TW201513587A - 射頻通訊系統及應用於該射頻通訊系統之隔離雜訊方法 - Google Patents

射頻通訊系統及應用於該射頻通訊系統之隔離雜訊方法 Download PDF

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Abstract

本案提供一種射頻通訊系統及應用於射頻通訊系統的隔離雜訊方法。射頻通訊系統包含天線、放大器及雜訊隔離單元。放大器電性連接天線以放大天線傳輸之共模訊號，並輸出放大共模訊號。雜訊隔離單元電性連接放大器，用以阻隔放大共模訊號。雜訊隔離單元包含第一變壓器及第二變壓器。第一變壓器具有第一原邊繞組及第一副邊繞組，第一原邊繞組電性連接於放大器。第二變壓器具有第二原邊繞組及第二副邊繞組，第二原邊繞組電性連接於第一副邊繞組，以阻隔放大共模訊號之傳輸。

Description

射頻通訊系統及應用於該射頻通訊系統之隔離雜訊方法
本案係有關射頻通訊系統，特別是一種具有雜訊隔離電路的射頻通訊系統。
近年來，隨著使用者對電子產品的需求漸增，電子產品中用以傳輸訊息的通訊設備之設計更為重要。以射頻(Radio Frequency；RF)電路來說，射頻通訊系統多使用天線(例如：單端天線或差動天線)進行資料的傳輸。然而，天線於接收及傳輸訊號時，容易遭受電磁雜訊的干擾，使得天線輸出至電子裝置的訊號夾帶大量的雜訊，導致原始訊號因雜訊導致低訊雜比(signal to noise ratio)而失真。原始訊號的失真將造成通訊設備出現錯誤使得電子裝置無法正確地傳輸資訊。
本案提供一種射頻通訊系統及其隔離雜訊方法。此射頻通訊系統利用變壓器及電容組成雜訊隔離單元，有效 地阻隔天線所接收訊號之雜訊，及提升訊雜比。
本案係關於一種射頻通訊系統。此射頻通訊系統包含天線、放大器及雜訊隔離單元。放大器電性連接天線以放大天線傳輸之共模訊號以輸出放大共模訊號；雜訊隔離單元電性連接放大器，用以阻隔放大共模訊號，其中雜訊隔離單元包含第一變壓器及第二變壓器。第一變壓器具有第一原邊繞組及第一副邊繞組，第一原邊繞組電性連接於放大器。第二變壓器具有第二原邊繞組及第二副邊繞組，第二原邊繞組電性連接於第一副邊繞組，以阻隔放大共模訊號之傳輸。
本案亦提出一種應用於一射頻通訊系統之隔離雜訊方法，其中射頻通訊系統具有一天線，一放大器與一雜訊隔離單元，且雜訊隔離單元更包含第一變壓器及第二變壓器，第一變壓器具有第一原邊繞組及第一副邊繞組，第一原邊繞組電性連接於放大器；第二變壓器具有第二原邊繞組及第二副邊繞組，且第二原邊繞組電性連接於第一副邊繞組，此隔離雜訊方法包含藉由天線傳輸共模訊號；藉由放大器放大共模訊號以輸出放大共模訊號；以及藉由雜訊隔離單元阻隔放大共模訊號之傳輸。
100、200‧‧‧射頻通訊系統
110、210‧‧‧天線
120、220‧‧‧放大器
130、230‧‧‧雜訊隔離單元
400‧‧‧雜訊隔離方法
410、420、430‧‧‧步驟
P1、P2、P3‧‧‧節點
C1、C2、C3、C4‧‧‧電容
T1、T2‧‧‧變壓器
R1、R2‧‧‧原邊繞組
S1、S2‧‧‧副邊繞組
M1‧‧‧電晶體
DS‧‧‧差模訊號
CS‧‧‧共模訊號
ADS‧‧‧放大差模訊號
ACS‧‧‧放大共模訊號
GND‧‧‧接地端
第1圖係根據本案一實施例繪示射頻通訊系統之示意圖。
第2圖係根據本案一實施例繪示射頻通訊系統之詳細電路示意圖。
第3A圖係根據本案一實施例繪示第1圖中共模訊號CS及差模訊號DS於節點P1之訊號波形示意圖。
第3B圖係根據本案一實施例繪示第1圖中放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS於節點P2之訊號波形示意圖。
第3C圖係根據本案一實施例繪示第1圖中放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS於節點P3之訊號波形示意圖。
第4圖係根據本案一實施例繪示雜訊隔離方法之流程圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本案所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本案所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相交互操作或動作。
第1圖係根據本案一實施例繪示射頻通訊系統之 示意圖。如第1圖所示，射頻通訊系統100包含天線110、放大器120及雜訊隔離單元130。
天線110之一端電性連接至放大器120，一端電性連接接地端GND，天線110係用以接收無線訊號並用以傳輸共模訊號CS及差模訊號DS至放大器120。，在此，共模訊號CS可為與雜訊有關之傳輸訊號，差模訊號DS可為與資訊有關之傳輸訊號。在一實施例中，上述天線110更為一單端天線(Single Antenna)。
放大器120電性連接天線110以放大天線110傳輸之共模訊號CS及差模訊號DS，並輸出放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS。為清楚標示差模訊號及共模訊號，第1圖中之實線代表差模訊號DS或放大差模訊號ADS，而虛線則代表共模訊號CS或放大共模訊號ACS。
雜訊隔離單元130電性連接放大器120，用以傳輸放大差模訊號ADS及阻隔放大共模訊號ACS。
第2圖係根據本案一實施例繪示射頻通訊系統之詳細電路示意圖。為清楚標示起見，第2圖中之實線代表差模訊號DS或放大差模訊號ADS，而虛線則代表共模訊號CS或放大共模訊號ACS。
在一些實施例中，放大器220包含電晶體M1。電晶體M1之控制端電性連接天線210，電晶體M1之第一端電性連接雜訊隔離單元230，電晶體M1之第二端連接接地端GND。
在一些實施例中，如第2圖所示，電晶體M1可為 雙載子接面電晶體(BJT)，在此情形下，電晶體M1的基極電性連接天線210，其集極電性連接雜訊隔離單元230，其射極連接接地端GND。雖第2圖揭示電晶體M1，但本案不以此為限；換言之，任何本領域具通常知識者，均可依據實際需求選用不同類型的放大電路或元件。
如第2圖所示，雜訊隔離單元230包含第一變壓器T1及第二變壓器T2。在一實施例中，雜訊隔離單元230更包含第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3以及第四電容C4。
結構上，第一變壓器T1具有第一原邊繞組R1及第一副邊繞組S1。第一原邊繞組R1之一端透過電容C1電性連接放大器220，第一原邊繞組R1之另一端連接接地端GND。此外，第一副邊繞組S1之一端電性連接電容C2，第一副邊繞組S1之另一端電性連接電容C3。
第二變壓器T2具有第二原邊繞組R2及第二副邊繞組S2。第二原邊繞組R2之一端透過電容C2電性連接第一副邊繞組S1之一端，第二原邊繞組R2之另一端透過電容C3電性連接第一副邊繞組S1之另一端，以阻隔放大共模訊號ACS之傳輸。此外，第二副邊繞組S2之一端電性連接電容C4，第二副邊繞組S2之另一端連接接地端GND。
此外，上述實施例中變壓器之電感值及電容之電容值係依據實際需求搭配下列公式進行阻抗匹配而獲得。
XL=ωL.....(1)
公式(1)中之XL為射頻通訊系統100之阻抗匹配值(如：50歐姆)，ω為操作系統之角頻率，而L為變壓器中之電感值。由上述可知，藉由公式(1)中已知的阻抗匹配值XL及操作系統之角頻率ω可獲得變壓器中之電感值L。接著，將電感值L代入公式(2)中，藉由已知的操作系統之角頻率ω及電感值L獲得雜訊隔離單元130之電容值C。
舉例而言，於長期演進技術(Long Term Evolution；LTE)中，當頻率為700MHz時，角頻率ω以2pi*700MHz代入，再代入射頻系統之阻抗匹配值XL為50歐姆，則可獲得雜訊隔離單元130中之電感值及電容值。
操作上，於天線210採用單端天線的情形下，由於單端天線之一端接地，因此可藉由映像定理(Image Theory)，將天線210中之單端天線(Single Antenna)視為差動天線(Differential Antenna)，使得天線210可傳輸共模訊號CS及差模訊號DS。
如第2圖所示，共模訊號CS及差模訊號DS皆傳輸至放大器220，放大器220放大共模訊號CS及差模訊號DS，以輸出放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS。接著，放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS輸入至雜訊隔離單元230。由於放大共模訊號ACS為同相訊號，無法傳輸於射頻通訊系統200之迴路中，導致部分的放大共模訊號ACS被阻隔於第一變壓器T1而無法傳送至第二變壓器T2。另一方面，由於放大差模訊號ADS為反相訊號，可傳輸於射頻通訊系統200之迴路中，使得放大差模訊號ADS 可完整地通過第一變壓器T1且傳送至第二變壓器T2。
再者，上述通過第一變壓器T1之部分的放大共模訊號ACS進入第二變壓器T2。同樣地，由於放大共模訊號ACS為同相訊號，剩餘部分之放大共模訊號ACS被阻隔於第二變壓器T2而無法輸出第二變壓器T2。另一方面，由於放大差模訊號ADS為反相訊號，放大差模訊號ADS可完整地通過第二變壓器T2。
由上述可知，第一變壓器T1阻隔部分的放大共模訊號ACS，第二變壓器T2再阻隔另一部分的放大共模訊號ACS。是故，雜訊隔離單元230中的變壓器及電容數量越多，雜訊阻隔的效果越好，越能有效地降低雜訊值及提升訊雜比(Signal to Noise Ratio；SNR)。
上述實施例為方便說明，僅以兩變壓器及四電容組成雜訊隔離單元，但本案不以此為限。本領域通常知識者可依據實際需求增加變壓器及電容之個數，以達到更佳的雜訊隔離效果。
第3A圖係根據本案一實施例繪示第1圖中共模訊號CS及差模訊號DS於節點P1之訊號波形示意圖。第3B圖係根據本案一實施例繪示第1圖中放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS於節點P2之訊號波形示意圖。第3C圖係根據本案一實施例繪示第1圖中放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS於節點P3之訊號波形示意圖。為清楚標示起見，第3A~3C圖中之實線代表差模訊號DS或放大差模訊號ADS，而虛線則代表共模訊號CS或放大共模訊號 ACS。
為方便說明起見，以下以第1圖配合第3A~3C圖進行說明。如第1圖所示，節點P1位於天線110及放大器120之間，節點P2位於放大器120及雜訊隔離單元130，而節點P3位於雜訊隔離單元130之後。
參照第1圖及第3A~3C圖，天線110輸出之共模訊號CS經過放大器120後輸出放大共模訊號ACS，而差模訊號DS經過放大器120後被放大，以形成放大差模訊號ADS。接著，上述放大共模訊號ACS及放大差模訊號ADS通過雜訊隔離單元130，雜訊隔離單元130阻隔放大共模訊號ACS使得其訊號值降低。此外，放大差模訊號ADS在經過雜訊隔離單元130後恢復為先前輸入至放大器120之波形。
由第3A~3C圖可清楚地了解，藉由雜訊隔離單元130的運作，可使得雜訊訊號減弱及資訊訊號不變，實現高訊雜比的目的。
另外，上述用以阻隔放大共模訊號ACS之雜訊隔離單元130可依據實際需求藉由各種方式實現。舉例而言，雜訊隔離單元130可藉由印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)走線的佈局(layout)實現雜訊隔離單元130之等效電路。等效電路中，變壓器之電感值及電容之電容值皆可藉由前述公式獲得。然而，本案之雜訊隔離電路130不以上述實現方法為限。雜訊隔離單元130也可藉由低溫共燒多層陶瓷(LTCC)的方式實現其等效電路，以達到阻隔 放大共模訊號ACS之目的。
第4圖係根據本案一實施例繪示應用於射頻通訊系統之雜訊隔離方法之流程圖。雜訊隔離方法400可藉由第2圖所示之射頻通訊系統來實現，但不以其為限。為清楚說明起見，下述實施例係以第2圖配合第4圖所示之實施例來進行說明。雜訊隔離方法400包含下述步驟。
首先，藉由天線210傳輸共模訊號CS(S410)。其次，藉由放大器220放大共模訊號CS以輸出放大共模訊號ACS(S420)。接著，藉由雜訊隔離單元230阻隔放大共模訊號ACS之傳輸(S430)。
在一實施例中，上述天線210包含單端天線(Single Antenna)。在另一實施例中，上述放大器220包含電晶體M1。電晶體M1之控制端電性連接天線210，電晶體M1之第一端電性連接雜訊隔離單元230，電晶體M1之第二端連接接地端GND。
在次一實施例中，雜訊隔離單元230包含第一變壓器T1及第二變壓器T2。在另一實施例中，雜訊隔離單元230更包含第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3以及第四電容C4。
結構上，第一變壓器T1具有第一原邊繞組R1及第一副邊繞組S1。第一原邊繞組R1之一端透過電容C1電性連接放大器220，第一原邊繞組R1之另一端連接接地端GND。此外，第一副邊繞組S1之一端電性連接電容C2，第一副邊繞組S1之另一端電性連接電容C3。
第二變壓器T2具有第二原邊繞組R2及第二副邊繞組S2。第二原邊繞組R2之一端透過電容C2電性連接第一副邊繞組S1之一端，第二原邊繞組R2之另一端透過電容C3電性連接第一副邊繞組S1之另一端，以阻隔放大共模訊號ACS之傳輸。此外，第二副邊繞組S2之一端電性連接電容C4，第二副邊繞組S2之另一端連接接地端GND。
上述隔離雜訊方法400中，由於放大共模訊號ACS為同相訊號，無法傳輸於射頻通訊系統200之迴路中，導致部分的放大共模訊號ACS被阻隔於第一變壓器T1而無法傳送至第二變壓器T2。另一方面，由於放大差模訊號ADS為反相訊號，可傳輸於射頻通訊系統200之迴路中，使得放大差模訊號ADS可完整地通過第一變壓器T1且傳送至第二變壓器T2。
再者，上述通過第一變壓器T1之部分的放大共模訊號ACS進入第二變壓器T2。同樣地，由於放大共模訊號ACS為同相訊號，剩餘部分之放大共模訊號ACS被阻隔於第二變壓器T2而無法輸出第二變壓器T2。另一方面，由於放大差模訊號ADS為反相訊號，放大差模訊號ADS可完整地通過第二變壓器T2。
在上述實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行，第4圖所示之流程圖僅為一實施例，並非用以限定本案。
綜上所述，本案之射頻通訊系統藉由雜訊隔離單元 阻隔共模訊號及傳輸差模訊號。此外，藉由雜訊隔離單元中變壓器及電容數量之增加，可獲得較佳之阻隔雜訊效果。因此，本案之射頻通訊系統在不影響原始資訊訊號的情況下，有效地降低雜訊值及提升訊雜比。
雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本案，任何本領域具通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧射頻通訊系統
210‧‧‧天線
220‧‧‧放大器
230‧‧‧雜訊隔離單元
P1、P2、P3‧‧‧節點
C1、C2、C3、C4‧‧‧電容
T1、T2‧‧‧變壓器
R1、R2‧‧‧原邊繞組
S1、S2‧‧‧副邊繞組
M1‧‧‧電晶體
DS‧‧‧差模訊號
CS‧‧‧共模訊號
ADS‧‧‧放大差模訊號
ACS‧‧‧放大共模訊號
GND‧‧‧接地端

Claims (10)

  1. 一種射頻通訊系統，包含：一天線；一放大器，電性連接該天線以放大該天線傳輸之一共模訊號，並輸出一放大共模訊號；一雜訊隔離單元，電性連接該放大器，用以阻隔該放大共模訊號，其中該雜訊隔離單元包含：一第一變壓器，具有一第一原邊繞組及一第一副邊繞組，該第一原邊繞組電性連接於該放大器；以及一第二變壓器，具有一第二原邊繞組及一第二副邊繞組，該第二原邊繞組電性連接於該第一副邊繞組，以阻隔該放大共模訊號之傳輸。
  2. 如請求項1所述之射頻通訊系統，其中該雜訊隔離單元更包含：複數個電容。
  3. 如請求項2所述之射頻通訊系統，該些電容包含一第一電容、一第二電容、一第三電容以及一第四電容；其中該第一原邊繞組之一端透過該第一電容電性連接該放大器，該第一原邊繞組之另一端連接一接地端，該第一副邊繞組之一端電性連接該第二電容，該第一副邊繞組之另一端電性連接該第三電容； 其中該第二原邊繞組之一端電性連接該第二電容，該第二原邊繞組之另一端電性連接該第三電容，該第二副邊繞組之一端電性連接該第四電容，該第二副邊繞組之另一端連接該接地端。
  4. 如請求項2所述之射頻通訊系統，其中該第一變壓器與該些電容之至少一者共同操作以阻隔部分之該放大共模訊號之傳輸，該第二變壓器與該些電容之至少一者共同操作以阻隔剩餘部分之該放大共模訊號之傳輸。
  5. 如請求項1所述之射頻通訊系統，其中該放大器為一電晶體，該電晶體之一控制端電性連接該天線，該電晶體之一第一端電性連接該雜訊隔離單元，該電晶體之一第二端連接一接地端。
  6. 一種應用於一射頻通訊系統之隔離雜訊方法，其中該射頻通訊系統具有一天線，一放大器與一雜訊隔離單元，且該雜訊隔離單元更包含一第一變壓器及一第二變壓器，該第一變壓器具有一第一原邊繞組及一第一副邊繞組，該第一原邊繞組電性連接於該放大器；該第二變壓器具有一第二原邊繞組及一第二副邊繞組，且該第二原邊繞組電性連接於該第一副邊繞組；該隔離雜訊方法包含：藉由該天線傳輸一共模訊號；藉由該放大器放大該共模訊號以輸出一放大共模訊 號；以及藉由該雜訊隔離單元阻隔該放大共模訊號之傳輸。
  7. 如請求項6所述之隔離雜訊方法，其中該雜訊隔離單元更包含：複數個電容。
  8. 如請求項7所述之隔離雜訊方法，其中該些電容包含一第一電容、一第二電容、一第三電容以及一第四電容；其中該第一原邊繞組之一端透過該第一電容電性連接該放大器，該第一原邊繞組之另一端連接一接地端，該第一副邊繞組之一端電性連接該第二電容，該第一副邊繞組之另一端電性連接該第三電容；其中該第二原邊繞組之一端電性連接該第二電容，該第二原邊繞組之另一端電性連接該第三電容，該第二副邊繞組之一端電性連接該第四電容，該第二副邊繞組之另一端連接該接地端。
  9. 如請求項7所述之隔離雜訊方法，其中藉由該雜訊隔離單元阻隔該放大共模訊號之傳輸的步驟更包含：藉由該第一變壓器與該些電容之至少一者共同操作以阻隔部分之該放大共模訊號之傳輸；以及藉由該第二變壓器與該些電容之至少一者共同操作以阻隔剩餘部分之該放大共模訊號之傳輸。
  10. 如請求項6所述之隔離雜訊方法，其中該放大器為一電晶體，該電晶體之一控制端電性連接該天線，該電晶體之一第一端電性連接該雜訊隔離單元，該電晶體之一第二端連接一接地端。
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