TWI739477B - 訊號調整器裝置與訊號調整方法 - Google Patents

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Abstract

訊號調整器裝置包含頻率調整電路、濾波器電路以及功率估算電路。頻率調整電路用以自訊號產生器接收雙頻（two-tone）訊號，並根據雙頻訊號產生第一訊號，其中訊號產生器為根據第一係數與第二係數產生雙頻訊號。濾波器電路用以對第一訊號進行濾波，以產生第二訊號。功率估算電路用以偵測第二訊號中關聯於雙頻訊號的互調失真訊號成分之功率，並根據該功率調整第一係數與第二係數中至少一者以降低該功率。

Description

訊號調整器裝置與訊號調整方法
本案是關於訊號調整器裝置，尤其是關於用於校正訊號產生器之線性度的訊號調整器裝置與訊號調整方法。
為了獲得可信度較高的測試結果，測試儀器的規格通常需要比待測電路的規格還好。然而，隨著技術發展，積體電路之規格越來越高，使得舊有的測試儀器已不足以驗證積體電路。為了能夠測試積體電路的操作是否正確，需要將舊有的測試儀器更換為效能更好的測試儀器。如此，將使得測試成本大幅上升。
於一些實施例中，訊號調整器裝置包含頻率調整電路、濾波器電路以及功率估算電路。頻率調整電路用以自訊號產生器接收雙頻(two-tone)訊號，並根據雙頻訊號產生第一訊號，其中訊號產生器為根據第一係數與第二係數產生雙頻訊號。濾波器電路用以對第一訊號進行濾波，以產生第二訊號。功 率估算電路用以偵測第二訊號中關聯於雙頻訊號的互調失真訊號成分之功率，並根據該功率調整第一係數與第二係數中至少一者以降低該功率。
於一些實施例中，訊號調整方法包含下列操作：自訊號產生器接收雙頻訊號，並根據雙頻訊號產生第一訊號，其中訊號產生器為根據第一係數與第二係數產生雙頻訊號；對第一訊號進行濾波，以產生第二訊號；以及偵測第二訊號中關聯於雙頻訊號的互調失真訊號成分之功率，並根據該功率調整第一係數與第二係數中至少一者以降低功率。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
100:訊號調整器裝置
100A:訊號產生器
100B:待測電路
120:頻率調整電路
140:濾波器電路
160:功率估算電路
162:類比數位轉換器電路
164:處理電路
C1,C2:係數
f1,f2:頻率
S1,S2,S4:訊號成分
SI1,SI2,S3:互調失真訊號成分
SA,SB:訊號
SC:數位碼
ST:雙頻訊號
210,215:線段
300:訊號調整方法
S310,S320,S330:操作
S31,S32,S33,S34:步驟
〔圖1〕為根據本案一些實施例繪製一種訊號調整器裝置的示意圖；〔圖2〕為根據本案一些實施例繪製圖1中多個互調失真訊號成分的變化趨勢之示意圖；以及〔圖3〕為根據本案一些實施例繪製一種訊號調整方法的流程圖。
本文所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本案的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本案之範圍與意涵。同樣地，本案亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。
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。如本文所用，用語『電路』可為由至少一個電晶體與/或至少一個主被動元件按一定方式連接以處理訊號的裝置。
如本文所用，用語『與/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。在本文中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述並辨別各個元件。因此，在本文中的第一元件也可被稱為第二元件，而不脫離本案的本意。為易於理解，於各圖式中的類似元件將被指定為相同標號。
圖1為根據本案一些實施例繪製一種訊號調整器裝置100的示意圖。於一些實施例中，訊號調整器裝置100可用於校正從訊號產生器100A產生的一訊號(例如為，但不限於，雙頻(two-tone)訊號ST)，以提升該訊號的線性度。如此，經校正後的該訊號可用來測試待測電路100B，以取得更為準確的測試結果。於一些實施例中，訊號調整器裝置100為獨立於待測電路100B的一外部裝置。於一些實施例中，訊號調整器裝置100可整合於待測電路100B內。例如，待測電路100B為一晶片，且訊號調整器裝置100可為該晶片內的一測試電路中之一部分。上述關於訊號調整器裝置100的應用方式僅用於示例，且本案並不以此為限。
訊號調整器裝置100包含頻率調整電路120、濾波器電路140以及功率估算電路160。於一些實施例中，訊號產生器100A可為任意波形產生器，其可根據使用者或外部裝置所輸入之資料(例如為後述的式2)產生雙頻訊號ST。於一些實施例中，雙頻訊號ST可用來測試待測電路100B之線性度。相較於單調 (single-tone)訊號，藉由雙頻訊號ST可測出更為準確的測試結果。頻率調整電路120自訊號產生器100A接收雙頻訊號ST，並根據雙頻訊號ST產生訊號SA。
於一些實施例中，雙頻訊號ST主要包含具有頻率f1的訊號成分S1以及具有頻率f2的訊號成分S2。若訊號產生器100A為非線性的，經由非線性模型(例如為後述的式3)可得出雙頻訊號ST更包含互調失真(intermodulation distortion from the third order,IMD3)訊號成分SI1與IMD3訊號成分SI2，其中IMD3訊號成分SI2的頻率為2×f2-f1且IMD3訊號成分SI1的頻率為2×f1-f2。於一些情形中，若上述IMD3訊號成分SI1與IMD3訊號成分SI2兩者的功率過高，雙頻訊號ST的線性度會降低，從而導致雙頻訊號ST不足以做為測試訊號。為避免上述情形，於一些實施例中，功率估算電路160可響應於IMD3訊號成分SI2(或IMD3訊號成分SI1)的功率來調整係數C1以及係數C2中至少一者，以降低IMD3訊號成分SI1與IMD3訊號成分SI2兩者的功率。如此，可改善雙頻訊號ST的線性度，以取得更為準確的測試結果。
於一些實施例中，頻率調整電路120用以對雙頻訊號ST進行降頻以產生訊號SA。例如，頻率調整電路120可為一自混頻器(self-mixer)電路，其可根據雙頻訊號ST調變雙頻訊號ST以產生訊號SA。在雙頻訊號ST中，IMD3訊號成分SI1的頻率可表示為f1-(f2-f1)，且IMD3訊號成分SI2的頻率可表示為f2+(f2-f1)，其中f2-f1為訊號成分S2與訊號成分S1之間的頻率差(frequency offset)。換言之，IMD3訊號成分SI1與IMD3訊號成分SI2中每一者的頻率與雙頻訊號ST的絕對頻率(即頻率f1或頻率f2)以及該頻率差為正相關。藉由頻率調整電路120之操作，IMD3訊號成分SI2可被降頻為訊號SA中的IMD3訊號成分S3。IMD3訊號成分S3具有頻率2×(f2-f1)，且此頻率僅與該頻率差正相關而無關於該絕對頻率。 若是直接偵測雙頻訊號ST的IMD3訊號成分SI2(或是IMD3訊號成分SI1)的功率，後方電路(例如為類比數位轉換器電路162)需具備有較高的取樣率，而較不易於硬體實現。於一些實施例中，藉由偵測經降頻後的IMD3訊號成分S3之功率，可以降低後方電路所需的取樣率。
例如，若頻率f1為10百萬赫茲(MHZ)且頻率f2為12MHZ，IMD3訊號成分SI2的頻率與IMD3訊號成分SI1的頻率分別為14MHZ以及8MHZ。經過頻率調整電路120處理後，訊號SA中關聯於雙頻訊號ST的IMD3訊號成分S3的頻率為4MHZ。如此一來，後方電路的取樣率可以降低，故較以易於硬體實現。於另一些實施例中，頻率調整電路120可由波封檢測器(envelope detector)電路實施。
濾波器電路140用以對訊號SA進行濾波以產生訊號SB。於一些情形中，訊號SA可能因頻率調整電路120之操作引入較大的直流偏移(DC offset)，而造成後方電路(例如為類比數位轉換器電路162)過飽和。為避免此問題，濾波器電路140可濾除訊號SA中接近於直流頻率(即0HZ)的至少一訊號成分S4(相當於前述的直流偏移)，以產生訊號SB。於一些實施例中，訊號SA亦可能因頻率調整電路120之操作引入其他頻率的額外訊號成分，換句話說，該至少一訊號成分S4之頻率可另包含額外訊號成分，其中該額外訊號成分的頻率小於或等於前述的頻率差f2-f1。於一些實施例中，濾波器電路140可由高通濾波器電路或是帶通濾波器電路實施。
功率估算電路160用以偵測訊號SB中關聯於雙頻訊號ST的IMD3訊號成分S3的功率，並根據IMD3訊號成分S3的功率調整係數C1以及係數C2中至少一者。於一些實施例中，功率估算電路160包含類比數位轉換器電路162以及處理電路164。類比數位轉換器電路162用以轉換IMD3訊號成分S3為數位碼SC。 處理電路164根據數位碼SC獲取IMD3訊號成分S3的功率，並根據IMD3訊號成分S3的功率調整係數C1以及係數C2中至少一者，進而降低IMD3訊號成分S3的功率(即降低IMD3訊號成分SI1以及IMD3訊號成分SI2的功率)。於一些實施例中，處理電路164可為包含一或多個數位邏輯電路的數位訊號處理電路，其用以執行圖3中的多個操作，以調整係數C1以及係數C2中至少一者。
參照下述技術文獻：K. Kato, F. Abe, K. Wakabayashi, T. Yamada, H. Kobayashi, O. Kobayashi, K. Niitsu "Low-IMD Two-Tone Signal Generation for ADC Testing", IEEE International Mixed-Signals, Sensors, and Systems Test Workshop, Taipei, Taiwan (May 2012)，雙頻訊號ST可表示為下式1：
Figure 109120279-A0305-02-0008-1
於一些實施例中，進一步參考該技術文獻，可改寫上式1中的x1(n)以及x2(n)為下式2：
Figure 109120279-A0305-02-0008-2
其中TS為訊號產生器100A的取樣週期，與頻率f1有關的函數用於定義訊號成分S1，與頻率f2有關的函數用於定義訊號成分S2，A為訊號成分S1以及訊號成分S2的振幅，係數C1用以設定訊號成分S1的相位，且係數C2用以設定訊號成分S2的相位。於一些實施例中，係數C1的初始值以及係數C2的初始值可設定為3，但本案並不以此為限。於一些實施例中，使用者可輸入上述式2至訊號產生器100A，以使訊號產生器100A根據係數C1以及係數C2產生雙頻訊號ST。
為了提高線性度，上述的文獻將雙頻訊號中的兩個訊號成分設置為具有固定的相位角。然而，在實際應用中，此種設置方式仍未能完整消除IMD3 訊號成分的影響。相較於上述文獻，於本案的一些實施例中，藉由偵測IMD3訊號成分S3來調整係數C1與/或係數C2，可根據實際應用環境來降低雙頻訊號ST中的IMD3訊號成分SI1與SI2之功率，以達到更佳的線性度。
圖2為根據本案一些實施例繪製圖1中的IMD3訊號成分SI2以及IMD3訊號成分S3的變化趨勢之示意圖。若訊號產生器100A為非線性的，訊號產生器100A的非線性模型可表示如下式3：ST=a1．x(n)+a3．x(n)3…3
其中，a1為一次方項之係數且a3為三次方項之係數。前述的IMD3訊號成分相關於三次方項。於一實驗例中，如圖2所示，當係數a3變動時，IMD3訊號成分SI2呈現的變化趨勢(即線段210)相近於IMD3訊號成分S3呈現的變化趨勢(即線段215)。換言之，在調整係數C1以及係數C2時，可藉由偵測IMD3訊號成分S3之功率(而非直接偵測IMD3訊號成分SI2)來確認雙頻訊號ST之線性度是否有改善。如先前所述，藉由此種偵測方式，可降低取樣率以易於硬體實現。
圖3為根據本案一些實施例繪製一種訊號調整方法300的流程圖。於操作S310，自訊號產生器100A接收雙頻訊號ST，並根據雙頻訊號ST產生訊號SA，其中訊號產生器100A根據係數C1與係數C2產生雙頻訊號ST。於操作S320，對訊號SA進行濾波，以產生訊號SB。於操作S330，偵測訊號SB中關聯於雙頻訊號ST的IMD3訊號成分S3的功率，並根據IMD3訊號成分S3的功率調整係數C1以及係數C2，以降低IMD3訊號成分S3的功率。
詳細而言，操作S330包含多個步驟S31~S34。於步驟S31，調整係數C1與/或係數C2。於步驟S32，偵測訊號SB中之IMD3訊號成分S3的功率。於步驟S33，確認IMD3訊號成分S3的功率是否已為最小。若是，代表訊號調整方法 300執行完畢。若否，則執行步驟S34。於步驟S34，決定係數C1與/或係數C2的調整方向。
舉例來說，於初次操作中，功率估算電路160可將係數C1以及係數C2設定為初始值，並記錄IMD3訊號成分S3的功率。接著，功率估算電路160可固定係數C1並增加係數C2(即步驟S31)，並確認經調整後的IMD3訊號成分S3的功率是否有小於IMD3訊號成分S3之先前功率(即步驟S32與步驟S33)。若有，功率估算電路160可再次增加係數C2(即步驟S34與步驟S31)並重複執行上述的步驟S32與步驟S33，以找出最小的IMD3訊號成分S3的功率。反之，若經調整後的IMD3訊號成分S3的功率不小於該先前功率，功率估算電路160可改為固定係數C1並減小係數C2(即步驟S34與步驟S31)，並確認經調整後的IMD3訊號成分S3的功率是否有小於該先前功率(即步驟S32與步驟S33)，以找出最小的IMD3訊號成分S3的功率。藉由記錄多種係數C1以及係數C2之組合所對應的IMD3訊號成分S3之功率，功率估算電路160可輸出可使IMD3訊號成分S3之功率最小化的係數C1以及係數C2。基於步驟S31~S34可以理解，於一些實施例中，圖1的功率估算電路160可透過遞迴地調整係數C1與係數C2中至少一者，以最小化IMD3訊號成分S3之功率。
上述僅以調整係數C2為例說明，但本案並不以此為限。於一些實施例中，為了尋找最小的功率，功率估算電路160可在調整係數C2後固定係數C2之數值，並依據相同步驟開始調整係數C1。於不同實施例中，功率估算電路160在步驟S31中可同時調整係數C1與係數C2，或僅調整係數C1與係數C2中之一者。
上述訊號調整方法300的多個操作僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本案的各實施例的操作方式與範圍下，在訊號調 整方法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。或者，在訊號調整方法300下的一或多個操作可以是同時或部分同時執行。
於一實驗例中，相較於前述的相關文獻中使用固定相位角的方法，經由訊號調整方法300的調整後，雙頻訊號ST之線性度可平均地提升約9.52分貝(dB)。
綜上所述，藉由本案一些實施例中之訊號調整器裝置與訊號調整方法，可使用較低取樣率的電路來偵測IMD3訊號成分，並動態地調整輸入至訊號產生器的係數，以提升訊號產生器的輸出訊號之線性度。
雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案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:訊號調整器裝置
100A:訊號產生器
100B:待測電路
120:頻率調整電路
140:濾波器電路
160:功率估算電路
162:類比數位轉換器電路
164:處理電路
C1,C2:係數
f1,f2:頻率
S1,S2,S4:訊號成分
SI1,SI2,S3:互調失真訊號成分
SA,SB:訊號
SC:數位碼
ST:雙頻訊號

Claims (10)

  1. 一種訊號調整器裝置，包含：一頻率調整電路，用以自一訊號產生器接收一雙頻(two-tone)訊號，並根據該雙頻訊號產生一第一訊號，其中該訊號產生器為根據一第一係數與一第二係數產生該雙頻訊號；一濾波器電路，用以對該第一訊號進行濾波，以產生一第二訊號；以及一功率估算電路，用以偵測該第二訊號中關聯於該雙頻訊號的一互調失真訊號成分之一功率，並根據該功率調整該第一係數與該第二係數中至少一者以降低該功率。
  2. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該頻率調整電路用以對該雙頻訊號進行降頻，以產生該第一訊號。
  3. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該頻率調整電路為一自混頻器電路。
  4. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該濾波器電路用以濾除該第一訊號中接近於一直流頻率的至少一訊號成分，以產生該第二訊號。
  5. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該雙頻訊號包含一第一訊號成分以及一第二訊號成分，該第一係數用以設定該第一訊號成分的一相位，且該第二係數用以設定該第二訊號成分的一相位。
  6. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該雙頻訊號包含一第一訊號成分以及一第二訊號成分，該第一訊號成分與該第二訊號成分之間具有一頻率差，且該互調失真訊號成分的一頻率正相關於該頻率差。
  7. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該雙頻訊號包含一第一訊號成分以及一第二訊號成分，該第一訊號成分或該第二訊號成分具有一絕對頻率，且該互調失真訊號成分的一頻率無關於該絕對頻率。
  8. 如請求項1之訊號調整器裝置，其中該功率估算電路用以遞迴地調整該第一係數與該第二係數，以最小化該互調失真訊號成分的該功率。
  9. 一種訊號調整方法，包含：自一訊號產生器接收一雙頻訊號，並根據該雙頻訊號產生一第一訊號，其中該訊號產生器為根據一第一係數與一第二係數產生該雙頻訊號；對該第一訊號進行濾波，以產生一第二訊號；以及偵測該第二訊號中關聯於該雙頻訊號的一互調失真訊號成分之一功率，並根據該功率調整該第一係數與該第二係數中至少一者以降低該功率，其中偵測該互調失真訊號成分之該功率，並根據該功率調整該第一係數與該第二係數中至少一者包含：確認該互調失真訊號成分之該功率是否已為最小；若該功率已為最小，結束調整該第一係數與該第二係數；以及若該功率不為最小，決定該第一係數與該第二係數中至少一者的調整方向。
  10. 如請求項9之訊號調整方法，其中自該訊號產生器接收該雙頻訊號，並根據該雙頻訊號產生該第一訊號包含：對該雙頻訊號進行降頻，以產生該第一訊號。
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