CN111669196B - 用于处理信号的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理信号的装置，该装置包含：用来产生一第一数字信号的一基频电路、用来将该第一数字信号转换为一基频信号的一数字模拟转换器、用来基于该基频信号及一第一参考信号产生一第一混合信号的一第一混频器、用来基于该基频信号及一第二参考信号产生一第二混合信号的一第二混频器、用来基于该第一混合信号及该第二混合信号产生一降频后信号的一第三混频器、用来将该降频后信号转换为一第二数字信号的一模拟数字转换器。该第一参考信号的频率不等于该第二参考信号的频率。

Description

用于处理信号的装置
技术领域
本发明涉及无线通讯，尤其涉及接收机、发射机及其校正电路。
背景技术
图1是现有收发机的功能方框图。基频电路110用来处理基频信号，可能包含中央处理单元、微处理器、微控制器或数字信号处理器等逻辑电路。数字模拟转换器(digital-to-signal converter,DAC)120用来将基频电路110所产生的数字信号SD转换为基频信号SA-T。基频放大器130用来放大基频信号SA-T以产生放大后的基频信号SA-T'。基频放大器130可能同时具有滤波的功能，可滤除基频信号SA-T的某些频率成分。混频器140用来将该放大后的基频信号SA-T'与参考信号LO混频，以产生混合信号SF。功率放大器(poweramplifier,PA)150用来放大混合信号SF以产生放大后的混合信号SF'。放大后的混合信号SF'可以经由天线(未示出)发射。混频器160用来将放大后的混合信号SF'与自身混频，以产生一降频后信号SA-R。降频后信号SA-R经可编程增益放大器(programmable gainamplifier,PGA)170放大后形成放大后的降频信号SA-R'。模拟数字转换器(analog-to-digital converter,ADC)180将该放大后的降频信号SA-R'转换为数字信号ST。
非理想的电路(例如线性度不佳)会造成混合信号SF或放大后的混合信号SF'的同相/正交相不匹配(In-phase/Quadrature-phase mismatch，即I/Q mismatch)，而基频电路110根据以下的原理来校正信号的同相/正交相不匹配(亦即校正电路的线性度)。假设基频信号SA-T的频率为fB，则当电路非理想时，混合信号SF及放大后的混合信号SF'可能包含以下的频率成分：fLO-fB、fLO及fLO+fB，其中fLO为参考信号LO的频率，fLO+fB为信号成分，fLO-fB为镜像(image)成分。镜像成分是由非线性的电路所造成。降频后信号SA-R及放大后的降频信号SA-R'可能包含以下的频率成分：零频(即直流成分)、基频(即fB)以及2倍频(2fB)。基频电路110可以通过分析数字信号ST来得知各频率成分的能量(power)。因为2倍频的频率成分是由信号成分及镜像成分混频而来，所以只需调整电路来减少2倍频的频率成分，便可提升电路的线性度(亦即校正信号的同相/正交相不匹配)。不幸地，基频信号SA-T和/或放大后的基频信号SA-T'的基频成分及2倍频成分可能经由信号耦合(例如虚线190所示)直接耦合至模拟数字转换器180的输入端，造成基频电路110的判断错误。
发明内容
鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种接收机、发射机及其校正电路。
本发明披露一种装置，包含一基频电路、一数字模拟转换器、一第一混频器、一第二混频器、一第三混频器以及一模拟数字转换器。该基频电路用来产生一第一数字信号。该数字模拟转换器耦接该基频电路，用来将该第一数字信号转换为一基频信号。该第一混频器耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第一参考信号产生一第一混合信号。该第二混频器耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第二参考信号产生一第二混合信号。该第三混频器耦接该第一混频器及该第二混频器，用来基于该第一混合信号及该第二混合信号产生一降频后信号。该模拟数字转换器耦接该第三混频器及该基频电路，用来将该降频后信号转换为一第二数字信号。该第一参考信号的频率不等于该第二参考信号的频率。
本发明还披露一种装置包含一基频电路、一数字模拟转换器、一第一混频器、一低噪音放大器、一第二混频器、一第三混频器以及一模拟数字转换器。该基频电路用来产生一第一数字信号。该数字模拟转换器耦接该基频电路，用来将该第一数字信号转换为一基频信号。该第一混频器耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第一参考信号产生一第一混合信号。该低噪音放大器用来通过信号耦合接收该第一混合信号，并放大该第一混合信号以产生一放大后的混合信号。该第二混频器耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第二参考信号产生一第二混合信号。该第三混频器耦接该低噪音放大器及该第二混频器，用来基于该放大后的混合信号及该第二混合信号产生一降频后信号。该模拟数字转换器耦接该第三混频器及该基频电路，用来将该降频后信号转换为一第二数字信号。该第一参考信号的频率不等于该第二参考信号的频率。
本发明的接收机、发射机及其校正电路能够避免由电路内部的信号耦合所引起的干扰。相较于传统技术，本发明可以更准确地校正电路，以提升电路的线性度，进而降低信号失真，使信号的品质更好。
有关本发明的特征、实例与功效，配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为现有收发机的功能方框图；
图2显示根据本发明的一实施例的装置的功能方框图；
图3显示根据本发明的另一实施例的装置的功能方框图；以及
图4显示根据本发明的另一实施例的装置的功能方框图。
具体实施方式
以下说明内容的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，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。
本发明的披露内容包含接收机、发射机及其校正电路。由于本发明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省略。
图2显示根据本发明的一实施例的装置的功能方框图，该装置包含发射机及校正电路。元件210、220、230、240、250、270及280的功能分别与元件110、120、130、140、150、170及180的功能相似，故不再重复描述元件210、220、230、240、250、270及280的操作。发射机包含数字模拟转换器220、基频放大器230、混频器240及功率放大器250，而校正电路包含基频电路210、混频器260、混频器265、可编程增益放大器270、模拟数字转换器280及开关290。图2的装置可以操作于工作模式或校正模式。在工作模式下，基频电路210以控制信号Ctrl控制开关290不导通，并选择性地关闭或不供电给混频器260、混频器265、可编程增益放大器270及模拟数字转换器280。在工作模式下，基频电路210所产生的数字信号SD经由信号传送路径上的元件(包含数字模拟转换器220、基频放大器230、混频器240及功率放大器250)处理后形成放大后的混合信号SF'，然后通过天线(未示出)发射出去。在校正模式下，基频电路210控制开关290导通，并且启动或供电至混频器260、混频器265、可编程增益放大器270及模拟数字转换器280。混频器265用来混频基频信号SA-T及参考信号LO'来产生混合信号SF1，换言之，混合信号SF1是混频器265基于基频信号SA-T及参考信号LO'所产生。混频器260用来混频混合信号SF及混合信号SF1来产生降频后信号SA-R1。参考信号LO的频率与参考信号LO'的频率不同。在一些实施例中，参考信号LO的频率与参考信号LO'的频率的差值小于80MHz。因为Wifi在射频频段目前支持的最大频宽为160MHz，而将信号降至基频则至少需要80MHz以内的频宽能精准解析的能力，所以将差值设为小于80MHz可以直接满足原电路在基频一定能解析的频率范围内。
请注意，因为混合信号SF及放大后的混合信号SF'只是振幅不同，所以在一些实施例中混频器260也可以混频放大后的混合信号SF'及混合信号SF1，此情况下混频器260通过开关290耦接功率放大器250的输出端。在其他的实施例中，功率放大器250可以是一个包含多级放大电路的放大器，此情况下混频器260的输入可以是功率放大器250中任意一级的放大电路的输出信号。根据混合信号SF或放大后的混合信号SF'的实际振幅，在一些实施例中开关290与混频器260之间可以串接信号衰减器或信号放大器。
假设参考信号LO的频率仍为fLO，则混合信号SF或放大后的混合信号SF'可能包含以下的频率成分：fLO-fB(镜像成分)、fLO+fB(信号成分)及fLO。假设参考信号LO'的频率为fLOP，则混合信号SF1包含以下的频率成分：fLOP+fB及fLOP。在混合信号SF(或放大后的混合信号SF')及混合信号SF1经过混频器260的混频后，降频后信号SA-R1包含以下的频率成分：fLO-fLOP、fLO-fLOP-fB以及fLO-fLOP-2fB。只要调整电路以设法降低频率成分fLO-fLOP-2fB的振幅，电路的线性度即可获得提升。可以发现，因为fLO不等于fLOP，所以频率成分fLO-fLOP-2fB不等于2倍频(2fB)。如此一来，即使存在来自基频信号SA-T和/或放大后的基频信号SA-T'的非理想的信号耦合，基频电路210仍可顺利地校正电路的线性度。
图3显示根据本发明的另一实施例的装置的功能方框图，该装置包含发射机及校正电路。图3的装置与图2的装置相似，差别在于图3的装置还包含滤波器310(例如是带通滤波器)，其耦接于混频器260与混频器265之间，用来滤除混合信号SF1中的低频成分(即滤除频率成分fLOP)，使滤波后的混合信号SF1'理想上只包含频率成分fLOP+fB。滤除混合信号SF1中的低频成分可以使降频后信号SA-R1的频率成分变得单纯，有助于基频电路210的分析及判断。因为滤波后的混合信号SF1'及混合信号SF1皆包含频率成分fLOP+fB，所以混频混合信号SF及滤波后的混合信号SF1'与混频混合信号SF及混合信号SF1可以达到相同的目的。换言之，混频器260可以基于或是根据滤波后的混合信号SF1'或混合信号SF1进行混频操作。
图4显示根据本发明的另一实施例的装置的功能方框图，该装置包含发射机、接收机及校正电路。发射机包含数字模拟转换器220、基频放大器230、混频器240及功率放大器250，接收机包含低噪音放大器420、混频器260、可编程增益放大器270及模拟数字转换器280，而校正电路包含基频电路410、混频器260、混频器265、可编程增益放大器270、模拟数字转换器280及开关290。
图4的装置可以操作于工作模式或校正模式。基频电路410通过控制信号Ctrl1控制数据选择器430在工作模式选择参考信号LO以及在校正模式选择混合信号SF1。类似地，在一些实施例中，混频器265及数据选择器430之间可以串接滤波器来滤除混合信号SF1中的低频成分。
在工作模式下，低噪音放大器420放大由发送端传来的射频信号SF2，混频器260混频参考信号LO及信号SF2'(此时信号SF2'为放大后的射频信号SF2)以产生降频后信号SA-R2，可编程增益放大器270放大降频后信号SA-R2以产生放大后的降频信号SA-R2'，以及最后模拟数字转换器280将放大后的降频信号SA-R2'转换成数字信号ST。
发射机及接收机可以在校正模式下获得校正。在校正发射机的操作中，基频电路410控制开关290导通并关闭低噪音放大器420。校正发射机的细节已详述于图2的实施例，故不再赘述。在校正接收机的操作中，基频电路410控制开关290不导通，并开启其他元件，而发射机所发射的放大后的混合信号SF'通过信号耦合(例如虚线440所示)耦合至低噪音放大器420的输入端。因为放大后的混合信号SF'包含频率成分fLO，所以在校正模式下射频信号SF2亦包含频率成分fLO。此外，因为在校正模式下混频器260以混合信号SF1(而非参考信号LO)混频信号SF2'(此时信号SF2'等于放大后的射频信号SF2，也等效于放大后的混合信号SF'或混合信号SF)，所以降频后信号SA-R2不包含基频信号SA-T和/或放大后的基频信号SA-T'的基频成分及2倍频成分。如此一来，接收机的校正也不受来自基频信号SA-T和/或放大后的基频信号SA-T'的非理想的信号耦合所影响。
在上述的披露中，因为放大后的基频信号SA-T'与降频后信号SA-R之间理想上只有振幅不同，所以基于或根据此两信号的其中一者所进行的操作(例如混频、模拟数字转换、放大、信号耦合等)，实质上等效于基于或根据另一者所进行的操作。相同的道理可应用于信号对(SF,SF')、(SA-R1,SA-R1')、(SF2,SF2')及(SA-R2,SA-R2')。
由于本技术领域具有通常知识者可通过本案的装置发明的披露内容来了解本案的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘述，在不影响该方法发明之披露要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以省略。请注意，前面披露的图示中，元件的形状、尺寸以及比例等仅为示意，供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，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进行变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
110、210、410 基频电路
120、220 数字模拟转换器
SD 数字信号
SA-T 基频信号
130、230 基频放大器
SA-T' 放大后的基频信号
140、160、240、260、265 混频器
LO、LO' 参考信号
SF、SF1 混合信号
150、250 功率放大器
SF' 放大后的混合信号
SA-R、SA-R1、SA-R2 降频后信号
170、270 可编程增益放大器
SA-R'、SA-R1'、SA-R2' 放大后的降频信号
180、280 模拟数字转换器
ST 数字信号
190、440 信号耦合
Ctrl、Ctrl1 控制信号
290 开关
310 滤波器
SF1' 滤波后的混合信号
420 低噪音放大器
430 数据选择器
SF2 射频信号
SF2' 信号

Claims (6)

1.一种用于处理信号的装置，包含：
一基频电路，用来产生一第一数字信号；
一数字模拟转换器，耦接该基频电路，用来将该第一数字信号转换为一基频信号；
一第一混频器，耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第一参考信号产生一第一混合信号；
一第二混频器，耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第二参考信号产生一第二混合信号；
一第三混频器，耦接该第一混频器及该第二混频器，用来基于该第一混合信号及该第二混合信号产生一降频后信号；以及
一模拟数字转换器，耦接该第三混频器及该基频电路，用来将该降频后信号转换为一第二数字信号；
其中该第一参考信号的频率不等于该第二参考信号的频率。
2.根据权利要求1所述的装置，还包含：
一滤波器，耦接该第二混频器，用来滤除该第二混合信号的低频成分。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，该第一参考信号的频率与该第二参考信号的频率的差值小于80MHz。
4.一种用于处理信号的装置，包含：
一基频电路，用来产生一第一数字信号；
一数字模拟转换器，耦接该基频电路，用来将该第一数字信号转换为一基频信号；
一第一混频器，耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第一参考信号产生一第一混合信号；
一低噪音放大器，用来通过信号耦合接收该第一混合信号，并放大该第一混合信号以产生一放大后的混合信号；
一第二混频器，耦接该数字模拟转换器，用来基于该基频信号及一第二参考信号产生一第二混合信号；
一第三混频器，耦接该低噪音放大器及该第二混频器，用来基于该放大后的混合信号及该第二混合信号产生一降频后信号；以及一模拟数字转换器，耦接该第三混频器及该基频电路，用来将该降频后信号转换为一第二数字信号；
其中该第一参考信号的频率不等于该第二参考信号的频率。
5.根据权利要求4所述的装置，还包含：
一滤波器，耦接该第二混频器，用来滤除该第二混合信号的低频成分。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，该第一参考信号的频率与该第二参考信号的频率的差值小于80MHz。
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