CN111682855A - 信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

信号处理装置包括信号输入端、信号输出端、第一及第二放大器、第一及第二失真调整电路。信号输入端接收待放大的射频信号。信号输出端输出经放大的射频信号。第一及第二放大器各自包括耦接信号输入端的输入端与耦接信号输出端的输出端。第一失真调整电路包括耦接第一放大器的输入端的连接端。第二失真调整电路包括耦接第二放大器的输入端的连接端。第一放大器中晶体管数量与第二放大器中晶体管数量不同。射频信号经第一及第二放大器放大后各自具备第一及第二互调失真，第一与第二互调失真至少部分互补且互为相反相位。

Description

信号处理装置
技术领域
本发明是有关于一种信号处理技术，且特别是有关于一种可抑制互调失真的信号处理装置。
背景技术
在通信技术中，经常借由调制信号以提高信号传送的效率。然而，由于电子线路或放大器不可能做到完全理想的线性度，因此在信号互相调制的过程中会产生互调失真的状况。
举例来说，当信号进入放大器以被放大时，在非线性作用下，每个不同频率的信号可能会产生在原信号中没有的额外信号，这些额外信号将无可避免地影响到后续信号处理。因而可想象的是，当输入信号是复杂的多频率信号时，由互调失真所产生的额外信号会对通信系统构成干扰的现象。因此，如何消除、滤除或抑制这些不需要的额外信号，便是欲解决的问题之一。
发明内容
本发明的信号处理装置包括信号输入端、信号输出端、第一放大器、第二放大器、第一失真调整电路以及第二失真调整电路。信号输入端用以接收待放大的射频信号。信号输出端用以输出经放大的该射频信号。第一放大器包括耦接该信号输入端的第一输入端与耦接该信号输出端的第一输出端。第二放大器包括耦接该信号输入端的第二输入端与耦接该信号输出端的第二输出端。第一失真调整电路包括第一连接端，该第一连接端耦接该第一放大器的该第一输入端。第二失真调整电路包括第二连接端，该第二连接端耦接该第二放大器的该第二输入端。其中该第一放大器中的晶体管数量与该第二放大器中的晶体管数量不同。其中该第一失真调整电路用以使该射频信号经该第一放大器放大后具备第一互调失真，该第二失真调整电路用以使该射频信号经该第二放大器放大后具备第二互调失真，且该第一互调失真与该第二互调失真至少部分互补且互为相反相位。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A绘示本发明一实施例的信号处理装置的电路图。
图1B绘示本发明另一实施例的信号处理装置的电路图。
图2绘示本发明实施例中失真调整电路130的多种实现方式的电路图。
图3绘示本发明实施例中失真调整电路140的多种实现方式的电路图。
图4绘示本发明一实施例的偏压电路150的电路图。
图5及图6绘示本发明一实施例的信号处理装置100B改善互调失真的曲线图。
【符号说明】
100A、100B：信号处理装置
110、120：放大器
130、130_1、130_2、130_3、140、140_1：失真调整电路
150、160：偏压电路
C、C’：直流隔离电容
C1、C2、C3、C4、C5：电容
COM1、COM2：连接端
IN1、IN2：输入端
IM3_1、IM3_2：互调失真
L1、L2：电感
M1、M2、M3：晶体管
N1、N2：节点
N3：电源端
OUT1、OUT2：输出端
R1、R2、R3：电阻
RF、RF’：射频信号
RF_1、RF_2：主信号
RFIN：信号输入端
RFOUT：信号输出端
VCC：电源电压源
VREF、VREF1、VREF2：参考电压源
具体实施方式
图1A绘示本发明一实施例的信号处理装置的电路图。请参照图1A，信号处理装置100A包括信号输入端RFIN、信号输出端RFOUT、放大器110、放大器120、失真调整电路130以及失真调整电路140。
放大器110包括耦接信号输入端RFIN的输入端IN1与耦接信号输出端RFOUT的输出端OUT1；放大器120包括耦接信号输入端RFIN的输入端IN2与耦接信号输出端RFOUT的输出端OUT2。失真调整电路130包括连接端COM1，且连接端COM1耦接放大器110的输入端IN1；失真调整电路140包括连接端COM2，且连接端COM2耦接放大器120的输入端IN2。
在本发明实施例中，信号输入端RFIN接收待放大的射频信号RF，且信号输出端RFOUT输出经放大的射频信号RF’。在一实施例中，失真调整电路130及失真调整电路140用以抑制射频信号RF经放大器110与放大器120放大后于信号输出端RFOUT具备的互调失真。
具体而言，在本发明实施例中，放大器110中的晶体管数量与放大器120中的晶体管数量不同，也就是，放大器110与放大器120的尺寸不同。射频信号RF经放大器110放大后具备主信号RF_1及互调失真IM3_1，射频信号RF经放大器120放大后具备主信号RF_2及互调失真IM3_2。透过在进行电路设计时调整失真调整电路130及140中各个组件的数值，可让互调失真IM3_1与互调失真IM3_2至少部分互补且互为相反相位。
在此进一步说明互调失真IM3_1与互调失真IM3_2。在一实施例中，失真调整电路130用以使射频信号RF经放大器110放大后具备的互调失真IM3_1具有第一相位偏移量；失真调整电路140用以使射频信号RF经放大器120放大后具备的互调失真IM3_2具有第二相位偏移量。本实施例透过调整失真调整电路130及140中各个组件的数值以让第一相位偏移量的一部份与第二相位偏移量的一部分互为反相且相互抵消。举例来说，参考图1A所示，互调失真IM3_1的相位与互调失真IM3_2的相位相差180度，且互调失真IM3_1的相位偏移量等于互调失真IM3_2的相位偏移量。基此，互调失真IM3_1与互调失真IM3_2得以相互抵消而输出较为准确且经放大的射频信号RF’(经放大的射频信号RF’即为主信号RF_1加上主信号RF_2)以提高整个系统的性能。然而，互调失真IM3_1的相位偏移量也与互调失真IM3_2的相位偏移量刚好互为反相且相互抵消，只要互调失真IM3_1的相位偏移量中的一部分能够与互调失真IM3_2的相位偏移量中的一部分互为反相且能相互抵消，便可抑制信号处理装置100A整体的互调失真，本发明并不加以限制。在一实施例中，放大器110中的晶体管数量多于放大器120中的晶体管数量，为了减少互调失真对信号处理装置100A整体射频信号放大质量(如线性度)的影响，失真调整电路130所造成的第一相位偏移量(如100度)会小于失真调整电路140所造成的第二相位偏移量(如280度)，使得较多的晶体管数量对应较小的相位偏移量。
在一实施例中，信号处理装置100A更包括直流隔离电容C及直流隔离电容C’，以避免直流信号轻易地在信号处理装置100A的信号输入端RFIN与信号输出端RFOUT之间的电路上传递。详细来说，直流隔离电容C的第一端耦接信号输入端RFIN，直流隔离电容C的第二端耦接放大器110的输入端IN1以及放大器120的输入端IN2。直流隔离电容C’的第一端耦接于放大器110的输出端OUT1以及放大器120的输出端OUT2，直流隔离电容C’的第二端耦接于信号输出端RFOUT。
值得注意的是，在一实施例中，互调失真IM3_1与互调失真IM3_2为三阶互调失真。然而，本发明并不加以限制。且在一实施例中，放大器110与放大器120的电源端N3耦接电源电压源VCC以驱动放大器110与放大器120执行放大操作。再者，在一实施例中，放大器110中的晶体管数量与放大器120中的晶体管数量之间的比为3：1。举例来说，图1A中放大器110中的晶体管数量为60(M＝60)，放大器120中的晶体管数量为20(M＝20)。在另一实施例中，放大器110中的晶体管数量与放大器120中的晶体管数量之间的比为2：1。也就是说，放大器110中的晶体管数量与放大器120中的晶体管数量之间的比值例如为2～3。然而，本发明对于放大器110及放大器120中的晶体管数量与比值并不加以限制。此外，在一实施例中，信号输出端RFOUT可连接至后端的切换器(SWITCH)以及天线，以作为射频信号的输出电路的一部份。
在一实施例中，信号处理装置100A还包括偏压电路150及偏压电路160。偏压电路150经由失真调整电路130耦接放大器110，偏压电路160经由失真调整电路140耦接放大器120。偏压电路150及偏压电路160分别用以使放大器110及放大器120被偏压在相同的类别。举例来说，放大器110及放大器120皆被偏压在class A或class B，而不被偏压在class C，也就是说，放大器110及放大器120可皆为线性放大器，例如是A类功率放大器或B类功率放大器，而皆不为非线性放大器，例如是C类功率放大器。
失真调整电路130及失真调整电路140的详细电路结构在此进一步论述。在一实施例中，失真调整电路130包括电容C1，电容C1的第一端耦接节点N1及连接端COM1，电容C1的第二端耦接参考电位端。并且，失真调整电路140包括电阻R1，电阻R1的第一端耦接连接端COM2，电阻R1的第二端耦接节点N2。在一实施例中，参考电位端例如为用以接收接地电压。然而，本发明并不加以限制。
特别地，在一实施例中，偏压电路150及偏压电路160的第一端皆耦接参考电压源VREF，偏压电路150的第二端耦接节点N1，且偏压电路160的第二端耦接节点N2，使得信号处理装置100A可在设计时借由调整电容C1的电容值与电阻R1的电阻值来对应地调整互调失真IM3_1及IM3_2，以抑制射频信号RF经放大器110与放大器120放大后于信号输出端RFOUT具备的互调失真。
图1B绘示本发明另一实施例的信号处理装置的电路图。请参照图1B，图1B的信号处理装置100B相似于图1A的信号处理装置100A，两者不同之处仅在于，偏压电路150耦接参考电压源VREF1，以及偏压电路160耦接参考电压源VREF2，且参考电压源VREF1的电压值与参考电压源VREF2的电压值不同。
在本实施例中，在信号处理装置100B的设计阶段时，信号处理装置100B透过调整参考电压源VREF1的电压值与参考电压源VREF2的电压值以抑制互调失真。换句话说，在信号处理装置100B的设计阶段时，除了调整失真调整电路130及140中各个元件的数值，亦可单独应用或结合本实施例调整参考电压源VREF1的电压值与参考电压源VREF2的电压值的方式来对应地调整互调失真IM3_1及IM3_2，以抑制射频信号RF经放大器110与放大器120放大后于信号输出端RFOUT具备的互调失真。
图2绘示本发明实施例中失真调整电路130的多种实现方式的电路图。图1A及图1B中的失真调整电路130亦可以图2中的失真调整电路130_1、失真调整电路130_2及失真调整电路130_3中的任意一个来实现。应用本实施例者亦可设计其他类型的电阻-电感-电容(R-L-C)电路来实现失真调整电路130，本发明实施例并不加以限制。
请参照图2，在一实施例中，失真调整电路130_1包括电容C1及电感L1。电容C1的第一端耦接节点N1及连接端COM1，电容C1的第二端透过电感L1耦接参考电位端。在一实施例中，参考电位端例如为用以接收接地电压。然而，本发明并不加以限制。
在另一实施例中，失真调整电路130_2包括电容C1、电容C2及电感L1。电容C1的第一端耦接电感L1的第一端，以及电容C2的第一端耦接电感L1的第二端，且电容C1的第二端及电容C2的第二端皆耦接参考电位端。电感L1的第一端耦接连接端COM1，电感L1的第二端耦接节点N1。在一实施例中，参考电位端例如为用以接收接地电压。然而，本发明并不加以限制。
在另一实施例中，失真调整电路130_3相似于失真调整电路130_2，两者不同之处在于，失真调整电路130_3更包括电容C3及电阻R2。电阻R2的第一端耦接电容C1的第一端，且电阻R2的第二端耦接电容C2的第一端。以及电容C3的第一端耦接电容C1的第一端，且电容C3的第二端耦接电容C2的第一端。
图3绘示本发明实施例中失真调整电路140的多种实现方式的电路图。图1A及图1B中的失真调整电路140亦可例如是图3中的失真调整电路140_1来实现。应用本实施例者亦可设计其他类型的电阻-电感-电容(R-L-C)电路来实现失真调整电路140，本发明实施例并不加以限制。
请参照图3，在一实施例中，失真调整电路140_1包括电阻R1、电感L2及电容C4。电阻R1的第一端耦接连接端COM2，电阻R1的第二端耦接节点N2，电感L2的第一端耦接电阻R1的第一端，且电感L2的第二端耦接电阻R1的第二端，以及电容C4的第一端耦接电阻R1的第一端，且电容C4的第二端耦接电阻R1的第二端。
图1A及图1B中的偏压电路150及160可由相同的电路结构实现，在此提供一电路来作为偏压电路150的举例。图4绘示本发明一实施例的偏压电路150的电路图。图1A及图1B中的偏压电路150可例如为图4中的偏压电路。应用本实施例者亦可采用其他电路结构来实现偏压电路150、160，本发明并不加以限制。
请参照图4，在本实施例中，偏压电路150包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、电阻R3及电容C5。晶体管M1的第一端耦接晶体管M2的第二端与控制端，晶体管M1的第二端耦接晶体管M1的控制端、电阻R3的第一端、电容C5的第一端以及晶体管M3的控制端，电阻R3的第二端耦接参考电压源VREF1，晶体管M2的第一端及电容C5的第二端耦接参考电位端，晶体管M3的第二端耦接电源电压源VCC，晶体管M3的第一端耦接节点N1。在一实施例中，参考电位端例如为用以接收接地电压。然而，本发明并不加以限制。在一些实施例中，晶体管M1至M3例如为P型金属氧化物半导体晶体管(PMOS)、N型金属氧化物半导体晶体管(NMOS)或双极结型晶体管(BJT)，本发明并不加以限制。
值得一提的是，在一实施例中，偏压电路160的电路架构相似于偏压电路150的电路架构，两者不同之处仅在于，偏压电路160中电阻R3的第二端耦接参考电压源VREF2。
图5及图6绘示本发明一实施例的信号处理装置100B改善互调失真的曲线图。
请同时参照图1B及图5，图5呈现信号处理装置100B中偏压电路150耦接具有相同电压值的参考电压源VREF1，且偏压电路160耦接具有不同电压值的参考电压源VREF2的四条曲线图。详细而言，将参考电压源VREF1的电压值固定为2.8V，且依序对参考电压源VREF2的电压值进行调整(参考电压源VREF2的电压值调整为2.8V、2.75V、2.7V及2.65V)。经由对参考电压源VREF2的电压值进行调整，信号处理装置100B可在特定情况下(如，-43db)大幅改善互调失真(IM3)的影响。与此同时，请参照图6，信号处理装置100B还可减少流经失真调整电路130及失真调整电路140的电流，从而节省功耗。
综上所述，本发明实施例所提供的信号处理装置配置有两个晶体管数量不同的放大器以作为不同尺寸的放大器，且经由信号处理装置的信号输入端接收的射频信号各自经这两个放大器进行放大。由于经两个放大器各自放大后的射频信号皆具备互调失真，本实施例便设计与这两个放大器相应的失真调整电路，让射频信号经这两个放大器各自放大后于信号输出端产生的互调失真尽量具备相反相位，也就是让这两个互调失真中相位互为相反的相位偏移量可相互抵消。因此，使得信号处理装置得以输出欲获得且较无噪声的信号，减少噪声(如，互调失真)的滤除，提高整个系统对信号处理的性能。此外，本发明实施例的信号处理装置经实验证实不只可在特定情况下大幅改善互调失真的影响，还可同时节省功耗。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种信号处理装置，其特征在于，包括：
一信号输入端，用以接收待放大的一射频信号；
一信号输出端，用以输出经放大的该射频信号；
一第一放大器，包括耦接该信号输入端的一第一输入端与耦接该信号输出端的一第一输出端；
一第二放大器，包括耦接该信号输入端的一第二输入端与耦接该信号输出端的一第二输出端；
一第一失真调整电路，包括一第一连接端，该第一连接端耦接该第一放大器的该第一输入端；以及
一第二失真调整电路，包括一第二连接端，该第二连接端耦接该第二放大器的该第二输入端，
其中，该第一放大器中的晶体管数量与该第二放大器中的晶体管数量不同，
其中，该第一失真调整电路用以使该射频信号经该第一放大器放大后具备一第一互调失真，该第二失真调整电路用以使该射频信号经该第二放大器放大后具备一第二互调失真，且该第一互调失真与该第二互调失真至少部分互补且互为相反相位。
2.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路用以使该第一互调失真具有一第一相位偏移量，该第二失真调整电路用以使该第二互调失真具有一第二相位偏移量，该第一相位偏移量的一部份与该第二相位偏移量的一部分互为反相且相互抵消。
3.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一互调失真与该第二互调失真为三阶互调失真。
4.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，还包括：
一第一偏压电路耦接该第一放大器；以及
一第二偏压电路耦接该第二放大器；
其中该第一偏压电路与该第二偏压电路分别用以使该第一放大器与该第二放大器被偏压在相同的类别。
5.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路及该第二失真调整电路用以抑制该射频信号经该第一放大器与该第二放大器放大后于该信号输出端具备的互调失真。
6.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路包括一第一电容，该第一电容的第一端耦接该第一连接端，该第一电容的第二端耦接一参考电位端，并且，
该第二失真调整电路包括一第一电阻，该第一电阻的第一端耦接该第二连接端。
7.如权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，还包括：
一第一偏压电路，其中该第一偏压电路耦接一参考电压源；以及
一第二偏压电路，其中该第二偏压电路耦接该参考电压源，
其中，该第一电容的电容值与该第一电阻的电阻值用以抑制该互调失真。
8.如权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路还包括：
第一电感，其中该第一电容的第二端透过该第一电感耦接该参考电位端。
9.如权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路还包括：
第一电感，其中该第一电容的第一端耦接该第一电感的第一端；以及
第二电容，其中该第二电容的第一端耦接该第一电感的第二端，且该第二电容的第二端耦接该参考电位端。
10.如权利要求9所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一失真调整电路还包括：
第二电阻，其中该第二电阻的第一端耦接该第一电容的第一端，且该第二电阻的第二端耦接该第二电容的第一端；以及
第三电容，其中该第三电容的第一端耦接该第一电容的第一端，且该第三电容的第二端耦接该第二电容的第一端。
11.如权利要求6所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第二失真调整电路还包括：
第二电感，其中该第二电感的第一端耦接该第一电阻的第一端，且该第二电感的第二端耦接该第一电阻的第二端；以及
第四电容，其中该第四电容的第一端耦接该第一电阻的第一端，且该第四电容的第二端耦接该第一电阻的第二端。
12.如权利要求5所述的信号处理装置，其特征在于，还包括：
一第一偏压电路，其中该第一偏压电路耦接一第一参考电压源；以及
一第二偏压电路，其中该第二偏压电路耦接一第二参考电压源，
其中，该第一参考电压源的第一电压值与该第二参考电压源的第二电压值彼此不同，且用以抑制该互调失真。
13.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一放大器与该第二放大器的电源端耦接一电源电压源。
14.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一放大器中的晶体管数量多于该第二放大器中的晶体管数量，该第一失真调整电路用以使该第一互调失真具有一第一相位偏移量，该第二失真调整电路用以使该第二互调失真具有一第二相位偏移量，该第一相位偏移量小于该第二相位偏移量。
15.如权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，其中该第一放大器中的晶体管数量与该第二放大器中的晶体管数量之间的比值为2至3。
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