TW201803289A - 可利用較小電路面積並同時考量節能省電以偵測空氣中之干擾訊號之功率來控制放大器之增益值的無線收發機裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
無線收發機裝置包括功率偵測器、位於無線訊號接收端之類比訊號接收電路、處理電路，功率偵測器設置於無線訊號傳送端並用以偵測無線訊號傳送端之傳送路徑上之功率放大器的功率，類比訊號接收電路耦接至功率偵測器並接收來自於天線之無線訊號。於訊號接收模式時，類比訊號接收電路將所接收之無線訊號傳送至處理電路；於干擾偵測模式時，類比訊號接收電路將無線訊號轉送至功率偵測器，功率偵測器偵測無線訊號的功率以量測干擾源功率值並傳送干擾源功率值至處理電路。
Description
本發明係關於一種無線收發機制，尤指一種無線收發機裝置及相對應的方法。
一般而言，以藍芽通訊的無線收發機制來說，傳統應用於藍芽通訊的無線收發機均存在被Wi-Fi訊號（無線保真訊號）所干擾的問題發生，尤其是當藍芽通訊之訊號功率較小而Wi-Fi訊號功率較大時，干擾問題將特別嚴重，以傳統藍芽通訊位於無線訊號接收端的放大器（例如低雜訊放大器）來說，因其設計為具有較高的靈敏度使得具有較大之增益值，故Wi-Fi訊號功率的干擾常常造成傳統藍芽通訊系統之低雜訊放大器發生訊號飽和的問題（Saturation），雖然傳統在其後級電路會利用濾波器來濾除部分的Wi-Fi干擾訊號，然而低雜訊放大器發生訊號飽和之問題將造成訊號接收品質的不良，由於Wi-Fi訊號之干擾源可能時有時無，持續一直地偵測干擾源除了需要增加額外電路（過度佔用額外電路面積）同時也浪費電力，因此致使目前偵測干擾源的設計機制相對變得困難。
因此本發明的目的之一在於提供一種無線收發機裝置及使用於無線收發機裝置的方法，以解決上述習知技術所遇到之問題。
根據本發明之實施例，其揭露一種無線收發機裝置。無線收發機裝置包含功率偵測器、位於無線訊號接收端之類比訊號接收電路、處理電路，功率偵測器設置於無線訊號傳送端並用以偵測無線訊號傳送端之傳送路徑上之功率放大器的功率，類比訊號接收電路耦接至功率偵測器並接收來自於天線之無線訊號，處理電路耦接至類比訊號接收電路。於訊號接收模式時，類比訊號接收電路將所接收之無線訊號傳送至處理電路；於干擾偵測模式時，類比訊號接收電路將無線訊號轉送至功率偵測器，功率偵測器偵測無線訊號的功率以量測干擾源功率值並傳送干擾源功率值至處理電路。
根據本發明之實施例，另揭露一種使用於無線收發機裝置的方法。該方法包含：提供設置於無線訊號傳送端的功率偵測器；提供位於無線訊號接收端的類比訊號接收電路，類比訊號接收電路接收來自於天線之無線訊號；於訊號接收模式時，使用類比訊號接收電路將所接收之無線訊號傳送至處理電路；以及於干擾偵測模式時：將無線訊號從類比訊號接收電路轉送至功率偵測器；以及使用功率偵測器偵測無線訊號的功率以量測干擾源功率值並傳送干擾源功率值至處理電路。
請參照第1圖，第1圖為本發明一實施例之無線收發機裝置100的示意圖。無線收發機裝置100具有一無線訊號傳送端及一無線訊號接收端，分別用以發送無線訊號及接收無線訊號，無線收發機裝置100可應用於藍芽通訊，具有藍芽通訊能力以接收及發送藍芽通訊的無線訊號（而此並非本案的限制）；以藍芽通訊為例，其使用2.4GHz的頻帶，相鄰頻帶則被Wi-Fi（無線保真）等其他通訊標準所使用，傳統應用於藍芽通訊的無線收發機均存在被Wi-Fi訊號所干擾的問題發生，尤其是當藍芽通訊之訊號功率較小而Wi-Fi訊號功率較大時，干擾問題將特別嚴重，以傳統藍芽通訊位於無線訊號接收端的低雜訊放大器（Low Noise Amplifier，LNA）來說，因其設計為具有較高的靈敏度使得具有較大之增益值，故Wi-Fi訊號功率的干擾常常造成傳統藍芽通訊系統之低雜訊放大器發生訊號飽和的問題（Saturation），雖然傳統在其後級電路會利用濾波器來濾除部分的Wi-Fi干擾訊號，然而低雜訊放大器發生訊號飽和之問題將造成訊號接收品質的不良，由於Wi-Fi訊號之干擾源可能時有時無，持續一直地偵測干擾源除了需要增加額外電路（過度佔用額外電路面積）同時也浪費電力，因此致使目前偵測干擾源的設計機制相對變得困難。據此，為了解決傳統機制所遇到的難題，本案之無線收發機裝置100係通過共用無線訊號傳送端之傳送路徑上的部分電路來進行干擾源的偵測及/或搭配藍芽通訊標準來設計執行干擾源偵測的時機點，使得能夠在不過度佔用額外電路面積（甚至不增加其他電路）與考量節能省電目的下，達到可偵測空氣中無線干擾訊號之能量/功率大小，以避免前端電路之低雜訊放大器及/或後級電路之放大器發生訊號飽和的問題。
本案之無線收發機裝置100通過共用無線訊號傳送端之傳送路徑上的部分電路進行偵測的運作，係至少共用了位於無線訊號傳送端之傳送路徑上用於對一傳送訊號進行功率校正使用的一功率偵測器，也就是說，對於訊號的傳送來說，無線收發機裝置100之功率偵測器係用於進行功率校正，使得所傳送至空氣中之無線訊號的功率可以維持一致，而對於干擾源的偵測而言，無線收發機裝置100之功率偵測器係用於偵測周圍的訊號干擾源是否存在及干擾源的功率/能量大小，因為通過了共用位於無線訊號傳送端之傳送路徑上之功率偵測器來執行干擾源偵測的運作，可達到不過度佔用額外電路面積，甚至不增加其他電路之優點。此外，以藍芽通訊的應用為例，當無線收發機裝置100不接收藍芽資料封包時係可以啟動並進入干擾源偵測的模式，藍芽通訊在接收資料封包之前有一段預作準備時間（約80至90微秒（microsecond）），例如是接收到藍芽通訊資料封包的前置訊號（preamble）之前，本案之無線收發機裝置100執行干擾源偵測的其中一個時機點可以是在該預作準備時間內執行，因此可在藍芽通訊之資料封包的接收之前即可偵測出是否有Wi-Fi訊號干擾源的存在，實作上，執行干擾源偵測運作所佔用之時間僅需要約15微秒（此並非本案的限制），並不影響到藍芽通訊之資料封包的接收，另外，無線收發機裝置100執行干擾源偵測的另一個時機點可以是在當判斷出藍芽通訊資料封包掉了（packet lost）時進行、當判斷出目前的資料封包錯誤率（packet error rate）過高時進行、或是於接收完一筆藍芽資料封包之後啟動並進入干擾偵測模式以執行干擾源偵測。因此，相較於傳統技術採用持續地偵測/監測Wi-Fi訊號干擾源的方式，本案可達到節能省電之目的，本案之無線收發機裝置100更適用於可攜式電子裝置中，例如穿戴式電子裝置。需注意的是，上述之偵測時機點僅用以說明本案之可能的實施方式，並非是本案的限制，本案之干擾源偵測的運作亦可於藍芽通訊系統中其他時機點進行。
實作上，請再度參考第1圖，無線收發機裝置100具有無線訊號傳送端之訊號傳送路徑的傳輸電路101T、無線訊號接收端之訊號接收路徑的類比訊號接收電路101R、天線單元102以及處理電路103，傳輸電路101T包括有一數位類比轉換器105、低通濾波器110、混波器115（其中LO係指本地振盪訊號）、功率放大器120、傳感器（transducer）125以及功率偵測器130，類比訊號接收電路101R包括有放大器140（例如低雜訊放大器，但不限定）、傳感器145、混波器150、帶通濾波器155以及放大器160，天線單元102係用以通過藍芽通訊機制而發射與接收無線訊號，以及處理電路103包括有一多工器165、一類比數位轉換器170以及訊號處理電路175，訊號處理電路175可為一基頻控制電路或一數位訊號處理電路；此外，無線收發機裝置100另包括有四個開關元件SW1~SW4，開關SW1選擇性地耦接於傳感器145之輸出端與混波器150之輸入端之間，開關SW2選擇性地耦接於傳感器145之輸出端與功率偵測器130之一輸入端之間，開關SW3選擇性地耦接於傳感器125之輸出端與功率偵測器130之另一輸入端之間，開關SW4選擇性地耦接於放大器160之輸出端與多工器165之輸入端之間，各開關元件SW1~SW4的開路/短路狀態均可由處理電路103內之訊號處理電路175所控制，並因應於無線收發機裝置100的不同操作模式，而有不同的開關連接操作；此外，其他各電路元件之間的耦接關係可見於第1圖。
第2圖為第1圖所示之無線收發機裝置100之功率校正模式操作的訊號處理示意圖。當無線收發機裝置100進入功率校正模式時，訊號處理電路175係控制開關SW1、SW2、SW4為開路狀態（open）而開關SW3為短路狀態（short），處理電路103的多工器165係選取功率偵測器130之輸出訊號，如第2圖中之箭頭方向所示，一傳輸訊號ST係逐一通過數位類比轉換器105、低通濾波器110、混波器115、功率放大器120、傳感器125、功率偵測器130、多工器165、類比數位轉換器170的處理以及最後被傳送至訊號處理電路175，功率偵測器130係用以對傳輸訊號ST進行功率偵測，以偵測無線訊號傳送端之傳送路徑上的功率放大器120之功率，而訊號處理電路175可根據功率偵測器130的偵測結果來控制功率放大器120進行功率校正，使得所傳送至空氣中之無線傳送訊號的功率可以維持一致。
另外，當無線收發機裝置100進入干擾源偵測模式時，請參照第3圖，第3圖為第1圖所示之無線收發機裝置100之干擾源偵測模式操作的訊號處理示意圖，訊號處理電路175係控制開關SW1、SW3、SW4為開路狀態而開關SW2為短路狀態，處理電路103的多工器165係選取功率偵測器130之輸出訊號，在干擾源偵測模式中，無線收發機裝置100所偵測到之無線訊號SR係視為是一種干擾訊號而不視為是資料訊號或封包，如第3圖中之箭頭方向所示，如果存在有Wi-Fi訊號干擾源，則干擾訊號會被天線單元102所接收下來並逐一通過放大器140、傳感器145、功率偵測器130、多工器165、類比數位轉換器170以及最後被傳送至訊號處理電路175，也就是說，類比訊號接收電路101R係將所接收到之無線訊號（Wi-Fi訊號干擾源）轉送至功率偵測器130，不通過混波器150、帶通濾波器155及放大器160，功率偵測器130係執行干擾源訊號的能量或功率偵測，以偵測干擾源訊號的功率，量測一干擾源功率值並傳送該干擾源功率值至處理電路103，處理電路103之類比數位轉換器170係將該干擾源功率值轉換為一數位值，而處理電路103之訊號處理電路175可根據該數位值，於訊號接收模式中適應性地控制類比訊號接收電路101R之放大器140、160中至少一個放大器的增益值，避免發生訊號飽和的問題。
第4圖為第1圖所示之無線收發機裝置100之訊號接收模式操作的訊號處理示意圖，訊號處理電路175係控制開關SW2、SW3為開路狀態而開關SW1、SW4為短路狀態，處理電路103的多工器165係選取放大器160之輸出訊號，在訊號接收模式中，無線收發機裝置100所偵測到之無線訊號SR視為是資料訊號或封包，如第4圖中之箭頭方向所示，以藍芽通訊標準所傳送的無線訊號SR會被天線單元102所接收下來，而之後被類比訊號接收電路101R所接收，無線訊號SR係逐一通過放大器140、傳感器145、混波器150、帶通濾波器155、放大器160、多工器165、類比數位轉換器170以及最後被傳送至訊號處理電路175，當無線收發機裝置100進入訊號接收模式以接收藍芽資料封包時，訊號處理電路175可根據功率偵測器130的干擾源偵測結果，適應性地控制類比訊號接收電路101R之放大器140、160中至少一個放大器的增益值，避免發生訊號飽和的問題。實作上，當該數位值大於一第一臨界值時，處理電路103之訊號處理電路175可控制至少一個放大器的增益值為一第一增益值，而當該數位值大於一第二臨界值時，訊號處理電路175可控制該至少一放大器的增益值為一第二增益值，以降低干擾訊號源的干擾，該第二臨界值高於該第一臨界值，以及該第二增益值小於該第一增益值。上述的臨界值與增益值的控制調整僅為本案之一種實施方式，於其他實施例中亦可用單一個臨界值來判斷調整放大器之增益值，例如該數位值高於該單一臨界值時調降放大器的增益值，反之低於該單一臨界值時調升放大器的增益值。
需注意的是，本案之發明精神在於至少共用無線傳輸端中用以進行功率校正之用的功率偵測器，而於另一實施例中，可變更開關SW1~SW3的位置，使得共用的電路另包括傳感器125，而具體的實作方式是將開關SW1的位置改為設計位於放大器140之輸出端與傳感器145的輸入端之間，將開關SW2的位置改為設計位於放大器140之輸出端與傳感器125的輸入端之間，以及將開關SW3的位置改為設計位於功率放大器120之輸出端與傳感器125的輸入端之間，各開關元件的開/關控制方式則與前述第1圖所實施方式相同，於此不再贅述。此外，於一實施例中，類比訊號接收電路101R亦可只包括前級的低雜訊放大器140而不包括放大器160，換言之，控制放大器之增益值以避免干擾訊號造成訊號飽和的操作可以僅控制類比訊號接收電路101R中單一放大器之增益值或是控制兩個以上之放大器的增益值。 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。
100‧‧‧無線收發機裝置
101T‧‧‧傳輸電路
101R‧‧‧類比訊號接收電路
102‧‧‧天線單元
103‧‧‧處理電路
105‧‧‧數位類比轉換器
110‧‧‧低通濾波器
115、150‧‧‧混波器
120‧‧‧功率放大器
125、145‧‧‧傳感器
130‧‧‧功率偵測器
140、160‧‧‧放大器
155‧‧‧帶通濾波器
165‧‧‧多工器
170‧‧‧類比數位轉換器
175‧‧‧訊號處理電路
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120‧‧‧功率放大器
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130‧‧‧功率偵測器
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165‧‧‧多工器
170‧‧‧類比數位轉換器
175‧‧‧訊號處理電路
第1圖為本發明一實施例之無線收發機裝置的示意圖。 第2圖為第1圖所示之無線收發機裝置之功率校正模式操作的訊號處理示意圖。 第3圖為第1圖所示之無線收發機裝置之干擾源偵測模式操作的訊號處理示意圖。 第4圖為第1圖所示之無線收發機裝置之訊號接收模式操作的訊號處理示意圖。
100‧‧‧無線收發機裝置
101T‧‧‧傳輸電路
101R‧‧‧類比訊號接收電路
102‧‧‧天線單元
103‧‧‧處理電路
105‧‧‧數位類比轉換器
110‧‧‧低通濾波器
115、150‧‧‧混波器
120‧‧‧功率放大器
125、145‧‧‧傳感器
130‧‧‧功率偵測器
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Claims (10)
- 一種無線收發機裝置，其包含有： 一功率偵測器，該功率偵測器設置於一無線訊號傳送端並用以偵測該無線訊號傳送端之一傳送路徑上之一功率放大器的功率； 一類比訊號接收電路位於一無線訊號接收端，並耦接至該功率偵測器，該類比訊號接收電路係接收來自於一天線之一無線訊號；以及 一處理電路，耦接至該類比訊號接收電路； 其中，於一訊號接收模式時，該類比訊號接收電路係將所接收之該無線訊號傳送至該處理電路；於一干擾偵測模式時，該類比訊號接收電路係將該無線訊號轉送至該功率偵測器，該功率偵測器用以偵測該無線訊號的功率以量測一干擾源功率值並傳送該干擾源功率值至該處理電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之無線收發機裝置，其中該處理電路係用以將該干擾源功率值轉換為一數位值、依據該數位值控制該類比訊號接收電路之至少一放大器的增益值。
- 如申請專利範圍第2項所述之無線收發機裝置，其中，當該數位值大於一第一臨界值時，該處理電路控制該至少一放大器的增益值為一第一增益值；以及，當該數位值大於一第二臨界值時，該處理電路控制該至少一放大器的增益值為一第二增益值，以降低干擾，其中該第二臨界值高於該第一臨界值，以及該第二增益值小於該第一增益值。
- 如申請專利範圍第2項所述之無線收發機裝置，其中該類比訊號接收電路包括有： 一第一放大器，耦接至該天線； 一混波器，耦接至該第一放大器； 一帶通濾波器，耦接至該混波器； 一第二放大器，耦接至該帶通濾波器； 其中該處理電路依據該數位值分別控制該第一放大器之一增益值及該第二放大器之一增益值。
- 如申請專利範圍第4項所述之無線收發機裝置，另包括： 一第一開關，設置於該第一放大器與該混波器之輸入端之間； 一第二開關，設置於該類比訊號接收電路與該功率偵測器之間； 一第三開關，設置於該功率偵測器與位於該傳送路徑之該功率放大器之間；以及 一第四開關，設置於該類比訊號接收電路與該處理電路之間； 其中於該訊號接收模式時，該處理電路控制該第一開關、該第三開關與該第四開關為閉路狀態以及控制該第二開關為開路狀態，於該功率偵測模式時，該處理電路控制該第一開關、該第三開關與該第四開關為開路狀態以及控制該第二開關為閉路狀態。
- 如申請專利範圍第1項所述之無線收發機裝置，其中該無線收發機裝置具有一藍芽通訊能力，於該訊號接收模式，該無線收發機裝置係接收藍芽資料封包，以及當該無線收發機裝置不接收藍芽資料封包時係可啟動並進入該干擾偵測模式。
- 如申請專利範圍第6項所述之無線收發機裝置，其中該無線收發機裝置係於接收到藍芽通訊的前置訊號之前啟動並進入該干擾偵測模式，或是於接收完一筆藍芽資料封包之後啟動並進入該干擾偵測模式。
- 一種使用於一無線收發機裝置的方法，包含有： 提供設置於一無線訊號傳送端的一功率偵測器； 提供位於一無線訊號接收端的一類比訊號接收電路，該類比訊號接收電路係接收來自於一天線之一無線訊號； 於一訊號接收模式時，使用該類比訊號接收電路將所接收之該無線訊號傳送至該處理電路；以及 於一干擾偵測模式時： 將該無線訊號從該類比訊號接收電路轉送至該功率偵測器；以及 使用該功率偵測器偵測該無線訊號的功率以量測一干擾源功率值並傳送該干擾源功率值至該處理電路。
- 如申請專利範圍第8項所述之方法，另包括： 將該干擾源功率值轉換為一數位值；以及 依據該數位值控制該類比訊號接收電路之至少一放大器的增益值。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中依據該數位值控制該類比訊號接收電路之至少一放大器的增益值之步驟包括有： 當該數位值大於一第一臨界值時，控制該至少一放大器的增益值為一第一增益值；以及 當該數位值大於一第二臨界值時，控制該至少一放大器的增益值為一第二增益值，以降低干擾； 其中該第二臨界值高於該第一臨界值，以及該第二增益值小於該第一增益值。
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