TWI342108B - Apparatus for mixing signal and method thereof - Google Patents

Description

1342108 九、發明說明： 【發明所屬技術領域】 本發明係關於一種混頻器，特別是用於諧波拒斥之混頻器。 【先前技術】

在許多負料通訊電路中’混頻器係一重要之構件。混頻器係用以— 接收訊號與一時脈訊號LO進行混頻。上述的處理方式，除了會產生所希 望的混頻訊號外’還會產生不期望的諧波項，進而干擾到要傳送之資 料，大大降低訊號雜訊比（Signal-to-Noise Ratio/SNR)，造成接收器的效 能降低。 第1圖繪示了用以克服諳波問題之習知技術的功能方塊圖。該習知 技術的功能方塊圖100 ’包含一天線（Antenna) 102、一低雜訊放大器 (Low Noise Amplifier/LNA) 104、一混頻器（Mixer) 105、一濾波器 106、一渡波器107及一頻率合成器（Frequency Synthesizer) 108，其中頻 率合成器108會提供一時脈訊號LO。上述第1圖之訊號處理方式，係利 用遽波器107以瀘·除不要之讀波；最後，產生一無諸波之中頻訊號y (Intermediate Frequency/IF)或基頻訊號B (Baseband Frequency)。

傳統上，濾波器107大都是採用如：LC濾波器（LC Filter)、轉導 濾波器（Gm-C Filter)及OP-RC濾波器（OP-RC Filter)，…等遽波器來 實現。如果是採用LC濾波器；因為L的數值十分大，如將濾波器1〇7製 作於晶片内部，勢必會使得晶片面積加大而使得晶片成本增加；如將L 製作於晶片外部’也是須增加額外成本。倘若是採用Gm<：濾波器或〇ρ· RC濾波器來實現，則會使得雜訊係數（N〇ise Figure)增加，並導致線性 度（Linearity)下降，整體電路特性的表現即大幅地變差。不過，不論採

丨:：S 用如何再好的m ’都依然是會增加晶片的面積，而這就是會增加成 本。 由上述的說明可明顯得知，習知技術除了成本較為昂貴外，其電路 特I·生亦無法達到網熟此—領域之人士所欲解決的諧波干擾的標準。因 此亟需要種新穎的發明以解決上述此一領域長期所遭遇到的問題。 【發明内容】 本發明之目的之一，在於提供一種用於諧波拒斥之混頻裝置，以解 決上述之問題。 本發明之目的之一，在於提供一種用於諧波拒斥之混頻裝置，可依 需要來解決各種不同頻率諧波的干擾。 本發明提供一混波裝置的等效功能方塊架構中，尚能針對己身需求 來設計要濾除的諧波項次，進而提升電路特性之表現。而且，無論混波 裝置是採用何種種類、型式的混頻電路，諧波干擾之現象皆可藉由本發 明而得到大幅地改善。另，晶片設計者亦可根據己身之欲濾除的諧波項 來設計電路，對此，在電路設計上則更具彈性。承上所述，可見本案不 啻為一新穎之發明。 „【實施方式】 在說明書及後續之申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的 元件。所屬領域t具有通常知識者應可理解，本說明書及後續之申請專 利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上 的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的 「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以 外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。 1342108 往昔，都是必須透過—遽波器來將會造成干擾的諧波予以遽除；而 本發月提供個,昆頻裝置，其輸出之現頻輸出訊號的至少一個諸波項已 於’見頻裝置内被/肖除了 ’故可_略利用至少—鶴波器來做證波遽除的 動作。如此，不但更加縮小了晶片的面積，也是相對降低了成本提昇 了價格的競爭力。此外，亦可根據設計目的之所需，來決定魏除哪幾 人項的》自波項’故十分具有設計上的彈性。相較於習知技術，不但於於 晶片面積、價格及設計彈性上，都是一長足的改進。

本發明之顧係可藉㈣立驗數（Fgu如Series)來說明，以方 便明瞭本發明。由傅立葉級數可推知，訊號乂⑽其實是由―次，三次， 五-人，七火…專的弦波所組成，如下示之方程式： [0(〇 = sin(叭/) + ^ω〇θ + Μ5ω0〇 + sin(7^0Q ^\η(9ω0() sin(ll^ft〇 3 < -7 十---+-— +..... J ’ 7 9 11 …等，係屬於會對訊號造 其中，sin(3^0/)、sin(56)0/)、sin(7^y)、sin(9^y)

成干擾的谐波項部分。因此，只要將這些會造成干擾的諸波項予以剔 除’就能提昇SNR數值而得到一良好的電路特性表現。故，本發明即利 用此一原理’來達成s皆波拒斥的目的，將該些證波項從方程式中予以消 去，可利用下列方程式來達成： KJ0

=/?(/) X ί 8ίη(ω〇0 + 511¾) + + ..1 _ 1 R(t) x (sin(3iy〇〇 + sin(9ftV) + sin(15^0Q v 3 5 / V 3 5 = /?(〇xisinK〇 + + ·__

v 5 J 上述方程式即完全地將三次諧波項予以濾除。同理，亦可採用相同的手 法，來將三次諧波項、五次諧波項、七次諧波項…等作濾除的處理。 8 1342108 請參閱第2圖’其係為根據本發明之一種用於諧波拒斥之混頻裝置 之一實施例的功能方塊圖。 如第2圖所示’該用於諧波拒斥之混頻裝置2〇〇包含一混頻電路 201、一第一電路202 ' —第二電路203、一第三電路204及一加總單元 205。該混頻電路201更包含一混頻單元2012，且其係用以接受—訊號^ 及/β，並透過該混頻單元2012來對該訊號^及：進行混頻以產生一訊號 5；;該第一電路202更包含一增益單元2021及一混頻單元2022，且其係 用以接受該訊號及3/β ’並透過該增益2021及該混頻單元2022來對該 訊號S及3/〇進行混頻以產生一訊號& ;該第二電路203更包含一增益單 元2031及一混頻單元2032，且其係用以接受該訊號s及5乂，並透過該增 益2031及該混頻卓元2032來對該訊號$及纟义進行混頻以產生一訊號 叉；該第三電路204更包含一增益單元2041及一混頻單元2042，且其係 用以接受一訊號S及7/β，並透過該增益單元2041及該混頻單元2〇42來 對該訊號S及7/。進行混頻以產生一訊號& ;其中該些增益單元2〇21、 2031及2041係用以將该訊號轉換成具其增益數值的訊號，該些混頻單元 2022 ' 2032及2042係用以做為將兩訊號做混頻的處理以產生欲消除的諧 波訊號。最後’再透過該加總單元205將該訊號$ ' & ' &及&予以加 總後輸出5 '。 其中，該第一電路（即，增益單元2021以及混頻單元2〇22)可視為 二次諧波消除電路；該第二電路（即，增益單元2〇31以及混頻單元 2032)可視為五次諸波消除電路；該第三電路（即，增益單元以及 扣頻單元2042)可視為七次諸波消除電路。此外，由於三次請波消除電 路所產生的訊號中包括了三次諧波項、九次諧波項、十五次諧波項…等 諧波項，所以在本實施例中，九次諧波消除電路可無須不用。此外，由 9 1342108 =圖可知’該错波消除電路之—實施例亦為—混頻器，其差異為該時 電路頻電路2〇1之時脈訊號的N倍，其增益值為該混頻 ° ，力、乂、5/。、7/。係由一時脈訊號產生器所 、施例可為：頻率合絲、鎖相迴路（PLL)…等。 第 月參閱第3(a)圖、第3(b)圖、第3⑷圖及第3⑼圖。第3⑻圖第 (b)圖第3(c)圖及第3⑷圖亦係為根據本發明之第2圖之一種用於措波 拒斥之克頻裝置之各種實施例的功能方塊圖。第3⑻圖第3⑻圖、

3(c)圖及第3(侧之丄作原理類似第2圖之卫作原理，故在此省略其詳細 說明》 请參閱第4圖。第4圖係為本發明之一實施例的電路實現圖。在此 實施例中’雜用Gilbert混頻H (Gilbert Mixer)來實3¾，當然其他型 式的混頻器亦可適用於本發明。其中，可透過設定仍丨(+)=/〇、 -/。' £〇2(+) = 3/0、Z〇2(-)=—3/。、I〇3(+) = 5/。、Z03㈠=-5/。、 1〇4(+) = 7/。及如4㈠=_7,。來達成第2圖、第3⑻圖及第3(b)圖所表示之 功能。由於Gilbert混頻器係為熟知此項技藝者所熟知之技術，故省略其 描述。

再請參閱第5圖。第5圖係為第2圖、第3(a)圖及第3(b)圖之另一實 施例的電路實現囫，其係採用單端混頻器（Single-ended Mixer)來實 現：其中’可透過設定⑽卜卜/^⑽㈠二-/。、^^^^^·。、 £02(-) = -3/。、£03(+)=5/。、湖㈠= _5/ϋ、ζχ>4(+)=：7/。及奶4(-)= -7/。來達 成第2圖、第3(a)圖及第3(b)圖所欲表示之功能。由於單端混頻器係為熟 知此項技藝者所熟知之技術，故省略其描述。 再請參閱第6圖。第6圖係為第2圖、第3(c)圖及第3(d)圖之/實施 例的電路實現圖，其係亦採用Gilbert混頻器來實現；其中，玎透過設定 10 Z,Ol(+) = /0 ' 、⑽(-)=-/〇、102(+):

3(d)圖所欲表示之功能。

一實施例可為一節點。 第2圖及第3(a)〜3(_之加總單元之 在實際的應用中，若諧波項的訊號強度很小時 除電路（增益單元以及混頻單元）即可省略 ;例如： 項的訊號強度很小，所以五次諧波項以及五次以 ’則相對應的諸波消 :由於較高次的諧波 電路即可省略，換言之， 上的請波項的諧波消除 只保留三次諧波項的諧波消除電路 路；當然，若 須要更精確的訊號供後級電路處理，則可㈣三次諧波項與五次諸波項 的諧波消除電路。 惟以上所述者’僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發 明實施之伽，舉凡依本發对請專利範_述之形狀、構造特徵及 精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖係為用以克服諧波干擾之習知技術的功能方塊圖。 第2圖係根據本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖。 第3(a)圖係根據本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖。 第3(b)圖係根據本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖。 第3(c)圖係根據本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖。 第3(d)圖係根據本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖。 第4圖係為第2圖、第3(a)圖及第3(b)圖之一實施例的電路實現圖。 第5圖係為第2圖、第3(a)圖及第3(b)圖之另一實施例的電路實現圖。 第6圖係為第2圖、第3(c)圖及第3(d)圖之一實施例的電路實現圖。 1342108

【主要元件符號說明】 100 用以克服諧波干擾之習知技術的功能方塊圖 102 天線 104 低雜訊放大器 105 混頻器 106 濾波器 107 濾波器 108 頻率合成器 200 混頻裝置 201 混頻電路 202 第一電路 203 第二電路 204 第三電路 205 加總單元 2021 、2031、2041 增益單元 2012 、2022、2032、2042 混頻單元 300 本發明之混頻裝置之一 實施例的功能方塊圖 301 第一增益單元 302 第二增益單元 303 第三增益單元 304 第四增益單元 305 第一混頻單元 306 第二混頻單元 307 第三混頻單元 408 第四混頻單元 309 加總單元 310 本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖 311 第一混頻單元 312 第二混頻單元 313 第三混頻單元 314 第四混頻單元 315 第一增益單元 316 第二增益單元 317 第三增益單元 318 第四增益單元 319 加總單元 320 本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖 321 第一增益單元 322 第二增益單元 323 第三增益單元 324 第四增益單元 325 第一混頻單元 326 第二混頻單元 327 第三混頻單元 328 第四混頻單元 329 加總單元 330 本發明之混頻裝置之一實施例的功能方塊圖 331 第一混頻單元 332 第二混頻單元 333 第三混頻單元 334 第四混頻單元 335 第一增益單元 336 第二增益單元 337 第三增益單元 338 第四增益單元 339 加總單元 400 第2圊、第3(a)圖及第3(b)圖之一實施例的電路實現圖 500 第2圖、第3(a)圖及第3(b)圖之另一 實施例的電路實現圖 600 第2圖、第3(c)圖及第3(d)圖之另一實施例的電路實現圖 U+) ' U-) 輸入訊號 12 1342108 匕(+)、〜） LO\{+) ' 1(92(+) ' Ζ03(+) ' LOA(+) ' LO\{-) ' L02(-) ' 103(^) ' LOA{~) 輸出訊號 本地振盪器訊號

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Claims (1)

1342108 1 年丨1私\日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1. -種混頻裝置’係用以進行混頻，該混頻裝置包含： 扣頻電路丨係用以接受__輸人訊號及—第—時脈訊號，並用以輸出一混 舰號，其中觀頻訊號包括有N次諧波訊號，N為正整數； 諸波肩除電路’其_以接n時脈職，並用以輸出—諧波消除訊 號，其中’該諧波消除訊號係選擇性地對應該些N次諳波訊號中之單一 次之諧波；以及 φ 加總電路’係用以接收該混頻訊號及對應該單-次諸波之消除訊號，並將 該混頻訊號及對應該單一次諧波之消除訊號進行加總，以選擇性地消除 該單一次諧波並產生一輸出訊號； 其中該第一時脈訊號與該第二時脈訊號之間具有N倍頻關係。 2. 如申請專利範圍第1項所述之混頻裝置，其中該諧波消除訊號與該N次諧波 訊號相對應。 3. 如申請專利範圍第2項所述之混頻裝置，其中N = 3。 4. 如申請專利範圍第1項所述之混頻裝置，其中該諧波消除電路包括： • —增益單元’係用以依據一增益值以轉換該輸入訊號之增益’以輸出一增益 訊號；及 —混頻單元，係用以將該增益訊號與該第二時脈訊號進行混頻，以輸出該諧 波消除訊號。 5. 如申請專利範圍第1項所述之混頻裝置，其中該諧波消除電路包括： —混頻單元，係用以將該輸入訊號與該第二時脈訊號進行混頻’以輸出一第 二混頻訊號；以及 一增益單元，係用以依據一增益值以轉換該第二混頻訊號之增益’以輸出該 諧波消除訊號。 14 1342108 • 竹年叫if曰修正替換頁 6. *申請專利範圍帛4項或第5項所述之混頻裝置，其中該請波消除訊號與气 N次諧波訊號相對應。 '°Λ 7, 如申請專利範圍第6項所述之混頻裝置，其中該增益值係為1/Ν。 • 8.如申請專利範圍第4項或第5項所述之混頻裝置，其中該諧波消除訊號與該 Ν次諧波訊號相對應時，則該增益值係為1/Ν。 9. 一種混頻方法，包含： 接受一輸入訊號及一第一時脈訊號；

依據該輸入訊號及該第一時脈訊號進行混頻，以輸出一混頻訊號，其中兮Τ 頻訊號包括有Ν次諳波訊號，ν為正整數； 產生一諧波消除訊號，依據該輸入訊號與一第二時脈訊號，以輪出該諧皮肖 除訊號，其中該諧波消除訊號係選擇性地對應該些Ν次諧波訊號中之單 一次之諧波；以及 將該混頻訊號及對應該單一次諧波之消除訊號進行加總，以選擇性地肖陝註 單一次諧波並產生一輸出訊號； 其中該第二時脈訊號與該第一時脈訊號之間具有Ν倍頻關係。 Ν次諧波訊 10.如申清專利範圍第9項所述之方法，其中該諳波消除訊號與該 號相對應。 11·如申請專繼圍第9項所述之方法，其中該產生魏消除訊號之步驟尚包 依據一增益值以轉換該輸入訊號之增益’以輸出一增益訊號；以及 將該增益訊號與該第二時脈訊號進行混頻’以輸出該諧波消除訊號。 12.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該產生諧波消除訊號之步驟尚包 將該輸入訊號與該第二時脈訊號進行混頻，以輪出一第二混頻訊號；以及 15 1342108

W Μ 4日修正替換頁 依據-增益值以轉換該第二混頻訊號之增益，以輸出該諧波消除訊號。 13.如申請專利範圍第u項或第12項所述之混頻裝置其中該諸波消除訊號與 該N次譜波訊號相對應。 14.如申請專利範圍第13項所述之混頻裝置，其找增益值係為咖。 15·如申請專利範圍第13項所述之混頻裝置，其中N = 3。 16. 如申請專利範圍第u項或第_述之混頻裝置，其中該她肖除訊號與該 N次谐波訊號相對應時，則該增益值係為1/N。 17. -種棚裝置’用以接收—輸人訊號以輸出—混頻輸出訊號，混頻裝置該 包含： ~ 一第-混頻電路’其個以接受該輸人訊號及—第一時脈訊號，並用以輸出 一第一混頻訊號； 一第二混觀路’其侧以接受該輸人訊號及一第二時脈訊號，並用以輪出 一第二混頻訊號，其争，該第二及該第一時脈訊號之頻率具有一 N倍頻 關係，該第二混頻訊號與該第一混頻訊號之增益具有1/N倍關係，N為 正整數；以及 • 一加總電路，用以接收該第一混頻訊號與該第二混頻訊號，且用以產生該混 頻輸出訊號。 18*如申請專利範圍第17項所述之混頻裝置，其中N = 3。 19. 如申請專利範圍第17項所述之混頻裝置，其中該加總電路係為_節點。 20. 如申請專利.範圍第17項所述之混頻裝置，還包括： 一第三混頻電路，其係用以接受該輸入訊號及一第三時脈訊號，並用以輪出 一第三混頻訊號’其中，該第三及該第一時脈訊號之頻率具有一 M倍頻 關係，該第三混頻訊號與該第一混頻訊號之增益具有1/M倍關係，μ為 正整數，Μ不等於Ν;以及 1342108

竹年匕月2(日修正替換頁 其中，該加總電路用以接收該第一、該第二與該第三混頻訊號’且用以產生 該混頻輸出訊號。 21.如申請專利範圍第20項所述之混頻裝置，其中N = 3，M = 5。 17