TWI675554B - 數位控制向量訊號調變器 - Google Patents

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Abstract

一種數位控制向量訊號調變器，其中包括：一正交訊號產生器，係用來接收一輸入訊號，並將該輸入訊號轉成複數差動訊號；複數可變增益放大器，該複數可變增益放大器用於接收該複數差動訊號，並將該複數差動訊號轉成複數輸出差動訊號；一電流切換電路，該電流切換電路接收該複數輸出差動訊號並根據一數位控制訊號分別控制該複數輸出差動訊號的訊號傳遞路徑，藉此調整複數差動訊號的大小與相位，並產生複數數位控制訊號，並將該複數電流訊號相加合成一向量訊號。

Description

數位控制向量訊號調變器
本發明係關於一種調變器，特別是關於一種數位控制向量訊號調變器。
傳統向量調變的基本原理如圖一(a)所示，輸入兩個相位差90度的向量訊號Io-Vector與Qo-Vector，將此兩訊號相加得一向量，透過控制Io-Vector與Qo-Vector兩向量的振幅大小，可調整RFout-Vector向量的大小與相位，達到向量調變的功能；為了實現上述的向量調變功能，常見的向量訊號調變器其基本架構如圖一(b)所示，當輸入訊號RFin+在經過正交訊號產生器(Quadrature generator，即圖一(b)內之I/Q Gen.)後，轉成兩組差動訊號Ii(Ii+,Ii-)與Qi(Qi+,Qi-)，此兩組差動訊號的振幅分別經過兩個可變增益放大器I-VGA與Q-VGA調整，隨後產生了兩組輸出差動訊號Io(Ii+,Ii-)與Qo(Qi+,Qi-)，再將此兩輸出差動訊號的正相訊號與負相訊號分別相加(即RFout+=Ii++Qi+與RFout-=Ii-+Qi-)後，便可得一組向量調變差動訊號RFout(=RFout+-RFout-)，欲以數位訊號調整I-VGA與Q-VGA增益，需使用類比數位轉換器(DAC)將數位訊號轉換成類比訊號後調整I-VGA與Q-VGA。
接著，如圖二(a)所示，其將正交訊號產生器產生之兩組差動輸出(V1+,V1-)與(V2+,V2-)，透過調整兩放大器的增益的方式來完成向量調變；以及如圖二(b)依循先前技術向量調變器架構(圖一(b))所示為所採用的VGA的電路圖(左半部為I-VGA，右半部為Q-VGA)，右半部電路對圖一(b)正交訊號產生器的正交差動輸出訊號(Ii+,Ii-)與(Qi+,Qi-)對應圖二(b)的(V1+,V1-)與(V2+,V2-)點，將(V1+,V1-)與(V2+,V2-)分別連至圖二(b)VGA電路的輸入，本例採用之VGA為差動輸入放大器架構，該可變增益功能由可變電流源I_V1與I_V2的偏壓電流控制，藉由控制偏壓電流來改變增益，該可變增益功能由可變電流源I_V1與I_V2的偏壓電流控制，I_V1與I_V2係電壓控制電流源，其產生之偏壓電流，由一輸入類比電壓決定，此輸入電壓之大小介於某個範圍間，屬類比訊號，先前技術向量調變器架構(圖一(b))係以數位訊號(由0與1所組成)，經過數位類比轉換電路(DAC)產生所需類比電壓對I-VGA與Q-VGA增益進行控制。
圖二(b)所示的電路圖中I-VGA裡的SW1與Q-VGA裡的SW2係控制I-VGA與Q-VGA輸出訊號是否反相的數位控制訊號(1或0)，當I-VGA(或Q-VGA)的SW1=1(或SW2=1)時，I-VGA(或Q-VGA)差動輸出的正端連至Vout+，而負端連至Vout-；反之當I-VGA(或Q-VGA)的SW1=0(或SW2=0)時，I-VGA(或Q-VGA)差動輸出之正負端點則會交換，意即 將差動輸出正端連至Vout-，而負端連至Vout+，如此透過SW訊號交換差動輸出的正負端連接方式，可提供I-VGA與Q-VGA正反兩方向的向量訊號增益，如此才能達成360度的相位調變範圍。
再接著，如圖三所示，所採用的I-VGA電路圖，將正交訊號產生器的輸出訊號連接至I+與I-，本例採用之VGA為差動放大器架構，其可變增益功能可藉由控制可變電流源(如圖三的313)偏壓電流完成，圖三的313元件之偏壓電流，由一輸入類比電壓(此例為Icon節點的電壓)決定，此輸入電壓之大小介於某個範圍間，屬類比訊號，先前技術向量調變器架構(圖一(b))係以數位訊號(由0與1所組成)，經過數位類比轉換電路(DAC)，產生所需類比電壓進而對I-VGA增益進行控制，同理Q-VGA之實施架構與方式如I-VGA。
如圖2(a)與圖2(b)所提及，以交換差動輸出端點以完成360度相位調變範圍的方式，亦實施於本例，其所實施之方式，係以Ic與Icb此二數位訊號控制可變電流313的偏壓電流路達成，此Ic與Icb的數位訊號相反，當Ic=1時313電流源均流入M1而M2關閉，此時僅M3與M4導通；當Ic=0時313電流源均流入M2而M1關閉，此時僅M5與M6導通；M1-M2的差動對之輸出節點與M3-M4差動對之輸出節點以交叉方式連且由Ic與Icb的數位訊號控制，完成差動輸出訊號的正反切換功能。
根據上述的先前技藝以可變電流源作為調整I-VGA與Q-VGA的方式，先前技術在調整可變電流源以調整放大器增益時，需使用一個電壓訊號控制此可變電流源之輸出，此控制電壓訊號的大小介於一範圍之間，屬類比訊號，無法直接以數位訊號控制，如欲以數位信號控制，則必須先透過一數位轉類比轉換器(DAC)，將數位訊號轉成對應的類比控制信號。
與上述習知技術對照，本案以數位控制訊號控制電流切換電路內之電流開關，切換第一可變增益放大器與第二可變增益放大器的輸出電流路徑來達成可變增益的目的，與先前技術需先將數位控制訊號轉成類比訊號再控制放大器的偏壓電流方式不同。
為了達到上述目的，根據本發明所提出之一種數位控制向量訊號調變器，其中包括：一正交訊號產生器，係用來接收一輸入訊號，並將該輸入訊號轉成複數差動訊號；複數可變增益放大器，該複數可變增益放大器用於接收該複數差動訊號，並將該複數差動訊號轉成複數輸出差動訊號；以及一電流切換電路，該電流切換電路接收該複數輸出差動訊號，該電流切換電路根據一數位控制訊號控制其開關並產生複數數位控制訊號，並將該複數電流訊號相加合成一向量訊號。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該複數可變增益放大器包含一第一可變增益放大器與一第二可變增益放大器。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該複數差動訊號包含一第一差動訊號與一第二差動訊號，該第一差動訊號與該第二差動訊號為振幅相近但相位角相差範圍在81度至99度之間之訊號。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該複數輸出差動訊號包含一第一輸出差動訊號與一第二輸出差動訊號，該第一輸出差動訊號與該第二輸出差動訊號為振幅不同且相位相差範圍在81度至99度之間之訊號。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該電流切換電路根據該數位控制訊號可提供複數可變增益訊號。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該電流切換電路包含複數切換電路開關。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該複數切換電路開關包含一第一切換開關、一第二切換開關、一第三切換開關與一第四切換開關。
本發明的該數位控制向量訊號調變器，其中該向量訊號具有一第一象限、一第二象限、一第三象限與一第四象限。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為 了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
1‧‧‧正交訊號產生器
2‧‧‧複數可變增益放大器
3‧‧‧電流切換電路
21‧‧‧第一可變增益放大器
22‧‧‧第二可變增益放大器
第一圖(a)係為傳統向量訊號調變器原理說明之示意圖；第一圖(b)係為傳統向量訊號調變器基本架構之示意圖；第二圖(a)係為傳統正交訊號產生器之示意圖；第二圖(b)係為傳統可變增益VGA電路圖之示意圖；第三圖可變增益放大器電路圖之示意圖；第四圖係為本發明數位控制向量訊號調變器之系統方塊示意圖；第五圖係為本發明電流切換電路操作之示意圖；第六圖係為本發明電流切換電路範例之示意圖；第七圖係為本發明向量合成之示意圖；第八圖係為本發明360度向量合成電路架構之示意圖；第九圖係為本發明360度向量之示意圖；第十圖係為本發明相位調變之示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。
請參閱第四圖所示，本發明數位控制向量訊號調變器之系統方塊示意圖，其中數位控制向量訊號調變器包含正交訊號產生器1、複數可變增益放大器2與電流切換電路3所組成，其中，正交訊號產生器1，係用來接收輸入訊號(RFin+)，並將該輸入訊號(RFin+)轉成複數差動訊號，其中該複數差動訊號包含一第一差動訊號Ii(Ii+,Ii-)與一第二差動訊號Qi(Qi+,Qi-)，該第一差動訊號Ii(Ii+,Ii-)與該第二差動訊號Qi(Qi+,Qi-)為振幅相近但相位角相差範圍在81至99度之間之訊號。
該複數可變增益放大器2用於接收該複數差動訊號，並將該複數差動訊號轉成複數輸出差動訊號，其中該複數可變增益放大器2包含一第一可變增益放大器21與一第二可變增益放大器22，以及該複數輸出差動訊號包含一第一輸出差動訊號Io(Ii+,Ii-)與一第二輸出差動訊號Qo(Qi+,Qi-)，該第一輸出差動訊號Io(Ii+,Ii-)與該第二輸出差動訊號Qo(Qi+,Qi-)為振幅不同且相位相差範圍在81至99度之間之訊號；因此該第一可變增益放大器21可用於接收該第一差動訊號Ii(Ii+,Ii-)，並將該第一差動訊號Ii(Ii+,Ii-)轉成第一輸出差動訊號Io(Ii+,Ii-)，而該第二可變增益放大器22可用於接收第二差動訊號Qi(Qi+,Qi-)，並將該第二差動訊Qi(Qi+,Qi-)轉成第二輸出差動訊號Qo(Qi+,Qi-)；以及該電流切換電路3接收該複數輸出差動訊號，該電流切換電路3根據一數位控制訊號分別控制該複 數輸出差動訊號的訊號傳遞路徑，藉此調整複數差動訊號的大小與相位，並產生複數數位控制訊號，並將該複數電流訊號相加合成一向量訊號，其中，該電流切換電路3根據該數位控制訊號可提供複數增益訊號，而該複數增益訊號包含x0增益、x1/2增益與x1增益，上述所述的該複數增益訊號的增益範圍不應本次實施例而有所限定。
接著，請參閱第五圖、第六圖與第七圖，而第五圖、第六圖與第七圖是根據第四圖的本發明數位控制向量訊號調變器之系統方塊示意圖再進一步說明電流切換電路3操作、電流切換電路3範例與向量合成之示意圖。如第五圖所示，該電流切換電路3包含複數切換電路開關，而該複數切換電路開關中的第一切換開關與第一可變增益放大器21連接，而該複數切換電路開關中的第二切換開關與第二可變增益放大器22連接，接著，如圖6所示，本發明數位控制向量訊號調變器之系統方塊的電流切換電路3範例分別以(Bi0,Bi1)與(Bq0,Bq1)兩組數位控制訊號，分別控制第一切換開關(SWI+)與第二切換開關(SWQ+)來切換電路中的開關，並分別控制該複數輸出差動訊號的訊號傳遞路徑，藉此調整複數差動訊號的大小與相位，如此可提供第一可變增益放大器21與第二可變增益放大器22的複數增益訊號，該複數增益訊號如x0增益、x1/2增益與x1增益，因此當(Bi0,Bi1,Bq0,Bq1)為(1011)時，如圖7所示，此時第一可變增益放大器21的控制數位訊號(Bi0,Bi1) 為(1,0)，使得輸出端的Bi0開關導通而BiI開關關閉，故有x1/2增益的第一可變增益放大器21其輸出電流(Ii)流至RFout+處，而另x1/2增益第一可變增益放大器21輸出電流流至VDD電壓源；同理，此時Q-Amp的控制數位訊號(Bq0,Bq1)為(1,1)，使得輸出端的Bq0與Bq1開關均導通，故有x1增益的第二可變增益放大器22其輸出電流(Iq)均流至RFout+與RFout-，此第一可變增益放大器21與第二可變增益放大器22兩路輸出電流在相加後，可合成為相位為度向量訊號，再接著，如圖7所示，此向量訊號合成之向量位於第一象限，角度位於0~90度之間。
再接著，請參閱第八圖與第九圖，而第八圖與第九圖是根據第五圖的電流切換電路3操作之示意圖再進一步說明本發明360度向量合成電路架構與本發明360度向量之示意圖。如圖五所示，此範例所合成之向量，受限於第一象限內，相位角範圍為0~90度之間，而再一較佳實施例中，如圖八所示，如需產生0~360度的相位合成範圍，可用與第一切換開關(SWI+)相同的切換電路第三切換開關(SWI-)，以及與第二切換開關(SWQ+)相同的切換電路第四切換開關(SWQ-)，因此將第一切換開關(SWI+)與第二切換開關(SWQ+)連接，將第三切換開關(SWI-)第四切換開關(SWQ-)連接，其中該複數可變增益放大器的一第一可變增益放大器的第一端連接於該複數切換電路開關的一第一切換開關的第一端與一第三切換開關的 第一端，而該第一可變增益放大器的第二端連接於該第一切換開關的第二端與該第三切換開關的第二端，以及該複數可變增益放大器的一第二可變增益放大器的第一端連接於該複數切換電路開關的一第二切換開關的第一端與一第四切換開關的第一端，而該第二可變增益放大器的第二端連接於該第二切換開關的第二端與該第四切換開關的第二端，如此即可產生第一象限到第四象限的向量，此四象限的360度向量合成原理如圖九所示，因此，以第二象限之向量合成為例，將第一切換開關(SWI+)與第四切換開關(SWQ-)關閉，第三切換開關(SWI-)與第二切換開關(SWQ+)打開，此時即可產生位於第二象限之向量與相位角；再接著，請參閱第十圖，而第十圖是根據第四圖的本發明數位控制向量訊號調變器之系統方塊示意圖與第八圖的360度向量合成電路架構再進一步說明本發明相位調變之示意圖，以40GHz為中心訊號頻率的一個數位控制向量調變器實驗數據，本實施例可以數位訊號控制之方式產生64個不同相位(6Bit)向量，相位調變範圍為360度。
需陳明者，以上所述僅為本案之較佳實施例，並非用以限制本創作，若依本創作之構想所作之改變，在不脫離本創作精神範圍內，例如：對於構型或佈置型態加以變換，對於各種變化，修飾與應用，所產生等效作用，均應包含於本案之權利範圍內，合予陳明。

Claims (4)

  1. 一種數位控制向量訊號調變器，其中包括：一正交訊號產生器，係用來接收一輸入訊號，並將該輸入訊號轉成複數差動訊號；複數可變增益放大器，該複數可變增益放大器用於接收該複數差動訊號，並將該複數差動訊號轉成複數輸出差動訊號，其中該複數輸出差動訊號包含一第一輸出差動訊號與一第二輸出差動訊號，該第一輸出差動訊號與該第二輸出差動訊號為振幅不同且相位相差範圍在81至99度之間之訊號；以及一電流切換電路，該電流切換電路包含複數切換電路開關，其中該複數可變增益放大器的一第一可變增益放大器的第一端連接於該複數切換電路開關的一第一切換開關的第一端與一第三切換開關的第一端，而該第一可變增益放大器的第二端連接於該第一切換開關的第二端與該第三切換開關的第二端，以及該複數可變增益放大器的一第二可變增益放大器的第一端連接於該複數切換電路開關的一第二切換開關的第一端與一第四切換開關的第一端，而該第二可變增益放大器的第二端連接於該第二切換開關的第二端與該第四切換開關的第二端，該電流切換電路接收該複數輸出差動訊號並根據一數位控制訊號分別控制該複數輸出差動訊號的訊號傳遞路徑，藉此調整複數 差動訊號的大小與相位，並產生複數電流訊號，並將該複數電流訊號相加合成一向量訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項數位控制向量訊號調變器，其中該複數差動訊號包含一第一差動訊號與一第二差動訊號，該第一差動訊號與該第二差動訊號為振幅相近但相位角相差範圍在81度至99度之間之訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項數位控制向量訊號調變器，其中該電流切換電路根據該數位控制訊號可提供複數增益訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項數位控制向量訊號調變器，其中該向量訊號具有一第一象限、一第二象限、一第三象限與一第四象限。
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