TWI733166B - 無線收發裝置 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種無線收發裝置，包含一天線單元可接收第一射頻訊號或發射第二射頻訊號。一第一匹配單元電性連接天線單元及一接收電路，第一匹配單元與接收電路係形成一第一訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。一第二匹配單元電性連接天線單元及一發射電路，第二匹配單元與發射電路係形成一訊號發射通道，用以發射第二射頻訊號。一旁路耦合電路電性連接接收電路及第二匹配單元，第二匹配單元、旁路耦合電路及接收電路係形成一第二訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。

Description

無線收發裝置
本案係有關一種射頻(RF)前端技術，特別是關於一種具有良好線性度之無線收發裝置。
在現有射頻收發電路中，主要由發射電路(TX)和接收電路(RX)組成，此兩電路通常是單獨設計的，並通過適當的匹配單元與天線結合，用以發射或接收無線射頻訊號。
為了達到寬接收功率範圍，有多種選項可以衰減或增強在接收電路中的訊號功率。然而，在設計不同的增益設置時，線性度可能會受到與訊號路徑並聯的關閉狀態(off-state)開關元件的限制，當接收到較大的功率訊號時，關閉狀態的開關元件將會受到大訊號擺動(signal swing)的影響，導致接收電路的線性度降低，這種情況尤其會發生在中等增益(middle-gain)的訊號時。
有鑒於此，本案提出一種無線收發裝置，包含一天線單元、一第一匹配單元、一接收電路、一第二匹配單元、一發射電路以及一旁路耦合電路。天線單元可接收第一射頻訊號或發射第二射頻訊號。第一匹配單元電性連接天線單元及接收電路，第一匹配單元與接收電路係形成一第一訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收第一 射頻訊號。第二匹配單元電性連接天線單元及發射電路，第二匹配單元與發射電路係形成一訊號發射通道，用以發射第二射頻訊號。旁路耦合電路電性連接接收電路及第二匹配單元，第二匹配單元、旁路耦合電路及接收電路係形成一第二訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。
本案另提出一種無線收發裝置，包含一天線單元、一第一匹配單元、一接收電路、第二匹配單元、一發射電路、一第三匹配電路以及一旁路耦合電路。天線單元可以接收第一射頻訊號或發射第二射頻訊號。第一匹配單元電性連接天線單元及接收電路，第一匹配單元與接收電路係形成一第一訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。第二匹配單元電性連接天線單元及發射電路，第二匹配單元與發射電路係形成一訊號發射通道，用以發射第二射頻訊號。第三匹配單元電性連接天線單元及旁路耦合電路，且旁路耦合電路電性連接接收電路，第三匹配單元、旁路耦合電路及接收電路係形成一第二訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。
依據一些實施例，上述之旁路耦合電路係為電容分壓式耦合電路、電阻分壓式耦合電路或主動元件式耦合電路。
綜上所述，為克服線性度(linearity)的限制，本案提出之無線收發裝置可以在訊號接收模式下利用旁路耦合電路搭配匹配單元來接收中等增益射頻訊號，以提高接收電路的線性度，並可使無線收發電路的電路設計更具彈性。
10:無線收發裝置
12:天線單元
121:天線
122:開關電路
14:第一匹配單元
16:接收電路
161:低雜訊放大器
162:混頻器
18:第二匹配單元
181:電感對
20:旁路耦合電路
22:發射電路
24:類比數位轉換電路
26:處理器
28:數位類比轉換電路
30:第三匹配單元
301:電感對
C1、C1’、C2、C3、C4、C5、C6、C7:電容
L1:第一電感
L2、L2’:第二電感
L3、L3’:第三電感
R1、R2、R3、R4:電阻
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5:開關元件
T1、T2、T3、T4:電晶體元件
圖1係根據本案無線收發裝置之一實施例的方塊示意圖。
圖2係根據本案無線收發裝置之一實施例的電路示意圖。
圖3係根據本案無線收發裝置之另一實施例的方塊示意圖。
圖4係根據本案無線收發裝置之另一實施例的電路示意圖。
圖5係根據本案一實施例之使用電容分壓式耦合電路的無線收發裝置的電路示意圖。
圖6係根據本案一實施例之使用電阻分壓式耦合電路的無線收發裝置的電路示意圖。
圖7係根據本案一實施例之使用主動元件式耦合電路的無線收發裝置的電路示意圖。
圖1係根據本案無線收發裝置之一實施例的方塊示意圖，請參閱圖1所示，無線收發裝置10包含有一天線單元12、一第一匹配單元14、一接收電路16、一第二匹配單元18、一旁路耦合電路20以及一發射電路22。天線單元12係用以接收一第一射頻訊號或發射一第二射頻訊號，其中天線單元12更進一步包含一天線121及一開關電路122，天線121電性連接至開關電路122，以利用開關電路122切換訊號發射模式或訊號接收模式。第一匹配單元14電性連接天線單元12及接收電路16，接收電路16進一步電性連接至後端之類比數位轉換電路24，類比數位轉換電路24再電性連接至處理器26，無線收發裝置10在訊號接收模式時，天線單元12接收第一射頻訊號後，使第一射頻訊號經過第一匹配單元14傳送至接收電路 16，接收電路16再將類比訊號的第一射頻訊號傳送至類比數位轉換電路24轉換為數位訊號後，傳送至處理器26處理。第二匹配單元18電性連接天線單元12及發射電路22，發射電路22進一步電性連接至後端之數位類比轉換電路28，數位類比轉換電路28再電性連接至處理器26，無線收發裝置10在訊號發射模式時，處理器26將待傳送的數位訊號傳送給數位類比轉換電路28，數位類比轉換電路28將此數位訊號轉換為類比訊號並傳送給發射電路22，發射電路22根據此類比訊號產生第二射頻訊號再依序經過之第二匹配單元18及天線單元12發射出去。
其中，第一匹配單元14與接收電路16係形成一第一訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。第二匹配單元18與發射電路22係形成一訊號發射通道，用以發射第二射頻訊號。而為了克服線性度之限制，本案增設有旁路耦合電路20，其係電性連接接收電路16及第二匹配單元18，旁路耦合電路20係與發射電路22係共用第二匹配單元18，使第二匹配單元18、旁路耦合電路20及接收電路16係形成一第二訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收第一射頻訊號。由於在傳輸中等增益射頻訊號的路徑(第二訊號接收通道)上，並沒有開關元件存在，所以不會受到關閉狀態的開關元件影響，故可以提高接收電路16的線性度。
在一實施例中，天線單元12接收到第一射頻訊號，第一射頻訊號可依據訊號所需的增益大小來區分為高增益射頻訊號、中等增益射頻訊號及低增益射頻訊號，當所需的增益數值在-30dBm以上時為高增益射頻訊號，當所需的增益數值介於-50dBm~-30dBm之間時為中等增益射 頻訊號，當所需的增益數值在-50dBm以下時為低增益射頻訊號。「高低增益射頻訊號」表示該訊號為高增益射頻訊號或低增益射頻訊號。然而以上數值僅為舉例，本發明並不以此為限，只要將訊號所需的增益大小至少區分為高、中、低三範圍者，均屬本發明之範疇。
圖2係根據本案無線收發裝置之一實施例的電路示意圖。在一實施例中，請同時參閱圖1及圖2所示，在無線收發裝置10中，接收電路16至少包含一低雜訊放大器(LNA)161及一混頻器(Mixer)162，低雜訊放大器161電性連接第一匹配單元14，高低增益射頻訊號經過第一匹配單元14匹配之後會進入低雜訊放大器161，低雜訊放大器161對高低增益射頻訊號進行訊號衰減或放大；混頻器162電性連接低雜訊放大器161及後端電路(類比數位轉換電路24)，用以接收高低增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端做訊號處理。另一方面，旁路耦合電路20亦電性連接混頻器162，使混頻器162用以接收來自旁路耦合電路20的中等增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端做訊號處理。
在一實施例中，第一匹配單元14包含一第一電感L1及一開關元件SW1，第一電感L1電性連接天線單元12及低雜訊放大器161，開關元件SW1之一端電性連接至第一電感L1及低雜訊放大器161之間，開關元件SW1之另一端則電性連接至接地端。無線收發裝置10在訊號接收模式時，當開關元件SW1為非導通狀態(開路)時，利用第一電感L1、低雜訊放大器161及混頻器162形成之第一訊號接收通道傳輸高低增益射頻訊號；當開關元件SW1為導通狀態(短路)時，低雜訊放大器161為關閉狀態，此時利用第二匹配單元18、旁路耦合電路20及混頻器162形成之第二 訊號接收通道傳輸中等增益射頻訊號。而在無線收發裝置10處於訊號發射模式時，由於第二射頻訊號之功率較大，為了避免功率較大的第二射頻訊號影響接收電路16之低雜訊放大器161，此時開關元件SW1為導通狀態，以便將多餘的功率導通至接地端，並藉此保護接收電路16之低雜訊放大器161。
在一實施例中，第二匹配單元18包含有至少一被動元件以及一電感對181，被動元件在此係以電容C1為例但不限於此，電容C1電性連接至天線單元12及接地端，電感對181係具有一第二電感L2及一第三電感L3，第二電感L2並聯電容C1，第三電感L3電性連接發射電路22，且第三電感L3亦電性連接至旁路耦合電路20，電感對181用以將單一訊號轉換為差動訊號，或是將差動訊號轉換為單一訊號。
請參閱圖1及圖2所示，無線收發裝置10在訊號接收模式時，當第一射頻訊號係為高低增益射頻訊號，處理器26控制開關元件SW1保持非導通狀態時，利用第一電感L1、低雜訊放大器161及混頻器162形成之第一訊號接收通道，用以接收並傳輸高低增益射頻訊號。當第一射頻訊號變為中等增益射頻訊號時，處理器26控制開關元件SW1由非導通狀態轉換為導通狀態時，且處理器26亦控制低雜訊放大器161為關閉狀態，此時，在訊號接收模式下旁路耦合電路20利用第二匹配單元18，亦即利用電容C1、第二電感L2、第三電感L3、旁路耦合電路20及混頻器162形成之第二訊號接收通道來接收並傳輸中等增益射頻訊號。另外，在無線收發裝置10處於訊號發射模式時，處理器26控制開關元件SW1呈現導通狀態，此時，利用發射電路22及第三電感L3、第二電感L2與電容C1形成之訊號 發射通道來傳輸第二射頻訊號，並透過天線單元12發射出去。在一實施例中，發射電路22之電路結構並非本案重點，故於此不特別說明其細節。
圖3係根據本案無線收發裝置之另一實施例的方塊示意圖，請參閱圖3所示，無線收發裝置10包含有天線單元12、第一匹配單元14、接收電路16、第二匹配單元18、發射電路22、第三匹配單元30以及旁路耦合電路20。
天線單元12係選擇性接收一第一射頻訊號或發射一第二射頻訊號。第一匹配單元14係電性連接天線單元12及接收電路16，第一匹配單元14與接收電路16係形成第一訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收並傳輸第一射頻訊號。第二匹配單元18電性連接天線單元12及發射電路22，第二匹配單元18與發射電路22係形成一訊號發射通道，用以傳輸並發射第二射頻訊號。第三匹配單元30係電性連接天線單元12及旁路耦合電路20，且旁路耦合電路20電性連接接收電路16，第三匹配單元30、旁路耦合電路20及接收電路16係形成第二訊號接收通道，用以在第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收並傳輸第一射頻訊號。
在一實施例中，請同時參閱圖3及圖4所示，第一匹配單元14、接收電路16、第二匹配單元18之詳細電路係與前述實施例相同，故於此不再贅述。於此實施例中，旁路耦合電路20不使用第二匹配單元18，而是單獨使用第三匹配單元30，且第三匹配單元30係可以與第二匹配單元18使用相同或不相同之電路結構，在此係以使用相同之電路結構為例，因此，第三匹配單元30包含至少一被動元件以及一電感對301，被動元件在 此係以電容C1’為例但不限於此，電容C1’電性連接至天線單元12及接地端，電感對301係具有一第二電感L2’及一第三電感L3’，第二電感L2’並聯電容C1’，第三電感L3’電性連接至旁路耦合電路20。
請參閱圖3及圖4所示，無線收發裝置10在訊號接收模式時，當第一射頻訊號係為高低增益射頻訊號，處理器26控制開關元件SW1保持非導通狀態時，利用第一電感L1、低雜訊放大器161及混頻器162形成之第一訊號接收通道，用以接收並傳輸高低增益射頻訊號。當第一射頻訊號變為中等增益射頻訊號時，處理器26控制開關元件SW1由非導通狀態轉換為導通狀態時，且處理器26亦控制低雜訊放大器161為關閉狀態，此時，同樣在訊號接收模式下，利用電容C1’、第二電感L2’、第三電感L3’、旁路耦合電路20及混頻器162形成之第二訊號接收通道來接收並傳輸中等增益射頻訊號。另外，在無線收發裝置10處於訊號發射模式時，處理器26控制開關元件SW1呈現導通狀態，此時，利用發射電路22及第三電感L3、第二電感L2與電容C1形成之訊號發射通道來傳輸第二射頻訊號。
不管是在圖1及圖2所示之無線收發裝置10中使用的旁路耦合電路20，亦或是在圖3及圖4所示之無線收發裝置10中使用的旁路耦合電路20，皆可具有不同的電路結構設計，以下係以圖2所示之實施例來進一步說明旁路耦合電路20的各種實施例。
在一實施例中，請參閱圖5所示，旁路耦合電路20係為電容分壓式耦合電路，此旁路耦合電容20係包含四個電容C2、C3、C4、C5及二個開關元件SW2、SW3，此開關元件SW2、SW3之作動係由後端之處理器控制，並與開關元件SW1同步運作。當開關元件SW2、SW3導通 時，此旁路耦合電路20導通而與電容C1、第二電感L2、第三電感L3及混頻器162形成第二訊號接收通道，故可在訊號接收模式下，接收並傳輸中等增益射頻訊號。
在一實施例中，請參閱圖6所示，旁路耦合電路20係為電阻分壓式耦合電路，此旁路耦合電容20係包含四個電阻R1、R2、R3、R4及二個開關元件SW4、SW5，此開關元件SW4、SW5之作動係由後端之處理器控制，並與開關元件SW1同步運作。當開關元件SW4、SW5導通時，此旁路耦合電路20導通而與電容C1、第二電感L2、第三電感L3及混頻器162形成第二訊號接收通道，故可在訊號接收模式下，接收並傳輸中等增益射頻訊號。
在一實施例中，請參閱圖7所示，旁路耦合電路20係為主動元件式耦合電路，此旁路耦合電路20係包含二個電容C6、C7及四個電晶體元件T1、T2、T3、T4，此些電晶體元件T1、T2、T3、T4之作動係由後端之處理器控制，並與開關元件SW1同步運作。當電晶體元件T1、T2、T3、T4導通時，此旁路耦合電路20導通而與電容C1、第二電感L2、第三電感L3及混頻器162形成第二訊號接收通道，故可在訊號接收模式下，接收並傳輸中等增益射頻訊號。
當然，前述圖5至圖7所使用之旁路耦合電路20亦可以應用於圖4所示之無線收發裝置10中，故可以參考前述實施範例而簡單轉用，於此不再贅述。
因此，本案提出之無線收發裝置可以在訊號接收模式下利用旁路耦合電路來接收中等增益射頻訊號，使旁路耦合電路可以共用發射路 徑上的匹配單元(第二匹配單元)或是配置使用獨立的匹配單元(第三匹配單元)，所以在接收訊號時不會受到關閉狀態(非導通狀態)的開關元件影響，故可以提高接收電路的線性度，並可使無線收發電路的電路設計更具彈性，以提供一個線性度佳的訊號傳輸方式。
以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之專利範圍內。
10:無線收發裝置
12:天線單元
121:天線
122:開關電路
14:第一匹配單元
16:接收電路
18:第二匹配單元
20:旁路耦合電路
22:發射電路
24:類比數位轉換電路
26:處理器
28:數位類比轉換電路

Claims (10)

  1. 一種無線收發裝置，包含：一天線單元，用以接收一第一射頻訊號或發射一第二射頻訊號；一第一匹配單元，電性連接該天線單元；一接收電路，電性連接該第一匹配單元，該第一匹配單元與該接收電路係形成一第一訊號接收通道，用以在該第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收該第一射頻訊號；一第二匹配單元，電性連接該天線單元；一發射電路，電性連接該第二匹配單元，該第二匹配單元與該發射電路係形成一訊號發射通道，用以發射該第二射頻訊號；以及一旁路耦合電路，電性連接該接收電路及該第二匹配單元，該第二匹配單元、該旁路耦合電路及該接收電路係形成一第二訊號接收通道，用以在該第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收該第一射頻訊號。
  2. 如請求項1所述之無線收發裝置，其中該接收電路更包含：一低雜訊放大器，電性連接該第一匹配單元，以接收經過該第一匹配單元匹配之該高低增益射頻訊號並進行訊號放大；一混頻器，電性連接該低雜訊放大器，用以接收該高低增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端處理；以及該旁路耦合電路電性連接該混頻器，使該混頻器用以接收該中等增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端處理。
  3. 如請求項2所述之無線收發裝置，其中該第一匹配單元更包含： 一第一電感，電性連接該天線單元及該低雜訊放大器；以及一開關元件，其一端電性連接該第一電感及該低雜訊放大器之間，另一端連接至一接地端；該開關元件為非導通狀態時，利用該第一電感、該低雜訊放大器及該混頻器形成之該第一訊號接收通道傳輸該高低增益射頻訊號；該開關元件為導通狀態時，該低雜訊放大器為關閉狀態，利用該第二匹配單元、該旁路耦合電路及該混頻器形成之該第二訊號接收通道傳輸該中等增益射頻訊號。
  4. 如請求項3所述之無線收發裝置，其中該第二匹配單元更包含：至少一被動元件，電性連接至該天線單元及該接地端；以及一電感對，具有一第二電感及一第三電感，該第二電感並聯該被動元件，且該第三電感電性連接該發射電路及該旁路耦合電路。
  5. 如請求項1所述之無線收發裝置，其中該旁路耦合電路係為電容分壓式耦合電路、電阻分壓式耦合電路或主動元件式耦合電路。
  6. 一種無線收發裝置，包含：一天線單元，用以接收一第一射頻訊號或發射一第二射頻訊號；一第一匹配單元，電性連接該天線單元；一接收電路，電性連接該第一匹配單元，該第一匹配單元與該接收電路係形成一第一訊號接收通道，用以在該第一射頻訊號為高低增益射頻訊號時，接收該第一射頻訊號；一第二匹配單元，電性連接該天線單元； 一發射電路，電性連接該第二匹配單元，該第二匹配單元與該發射電路係形成一訊號發射通道，用以發射該第二射頻訊號；一第三匹配單元，電性連接該天線單元；以及一旁路耦合電路，電性連接該第三匹配單元及該接收電路，該第三匹配單元、該旁路耦合電路及該接收電路係形成一第二訊號接收通道，用以在該第一射頻訊號為中等增益射頻訊號時，接收該第一射頻訊號。
  7. 如請求項6所述之無線收發裝置，其中該接收電路更包含：一低雜訊放大器，電性連接該第一匹配單元，以接收經過該第一匹配單元匹配之該高低增益射頻訊號並進行訊號放大；一混頻器，電性連接該低雜訊放大器，用以接收該高低增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端處理；以及該旁路耦合電路電性連接該混頻器，使該混頻器用以接收該中等增益射頻訊號並進行降頻後傳輸到後端處理。
  8. 如請求項7所述之無線收發裝置，其中該第一匹配單元更包含：一第一電感，電性連接該天線單元及該低雜訊放大器；以及一開關元件，其一端電性連接該第一電感及該低雜訊放大器之間，另一端連接至一接地端；該開關元件為非導通狀態時，利用該第一電感、該低雜訊放大器及該混頻器形成之該第一訊號接收通道傳輸該高低增益射頻訊號；該開關元件為導通狀態時，該低雜訊放大器為關閉狀態，利用該第三匹配單元、該旁路耦合電路及該混頻器形成之該第二訊號接收通道傳輸該中等增益射頻訊號。
  9. 如請求項8所述之無線收發裝置，其中該第二匹配單元更包含：至少一被動元件，電性連接至該天線單元及該接地端；以及一電感對，具有一第二電感及一第三電感，該第二電感並聯該被動元件，且該第三電感電性連接該發射電路。
  10. 如請求項8所述之無線收發裝置，其中該第三匹配單元更包含：至少一被動元件，電性連接至該天線單元及該接地端；以及一電感對，具有一第二電感及一第三電感，該第二電感並聯該被動元件，且該第三電感電性連接該旁路耦合電路。
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