TWI415399B - A circuit that eliminates interference - Google Patents

Description

一種消除干擾之電路

本發明係有關於一干擾消除電路，特別是關於可對一輸入信號施行干擾消除之干擾消除電路。該輸入信號係在一無線通信系統接收器之前端被接收，其包含一傳輸信號及至少一伴隨干擾信號。當該輸入信號之伴隨干擾信號強於該傳輸信號時，將使低雜訊放大器(Low Noise Amplifier；LNA)變飽和，從而破壞該傳輸信號。

為描述本發明之相關技術，一典型無線接收器之LNA與其他部件間之連接關係先在此說明。請參照圖1a，其繪示一典型無線接收器之架構。如圖1a所示，該典型無線接收器至少包含一可調整增益之低雜訊放大器101、一功率偵測器102、一混波器103、一本地振盪器104、一混波器105、一混波器106、一正交相位本地振盪器107、一複合濾波器108、一可調整增益之放大器109、一自動增益控制器110及一類比數位轉換器111。

因該混波器103、本地振盪器104、混波器105、混波器106、正交相位本地振盪器107、複合濾波器108、可調整增益之放大器109、自動增益控制器110及類比數位轉換器111均屬公知技藝且非本發明之重點，故不在此闡述。

該可調整增益之低雜訊放大器101係用以放大一輸入信號，該輸入信號包含一傳輸信號及一些可能的干擾信號。該功率偵測器102耦接至該可調整增益之低雜訊放大器101，用以依該輸入信號之功率調整該可調整增益之低雜訊放大器101之增益。若該輸入信號含有干擾信號，其通常強於該傳輸信號，該功率偵測器102會偵測到一較大之功率然後送出一信號以降低該可調整增益之低雜訊放大器101之增益，用以預防飽和。然而，該可調整增益之低雜訊放大器101之增益降低會使雜訊指數增加。典型無線接收器之雜訊容忍度通常有限，該可調整增益之低雜訊放大器101所增加之雜訊指數將會佔去接收器其他部件之雜訊指數配額。所以，亟需將低雜訊放大器之雜訊指數降低以挪出雜訊指數空間供接收器其他部件配置。

習知用以去除可能干擾信號之解決方案係在低雜訊放大器之前插入一表面聲波濾波器(SAW filter)。請參照圖2，其繪示一習知輸入信號干擾消除技術之方塊圖。如圖2所示，該習知技術具有一表面聲波濾波器201、一可調整增益之低雜訊放大器202、一功率偵測器203及一混波器204。

該表面聲波濾波器201係用以濾除該等干擾信號。然而，該表面聲波濾波器201之採用會佔據額外的電路板面積、增加額外的零件成本，及其表面聲波濾波器之插入損失會造成雜訊指數劣化。

習知另一用以去除干擾信號之解決方案係設置一第二路徑，其具有一帶阻濾波器以保留該等干擾信號，然後其輸出再與低雜訊放大器之輸出相減。請參照圖3，其繪示另一習知干擾消除技術---前饋(feed-forward)技術之方塊圖。如圖3所示，該前饋技術具有一低雜訊放大器301、一射頻帶阻濾波器302、一減法器303及一放大器304。

該射頻帶阻濾波器302係用以濾除該傳輸信號及保留該等干擾信號，該等干擾信號經該放大器304放大後與該低雜訊放大器301輸出所含之干擾信號在該減法器303混合以期能互相抵消。然而，該二路徑因結構不對稱所致之相位偏移量差異，使得干擾消除效果不顯著。再者，高品質之射頻濾波器很難實現於晶片上，就算實現於晶片上，其所產生的高插入損失也會明顯劣化接收器之靈敏度。

習知另一用以去除干擾信號之解決方案係設置一第二路徑，其具有二混波器及一高通濾波器以只保留該等干擾信號，然後再與低雜訊放大器之輸出相減。請參照圖4，其繪示又一習知干擾消除技術---平移環(translational-loop)技術之方塊圖。如圖4所示，該平移環技術具有一低雜訊放大器401、一混波器402、一高通濾波器403、一混波器404及一減法器405。

該混波器402、高通濾波器403及混波器404係合而作用為一射頻帶阻濾波器以濾除該傳輸信號及保留該等干擾信號，之後再與該低雜訊放大器401輸出所含之干擾信號在該減法器405混合以期能互相抵消。然而，該混波器402及混波器404會產生額外的鏡像信號，且該二路徑因結構不對稱而具不同之相位偏移量，使得干擾消除效果有限。因此，亟需一技術，其可在簡潔結構、低成本之條件下，在無線接收器之前端提供優越的干擾消除效果。

有鑒於前述之問題，本發明之一目的在於提供一有效且強健之手段以在無線通信系統之接收器前端消除一輸入信號之干擾，該輸入信號包含一傳輸信號及至少一伴隨干擾信號。

本發明之另一目的在於提供一新穎的互補平移環架構，其可依一頻率轉移方案及一對稱雙路徑架構有效消除一傳輸信號之伴隨干擾信號。

本案以所提頻率轉移方案及對稱雙路徑架構而實現之新穎干擾消除手段可用以在無線通信系統接收器前端大幅降低伴隨干擾信號及鏡像信號之強度。

本發明揭露一種供接收器消除干擾之電路，可執行一輸入信號之干擾消除，該輸入信號係載於一傳輸載波頻率且包含一傳輸信號及至少一干擾信號，該干擾消除電路具有：一降頻轉換器，用以將該輸入信號由該傳輸載波頻率轉載至直流頻率以產生一降頻轉換信號；一第一路徑電路，用以處理該降頻轉換信號以產生一第一產出信號，其中該第一產出信號包含該傳輸信號及該等干擾信號；一第二路徑電路，用以處理該降頻轉換信號以產生一第二產出信號，其中該第二產出信號包含該等干擾信號但不包含該傳輸信號；及一混合器，用以藉由混合該第一產出信號及該第二產出信號以產生一輸出信號。

本發明之干擾消除設計點在於該第一產出信號包含一信號成分及一干擾成分，該第二產出信號包含另一干擾成分，及該第一產出信號之干擾成分與該第二產出信號之干擾成分不是完全相等就是互補，而可於混合時互相抵消。

為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

在無線通信領域中，以一混波器對一信號cos(2πf_s t)及一頻率為f_c 之載波cos(2πf_c t)施行頻率轉換，其數學式可表為cos(2πf_s t)×cos(2πf_c t)=(1/2){cos(2π(f_c +f_s )t)+cos(2π(f_c -f_s )t)}，亦即頻率為f_s 之信號會轉換至頻率為f_c -f_s 之轉換信號及頻率為f_c +f_s 之鏡像信號。假設一輸入信號包含一頻率為f_tr 之傳輸信號cos(2πf_tr t)及頻率為f_int 之干擾信號cos(2πf_int t)，而該輸入信號被一混波器以一頻率為f_c 之載波cos(2πf_c t)施行頻率轉換。其結果如圖1b所示，將會產生頻率為f_c -f_tr 、f_c -f_int 、f_c +f_tr 、f_c +f_int 之四個轉換信號。

如先前相關技術所述，前饋技術之晶片上射頻濾波器不易有高品質，因此平移環(translational loop)技術提出在實施濾波前先用混波器將信號降轉至一低頻。此舉將使高品質之晶片上濾波器易於實施。然而，由於混波器會產生相關的鏡像信號，及其二信號路徑之結構不對稱，使得干擾消除之效果並不顯著。所以亟需一新穎的解決方案來克服濾波器設計及鏡像信號消除所牽涉的棘手問題。

為解決該棘手問題，本發明首先提出一對稱雙路徑結構。接著，本發明著手處理該對稱雙路徑之信號頻譜，使得其第一路徑輸出端之信號頻譜成份與其第二路徑輸出端之信號頻譜成份只在傳輸信號之頻率位置有差異。該第一路徑保留該傳輸信號而該第二路徑則濾除該傳輸信號。為使頻譜處理容易達成，濾波程序應於低頻帶執行。接著，在回復到原來的頻帶後，干擾信號即可藉由結合該二路徑之輸出而消除。本發明前述之提案意味著：

a)需要一混波器將輸入信號降頻轉換至直流頻率處以利濾波器之設計，及需要另一混波器將濾波信號升頻轉換；

b)該第一路徑之濾波器需設計成可保留該傳輸信號及一組干擾信號，而該第二路徑之濾波器需設計成可保留該組干擾信號及濾除該傳輸信號；以及

c)該二路徑之混波器所產生的鏡像信號均彼此對稱，故可藉由相減而消除。

為達成這些目標，本發明首先利用一本地振盪器以產生振盪信號之頻率，係為輸入信號之載波頻率。該振盪信號可耦接至該等混波器以進行降頻與升頻轉換。採用該振盪頻率可產生兩個優點，首先，可於低頻帶設計較易實現之高品質濾波器，其次，二相同頻率相減所產生的直流頻率位置會衍生較少的鏡像信號。

關於該二路徑之濾波器設計，其增益應相同且該二路徑中保留之干擾信號其相位偏移應盡量接近。如所周知的，在濾波器設計領域中，低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器及全通濾波器之相位響應並不相同，故該二路徑之相關濾波器通帶應依干擾信號之可能頻率位置調整，以使干擾信號在該二路徑中之相位偏移盡量接近。一般的濾波器技術如巴特沃斯(Butterworth)濾波器即可用以實現該設計。

再者，本發明之信號路徑其模式可為單端模式或差動模式或單端模式與差動模式之組合。本發明前述之概念，可經修改而產生許多版本。本發明之說明書將揭露一些較佳實施例。

請參照圖5，其繪示本發明干擾消除電路之一較佳實施例方塊圖。如圖5所示，該方塊圖包括一本地振盪器501、一混波器502、一低通濾波器503、一混波器504、一帶通濾波器505、一混波器506及一混合器507。

在此實施例中，該本地振盪器501係用以產生一振盪信號，其頻率為一輸入信號之載波頻率。該輸入信號包含一傳輸信號及至少一干擾信號。該本地振盪器501之信號路徑為差動模式，而其型態為單相。

該混波器502係用以在該振盪信號之控制下，依該輸入信號產生載於直流頻率位置之一第一轉頻信號，及載於直流頻率位置之一第二轉頻信號。

該低通濾波器503係一二階巴特沃斯低通濾波器，用以處理該第一轉頻信號，以保留一第一濾波信號。該濾波器之通帶頻寬係依干擾信號及鏡像信號之可能位置加以調整，以使該第一濾波信號包含一第一路徑留存信號及一第一路徑留存干擾信號。例如，若該輸入信號包含一載於900MHz之傳輸信號及一載於1000MHz之干擾信號，則在該混波器502之處理後，將會有四個產出，其分別載於直流頻率、100MHz、1800MHz及1900MHz。在此情況，該低通濾波器503之通帶可設計成用以保留載於直流頻率之該傳輸信號及載於100MHz之該干擾信號。

該混波器504係用以在該振盪信號之控制下，依該第一濾波信號產生載於該第一載波頻率之一第一產出信號。該第一產出信號包含複數個第一路徑干擾信號，及正比於該傳輸信號之一第一輸出信號。

該帶通濾波器505係一二階巴特沃斯帶通濾波器，用以處理該第二轉頻信號以保留載於該第二載波頻率之一第二濾波信號。該濾波器之通帶頻寬係依該低通濾波器503之通帶頻寬加以調整，以使該第二濾波信號包含一第二路徑留存干擾信號，其中該第二路徑留存干擾信號之頻譜分佈接近於該第一路徑留存干擾信號之頻譜分佈。例如，因該低通濾波器503保留了載於100MHz之干擾信號，故該帶通濾波器505應只保留載於100MHz之干擾信號，而其通帶應調整成使載於100MHz之該二干擾信號之振幅及相位約相等。

該混波器506係用以在該振盪信號之控制下，依該第二濾波信號產生一第二產出信號。該第二產出信號包含該第二路徑中之干擾信號，而該第二路徑中之干擾信號其頻譜分佈類似於該第一路徑中之干擾信號所具者。

該混合器507係用以使該第二產出信號與該第一產出信號相減以產生一輸出信號，其中該輸出信號正比於該第一輸出信號。

請參照圖6，其繪示本發明干擾消除電路之另一較佳實施例方塊圖。如圖6所示，該方塊圖包括一本地振盪器601、一混波器602、一低通濾波器603、一混波器604、一高通濾波器605、一混波器606及一混合器607。

在此實施例中，該本地振盪器601係用以產生一振盪信號，其頻率為一輸入信號之載波頻率。該輸入信號包含一傳輸信號及至少一干擾信號。該本地振盪器601之信號路徑為差動模式。

該混波器602係用以在該振盪信號之控制下，依該輸入信號產生載於直流頻率位置之一第一轉頻信號，及載於直流頻率位置之一第二轉頻信號。

該低通濾波器603係一二階巴特沃斯低通濾波器，用以處理該第一轉頻信號以保留一第一濾波信號。該濾波器之通帶頻寬係依干擾信號及鏡像信號之可能位置加以調整，以使該第一濾波信號包含一第一路徑留存信號及一第一路徑留存干擾信號。例如，若該輸入信號包含一載於900MHz之傳輸信號及一載於1000MHz之干擾信號，則在該混波器602之處理後，將會有四個產出，其分別載於直流頻率、100MHz、1800MHz及1900MHz。在此情況，該低通濾波器603之通帶可設計成用以保留該四個產出。

該混波器604係用以在該振盪信號之控制下，依該第一濾波信號產生載於該第一載波頻率之一第一產出信號。該第一產出信號包含複數個第一路徑干擾信號，及正比於該傳輸信號之一第一輸出信號。

該高通濾波器605係一二階巴特沃斯高通濾波器，用以處理該第二轉頻信號以保留載於該第二載波頻率之一第二濾波信號。該高通濾波器605之通帶頻寬係依該低通濾波器603之通帶頻寬加以調整，以使該第二濾波信號包含一第二路徑留存干擾信號，其中該第二路徑留存干擾信號之頻譜分佈接近於該第一路徑留存干擾信號之頻譜分佈。例如，因該低通濾波器603保留了該四個產出，故該高通濾波器605應只濾除載於直流頻率之該傳輸信號，而其通帶應調整成使載於100MHz之干擾信號及載於1800MHz、1900MHz之鏡像信號其振幅及相位約等於該低通濾波器603其對應產出所具者。

該混波器606係用以在該振盪信號之控制下，依該第二濾波信號產生一第二產出信號。該第二產出信號包含該第二路徑中之干擾信號，而該第二路徑中之干擾信號其頻譜分佈類似於該第一路徑中之干擾信號所具者。

該混合器607係用以使該第二產出信號與該第一產出信號相減以產生一輸出信號，其中該輸出信號正比於該第一輸出信號。

請參照圖7，其繪示本發明干擾消除電路之另一較佳實施例方塊圖。如圖7所示，該方塊圖包括一本地振盪器701、一混波器702、一全通濾波器703、一混波器704、一高通濾波器705、一混波器706及一混合器707。

在此實施例中，該本地振盪器701係用以產生一振盪信號，其頻率為一輸入信號之載波頻率。該輸入信號包含一傳輸信號及至少一干擾信號。該本地振盪器701之信號路徑為差動模式，而其型態為單相。

該混波器702係用以在該振盪信號之控制下，依該輸入信號產生載於直流頻率位置之一第一轉頻信號，及載於直流頻率位置之一第二轉頻信號。

該全通濾波器703係一二階巴特沃斯全通濾波器，用以處理該第一轉頻信號以保留一第一濾波信號。該第一濾波信號包含一第一路徑留存信號及一第一路徑留存干擾信號。

該混波器704係用以在該振盪信號之控制下，依該第一濾波信號產生載於該第一載波頻率之一第一產出信號。該第一產出信號包含複數個第一路徑干擾信號，及正比於該傳輸信號之一第一輸出信號。

該高通濾波器705係一二階巴特沃斯高通濾波器，用以處理該第二轉頻信號以保留載於該第二載波頻率之一第二濾波信號。該高通濾波器705之通帶頻寬係依該等干擾信號及鏡像信號之可能頻率位置加以調整，以使該第二濾波信號包含一第二路徑留存干擾信號，其中該第二路徑留存干擾信號之頻譜分佈接近於該第一路徑留存干擾信號之頻譜分佈。例如，若該輸入信號包含一載於900MHz之傳輸信號及一載於1000MHz之干擾信號，則在該混波器702之處理後，將會有四個產出，其分別載於直流頻率、100MHz、1800MHz及1900MHz。因該全通濾波器703保留了該四個產出，故該高通濾波器705應只濾除載於直流頻率之該傳輸信號，而其通帶頻寬應調整成使載於100MHz之干擾信號及載於1800MHz、1900MHz之鏡像信號其振幅及相位約等於該全通濾波器703其對應產出所具者。

該混波器706係用以在該振盪信號之控制下，依該第二濾波信號產生一第二產出信號。該第二產出信號包含複數個第二路徑干擾信號，而該等第二路徑干擾信號其頻譜分佈類似於複數個第一路徑干擾信號所具者。

該混合器707係用以使該第二產出信號與該第一產出信號相減以產生一輸出信號，其中該輸出信號正比於該第一輸出信號。

請參照圖8，其繪示本發明干擾消除電路之另一較佳實施例方塊圖。本實施例除了採用正交相位(0°/90°)結構外，其原理繼承先前幾個實施例。如圖8所示，該方塊圖包括一本地振盪器801、一本地振盪器802、一混波器803、一低通濾波器804、一混波器805、一混波器806、一帶通濾波器807、一混波器808、一混合器809及一混合器810。

在此實施例中，該本地振盪器801係用以產生一對具正交相位之第一振盪信號，其頻率為一輸入信號之載波頻率。該對具正交相位之第一振盪信號包含一0°相位之振盪信號及一90°相位之振盪信號。該輸入信號包含一傳輸信號及至少一干擾信號。該本地振盪器801之信號路徑為差動模式。

該本地振盪器802係用以產生一對具正交相位之第二振盪信號，其頻率為一輸入信號之載波頻率。該本地振盪器802之信號路徑為差動模式。

該混波器803係用以在該對具正交相位之第一振盪信號之控制下，依該輸入信號產生載於一第二載波頻率之一對具正交相位之第一轉頻信號。

該混波器804係用以在該對具正交相位之第一振盪信號之控制下，依該輸入信號產生載於該第二載波頻率之一對具正交相位之第二轉頻信號。

該低通濾波器805係用以處理該對具正交相位之第一轉頻信號以保留一對具正交相位之第一濾波信號。該對具正交相位之第一濾波信號包含一對具正交相位之第一路徑留存信號及一對具正交相位之第一路徑留存干擾信號。

該混波器806係用以在該對具正交相位之第二振盪信號之控制下，依該對具正交相位之第一濾波信號產生載於該第一載波頻率之一對具正交相位之第一產出信號。該對具正交相位之第一產出信號包含一對具正交相位之第一路徑干擾信號，及一對具正交相位之第一輸出信號，其中該對具正交相位之第一輸出信號之一相位信號正比於該傳輸信號。

該帶通濾波器807係用以處理該對具正交相位之第二轉頻信號以保留載於該第二載波頻率之一對具正交相位之第二濾波信號。該對具正交相位之第二濾波信號包含一對具正交相位之第二路徑留存干擾信號，其中該對具正交相位之第二路徑留存干擾信號之頻譜分佈係依該對具正交相位之第一路徑留存干擾信號之頻譜分佈而決定。

該混波器808係用以在該對具正交相位之第二振盪信號之控制下，依該對具正交相位之第二濾波信號產生一對具正交相位之第二產出信號。該對具正交相位之第二產出信號包含一對具正交相位之第二路徑干擾信號，而該對具正交相位之第二路徑干擾信號其頻譜分佈係依該對具正交相位之第一路徑干擾信號之頻譜分佈而決定，以使彼此之振幅及相位均能匹配。

該混合器809及混合器810係用以使該對具正交相位之第二產出信號與該對具正交相位之第一產出信號相減以產生一對具正交相位之輸出信號，其中該對具正交相位之輸出信號正比於該對具正交相位之第一輸出信號。

在以上所述數個較佳實施例中，若其濾波信號被進一步反相，則其混合器亦可利用加法達成干擾消除。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

101、202．．．可調整增益之低雜訊放大器

102、203．．．功率偵測器

103、105、106、204、402、404、502、504、506、602、604、606、702、704、706、803、804、806、808．．．混波器

104、501、601、701．．．本地振盪器

107、801、802．．．正交相位本地振盪器

108．．．複合濾波器

109．．．可調整增益之放大器

110．．．自動增益控制器

111．．．類比數位轉換器

201．．．表面聲波濾波器

301、401．．．低雜訊放大器

302．．．射頻帶阻濾波器

303、405．．．減法器

304．．．放大器

403、605、705．．．高通濾波器

503、603、805．．．低通濾波器

505、807．．．帶通濾波器

703．．．全通濾波器

507、607、707、809、810．．．混合器

圖1a為一示意圖，其繪示一典型無線接收器之方塊圖。

圖1b為一示意圖，其繪示一混波器之工作原理。

圖2為一示意圖，其繪示一習知干擾消除技術之方塊圖。

圖3為一示意圖，其繪示另一習知干擾消除技術之方塊圖。

圖4為一示意圖，其繪示又一習知干擾消除技術之方塊圖。

圖5為一示意圖，其繪示本發明用於消除干擾之一較佳實施例方塊圖。

圖6為一示意圖，其繪示本發明用於消除干擾之另一較佳實施例方塊圖。

圖7為一示意圖，其繪示本發明用於消除干擾之另一較佳實施例方塊圖。

圖8為一示意圖，其繪示本發明用於消除干擾之另一較佳實施例方塊圖。

501．．．本地振盪器

502、504、506．．．混波器

503．．．低通濾波器

505．．．帶通濾波器

507．．．混合器

Claims (7)

1. 一種消除干擾之電路，用於一接收器中，執行一輸入信號之干擾消除，其中該輸入信號係載於一第一傳輸載波頻率且包含一傳輸信號及至少一干擾信號，該電路包含：一本地振盪器，用以產生一振盪信號以提供該第一傳輸載波頻率；一降頻轉換器，用以將該輸入信號由該第一傳輸載波頻率轉載至直流頻率以產生一降頻轉換信號；一第一路徑電路，用以處理該降頻轉換信號以產生一第一產出信號，其中該第一產出信號包含該傳輸信號及該至少一干擾信號；一第二路徑電路，與該第一路徑電路對稱，用以處理該降頻轉換信號以產生一第二產出信號，其中該第二產出信號包含該等干擾信號但不包含該傳輸信號；及一混合器，用以藉由混合該第一產出信號及該第二產出信號以產生一輸出信號；其中該第一路徑電路包含：一第一濾波器，用以處理該降頻轉換信號以產生一第一濾波信號；及一第一升頻轉換器，用以接收該振盪信號以將該第一濾波信號由直流頻率轉載至該第一傳輸載波頻率以產生該第一產出信號；以及其中該第二路徑電路包含：一第二濾波器，用以處理該降頻轉換信號以產生一第二濾波信號，其中該第二濾波信號不含該傳輸信號；及一第二升頻轉換器，用以接收該振盪信號以將該第二濾波信號由直流頻率轉載至該第一傳輸載波頻率以產生該第二產出信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該混合器藉由執行減法運算或加法運算之一，用以混合該第一產出信號及該第二產出信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該第一濾波器為一低通濾波器及該第二濾波器為一帶通濾波器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該第一濾波器為一低通濾波器及該第二濾波器為一高通濾波器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該第一濾波器為一全通濾波器及該第二濾波器為一高通濾波器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該降頻轉換器之信號模式為單端模式或差動模式或單端模式與差動模式之結合三者中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之消除干擾之電路，其中該本地振盪器之信號模式為單相模式或正交相位模式或單相模式與正交相位模式之結合三者中之一。