TWI685219B

TWI685219B - 無線通訊系統接收電路與射頻訊號接收方法

Info

Publication number: TWI685219B
Application number: TW106125418A
Authority: TW
Inventors: 石益璋
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2020-02-11
Also published as: US20190036560A1; TW201911762A

Abstract

無線通訊系統接收電路與射頻訊號接收方法。射頻訊號接收方法係應用於一無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，該方法包含：根據一基礎時脈產生一參考時脈；根據該參考時脈產生一工作時脈；於接收該射頻訊號之前根據一干擾訊號的一訊號能量產生一控制訊號；根據該控制訊號調整該參考時脈及/或該工作時脈；根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號。

Description

無線通訊系統接收電路與射頻訊號接收方法

本發明是關於無線通訊，尤其是關於無線通訊系統接收電路及射頻訊號的接收方法。

無線通訊系統接收端需要一個穩定的參考時脈以供許多電路作為運作時的參考。因為參考時脈並非理想的弦波，所以除了基本（fundamental）頻率的訊號之外，參考時脈事實上還包含許多頻率為基本頻率的倍數的混附訊號（Spur）。一般而言，混附訊號的頻率為基本頻率的整數倍，且頻率愈高的混附訊號具有愈低的能量。當無線通訊系統接收端追求更高的效能時，例如更高的訊號靈敏度以及更高的訊號雜訊比（signal-to-noise ratio, SNR），即使低能量的混附訊號仍有可能被接收端的電路納入考量，而造成訊號錯誤。習知技術曾提出以陷波濾波器（notch filter）濾除混附訊號，但如果混附訊號的頻率落於欲接收訊號的頻段中，則陷波濾波器有可能同時濾除部分目標訊號。習知技術亦曾提出以訊號消除（signal cancelling）的方式產生與混附訊號反相的訊號來與混附訊號相抵消，但是有可能因為無法正確分辨混附訊號與目標訊號而不小心消除部分的目標訊號。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種無線通訊系統接收電路與射頻訊號接收方法，以降低訊號干擾及提升電路效能。

本發明揭露一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，包含：一參考時脈產生電路，用來根據一基礎時脈產生一參考時脈；一射頻接收電路，用來透過一天線接收該射頻訊號，並根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；一工作時脈產生電路，耦接該參考時脈產生電路，用來根據該參考時脈產生一工作時脈；一類比數位轉換器，耦接該射頻接收電路及該工作時脈產生電路，用來根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號；以及一數位基頻電路，耦接該工作時脈產生電路、該類比數位轉換器及該參考時脈產生電路，用來處理該數位訊號，並於該射頻接收電路接收該射頻訊號之前依據複數個參數組合產生一控制訊號；其中，該控制訊號係控制該參考時脈產生電路調整該參考時脈及/或控制該工作時脈產生電路調整該工作時脈。

本發明另揭露一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，該方法包含：於接收該射頻訊號之前依據複數個參數組合的其中之一產生一控制訊號；根據該控制訊號調整一參考時脈及/或一工作時脈；量測一訊號能量；根據該訊號能量從該些參數組合中決定一目標參數組合；根據該目標參數組合調整該參考時脈及/或該工作時脈根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號；其中，該參考時脈係根據一基礎時脈產生，且該工作時脈係根據該參考時脈產生。

本發明另揭露一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，該方法包含：根據一基礎時脈產生一參考時脈；根據該參考時脈產生一工作時脈；於接收該射頻訊號之前根據一干擾訊號的一訊號能量產生一控制訊號；根據該控制訊號調整該參考時脈及/或該工作時脈；根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號。

本發明之無線通訊系統接收電路與射頻訊號接收方法能夠在實際接收射頻訊號之前調整電路的參數，使電路本身的干擾訊號的影響降到最低，以提升電路效能。相較於傳統技術，本發明不會誤將目標訊號濾除或消除，因此具有更高的可靠度。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含無線通訊系統接收電路及射頻訊號接收方法，以降低訊號干擾及提升電路效能。由於本發明之無線通訊系統接收電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之射頻訊號接收方法的部分或全部流程可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本發明之無線通訊系統接收電路或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。

圖1係本發明無線通訊系統接收電路之一實施例的功能方塊圖。無線通訊系統接收電路包含射頻接收電路110、類比數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）120、數位基頻電路130、參考時脈產生電路140及工作時脈產生電路150。上述的元件例如以積體電路的形式實作於通訊晶片100中，但不以此為限。參考時脈產生電路140根據石英振盪器160所產生的基礎時脈產生一參考時脈。石英振盪器160位於通訊晶片100所在的電路板上。參考時脈產生電路140例如是石英晶體起振與控制電路。射頻接收電路110透過天線105接收射頻訊號，並於放大該射頻訊號之後對其降頻以產生一中頻或基頻訊號。射頻接收電路110例如利用混頻器（Mixer，圖未示）根據該參考訊號來降頻該射頻訊號。工作時脈產生電路150依據該參考時脈產生一工作時脈。工作時脈產生電路150可以利用頻率合成器或鎖相迴路實作，但不以此為限。鎖相迴路可以是整數型或分數型。ADC 120根據工作時脈將中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號，數位基頻電路130再對該數位訊號進行處理，例如解調變、解碼等，以取得該射頻訊號所攜帶的資料。

伴隨非理想之參考時脈及/或工作時脈的混附訊號可能經由電路耦合進入射頻接收電路110及/或ADC 120。此混附訊號在天線105接收射頻訊號前就已經存在。數位基頻電路130於射頻接收電路110接收射頻訊號之前，基於多組參數組合產生分別控制參考時脈產生電路140及工作時脈產生電路150的控制訊號C1及C2。參考時脈產生電路140因應控制訊號C1調整該參考時脈，以及工作時脈產生電路150因應控制訊號C2調整該工作時脈。詳言之，數位基頻電路130可以藉由控制訊號C1控制參考時脈產生電路140調整參考時脈的相位、振幅及/或工作週期（duty cycle）等參數，數位基頻電路130可以藉由控制訊號C2控制工作時脈產生電路150調整工作時脈的相位及/或振幅等參數。數位基頻電路130可以在射頻接收電路110接收射頻訊號之前調整參考時脈產生電路140與工作時脈產生電路150，或僅調整其中之一。參考時脈產生電路140與工作時脈產生電路150皆受控而調整時，控制訊號C1及控制訊號C2可以是同一個控制訊號，亦可以是不同的訊號。

每次控制參考時脈產生電路140及/或工作時脈產生電路150調整參數後，數位基頻電路130於數位域量測干擾訊號的訊號能量（例如量測電壓或電流訊號的振幅或訊號功率），並將所測得的訊號能量與目前據以產生控制訊號的參數組合作對應。接下來數位基頻電路130判斷是否已執行完所有參數組合。如果還沒執行完所有的參數組合，亦即尚未依據每個參數組合產生對應的控制訊號C1及/或C2，則數位基頻電路130選取下一個參數組合，並依據下一個參數組合產生新的控制訊號C1及/或C2。在參考時脈產生電路140及/或工作時脈產生電路150對應新的控制訊號完成個別的時脈調整之後，數位基頻電路130量測對應該次參數組合的訊號能量。數位基頻電路130在得到全部或選定的參數組合所對應的訊號能量之後，即可根據訊號能量找出最適合當時的操作環境的參數組合。在一個實施例中，數位基頻電路130選取對應最小訊號能量的參數組合，並控制參考時脈產生電路140及/或工作時脈產生電路150依據該參數組合調整個別的時脈。完成上述的程序之後，無線通訊系統接收電路才開始接收並處理射頻訊號，如此便可盡可能地減少可能存在的干擾訊號的影響。

圖2為參考時脈產生電路140根據本發明之一實施例的電路圖。參考時脈產生電路140包含低壓差線性穩壓器（low dropout regulator, LDO）210、四個串連的電晶體222~228（例如以金氧半場效電晶體實作，但不以此為限）、反相器230、多工器240以及緩衝器250。參考時脈產生電路140主要藉由電晶體222及228放大訊號。電晶體224及226作為開關。在多級並聯的情況下，可透過調整電晶體224及226的閘極電壓Gmp及Gmn（例如在0伏與電壓源VDD之間切換）來決定電晶體222及228的訊號放大強度，如此便可以達到調整參考時脈之工作週期的目的。若欲調整參考時脈的振幅（或是強度），則可以藉由調整低壓差線性穩壓器210的電壓高低，或是調整緩衝器250的級數達成。相位的調整則可藉由相位選擇訊號S1選擇原本的訊號或是反相後的訊號（反相器230的輸出）來達成。

圖3為工作時脈產生電路150根據本發明之一實施例的電路圖。工作時脈產生電路150包含相位頻率偵測電路（phase frequency detector, PFD）310、電荷泵（charge pump）320、環路濾波器（loop filter）330、壓控振盪器340、除頻器350及360、反相器370、多工器380以及緩衝器390。元件310~350為常見的迴鎖相迴路的基本架構，其動作原理不再贅述。除頻器360用來除頻壓控振盪器340輸出的時脈CLK1以得到目標頻率。若欲調整工作時脈的振幅（或是強度），可以藉由調整緩衝器390的級數達成。相位的調整則可藉由相位選擇訊號S2選擇原本的訊號或是反相後的訊號（反相器370的輸出）來達成。

請注意，圖2及圖3各為本發明之參考時脈產生電路140及工作時脈產生電路150的其中一種實施例，非用以限制本發明。本技術領域具有通常知識者可以基於上述實施例的揭露來產生不同的電路變化，例如提供更多的相位選擇。

除前述的無線通訊系統接收電路之外，本發明亦相對應地揭露了一種射頻訊號接收方法，應用無線通訊系統。本方法由前揭通訊晶片100或其等效裝置執行。圖4為本方法其中一實施例的流程圖，包含下列步驟：步驟S410：於接收射頻訊號之前選取複數個參數組合的其中之一，並對應產生控制訊號。每個參數組合例如包含與參考時脈的相位、振幅及/或工作週期等特性相關的第一參數及/或與工作時脈的相位及/或振幅等特性相關的第二參數。此步驟可以使用同一控制訊號調整參考時脈及工作時脈，或是使用不同的控制訊號分別調整參考時脈及工作時脈。該參考時脈係根據一基礎時脈產生，且該工作時脈係根據該參考時脈產生；步驟S420：根據該控制訊號調整參考時脈及/或工作時脈。詳言之，在接收射頻訊號之前可以調整參考時脈及工作時脈兩者，或是僅調整其中之一；步驟S430：量測訊號能量。調整完參考時脈及/或工作時脈後，量測此時電路中的訊號能量，並記錄訊號能量與參數組合的對應關係。此步驟可以在數位域或類比域執行；步驟S440：判斷全部或選定的參數組合是否已執行完畢。如果否，回到步驟S410，選擇另一參數組合，並對應產生控制訊號；如果是，則執行步驟S450；步驟S450：根據該訊號能量決定目標參數組合。此步驟依據先前的記錄選取對應訊號能量最小的參數組合；步驟S460：根據該目標參數組合調整該參考時脈及/或該工作時脈。亦即使用此參數組合操作無線通訊系統接收電路，將大幅減少電路本身的干擾；步驟S470：開始接收射頻訊號。使用目標參數組合操作無線通訊系統接收電路，並開始接收射頻訊號；步驟S480：根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號。此步驟例如使用混頻器降頻該射頻訊號，混頻器係根據該參考時脈動作；以及步驟S490：根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號。此步驟例如使用ADC將該中頻或基頻訊號轉換成數位訊號，ADC係根據該工作時脈動作。

本發明可以應用於無線網路（包含但不限於WiFi）、藍牙、全球定位系統（GPS）、調頻（Frequency modulation, FM）、行動通訊（例如GSM、3G、LTE）等系統的接收端，但不以此為限。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1至圖3之裝置發明的揭露內容來瞭解圖4之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧通訊晶片105‧‧‧天線110‧‧‧射頻接收電路120‧‧‧類比數位轉換器130‧‧‧數位基頻電路140‧‧‧參考時脈產生電路150‧‧‧工作時脈產生電路160‧‧‧石英振盪器210‧‧‧低壓差線性穩壓器222~228‧‧‧電晶體230、370‧‧‧反相器240、380‧‧‧多工器250、390‧‧‧緩衝器310‧‧‧相位頻率偵測電路320‧‧‧電荷泵330‧‧‧環路濾波器340‧‧‧壓控振盪器350、360‧‧‧除頻器S410～S490‧‧‧步驟

［圖1］為本發明無線通訊系統接收電路之一實施例的功能方塊圖；［圖2］為參考時脈產生電路140根據本發明之一實施例的電路圖；［圖3］為工作時脈產生電路150根據本發明之一實施例的電路圖；以及［圖4］為本發明射頻訊號接收方法之一實施例的流程圖。

100‧‧‧通訊晶片

105‧‧‧天線

110‧‧‧射頻接收電路

120‧‧‧類比數位轉換器

130‧‧‧數位基頻電路

140‧‧‧參考時脈產生電路

150‧‧‧工作時脈產生電路

160‧‧‧石英振盪器

Claims

一種無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，包含：一參考時脈產生電路，用來根據一基礎時脈產生一參考時脈；一射頻接收電路，用來透過一天線接收該射頻訊號，並根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；一工作時脈產生電路，耦接該參考時脈產生電路，用來根據該參考時脈產生一工作時脈；一類比數位轉換器，耦接該射頻接收電路及該工作時脈產生電路，用來根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號；以及一數位基頻電路，耦接該工作時脈產生電路、該類比數位轉換器及該參考時脈產生電路，用來處理該數位訊號，並於該射頻接收電路接收該射頻訊號之前依據複數個參數組合產生一控制訊號；其中，該控制訊號係控制該參考時脈產生電路調整該參考時脈及/或控制該工作時脈產生電路調整該工作時脈。
如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統接收電路，其中該數位基頻電路係於數位域量測一干擾訊號的一訊號能量，並且根據該訊號能量選取該些參數組合的其中之一，以決定如何控制該參考時脈產生電路調整該參考時脈及/或決定如何控制該工作時脈產生電路調整該工作時脈。
如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統接收電路，其中該參考時脈產生電路係調整該參考時脈之相位、振幅及工作週期（duty cycle）的至少其中之一。
如申請專利範圍第3項所述之無線通訊系統接收電路，其中該參考時脈產生電路係包含一低壓差線性穩壓器，該參考時脈產生電路係藉由調整該低壓差線性穩壓器的電壓以調整該參考時脈的振幅。
如申請專利範圍第1項所述之無線通訊系統接收電路，其中該工作時脈產生電路係調整該工作時脈之相位及振幅的至少其中之一。
一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，該方法包含：於接收該射頻訊號之前依據複數個參數組合的其中之一產生一控制訊號；根據該控制訊號調整一參考時脈及/或一工作時脈；量測一訊號能量；根據該訊號能量從該些參數組合中決定一目標參數組合；根據該目標參數組合調整該參考時脈及/或該工作時脈根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號；其中，該參考時脈係根據一基礎時脈產生，且該工作時脈係根據該參考時脈產生。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該根據該控制訊號調整該參考時脈之步驟係調整該參考時脈之相位、振幅及工作週期（duty cycle）的至少其中之一。
如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該根據該控制訊號調整該工作時脈之步驟係調整該工作時脈之相位及振幅的至少其中之一。
一種射頻訊號接收方法，應用於一無線通訊系統接收電路，用來接收一射頻訊號，該方法包含：根據一基礎時脈產生一參考時脈；根據該參考時脈產生一工作時脈；於接收該射頻訊號之前根據一干擾訊號的一訊號能量產生一控制訊號；根據該控制訊號調整該參考時脈及/或該工作時脈；根據該參考時脈降頻該射頻訊號以產生一中頻或基頻訊號；以及根據該工作時脈將該中頻或基頻訊號轉換成一數位訊號。
如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該根據該控制訊號調整該參考時脈之步驟係調整該參考時脈之相位、振幅及工作週期（duty cycle）的至少其中之一。