TWI407705B - 電流形式的無線接收系統及無線接收方法 - Google Patents

Description

電流形式的無線接收系統及無線接收方法

本發明是有關於一種無線接收系統，特別是指一種電流形式的無線接收系統。

常見的無線接收系統大致可分為兩大類：第一類是系統內所有元件都以電壓形式來傳遞信號，第二類則是採混用形式，即部分元件以電壓形式傳遞而其他以電流形式。

由於第一類系統的信號流都是電壓形式，所以必須提供較高的工作電壓來支持信號操作空間，以避免產生截波(clipping)現象，但相對地功率消耗大。並且，當有高增益需求時，須採用多個串疊的電晶體才能實現採電壓形式的放大器，不僅有損線性度，也會帶出過多的低頻雜訊。

第二類系統通常是基於各元件的性能表現來決定取電壓形式或電流形式，只是當不同形式的信號流動於各元件間時，常衍生出非線性成分。且就其中以電壓形式來傳遞信號的元件而言，也必須藉助高工作電壓才能維持正常的信號操作。這類設計例如是美國專利第7415260B2號、美國專利公開第20030087624A1、20080238496A1號。

然而，隨著製程技術的精進及降低功率消耗的要求，電子裝置多朝向低工作電壓來設計，尤見於可攜式電子產品。惟前述二類系統明顯地皆不適合操作於低工作電壓環境下。

因此，本發明之目的，即在提供一種可在低工作電壓下操作的電流形式的無線接收系統及無線接收方法，使提高線性度，也減少低頻雜訊。

於是，本發明電流形式的無線接收系統，包含：一前置處理器，用以接收一電壓形式的輸入信號，並基於該輸入信號做調整而送出一電流形式的前置信號；一混波器，使該前置信號降頻為一電流形式的降頻後信號；及一放大器，提高該降頻後信號的增益，以送出一電流形式的輸出信號。

而本發明無線接收方法，包含以下步驟：(A)使一前置處理器接收一電壓形式的輸入信號，並基於該輸入信號做調整而送出一電流形式的前置信號；(B)使一混波器將該前置信號降頻為一電流形式的降頻後信號；及(C)使一放大器提高該降頻後信號的增益，以送出一電流形式的輸出信號。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

第一較佳實施例

參閱圖1，本發明電流形式的無線接收系統100之第一較佳實施例包含依序電連接的一天線1、一前置處理器2、一混波器3及一放大器4。

前置處理器2透過天線1接收一輸入信號，並基於該輸入信號做調整而送出一前置信號。且混波器3使前置信號降頻成為一降頻後信號。放大器4再對該降頻後信號加強增益，以送出一輸出信號。

其中，除了輸入信號是電壓形式，其餘信號皆為電流形式。較佳地，前置信號是處於射頻(RF，Radio Frequency)帶，降頻後信號是處於中頻(IF，Intermediate Frequency)帶。

接下來，依序介紹無線接收系統100的各元件，以及各元件所執行的本發明無線接收方法之較佳實施例。

參閱圖2，本例的前置處理器2是一低雜訊放大器(LNA，Low Noise Amplifier)，會放大該輸入信號並儘可能地抑制所挾帶的雜訊，以讓後級的電路可以辨識信號內容。前置處理器2包括依序電連接的一阻抗匹配電路21、一高頻放大電路22和一轉導電路23。

阻抗匹配電路21會有效地將輸入信號傳送到高頻放大電路22，以避免發生信號反射現象。高頻放大電路22根據阻抗匹配電路21傳來的信號，進行高頻放大而送出一電壓形式的高頻加強信號。再由轉導電路23將高頻加強信號轉換成電流形式的前置信號。

而混波器3是使「射頻帶」的前置信號降頻成為「中頻帶」的降頻後信號。本例的混波器3包括一第一電晶體31和一第二電晶體32，且降頻後信號對應地具有一第一降頻後信號及一第二降頻後信號。

每一電晶體31、32具有一第一端、一第二端及一控制端。這兩個電晶體31、32的第一端電連接在一起，且控制端分別接收一個振盪信號。

並且，這兩個電晶體31、32所接收的振盪信號相位互補，因此當該第二電晶體32受對應振盪信號控制而截止，該第一電晶體31會受對應振盪信號控制而導通，以根據該前置信號送出該第一降頻後信號。另一方面，當該第一電晶體31截止，第二電晶體32會導通而根據該前置信號送出該第二降頻後信號。

值得注意的是，在本實施例中，混波器3未接收工作電壓VDD，在操作上，混波器3不會操作於一特定偏壓，亦未主動地產生電流。因此可視為是一種被動式的混波器。而使用被動式的混波器來進行混波亦可達到省電及省面積之效果。當然，本發明並不以被動式的混波器為限制，亦可由主動式或其他形式之混波器來完成。

參閱圖3，放大器4分別對該第一和第二降頻後信號加強增益，而產生具有一第一輸出信號和一第二輸出信號的該輸出信號。放大器4包括對稱的一第一放大電路41和一第二放大電路42。每一放大電路41、42包括串接的一前級電流鏡411、421和一後級電流鏡412、422，以使對應的降頻後信號做二次的電流放大加強。

其中，各電流鏡411~422包括一第一電晶體Q1、一第二電晶體Q2和一參考電流源S，每一電晶體Q1、Q2具有一第一端、一第二端及一控制端。就單一個電流鏡來說，第一和第二電晶體Q1、Q2的第一端相互電連接，控制端相互耦接，並且第一電晶體Q1的控制端會電連接到第二端。

以第一放大電路41為例。前級電流鏡411中，第一電晶體Q1會透過第二端接收該第一降頻後信號與參考電流源S傳來的信號，而令第二電晶體Q2根據一前級比率從第二端發出一電流形式的中間信號。接著，後級電流鏡412中，第一電晶體Q1會透過第二端接收該中間信號，而令第二電晶體Q2根據一後級比率從第二端發出一信號，且這個信號的電流值相當於第一輸出信號加上流經參考電流源S的電流。

其中，各級電流鏡所根據的比率是指第二電晶體Q2的寬長比相對於第一電晶體Q1的寬長比，即。

換句話說，當第一降頻後信號流入第一放大電路41，會先經過前級電流鏡411，再流過後級電流鏡412。並且，

(A)「流出前級電流鏡411的電流」是「第一降頻後信號加上參考電流源S」的前級比率倍數。

(B)「第一輸出信號加上參考電流源S」是「流出前級電流鏡411的電流」的後級比率倍數。

較佳地，本例的該等比率藉由調整電晶體Q1、Q2之寬長比是可變的，所以第一放大電路41能彈性地調整電流放大比例。同樣地，當第二降頻後信號流入第二放大電路42，藉由調整電晶體Q1、Q2之寬長比也會對應地將電流放大而產生該第二輸出信號。換言之，本實施例中之放大器4為一可調電流放大器，且其電流放大增益可藉由調整電晶體之寬長比來進行調整。

值得注意的是，在另一實施態樣中，各放大電路41、42也可以是僅包括一級的電流鏡。或者，各放大電路41、42也包括更多級的電流鏡，來增加電流放大比例。

此外，為了降低該第一和第二輸出信號所挾帶的雜訊，放大器4還可包括四個分別設置於該等電流鏡411~422中的低通濾波器43。詳細來說，對每一電流鏡411~422而言，低通濾波器43是橫跨於第一和第二電晶體Q1、Q2的控制端之間。如此一來，放大器4可達到放大信號且兼具濾波的功能。

第二較佳實施例

參閱圖4，相較於第一較佳實施例，本發明電流形式的無線接收系統之第二較佳實施例的不同處在於：前置處理器5的差動式設計。

前置處理器5包括一第一轉導電路51及一第二轉導電路52。當該輸入信號傳入第一轉導電路51時，第二轉導電路52的作用類似第一較佳實施例的阻抗匹配電路21而有效地將該輸入信號送給第一轉導電路51，使得第一轉導電路51將呈電壓形式的輸入信號轉換成呈電流形式的前置信號。且本發明領域具有通常知識者可同理類推：該輸入信號傳入第二轉導電路52的情形。

綜上所述，前述較佳實施例中，前置處理器2、5、混波器3和放大器4都是採用電流形式來傳遞信號，因而較能抵抗工作電壓VDD的抖動雜訊，且所需工作電壓VDD值低，有助於降低功率消耗，並且一致的信號流形式更能改善線性度，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100．．．無線接收系統

1．．．天線

2．．．前置處理器

21．．．阻抗匹配電路

22．．．高頻放大電路

23．．．轉導電路

3．．．混波器

31．．．第一電晶體

32．．．第二電晶體

4．．．放大器

41．．．第一放大電路

411．．．前級電流鏡

412．．．後級電流鏡

42．．．第二放大電路

421．．．前級電流鏡

422．．．後級電流鏡

43．．．低通濾波器

5．．．前置處理器

51．．．第一轉導電路

52．．．第二轉導電路

Q1．．．第一電晶體

Q2．．．第二電晶體

S．．．參考電流源

圖1是一方塊圖，說明本發明無線接收系統之第一較佳實施例；

圖2是一電路圖，說明本較佳實施例的前置處理器和混波器；

圖3是一電路圖，說明本較佳實施例的放大器；及

圖4是一電路圖，說明第二較佳實施例的前置處理器。

100．．．無線接收系統

1．．．天線

2．．．前置處理器

3．．．混波器

4．．．放大器

Claims (10)

1. 一種無線接收方法，包含以下步驟：(A)藉由一前置處理器接收一電壓形式的輸入信號，並基於該輸入信號做調整而送出一電流形式的前置信號；(B)藉由一混波器將該前置信號降頻為一電流形式的降頻後信號；及(C)藉由一放大器提高該降頻後信號的增益，以送出一電流形式的輸出信號，該放大器提高增益的步驟包括：使用一具有一第一電晶體和一第二電晶體的電流鏡；藉由該第一電晶體接收該降頻後信號；及使該第二電晶體耦接該第一電晶體，以根據該降頻後信號和一參考電流源，來送出相關於一特定比率的一信號，其中，該特定比率是指該第二電晶體的寬長比相對於該第一電晶體的寬長比；該放大器為一可調電流放大器，且其電流放大增益可藉由調整該第二電晶體之寬長比來進行調整。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之無線接收方法，其中，步驟(A)中，該前置處理器的調整步驟包括：藉由一阻抗匹配電路接收並傳送該電壓形式的輸入信號；及 藉由一轉導電路將該阻抗匹配電路傳來的信號轉換成該電流形式的前置信號。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之無線接收方法，其中，步驟(B)中，該混波器的降頻步驟包括：藉由一第一電晶體接收該前置信號和一振盪信號；藉由一第二電晶體接收該前置信號和互補於該振盪信號的另一振盪信號；及當該第二電晶體受該另一振盪信號控制而截止，該第一電晶體會受該振盪信號控制而導通，以根據該前置信號送出該降頻後信號；當該第一電晶體受該振盪信號控制而截止，該第二電晶體會受該另一振盪信號控制而導通，以根據該前置信號送出該降頻後信號。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之無線接收方法，其中，步驟(C)更包括：藉由一另一電流鏡接收該第二電晶體送出的信號，並基於另一特定比率來放大以送出該輸出信號。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之無線接收方法，其中，步驟(C)更包括：藉由一低通濾波器跨接於該第一電晶體的一控制端與該第二電晶體的一控制端間。
6. 一種電流形式的無線接收系統，包含：一前置處理器，用以接收一電壓形式的輸入信號，並基於該輸入信號做調整而送出一電流形式的前置信號； 一混波器，使該前置信號降頻為一電流形式的降頻後信號；及一放大器，提高該降頻後信號的增益，以送出一電流形式的輸出信號，該放大器包括一電流鏡，該電流鏡具有：一第一電晶體，用以接收該降頻後信號；及一第二電晶體，耦接該第一電晶體，以根據該降頻後信號和一參考電流源，送出相關於一特定比率的一信號，其中，該特定比率係指該第二電晶體的寬長比相對於該第一電晶體的寬長比；該放大器為一可調電流放大器，且其電流放大增益可藉由調整該第二電晶體之寬長比來進行調整。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之無線接收系統，其中，該前置處理器包括：一阻抗匹配電路，接收並傳送該電壓形式的輸入信號；及一轉導電路，將該阻抗匹配電路傳來的信號轉換成該電流形式的前置信號。
8. 依據申請專利範圍第6項所述之無線接收系統，其中，該混波器包括：一第一電晶體，接收該前置信號和一振盪信號；及一第二電晶體，接收該前置信號和互補於該振盪信號的另一振盪信號； 當該第二電晶體受該另一振盪信號控制而截止，該第一電晶體會受該振盪信號控制而導通，以根據該前置信號送出該降頻後信號；當該第一電晶體受該振盪信號控制而截止，該第二電晶體會受該另一振盪信號控制而導通，以根據該前置信號送出該降頻後信號。
9. 依據申請專利範圍第6項所述之無線接收系統，其中，該放大器更包括：一另一電流鏡，接收該第二電晶體送出的信號，並基於另一特定比率來放大以送出該輸出信號。
10. 依據申請專利範圍第6項所述之無線接收系統，其中，該放大器更包含：一低通濾波器，跨接於該第一電晶體的一控制端與該第二電晶體的一控制端間。