TW201911764A - 訊號收發裝置與其校正方法 - Google Patents

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Abstract

訊號收發裝置包含收發器電路、切換電路、補償電路以及校正電路。收發器電路包含發射器以及接收器。切換電路具有第一設置方式以及第二設置方式，其中發射器經由切換電路耦接至接收器。補償電路分析接收器之輸出以取得第一分析結果以及第二分析結果，並根據第一分析結果以及第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，其中第一分析結果對應於第一設置方式，且第二分析結果對應於第二設置方式。校正電路根據該些第一補償係數校正發射器，並根據該些第二補償係數校正接收器。

Description

訊號收發裝置與其校正方法
本案是有關於一種訊號收發裝置，且特別是有關於發射器與接收器的通道不匹配的校正機制與方法。
通訊應用的電路常見於各種電子裝置。為了能夠正確地傳送或接收資料，收發器電路的通道之間的不匹配需要被校正。在現有技術中，發射器的通道不匹配的校正機制通常與接收器的通道不匹配的校正機制獨立。換句話說，在現有技術中，對於單一收發器電路，至少需要配置兩組獨立的校正電路來分別校正發射器與接收器。
為解決上述問題，本案的一態樣係於提供一種訊號收發裝置。訊號收發裝置包含收發器電路、切換電路、補償電路以及校正電路。收發器電路包含發射器以及接收器。切換電路具有第一設置方式以及第二設置方式，其中發射器經由切換電路耦接至接收器。補償電路用以分析接收器之輸出以取得第一分析結果以及第二分析結果，並根據第一分析結果以及第 二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，其中第一分析結果對應於第一設置方式，且第二分析結果對應於第二設置方式。校正電路用以根據該些第一補償係數校正發射器，並根據該些第二補償係數校正接收器。
本案的一態樣係於提供一種訊號收發裝置。訊號收發裝置包含收發器電路、補償電路以及校正電路。收發器電路包含發射器以及接收器。發射器包含第一同相訊號基頻路徑以及第一正交訊號基頻路徑，且接收器包含第二同相訊號基頻路徑以及第二正交訊號基頻路徑。補償電路用以根據關聯於接收器之輸出的第一分析結果與第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數。補償電路更用以在第一同相訊號基頻路徑耦接至第二同相訊號基頻路徑，且第一正交訊號基頻路徑耦接至第二正交訊號基頻路徑時取得第一分析結果，並在第一同相訊號基頻路徑耦接至第二正交訊號基頻路徑，且第一正交訊號基頻路徑耦接至第二同相訊號基頻路徑時取得第二分析結果。校正電路用以根據該些第一補償係數校正第一同相訊號基頻路徑與第一正交訊號基頻路徑之間的不匹配，並根據該些第二補償係數校正第二同相訊號基頻路徑與第二正交訊號基頻路徑之間的不匹配。
本案的一態樣係於提供一種校正方法，其包含下列操作：藉由切換電路耦接發射器至接收器，其中切換電路具有第一設置方式以及第二設置方式；分析接收器之輸出以取得第一分析結果以及第二分析結果，其中第一分析結果對應於第一設置方式，且第二分析結果對應於第二設置方式；以及根據 第一分析結果與第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，以分別校正發射器與接收器。
100‧‧‧訊號收發裝置
110‧‧‧發射器
120‧‧‧接收器
130‧‧‧切換電路
140‧‧‧補償電路
150‧‧‧校正電路
RF-OUT‧‧‧訊號
RF-IN‧‧‧訊號
111-I‧‧‧數位至類比轉換器
111-Q‧‧‧數位至類比轉換器
112-I、112-Q‧‧‧基頻電路
114‧‧‧加法器
113-I、113-Q‧‧‧混頻器
116‧‧‧功率放大器
115‧‧‧驅動器
121-I‧‧‧類比至數位轉換器
121-Q‧‧‧類比至數位轉換器
122-I、122-Q‧‧‧基頻電路
124‧‧‧低雜訊放大器
123-I、123-Q‧‧‧混頻器
VC‧‧‧控制訊號
IR-I、IR-Q‧‧‧輸出訊號
141‧‧‧參考係數產生電路
xt、yt、xr、yr‧‧‧補償係數
x1、x2、y1、y2‧‧‧參考係數
142‧‧‧處理電路
IT-I、IT-Q‧‧‧輸入訊號
150-T、150-R‧‧‧計算電路
T1、T2‧‧‧乘法器
R1、R2‧‧‧乘法器
T3、R3‧‧‧加法器
SC1、SC2、SC3‧‧‧校正訊號
SC4、SC5‧‧‧校正訊號
400‧‧‧校正方法
S410~S460‧‧‧操作
本案之圖式說明如下：第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號收發裝置的示意圖；第2圖為根據本案一些實施例所繪示如第1圖中的校正電路的示意圖；第3A圖為根據本案之一些實施例所繪示的第1圖的訊號收發裝置操作於第一設置方式的示意圖；第3B圖為根據本案之一些實施例所繪示的第1圖的訊號收發裝置操作於第二設置方式的示意圖；以及第4圖為根據本案一些實施例所繪示的一種校正方法的流程圖。
參照第1圖，第1圖為根據本案一些實施例所繪示的一種訊號收發裝置100的示意圖。訊號收發裝置100包含收發器電路(其包含發射器110及接收器120)、切換電路130、補償電路140及校正電路150。於一些實施例中，訊號收發裝置100可用以發射具有射頻頻率(radio frequency)的訊號RF-OUT或接收具有射頻頻率的訊號RF-IN。
於一些實施例中，發射器110包含多個數位至類 比轉換器(DAC)111-I及111-Q、多個基頻電路112-I及112-Q、多個混頻器113-I及113-Q、加法器114、驅動器115及功率放大器116。多個DAC 111-I及111-Q分別基於多個輸入訊號IT-I及IT-Q產生對應的多個類比訊號(未繪示)至多個基頻電路112-I及112-Q，以進行後續混頻操作及發射操作。於一些實施例中，多個基頻電路112-I及112-Q可由濾波器電路實現。
於一些實施例中，接收器120包含多個類比至數位轉換器(ADC)121-I及121-Q、多個基頻電路122-I及122-Q、多個混頻器123-I及123-Q與低雜訊放大器124。多個ADC 112-I及112-Q分別根據低雜訊放大器124、多個混頻器123-I及123-Q與多個基頻電路122-I及122-Q所處理的多個訊號產生多個輸出訊號IR-I及IR-Q。於一些實施例中，多個基頻電路122-I及122-Q可由濾波器電路實現。
於一些實施例中，DAC 111-I及基頻電路112-I等效形成發射器110的同相(in-phase)訊號基頻路徑，且DAC 111-Q及基頻電路112-Q等效形成發射器110的正交(quadrature)訊號基頻路徑。於一些實施例中，ADC 121-I及基頻電路122-I等效形成接收器120的同相訊號基頻路徑，且ADC 121-Q及基頻電路122-Q等效形成接收器120的正交訊號基頻路徑。理想上，同相訊號基頻路徑上的訊號與正交訊號基頻路徑的訊號具有90度的相位差。
於便於說明，於本文中，發射器110的同相訊號基頻路徑稱為路徑TX-I，且發射器110的正交訊號基頻路徑稱 為路徑TX-Q。接收器120的同相訊號基頻路徑稱為路徑RX-I，且接收器120的正交訊號基頻路徑稱為路徑RX-Q。
於一些實施例中，切換電路130可由多個開關實現。切換電路130用以根據控制訊號VC而選擇性地採用第一設置方式或第二設置方式，以耦接發射器110至接收器120。例如，當操作於第一設置方式時，切換電路130耦接基頻電路112-I的輸出至基頻電路122-I的輸入並耦接基頻電路112-Q的輸入至基頻電路122-Q的輸入。或者，當操作於第二設置方式時，切換電路130耦接基頻電路112-I的輸出至基頻電路122-Q的輸入並耦接基頻電路112-Q的輸入至基頻電路122-I的輸入。
換言之，當切換電路130操作於第一設置方式時，路徑TX-I耦接至路徑RX-I，且路徑TX-Q耦接至路徑RX-Q。或者，當切換電路130操作於第二設置方式時，路徑TX-I耦接至路徑RX-Q，且路徑TX-Q耦接至路徑RX-I。
於一些實施例中，補償電路140包含用以根據第一分析結果與第二分析結果分別產生多個補償係數xt與yt及多個補償係數xr與yr。
例如，補償電路140包含參考係數產生電路141及處理電路142。在第一設置時，即路徑TX-I耦接至路徑RX-I，且路徑TX-Q耦接至路徑RX-Q(如後第3A圖所示)時，參考係數產生電路141用以對多個輸出訊號IR-I及IR-Q進行頻譜分析(例如為傅立葉轉換)，以計算關聯於第一分析結果的參考係數x1與參考係數y1。或者，在第二設置時，即路徑TX-I 耦接至路徑RX-Q，且路徑TX-Q耦接至路徑RX-I(如後第3B圖所示)時，參考係數產生電路141用以對多個輸出訊號IR-I及IR-Q進行頻譜分析，以計算關聯於第二分析結果的參考係數x2與參考係數y2。如此一來，處理電路142可根據多個參考係數x1及y1計算多個補償係數xt與yt，並根據多個參考係數x2及y2計算多個補償係數xr與yr。此外，參考係數產生電路141更用以在計算完參考係數x1與y1或參考係數x2與y2後輸出控制訊號VC，以調整切換電路130的設置方式。
於一些實施例中，參考係數產生電路141的實現方式可參考相關案件(美國專利申請號US 14/724,781)的頻譜分析電路(spectrum analyzing circuit)及校正係數計算單元(calibration coefficient calculating unit)之說明，藉此，參考係數產生電路141可產生參考係數x1與y1及參考係數x2與y2，於此不再贅述。上述僅為示例，其他各種可用於校正同相及正交訊號路徑之間的不匹配的電路與/或演算法皆為本案所涵蓋之範圍。
校正電路150包含計算電路150-T及150-R。計算電路150-T耦接至處理電路142以接收多個補償係數xt與yt。計算電路150-T耦接於路徑TX-I及TX-Q，並根據多個補償係數xt與yt校正發射器110的路徑TX-I及TX-Q之間的不匹配。計算電路150-R耦接至處理電路142以接收多個補償係數xr與yr。計算電路150-R耦接於路徑RX-I及RX-Q，並根據多個補償係數xr與yr校正接收器120的路徑RX-I及RX-Q之間的不匹配。此處之說明將於後續段落搭配第2圖、第3A圖及第3B圖說明。
參照第2圖。第2圖為根據本案一些實施例所繪示如第1圖中校正電路150的示意圖。如第2圖所示，計算電路150-T包含乘法器T1、乘法器T2及加法器T3。乘法器T1用以根據補償係數xt及輸入訊號IT-I產生校正訊號SC1至第1圖的DAC 111-I，以進行後續處理。乘法器T2用以根據補償係數yt及輸入訊號IT-I產生校正訊號SC2。加法器T3用以根據輸入訊號IT-Q及校正訊號SC2產生校正訊號SC3，並輸出校正訊號SC3至第1圖的DAC 111-Q，以進行後續處理。等效而言，經由計算電路150-T處理後，路徑TX-I及路徑TX-Q之間的不匹配被補償。
再者，計算電路150-R包含乘法器R1、乘法器R2及加法器R3。乘法器R1耦接至ADC 121-I，並用以根據補償係數xr及ADC 121-I之輸出產生校正訊號SC4。乘法器R2耦接至ADC 121-Q，並用以根據補償係數yr及ADC 121-Q之輸出產生校正訊號SC5。加法器R3用以根據校正訊號SC4及SC5產生輸出訊號IR-I。此外，ADC 121-Q的輸出直接作為輸出訊號IR-Q。等效而言，藉由計算電路150-R之處理後，路徑RX-I及RX-Q之間的不匹配被補償。
以下段落將說明第1圖的處理電路142的實施方式，但本案並不以此為限。在一些相關技術的討論中，若當上述增益不匹配與相位不匹配(如TX-I與TX-Q之間的增益/相位不匹配，或RX-I與RX-Q之間的增益/相位不匹配)為已知時，補償係數X(例如為第2圖的xt或xr)可以推導為X=1/((1+G)*cos(P))，且補償係數Y(例如為第2圖的yt或yr)可以 推導為Y=tan(P)，其中G為增益不匹配，且P為相位不匹配。舉例來說，當第2圖的輸入訊號IT-I及IT-Q分別為(1+G)cos(ω t+Pt)及sin(ω t)時，其對應的補償係數xt及yt分別為1/((1+G)*cos(P))及tan(P)。須注意的是，由於本案的不匹配是在基頻路徑，而美國專利申請號US 14/724,781中的不匹配在混頻器(mixer)，因此，本案的Y=tan(P)，和美國專利申請號US 14/724,781中的Y相差一個負號。雖然相差一個負號，但由於美國專利申請號US 14/724,781的一些實施例中的校正係數計算單元是就頻譜分析電路的輸出來計算X和Y，因此，參考係數產生電路141可由校正係數計算單元和頻譜分析電路來實現。
因此，以第2圖的架構而言，補償係數xt、yt、xr及yr可以被推導為下列式(1)~(4)，其中路徑TX-I及TX-Q之間的增益不匹配為Gt，且其之間的相位不匹配為Pt。路徑RX-I及RX-Q之間的增益不匹配為Gr，且其之間的相位不匹配為Pr。
yt=tan(Pt)…(2)
yr=tan(Pr)…(4)
參照第3A圖，第3A圖為根據本案之一些實施例所繪示的第1圖的訊號收發裝置100操作於第一設置方式之示意圖。於第3A圖中，路徑TX-I經由切換電路130耦接至路徑RX-I，且路徑TX-Q經由切換電路130耦接至路徑RX-Q。在此條件下，參考係數產生電路141產生之參考係數x1與參考係數 y1可推為下列式(5)及(6)：
參照第3B圖，第3B圖為根據本案之一些實施例所繪示的第1圖的訊號收發裝置100操作於第二設置方式的示意圖。於第3B圖中，路徑TX-I經由切換電路130耦接至路徑RX-Q，且路徑TX-Q經由切換電路130耦接至路徑RX-I。在此條件下，參考係數產生電路141產生之參考係數x2與參考係數y2可推為下列式(7)及(8)：
藉由式(2)、(4)、(6)及(8)，當相位不匹配(即Pt與Pr)不大時，可推得補償係數yt及補償係數yr為下列式(9)及(10)：
藉由式(1)、(3)、(5)、(7)及變數變換，當增益不匹配(即Gt與Gr)不大時，可推得補償係數xt及補償係數xr為下列式(11)及(12)：
在式(9)~(12)中，多個參考係數x1、x2、y1及y2可由第1圖的參考係數產生電路141產生。據此，處理電路142可根據式(9)~(12)設計。例如，於一些實施例中，處理電路142可由執行式(9)~(12)的處理器、數位電路或特殊應用積體電路實現，以產生多個補償係數xt、yt、xr及yr。或者，於另一些實施例中，處理電路142可由執行式(9)~(12)的演算法或軟體實現。處理電路142的各種實現方式皆為本案所涵蓋的範圍。
參照第4圖，第4圖為根據本案一些實施例所繪示的一種校正方法400的流程圖。為易於說明，一併參照第1圖，以說明訊號收發裝置100的相關操作。於一些實施例中，校正方法400包含多個操作S410~S460。
於操作S410，切換電路130依據控制信號VC耦接路徑TX-I至路徑RX-I，並耦接路徑TX-Q至路徑RX-Q。於操作S420，參考係數產生電路141分析輸出訊號IR-I及輸出訊號IR-Q以產生參考係數x1與參考係數y1。
例如，如第3A圖所示，基頻電路112-I的輸出經切換電路130耦接至基頻電路122-I的輸入，且基頻電路112-Q 的輸出經切換電路130耦接至基頻電路122-Q的輸入。於此條件下，參考係數產生電路141可據此產生參考係數x1與參考係數y1。
於操作S430，切換電路130依據控制信號VC耦接路徑TX-I至路徑RX-Q，並耦接路徑TX-Q至路徑RX-I。於操作S440，參考係數產生電路141分析輸出訊號IR-I及輸出訊號IR-Q以產生參考係數x2與參考係數y2。
例如，如第3B圖所示，基頻電路112-I的輸出經切換電路130耦接至基頻電路122-Q的輸入，且基頻電路112-Q的輸出經切換電路130耦接至基頻電路122-I的輸入。於此條件下，參考係數產生電路141可據此產生參考係數x2與參考係數y2。
於操作S450，處理電路142根據多個參考係數x1、x2、y1與y2產生多個補償係數xt、yt、xr及yr。例如，處理電路142可根據前述式(9)~(12)計算，以得到多個補償係數xt、yt、xr及yr。
於操作S460，校正電路150根據補償係數xt及補償係數yt校正路徑TX-I及路徑TX-Q之間的不匹配，並根據補償係數xr及補償係數yr校正路徑RX-I及路徑RX-Q之間的不匹配。
例如，如第2圖所示，計算電路150-T可根據補償係數xt及補償係數yt對輸入訊號IT-I及輸入訊號IT-Q進行處理，以校正路徑TX-I及路徑TX-Q之間的不匹配。計算電路150-R可根據補償係數xr及補償係數yr對ADC 121-I及ADC 121-Q之輸出進行處理，以校正路徑RX-I及路徑RX-Q之間的不匹配。
於一些實施例中，在未執行校正方法400前，多個補償係數xr及補償係數xt設置為1，且多個補償係數yr及補償係數yt設置為0，以確保訊號收發裝置100可正確操作。上述數值僅為示例，本案並不以此為限。
於一些實施例中，在執行校正方法400時，發射器110的輸入訊號IT-I及輸入訊號IT-Q設置為具有特定頻率的測試訊號。於一些實施例中，在執行完校正方法400後，切換電路130被禁能(disable)，以切斷發射器110與接收器120之間的連接關係。上述設置方式僅為示例，但本案並不以此為限。
上述校正方法400的多個步驟僅為示例，並非限定需依照此示例中的順序執行。在不違背本揭示內容的各實施例的操作方式與範圍下，在校正方法400下的各種操作當可適當地增加、替換、省略或以不同順序執行。
於一些相關技術中，發射器的訊號傳輸路徑之間的不匹配與接收器的訊號傳輸路徑之間的不匹配通常為分開校正。換言之，於此些技術中，發射器的校正機制與接收器的校正機制彼此獨立。相較於上述技術，訊號收發裝置100在發射器110及接收器120的基頻電路部分可共用校正機制，並分別產生用於校正發射器110的多個補償係數xt與yt及用於校正接收器120的多個補償係數xr與yr。
綜上所述，本案所提供的訊號收發裝置與校正方法可共用校正機制來校正發射器與接收器的不匹配。
雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種訊號收發裝置，包含：一收發器電路，包含一發射器以及一接收器；一切換電路，具有一第一設置方式以及一第二設置方式，其中該發射器經由該切換電路耦接至該接收器；一補償電路，用以分析該接收器之輸出以取得一第一分析結果以及一第二分析結果，並根據該第一分析結果以及該第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，其中該第一分析結果對應於該第一設置方式，且該第二分析結果對應於該第二設置方式；以及一校正電路，用以根據該些第一補償係數校正該發射器，並根據該些第二補償係數校正該接收器。
  2. 如請求項1所述的訊號收發裝置，其中該補償電路在該切換電路操作於該第一設置方式取得該第一分析結果，並在該切換電路操作於該第二設置方式取得該第二分析。
  3. 如請求項1所述的訊號收發裝置，其中該接收器包含一第一同相訊號基頻路徑以及一第一正交訊號基頻路徑，該發射器包含一第二同相訊號基頻路徑，在該第一設置方式下，該第二同相訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一同相訊號基頻路徑，且在該第二設置方式下，該第二同相訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一正交訊號基頻路 徑。
  4. 如請求項3所述的訊號收發裝置，其中該發射器更包含一第二正交訊號基頻路徑，在該第一設置方式下，該第二正交訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一正交訊號基頻路徑，且在該第二設置方式下，該第二正交訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一同相訊號基頻路徑。
  5. 一種訊號收發裝置，包含：一收發器電路，包含一發射器以及一接收器，該發射器包含一第一同相訊號基頻路徑以及一第一正交訊號基頻路徑，且該接收器包含一第二同相訊號基頻路徑以及一第二正交訊號基頻路徑；一補償電路，用以根據關聯於該接收器之輸出的一第一分析結果與一第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，該補償電路更用以在該第一同相訊號基頻路徑耦接至該第二同相訊號基頻路徑，且該第一正交訊號基頻路徑耦接至該第二正交訊號基頻路徑時取得該第一分析結果，並在該第一同相訊號基頻路徑耦接至該第二正交訊號基頻路徑，且該第一正交訊號基頻路徑耦接至該第二同相訊號基頻路徑時取得該第二分析結果；以及一校正電路，用以根據該些第一補償係數校正該第一同相訊號基頻路徑與該第一正交訊號基頻路徑之間的不匹配，並根據該些第二補償係數校正該第二同相訊號基頻路徑與該 第二正交訊號基頻路徑之間的不匹配。
  6. 如請求項5所述的訊號收發裝置，其中該第一正交訊號基頻路徑以及該第一同相訊號基頻路徑對應於該發射器的至少一基頻電路，且該第二正交訊號基頻路徑以及該第二同相訊號基頻路徑對應於該接收器的至少一基頻電路。
  7. 一種校正方法，包含：藉由一切換電路耦接一發射器至一接收器，其中該切換電路具有一第一設置方式以及一第二設置方式；分析該接收器之輸出以取得一第一分析結果以及一第二分析結果，其中該第一分析結果對應於該第一設置方式，且該第二分析結果對應於該第二設置方式；以及根據該第一分析結果與該第二分析結果產生複數個第一補償係數以及複數個第二補償係數，以分別校正該發射器與該接收器。
  8. 如第7項所述的校正方法，其中分析該接收器之輸出包含：當該切換電路操作於該第一設置方式時，分析該接收器之輸出以取得該第一分析結果；以及當該切換電路操作於該第二設置方式時，分析該接收器之輸出以取得該第二分析結果。
  9. 如第7項所述的校正方法，其中該接收器包含一第一同相訊號基頻路徑以及一第一正交訊號基頻路徑，該發射器包含一第二同相訊號基頻路徑，在該第一設置方式下，該第二同相訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一同相訊號基頻路徑，且在該第二設置方式下，該第二同相訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一正交訊號基頻路徑。
  10. 如請求項9所述的校正方法，其中該發射器更包含一第二正交訊號基頻路徑，在該第一設置方式下，該第二正交訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一正交訊號基頻路徑，且在該第二設置方式下，該第二正交訊號基頻路徑經該切換電路耦接至該第一同相訊號基頻路徑。
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