TWI874181B

TWI874181B - 電子裝置及其通訊晶片

Info

Publication number: TWI874181B
Application number: TW113113620A
Authority: TW
Inventors: 石益璋
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2024-04-11
Filing date: 2024-04-11
Publication date: 2025-02-21
Also published as: TW202541466A; US20250323676A1

Abstract

本發明揭露了一種電子裝置及其通訊晶片。電子裝置用來傳送一射頻輸出訊號或接收一射頻輸入訊號，包含：一天線以及一通訊晶片。通訊晶片包含：一接腳、一阻抗匹配電路、一數位基頻電路、一參考訊號產生電路、一傳送端電路以及一接收端電路。接腳電連接該天線。阻抗匹配電路耦接該接腳。參考訊號產生電路耦接該數位基頻電路。傳送端電路耦接該數位基頻電路、該參考訊號產生電路及該阻抗匹配電路，用來產生該射頻輸出訊號。接收端電路耦接該數位基頻電路、該參考訊號產生電路及該阻抗匹配電路，用來處理該射頻輸入訊號。該通訊晶片透過該接腳傳送該射頻輸出訊號，或透過該接腳接收該射頻輸入訊號。

Description

電子裝置及其通訊晶片

本發明是關於電子裝置，尤其是關於支援至少兩種調變機制且共用天線的電子裝置。

圖1顯示習知電子裝置100的功能方塊圖。電子裝置100包含通訊晶片110、開關120及天線130。通訊晶片110包含雙點調變（two-point modulation, TPM）傳收器112、同相正交調變（in-phase quadrature modulation, IQM）傳收器114及數位基頻電路116。通訊晶片110、開關120及天線130設置於電路板上。

通訊晶片110提供兩種調變機制（即，雙點調變與同相正交調變），兩種調變機制共用天線130。天線130透過開關120耦接接腳111a或接腳111b，而接腳111a及接腳111b分別耦接雙點調變傳收器112及同相正交調變傳收器114。

電子裝置100有以下的缺點：（1）通訊晶片110的面積大（因為有兩個獨立的傳收器）；以及（2）開關120造成成本增加（因為必須使用開關120才能共用天線130）。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種電子裝置及其通訊晶片，以改善先前技術的不足。

本發明之一實施例提供一種通訊晶片，用來傳送一射頻輸出訊號，包含：一數位基頻電路、一參考訊號產生電路、一數位類比轉換器、一濾波電路以及一傳送前端電路。數位基頻電路用來產生一控制訊號以及一數位輸出訊號。參考訊號產生電路耦接該數位基頻電路，用來產生一參考訊號。數位類比轉換器耦接該數位基頻電路，用來將該數位輸出訊號轉換成一類比輸出訊號。濾波電路耦接該數位類比轉換器，用來濾波該類比輸出訊號以產生一濾波後的類比輸出訊號。傳送前端電路耦接該濾波電路。當該通訊晶片操作於一第一模式時，該傳送前端電路根據該參考訊號升頻轉換及放大該濾波後的類比輸出訊號以產生該射頻輸出訊號。當該通訊晶片操作於一第二模式時，該參考訊號產生電路根據該控制訊號改變該參考訊號的頻率，並且該傳送前端電路放大該參考訊號以產生該射頻輸出訊號。

本發明之另一實施例提供一種通訊晶片，用來傳送一射頻輸出訊號或接收一射頻輸入訊號，包含：一阻抗匹配電路、一接腳、一數位基頻電路、一參考訊號產生電路、一數位類比轉換器、一濾波電路、一傳送前端電路以及一接收端電路。接腳耦接該阻抗匹配電路。數位基頻電路用來產生一控制訊號以及一數位輸出訊號。參考訊號產生電路耦接該數位基頻電路，用來產生一參考訊號。數位類比轉換器耦接該數位基頻電路，用來將該數位輸出訊號轉換成一類比輸出訊號。濾波電路耦接該數位類比轉換器，用來濾波該類比輸出訊號以產生一濾波後的類比輸出訊號。傳送前端電路耦接該濾波電路及該阻抗匹配電路，用來處理該濾波後的類比輸出訊號或該參考訊號以產生該射頻輸出訊號，並且透過該阻抗匹配電路及該接腳傳送該射頻輸出訊號。接收端電路耦接該阻抗匹配電路，用來透過該接腳及該阻抗匹配電路接收該射頻輸入訊號。

本發明之另一實施例提供一種電子裝置，用來傳送一射頻輸出訊號或接收一射頻輸入訊號，包含：一天線以及一通訊晶片。通訊晶片包含：一接腳、一阻抗匹配電路、一數位基頻電路、一參考訊號產生電路、一傳送端電路以及一接收端電路。接腳電連接該天線。阻抗匹配電路耦接該接腳。參考訊號產生電路耦接該數位基頻電路。傳送端電路耦接該數位基頻電路、該參考訊號產生電路及該阻抗匹配電路，用來產生該射頻輸出訊號。接收端電路耦接該數位基頻電路、該參考訊號產生電路及該阻抗匹配電路，用來處理該射頻輸入訊號。該通訊晶片透過該接腳傳送該射頻輸出訊號，或透過該接腳接收該射頻輸入訊號。

本發明之實施例所體現的技術手段可以改善先前技術之缺點的至少其中之一，因此本發明相較於先前技術可以節省面積及降低成本。

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電子裝置及其通訊晶片。由於本發明之電子裝置及其通訊晶片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。

請參閱圖2，圖2是本發明電子裝置之一實施例的功能方塊圖。電子裝置200包含通訊晶片201及天線205。通訊晶片201包含接腳203、數位基頻電路212、參考訊號產生電路214、阻抗匹配電路216、接收端電路220及傳送端電路（transmitter circuit）230。接收端電路（receiver circuit）220包含接收前端電路222、濾波電路224及類比數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）226。傳送端電路230包含傳送前端電路232、濾波電路234、及數位類比轉換器（digital-to-analog converter, DAC）236。阻抗匹配電路216用來實現傳輸線的阻抗匹配。濾波電路224及濾波電路234可以是複數濾波器（complex filter）或低通濾波器（low-pass filter, LPF）。通訊晶片201透過接腳203耦接天線205。

數位基頻電路212耦接或電連接參考訊號產生電路214、接收端電路220及傳送端電路230。對傳送端電路230（更明確地說，傳送前端電路232）而言，參考訊號產生電路214在同相正交調變（in-phase quadrature modulation, IQM）模式（以下簡稱IQM模式）下產生參考訊號Rf_tx1，以及在雙點調變（two-point modulation, TPM）模式（以下簡稱TPM模式）下產生參考訊號Rf_tx2。對接收端電路220（更明確地說，接收前端電路222）而言，參考訊號產生電路214在IQM模式及TPM模式下皆產生參考訊號Rf_rx，而參考訊號Rf_rx在IQM模式下的頻率可以等於或不等於在TPM模式下的頻率。

數位基頻電路212產生控制訊號Ctrl及數位輸出訊號Dout。數位基頻電路212以控制訊號Ctrl控制參考訊號產生電路214設定或調整（改變）參考訊號Rf_tx1的頻率及/或參考訊號Rf_tx2的頻率。在IQM模式下，參考訊號Rf_tx1的頻率不變（即，參考訊號Rf_tx1為單音（single tone）訊號）。在TPM模式下，數位基頻電路212藉由控制訊號Ctrl對參考訊號Rf_tx2進行頻率調變（frequency modulation, FM）（等效於對射頻輸出訊號STx進行頻率調變），即改變參考訊號Rf_tx2的頻率。

在IQM模式下，傳送端電路230將數位基頻電路212所產生的數位輸出訊號Dout轉換成射頻輸出訊號STx，射頻輸出訊號STx經由阻抗匹配電路216及接腳203耦合至天線205。更明確地說，數位類比轉換器236將數位輸出訊號Dout轉換成類比輸出訊號Sout。濾波電路234濾波類比輸出訊號Sout以產生濾波後的類比輸出訊號Sout'。傳送前端電路232根據參考訊號Rf_tx1升頻轉換（up-convert）並放大濾波後的類比輸出訊號Sout'以產生射頻輸出訊號STx。

在TPM模式下，濾波電路234及數位類比轉換器236不動作（inactive），而傳送前端電路232放大參考訊號Rf_tx2以產生射頻輸出訊號STx。射頻輸出訊號STx經由阻抗匹配電路216及接腳203耦合至天線205。

接收端電路220將通訊晶片201透過天線205及接腳203所接收到的射頻輸入訊號SRx轉換成數位輸入訊號Din。更明確地說，接收前端電路222根據參考訊號Rf_rx降頻轉換（down-convert）射頻輸入訊號SRx以產生類比輸入訊號Sin。濾波電路224濾波類比輸入訊號Sin以產生濾波後的類比輸入訊號Sin'。類比數位轉換器226將濾波後的類比輸入訊號Sin'轉換成數位輸入訊號Din。

由於接收端電路220及傳送端電路230共用阻抗匹配電路216，所以通訊晶片201可以透過同一接腳（即，接腳203）傳送射頻輸出訊號STx或接收射頻輸入訊號SRx。再者，因為接收端電路220及傳送端電路230共用接腳203，所以天線205不需要在兩個接腳之間切換。也就是說，接腳203與天線205可以互相電連接，以省去習知的開關120，進而降低成本。

請參閱圖3，圖3是本發明通訊晶片201之一實施例的詳細功能方塊圖。參考訊號產生電路214包含合成器（synthesizer）214_1、除頻電路214_3及緩衝電路214_5。接收前端電路222包含同相正交產生電路（IQ generator）222_1、混頻電路222_3及低雜訊放大器（low noise amplifier, LNA）222_5。類比數位轉換器226包含類比數位轉換器226_1及類比數位轉換器226_3。傳送前端電路232包含同相正交產生電路232_1、混頻電路232_3、功率放大器驅動器（power amplifier driver, PAD）232_5以及功率放大器232_7。數位類比轉換器236包含數位類比轉換器236_1及數位類比轉換器236_3。以下分別就IQM模式及TPM模式進行說明。

模式（一）：IQM模式。

合成器214_1產生頻率固定的參考訊號Rf_tx1（即，參考訊號Rf_tx1為單音訊號），而且除頻電路214_3及緩衝電路214_5不動作或是被禁能（disabled）（換言之，在IQM模式下參考訊號Rf_tx2不存在）。更明確地說，數位基頻電路212以控制訊號Ctrl設定參考訊號Rf_tx1的頻率，然後合成器214_1便一直操作在該頻率；或者，合成器214_1不受控制訊號Ctrl控制而操作在預設的頻率（即，參考訊號Rf_tx1的頻率）。

在一些實施例中，控制訊號Ctrl是一個數位訊號，而合成器214_1是數位控制的合成器（例如，包含數位控制振盪器（digital controlled oscillator, DCO））。

當通訊晶片201傳送訊號時，同相正交產生電路232_1根據參考訊號Rf_tx1產生同相訊號及正交訊號，而混頻電路232_3根據同相訊號及正交訊號升頻濾波後的類比輸出訊號Sout'而產生射頻訊號S_RF。射頻訊號S_RF經功率放大器驅動器232_5及功率放大器232_7放大後生成射頻輸出訊號STx。

當通訊晶片201接收訊號時，合成器214_1產生參考訊號Rf_rx，同相正交產生電路222_1根據參考訊號Rf_rx產生同相訊號及正交訊號，而且混頻電路222_3根據同相訊號及正交訊號降頻低雜訊放大器222_5的輸出訊號，以產生類比輸入訊號Sin。

模式（二）：TPM模式。

當通訊晶片201傳送訊號時，數位基頻電路212以控制訊號Ctrl控制合成器214_1，以改變參考訊號Rf_tx1及參考訊號Rf_tx2的頻率，來達成對射頻輸出訊號STx進行頻率調變的目的。參考訊號Rf_tx2為參考訊號Rf_tx1經過除頻電路214_3及緩衝電路214_5處理後的訊號。功率放大器驅動器232_5及功率放大器232_7放大參考訊號Rf_tx2以產生射頻輸出訊號STx。除頻電路214_3的目的是使射頻輸出訊號STx的頻率不等於參考訊號Rf_tx1的頻率，以免當射頻輸出訊號STx與參考訊號Rf_tx1同頻率時射頻輸出訊號STx的大能量會影響合成器214_1的操作。緩衝電路214_5的目的是提升訊號的能量，以抵抗傳輸線上的訊號衰減。

在一些實施例中，如果射頻輸出訊號STx的能量相對小或合成器214_1相對理想，則除頻電路214_3可以被省略。

在一些實施例中，如果傳輸線上的訊號衰減相對小，則緩衝電路214_5可以被省略。

接收前端電路222在TPM模式下的操作與在IQM模式下的操作相同，故不再贅述。需注意的是，當通訊晶片201接收訊號時，不論是在IQM模式或TPM模式，參考訊號Rf_rx為單音訊號。也就是說，數位基頻電路212不對參考訊號Rf_rx進行頻率調變。

由上述可知，在TPM模式下，數位基頻電路212是藉由控制訊號Ctrl來調變參考訊號Rf_tx1的頻率（等效於調變參考訊號Rf_tx2及射頻輸出訊號STx的頻率）。

在一些實施例中，由於在TPM模式下同相正交產生電路232_1、混頻電路232_3、濾波電路234及數位類比轉換器236不動作，因此數位基頻電路212可以關閉或禁能該些元件以節省電力。

請參閱圖4，圖4顯示圖3之阻抗匹配電路216、功率放大器驅動器232_5及功率放大器232_7的連接關係的一實施例。在圖4的實施例中，阻抗匹配電路216是一個變壓器，而傳送前端電路232除了包含功率放大器驅動器232_5及功率放大器232_7之外，更包含變壓器430。功率放大器驅動器232_5包含子功率放大器驅動器410及子功率放大器驅動器420，分別用來處理（例如，放大）參考訊號Rf_tx2及射頻訊號S_RF。變壓器430的一次側（primary side）耦接或電連接子功率放大器驅動器410及子功率放大器驅動器420，而二次側（secondary side）耦接或電連接功率放大器232_7，其中電壓PA_Vg是功率放大器232_7的主要電晶體的閘極偏壓。阻抗匹配電路216的一次側耦接或電連接功率放大器232_7，而二次側則耦接或電連接天線205，其中，電壓VDD是功率放大器232_7的電源電壓（power supply voltage）。

綜上所述，本發明的通訊晶片201支援IQM模式及TPM模式，而且兩種模式共用阻抗匹配電路216、接收前端電路222、濾波電路224、類比數位轉換器226、部分的參考訊號產生電路214以及部分的傳送前端電路232。因此，相較於習知技術，本發明的通訊晶片201具有以下的優點：（1）節省面積（因為共用元件）；及（2）電路板上不需要設置開關120（因為兩種模式共用接腳203）。

前揭實施例雖以雙點調變及同相正交調變為例，然此並非對本發明之限制，本技術領域人士可依本發明之揭露適當地將本發明應用於其它類型的調變機制。

請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸及比例僅為示意，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根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。

100,200:電子裝置

110,201:通訊晶片

111a,111b,203:接腳

112:雙點調變傳收器

114:同相正交調變傳收器

116,212:數位基頻電路

120:開關

130,205:天線

214:參考訊號產生電路

216:阻抗匹配電路

220:接收端電路

222:接收前端電路

224,234:濾波電路

226,226_1,226_3:類比數位轉換器

230:傳送端電路

232:傳送前端電路

236,236_1,236_3:數位類比轉換器

Ctrl:控制訊號

Din:數位輸入訊號

Dout:數位輸出訊號

Rf_rx,Rf_tx1,Rf_tx2:參考訊號

Sin:類比輸入訊號

Sin':濾波後的類比輸入訊號

Sout:類比輸出訊號

Sout':濾波後的類比輸出訊號

SRx:射頻輸入訊號

STx:射頻輸出訊號

214_1:合成器

214_3:除頻電路

214_5:緩衝電路

222_1,232_1:同相正交產生電路

222_3,232_3:混頻電路

222_5:低雜訊放大器

232_5:功率放大器驅動器

232_7:功率放大器

S_RF:射頻訊號

410,420:子功率放大器驅動器

430:變壓器

PA_Vg,VDD:電壓

圖1顯示習知電子裝置的功能方塊圖；圖2是本發明電子裝置之一實施例的功能方塊圖；圖3是本發明通訊晶片之一實施例的詳細功能方塊圖；以及圖4顯示圖3之阻抗匹配電路、功率放大器驅動器及功率放大器的連接關係的一實施例。

200:電子裝置

201:通訊晶片

203:接腳

205:天線

212:數位基頻電路