TWI521869B - 具相位調諧之多相濾波器 - Google Patents

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佩特魯斯 史特羅特
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凌力爾特科技公司
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    • H03H7/21—Networks for phase shifting providing two or more phase shifted output signals, e.g. n-phase output
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Description

具相位調諧之多相濾波器
本發明係關於類比濾波器，特別係關於可用於移動通信或電信領域的類比濾波器。
接收一固定頻率的正弦信號源後，理想的一多相濾波器(poly-phase filter)可以輸出相同振幅的同相(亦即0度或是180度)信號與正交(亦即90度或是270度)信號。然而，在真正的實作當中，由於信號源的諧振、電路元器件的不匹配、電壓偏移、以及寄生阻抗等因素，很難輸出具有相同振幅的同相信號與正交信號。
本發明所提供的一種多相濾波器，係用於接收同相輸入信號I及與正交輸入信號Q及以及提供同相輸出信號I out 及與正交輸出信號Q out 及。根據本發明一實施例，連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值。在一特例中，其差值可以是一預先決定值的兩倍，這是根據該預先決定值對每一個該可變電容進行調整的結果。例如，想要調整輸出信號I out 、、Q out 及之相位，可以透過增加同相輸出信號輸出信號I out 及之相關可變電容的電容值達一 定量△C，以及減少同相輸出信號I out 及之相關可變電容的電容值達一定量△C來達成，反之亦然。
在一實施例中，本發明提供一種多相濾波器，包含：用於接 收同相輸入信號I及與正交輸入信號Q及的複數個接收端子；用於提供同相輸出信號I out 及與正交輸出信號Q out 及的複數個輸出端子；分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出I out 、Q out 、、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電阻；以及分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出、I out 、Q out 、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電容，其中，連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值。
在另一實施例中，本發明提供一種多相濾波器，包含：用於 接收同相輸入信號I及與正交輸入信號Q及的複數個接收端子；用於提供同相輸出信號I out 及與正交輸出信號Q out 及的複數個輸出端子；分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出I out 、Q out 、、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電阻，其中連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值；以及分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出、I out 、Q out 、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電容。
本發明的內容係陳述於下列實施例及其附屬的圖示。
100‧‧‧多相濾波器
101a~d‧‧‧可變電阻
102a~d‧‧‧可變電容
第一圖為根據本發明一實施例之具有相位調控能力的多相濾波器100之一示意圖。
第二圖為根據本發明另一實施例之具有相位調控能力的多相濾波器100之一示意圖。
第三圖係為根據本發明一實施例的一多相濾波器所達成之旁波段信號抑制效果，其旁波段信號抑制後的信號可以作為一局部震盪器頻率的信號來源，並且由下列四種信號所驅動：正弦波形的局部震盪器信號、方波形的局部震盪器信號、已對中心頻率與同相正交增益最佳化過的方波形的局部震盪器信號、以及已對同相正交相位與增益最佳化過的方波形的局部震盪器信號。
第一圖為根據本發明一實施例之具有相位調控能力的多相濾波器100之一示意圖。如第一圖所示，多相濾波器100接收四個理想的類比信號(I、Q、、)，其分別是一輸入信號於0度、90度、180度、與270度的相位。多相濾波器100提供相應的輸出信號，分別是I out 、Q out 、、，其分別是輸出信號於0度、90度、180度、與270度的相位。多相濾波器100包含可變電阻101a、101b、101c、101d與可變電容102a、102b、102c、102d。在一積體電路的實施範例當中，上述的可變電容102a、102b、102c、102d可以利用金屬氧化物半導體(MOS)電容陣列或是具有金屬氧化物半導體開關的二進位制權重(binary weighted)之電容陣列來實作。相似地，每一個可變電阻的阻抗可以透過選用多晶矽電阻串(poly-silicon resistor string)來實現。上述之可變電阻101a至101d與可變電容102a至102d的阻抗值與電容值可 以在一最終製造步驟(例如晶圓篩選步驟)中進行設定，或是透過一外接匯流排(例如一個具有三條線路的匯流排，像是SPI或I2C等)進行設定。
根據本發明一實施例，為了在調整信號I、Q、、之相位間 隔的同時維持其振幅的實質相等，可以透過遞增可變電容102a與102c(亦即與同相輸出信號I out 、相關的可變電容)達一定量△C，以及透過遞減可變電容102b與102d(亦即與正交輸出信號Q out 、相關的可變電容)達一定量△C的方式來進行相位的調整。
為了要設定兩個不同的電容陣列值，用於存取該電容陣列的 一數位匯流排必須提供兩倍於先前技術之位元數量。(這裡所指的先前技術可以參考美國專利申請案公開號2008/0094133之第三圖的多相濾波器250)。
類似的調整步驟也可以應用於可變電阻101a、101b、101c、 101d之上。例如，連接到提供同相輸出信號I out 、之端子的可變電阻之阻抗值，以及連接到提供正交輸出信號Q out 、之端子的可變電阻之阻抗值會有兩倍於△R的差異。其中，上述之△R為阻抗值最小增量的一整數倍。
第二圖為根據本發明另一實施例之具有相位調控能力的多相濾波器100之一示意圖。
根據本發明之一多相濾波器可以用在同相正交調變器的同相信號混頻器與正交信號混頻器當中，其中上述之同相正交調變器可以由一雙重平衡之鏡像抑制混頻器(double balanced image reject mixer)所構成，比方說可以是相關申請案(14/061,470，於2013年十月23日向美國專利商標局提交)的第六圖中的電路600。使用此種同相正交調變器的好處之一在於它對 於旁波段信號的抑制能力(side-band suppression)，有時候也稱之為鏡像抑制。一般而言，可以透過對同相正交信號相位誤差與增益誤差進行最佳化，以便達到對旁波段信號的最佳抑制效果。換言之，要對兩個變數進行最佳化。對於傳統的多相濾波器來說，例如美國專利申請案公開號2008/0094133之第三圖的多相濾波器250，上述的最佳化可以透過調整其中心頻率，或是經由調整其同相信號混頻器與正交信號混頻器之相對增益比值來調整其同相/正交信號的增益。上述之相對增益比值的調整，可以透過調整同相信號混頻器與正交信號混頻器之負反饋電阻(degeneration resistor)的比值來達成。
第三圖係為根據本發明一實施例的一多相濾波器所達成之 旁波段信號抑制效果，其旁波段信號抑制後的信號可以作為一局部震盪器頻率的信號來源。該多相濾波器可以實作在一巴倫混頻器(balun mixer)電路當中，例如美國專利申請案公開號2008/0094133之第六圖中的電路600，並且由下列四種信號所驅動：正弦波形的局部震盪器信號、方波形的局部震盪器信號、已對中心頻率與同相正交增益最佳化過的方波形的局部震盪器信號、以及已對同相正交相位與增益最佳化過的方波形的局部震盪器信號。上述之多相濾波器的中心頻率係根據一中心頻率表(center frequency table)來加以設定。對於每個選定的局部震盪器信號頻率而言，中心頻率是一個固定值。如第三圖所示，在中心頻率表上所設定的中心頻率，當局部震盪器輸入信號從弦波信號改為方波信號時，其旁波段信號的抑制能力會嚴重地降低。其降低的原因是來自於方波信號的第三次以及更高次的諧振波。第三次諧振波會在正交頻道上造成比在同相頻道上更大的振幅，據此 導致了相位偏移現象。此種現象的相關討論，可以參考2010年五月號的德州儀器公司應用報告(Application Report)當中的「在同相正交調變器當中之局部震盪器信號的諧振對於同相正交信號平衡與旁波段信號抑制的影響」(LO Harmonic Effects on I/Q Balance and Sideband Suppression in I/Q modulators)一文。
如第三圖所示，甚至在於對中心頻率與同相正交信號增益做 出最佳化之後，對於方波局部震盪器信號的旁波段信號之抑制能力(請看CF/IQgainCal波形)並沒有太多改善。然而，當同相正交信號之相位與增益同時被最佳化的同時，仍然維持住中心頻率與方波局部震盪器信號的波形(請看IQ-Phase/GainCal)之後，旁波段信號之抑制能力看來有大幅度地改善。此舉顯示了同相正交信號之相位進行設定對於旁波段信號抑制之最佳化非常有幫助。根據本發明之一多相濾波器係可以用於達到上述之最佳化。
上述的詳細說明用於描述本發明的特定實施例，但不應用於限定本發明。符合本發明精神的尚有多種變化與修改範例，本發明的範圍限於下列之權利要求範圍。
100‧‧‧多相濾波器
101a~d‧‧‧可變電阻
102a~d‧‧‧可變電容

Claims (5)

  1. 一種多相濾波器，包含：用於接收同相輸入信號I及與正交輸入信號Q及的複數個接收端子；用於提供同相輸出信號I out 及與正交輸出信號Q out 及的複數個輸出端子；分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出I out 、Q out 、、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電阻；以及分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出、I out 、Q out 、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電容，其中，連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值。
  2. 如申請專利第1項的多相濾波器，其中連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值與連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電容的電容值之差值為一預定值的兩倍。
  3. 如申請專利第1項的多相濾波器，其中連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值。
  4. 一種多相濾波器，包含：用於接收同相輸入信號I及與正交輸入信號Q及的複數個接收端子；用於提供同相輸出信號I out 及與正交輸出信號Q out 及的複數個輸出端子；分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出I out 、Q out 、、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電阻，其中連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值不同於連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值；以及分別跨接於用於接收I、Q、、信號之該複數個接收端子與用於輸出、I out 、Q out 、信號之該複數個輸出端子的複數個可變電容。
  5. 如申請專利範圍第4項的多相濾波器，其中連接用於提供同相輸出信號I out 及的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值與連接用於提供正交輸出信號及Q out 的該輸出端子之每一個該可變電阻的電阻值之一差值為一預定值的兩倍。
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