TW498609B - Transmitter power amplifier ramping method - Google Patents

Description

498609 — ____— 五、發明說明（1) 發明背景 技術範脅 本發明大致上是關於通信電子領域，特別是關於一種在 夾制數位收發器中的功率放大器時，用以降低頻率雜訊的 方法。 相關技藝的說明 擴展頻譜是一種廣泛使用於軍事與商業應用上的通訊技 術。在一個展頻通訊系統中，在發送信號到頻道上前會先 擴展（也就是增加）將發送的調變頻寬，然後在接收器端將 頻寬等量解擴（也就是減少）° 擴展頻譜的一個主要應用是促進各自獨立電子裝置間的+ 無線通信。舉例來說，無線區域網路（W L A N )是一種使用無 線電的技術在空中收發資料的一種报有彈性的資料通訊系 統，藉以把用線路連結的需求減少或降至最低。在一個典 型的WLAN中，存取裝置是由從一個固定位置連結至有線網 路的收發器所提供，使用者遂過收發器連結到WLAN，收發 器通常是被製作成膝上型電腦中的PC卡或是桌上型電腦用 的I S A或P C I卡。收發器也可以與任何裝置整合在一起，例 如手持式電腦，個人數位助理，或其他類似的裝置。 現今市場上所看到的WLAN產品大部分都是提供專屬的展 頻解決方案，以垂直式的應用為目標，並在9〇〇MHz與 2.4GHz ISM的頻帶運作。這些產品包括如以上所述之在4 PCMCIA ’ISA與訂製的pc板平台上之無線的配接器與存取 裝置。一個典型的展頻收發器包含一個連結到一個基頻處

498609 五、發明說明（2) " 理器的傳統的IF無線電電路，該電路提供收發器中被發送· 信號所需的調變與接收到之信號所需的解調。IF無線電雷 路包括-個頻率合成器，該頻率合成一個. 器（VC0)與一個鎖相迴路（PLL)。基頻處理器執行一特定的 展頻調變技術，如直接序列式（DS)調變，跳頻（fh)調變，·· 跳時（ΤΗ)調變，或混合一或多種模式之混合調變。 以上所說的展頻收發器通常是以時間分隔雙工（TDD)模 · 式作業’其中發送器在發送封包期間會開啟而在接收封包 期間會關閉。發送器包括好幾個元件，其中有一個功率放 大器，與一對上變頻混頻器。通常發送器功率放大器只有 在發送一個資料封包時（或者剛發送前）才會開啟。功率放$ 大器是以”夾制”式開啟（不同於硬開啟）以降低頻譜干擾， 也就是RF信號滲入緊鄰的頻道上。功率夾制是藉由調整 (也就是遞增）功率放大器的增益來達成。 相反的，頻率合成器必須在TDD信號傳輸與接收期間都 保持開啟。然而，當功率放大器被夾制時，由於放大器的 輸入阻抗改變使得在頻率合成器中產生不想要的頻率變異 ，而鎖相迴路無法即時修正此頻率變異，此外，當頻率的 誤差變大時，一個遠端的接收器便無法適當的與發送的信 號同步。 在先前的技藝中，此問題是藉由將發送器功率放大器與 合成器的VC0隔離來尋求解決。附圖3出示了此額外的隔離 ，也就是將緩衝器326與312加在VC0 322與功率放大器314 間。緩衝器326與312通常是多節部分組成以獲取由。S21i/

第6頁 五、發明說明（3) s ί的焉度隔離，Sl2是前進增益（從點Α到點R、 二階严。附圖1說明隔離的過程，該過程需要t姑 一^ =Rjto束時開啟發送器元件（不含功率放大器）在接 負後夾制功率放大器，㉟常是在發送實i之f在 =信^的前置同步信號後U， 1際之有效 二頻作二irr功率放…^ 頭革瞬態（也就是一個脈衝雜訊）。此外，此種的 收發ΐί以^於需要符合1eee 8〇2·"標準的快速切換 發器上，該標準需要比25 ppm更好的頻率精確度。 本發明提出此問題的解決之道。 a 發明概要 f據本發明，發送器功率放大器與其他的發送器元件在 月，1 一個封包接收時段結束後且在新的封包發送開始前開啟 號$於功率放大器已經開啟，功率的"夾制”是藉由單調式 遞增運用於上變頻混頻器的同相與正交相位基頻調變信號 。因此’本發法是夾制運用於功率放大器的調變信號，而 ^失制功率放大器的增益；結果是，任何由開啟功率放大 11而可能引起之VCO頻率瞬態都有機會在新的封包發送被 S動前衰減。此項技術可有效地將發送器功率放大器與頻 率合成器VCO隔離以促進快速切換收發器作業。 以上略述有關於本發明的一些目的與特色，這些目的與 f色應被解釋為本發明相關的特色與應用的例子，還有很ί $有利的結果可藉由以不同的方式應用此處所揭示的發明 或修改本發明而獲得。因此，藉由參考以下之詳細說明可

第7頁 498609 _ 五、發明說明（4) '^ ^ 〜·— 對本發明與其目的有更完整的了解。 圖式簡單說明 欲對本發明與其優點有更完整的了解，必須參考以 詳細說明與附圖，其中： 、/ 下之 附圖1是一個先前技藝之功率放大器失制技術與其 之由功率放大器負載阻抗變化所造成之Vc〇頻率^ ^ ， 的簡化圖示； #雜訊 附圖2是一個為吾人所知且本發明是在其中實行之， 收發器的方塊圖； ~ ^ m 附圖3是附圖2之展頻收發器中之發送器部分的一個 的方塊圖，其中說明了功率放大器電路的基本元件；9匕 附圖4是一個本發明之功率放大器夾制技術的圖示；與 附圖5是本發明的另一個具體實施例，其中本發明之:力 率放大器夾制技術是使用在一個類比發送器電路中。 較佳具體實施例的詳細說明 附圖2說明一個為吾人所知且本發明可在其中實行的— 個無線收發器2 0 0。該收發器可使用於符合I E E E 8 0 2 . 1 1梗 準2.4 GHz ISM頻帶上的WLAN應用上，但這並不是本發明v 的一個限制。該收發器包含連結到一個R F功率放大器與發 送/接收切換開關2 0 4之可選擇的天線2 0 2，一個也是在運& 作上連結到天線之低雜訊放大器2 0 6。收發器還包含—個 連結到低雜訊放大器2 0 6與RF功率放大器與發送/接收切換4 開關2 0 4之上/下變頻器2 0 8，該上/下變頻器2 〇 8又連結到、 —個雙頻合成器210與一個正交1F調變器/解調器212。ip

第8頁 498609 五、發明說明（5) 調變器/解調器2 1 2内包括一個接收信號強度指示器（RSS I ) ，其功能是用以提供一個RSSI監測或π探查π功能，就如吾 人所知道的；還可以在該收發器裡提供一個或多個濾波器 214與壓控振盪器（VCOs) 216。以上的元件組成該展頻收 發器中之傳統的無線電部分，在此假定讀者對這些元件的 運作都很熟悉了。 展頻基頻處理器2 1 8連結到無線電部分，並包含促進全 雙工或半雙工之封包式展頻通信之為吾人所知的所有必須 的功能；特別的是，該處理器有内建兩個快速A / D轉換器 2 2 0與2 2 2，用以接收來自I F調變器2 1 2之同相（I )與正交 (Q )信號；基頻處理器還包括另一個快速A / D轉換器2 2 4以 處理來自I F調變器2 1 2之接收信號強度指示器（RSS I )的電 壓。一個暢通頻道判斷（CCA)電路22 6提供一個判斷頻道暢 通與否的功能以避免資料碰撞、並使網路的輸貫量最佳化。 快速A / D轉換器的輸出提供給解調器2 2 8，解調器會解擴接 收的信號。調變器2 3 0執行如吾人所知的擴展頻譜的功能 。一個介面電路2 3 2連結到解調器2 2 8與調變器2 3 0，作為 基頻處理為'的貢料出入介面。此處再一次的強調’以上所 有的元件皆為熟習此技藝的人士所熟知。 展頻技術中有一種是直接序列調變法，為了說明起見， 本發明會在一個直接序列基頻處理器的環境中加以描述， 但吾人可以看出這並不會是本發明的一個限制條件。直接 序列調變的形成是藉由線性調變一個虛擬隨機碼（PN)產生 器的輸出序列成為一長列的脈衝，每個脈衝的持續時間稱

第9頁 五、、發明說明（6) 為，片時Η + + +〜—+ 。—個11位元的巴克序列（也就是 列P Η - 〜）可用於此用途；當然，使用1 1位元的巴克序 為n jT呈7^乾/^質° 一個巴克序列是一個二元卜1，+1丨長度 對^?有的非週期性自動校正值丨ps( τ 的序列{ s ( t ) } (τ ) I < 1。通常 Ρ 此種形六、1)<： r〈n-1， I · ρ…… 一 用。」:=5周變是與二元移相鍵控（BPSK)資訊信號一起使 列調料Ξ ί接序列BPSK信號是藉由將BPSK信號乘上直接序 pN ^ ^ 產士，而欲解調一個接收到的BPSK信號，則本地 接:的rp生在接收器端產生用以解擴的PN波形）必須與 曰 一 S K k號的Ρ N波形在一個碼片寬度内同步，此功能 ^的一個Ϊ尋程序來完成’該程序為在本地PN波形上依時 二、順序Θ進碼片的一個微量並在每個位置上搜尋所接收 脾”本地PN參考波形間的一個高度關聯性，此搜尋會在關 P性超出一個給定的臨界值時結束，這代表已經達成初步 的對齊’在完成兩個ρ N波形初步的對齊後，會使用一個延 遲鎖定或tau-dither追蹤迴路來維持一個較佳的對齊。在 CRC Press 出版之The Communications Handbook，16.4 (1 9 9 7 )，一書中有對此程序之更詳細的說明。 現在請參考附圖3，該圖是一個傳統之展頻收發器中的 發送器的功率放大器電路3 0 0，一具代表性的收發器如

Philips Model SA2400 2.46HZ Direct Conversion Zer I F T r a n s c e i v e r，而本發明可在任何使用功率夾制法之收 發器或發送器中實行。功率放大器電路包括一對（FI ，F2) 頻道濾波器3 0 2與3 0 4，同相與正交相位上變頻混頻器3 〇 6 498609 I -—" ^ "" " ' ~ ________ 五、發明說明（7) 與308，〆個加法器310，一個缓衝放大器312，與一個功 率放大器314 °頻率合成器320包括一個壓控振盪器322， 一個鎖相迴路（PLL) 324，一個緩衝器326，與一個移相器 3 2 8。通常功率放大器3 1 4除了在封包發送期間（或剛發送° 前），其餘時間都是關閉的，而頻率合成器則保持開啟， 因為它在一個時間分隔雙工收發器的封包發送或接收時都 有用到。如吾人所知的，欲避免頻譜雜訊，在需要啟動或 結束一個封包的發送時’功率放大器3 1 4是以爽制式切換 ，而非硬切換。然而，在先前的技藝中，夾制是藉由遞增 或遞減放大器增盈來達成’通常是在封包的前置同步信號 開始或結束時；而當放大器被開啟時，其輸入阻抗會變化4 ，會導致在頻率合成器320中的頻率變異，PLL 324並無法 即時的修正此頻率變異。 為了克服此問題，本發明提供了一種新的功率夾制控制 方法。根據本方法，功率放大器3 1 4是在前一個封包接收 時段結束後並在下一個新的封包發送開始前開啟，本方法 是夾制供應給上變頻混頻器的基頻調變信號，而非夾制功 率放大器的增盈；結果是，任何由開啟功率放大器而可能 引起之V C 0頻率瞬態都有機會在新的封包發送被啟動前衰 減。此項技術可完全將發送器功率放大器與頻率合成器的 VCO隔離。 在一個較佳實施例中，功率放大器開啟的時間足夠早， 使得在V C 0頻率中的任何雜訊在下一個封包發送前平靜下 來。在一個特定的較佳實施例中，功率放大器在緊接著接 498609 五、發明說明（8) 收器部分接收一個封包後儘快開啟。如吾人所熟知的，有 很多種技術可用來決定一個接收封包時段已經結束；例如 ，一個接收封包時段是否結束可藉由尋找一個發送脈衝的 結束，尋找一個C R C碼，在一個資料欄位中檢查一個框定 界符，或利用在框標頭裡的長度資料計算接收週期；任何 適合的技術皆可以利用，因為本發明的方法是設計來與暨 有的收發器電路相容的。 一旦接收器確認封包接收結束時（或必須發送信號時）且 功率放大器已事先開啟，發适器會等待一個新封包發送的 啟動。通常，在接收封包的結束與一個新封包的開始間> 一段強制的延遲。當新封包開始發送，或開始發送前（在 封包的前置同步信號期間），供給上變頻混頻器3 0 6與3 0 8 的同相與正交相位基頻信號會被夾制。在一個較佳實施例 中，夾制是藉由在數位字串從基頻處理器輸出時對數位字 串作簡單的線性遞增來完成的，附圖4說明了此運作的情 形。在這個例子中，較佳的是基頻信號從封包的前置同步 信號開始時被夾制4 0 0，夾制持續約2微秒，而前置同步信 號通常比夾制時間長的多，因此我們可以看到，功率放大 器的提早開啟4 0 2所造成之在VC0輸出中的頻率變異，在Vi 與7(3基頻信號被夾制前就已平靜下來，結果是，在真實的 信號開始發送時就沒有頻率雜訊或瞬態的情況了。此一控 制法比先前技藝之功率放大器夾制技術提供了顯著的優 點。 在以上的方法中，並不需要改變傳統的發送器或頻率合

成器的電路’為提供本發明的功能所需的控制信號可以由 任何適當的方法產生，例如一個軟體驅動的處理器，一個 微控制器’一個硬連線邏輯的有限狀態機，一個特定應用 積體電路（ASIC)，一個欄可編程閘陣列（FPGA)，或其他類 t的機制。雖然以數位的方式來實行是較佳的方式，但熟 /此領域的人士會了解夾制信號也可以是類比的，附圖5 說明此另一個具體實施例。

在附圖5中，源自基頻處理器的數位字串輸出首先由數 位轉類比轉換器5 0 2與5 0 4轉換為類比信號，然後利用一對 乘法器5 0 6與5 0 8夾制結果輸出。乘法器除了連結到I與q輸 ^之外，還有一個功率夾制信號r(t)輸入。該類比夾制信 號r(t)可以由以下的方式產生。在改變。”^腳位（在 t = tQ)的狀態時，經由一個低通濾波器512在1 = 1^觸發一個 比較器5 1 0，由比較器5 1 0所控制的第二個低通濾波器5 j 4 則控制每個乘法器。 在以上的例子中已對功率夾制上升做了說明，藉由夾制 調變信號，同樣的原理也可以應用在功率炎制下降。 以下是本發明的一些特點。

1· 一種在一個收發器（ 2 0 0 )中改良的功率夾制方法。該 收發器包含一個功率放大器（314)與一對上變頻混頻器 ( 3 0 6，3 08 )，該方法包括： 在前一個封包接收時段結束後（402)開啟功率放大器； 在一個新封包發送開始時（4 0 0 )’夾制供給至變頻混頻

第13頁 498609 五、發明說明（ίο) 器的調變信號。 2 .如第1項的方法，其中調變信號是同相與正交相位信 號。 3 .如第2項的方法，其中調變信號是藉由單調式遞增一 組代表同相與正交相位信號的數位字串來夾制。 4.如第2項的方法，其中調變信號是藉由施加一個類比 夾制信號到同相與正交相位信號來炎制。 5 .如第1項的方法，其中更包括在前一個封包接收時段 結束後延遲啟動新封包發送一段給定時間的步驟。 6 .如第1項的方法，其中新封包發送的啟動是以一個前 置同步信號開始。 7.如第1項的方法，其中夾制步驟會發生超過一給定的 時間間隔。 8 · —種收發器（2 0 0 )，其包括： 一個接收器； 一個發送器，該發送器又包括一個功率放大器（3 12 )， 與一對上變頻混頻器（3 0 6，3 0 8 ); 一個包括一個壓控振盪器（VCO)(322)的頻率合成器 ( 3 2 0 )； 一個用以隔離功率放大器（ 3 3 0 )與VCO的控制器，其中包

括： 在前一個封包接收時段結束後（4 0 2 )開啟功率放大器的 裝置，與 在一個新封包發送開始時（4 0 0 )，用以夾制供給至變頻

第14頁 498609 五、發明說明（11) 混頻·器的調變信號的裝置。 9 ·如第8項的所述的收發器，其中調變信號是同相與正 交調變信號。 1 〇 ·如第9項的所述的收發器，其中夾制裝置單調式遞增 一組代表同相與正交相位信號的數位字串。 Π ·如第9項的所述的收發器，其中該夾制裝置包括： 用以產生一個類比夾制信號（5 1 0，5 1 2 ，5 1 4 )的裝置； 與 用以施加該類比夾制信號到同相與正交相位基頻信號的 裝置。 1 2 ·如第1 1項的所述的收發器，其中該施加裝置是一個 乘法器（5 0 6，5 0 8 )。 1 3 ·如第8項的所述的收發器，該收發器是遵守1 EEE 8 0 2 · 1 1 標準。 14· 一種用於無線區域網路（WLAN)的收發器，包括： 一個無線電路，其包括一個功率放大器（3 1 2 )，一對上 變頻混頻器（3 0 6，3 0 8 )，與一個頻率合成器（3 2 0 ); 個處理’該處理裔連結到無線電路’並包含用以產 生調變信號以供給上變頻混頻器的裝置；與 一個控制器（3 3 0 )，該控制器是用於在前一個封包接收 時段結束時（4 〇 2 )開啟功率放大器以及在新的封包發送開 始時（4 0 0 )夹制供給至變頻混頻器的調變信號。 1 5 ·如第1 4項的所述的收發器，其中控制器（3 3 〇 )單調式 遞增一組代表調變信號的數位字串。

第15頁 598609 五、發明說明（12) 1 6 . ·如第1 4項的所述的收發器，其中該控制器包括·· 用以產生一個類比夾制信號（5 1 0，5 1 2 ，5 1 4 )的裝置； 與 用以施加該類比夾制信號到調變信號的裝置。 17. —種可在一個具有一個功率放大器（312)之發送器中 運作的功率炎制方法，包括： 在一個封包接收的開始時關閉功率放大器； 在封包接收結束時，開啟功率放大器（4 0 2 );與 在一個新的封包發送開始時（4 0 0 )，夾制供給功率放大 器的調變信號。 1 8 .如第1 7項的所述的功率夾制方法，其中調變信號是 同相與正交相位信號。 1 9 .如第1 8項的所述的功率夾制方法，其中調變信號是 藉由單調式遞增一組代表同相與正交相位信號的數位字串 來夾制。 2 0 .如第1 7項的所述的功率夾制方法，其中新封包發送 的啟動是以一個前置同步信號開始。 2 1 . —種在一個展頻收發器（2 0 0 )中改良的功率夾制方法 ，該收發器包含一個功率放大器（3 1 2 )與一對上變頻混頻 器（3 0 6 ，3 0 8 )，該方法包括： 在一個封包發送的足夠時間前開啟功率放大器（4 0 2 ); 與 在一個新封包發送開始時（4 0 0 )，夾制供給至變頻混頻 器的調變信號。

第16頁 498609 五、發明說明（13) 2 2: —種收發器，包括： 一個接收器； 一個發送器，該發送器又包括一個功率放大器，與一對 上變頻混頻器； 一個包括一個壓控振盪器的頻率合成器； 一個在封包發送前用以隔離功率放大器的控制器；與 在一個新封包發送開始時，用以夾制供給至變頻混頻器 的調變信號的裝置。 2 3 .如第2 2項的所述的收發器，其中更包括用以在封包 發送結束時，失制下降信號的裝置。 2 4.如第1 1項的所述的收發器，其中該施加裝置是一個 乘法器。 2 5 .如第1 7項的所述的功率夾制方法，其中更包括在發 送功率夾制下降後關閉功率放大器。 有了以上關於本發明的說明後，我所申請的專利範圍如 下。

第17頁 498609 圖式簡單說明 Φ

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Claims (1)

1. 498609 六、申請專利範圍 1 . 一種在一個收發器（2 0 0 )中改良的功率夾制方法，該 收發器包含一個功率放大器（3 1 4 )與一對上變頻混頻器 (306，308)，該方法包括： 在前一個封包接收時段結束後（4 0 2 )開啟功率放大器 ;與 在一個新封包發送開始時（4 0 0 )，夾制供給至變頻混 頻器的調變信號。 2 .如申請專利範圍第1項的方法，其中調變信號是同相 與正交相位信號。 3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中調變信號是藉由 單調式遞增一組代表同相與正交相位信號的數位字串來夾 制。 4. 如申請專利範圍第2項的方法，其中調變信號是藉由 施加一個類比夾制信號到同相與正交相位信號來夾制。 5 .如申請專利範圍第1項、第2項、第3項或第4項的方 法，其中更包括在前一個封包接收時段結束後延遲啟動新 封包發送一段給定時間的步驟。 6 . —種收發器（2 0 0 )，包括： 一個接收器； 一個發送器，該發送器又包括一個功率放大器 (312)， 與一對上變頻混頻器（3 0 6，3 0 8 ); 一個頻率合成器（320)，該頻率合成器又包括一個壓 控振盪器（VCO)( 3 2 2 );

   第19頁 498609 六、申請專利範圍 -一個用以隔離功率放大器與VC0的控制器（ 3 3 0 )，其中 包括： 在前一個封包接收時段結束後（4 0 2 )開啟功率放大器 的裝置，與 在一個新封包發送開始時（4 0 0 )，用以夾制供給上變 頻混頻器的調變信號的裝置。 7. 如申請專利範圍第6項的收發器，其中調變信號是同 相與正交調變信號。 ▲ 8. 如申請專利範圍第7項的收發器，其中夾制裝置單調 式遞增一組代表同相與正交相位信號的數位字串。 9 .如申請專利範圍第7項的收發器，其中該夾制裝置包 括： 用以產生一個類比夾制信號（5 1 0 ，5 1 2 ，5 1 4 )的裝置 ;與 用以施加該類比夾制信號到同相與正交相位基頻信號 的裝置。 1 0 .如申請專利範圍第6項到第9項中任一項的收發器，該 收發器是遵守IEEE 8 0 2. 1 1標準。