TWI757111B - 發送器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種發射器，其包含有一混波器、一諧波阻抗調整電路以及一放大器。該混波器使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；該諧波阻抗調整電路用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及該放大器用以根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一放大訊號。

Description

發送器
本發明係有關於發射器。
第1圖為傳統具有正交調變架構的發射器100的示意圖。如第1圖所示，發射器100包含了兩個混波器110、120以及一結合電路130。在發射器100的操作中，混波器110對一基頻訊號BB_I與一振盪訊號LO_I進行混波操作，混波器110對另一基頻訊號BB_Q與另一振盪訊號LO_Q進行混波操作，且結合電路130將混波器110、120的輸出相加後產生一輸出訊號Vout，之後傳送至後端電路進行處理後再由天線發射出去。在發射器100中，基頻訊號BB_I可以表示為cos(ω BB t)、基頻訊號BB_Q可以表示為sin(ω BB t)、振盪訊號LO_I可以表示為cos(ω LO t)、振盪訊號LO_Q可以表示為sin(ω LO t)，因此輸出訊號Vout可以使用以下公式來表示：
Figure 110107940-A0305-02-0003-1
 上述公式中的單頻輸出訊號cos(ω LO t-ω BB t)是發射器100在理想上所發送出去的訊號，而公式中被消除的cos(ω LO t+ω BB t)則稱為鏡像訊號。
然而，上述公式所描述的僅僅是理想狀況，在實際電路上則會存在 著非理想因素而使得鏡像訊號無法被完整的消除。舉例來說，非理想因素可能包含了基頻訊號的直流偏差(DC offset)、混波器110、120之兩個路徑之間的增益或相位偏差、或是兩個振盪訊號本身的增益或相位偏差...等等。
此外，隨著電子產品之無線傳輸速率的提升，對於訊號品質及誤差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)的要求也越來越高，因此，需要進一步對鏡像頻率抑制以符合更嚴格的訊號品質需求。
因此，本發明的目的之一在於提出一種發射器，其可以有效地抑制鏡像訊號，以解決先前技術的問題。
在本發明的一個實施例中，揭露了一種發射器，其包含有一混波器、一諧波阻抗調整電路以及一放大器。該混波器用以使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；該諧波阻抗調整電路耦接於該第一端點與該第二端點之間，且用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及該放大器耦接於該諧波阻抗調整電路，且用以根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一放大訊號。
100:發送器
110,120:混波器
130:結合電路
200:發送器
210:混波器
220:諧波阻抗調整電路
230:變壓器
240:放大器
250:諧波阻抗調整電路
260:變壓器
310,320:電容
410,420:電容
430:電感
510,520,540,550:電容
530,560:電感
BB_I,BB_Q:基頻訊號
LO_I,LO_Q:振盪訊號
V_I,V_Q:混波訊號
A_I,A_Q:放大訊號
N1,N2,N3,N4,N5,N6,N7:端點
C1:電容值
L1,L2:電感值
Vout:輸出訊號
第1圖為傳統具有正交調變架構的發射器的示意圖。
第2圖為根據本發明一實施例之發送器的示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之諧波阻抗調整電路的示意圖。
第4圖為根據本發明另一實施例之諧波阻抗調整電路的示意圖。
第5圖為根據本發明另一實施例之諧波阻抗調整電路的示意圖。
第2圖為根據本發明一實施例之發送器200的示意圖。如第2圖所示，發送器200包含了一混波器210、一諧波阻抗調整電路220、一變壓器230、一放大器240、一諧波阻抗調整電路250、一變壓器260。本實施例的發送器200係可以應用在任何需要進行無線通訊的電子裝置中，亦即發送器200接收基頻訊號BB_I、BB_Q後產生對應的輸出訊號至天線以傳播出去。
在發送器200的基本操作中，混波器210使用振盪訊號LO_I、LO_Q以分別對基頻訊號BB_I、BB_Q進行混波操作，以產生混波訊號V_I及V_Q，其中V_I及V_Q係為差動混波訊號。具體來說，混波器210可以使用第1圖所示的兩個混波器110、120來實現，亦即將基頻訊號BB_I與振盪訊號LO_I進行混波操作以產生混波訊號V_I，並將基頻訊號BB_Q與振盪訊號LO_Q進行混波操作以產生混波訊號V_Q。
在先前技術中提到了發送器200會因為一些非理想因素而使得鏡像訊號無法被完整的消除，然而，除了先前技術中所提到的三點非理想因素之外，位於混波器210後的元件也有可能會造成諧波混頻而影響到了鏡像抑制的效果。具體來說，由於混波器210的非理想因素、再加上振盪訊號LO_I、LO_Q可能會因為非理想因素而包含了多階的頻率成分，因此混波訊號V_I及V_Q會在後 續的元件中進行諧波混頻而產生的鏡像訊號，舉以下四個例子來說：(1)假設差動混波訊號V_I、V_Q分別具有(3*fLO+fBB)與(2*fLO)的諧波成分，再經由後級的放大器而產生諧波混頻，會使得後續的訊號具有頻率為(fLO+fBB)的鏡像訊號；(2)假設差動混波訊號V_I、V_Q分別具有(4*fLO)的諧波成分與(3*fLO-fBB)的諧波成分，再經由後級的放大器而產生諧波混頻，會使得後續的訊號具有頻率為(fLO+fBB)的鏡像訊號；(3)假設差動混波訊號V_I、V_Q分別具有(2*fLO-2*fBB)與(fLO-3*fBB)的諧波成分，再經由後級的放大器而產生諧波混頻，會使得後續的訊號具有頻率為(fLO+fBB)的鏡像訊號；(4)假設差動混頻訊號V_I、V_Q分別具有(2*fLO)與(fLO-fBB)的諧波成分，再經由後級的放大器而產生諧波混頻，會使得後續的訊號具有頻率為(fLO+fBB)的鏡像訊號；其中上述的‘fLO’為振盪訊號LO_I、LO_Q的頻率、‘fBB’為基頻訊號BB_I、BB_Q的頻率。
因此，為了解決上述諧波混頻的問題，本實施例中提出了在混波器210的兩個輸出端點N1、N2之間設置諧波阻抗調整電路220，而降低混波訊號V_I及V_Q的部分諧波成分，舉例來說，諧波阻抗調整電路220可以降低混波訊號V_I及V_Q中對應於2*fLO、3*fLO及/或4*fLO的諧波強度，以降低後續因為諧波混頻而產生之鏡像訊號的強度。
接著，變壓器230及放大器240對調整後的混波訊號(即，V_I及V_Q經過諧波阻抗調整電路220後)進行處理以產生放大訊號A_I、A_Q，且透過在混波器放大器的兩個輸出端點N3、N4之間設置諧波阻抗調整電路250，而降低放大訊號A_I、A_Q的部分諧波成分，例如對應於2*fLO、3*fLO及/或4*fLO的諧波強度，可以降低後續因為諧波混頻而產生之鏡像訊號的強度。
最後，放大訊號A_I、A_Q在經過變壓器260的處理後傳送至天線以發送至其他的電子裝置。
第3圖為根據本發明一實施例之諧波阻抗調整電路300的示意圖，其中諧波阻抗調整電路300可以用來實現第2圖所示之諧波阻抗調整電路220、250，為了描述方便起見，以下實施例以諧波阻抗調整電路300作為諧波阻抗調整電路220來做為說明。如第3圖所示，諧波阻抗調整電路300包含了兩個電容310、320，其中電容310耦接於端點N1與接地電壓之間，而電容320耦接於端點N2與接地電壓之間。在本實施例中，諧波阻抗調整電路300包含了奇模式(odd mode)與偶模式(even mode)，其中奇模式對應到混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)，而在奇模式下混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分的傳送路徑可稱為差動路徑；偶模式則對應到混波訊號V_I及V_Q的偶數階諧波成分，而在偶模式下混波訊號V_I及V_Q的偶數階諧波成分的傳送路徑可稱為共模路徑。具體來說，假設電容310、320的電容值均為2*C1，則在奇模式中混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)所看到的可以是一個耦接於端點N1、N2之間具有電容值C1的電容，而在偶模式中混波訊號V_I及V_Q的諧波成分所看到的分別是一個具有電容值2*C1的接地電容。透過諧波阻抗調整電路300，可以使得共模路徑上的阻抗大幅縮小，以有效地降低混波訊號V_I及V_Q中對應於2*fLO及4*fLO的諧波強度。
第4圖為根據本發明另一實施例之諧波阻抗調整電路400的示意圖，其中諧波阻抗調整電路400可以用來實現第2圖所示之諧波阻抗調整電路220、250，為了描述方便起見，以下實施例以諧波阻抗調整電路400作為諧波阻抗調整電路220來做為說明。如第4圖所示，諧波阻抗調整電路400包含了兩個電容 410、420及一個電感430，其中電容410耦接於端點N1與一端點N5之間，電容420耦接於端點N2與端點N5之間，且電感430耦接於端點N5及接地電壓之間。在本實施例中，諧波阻抗調整電路400包含了奇模式與偶模式，其中奇模式對應到混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)，而偶模式則對應到混波訊號V_I及V_Q的諧波成分。具體來說，假設電容410、420的電容值均為2*C1、電感430的電感值為L1，則在奇模式中混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)所看到的可以是一個耦接於端點N1、N2之間具有電容值C1的電容，而在偶模式中混波訊號V_I及V_Q的諧波成分所看到的分別是一個串聯的電容與電感。在本實施例中，由於電容410、420的電容值涉及了混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分而不適合任意改變，因此，設計者主要可以透過設計電感430的電感值L1，以使得對應到其共振頻率上的阻抗大幅縮小，以達到降低特定諧波成分的目的。具體來說，假設設計者透過模擬得知具有頻率(2*fLO-2*fBB)的諧波成分會在後續影響到鏡像抑制效果，則可以透過設計電感430的電感值L1以降低頻率為(2*fLO-2*fBB)的諧波成分，亦即
Figure 110107940-A0305-02-0008-2
。在實作上，由於‘fBB’遠小於‘fLO’，因此諧波阻抗調整電路400可視為降低兩倍、三倍或四倍於振盪訊號LO_I、LO_Q之頻率的諧波成分。
第5圖為根據本發明另一實施例之諧波阻抗調整電路500的示意圖，其中諧波阻抗調整電路500可以用來實現第2圖所示之諧波阻抗調整電路220、250，為了描述方便起見，以下實施例以諧波阻抗調整電路500作為諧波阻抗調整電路220來做為說明。如第5圖所示，諧波阻抗調整電路500包含了電容510、520、540、550及電感530、560，其中電容510耦接於端點N1與一端點N6之間，電容520耦接於端點N2與端點N6之間，電感530耦接於端點N6及接地電壓之間，電容540耦接於端點N1與一端點N7之間，電容550耦接於端點N2與端點N7之間， 電感560耦接於端點N7及接地電壓之間。在本實施例中，諧波阻抗調整電路500包含了奇模式與偶模式，其中奇模式對應到混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)，而偶模式則對應到混波訊號V_I及V_Q的諧波成分。具體來說，假設電容510、520、540、550的電容值均為C1、電感530的電感值為L1、電感560的電感值為L2，則在奇模式中混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分(差動訊號)所看到的可以是一個耦接於端點N1、N2之間具有電容值C1的電容，而在偶模式中混波訊號V_I及V_Q的諧波成分所看到的分別是兩個串連的電容電感。在本實施例中，由於電容510、520、540、550的電容值涉及了混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分而不適合任意改變，因此，設計者主要可以透過設計電感430的電感值L1、L2，以使得對應到其共振頻率上的阻抗大幅縮小，以達到降低特定諧波成分的目的，例如可以降低兩倍、三倍或四倍於振盪訊號LO_I、LO_Q之頻率的諧波成分。具體來說，假設設計者透過模擬得知具有頻率(2*fLO-2*fBB)及(3*fLO-fBB)的諧波成分會在後續影響到鏡像抑制效果，則可以透過設計電感530的電感值L1以降低頻率為(2*fLO-2*fBB)的諧波成分，並透過設計電感560的電感值L2以降低頻率為(3*fLO-fBB)的諧波成分。
在第2圖的實施例中，其降低諧波成分的步驟是透過耦接在端點N1、N2之間的諧波阻抗調整電路220、及耦接在端點N3、N4之間的諧波阻抗調整電路250來達成，而並非另外在混波器210所輸出的兩個路徑上分別設置諧波濾波器，因此可以避免影響到混波訊號V_I及V_Q的主要訊號成分。
需注意的是，第2圖所示之發送器200的架構僅為範例說明，而非是本發明的限制。在本發明的其他實施例中，變壓器的數量/位置可以有所改變，或是諧波阻抗調整電路250可以自發送器200中移除。
簡要歸納本發明，在本發明之發送器中，透過設置諧波阻抗調整電路來降低特定諧波成分的強度，可以有效地改善這些諧波訊號因為後續的諧波混頻而產生鏡像訊號的問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
200:發送器
210:混波器
220:諧波阻抗調整電路
230:變壓器
240:放大器
250:諧波阻抗調整電路
260:變壓器
BB_I,BB_Q:基頻訊號
LO_I,LO_Q:振盪訊號
V_I,V_Q:混波訊號
A_I,A_Q:放大訊號
N1,N2,N3,N4:端點

Claims (8)

  1. 一種發射器，包含有：一混波器，用以使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；一第一諧波阻抗調整電路，耦接於該第一端點與該第二端點之間，用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及一放大器，耦接於該第一諧波阻抗調整電路，用以根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一放大訊號；其中該第一諧波阻抗調整電路包含有：一第一電容，耦接於該第一端點與一接地電壓之間；以及一第二電容，耦接於該第二端點與該接地電壓之間。
  2. 一種發射器，包含有：一混波器，用以使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；一第一諧波阻抗調整電路，耦接於該第一端點與該第二端點之間，用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及一放大器，耦接於該第一諧波阻抗調整電路，用以根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一放大訊號；其中該第一諧波阻抗調整電路包含有： 一第一電容，耦接於該第一端點與一特定端點之間；一第二電容，耦接於該第二端點與該特定端點之間；以及一電感，耦接於該特定端點與一接地電壓之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發射器，其中該第一諧波阻抗調整電路係用來降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號中具有兩倍於該第一/第二振盪訊號之頻率的諧波成份。
  4. 一種發射器，包含有：一混波器，用以使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；一第一諧波阻抗調整電路，耦接於該第一端點與該第二端點之間，用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及一放大器，耦接於該第一諧波阻抗調整電路，用以根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一放大訊號；其中該第一諧波阻抗調整電路包含有：一第一電容，耦接於該第一端點與一特定端點之間；一第二電容，耦接於該第二端點與該特定端點之間；一第一電感，耦接於該特定端點與一接地電壓之間；一第三電容，耦接於該第一端點與另一特定端點之間；一第四電容，耦接於該第二端點與該另一特定端點之間；以及一第二電感，耦接於該另一特定端點與該接地電壓之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發射器，其中該第一電容、該第二電容以及該第一電感係用來降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號中具有一第一頻率的諧波成份，且該第三電容、該第四電容以及該第二電感係用來降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號中具有一第二頻率的諧波成份。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發射器，其中該第一頻率為兩倍於該第一/第二振盪訊號之頻率。
  7. 如申請專利範圍第5或6項所述之發射器，其中該第二頻率為三倍或四倍於該第一/第二振盪訊號之頻率。
  8. 一種發射器，包含有：一混波器，用以使用一第一振盪訊號以及一第二震盪訊號來分別對一第一基頻訊號以及一第二基頻訊號進行混波操作，以產生一第一混波訊號至一第一端點、並產生一第二混波訊號至一第二端點；一第一諧波阻抗調整電路，耦接於該第一端點與該第二端點之間，用以降低該第一混波訊號以及該第二混波訊號的諧波成分，以產生一調整後第一混波訊號及一調整後第二混波訊號；以及一放大器，耦接於該第一諧波阻抗調整電路，根據該調整後第一混波訊號及該調整後第二混波訊號以產生一第一放大訊號至一第三端點、並產生一第二放大訊號至一第四端點；一第二諧波阻抗調整電路，耦接於該第三端點與該第四端點之間，用以降 低該第一放大訊號以及該第二放大訊號的諧波成分；其中該第二諧波阻抗調整電路包含有：一第一電容，耦接於該第一端點與一特定端點之間；一第二電容，耦接於該第二端點與該特定端點之間；以及一電感，耦接於該特定端點與一接地電壓之間。
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