CN112803960B

CN112803960B - 收发器装置

Info

Publication number: CN112803960B
Application number: CN201911113229.5A
Authority: CN
Inventors: 李珈谊; 施冠宇; 陈家源
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: CN112803960A

Abstract

收发器装置包含数字基频电路、第一电路部分以及第二电路部分。数字基频电路用以分析输入信号的功率，以产生第一控制信号与第二控制信号。第一电路部分具有第一增益，并用以根据第一控制信号被选择，以处理输入信号以产生多个输出信号。第二电路部分具有大于第一增益的第二增益，并用以根据第二控制信号被选择，以处理输入信号以产生所述输出信号。第一电路部分包含多路滤波器电路，且多路滤波器电路用以根据多个第一振荡信号调制输入信号以执行一滤波操作。

Description

收发器装置

技术领域

本公开涉及收发器装置，更明确地说，涉及包含多路滤波器以及固定增益的低噪声放大器的收发器装置。

背景技术

为了处理不同输入功率的输入信号，收发器装置中的低噪声放大器常具有可调增益。在现有技术中，低噪声放大器利用负反馈机制来实现可调增益的功能。然而，负反馈机制可能会引入一些不理想的寄生效应，造成低噪声放大器的噪声表现与增益下降。

发明内容

于一些实施例中，收发器装置包含数字基频电路、第一电路部分以及第二电路部分。数字基频电路用以分析输入信号的功率，以产生第一控制信号与第二控制信号。第一电路部分具有第一增益，并用以根据第一控制信号被选择，以处理输入信号以产生多个输出信号。第二电路部分具有大于第一增益的第二增益，并用以根据第二控制信号被选择，以处理输入信号以产生所述多个输出信号。第一电路部分包含多路滤波器电路，且多路滤波器电路用以根据多个第一振荡信号调制输入信号以执行一滤波操作。

有关本公开的特征、实作与技术效果，兹配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本公开一些实施例示出一种收发器装置的示意图；

图2为根据本公开一些实施例示出图1中的多路滤波器电路的示意图；

图3A为根据本公开一些实施例示出图1中的信号调整电路的示意图；以及

图3B为根据本公开一些实施例示出图1中的信号调整电路的示意图。

符号说明

100 收发器装置

101 天线

105、125 隔离电路

111、121 切换电路

113 信号调整电路

115 多路滤波器电路

117、127 混频电路

123 低噪声放大器电路

130 数字基频电路

HG、LG 电路部分

L_O1(0°)、L_O1(90°)、L_O1(180°)、L_O1(270°) 不同相位的振荡信号

L_O2(0°)、L_O2(90°)、L_O2(180°)、L_O2(270°) 不同相位的振荡信号

PA 功率放大器电路

RX 接收器电路

S₁₁、S₁₂、S₂、S₂₁、S₂₂ 信号

S_IN 输入信号

S_IN1、S_IN2 信号

S_I+、S_I-、S_Q+、S_Q- 输出信号

S_W1、S_W2、S_W3 开关

TX 发射器电路

115A 混频电路

115B 阻抗电路

C1～C4 电容

fa、fa-f_LO2、fa+f_LO2 频率

S₃ 信号

T1～T8 开关

CC1～CC6 电容

P1、P2、N1、N2 晶体管

S_W4、S_W5 开关

VDD 电源电压

具体实施方式

本文所使用的所有词汇具有其通常的含义。上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本公开的内容中包含任一于此讨论的词汇的使用例子仅为示例，不应限制到本公开的范围与含义。同样地，本公开亦不仅以于此说明书所示出的各种实施例为限。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指两个或更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，亦可指两个或更多个元件相互操作或动作。

如本文所用，用语“电路系统(circuitry)”可为由至少一电路(circuit)所形成的单一系统，且用语“电路(circuit)”可为由至少一个晶体管与/或至少一个主被动元件按一定方式连接以处理信号的装置。如本文所用，用语“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

图1为根据本公开一些实施例示出一种收发器装置100的示意图。于一些实施例中，收发器装置100可用于无线信号传输的应用。

收发器装置100包含天线101、隔离电路105、发射器电路TX、接收器电路RX以及数字基频电路130。天线101接收输入信号S_IN，并传输给隔离电路105以及接收器电路RX。隔离电路105将接收到的输入信号S_IN转换为差分的信号S_IN1以及信号S_IN2，并传输信号S_IN1以及信号S_IN2至接收器电路RX。发射器电路TX包含功率放大器电路PA。隔离电路105耦接至功率放大器电路PA的多个输出端，以将发射器电路TX产生的差分输出(未示出)转换成一单端信号(未示出)，以通过天线101发射。

于一些实施例中，接收器电路RX包含电路部分LG与电路部分HG。电路部分LG具有第一增益，并用以滤除输入信号S_IN中的高频成分。电路部分HG具有大于第一增益的一第二增益，并用以放大输入信号S_IN。电路部分LG与电路部分HG中的一者被选择来处理输入信号S_IN以产生输出信号S_Q+、输出信号S_I+、输出信号S_Q-以及输出信号S_I-。数字基频电路130用以分析输入信号S_IN的功率以输出控制信号S_C1与控制信号S_C2，以选择电路部分LG与电路部分HG中的一者来处理输入信号S_IN。

于一些实施例中，数字基频电路130可根据输出信号S_Q+、输出信号S_I+、输出信号S_Q-以及输出信号S_I-分析输入信号S_IN的功率，以输出控制信号S_C1与控制信号S_C2。举例而言，数字基频电路130可包含模拟数字转换器电路(未示出)与功率评估电路(未示出)。于初始状态下，电路部分HG可先被设定处理输入信号S_IN，以产生输出信号S_Q+、输出信号S_I+、输出信号S_Q-以及输出信号S_I-。响应于输出信号S_Q+、输出信号S_I+、输出信号S_Q-以及输出信号S_I-，模拟数字转换器电路产生数字数据至功率评估电路。功率评估电路可根据此数字数据中的多个位元来决定输入信号S_IN是否超过预定功率以输出控制信号S_C1与控制信号S_C2。若数字数据的多个位元全为逻辑值1的时间超出一预定时间时，功率评估电路可判定输入信号S_IN的功率过高，并输出具有第一逻辑值的控制信号S_C1与具有第二逻辑值的控制信号S_C2。于此条件下，电路部分LG被选择来处理输入信号S_IN，且电路部分HG被禁能(disabled)而不处理输入信号S_IN。或者，在其他的条件下，功率评估电路可输出具有第二逻辑值的控制信号S_C1与具有第一逻辑值的控制信号S_C2。于此条件下，电路部分HG被选择来处理输入信号S_IN，且电路部分LG被禁能而不处理输入信号S_IN。上述的第一逻辑值与第二逻辑值为互补逻辑值(例如为逻辑值1与逻辑值0)。

于一些实施例中，于初始状态下，电路部分LG亦可先被设定处理输入信号S_IN。于一些实施例中，功率评估电路可由执行上述功率评估操作的一或多个数字信号处理电路实施。上述关于数字基频电路130的电路设置方式与功率的评估方式用于示例，且本公开并不以此为限。

详细而言，电路部分LG包含切换电路111、信号调整电路113、多路(N-way)滤波器电路115以及多个混频电路117。切换电路111用以根据控制信号S_C1选择性地导通，以自隔离电路105接收信号S_IN1以及信号S_IN2。

例如，切换电路111可包含开关S_W1以及开关S_W2。开关S_W1的一端耦接至隔离电路105的一端以接收信号S_IN1，且开关S_W1的另一端耦接至信号调整电路113。开关S_W2的一端耦接至隔离电路105的另一端以接收信号S_IN2，且开关S_W2的另一端耦接至信号调整电路113。开关S_W1与开关S_W2响应于具有第一逻辑值的控制信号S_C1导通，以传输信号S_IN1以及信号S_IN2至信号调整电路113。换言之，当开关S_W1与开关S_W2导通时，电路部分LG被选择以处理输入信号S-_IN。

于一些实施例中，切换电路111的设置方式可类似于切换电路121。于一些实施例中，切换电路111的功能亦可整合至电路部分LG的其他电路中。例如，于一些实施例中，混频电路117可响应于具有第一逻辑值的控制信号S_C1被供电(powered)，以处理输入信号S_IN。上述关于切换电路111的设置方式用于示例，且本公开并不以此为限。

信号调整电路113用以提供一增益来处理信号S_IN1以及信号S_IN2以输出信号S₂₁与信号S₂₂。于一些实施例中，如后图3A所示，信号调整电路113的增益可用于放大信号S_IN1以及信号S_IN2。于一些实施例中，如后图3B所示，信号调整电路113的增益可用于衰减信号S_IN1以及信号S_IN2。信号调整电路113的增益可视实际应用需求而定。于一些实施例中，电路部分LG可未包含信号调整电路113下，以直接将信号S_IN1以及信号S_IN2输出为信号S₁₁与信号S₁₂。于此些实施例中，信号调整电路113的功能可被整合至数字基频电路130。

于一些实施例中，多路滤波器电路115用以根据不同相位的多个振荡信号L_O2调制输入信号S_IN，以执行一滤波操作。例如，多路滤波器电路115耦接至信号调整电路113，并根据多个振荡信号L_O2调制信号S₁₁与信号S₁₂，以执行该滤波操作。如此，信号S₁₁与信号S₁₂中的高频信号成分可被滤除，以提高收发器装置100的抗干扰能力。于一些实施例中，多路滤波器电路115用以提供一旁路(bypass)路径，以将前述的高频信号成分导向至地以完成滤波操作。于一些实施例中，多路滤波器电路115操作为带通(band pass)滤波器。于一些实施例中，振荡信号L_O2的频率用以设定带通滤波器的通带频宽。关于多路滤波器电路115的设置方式将于后述段落参照图2进行说明。

多个混频电路117用以根据具有不同相位的多个振荡信号L_O1调制信号S₁₁与信号S₁₂，以产生输出信号S_I+、输出信号S_I-、输出信号S_Q+以及输出信号S_Q-。例如，第一个混频电路117为同相(inphase)信号处理电路，其根据相位为0度以及相位为180度的多个振荡信号L_O1-调制信号S₁₁与信号S₁₂，以产生输出信号S_I+以及输出信号S_I-。第二个混频电路117为正交(quadrature)信号处理电路，其根据相位为90度以及相位为270度的多个振荡信号L_O1-调制信号S₁₁与信号S₁₂，以产生输出信号S_Q+以及输出信号S_Q-。

电路部分HG包含切换电路121、低噪声放大器电路123、隔离电路125以及多个混频电路127。切换电路121用以根据控制信号S_C2选择性地导通，以禁能(或选择)电路部分HG。例如，切换电路121包含开关S_W3。开关S_W3的一端耦接至天线101以及低噪声放大器电路123的输入端，且开关S_W3的另一端耦接至地。开关S_W3响应于具有第二逻辑值的控制信号S_C2导通，以旁路输入信号S-_IN至地。换言之，当开关S_W3导通时，电路部分HG被禁能而将输入信号S-_IN旁路至地，故低噪声放大器电路123无法放大输入信号S-_IN。或者，当开关S_W3关断时，输入信号S-_IN可被传输至低噪声放大器电路123。于此条件下，电路部分HG被选择以处理输入信号S-_IN。

于此例中，开关S_w3并联于传递输入信号S_IN的信号路径。相较将开关串联于传递输入信号S_IN的信号路径的设置方式，这种方式可降低信号损失。上述关于切换电路121的设置方式用于示例，且本公开并不以此为限。

低噪声放大器电路123设定以具有一固定增益，并用以放大输入信号S_IN以产生信号S₂。隔离电路125用以转换信号S₂为差分的信号S₂₁与信号S₂₂。

类似于混频电路117，多个混频电路127用以根据具有不同相位的多个振荡信号L_O1调制信号S₂₁与信号S₂₂，以产生输出信号S_I+、输出信号S_I-、输出信号S_Q+以及输出信号S_Q-。例如，第一个混频电路127为同相信号处理电路，其根据相位为0度以及相位为180度的多个振荡信号L_O1-调制信号S₂₁与信号S₂₂，以产生输出信号S_I+以及输出信号S_I-。第二个混频电路127为正交信号处理电路，其根据相位为90度以及相位为270度的多个振荡信号L_O1-调制信号S₂₁与信号S₂₂，以产生输出信号S_Q+以及输出信号S_Q-。

于一些相关技术中，收发器装置利用可调增益的低噪声放大器来处理所接收到的输入信号。在此些技术中，低噪声放大器使用负反馈的机制来实现可调增益，以处理不同功率的输入信号。然而，负反馈的机制会引入一些非理想的寄生效应，使得低噪声放大器在具有高增益时的增益或噪声表现退化。

相较于上述相关技术，如先前所述，低噪声放大器电路123设定为具有固定增益。当输入信号S_IN的功率较小时，低噪声放大器电路123可在不使用负反馈的机制下来处理输入信号S_IN，以避免上述寄生效应的影响。另外，当输入信号S_IN的功率较大时，电路部分LG被选择，且多路滤波器电路115可用以滤除S₁₁与信号S₁₂中的高频信号成分以提高收发器装置100的抗干扰能力。

于一些实施例中，振荡信号L_O1的频率可相同于或不同于振荡信号L_O2的频率。图1中的振荡信号L_O1-以及振荡信号L_O2-的相位数量用于示例，且本公开并不以此为限。于一些实施例中，隔离电路105与隔离电路125每一者可由线圈(coil)电路或绕组(winding)实施。

图2为根据本公开一些实施例示出图1中的多路滤波器电路115的示意图。多路滤波器电路115包含混频电路115A以及阻抗电路115B。

混频电路115A用以根据不同相位的多个振荡信号L_O2调制信号S₁₁与信号S₁₂，以产生多个信号S₃。阻抗电路115B用以提供旁路路径，以将信号S₃传输至地。例如，混频电路115A包含多个开关T1～T8，且阻抗电路115B包含多个电容C1～C4。以开关T1、开关T2以及电容C1为例，开关T1与开关T2所接收的多个振荡信号L_O2-的相位相差180度。开关T1的第一端用以接收信号S₁₁，且开关T1的控制端用以接收相位为0度的振荡信号L_O2。开关T2的第一端用以接收信号S₁₂，且开关T2的控制端用以接收相位为180度的振荡信号L_O2。开关T1的第二端与开关T2的第二端用以输出信号S₃。电容C1的第一端耦接至开关T1的第二端以及开关T2的第二端以接收信号S₃，且电容C1的第二端耦接至地。其余开关T3～T8以及电容C2～C4的连接关系类似于上述开关T1、开关T2以及电容C1的设置方式，故于此不再赘述。

如先前所述，信号S₁₁与信号S₁₂为差分信号，故信号S₁₁与信号S_12-两者的频率相同。例如，信号S₁₁(以及信号S₁₂)中包含具有频率fa的信号成分。响应于开关T1与开关T2的调制，信号S₃将包含具有频率fa-f_LO2的信号成分以及具有频率fa+f_LO2的信号成分，其中f_LO2代表为振荡信号L_O2的频率。于一些实施例中，电容C1～C4中每一者的容值可依据频率f_LO2设置，以设定通带频宽。

举例而言，当频率fa约相同于频率f_LO2时，频率fa-f_LO2接近于直流频率。于此条件下，电容C1将对信号S₁₁(以及信号S₁₂)呈现为一高阻抗(相当于开路)，故信号S₁₁(以及信号S₁₂)无法被多路滤波器电路115旁路至地(相当于多路滤波器电路115的低频阻带响应)。于此条件下，频率fa的信号成分主要传输至多个混频电路117而非多路滤波器电路115。当频率fa大于频率f_LO2时，频率fa-f_LO2开始升高。于此条件下，电容C1对信号S₁₁(以及信号S₁₂)呈现的阻抗越来越低，故信号S₁₁(以及信号S₁₂)可开始被多路滤波器电路115旁路至地(相当于多路滤波器电路115的通带响应)。于此条件下，频率fa的信号成分主要传输至多路滤波器电路115而非混频电路117。再者，由于频率fa+f_LO2相当高，故具有频率fa+f_LO2的信号成分的能量会自然衰减(相当于多路滤波器电路115的高频阻带响应)。因此，多路滤波器电路115的频率响应可根据频率f_LO2被设定。

通过上述设置方式，当输入信号S_IN的功率较高时，输入信号S_IN中的高频信号成分(例如为频率高于f_LO2-的信号成分)可主要经由多路滤波器电路115被旁路至地。如此一来，混频电路117所接收到的高频信号成分的功率会被降低，故高频噪声的干扰可被降低。

上述关于多路滤波器电路115的设置方式用于示例，且本公开并不以此为限。例如，阻抗电路115B亦可包含电阻、电容或电感等被动元件与/或主动电路。各种类型的多路滤波器电路115皆为本公开所涵盖的范围。

图3A为根据本公开一些实施例示出图1中的信号调整电路113的示意图。于此例中，信号调整电路113用以放大信号S_IN1与信号S_IN2，以产生信号S₁₁与信号S₁₂。

信号调整电路113包含晶体管P1～P2、晶体管N1～N2以及电容CC1～CC2。晶体管P1、晶体管N1以及电容CC1操作为具有交流耦合机制的共源极放大器电路，以放大信号S_IN1为信号S₁₂。晶体管P2、晶体管N2以及电容CC2操作为具有交流耦合机制的共源极放大器电路，以放大信号S_IN2为信号S₁₁。

详细而言，晶体管P1的第一端(例如为源极)接收电源电压VDD，且晶体管P1的第二端(例如为漏极)耦接至晶体管P1的控制端(例如为栅极)以设定为一二极管形式(diode-connected)。晶体管N1的第一端(例如为漏极)耦接至晶体管P1的第二端以输出信号S₁₂，晶体管N1的第二端(例如为源极)耦接至地，且晶体管N1的控制端(例如为栅极)经由电容CC1接收信号S_IN1。晶体管P2、晶体管N2以及电容CC2之间的设置方式可参考晶体管P1、晶体管N1以及电容CC1之间的设置方式，故于此不再赘述。于一些实施例中，信号调整电路113可还包含偏压电路(未示出)，以偏压晶体管N1以及晶体管N2的多个控制端。

图3B为根据本公开一些实施例示出图1中的信号调整电路113的示意图。于此例中，信号调整电路113用以衰减信号S_IN1与信号S_IN2，以产生信号S₁₁与信号S₁₂。

信号调整电路113包含多个电容CC3～CC6以及多个开关S_W4与S_W5。电容CC3、电容CC5以及开关S_W4操作为电容分压电路，以分压信号S_IN1为信号S₁₂。电容CC4、电容CC6以及开关S_W5操作为电容分压电路，以分压信号S_IN2为信号S₁₁。

详细而言，电容CC3的第一端接收信号S_IN1，且电容CC3的第二端输出信号S₁₂。电容CC5的第一端耦接至电容CC3的第二端，且电容CC5的第二端经由开关S_W4耦接至地。开关S_W4响应于控制信号S_C1导通，以在电路部分LG被选择时对信号S_IN1分压。电容CC4、电容CC6以及开关S_W5之间的设置方式可参考电容CC3、电容CC5以及开关S_W4之间的设置方式，故于此不再赘述。

于一些实施例中，信号调整电路113亦可只包含电容CC3与电容CC4。上述关于信号调整电路113的多个设置方式用于示例，且本公开并不以此些设置方式为限。

综上所述，本公开一些实施例所提供的收发器装置使用固定增益的低噪声放大器来处理输入信号，以降低负反馈机制引入的寄生效应的影响。另外，当接收到功率较高的输入信号，收发器装置可利用多路滤波器电路增加系统的抗干扰能力。

虽然本公开的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本公开，本技术领域技术人员可依据本公开的明示或隐含的内容对本公开的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本公开所寻求的专利保护范围，换言之，本公开的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种收发器装置，包含：

一数字基频电路，用以分析一输入信号的一功率，以产生一第一控制信号与一第二控制信号；

一第一电路部分，具有一第一增益，并用以根据该第一控制信号被选择，以处理该输入信号以产生多个输出信号；以及

一第二电路部分，具有大于该第一增益的一第二增益，并用以根据该第二控制信号被选择，以处理该输入信号以产生所述多个输出信号，

其中该第一电路部分包含一多路滤波器电路，且该多路滤波器电路用以根据多个第一振荡信号调制该输入信号以执行一滤波操作。

2.如权利要求1所述的收发器装置，其中所述多个第一振荡信号具有一第一频率，且该多路滤波器电路用以根据该第一频率提供一旁路路径，以执行该滤波操作。

3.如权利要求1所述的收发器装置，其中该第一电路部分包含：

一切换电路，用以根据该第一控制信号导通以接收一第一信号与一第二信号，其中该第一信号与该第二信号为对应于该输入信号的多个差分信号；

一信号调整电路，用以放大或衰减该第一信号与该第二信号，以产生一第三信号与一第四信号；以及

多个第一混频电路，用以根据多个第二振荡信号调制该第三信号与该第四信号以产生所述多个输出信号，其中所述多个第二振荡信号的相位彼此不同。

4.如权利要求3所述的收发器装置，其中所述多个第一振荡信号具有一第一频率，所述多个第一振荡信号的相位彼此不同，且该多路滤波器电路用以根据所述多个第一振荡信号调制该第三信号与该第四信号，以滤除该第三信号与该第四信号中具有频率高于该第一频率的一信号成分。

5.如权利要求3所述的收发器装置，其中所述多个第一振荡信号具有一第一频率，且该多路滤波器电路用以根据该第一频率提供一旁路路径，以将该第三信号与该第四信号中具有频率高于该第一频率的一信号成分导向至地。

6.如权利要求3所述的收发器装置，其中所述多个第一振荡信号的相位彼此不同，且该多路滤波器电路包含：

一第二混频电路，用以根据所述多个第一振荡信号调制该第三信号与该第四信号，以产生多个第五信号；以及

一阻抗电路，用以提供多个旁路路径，以将所述多个第五信号导向至地。

7.如权利要求6所述的收发器装置，其中该第二混频电路包含：

一第一开关，用以根据所述多个第一振荡信号中具有一第一相位的一者调制该第三信号与该第四信号，以产生所述多个第五信号中的一对应者；以及

一第二开关，用以根据所述多个第一振荡信号中具有一第二相位的一者调制该第三信号与该第四信号，以产生所述多个第五信号中的该对应者。

8.如权利要求6所述的收发器装置，其中该阻抗电路包含：

多个电容，耦接于该第二混频电路与地之间，并用以提供所述多个旁路路径。

9.如权利要求1所述的收发器装置，其中该第二电路部分包含具有固定增益的一低噪声放大器电路，以提供该第二增益。

10.如权利要求1所述的收发器装置，其中该第二电路部分包含：

一低噪声放大器电路，具有一固定增益，并用以放大该输入信号以产生一第一信号；

一隔离电路，用以转换该第一信号为差分的一第二信号与一第三信号；

多个混频电路，用以根据多个第二振荡信号调制该第二信号与该第三信号以产生所述多个输出信号，其中所述多个第二振荡信号的相位彼此不同；以及

一切换电路，耦接至该低噪声放大器电路的一输入端，并用以根据该第二控制信号选择性地导通，以将该输入信号导向至地。