TWI616067B - 雙模訊號收發裝置與其方法 - Google Patents

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TWI616067B
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楊育哲
廖崑勛
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Abstract

雙模訊號收發裝置包含第一發射電路、第二發射電路以及接收電路。第一發射電路操作於第一模式，並根據第一振盪訊號處理第一輸入訊號，以輸出第一輸出訊號。第二發射電路操作於第二模式，並根據第二振盪訊號處理第二輸入訊號，以輸出第二輸出訊號。第二振盪訊號的頻率不為第一振盪訊號的頻率的整數倍。接收電路根據第一振盪訊號處理關聯於第一模式與第二模式中之一者的外部訊號，以讀取關聯於外部訊號的資料。

Description

雙模訊號收發裝置與其方法
本案是有關於一種訊號收發裝置，且特別是有關於應用於雙模訊號處理的收發裝置與方法。
藍牙技術近年來已廣泛地應用在各種電子裝置中，使得不同的電子裝置在短距離內可進行低功率的資料傳輸。
單一通訊設備常具有多種無線傳輸技術，以依據使用者需求進行高速或低速的資料傳輸。例如，具有雙模式的通訊設備可採用低耗電藍芽(Bluetooth Low Energy,BLE)技術而以超低功率消耗與較低速度傳輸資料，或可使用一般藍芽或高速藍芽並以較快的速度傳輸資料。現有的技術中，常僅以具有單一的頻率的振盪訊號調變多種無線傳輸技術輸出訊號。在這些技術中，系統內部的壓控振盪器會受到牽引(pulling)效應的影響，造成相位誤差或頻率偏移等問題。
為了解決上述問題，本案的一態樣係於提供一種 雙模訊號收發裝置，其包含第一發射電路、第二發射電路以及接收電路。第一發射電路用以操作於第一模式，並用以根據第一振盪訊號處理第一輸入訊號，以輸出第一輸出訊號。第二發射電路用以操作於第二模式，並用以根據第二振盪訊號處理第二輸入訊號，以輸出第二輸出訊號，其中第二振盪訊號的頻率不為第一振盪訊號的頻率的整數倍。接收電路用以根據第一振盪訊號處理關聯於第一模式與第二模式中之一者的一外部訊號，以讀取關聯於外部訊號的資料。
本案的一態樣係於提供一種雙模訊號收發方法，其包含下列操作：在第一模式下，根據第一振盪訊號處理第一輸入訊號，以輸出第一輸出訊號；在第二模式下，根據第二振盪訊號處理第二輸入訊號，以輸出第二輸出訊號，其中第二振盪訊號的頻率不為第一振盪訊號的頻率的整數倍；以及根據第一振盪訊號處理關聯於第一模式與第二模式中之一者的外部訊號，以讀取關聯於外部訊號之資料。
綜上所述，本案所提供的雙模訊號收發裝置與方法藉由設置具有不同頻率的振盪訊號來收發雙模訊號，以同時降低牽引效應的影響以及功率消耗。
100‧‧‧雙模訊號收發裝置
120‧‧‧接收電路
140‧‧‧發射電路
160‧‧‧發射電路
VE1、VE2‧‧‧外部訊號
VO1、VO2‧‧‧輸出訊號
VIN1、VIN2‧‧‧輸入訊號
200‧‧‧雙模訊號收發裝置
210‧‧‧基頻電路
212、214‧‧‧天線
221‧‧‧壓控振盪器
222‧‧‧除頻器
223‧‧‧前端電路
224‧‧‧濾波電路
VA1、VA2‧‧‧類比訊號
225‧‧‧類比數位轉換器
VM1_I、VM1_Q‧‧‧調變訊號
VOS1、VOS2‧‧‧振盪訊號
VD1‧‧‧資料訊號
VL1、VL2‧‧‧本地訊號
DC‧‧‧數位碼
241‧‧‧數位類比轉換器
242‧‧‧除頻器
243‧‧‧前端電路
244‧‧‧除法器
DV‧‧‧除數訊號
VO1’‧‧‧輸出訊號
VIN2_I、VIN2_Q‧‧‧輸入訊號
261I‧‧‧數位類比轉換器
261Q‧‧‧數位類比轉換器
262‧‧‧濾波器
263‧‧‧前端電路
264‧‧‧壓控振盪器
265~267‧‧‧除頻器
268‧‧‧混頻器
VA3_I、VA3_Q‧‧‧類比訊號
VA4_I、VA4_Q‧‧‧類比訊號
VREF‧‧‧電壓訊號
VF1~VF3‧‧‧頻率訊號
300‧‧‧方法
S310~S330‧‧‧操作
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發裝置的示意圖； 第2圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發裝置的示意圖；以及第3圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發方法的流程圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件將以相同之符號標示來說明。
關於本文中所使用之『約』、『大約』或『大致約』一般通常係指數值之誤差或範圍約百分之二十以內，較好地是約百分之十以內，而更佳地則是約百分五之以內。文中若無明確說明，其所提及的數值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致約』所表示的誤差或範圍。
另外，關於本文中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。
參照第1圖，第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發裝置100的示意圖。雙模訊號收發裝置100包含接收電路120、發射電路140以及發射電路160。於一些實施例中，雙模訊號收發裝置100可用以發射應用於不同通 訊模式的多個輸出訊號VO1~VO2。
例如，於一些實施例中，發射電路140操作於低耗電藍芽(Bluetooth Low Energy,BLE)模式，以根據輸入訊號VIN1發射關聯於BLE模式的輸出訊號VO1。於一些實施例中，發射電路160操作於一般藍芽(Bluetooth,BT)模式，以根據輸入訊號VIN2發射關聯於BT模式的輸出訊號VO2。於一些實施例中，前述的輸入訊號VIN1~VIN2可由基頻電路(如後第2圖的210)提供。
上述關於BLE模式與BT模式的設置方式僅為示例。各種類型的通訊模式或傳輸模式皆為本案所涵蓋的範圍。
於一些實施例中，接收電路120與發射電路140共用一壓控振盪器(如後第2圖的221)所產生的振盪訊號(如後第2圖的VOS1)，以分別根據此振盪訊號接收外部訊號VE1~VE2及產生前述的輸出訊號VO1。
參照第2圖，第2圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發裝置200的示意圖。為易於理解，第2圖中與第1圖類似的元件將被指定為相同標號。
雙模訊號收發裝置200包含接收電路120、發射電路140、發射電路160、基頻電路210、天線212以及天線214。接收電路120耦接至天線212以及天線214，以自天線212接收關聯於第一模式(例如為BLE模式)下的外部訊號VE1，或自天線214接收關聯於第二模式(例如為BT模式)下的外部訊號VE2。發射電路140耦接至天線212，以發射輸出訊號VO1。發射電路160耦接至天線214，以發射輸出訊號VO2。於一些 實施例中，外部訊號VE1與外部訊號VE2可具有相同載波頻率。例如，當雙模訊號收發裝置200實施於藍芽應用時，此載波頻率可為2.4千兆赫兹(gigahertz；GHz)。
接收電路120與發射電路140共同包含壓控振盪器221。壓控振盪器221用以依據類比訊號VA1產生振盪訊號VOS1。於一些實施例中，接收電路120更包含除頻器222、前端電路223、濾波電路224以及類比數位轉換器225。除頻器222耦接至壓控振盪器212，並對振盪訊號VOS1進行除頻(例如，除以兩倍)，以產生本地訊號VL1。
於一些實施例中，外部訊號VE1~VE2的頻率具有一預定頻率範圍，且振盪訊號VOS1的頻率可為此預定頻率範圍的預定倍數。例如，當雙模訊號收發裝置200實施於藍芽應用時，預定頻率範圍約為2.402~2.480GHz。於此條件下，振盪訊號VOS1的頻率可為此預定頻率範圍的兩倍。亦即振盪訊號VOS1的頻率可設置為約4.804~4.960GHz。
前端電路223耦接至除頻器222，以接收本地訊號VL1。於一些實施例中，前端電路223用以基於振盪訊號VOS1調變外部訊號VE1或外部訊號VE2，以產生調變訊號VM1_I與調變訊號VM1_Q。例如，於一些實施例中，前端電路223包含至少一低雜訊放大器(Low Noise Amplifier,LNA；未繪示)以及混頻電路(未繪示)。至少一低雜訊放大器用以放大外部訊號VE1或外部訊號VE2。混頻電路用以根據本地訊號VL1調變放大後的外部訊號VE1或外部訊號VE2，以產生調變訊號VM1_I與調變訊號VM1_Q。
濾波電路224耦接至前端電路223，並用以濾除調變訊號VM1之雜訊，以產生資料訊號VD1。類比數位轉換器225耦接至濾波電路224，並用以轉換資料訊號VD1至對應的數位碼DC。基頻電路210耦接至類比數位轉換器225，並基於數位碼DC讀取關聯於外部訊號VE1或VE2的資料。於一些實施例中，濾波電路224為複合濾波器。於一些實施例中，基頻電路210可由數位電路實現。於一些實施例中，此數位電路包含資料編解碼器等等。
上述關於前端電路223、濾波電路224與基頻電路210的設置方式僅為示例。各種類型的前端電路223、濾波電路224與基頻電路210皆為本案所涵蓋的範圍。
於一些實施例中，發射電路140更包含數位類比轉換器241、除頻器242、前端電路243以及除法器244。數位類比轉換器241耦接至基頻電路210，以接收輸入訊號VIN1。數位類比轉換器241用以轉換輸入訊號VIN1至對應的類比訊號VA1。
於一些實施例中，壓控振盪器221更操作為頻率合成器。於此例中，壓控振盪器221可依據類比訊號VA1以及除數訊號DV進行頻率調變以產生類比訊號VA2。除法器244耦接至基頻電路210，並基於基頻電路的控制產生除數訊號DV。於一些實施例中，上述的頻率調變包含高斯頻率偏移調變(Gaussian frequency-Shift Keying)。
上述關於頻率調變的設置方式僅為示例。各種可應用於壓控振盪器221的頻率調變方式皆為本案所涵蓋的範 圍。舉例而言，於另一些實施例中，壓控振盪器221可在未設置除法器244下進行頻率調變，以產生類比訊號VA2。於一些實施例中，上述的頻率調變包含雙點調變(two-point modulation)。
除頻器242耦接至壓控振盪器212，並對類比訊號VA2進行除頻(例如，除以兩倍)，以產生輸出訊號VO1’。前端電路243耦接於除頻器242與天線212之間，並用以放大輸出訊號VO1’以產生輸出訊號VO1。據此，輸出訊號VO1可經由天線212對外發射。
於一些實施例中，前端電路243包含功率放大器(未繪示)，其用以放大輸出訊號VO1’。於另一些實施例中，前端電路243更包含功率放大器驅動電路(未繪示)，其用以驅動前述的功率放大器。上述關於前端電路243的設置方式僅為示例。各種類型的前端電路243皆為本案所涵蓋的範圍。
於一些實施例中，發射電路160包含多個數位類比轉換器261I與261Q、濾波器262、前端電路263、壓控振盪器264、多個除頻器265~267以及混頻器268。
多個數位類比轉換器261I與261Q耦接至基頻電路210，以分別接收對應的輸入訊號VIN2_I與輸出訊號VIN2_Q。於一些實施例中，輸入訊號VIN2_I與輸出訊號VIN2_Q之間的相位差約為90度。於一些實施例中，輸入訊號VIN2_I與輸出訊號VIN2_Q可線性疊加為第1圖中的單一輸入訊號VIN2。數位類比轉換器261I用以轉換輸入訊號VIN2_I至對應的類比訊號VA3_I。數位類比轉換器261Q用以轉換輸 入訊號VIN2_Q至對應的類比訊號VA3_Q。
濾波器262耦接至多個數位類比轉換器261I與261Q。濾波器262用以濾除多個類比訊號VA3_I與VA3_Q上的雜訊，以分別產生多個類比訊號VA4_I與VA4_Q。於一些實施例中，濾波器262為低通濾波器。上述關於濾波器262的設置方式僅為示例。各種類型的濾波器262皆為本案所涵蓋的範圍。
前端電路263耦接至濾波器262與天線214。於一些實施例中，前端電路263用以根據本地訊號VL2分別調變多個類比訊號VA4_I與VA4_Q，並放大調變後的多個訊號以產生輸出訊號VO2。據此，輸出訊號VO2可經由天線214對外發射。
於一些實施例中，前端電路263包含混頻器(未繪示)以及功率放大器(未繪示)。混頻器用以基於本地訊號VL2分別調變多個類比訊號VA4_I與VA4_Q。功率放大器用以放大前述混頻器的輸出訊號。於另一些實施例中，前端電路263更包含功率放大器驅動電路(未繪示)，其用以驅動前述的功率放大器。上述關於前端電路263的設置方式僅為示例。各種類型的前端電路263皆為本案所涵蓋的範圍。
壓控振盪器264根據一電壓訊號VREF產生振盪訊號VOS2。除頻器265耦接至壓控振盪器264，並對振盪訊號VOS2進行除頻(例如，除以兩倍)，以產生頻率訊號VF1。除頻器266耦接至除頻器265，並對頻率訊號VF1進行除頻(例如，除以兩倍)，以產生頻率訊號VF2。混頻器268耦接至多個除頻器265~266，以基於頻率訊號VF1與頻率訊號VF2產生頻 率訊號VF3。除頻器267耦接至混頻器268，並對頻率訊號VF3進行除頻(例如，除以兩倍)，以產生前述的本地訊號VL2。
在一些實施例中，電壓訊號VREF為預定之參考電壓訊號。
於一些相關技術中，操作於BT模式的發射電路採用壓控振盪器來直接產生頻率為2.4GHz倍頻的振盪訊號，藉以調變類比訊號來使發射電路的輸出訊號具有2.4Ghz的射頻頻率。於此相關技術中，操作於BT模式的發射電路會因操作狀態的切換造成牽引(pulling)現象。舉例來說，當操作於BT模式的發射電路由待用狀態(standby mode)切換至正常狀態(normal mode)時，因發射電路之傳送訊號的能量瞬間變大，導致傳送訊號產生在其諧波頻率(即2.4GHz倍頻)上的能量也會瞬間變大，進而對輸出2.4GHz倍頻之振盪訊號的壓控振盪器產生牽引(pulling)現象。
相較於上述技術，於一些實施例中，振盪訊號VOS2的頻率高於振盪訊號VOS1的頻率。於一些實施例中，振盪訊號VOS2的頻率不為振盪訊號VOS1的頻率的整數倍。例如，當發射電路140操作於BLE模式，且發射電路160操作於BT模式下時，振盪訊號VOS2的頻率約為6.4GHz，且振盪訊號VOS1的頻率約為4.8GHz。換句話說，對於BT模式而言，發射電路160基於頻率約為6.4GHz的振盪訊號VOS2操作，而接收電路120基於頻率約為4.8GHz的振盪訊號VOS1操作。由於壓控振盪器264並非輸出頻率為2.4GHz倍頻的振盪訊號，因此輸出訊號VO2並不會對壓控振盪器264產生牽引(pulling) 效應。
再者，於一些相關技術中，接收電路採用壓控振盪器直接產生具有頻率為2.4GHz的振盪訊號來進行操作。於此技術下，尚需額外的多相位濾波器來處理相位差為90度的正交訊號與同相訊號。如此一來，整體功耗會提升，且所引入的雜訊(例如鏡像訊號)會較多。相較於上述技術，於一些實施例中，藉由設置具有頻率約為4.8GHz的振盪訊號VOS1，接收電路120可於功耗以及電路性能之間達到更為平衡的取捨。
上述關於振盪訊號VOS1~VOS2的頻率的數值僅為示例。各種符合上述設計考量的其他頻率皆為本案所涵蓋的範圍。
於各個實施例中，雙模訊號收發裝置200更包含多個阻抗匹配電路(未繪示)與多個變壓器(未繪示)。多個阻抗匹配電路每一者設置於多個天線212與214中每一者與信號處理電路(即接收電路120與多個發射電路140與160)之間，以提高後方電路與天線的阻抗匹配。再者，多個變壓器中每一者設置於上述阻抗匹配電路中每一者與信號處理電路之間，以傳輸高頻的輸出訊號VO1~VO2與外部訊號VE1~VE2。於一些實施例中，前述的變壓器可由平衡/不平衡轉換器(Balun)實現。
參照第3圖，第3圖為根據本案一些實施例所繪示的一種雙模訊號收發方法的流程圖。為易於說明，一併參照第1圖、第2圖以及第3圖，以說明雙模訊號收發裝置100與200的相關操作。於一些實施例中，雙模訊號收發方法300包含多個操作S310~S330。
於操作S310，發射電路140操作於第一模式，並根據振盪訊號VOS1處理輸入訊號VIN1，以輸出輸出訊號VO1。例如，如第2圖所示，發射電路140操作於BLE模式，並根據輸入訊號VIN1而自天線212發射輸出訊號VO2。
於操作S320，發射電路160操作於第二模式，並根據振盪訊號VOS2處理輸入訊號VIN2，以輸出輸出訊號VO2，其中振盪訊號VOS2的頻率不為振盪訊號VOS1的整數倍。例如，如第2圖所示，發射電路160操作於BT模式，並根據輸入訊號VIN2而自天線214發射輸出訊號VO2。再者，如先前所述，於一些實施例中，振盪訊號VOS2的頻率可設為約6.4GHz，且振盪訊號VOS1的頻率可設為約4.8GHz，以避免產生牽引效應。
於操作S330，接收電路120根據振盪訊號VOS1處理外部訊號VE1~VE2，以讀取關聯於外部訊號VE1~VE2的資料。例如，如第2圖所示，接收電路120可自天線212接收關聯於BLE模式的外部訊號VE1，或可自天線214接收關聯於BT模式的外部訊號VE2。於一些實施例中，接收電路120可對外部訊號VE1或VE2執行放大操作、濾波操作以及訊號轉換操作來產生數位碼DC。如此一來，基頻電路210可分析數位碼DC以讀取外部訊號VE1或VE2所具有的資料。
上述雙模訊號收發方法300的多個步驟僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本揭示內容的各實施例的操作方式與範圍下，在雙模訊號收發方法300下的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行。
綜上所述，本案所提供的雙模訊號收發裝置與方法藉由設置具有不同頻率的振盪訊號來收發雙模訊號，以同時降低牽引效應的影響以及一定的功率消耗。
100‧‧‧雙模訊號收發裝置
120‧‧‧接收電路
140‧‧‧發射電路
160‧‧‧發射電路
VE1、VE2‧‧‧外部訊號
VO1、VO2‧‧‧輸出訊號
VIN1、VIN2‧‧‧輸入訊號

Claims (10)

  1. 一種雙模訊號收發裝置，包含：一第一發射電路，用以操作於一第一模式，並用以根據一第一振盪訊號處理一第一輸入訊號，以輸出一第一輸出訊號；一第二發射電路，用以操作於一第二模式，並用以根據一第二振盪訊號處理一第二輸入訊號，以輸出一第二輸出訊號，其中該第二振盪訊號的頻率不為該第一振盪訊號的頻率的整數倍；以及一接收電路，用以根據該第一振盪訊號處理關聯於該第一模式與該第二模式中之一者的一外部訊號，以讀取關聯於該外部訊號的一資料。
  2. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該外部訊號具有一預定頻率範圍，該第一振盪訊號的頻率為該預定頻率範圍的一預定倍數。
  3. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該第一發射電路與該接收電路兩者包含一壓控振盪器，該壓控振盪器用以根據一第一類比訊號產生該第一振盪訊號。
  4. 如請求項3所述的雙模訊號收發裝置，其中該第一發射電路包含：一數位類比轉換器，用以轉換該第一輸入訊號以產生該 第一類比訊號。
  5. 如請求項3所述的雙模訊號收發裝置，其中該壓控振盪器更用以依據該第一類比訊號進行頻率調變以產生一第二類比訊號，且該第一發射電路更用以基於該第二類比訊號輸出該第一輸出訊號。
  6. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該接收電路用以根據該第一振盪訊號調變該外部訊號，以讀取該資料。
  7. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該第二發射電路包含：一壓控振盪器，用以根據一電壓訊號產生該第二振盪訊號。
  8. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該第二發射電路更包含：一數位類比轉換器，用以基於該第二輸入訊號以產生一類比訊號，其中該第二發射電路更用以根據該第二振盪訊號調變該類比訊號，以輸出該第二輸出訊號。
  9. 如請求項1所述的雙模訊號收發裝置，其中該第一模式為低耗電藍芽模式，且該第二模式為一般藍芽模 式。
  10. 一種雙模訊號收發方法，包含：在一第一模式下，根據一第一振盪訊號處理一第一輸入訊號，以輸出一第一輸出訊號；在一第二模式下，根據一第二振盪訊號處理一第二輸入訊號，以輸出一第二輸出訊號，其中該第二振盪訊號的頻率不為該第一振盪訊號的頻率的整數倍；以及根據該第一振盪訊號處理關聯於該第一模式與該第二模式中之一者的一外部訊號，以讀取關聯於該外部訊號之一資料。
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