控制电流IDAC，使负电阻元件的跨导绝对值可相应被减少，用以增强负电阻元件的负电阻特性，使得放大器电路可离开放大模式并且进入自振荡模式。
当放大器电路离开放大模式并且进入自振荡模式后，频带校正程序进入状态S2。在自振荡模式中，放大器电路无须接收输入信号，便能产生输出信号。此外，根据本发明的一实施例，在放大器电路进入自振荡模式后，因控制电压VP转变为不小于电压阀值VREF，控制电压VQ具有低电压电平(例如，VQ＝0)，让累加器停止累加(停止上数运算)，藉此停止调整负电阻元件的跨导值。
参考回图5及图6，在状态S2中，校正电路的电路子单元642可响应微处理器130或对应的控制硬件电路开始操作，用以辅助唤醒式接收机校正其接收频率。根据本发明的一实施例，电路子单元642内可包含主接收机内的电路元件，换言之，主接收机内的电路元件可在唤醒式接收机的背景校正模式中被利用，以辅助唤醒式接收机的频率校正操作。
校正电路的电路子单元642可包括一相位检测器640、一充电泵650、一滤波器660以及一分频器670。电路子单元642可与负电阻元件323与可变电容324所组成的电感-电容谐振腔形成一锁相回路，用以根据一参考频率Fref调整电感-电容谐振腔的振荡频率，藉此校正唤醒式接收机120/220的接收频率。
图12为显示根据本发明的一实施例所述的锁相回路的范例电路图。锁相回路700可包括一电感-电容谐振腔720、一相位检测器740、由晶体管QA与QB所形成的一充电泵750、一滤波器760以及一分频器770，其中电感-电容谐振腔720由唤醒式接收机的负电阻元件323与可变电容324组成，用以作为锁相回路700的压控振荡器。值得注意的是，图12所示的锁相回路700的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
如上述，参考频率Fref可根据所需无线通信系统的载波频率设计，例如，所需的载波频率可以是参考频率Fref的N倍，N为一正数。滤波器660/760可根据电感-电容谐振腔的振荡频率与参考频率Fref的比较结果产生一控制信号Vctrl，用以调整可变电容324的一电容值。滤波器660/760内可包括一锁定检测器(lock detector)680/780，当锁定检测器680/780检测到分频后的振荡信号的相位与参考频率Fref信号的相位对齐时，会发出致能信号EN给微处理器130或对应的控制硬件电路，代表接收频率已校正完成，使频带校正程序进入状态S3。
参考回图5图6，如上述，在状态S3中，微处理器130或对应的控制硬件电路可将累加器630的控制电压DN设定为高电压电平(例如，DN＝1)，使累加器执行下数运算。累加器所输出的计数值可如上述被转换为对应的控制电压或控制电流，用以调整负电阻元件223的跨导值，使放大器电路222离开自振荡模式并且进入/恢复放大模式。
根据本发明的一实施例，校正电路的电路子单元641藉由调整负电阻元件323的跨导值同时调整唤醒式接收机120/220的一接收带宽，并且在放大器电路322离开自振荡模式后，累加器630停止下数运算，用以停止调整负电阻元件323的跨导值，此时电感-电容谐振腔停止振荡，频带校正程序结束回到状态S0。如此一来，由于负电阻元件323的跨导值被调整到振荡临界值(即，使电感-电容谐振腔由振荡转换为不振荡的一临界值)或接近振荡临界值的一数值，可使放大器电路322的接收带宽被调整到不使其发生自振荡的最窄带宽。
根据本发明的一实施例，在状态S3中，负电阻元件的跨导绝对值根据控制电压Vb或控制电流IDAC被增加，用以减弱负电阻元件的负电阻特性，使得放大器电路可离开自振荡模式并且进入/恢复放大模式。举例而言，电阻强度调整电路426藉由增加偏压VBIAS或调整电流个数来减少控制电流IDAC，使负电阻元件的跨导绝对值可相应被增加，用以减弱负电阻元件的负电阻特性，使得放大器电路可离开放大模式并且进入自振荡模式。
藉由上述带宽的调整，唤醒式接收机120/220可维持窄频操作，提高接收灵敏度。根据本发明的一实施例，唤醒式接收机120/220的接收带宽可被控制于1MHz以内。
图13为显示根据本发明的一实施例所述的唤醒式接收机的范例电路图。唤醒式接收机520可包括换衡器521、放大器电路522、负电阻元件523、可变电容524以及包络检测电路525。放大器电路522耦接至偏压Vb1，包括晶体管Mn1与Mn2、电感Ld1、Ld2、Lg1、Lg2、Ls1与Ls2以及电容C、Cc1、Cc2、Cgs1、Cgs2。负电阻元件523耦接至控制电流IDAC，包括晶体管Mn5与Mn6。可变电容524耦接至控制信号(电压)Vctrl，包括一对晶体管。包络检测电路525耦接至偏压Vb3，包括晶体管Mp,bias、Mn3与Mn4以及电阻R1与R2。
值得注意的是，图13所示的唤醒式接收机520的电路仅为本发明的多种实施电路的其中一个，而本发明并不限于此实施电路。
图14A为显示根据本发明的一实施例所述的加入负电阻元件的唤醒式接收机的品质因子(quality factor)示意图。图14B为显示未加入负电阻元件的一般唤醒式接收机的品质因子示意图。品质因子由中心频率除以带宽而得。由图中可知，加入负电阻元件进行频带校正，可使品质因子由30大幅提高至60。
图15为显示根据本发明的一实施例所述的频带校正方法流程图。根据本发明的一实施例，本发明所提出的频带校正方法，适用于一无线接收机装置，其中无线接收机装置包括一唤醒式接收机、一主接收机以及一校正电路，唤醒式接收机操作于一监听模式或一休眠模式，并且包括一放大器电路，当唤醒式接收机操作于监听模式时，唤醒式接收机监听一无线通信环境中的一请求信号，并且在接收到该请求信号后，发出一唤醒信号以唤醒主接收机。本发明所提出的频带校正方法包括：当唤醒式接收机操作于休眠模式或离开监听模式时，响应一校正信号进入一背景校正模式(步骤S1502)，以及在背景校正模式中，根据一控制电压或一控制电流在背景校正唤醒式接收机的一接收频率以及/或一接收带宽(步骤S1504)。
图16为显示根据本发明的一实施例所述的频率以及接收带宽校正方法流程图。在本发明的一实施例中，如图15所示的步骤S1504可进一步包括:首先，根据控制电压或控制电流调整唤醒式接收机的一负电阻元件的一跨导值，使放大器电路离开一放大模式并且进入一自振荡模式(步骤S1602)；接着，根据一控制信号(电压)调整唤醒式接收机的一可变电容的一电容值，用以调整唤醒式接收机的接收频率(步骤S1604)；接着，在接收频率校正完成后，改变控制电压或控制电流以调整负电阻元件的跨导值，用以调整唤醒式接收机的一接收带宽(步骤S1606)；最后，当放大器电路离开自振荡模式并且进入放大模式后，不再调整负电阻元件的跨导值(步骤S1608)。
在本发明的实施例中，运用主电路的微处理器及相关电路的计算能力及逻辑控制协助唤醒式接收机进行频带校正，可达到准确且有效率的校正结果。此外，本发明所提出的无线接收机电路架构以及对应的无线接收机的频带校正技术，不仅能藉由带宽的调整，使唤醒式接收机可维持窄频(例如，频宽窄1MHz以内)操作，提高接收灵敏度，还包含了可调式频段(包含带宽与频率)的设计，提高唤醒式接收机的设计弹性，使得无线接收机电路能广泛地运用于多种不同的无线通信系统。
申请专利范围中用以修饰元件的“第一”、“第二”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或方法所执行的步骤的次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准
【符号说明】
100～无线接收机装置；
110～主接收机；
120、220、520～唤醒式接收机；
130～微处理器；
140～校正电路；
221、521～换衡器；
222、322、522～放大器电路；
223、323、423、523～负电阻元件；
224、324、524～可变电容；
225、325、525～包络检测电路；
426～电阻强度调整电路；
610、710～功率检测器；
620、820～量化器；
630～累加器；
641、642～校正电路的电路子单元；
640、740～相位检测器；
650、750～充电泵；
660、760～滤波器；
670、770～分频器；
680、780～锁定检测器；
700～锁相回路；
720～电感-电容谐振腔；
b0、b1、b2、bk～控制位；
CK～频率信号；
C、Cc1、Cc2、Cgs1、Cgs2、CLP～电容；
DN、Vb、VQ～控制电压；
E12 +、E12 -～端点；
EN～致能信号；
Fref～参考频率；
I、IDAC～电流；
Ld1、Ld2、Lg1、Lg2、Ls1、Ls2～电感；
M1、M2、MB1、MB2、MB3、MB4、MC1、MC2、MC3、MC4、MC5、MC6、MC7、MC8、MC9、MC10、MC11、Mn1、Mn2、Mn3、Mn4、Mn5、Mn6、Mn7、Mp,bias～晶体管；
R1、R2～电阻；
S0、S1、S2、S3～状态；
SACK～确认信号；
SCtrl、Vctrl～控制信号；
SData～数据信号；
SReq～请求信号；
Swake_up～唤醒信号；
VBIAS、Vb1、Vb3～偏压；
VDD～系统电压；
VREF～电压阀值；
VP～功率指示电压；
VQ～累加器控制电压；
VRF,o-、VRF,o+～输出信号。

Claims (15)

1.一种无线接收机装置，包括：
唤醒式接收机，包括监听模式或休眠模式，当操作于所述监听模式时，所述唤醒式接收机监听是否有通信装置发出请求信号，当接收到所述请求信号后，发出唤醒信号；
主接收机，包括睡眠模式或传输模式，当操作于所述睡眠模式时，所述主接收机接收所述唤醒信号时，进入所述传输模式，使所述主接收机与所述通信装置进行数据传输；以及
校正电路，耦接至所述唤醒式接收机与所述主接收机，用以自所述主接收机接收校正信号，并且响应所述校正信号在背景校正所述唤醒式接收机的接收频率。
2.如权利要求1所述的无线接收机装置，其中所述唤醒式接收机包括：
放大器电路，包括放大模式或自振荡模式，当所述唤醒式接收机操作于所述监听模式时，所述放大器电路操作于所述放大模式，用以接收一对输入信号，并且放大该对输入信号以产生一对输出信号；
负电阻元件；以及
可变电容，其中所述负电阻元件与所述可变电容耦接至所述放大器电路作为所述放大器电路的负载电路，
其中所述校正电路产生控制电压或控制电流以调整所述负电阻元件的跨导值，使所述放大器电路离开所述放大模式并且进入所述自振荡模式，并且在所述放大器电路进入所述自振荡模式后停止调整所述负电阻元件的所述跨导值。
3.如权利要求2所述的无线接收机装置，其中当所述放大器电路操作于所述自振荡模式时，所述校正电路还输出控制信号调整所述可变电容的电容值，用以调整所述唤醒式接收机的所述接收频率。
4.如权利要求2所述的无线接收机装置，其中当所述唤醒式接收机的所述接收频率已校正完成后，所述校正电路还调整所述控制电压或所述控制电流以调整所述负电阻元件的所述跨导值，使所述放大器电路离开所述自振荡模式并且进入所述放大模式，并且在所述放大器电路进入所述放大模式后停止调整所述负电阻元件的所述跨导值。
5.如权利要求4所述的无线接收机装置，其中所述校正电路藉由调整所述负电阻元件的所述跨导值同时调整所述唤醒式接收机的接收带宽。
6.如权利要求2所述的无线接收机装置，其中所述校正电路藉由该对输出信号与既定电压阀值的比较结果判断是否调整所述负电阻元件的所述跨导值。
7.一种唤醒式接收机，包括：
放大器电路，包括放大模式或自振荡模式，当所述放大器电路操作于所述放大模式时，所述放大器电路接收一对输入信号，并且放大该对输入信号以产生一对输出信号；
负电阻元件；以及
可变电容，其中所述负电阻元件与所述可变电容耦接至所述放大器电路作为所述放大器电路的负载，
其中在所述唤醒式接收机的背景校正模式中，所述负电阻元件的跨导值响应控制电压或控制电流被调整，使所述放大器电路离开所述放大模式并且进入所述自振荡模式，用以校正所述唤醒式接收机的接收频率。
8.如权利要求7所述的唤醒式接收机，其中当所述放大器电路操作于所述自振荡模式中，所述可变电容的电容值还响应控制信号被调整，用以调整所述唤醒式接收机的所述接收频率。
9.如权利要求7所述的唤醒式接收机，其中当所述接收频率已校正完成后，所述负电阻元件的所述跨导值还响应所述控制电压或所述控制电流被调整，用以调整所述唤醒式接收机的接收带宽。
10.如权利要求7所述的唤醒式接收机，其中当所述放大器电路离开所述自振荡模式并且进入所述放大模式后，所述负电阻元件的所述跨导值不再被调整。
11.一种频带校正方法，适用于无线接收机装置，其中所述无线接收机装置包括唤醒式接收机、主接收机以及校正电路，所述唤醒式接收机操作于监听模式或休眠模式，并且包括放大器电路，当所述唤醒式接收机操作于所述监听模式时，所述唤醒式接收机监听无线通信环境中的请求信号，并且在接收到所述请求信号后，发出唤醒信号以唤醒所述主接收机，所述方法包括：
当所述唤醒式接收机操作于所述休眠模式或离开所述监听模式时，响应校正信号进入背景校正模式；以及
在所述背景校正模式中，根据控制电压或控制电流在背景校正所述唤醒式接收机的接收频率以及/或接收带宽。
12.如权利要求11所述的频带校正方法，其中在所述背景校正模式中，根据控制电压或控制电流在背景校正所述唤醒式接收机的接收频率以及/或接收带宽的步骤还包括：
根据所述控制电压或所述控制电流调整所述唤醒式接收机的负电阻元件的跨导值，使所述放大器电路离开放大模式并且进入自振荡模式；以及
根据控制信号调整所述唤醒式接收机的可变电容的电容值，用以调整所述唤醒式接收机的所述接收频率。
13.如权利要求12所述的频带校正方法，还包括：
在所述接收频率校正完成后，改变所述控制电压或所述控制电流以调整所述负电阻元件的所述跨导值，用以调整所述唤醒式接收机的接收带宽；以及
当所述放大器电路离开所述自振荡模式并且进入所述放大模式后，不再调整所述负电阻元件的所述跨导值。
14.如权利要求12所述的频带校正方法，其中所述负电阻元件的所述跨导值的绝对值根据所述控制电压或所述控制电流被减少，使所述放大器电路离开所述放大模式并且进入所述自振荡模式。
15.如权利要求13所述的频带校正方法，其中所述负电阻元件的所述跨导值的绝对值根据所述控制电压或所述控制电流被增加，使所述放大器电路离开所述自振荡模式并且进入所述放大模式。
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