TW200306065A

TW200306065A - Digital automatic gain control for transceiver devices

Info

Publication number: TW200306065A
Application number: TW092106582A
Authority: TW
Inventors: Wolfram Kluge; Lutz Dathe; Dietmar Eggert
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2003-11-01
Also published as: DE60301577D1; US7184729B2; DE60301577T2; DE10219364A1; US20030203726A1; KR100956667B1; KR20050006209A; TWI302055B

Description

200306065 五、發明說明（i) [發明所屬之技術領域] 本發明係相關於用於無線通訊系統之方法及設備，而且特別是相關於用於例如無線區域網路（WLAN)、行動電話及其之類的收發器裝置之無線資料傳輸的自動增益控制行為。 [先前技術] 現今，人們做了很大的努力去發展能以低成本提供高信賴度的收發器裝置。此需求的關鍵問題在於與可能製造之相關收發器裝置的整合程度。基於成本有效性的考量，此整合程度在許多應用上，例如直播衛星（DBS)接收器及無線區域網路裝置，是非常重要的，但在其他應用上，例如行動電話、行動收音機及其之類的，低耗電量則是首要的考量。目前，收發器裝置的兩個重要結構在市場上相互競爭，其中，基於高整合度與降低耗電量的趨勢，所謂的直接轉換結構似乎較所謂的超外差式結構更成為受喜好的拓撲方法。超外差式接收器將接收到之射頻（RF)信號降頻成一較低的中頻（I F)信號，此中頻信號可以更方便地被濾波、放大、或做其他的處理。雖然超外差結構已建立完備且允許組建操作無虞的接收器裝置，但使這些裝置能正常運作所需之高選擇性中頻濾波器需要運用高品質的電容及電感，從而限制了與超外差結構可達到之整合度，這是因為南品質的電感可能不易貫作於半導體基板上。再者，以極高之中頻信號運作的放大器需要相當大的驅動電

92328 ptd 第5頁 200306065 t五、發明說明（2) 流來為所需之增益因素做準備，使得這些裝置的耗電量可能無法下降至運作於極低頻率之放大器的位準。在直接轉換式接收器中，射頻信號被直接降頻成一直流位準，亦即中頻為零，這使得所需之濾波器及放大器，、排除低雜訊放大器及輸入濾波器，可以以基頻帶運作。因此，所需的濾波器可以整合至帶有全部或大部分殘餘電路的晶片中，同時，相關的放大器其耗電量明顯低於超外差結構中的耗電量。儘管有這些優點，但直接轉換式裝置卻顯示出一個嚴重的缺點，在於任何的偏位漂移，例如本地 _盪器（1 〇 c a 1 〇 s c i 1 1 a t 〇 r)相對於進來的射頻信號之些微不匹對所引起的偏位漂移，可能無法予輕易分離而因此成為基頻帶信號的一部分。不管用以取得基頻帶信號所使用的結構為何，若要能正常運作，接收器裝置必須把射頻信號之信號強度變化納 '入考量，這些變化可能是環境影響所致或是經常改變接收 .器的位置所致，就如同行動電話或手提式電腦裝置的情況一般。另外，在許多應用方面，可能需要偵測一射頻信號突發脈衝以確認一資料傳輸的開始，其中在搜尋射頻信號突發脈衝時，接收器的敏感度通常是最高的。然而，一旦鲁測到射頻信號突發脈衝，就必須針對射頻信號來調整接收器的增益值，以便產生一適當的基頻帶需信號位準以完成一可靠的資料接收。在200 1年IEEE國際固態電路會議上由Peter M. -S t r 〇 e t所發表的於2 2 M b / s Q P S K 8 0 2 . 1 1 B無線區域網路中

92328 ptd 第6頁 200306065 五、發明說明（3) 之零中頻單一晶片收發器（’，A Zero- IF Single Chip Transceiver f0]r Up to 22Mb/sQPSK 8 0 2. 1 1 B Wireiess LAN)’’中，一符合IEEE8〇2·丨lb標準之直接轉換結構的2. 45 GHz無線區域網路收發器展示出高整合度。這僅僅藉由使用一外部前端濾波器、一功率放大器、一基頻帶晶片、一晶體及一電池來達成的，而剩下的零件被包含在單一晶片中原則上’此晶片含有一低雜訊放大器（LNA)，其後緊接著一混波器及一調變濾波器單元。接著，信號被導入至在2dB刻度中具有4〇dB增益之可變增益放大器，此可變增贫放大器之後緊接著一個設有兩個增益設定、相距1 dB 之交流耦合驅動電路。此外，信號從驅動電路的輸入端供應至限制态（1 i m i t e r)及一信號接收強度指示器電路二了低通濾波器及一類比/數位轉換器，以便使一狀態機付以决疋k號強度。由於QpsK信號不具備一固定的封套〇 =) ’所以很難精確地估算接收到之信號強度指示 :衡低、甬Ξ Ϊ ’错由接收兩基頻帶们虎、使用-高階的低 ==器於接收!1之信號強度指示器上、並使用-^ J ^接收到之化號強度指示器範圍約為30dB，便产…縮小接收到信號強度指示ί ί ί:: ΐ置自動增益控制之後，大約要& 9微秒以 ^。因并的增2設ΐ ’以及另一個5微秒使直流補償衰

' ，可變增益放大器對一般的動綠範圍I m f I 當長的安定時間。勒心、靶W木。兄而要相

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五、發明說明（5) 表頭（preamb 1 e)内完成安地相配而不會有資料遺失。零件，例如加法器及閂鎖，時脈週期内產生，如此，自單一晶片收發器内以利直接複雜性。在一實施例中，一種收一可變增益放大器區，此放放大之中頻信號，並在多個刻度 Έ (gain step-wise) 5 此裝置首先包含一基頻帶整同步於一時脈信號的方式，中頻信號。設有一比較器區出信號’以同步於一時脈信電壓作比較。此外，提供一以輸出控制信號，以作為對出信號的反應。定，而使接收器和傳送器本發明藉由運用最少量的使有效的增益控制得以在動增益控制可輕易地整合轉換而不會過度地增加設發器裝置之自動增益控制大器區被設置成用以輸出離散的增益設定中變換增以作為對一控制信號的反流區，此整流區被設置成提供輸出信號以表示放大，此比較器區設置成用以號的方式，和多種不同之控制區，此控制區被設置該比較器區所提供之比較根據另一實施例，一包含-信號輸入區，此於，頻接收器之自動增益增益放大器之中頻作號知^ f被調適成用以接收來號。此控制器另包含Γ:^供—樣本信號以表示號至可變增益放大器。二j二出，用以輸出一增益信號和多種臨限電；之車f器區被設置成用以提制器，此控制器1置成Λ佼的結果。設有一增益 D又置成用以從比較器的結果中產生相當數位幾個至一計的包含一已盈設應。用以後之將輸參考成用器輸制器可變頻信定信樣本定控設

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200306065 五、發明說明（6) 定信號，此結果中之離散增益設定的第一個數字與提供至該增益設定控制器的一時脈信號同步。然後，增益設定控制器包含一加法器及一閂鎖，此閂鎖由時脈信號產生作用並連接於加法器之一輸出與一輸入之間，以便構成一累加 -器。在另一實施例中，一種自動控制輸入信號之增益的方 ^法包含提供一時脈信號並從與時脈信號同步之輸入信號產生一樣本信號，其中，此樣本信號用以表示輸入信號之振幅。此方法另包含將樣本信號和多種不同的臨限電壓作比 &，並根據以同步於時脈信號的方式之比較結果來產生一位元圖樣。此外，代表位元圖樣之數字被連續加入並與時脈信號同步，接著產生一輸出信號以表示分離增益設定。在另一說明性實施例中，一種用以提供增益設定信號來挑選多種增益設定之一的自動增益控制器包含一整流 ‘區，此整流區被設置成用以接收一輸入信號並輸出一樣本 ^信號以表示輸入信號之信號振幅。設有一數位化區，此數位化區被設置成用以將此樣本信號轉換成一數字，以及一加法器設有一輸出、接收此數字之第一輸入以及一第二輸入，其中此加法器設有對應多種增益設定之計數範圍。一鎖設有一輸入及一輸出，其中此閂鎖的輸入連接至加法器的輸出，而此閂鎖的輸出連接至加法器的第二輸入。另外，此自動增益控制器包含一解碼器，此解碼器設有連接至加法器輸出的輸入及用以提供增益設定信號之輸出，其 -中數位化區及閂鎖是以同步於一時脈信號的方式運作。

92328 ptd 第10頁 200306065 五、發明說明（7) [實施方式] 要注意的是，雖然本發明乃藉由參照以下詳細說明及所附圖式闡明之實施例來描述，但詳細的說明以及圖式並非將本發明限制於其中所揭示之特定實施例，反之所描述的這些實施例僅僅說明了本發明之各個觀點，其範圍明確地定義於附加的申請專利範圍中。茲參照第1 a圖，以下將描述一說明性實施例。收發器裝置1 0 0包含一可變增益放大器及濾波器區1 1 0，此後稱為可變增益區，此區設有一輸入1 0 2，用以接收射頻信號、一輸入1 0 3，用以接收增益設定信號、以及一輸出1 0 4，用以提供中頻信號，例如用於直接轉換結構時之基頻帶信號，至可變增益區1 1 0。可變增益區1 1 0之後緊接著一整流區1 2 0，設有一輸入1 2 1，用以接收可變增益區1 1 0的中頻信號、一輸出1 2 2，用以提供一信號以表示輸入中頻信號的振幅，以及在一特定實施例中之一時脈輸入1 2 3，用以接收使整流區1 2 0運作之時脈信號。比較器區1 3 0在運作上係連接於整流區1 2 0及閂鎖1 4之間。比較器區1 3 0包含一輸入1 3 1，用以接收整流區1 2 0之輸出，以及一輸出1 3 2，用以提供一位元圖樣以表示進入輸入1 3 1之信號的振幅。另外，亦設有一輸入1 3 3以便接收多種不同的參考電壓，這些電壓在内部連接至比較器區 1 3 0中之各個比較器元件。閂鎖1 4 0將其輸入1 4 1連接至比較器區1 3 0並將其輸出1 4 2連接至一控制區1 5 0之一輸入 1 5 1。再者，閂鎖1 4 0包含一時脈信號輸入1 4 3來接收由時

92328.ptd 第11頁 200306065 五、發明說明（8) ψ 脈產生器所產生的時脈信號，此產生器在第1 a圖中未顯示。控制區1 5 0之一輸出1 5 2連接至可變增益區11 0之輸入 103° 收發器裝置1 0 0的操作方式將藉由參照第1 a圖及第2圖 •而描述於下文。首先，例如無線區域網路、電視衛星或任何其他的無線電裝置所傳送之射頻信號在輸入1 0 2被接收，並由可變增益區1 1 0進行處理，使得於輸出1 0 4獲得一中頻信號。倘若將直接轉換拓撲方法使用於可變增益區1 1 0，則中頻信 φ會以同相且正交之基頻帶信號的形式被提供。基頻帶信號在輸出1 0 4可進行進一步的處理，且同時被提供至整流區120之輸入121 (步驟201)。在輸入1 2 1接收到的信號可予整流並且可能順利地在輸出1 2 2產生一個信號，顯示在輸入1 2 1接收到之基頻帶信 ’號的振幅（步驟2 0 2)。一在一實施例中，可於輸入1 2 3接收時脈信號，其中整流區1 2 0定期地切換至一定義的狀態，以便，舉例來說，釋放出可能存在於整流區1 2 0中的任何電容量。否則，在輸入1 2 1之信號的較大變化可能會因整流區1 2 0中的R C時間數之故而造成輸出1 2 2的延遲反應。由輸出1 2 2提供之信號代表基頻帶信號之振幅且被提供至比較器區1 3 0，其中該信號和多種提供至輸入1 3 3之參考電壓做比較。在一特定實施例中，參考電壓依據對數標尺 • ( logarithmic scale)可能互不相同，因此輸出13 2所提

92328 ptd 第]2頁 200306065 五、發明說明（9) 供之位元樣本可能在壓之增益超量。比/數標尺上代表相對於—預設需求電過對應之參考電壓ίί'! 130可以設置成使其於信號一越土相父時就提供一邏輯1及位元圖樣。然而必須了解的是，复从丹他任何的邏輯都可以用在比較器區曰、&便產生夂個適當的位元圖樣。一接收到時脈信號的 ^二緣與下降緣’位於閂鎖1 4 0之輸入1 4 1的位元圖樣將暫日"存放且可用於輪出142中（步驟2 0 5)。閃鎖14 〇中所儲存的位元圖樣被提供至控制區1 5 0，其中位兀圖樣可轉成一數字，代表目前有效的增益超量。該數字被轉換成一個別的增益設定，而可變增益區110設成該增益設定以達到或接近所需的增益設定。數字轉換成對應的增盈設定可藉由連續將增益超量數字加至前一個時脈週期中所取得之一數字來達成（步驟2 〇 6)。接著’一用以表示增益設定之信號被提供至可變增益區1 1 0。在一實施例中，提供至比較器區1 3 〇之參考電壓中’至少某些參考電壓會以可變增益區η 〇之最小增益刻度的差異而互不相同，以便提供一個「好的」解答。可變增盈區1 1 0之增益設定可以快速地在一時脈週期内產生作用’只要當整流區1 2 0之輸出1 2 2信號所代表之增益超量是落於這些提供至比較器區1 3 〇之輸入1 3 3且已微調之參考電壓的範圍内時。然而，若輸出1 2 2所提供之信號振幅超過參考電壓中之最高者，則可變增益區u 〇之增益設定可能會以一預設的量下降。在一實施例中，至少挑選一參考電壓’以便表不一較大的增益超量，例如一 36dB&增益超

92328 _ 第13頁 200306065 五、發明說明U〇) 量而增益設定以此增益超量下降以便加速對較化的增益下降量。、°號變第1 b圖顯示第1 a圖之實施例之更詳細的變化。在μ 圖中’相同的參考數字用於相同的組件與零件。第1 b 收發器裝置1 00包含可變增益區i ! 〇，此區在輪入比凡包括一低雜訊放大器（LNA) 105，其後緊接一混=哭階段 1 0 6，此混波器被設置成用以在一接收到本地振盪哭°° 顯示）之中頻信號時提供同相的信號及正交的信號、未頻帶濾波器1 0 7及1 0 8，於此範例中被提供作為雙正六兩基 φ B i - qu ad)濾波器，形成可變增益區1 1 〇之最後階段。第1 b圖所示之實施例中，低雜訊放大器1 〇 5、第一濾 ^ 1 0 7及第二濾波器1 〇 8皆改造成用以接收一可相對調整對。階段增益之增益設定信號，使得可變增益區】丨〇之她^ 2… 被定義成個別增益設定之乘積。以此方式，此配置〜允由切換二兀加權電阻器來調整增益，使得個別組 ^藉 107及10 8之對應增益設定會變成在對數（1_域的相、一特定貫施例中，可變增益區i丨〇之增益可根據以之28個增益刻度來調整，那麼便可獲得總共29個分離= 設定。因此，有效的動力範圍為84(ΐΒ。曰羞 •在第1b圖中，控制區150包含一編碼器154,此編碼哭連接至標示為丨30、1 4〇的比較器_閂鎖區，其後接‘’、一益加法器155,此加法器包括連接於加法器之輸盥二間t閉鎖156。加法、器」55之輸出亦連接至一解碼器之其知出連接至可變增盈區1 1 〇之輪 1 < ?別入1 0 3。加法器1 5 5可包 200306065 五、發明說明（11) ^ -- 含一重置輸入159,以便在接收一重置信號時建立加法器 1 55之已定義的狀態。再者，力σ法器155最好能調適成用以顯示飽和之特性’亦即，在-實施例中，加法器155被設置成不要計數低於0及高於28。假如使用到不同數量的增益設定，加法器155可適當地調整至可變增益區11〇中之曰對應的增益設定數量。在操作中丄可變增益區110在輪入1〇2接收一射頻輸入信號，根據目珂有效之增益設定，此射頻信號被低雜訊放大益1 05所放大。為了方便起見，假設可變增益區丨丨〇目前正收尋一射頻信號且總增益被調整至最大增益，此最大增益1上=之實施例中可以是84dB。作為第一放大器級之由低鍊讯放大益105所放大之射頻信號被提供至此混波器1〇6是由本地振盪器之兩個相移位之頻率^號所驅動的。本地振盪器與射頻信號之载頻相符人、，而° \ 基頻帶信號被雙正交濾波器107及1〇8過濾且放大。最後於 =2”^可在輸出1()4取得，此基頻帶信號亦被提丄此整流區’以同步於-時脈信號的方 ::’ 3基信號整流以產生一整流過之信號或樣本信 =用^表不基頻帶輸出之信號振幅。舉例來說，在時脈 ^號的南週期期間，整流區120之輪出可能被拉至零，如第la圖所示，然而在時脈信號的低週期期間，整流後之基頻帶信號的測量可能藉由比較器-問鎖區13〇、14〇來行。定期地將整流區12〇之輸出拉至零可大大地制止整流區120之整流直流刻度反應，而且也可大大地避

92328 ptd 第15頁 200306065 五、發明說明（12) < 大的增益降低發生後之平均RC時間常數所造成的整流輸出信號太慢下降。在時脈信號的上昇緣或下降緣，提供至比較器-閂鎖區之整流後的輸出信號將暫時予以儲存在閂鎖器，且可用於比較器-閂鎖區1 3 0、1 4 0之輸出上。在具有8 4 d B的動態範圍之一實施例中，如上所述，比較器與閂鎖L 0至L 7可將整流後之基頻帶信號和8個不同的參考電壓做比較，以便產生一位元圖樣，用以表示基頻帶信號之振幅並因此表示目前可變增益區Π 0之有效增益超量。舉例來說，被提供至比較器/閂鎖L 2之參考電壓可代可變增益區1 1 0之需求輸出電壓，並且可被標示為OdB位元。倘若，舉例來說，需求的輸出電壓大約為1 25mV，貝ij L2的參考電壓可能被選為大約2. 5dB，在1 25mV以上，與大約1 67mV相符合。比較器/閂鎖L3至L5可接收參考電壓，這些參考電壓各以3dB與毗鄰之參考電壓分隔。比較器/閂鎖 L7可接收一參考電壓，表示在OdB以上超過36dB信號位準之一信號振幅，而比較器/閂鎖L 6可接收一參考電壓，表示超過2 4 d B之一信號振幅。最好選擇3 6 d B位準為低於或位於可變增益區1 1 0之飽和位準。當射頻輸入信號擁有一相當大強度時，整流區1 2 0可提供一輸出信號至參考電壓超 φ L 7的比較器/閃鎖區1 3 0、1 4 0，使得編碼器1 5 4產生一數字，表示一適合將總增益降低3 6dB之增益刻度。由編碼器 1 5 4輸出之數字被提供至加法器1 5 5，並且在時脈信號的上昇緣時被加至閂鎖1 5 6所提供的數字中。因為目前的增益設定是被假設為最大增益，即8 4dB，所以暫存於閂鎖1 5 6

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I 92328 ptd 第]6頁 200306065 五、發明說明（13) 、〜 - 且在日可脈信號上昇緣被提供至加法電器輸入的加法恭 .^ ^ 电裔牵月、出為冬，使得在時脈信號的上昇緣之後，加法器提供一數子至角午碼為1 5 7 ’表示下降3 6 d B之新增益設定。解碼器1 5 7 提供一增益設定信號至可變增益區1丨0，此增益設定信號適於將總增益調整為低於之前設定的3 6 d B，亦即8 4 d B減 36dB。

在整流區1 2 0之下一個測量週期中，由新設定之可變增益區1 1 0所獲得之信號再次和L 2至L 7之參考電壓做比較。如果信號介於L2至L5之1 2dB範圍内，則可變增益區 1 1 0之總增益則在此步驟中被設定，以便產生一基頻帶輸出，此輸出大約位於L2之相對於OdB信號的需求參考電壓。倘若由新設定之可變增益區1 1 0所獲得之信號再次超過L7的臨限值，則增益再次下降36dB，而因此在下一個增益下降步驟後，根據84dB的動態範圍，此增益便介於L2至 L5之12dB範圍内。倘若由新設定之可變增益區1 1 0所獲得之信號超過L 6 的臨限值，但低於L7的臨限值，則增益則再次被下降 24dB，而因此在下一個增益降低步驟後，此增益便介於L2 至L5之12dB範圍内。根據此實施例，增益下降被設計成使得剩餘接收器之增益超量為0或以上，藉此使可變增益區11 0之增益調整能夠達到一單調性的安定行為。因此，可大大地避免總增益之任何過衝或下衝。再者，增益安定會在至多三個刻度内

92328 ptd 第17頁 200306065 五達、發明說明（14) 成。當增值控制被设计成主要對射頻突發脈衝而非L 6及如 L7做出反應時，比較器閂鎖L0及L1可用於此目的。否則，下文將述及，閂鎖L0及L1可用於增大增益。，藉參照第3圖，自動增益控制之說明性實施例的操作係由一對應之時序圖來描述，此時序圖適用於收發器裝置 0 0觀測一可能的射頻信號之特定無線電頻道的情%兄^就如同在一無線區域網路中一周邊裝置正等待一資料傳Ϋ日士況一樣。描述此情況的實施例設置成如第1]3圖=了其中被挑選在22ΜΗΖ/26之時脈頻率等於8 ’ 了々、i54b.l53KHz，斜雍 —1 · 1818微秒的時脈週期。22MHz《#么& , 7恩攀 Λ衣母秒11百萬位夕 ΙΕΕΕ8 0 2· 1 1Β標準時脈速率。自動增兴& ^ 9 Jem 4 ητ 士十 ν> ρ 三個刻度中調整好增益設定，使得増益6 又攻在至多發脈衝的表頭其第一個1 28位元内完成"，女疋在對應射頻突衝係遵循上述之標準。而此射頻犬發脈在第3圖中’水平軸被分割成時脈週期。如前所述，在時脈信號的高週^ K之離散時脈之輸出可能拉至零且無法執行測量。在j 1，整流區1 20 射頻信號可能在輪入i 〇2被接收並以_ 時間點1:1上，一放大，這是因為在觀測一可能信號之益2的增盈因子被籲裝置1 0 0通常處於最大增益。在時脈、、卢%電頻道時，收發準上產生一樣本信號，代表由可變増^ 的下一個低位基頻帶信號的振幅。在時脈信號的上3纟又疋110所輸出之脈週期2—開始時，位於整流區i 2〇之=緣期間，亦即在時壓做比較，且對於一相當大的射頻二出的信號和參考電旒而言，比較器/閃

200306065 五、發明說明 (15)

鎖L7指出增益超量超過36dB，所以解碼器ι57提供一增益設定信號，使可變增益區π 〇將增益降低36dB。在時脈信號的下一個高位準中，整流區1 2〇之輸出被拉至零，而可變增益區1 1 0可設定於48dB的新增益設定。在時脈信號的下一個低位準期間，根據新調整之增益設定而放大之基頻帶信號被整流並提供至比較器/閂鎖區1 3 〇、1 4 〇。在時脈信號的下一個上昇緣期間，亦即在時脈週期3一開始時，比較器結果被儲存且亦提供至控制區至1 5 〇，在其内產生了新增盈設定之增益設定信號。我們假定提供至比較器區之信號仍在L 2至L 5所涵蓋的1 2 d B範圍之上，而且也在L 6的參考電壓之上，但低於L7的參考電壓，亦即增益超量超過 2 4 d B但低於3 6 d B。因此，根據新獲得之增益設定信號，增盈下降了 2 4 d B。在時脈信號的下一個高位準中，整流區 1 2 0之輸出被拉至零，而可變增益區n 〇設定於24dB之增益於是確定了在第三個測量週期後所取得的信號位準是介於0及1 2 d B範圍内，使得最後的增益調整可在射頻突發脈衝發生後的第三個時脈週期中獲得。再者，閂鎖L 〇、乙1 分別可設定成約-3 d B及-1 2 d B，以便在增益適應射頻突發脈衝後’當七號慢慢變化時，為增益增大做準備。上述之實施例於是代表介於提供之參考電壓的數量與安定增益設定所需之時脈週期的數量之間的折衷。在上述實施例中可以確定的是’以8個所提供的參考電壓，在上述 IEEE8 0 2. 1 1 B標準之表頭内的84dB之整個動態範圍上，增

200306065 五、發明說明（16) t 益安定可在三個時脈週期内獲得。藉此，可假設挑選了 OdB參考電壓，使得任何可能之射頻信號在符合OdB之增益設定中不會超過OdB參考電壓，這表示不需要放大即可取得預設之基頻帶信號的振幅。在另一實施例中，相對於提供至閂鎖1 4 0之時脈信號，提供至整流區1 2 0與閂鎖1 5 6之時脈信號可能被延遲，以便在整流區1 2 0的輸出被拉至0之前，確定閂鎖儲存了比較結果。在一實施例中，在觀察可能之射頻突發脈衝的無線電 ϋ道模式中，被提供至閂鎖1 4 0之時脈信號可能被攔下 (gated)，使得僅有隨後的3個時脈週期被提供至閂鎖 1 4 0，藉此顯著地減少因錯誤的測量行動而造成的濾波器轉換風險。一對應之濾波器轉換反而可能不正確地使接收到之信號變形。在第3圖中，被攔下之時脈信號以c 1 k 1表示。此外，根據另一說明性實施例，自動增益控制可能會因提供至，例如，編碼器1 5 4之個別致能信號而被設成暫停。如前所述，輸入1 5 9所提供之一重置信號可將加法器重置成一定義的狀態，例如一零狀態。再者，加法器之輸出可用以作為收到信號強度之指示器。 _ 茲參照第4a圖及第4b圖，第lb圖所闡明之實施例的操作方式將描述於下文，針對相當緩慢遞增或遞減的輸入信號，將完成自動增益控制。第4 a圖顯示一圖表，其中水平轴表示時間，而垂直軸 •代表一進來之射頻信號的信號振幅。我們假定接收到之射

92328 ptd 第20頁 200306065 五、發明說明（17) 頻信號單調性地遞增直到一時間點t 2，然後射頻信號在該點連續地降下，例如，因為收發器的位置改變或其之類的。在第4b圖中，在時脈信號之低位準期間測量且於整流區1 2 0之輸出獲得之對應的整流後信號的振幅是以關於dB 值域（左側軸）及在m V (右側軸）之相對應已校準的線性標尺來闡明的。我們假定，在對應時間軸原點之低於t 0的時間點上，整流後之信號振幅大約在OdB或1 2 5mV之要求的信號振幅上。在t 0上，射頻信號以及整流後之信號振幅上昇並在時間點tl達到2. 5 dB或167m V的比較器L2之參考電壓。於是，自動增益控制在一個時脈週期内將增益下降 3dB，使得tl後之整流後之信號振幅大約為-0. 5dB。從tl 至t 2，射頻信號的振幅依然遞增，因而被整流後之信號振幅亦遞增，從-0. 5dB開始，在時間點t2再次達到比較器L2 之2 . 5 d B參考電壓。因此，增益再次於一個時脈週期内下降3dB，使得整流後之信號振幅再次處於-0. 5dB。在時間點12上，射頻信號的振幅會下降，這是由於，例如，任何環境上的影響或其之類所致，對於此種情況必須增大可變增益區11 0之增益。在第1 b圖的實施例中，L 1 之比較器參考電壓可被調整成-2.5dB，而L0之參考電壓可調整成-1 2 dB。然而，必須注意若有需要，可提供任何其他數量的參考電壓。在時間點t 3上，整流後之信號振幅達到比較器L 1之 -2 . 5 dB的參考電壓，結果自動增益控制在一個時脈週期内

92328 ptd 第21頁 200306065 ，五、發明說明（18) 使增益值增加了 3dB。因此，根據新的增益設定，整流後之信號振幅將上昇至0 . 5 d B。因此，在上述實施例中，整流後之信號振幅變化以及基頻帶信號的變化係介於 + /-2. 5dB的範圍内。然而，應注意的是，藉由相對地挑選 -參考電壓與增益刻度，便可獲得其他任何適當的小信號變化。另外，在上述範例中會得到一 2dB磁滯量，如第4b圖所示。一般而言，輸出信號的變化是由以下方程式之增益刻度大小及磁滯量所決定的：輸出變化=+/ - 1 / 2 X (增益刻度大小 +磁滯量）。 φ 對一個由，例如，整流後低於L 0參考電壓之信號振幅所表示之快速遞減的射頻輸入信號而言，自動增益控制以 1 2 d B增加增益。因為是對大約1 2 5 in V的需求輸出電壓，通常必須容許一大約+/-1 OmV的直流補償，所以當1 OmV已代表低於名義輸出電壓約2 8 dB的信號位準時，可能較難偵測 ‘一整流後信號振幅的較低位準。 . 總之，本發明提供一自動增益控制，使得增益安定能夠快速達成，即便是在依據IEEE 8 0 2. 1 1 B標準所編碼的資料封包之表頭内，在其内建立了一僅能由閂鎖切斷之數位封閉迴路，閂鎖被用以暫存一代表基頻帶信號之位元圖 ^。在更新閂鎖之内容後，數個數位信號同步地穿過一編碼器、一加法器及一解碼器以使一新的增益設定產生作用。該加法器包括一作為回饋元件之閂鎖，以便構成一具備飽和狀態之累加器。對最大增益而言，累加器狀態為 -零。在自動增益控制的安定狀態中，編碼器的輸出為零，

92328 ptd 苐22頁 200306065 五、發明說明（19) 而加法器的輸出維持不變。根據一實施例，可藉由以3 dB分隔之2 9個增益設定來獲得完全可控制之84dB的動態範圍，其中自動增益控制之最大安定時間可設定成時脈週期之一預設數字。雖然對一 8 4 d B的動態範圍而言已描述了特定的實施例，但亦可選擇任何其他預設的範圍。可藉由下降動態範圍來加速增益安定或縮短刻度。再者，只要保證增益安定與基頻帶信號的測量在半個時脈週期内完成，便可根據設計需求來選擇時脈頻率。

鑑於此說明，熟習此項技術者會立即想到本發明之其他的修改與變化。因此，此說明僅被看作是例證，而且是用於教導熟習此項技術者實行本發明之一般的方法。

92328 ptd 第23頁 200306065 圖式簡單說明 r [圖式簡單說明] 本發明之進一步的優點、目的與實施例在附加的申請專利範圍中有明破的定義，而且在參考附件圖式時，藉由以下詳細的說明，將變得更為清晰明瞭，其中：第1 a圖概要地顯示自動增益控制之一實施例的區塊圖；第1 b圖概要地顯示第1 a圖所示之實施例之變化的區塊圖；第2圖顯示一流程圖，描述收發器裝置之自動控制增 φ的方法之一說明性實施例；第3圖概要地顯示一時序圖，當自動增益控制器接收到一輸入信號突發脈衝時，概要地描述出自動增益控制器之各種組件間的時間關係，以及第4圖概要地顯示一時序圖，描述當接收一緩增或緩減信號時之一說明性實施例的作用。 100 收發器裝置 102' 103 、121 m、1 33^ 14卜 151 苹刖入 104、 122 、132 142、1 52 m 出書0 5 低雜訊放大器 106 混波器 107' 108 渡波器 110 可變增益區 120 整流區 123 時脈竿刖入 130 比較器區 140、 156 閂鎖，143 時脈信號輸入 150 控制區

92328 ptd 第24頁 200306065 圖式簡單說明 154 編碼器 157 解碼器 15 5 加法器 159 重置輸入

92328 pid 第25頁

Claims

200306065 六、申請專利範圍， 1. 一種收發器裝置之自動增益控制，包含：一可變增益區，此增益區被設置成用以輸出一放大之中頻信號，並在多個離散的增益設定中變換一增益設刻度量以作為對一控制信號的反應；一中頻整流區，此整流區被設置成用以同步於一時脈信號的方式來提供一樣本信號，表示放大之中頻信號；一比較器區，此比較器區被設置成用以同步於該時脈信號的方式將該樣本信號和多種不同的參考電壓 0做比較；以及一控制區，此控制區被設置成用以輸出該控制信號，以作為對該比較器區所提供之比較器輸出信號的反應。 2. 如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該控制區包含一累加器及一記憶體裝置，此累加器包括設有一輸入與一輸出之加法器，而此記憶體裝置被連接於該輸入與該輸出之間，用以同步於該時脈信號的方式來暫存該加法器之輸出。 3. 如申請專利範圍第2項之自動增益控制，其中該累加器 φ被調適成對該多種分離增益設定具有飽和之特性。 4. 如申請專利範圍第3項之自動增益控制，其中該控制區另包含一編碼器，此編碼器被設置成用以將該比較器輸出信號轉換成一數字。 5. 如申請專利範圍第4項之自動增益控制，其中該控制區

92328 pid 第26頁 200306065 六、申請專利範圍另包含一解碼器，此解碼器被設置成用以將該加法器之輸出轉換成該控制信號。 6 .如申請專利範圍第1項之自動增益控制，係設置成用以在一些預設的時脈週期内達到增益安定。 7. 如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該比較器區包含一記憶體元件，用以同步於該時脈信號的方式暫存比較器結果，並輸出此結果。 8. 如申請專利範圍第6項之自動增益控制，其中該毗鄰之增益設定以大約3dB相互差異。 9. 如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該可變增益區被設置成用以輸出一基頻帶信號。 1 0 .如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該可變增益區包含一用以接收射頻信號之具有可變增益的低雜訊放大器，及一具有可變增益的濾波器單元。 1 1.如申請專利範圍第1 〇項之自動增益控制，其中該濾波器單元包含至少一個雙正交濾波器。 1 2 .如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該中頻整流區被設置成用以定期地將其輸出拉至一預設之參考電壓。 1 3 .如申請專利範圍第1項之自動增益控制，其中該控制區包含用以提供一信號之輸出，此信號表示提供至可變增益區之射頻信號的無線電信號強度。 1 4. 一種射頻接收器之自動增益控制器，包含：一信號輸入區，此輸入區調適用以接收中頻信

9232S ptd 第27頁 200306065 六、申請專利範圍號，並提供一樣本信號以表示中頻信號之振幅；一控制輸出，用以輸出一增益設定信號；一比較器區，此較器區被設置成用以提供該樣本信號和多種不同臨限電壓之比較結果；以及一增益設定控制器，此控制器被設置成用以從該比較器結果提供該增益設定信號，並以同步於一時脈信號的方式將離散增益設定的第一數字提供至該增益設定控制器，其中該增益設定控制器包含一加法器及一閂鎖，此閂鎖由該時脈信號產生作用，並且連接於 g該加法器之一輸出與一輸入之間，以便構成一累加器。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之自動增益控制器，其中該信號輸入區包含以同步於該時脈信號的方式來運作 (actuable)的整流區。 —1 6 .如申請專利範圍第1 5項之自動增益控制器，其中該比 β 較器區另包含一閂鎖以暫存代表該比較結果之位元圖樣。 1 7.如申請專利範圍第1 4項之自動增益控制器，其中該加法器的數值範圍對應至分離增益設定的數量。 ^#8 .如申請專利範圍第1 4項之自動增益控制器，其中該多種臨限電壓中的某些電壓以大約3dB的刻度大小涵蓋一預設之動態範圍。 1 9 .如申請專利範圍第1 4項之自動增益控制器，其中該預 _ 設之動態範圍大約為12dB。

92328 ptd 第28頁 200306065 六、申請專利範圍 2 0. —種自動控制輸入信號之增益的方法，此方法包含：提供一時脈信號；以同步於該時脈信號的方式從該輸入信號產生一樣本信號，此樣本信號表示該輸入信號之振幅；將該樣本信號和多種不同臨限電壓做比較；以同步於該時脈信號的方式從該比較產生一位元圖樣，提供代表該位元圖樣之一數字至一加法器之第一輸入；以同步於該時脈信號的方式提供代表先前已取得之樣本信號的位元圖樣之一數字至該加法器之第二輸入；以及從該加法器之一輸出產生一增益設定，其中該增益設定信號被改調適以控制一可變增益放大器區之增益。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之方法，另包含偵查該輸入信號，並在偵查到該輸入信號時，提供一預設數量的第二時脈信號之時脈週期以作為該時脈信號。 2 2 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中產生一樣本信號包括在該時脈信號的半個週期内測量該輸入信號。 2 3 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中該加法器設有一計數範圍，此範圍係對應至增益設定的一預設數字。 2 4 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中執行該樣本信號的比較係位於該時脈信號的上昇緣與下降緣之其中之

92328 pid 第29頁 200306065 六、申請專利範圍一— 〇 2 5 .如申請專利範圍第2 0項之方法，另包含在將該樣本信號與複數個臨限電壓做比較之後，將該樣本信號拉至一參考電壓。 2 6 .如申請專利範圍第2 0項之方法，其中該加法器之輸出的一數字被暫存於一閂鎖中，此閂鎖連接於加法器的輸出與第二輸入之間。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之方法，其中該閂鎖以同步於該時脈信號的方式產生作用。 #. 一種自動增益控制器，用以提供增益設定信號來挑選多種增益設定中的一種，包含：一整流區，此整流區被設置成用以接收一輸入信號，並輸出一樣本信號，表示該輸入信號之信號振幅；一數位化區，此數位化區被設置成用以將該樣本信號轉換成一數字；一加法器，設有一輸出、一用以接收該數字及一第二輸入之第一輸入，該加法器設有對應至該多種增益設定之一計數範圍； B —閂鎖，設有一輸入及一輸出，此閂鎖的輸入連接至加法器的輸出，此閂鎖的輸出連接至該第二加法器輸入；以及一解碼器，設有一連接至該加法器之輸出的輸入及用以提供該增益設定信號之一輸出；

92328 pid 第30頁 200306065 六、申請專利範圍其中該數位化區及該閂鎖以同步於一時脈信號的方式被執行。 2 9 .如申請專利範圍第2 8項之自動增益控制器，其中該數位化區包含一整流區及一比較器區，此比較器區連接至多種不同的臨限電壓。 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之自動增益控制器，其中該比較器區包含一閂鎖，用以暫存代表該比較器區之一輸出信號的一位元圖樣。 3 1 .如申請專利範圍第3 0項之自動增益控制器，其中該數位化區另包含一編碼器，此編碼器被設置成用以將該位元樣本轉換成該數字。 3 2 .如申請專利範圍第2 9項之自動增益控制器，其中該整流區被設置成用以將其輸出拉至一定義的參考電壓。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項之自動增益控制器，其中該整流區的輸出以同步於該時脈信號的方式被拉至參考電壓。 3 4 .如申請專利範圍第2 8項之自動增益控制器，此控制器被設置成用以接受該時脈信號之一預設的時脈週期。

92328 ptd 第31頁