TWI898182B - 訊號接收電路及其校正方法 - Google Patents
訊號接收電路及其校正方法Info
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Abstract
本發明揭露了訊號接收電路及其校正方法。訊號接收電路用來接收輸入訊號，包含：射頻前端電路、濾波電路、放大器電路、類比數位轉換器、補償電路、加法電路以及控制電路。射頻前端電路用來降頻輸入訊號以產生降頻後的訊號。濾波電路用來濾波降頻後的訊號以產生濾波後的訊號。放大器電路用來根據控制訊號以放大倍率放大濾波後的訊號以產生放大後的訊號。類比數位轉換器用來將放大後的訊號轉換成第一數位碼。補償電路用來根據控制訊號與放大倍率的至少其中一者產生補償碼。加法電路用來根據補償碼及第一數位碼產生第二數位碼。控制電路用來根據第二數位碼產生控制訊號。
Description
本發明是關於訊號接收電路，尤其是關於訊號接收電路的校正。
一個無線裝置（例如無線網路（Wi-Fi）裝置、藍牙（Bluetooth）裝置）通常包含一個接收電路來接收輸入訊號，而該接收電路通常包含類比數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）來將輸入訊號轉換為數位碼。圖1顯示習知ADC的轉換曲線。直線102代表理想的類比數位轉換；階梯狀實線104代表理想的ADC的輸出；階梯狀虛線106代表實際的ADC的輸出。因為接收電路存在直流偏移（DC offset），所以階梯狀實線104與階梯狀虛線106之間有誤差（圖1的例子為相差一個最小有效位元（least significant bit, LSB）），造成線性度下降。這個不想要的直流偏移可能是來自ADC本身，或是來自接收電路上的其他元件。補償該直流偏移（或該誤差）是該領域的一個重要課題。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種訊號接收電路及其校正方法，以改善先前技術的不足。
本發明之一實施例提供一種訊號接收電路，用來接收一輸入訊號，包含：一射頻前端電路、一濾波電路、一放大器電路、一類比數位轉換器、一補償電路、一加法電路以及一控制電路。射頻前端電路用來降頻該輸入訊號以產生一降頻後的訊號。濾波電路耦接於該射頻前端電路，用來濾波該降頻後的訊號以產生一濾波後的訊號。放大器電路耦接於該濾波電路，用來根據一控制訊號以一放大倍率放大該濾波後的訊號以產生一放大後的訊號。類比數位轉換器耦接於該放大器電路，用來將該放大後的訊號轉換成一第一數位碼。補償電路耦接於該放大器電路，用來根據該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者產生一補償碼。加法電路耦接於該補償電路及該類比數位轉換器，用來根據該補償碼及該第一數位碼產生一第二數位碼。控制電路耦接於該放大器電路及該加法電路，用來根據該第二數位碼產生該控制訊號。
本發明之另一實施例提供一種訊號接收電路的校正方法。訊號接收電路包含一放大器電路及一類比數位轉換器。該類比數位轉換器用來轉換該放大器電路的一輸出訊號以產生一第一數位碼。該校正方法包含：根據一第二數位碼產生一控制訊號，該控制訊號用來控制該放大器電路之一放大倍率；根據該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者產生一補償碼；以及，根據該補償碼及該第一數位碼產生該第二數位碼。
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提高訊號接收電路的線性度。
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訊號接收電路及其校正方法。由於本發明之訊號接收電路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。此外，本發明之訊號接收電路的校正方法的部分或全部流程可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本發明之訊號接收電路或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。
圖2是本發明訊號接收電路之一實施例的功能方塊圖。訊號接收電路200包含低雜訊放大器212（low noise amplifier, LNA）、混頻器214（mixer）、混頻器216、濾波電路220、濾波電路225、放大器電路230、放大器電路235、類比數位轉換器240、類比數位轉換器245、加法電路250、加法電路255、補償電路260、補償電路265及控制電路270。射頻前端（RF front-end）電路210包含低雜訊放大器212、混頻器214及混頻器216。訊號接收電路200的同相（in-phase）路徑PA_I包含混頻器214、濾波電路220、放大器電路230、類比數位轉換器240及加法電路250。訊號接收電路200的正交（quadrature）路徑PA_Q包含混頻器216、濾波電路225、放大器電路235、類比數位轉換器245及加法電路255。放大器電路230及放大器電路235可以用可編程增益放大器（Programmable Gain Amplifier, PGA）實作。
訊號接收電路200透過天線202接收輸入訊號Si。射頻前端電路210降頻（down-conversion）輸入訊號Si以產生降頻後的訊號Sm_I及降頻後的訊號Sm_Q。更明確地說，低雜訊放大器212放大輸入訊號Si以產生放大後的訊號Sia。混頻器214將放大後的訊號Sia與第一本地振盪（local oscillation）訊號（圖未示）進行混頻，以產生降頻後的訊號Sm_I。混頻器216將放大後的訊號Sia與第二本地振盪訊號進行混頻，以產生降頻後的訊號Sm_Q。
濾波電路220（濾波電路225）耦接或電連接混頻器214（混頻器216），用來濾波降頻後的訊號Sm_I（降頻後的訊號Sm_Q）以產生濾波後的訊號Sf_I（濾波後的訊號Sf_Q）（例如，感興趣的頻段或待處理的頻段）。
放大器電路230（放大器電路235）耦接或電連接濾波電路220（濾波電路225），用來根據控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q）以放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）放大濾波後的訊號Sf_I（濾波後的訊號Sf_Q）以產生放大後的訊號Sa_I（放大後的訊號Sa_Q）。更明確地說，控制電路270根據數位碼Cc_I（數位碼Cc_Q）透過控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q）調整放大器電路230（放大器電路235）的放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）。舉例來說，當數位碼Cc_I（數位碼Cc_Q）的能量（或振幅）小（大）時，控制電路270控制放大器電路230（放大器電路235）增加（減少）放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）。在數位域判斷數位訊號之能量（或振幅）的技術手段為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。
類比數位轉換器240（類比數位轉換器245）耦接或電連接放大器電路230（放大器電路235），用來將放大後的訊號Sa_I（放大後的訊號Sa_Q）轉換成數位碼Cd_I（數位碼Cd_Q）。
補償電路260（補償電路265）耦接或電連接控制電路270，用來根據放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）及/或控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q）產生補償碼Cp_I（補償碼Cp_Q）。因為放大器電路230（放大器電路235）根據控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q）調整放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q），所以根據放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）產生補償碼Cp_I（補償碼Cp_Q）等效於根據控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q）產生補償碼Cp_I（補償碼Cp_Q）。
在一些實施例中，補償電路260（補償電路265）包含查表電路，並且以放大倍率GA_I（放大倍率GA_Q）（或控制訊號Ctrl_I（控制訊號Ctrl_Q））為索引來查表產生補償碼Cp_I（補償碼Cp_Q）。
以下以同相路徑PA_I為例做說明。
請參閱圖3，圖3是本發明查找表的一種實施例。舉例來說，當控制訊號Ctrl_I為「01」時，放大器電路230將濾波後的訊號Sf_I放大6 dB。當放大倍率GA_I為6 dB時，放大器電路230的直流偏移量（10 mV）會造成數位碼Cd_I偏移10個LSB；因此，補償電路260所對應輸出的補償碼Cp_I為-10個LSB，以補償放大器電路230的直流偏移。由圖3可知，當放大倍率GA_I愈大，放大器電路230的直流偏移就愈大。
加法電路250將數位碼Cd_I與補償碼Cp_I相加以產生數位碼Cc_I（即，藉由調整數位碼Cd_I來補償放大器電路230的直流偏移）。數位碼Cc_I與數位碼Cc_Q為經過補償的數位碼。
綜上所述，本發明藉由補償電路260（補償電路265）補償放大器電路230（放大器電路235）的直流偏移，以改善訊號接收電路200的線性度。在其他的實施例中，如果混頻器214（混頻器216）及/或濾波電路220（濾波電路225）有直流偏移，則可以利用電流數位類比轉換器（current digital-to-analog converter）來補償或校正該或該些直流偏移。利用電流數位類比轉換器補償或校正直流偏移為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。
請參閱圖4，圖4是本發明查找表的另一種實施例。相較於圖3，圖4的補償碼Cp_I更將類比數位轉換器240的直流偏移納入考量；也就是說，補償電路260（或補償碼Cp_I）可以同時補償放大器電路230的直流偏移與類比數位轉換器240的直流偏移。更明確地說，在圖4的例子中，類比數位轉換器240的直流偏移造成數位碼Cd_I減少一個LSB；因此，補償電路260藉由在補償碼Cp_I增加一個LSB來補償類比數位轉換器240的直流偏移。
圖5是本發明訊號接收電路之另一實施例的功能方塊圖。訊號接收電路500與訊號接收電路200相似，但訊號接收電路500更包含高通濾波器510（位於同相路徑PA_I）及高通濾波器515（位於正交路徑PA_Q）。高通濾波器510（高通濾波器515）高通濾波濾波後的訊號Sf_I（濾波後的訊號Sf_Q）以產生高通濾波後的訊號Sh_I（高通濾波後的訊號Sh_Q）。放大器電路230（放大器電路235）耦接或電連接高通濾波器510（高通濾波器515），用來放大高通濾波後的訊號Sh_I（高通濾波後的訊號Sh_Q）以產生放大後的訊號Sa_I（放大後的訊號Sa_Q）。
以同相路徑PA_I為例，高通濾波器510可以濾除混頻器214及/或濾波電路220的直流偏移，以防止該直流偏移造成放大後的訊號Sa_I超過類比數位轉換器240的動態範圍（dynamic range）。在某些情況下，因為使用了高通濾波器510，所以可以省下用來補償混頻器214及/或濾波電路220的電流數位類比轉換器。
圖6是本發明高通濾波器之一實施例的電路圖。高通濾波器600是一個交流耦合電路，包含電容器610及電阻器620。電容器610的第一端耦接或電連接濾波電路220（濾波電路225），電容器610的第二端耦接或電連接放大器電路230（放大器電路235）。電阻器620的第一端耦接或電連接電容器610的第二端，電阻器620的第二端耦接或電連接參考電壓Vref（例如訊號接收電路500的電源電壓的一半）。
圖7是本發明查表電路之一實施例的示意圖。以同相路徑PA_I為例，查表電路710根據控制訊號Ctrl_I（或放大倍率GA_I）及溫度資訊Tc產生補償碼Cp_I。更明確地說，查表電路710包含多個查找表（例如查找表LUT_1、查找表LUT_2及查找表LUT_3），每個查找表對應於一個溫度資訊（例如，查找表LUT_1、查找表LUT_2及查找表LUT_3分別對應到15℃、25℃及30℃）。查表電路710根據目前的溫度（即溫度資訊Tc）選擇對應的查找表，再使用選定的查找表來產生補償碼Cp_I。在不同的實施例中，圖3及圖5的補償電路260及補償電路265可以使用查表電路710實作。在一實施例中，溫度資訊Tc可藉由溫度偵測電路（圖未示）中電晶體（例如雙極性接面型電晶體）的溫度係數得知，利用電晶體的溫度係數偵測溫度資訊Tc為本技術領域具有通常知識者所熟知，故不再贅述。
除前述的訊號接收電路200及訊號接收電路500之外，本發明亦相對應地揭露了一種訊號接收電路的校正方法，用來校正或補償訊號接收電路的直流偏移。本方法由前揭訊號接收電路200、訊號接收電路500或其等效裝置執行。圖8是本發明訊號接收電路的校正方法之一實施例的流程圖，包含下列步驟。
步驟S810：控制電路270根據第一數位碼（數位碼Cc_I）產生控制訊號Ctrl_I。控制訊號Ctrl_I用來控制放大器電路230的放大倍率GA_I。
步驟S820：補償電路260根據控制訊號Ctrl_I及/或放大倍率GA_I產生補償碼Cp_I。
步驟S830：加法電路250根據補償碼Cp_I及類比數位轉換器240所輸出的第二數位碼（數位碼Cd_I）產生第一數位碼（數位碼Cc_I）。
圖9是本發明訊號接收電路的校正方法之另一實施例的流程圖。圖9對應於圖5，包含下列步驟。
步驟S910：於放大器電路230放大濾波電路220所產生之濾波後的訊號Sf_I之前，高通濾波濾波後的訊號Sf_I，以濾除射頻前端電路210的直流偏移及/或濾波電路220的直流偏移。
圖10是圖8之步驟S820之一實施例的細部流程，包含以下子步驟。
步驟S822：補償電路260根據溫度資訊Tc決定查找表。請參閱關於圖7的說明。
步驟S824：補償電路260以控制訊號Ctrl_I及/或放大倍率GA_I作為索引，從該查找表中取得該補償碼。請參閱圖3或圖4的說明。
綜上所述，本發明藉由補償及/或濾除訊號接收電路上的直流偏移來校正訊號接收電路。本技術領域具有通常知識者可以根據上述的說明以數位電路或邏輯電路實作控制電路270。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由本案之裝置發明的揭露內容來瞭解本案之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。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。此外，在一些實施例中，前揭的流程圖中所提及的步驟可依實際操作調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。
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。
102:直線
104:階梯狀實線
106:階梯狀虛線
200,500:訊號接收電路
202:天線
210:射頻前端電路
212:低雜訊放大器
214,216:混頻器
220,225:濾波電路
230,235:放大器電路
240,245:類比數位轉換器（ADC）
250,255:加法電路
260,265:補償電路
270:控制電路
PA_I:同相路徑
PA_Q:正交路徑
Si:輸入訊號
Sm_I,Sm_Q:降頻後的訊號
Sia,Sa_I,Sa_Q:放大後的訊號
Sf_I,Sf_Q:濾波後的訊號
Ctrl_I,Ctrl_Q:控制訊號
GA_I,GA_Q:放大倍率
Cd_I,Cd_Q,Cc_I,Cc_Q:數位碼
Cp_I,Cp_Q:補償碼
510,515,600:高通濾波器
Sh_I,Sh_Q:高通濾波後的訊號
610:電容器
620:電阻器
Vref:參考電壓
710:查表電路
Tc:溫度資訊
LUT_1,LUT_2,LUT_3:查找表
S810,S820,S822,S824,S830,S910:步驟
圖1顯示習知ADC的轉換曲線；
圖2是本發明訊號接收電路之一實施例的功能方塊圖；
圖3是本發明查找表的一種實施例；
圖4是本發明查找表的另一種實施例；
圖5是本發明訊號接收電路之另一實施例的功能方塊圖；
圖6是本發明高通濾波器之一實施例的電路圖；
圖7是本發明查表電路之一實施例的示意圖；
圖8是本發明訊號接收電路的校正方法之一實施例的流程圖；
圖9是本發明訊號接收電路的校正方法之另一實施例的流程圖；以及
圖10是圖8之步驟S820之一實施例的細部流程。
200:訊號接收電路
202:天線
210:射頻前端電路
212:低雜訊放大器
214,216:混頻器
220,225:濾波電路
230,235:放大器電路
240,245:類比數位轉換器(ADC)
250,255:加法電路
260,265:補償電路
270:控制電路
PA_I:同相路徑
PA_Q:正交路徑
Si:輸入訊號
Sm_I,Sm_Q:降頻後的訊號
Sia,Sa_I,Sa_Q:放大後的訊號
Sf_I,Sf_Q:濾波後的訊號
Ctrl_I,Ctrl_Q:控制訊號
GA_I,GA_Q:放大倍率
Cd_I,Cd_Q,Cc_I,Cc_Q:數位碼
Cp_I,Cp_Q:補償碼
Claims (9)
- 一種訊號接收電路，用來接收一輸入訊號，包含： 一射頻前端電路，用來降頻該輸入訊號以產生一降頻後的訊號； 一濾波電路，耦接於該射頻前端電路，用來濾波該降頻後的訊號以產生一濾波後的訊號； 一放大器電路，耦接於該濾波電路，用來根據一控制訊號以一放大倍率放大該濾波後的訊號以產生一放大後的訊號； 一類比數位轉換器，耦接於該放大器電路，用來將該放大後的訊號轉換成一第一數位碼； 一補償電路，耦接於該放大器電路，用來根據該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者產生一補償碼； 一加法電路，耦接於該補償電路及該類比數位轉換器，用來根據該補償碼及該第一數位碼產生一第二數位碼；以及 一控制電路，耦接於該放大器電路及該加法電路，用來根據該第二數位碼產生該控制訊號。
- 如請求項1之訊號接收電路，其中，該補償碼可補償該類比數位轉換器之一直流偏移。
- 如請求項1之訊號接收電路，更包含： 一高通濾波器，耦接於該濾波電路，用來濾波該濾波後的訊號，以濾除該射頻前端電路之一直流偏移與該濾波電路之一直流偏移的至少其中一者。
- 如請求項3之訊號接收電路，其中，該高通濾波器包含： 一電容器，具有一第一端及一第二端，該第一端耦接於該濾波電路，該第二端耦接於該放大器電路；以及 一電阻器，具有一第三端及一第四端，該第三端耦接於該放大器電路，該第四端耦接於一參考電壓。
- 如請求項1之訊號接收電路，其中，該補償電路更根據一溫度資訊決定一查找表，而該補償電路係以該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者作為一索引，從該查找表中得到該補償碼。
- 一種訊號接收電路的校正方法，該訊號接收電路包含一放大器電路及一類比數位轉換器，該類比數位轉換器用來轉換該放大器電路的一輸出訊號以產生一第一數位碼，該方法包含： 根據一第二數位碼產生一控制訊號，該控制訊號用來控制該放大器電路之一放大倍率； 根據該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者產生一補償碼；以及 根據該補償碼及該第一數位碼產生該第二數位碼。
- 如請求項6之方法，其中，該補償碼可補償該類比數位轉換器之一直流偏移。
- 如請求項6之方法，其中，該訊號接收電路更包含一射頻前端電路及一濾波電路，該濾波電路產生一濾波後的訊號，該方法更包含： 於該放大器電路放大該濾波後的訊號之前，高通濾波該濾波後的訊號，以濾除該射頻前端電路之一直流偏移與該濾波電路之一直流偏移的至少其中一者。
- 如請求項6之方法，更包含： 根據一溫度資訊決定一查找表； 其中，該控制訊號與該放大倍率的至少其中一者係該查找表的一索引，而該補償碼係對應於該索引。
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|---|---|---|---|
| TW112104244A TWI898182B (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 訊號接收電路及其校正方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW112104244A TWI898182B (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 訊號接收電路及其校正方法 |
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| TW202433865A TW202433865A (zh) | 2024-08-16 |
| TWI898182B true TWI898182B (zh) | 2025-09-21 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW112104244A TWI898182B (zh) | 2023-02-07 | 2023-02-07 | 訊號接收電路及其校正方法 |
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