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CN108649988A - 无线通信系统接收电路及射频信号接收方法 - Google Patents

无线通信系统接收电路及射频信号接收方法 Download PDF

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CN108649988A CN201710169288.9A CN201710169288A CN108649988A CN 108649988 A CN108649988 A CN 108649988A CN 201710169288 A CN201710169288 A CN 201710169288A CN 108649988 A CN108649988 A CN 108649988A
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Realtek Semiconductor Corp
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Abstract

一种无线通信系统接收电路及射频信号接收方法。射频信号接收方法应用于一无线通信系统接收电路，并基于一模拟域增益放大一射频信号。该射频信号包含一数据信号及一干扰信号。该方法包含：以一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号，该第一增益与一第一偏压信号有关；在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器；降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以及滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。

Description

无线通信系统接收电路及射频信号接收方法
技术领域
本发明是关于无线通信，尤其是关于无线通信系统接收电路及射频信号的接收方法。
背景技术
一个无线通信系统的接收端常利用低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)来放大所接收到的射频信号。低噪声放大器的增益(gain)关系到系统的噪声指数(NoiseFigure,NF)与线性度(Linearity)。一般来说，较好的噪声指数代表系统有较好的灵敏度，而较高的线性度代表系统可以更准确地收下射频信号。
当提高低噪声放大器的增益时，系统的噪声指数会变好，然而线性度则会变差；相反的，当降低低噪声放大器的增益时，系统的线性度会变好，而噪声指数则会变差。因此在决定低噪声放大器的增益时常常必须于两者之间做取舍。现有技术提出在基频(baseband)电路中以数字信号的方式反馈控制低噪声放大器的增益，其缺点是数字控制信号无法连续且适应性地控制低噪声放大器的增益，例如连续两阶的数字控制信号中，一者会造成系统的线性度过低(可能导致信号失真)，另一者具有可接受的线性度，但却会造成噪声指数变差(可能导致灵敏度变低)。如此不连续的增益控制使系统无法达到一个较佳的工作环境。
发明内容
鉴于先前技术之不足，本发明之一目的在于提供一种无线通信系统接收电路及射频信号接收方法，以改善线性度及噪声指数。
本发明披露一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号且基于一模拟域增益放大该射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该无线通信系统接收电路包含：一低噪声放大器，根据一第一偏压信号产生一第一增益，并以该第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；一射频功率检测电路，耦接该低噪声放大器的输出端，用来在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；一低噪声放大器偏压电路，耦接该低噪声放大器及该射频功率检测电路，用来根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器；一混频器，耦接该低噪声放大器，用来降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以及一滤波电路，耦接该混频器，用来自该中频或基频信号中滤除该干扰信号，且输出该数据信号。
本发明另披露一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号且基于一模拟域增益放大该射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该无线通信系统接收电路包含：一低噪声放大器，以一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；一射频功率检测电路，耦接该低噪声放大器的输出端，用来在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；一混频器，耦接该低噪声放大器，用来根据一偏压信号产生一第二增益，以及根据一参考时钟将该放大后的射频信号降频成一中频或基频信号，并以该第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号；一混频器偏压电路，耦接该混频器及该射频功率检测电路，用来根据该控制信号提供该偏压信号至该混频器；以及一滤波电路，耦接该混频器，用来自该中频或基频信号中滤除该干扰信号，且输出该数据信号。该模拟域增益实质上与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
本发明另披露一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，基于一模拟域增益放大一射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该方法包含：以一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号，该第一增益与一第一偏压信号有关；在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器；降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以及滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。
本发明另披露一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收端，基于一模拟域增益放大一射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该方法包含：以一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以一第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号，该第二增益与一偏压信号有关；根据该控制信号产生该偏压信号；以及滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。该模拟域增益实质上与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
本发明之无线通信系统接收电路及射频信号接收方法能够适应性且连续性地调整增益。相较于传统技术，本发明能连续调整增益，因此能更适应当时的操作环境来接收射频信号。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
[图1]为本发明无线通信系统接收电路的一实施例的功能方框图；
[图2]为射频功率检测电路140的一实施例的电路图；
[图3]为LNA偏压电路130的一实施例的电路图；
[图4]为低噪声放大器120的一实施例的电路图；
[图5]为本发明无线通信系统接收电路之另一实施例的功能方框图；
[图6]为本发明无线通信系统接收电路之另一实施例的功能方框图；
[图7]为本发明的射频信号接收方法的其中一实施例的流程图；以及
[图8]为本发明的射频信号接收方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
以下说明内容之技术用语系参照本技术领域之习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语之解释系以本说明书之说明或定义为准。
本发明之披露内容包含无线通信系统接收电路及射频信号接收方法。由于本发明之无线通信系统接收电路所包含之部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明之充分披露及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。此外，本发明的射频信号接收方法的部分或全部流程可以是软件及/或固件之形式，并且可通过本发明之无线通信系统接收电路或其等效装置来执行，在不影响该方法发明之充分披露及可实施性的前提下，以下方法发明之说明将着重于步骤内容而非硬件。
图1为本发明无线通信系统接收电路的一实施例的功能方框图。低噪声放大器120通过天线110接收射频信号。射频信号包含干扰信号以及载有数据的数据信号。低噪声放大器120依据一增益放大射频信号，并且产生放大后的射频信号。混频器150依据参考时钟产生电路160所输出的参考时钟降频放大后的射频信号，并且产生对应的中频(IntermediateFrequency,IF)或基频信号。滤波电路170滤除此中频或基频信号中的干扰信号后，产生系统所需的数据信号。此数据信号经由后级的电路转换至数字域后进行诸如解调变、译码等处理。参考时钟产生电路160例如是一个射频频率合成器(RF frequency synthesizer)。
射频功率检测电路140耦接于低噪声放大器120的输出端，其检测低噪声放大器120所输出的射频信号的功率，并产生对应该功率大小的模拟的控制信号(例如电压或电流信号)。LNA偏压电路130根据此控制信号偏压低噪声放大器120，以适应性地调整低噪声放大器120的增益。因为控制LNA偏压电路130的控制信号系为一模拟信号，所以本发明实际上能够依据射频信号的功率连续性地调整低噪声放大器120的增益。LNA偏压电路130的输出亦为一模拟的电压或电流信号。
当射频功率检测电路140耦接于混频器150的输出端，而非低噪声放大器120的输出端时，射频功率检测电路140系检测中频或基频信号的功率，而非射频信号的功率。此时所产生的控制信号仍是模拟信号，所以低噪声放大器120之增益值的控制仍是连续性的。相较于量测射频信号的功率，量测中频或基频信号的功率会因为信号的频率相对较低，导致系统调整增益的反应时间(response time)也变得较长。再者，当射频功率检测电路140耦接于混频器150的输出端时，射频功率检测电路140的操作更较易受滤波电路170的寄生电容影响。大的寄生电容同样会拖累系统调整增益的反应时间，然而若是为了缩短反应时间而加大电流，则会使系统更为耗电。故通过检测射频信号的功率(而非中频或基频信号的功率)，无线通信系统接收端会有更好的电路表现。混频器150例如是一个被动式的混频器，不具有放大信号的功能。
图2为射频功率检测电路140的一实施例的电路图。射频功率检测电路140包含电流源260及晶体管210～250(例如金氧半场效晶体管MOSFET，但不以此为限)。晶体管220及230的闸极接收射频信号Vi(图中以差动信号对Vin及Vip表示，但非用以限制本发明，本发明的射频功率检测电路140亦可以应用于非差动信号)。较大的Vi使晶体管220及230的导通电流增大，因此流经晶体管210(此处作为电阻使用)的电流也随之增大，进而导致节点Nb的电压下降，使晶体管240的导通电流增加。当流经晶体管250(此处作为电阻使用)的电流增加时，射频功率检测电路140所输出的控制信号Vc的电压也跟着变大。
图3为LNA偏压电路130的一实施例的电路图。LNA偏压电路130包含电流源310及晶体管320、330。当控制信号Vc的电压增大，流经晶体管320的电流随之增加，导致流经晶体管330(此处作为电阻使用)的电流减少，因此LNA偏压电路130输出的偏压Vb便随之下降。
图4为低噪声放大器120的一实施例的电路图。晶体管420、430串接后再分别经由电感410、440连接至系统的高电位VDD及低电位(例如接地)。晶体管420的闸极耦接偏压电压VBC。射频信号经由电容470及电感450耦接至晶体管430的闸极。LNA偏压电路130的输出(即偏压Vb)通过电阻460及电感450耦接至晶体管430的闸极。当晶体管430的闸极-源极偏压(本实施例中受偏压Vb控制)下降时，晶体管430的互导(Transconductance)gm变小，使低噪声放大器120的增益下降。然而当偏压Vb增大时，晶体管430的互导变大，使低噪声放大器120的增益上升。
图5为本发明无线通信系统接收电路之另一实施例的功能方框图。混频器510可以是主动式混频器，或是被动式混频器与转阻放大器(transimpedance amplifier,TIA)的组合，且可以依据增益放大信号。被动式混频器与转阻放大器的组合系由转阻放大器提供增益。详言之，混频器510的主要功能仍是降频低噪声放大器120所输出的射频信号以产生一中频或基频信号，但混频器510也具有放大信号的功能，可以放大该射频信号或该中频或基频信号。混频器510的增益由混频器偏压电路180控制。混频器偏压电路180的其中一种实作方式如图3所示，同样根据射频功率检测电路140输出的控制信号Vc调整偏压Vb的大小，进而改变混频器510的增益。与图1的实施例相较，根据射频信号的功率大小调整混频器510的增益同样可以使射频前端(RF front-end)在模拟域的等效增益(下称模拟域增益)获得适应性且连续性地调整。模拟域增益与低噪声放大器120的增益及混频器510的增益的乘积成比例。本实施例中，低噪声放大器120的增益为不可调，或是虽为可调但不随着射频信号的功率大小做适应性且连续性地调整。
图6为本发明无线通信系统接收电路之另一实施例的功能方框图。在本实施例中，低噪声放大器120的增益及混频器510的增益皆随着射频信号的功率大小做适应性且连续性地调整，因此无线通信系统的线性度及噪声指数可以得到进一步的改善。
除前述的无线通信系统接收电路之外，本发明亦相对应地披露了一种射频信号接收方法，应用于无线通信系统的接收端，能适应性且连续性地调整增益。本方法由前揭无线通信系统接收电路或其等效装置执行。此射频信号接收方法系基于一模拟域增益在模拟域放大该射频信号，以及在模拟域连续性地且适应性地调整该模拟域增益。该射频信号包含一数据信号及一干扰信号。图7为本方法其中一实施例的流程图，包含下列步骤：
步骤S710：利用一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号。第一增益系由一第一偏压信号控制；
步骤S720：在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号。此步骤系直接检测低噪声放大器的输出信号的功率，而非检测降频后的信号，所以此步骤系操作在射频频段，而非操作在较低频的中频或基频频段。相较于在中频或基频频段检测信号的功率，此步骤可以得到更即时的功率检测结果。而且控制信号系为一模拟信号；
步骤S730：根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器。前述的第一偏压信号系根据该控制信号产生，例如第一偏压信号可以间接地与放大后的射频信号的功率成正比或反比关系。第一偏压信号亦为一模拟信号；
步骤S740：降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号。本步骤可以例如基于混频器的动作原理来进行降频操作；
步骤S750：以一第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号。除了于前述的低噪声放大器放大射频信号之外，本发明亦可选择性地在模拟电路中的其他地方再次放大该射频信号。该第二增益系由一第二偏压信号控制；
步骤S760：根据该控制信号产生该第二偏压信号。第二偏压信号系根据该控制信号产生，例如第二偏压信号可以间接地与放大后的射频信号的功率成正比或反比关系。第二偏压信号亦为一模拟信号；以及
步骤S770：滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。
上述的步骤S750及S760为选择性的步骤。亦即射频信号经低噪声放大器放大后至滤波完成，可以只经过一次放大(即略过步骤S750及S760)，或是经过两次放大(即执行步骤S750及S760)。在一次放大的情形下，射频信号所经历的模拟域增益与第一增益成比例；在两次放大的情形下，模拟域增益与第一增益及第二增益的乘积成比例。也就是说模拟域增益系根据射频信号的功率做连续性且适应性地调整，因此可以到更符合当时之操作环境的增益，以在线性度及噪声指数取得更好的平衡。
图8为本发明的射频信号接收方法的另一实施例的流程图，包含下列步骤：
步骤S810：利用一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号。该第一增益不对应射频信号的功率大小做调整，例如可以是一定值；
步骤S820：在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号。此步骤与步骤S720相似，而且同样的，控制信号系为一模拟信号；
步骤S830：降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号。此步骤与步骤S740相似，故不再赘述；
步骤S840：以一第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号，该第二增益系由一偏压信号控制，该偏压信号亦为一模拟信号；
步骤S850：根据该控制信号产生该偏压信号。例如偏压信号可以间接地与放大后的射频信号的功率成正比或反比关系。偏压信号亦为一模拟信号；以及
步骤S860：滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。
图8所披露的方法虽不在低噪声放大器根据射频信号的功率调整增益，但仍可在其他操作阶段根据射频信号的功率调整增益(例如在降频之后)，所以整体的模拟域增益仍根据射频信号的功率做调整。且控制信号及偏压信号皆为模拟信号，使增益的调整为连续性且适应性。模拟域增益实质上与第一增益及第二增益的乘积成比例。
本发明可以应用于无线网络(包含但不限于WiFi)、蓝牙、全球定位系统(GPS)、调频(Frequency modulation,FM)、行动通信(例如GSM、3G、LTE)等系统的接收端，但不以此为限。
由于本技术领域具有通常知识者可通过图1至图6之装置发明的披露内容来了解图7及图8之方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明之披露要求及可实施性的前提下，重复之说明在此予以省略。请注意，前揭图标中，元件之形状、尺寸、比例以及步骤之顺序等仅为示意，系供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。
虽然本发明之实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求之专利保护范畴，换言之，本发明之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
110 天线
120 低噪声放大器
130 LNA偏压电路
140 射频功率检测电路
150 混频器
160 参考时钟产生电路
170 滤波电路
180 混频器偏压电路
210～250、320～330、420～430 晶体管
260、310 电流源
410、440、450 电感
460 电阻
470 电容
510 主动式混频器
S710～S770、S810～S860 步骤。

Claims (8)

1.一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号且基于一模拟域增益放大该射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该无线通信系统接收电路包含：
一低噪声放大器，根据一第一偏压信号产生一第一增益，并以该第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；
一射频功率检测电路，耦接该低噪声放大器的输出端，用来在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；
一低噪声放大器偏压电路，耦接该低噪声放大器及该射频功率检测电路，用来根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器；
一混频器，耦接该低噪声放大器，用来降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以及
一滤波电路，耦接该混频器，用来自该中频或基频信号中滤除该干扰信号，且输出该数据信号。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统接收电路，其中该混频器根据一第二偏压信号产生一第二增益，并以该第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号，该无线通信系统接收电路还包含：
一混频器偏压电路，耦接该混频器及该射频功率检测电路，用来根据该控制信号提供该第二偏压信号至该混频器；
其中，该模拟域增益与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
3.根据权利要求1所述的无线通信系统接收电路，其中该混频器是不具有放大功能的一被动式混频器，且该模拟域增益与该第一增益成比例。
4.一种无线通信系统接收电路，用来接收一射频信号且基于一模拟域增益放大该射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该无线通信系统接收电路包含：
一低噪声放大器，以一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；
一射频功率检测电路，耦接该低噪声放大器的输出端，用来在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；
一混频器，耦接该低噪声放大器，用来根据一偏压信号产生一第二增益，以及根据一参考时钟将该放大后的射频信号降频成一中频或基频信号，并以该第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号；
一混频器偏压电路，耦接该混频器及该射频功率检测电路，用来根据该控制信号提供该偏压信号至该混频器；以及
一滤波电路，耦接该混频器，用来自该中频或基频信号中滤除该干扰信号，且输出该数据信号；
其中，该模拟域增益与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
5.一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收电路，基于一模拟域增益放大一射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该射频信号接收方法包含：
以一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号，该第一增益与一第一偏压信号有关；
在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；
根据该控制信号提供该第一偏压信号至该低噪声放大器；
降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；以及
滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号。
6.根据权利要求5所述的射频信号接收方法，还包含：
以一第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号，该第二增益与一第二偏压信号有关；以及
根据该控制信号产生该第二偏压信号；
其中该模拟域增益与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
7.根据权利要求5项所述的射频信号接收方法，其中该模拟域增益与该第一增益成比例。
8.一种射频信号接收方法，应用于一无线通信系统接收端，基于一模拟域增益放大一射频信号，该射频信号包含一数据信号及一干扰信号，该射频信号接收方法包含：
以一低噪声放大器基于一第一增益放大该射频信号以产生一放大后的射频信号；
在射频频段检测该放大后的射频信号以产生对应该放大后的射频信号的功率的一控制信号，该控制信号为一模拟信号；
降频该放大后的射频信号以产生一中频或基频信号；
以一第二增益放大该放大后的射频信号或该中频或基频信号，该第二增益与一偏压信号有关；
根据该控制信号产生该偏压信号；以及
滤波该中频或基频信号，以滤除该干扰信号并得到该数据信号；
其中，该模拟域增益与该第一增益及该第二增益的乘积成比例。
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