CN100550872C - 通讯***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一通讯***与相关方法。在通讯***中，频率合成器依据一分频数据及一定频参考讯号来合成一调谐讯号，以用来调制待传输讯号。而当本发明通讯***中一放大电路要对此待传输讯号进行功率放大时，本发明通讯***就可依据该分频数据的值来调整放大电路的容感槽负载电路的等效阻抗，使等效阻抗的通带能在频域平移而符合待传输讯号的频率范围。以此方式，本发明通讯***可动态调整容感槽的等效阻抗而为宽广频带中的不同频率范围分别进行均等的调谐放大。

Description

通讯***与方法

技术领域

本发明涉及一种通讯***及相关方法，特别是涉及一种能依据讯号频率范围动态调整等效阻抗以对不同频率范围的讯号进行均等功率放大的通讯***及相关方法。

背景技术

一般来说，当通讯***要传输数据时，通讯***都会对待传输数据进行调制以形成对应的待传输讯号，再以一放大电路来对待传输讯号进行功率放大以将讯号发送出去。请参考图1，其示意的是一传统调谐放大电路10的电路图。放大电路10偏压于直流电压V与接地端电压G之间，其内设有一n型金属氧化物半导体晶体管M0以实现一放大器，而并联的电容Cp与电感Lp就形成一容感槽(LC-tank)，并与电阻Rp一起构成为一负载电路12，其中负载电路12的等效阻抗会随其运作频率而改变。晶体管M0的栅极用来接收输入讯号Si(也就是待传输讯号)，并在其漏极-源极间导通对应的电流，以在负载电路12上建立功率放大后的输出讯号So。

请继续参考图2，其示意的是负载电路12的等效阻抗随频率变化的情形。图2的横轴为频率，纵轴为等效阻抗的幅度(magnitude)。容感槽所提供的等效阻抗会在频域呈现带通特性，此带通特性可由共振频率及Q值(或称品质因素，Quality factor)来描述。共振频率决定了通带在频域上的位置，Q值则可用来反映通带的频宽及通带的增益极值。改变容感槽中电容Cp的电容值与电感Lp的电感值，就能改变其带通特性的共振频率与Q值，连带地改变其频域的带通特性。在图2中，显示了不同Q值所导致的不同带通特性。如图2所示，若容感槽中电容Cp与电感Lp的组合会使负载电路12具有较高的Q值，则其等效阻抗的极值也会较高；相对地，高Q值所对应的通带频宽也会比较窄。另一方面，若容感槽中电容Cp与电感Lp的组合会使负载电路12具有较低的Q值，则其所对应的频宽就会比较宽，但会牺牲其阻抗，使其阻抗极值降低；而负载电路12的低阻抗就会使放大电路10的总体功率增益降低，不利于讯号功率放大。

请继续参考图3，其示意的是负载电路12在为不同频道提供等效阻抗的情形。图3的横轴为频率，纵轴则为等效阻抗的幅度。在图3中，假设频率f0、f1分别为两不同频道的中心频率，而放大电路10为各频率f0、f1所能提供的功率增益，就取决于负载电路12为各频率f0、f1所提供的等效阻抗。不过，如图3所示，若容感槽中电容Cp与电感Lp的组合会使负载电路12具有较高的Q值，则负载电路12的等效阻抗会具有较窄的频宽，这代表其等效阻抗的带通特性会具有高度的频率选择性，为不同频率所提供的等效阻抗会具有相当大的差异。也就是说，高Q值负载电路12无法为不同频道的频率提供均等的等效阻抗。连带地，放大电路10也就不能为不同频道的待传输讯号(即输入讯号Si)提供均等的功率增益。

相较之下，若容感槽中电容Cp与电感Lp的组合会使负载电路12具有较低的Q值，其频率选择性就会较低，为不同频率所提供的等效阻抗也较为相近，较为均等。不过，就如图2所示，低Q值会使负载电路12的等效阻抗低落，不利于讯号功率增益。

为了提高数据传输的多任务效能，网络***的不同成员间可利用不同频道的讯号来交换数据。譬如说，像在IEEE 803.11a规格下的无线网络，就会在1GHz(10^9Hz)的频段间划分出多个不同的频道，各频道占用不同的频率范围。为了要实现这种多频道规格下的通讯需求，通讯***中的放大电路也应该要能广泛地为不同频道下的待传输讯号进行均等的功率放大。然而，现有的传统调谐放大电路10是以定值电容Cp、定值电感Lp所形成的，故其增益与频宽会相互牵制。若电容Cp、电感Lp的组合具有高Q值，就会牺牲频宽，无法为不同频道的待传输讯号提供均等的功率增益。若使电容Cp、电感Lp的组合具有低Q值，就会牺牲增益，无法提供较佳的功率增益。也因此，在通讯***中的现有的定值容感槽调谐放大电路难以兼顾功率增益与频宽要求。

发明内容

因此，本发明即是要提出一种具有较佳结构的通讯***及相关方法，以克服现有技术的缺点。

一般来说，通讯***中都会设置有频率合成器(frequencysynthesizer)，用来根据一定频参考讯号来为不同频道分别合成出不同频率的调谐讯号。当通讯***要在某一频道上传输数据时，频率合成器会为该频道提供对应的调协讯号，而通讯***就可根据此调谐讯号的频率来将待传输数据调制为待传输讯号，使待传输讯号的频率范围对应于该频道的频率范围。而本发明通讯***中的放大电路就可和此频率合成器协同运作。在本发明通讯***中的放大电路中会设有一放大器、一负载电路及一映射电路。负载电路中采用了可变的容感槽来提供可变的等效阻抗，而映射电路就可根据频率合成器的运作情形来判断待传输讯号的频率范围，并对应地调整可变容感槽的可变等效阻抗，使等效阻抗的通带能在频域平移至待传输讯号的频率范围，使本发明通讯***能为待传输讯号进行较佳的功率放大。这样一来，本发明就能兼顾各频道上的功率增益，而不必在增益-频宽之间妥协。

也就是说，本发明可采用具有适当Q值的高增益容感槽来提供等效阻抗。虽然高Q值容感槽在频域会具有较窄的通带频宽，但由于本发明映射电路会依据待传输讯号的频率范围而将可变容感槽的高Q值通带平移至待传输讯号的频率范围，故还是能为待传输讯号进行高增益的功率放大。当通讯***在不同时间采用不同频带的待传输讯号时，本发明映射电路也会动态地依据待传输讯号的频带范围来随时调整可变容感槽的等效阻抗，这样就能以均等的高增益来为不同频道的待传输讯号进行功率放大，不必像现有技术一样在增益-频宽之间妥协。

本发明的实施细节可进一步说明如下。在频率合成器中，会以一频率相位检测器、一低通滤波器、一压控震荡器及一1/N分频器来构成一锁相回路。压控震荡器可震荡出一调谐讯号，分频器可对此调谐讯号分频，而频率相位检测器就能将此分频后的调谐讯号与一定频参考讯号进行比较，以检测出两者间的频率、相位差异。低通滤波器可根据频率相位检测器的比较结果来回授控制压控震荡器，使压控震荡器调整调谐讯号的频率。以此回授回路来反复修正调谐讯号的频率，调谐讯号分频后的频率就能锁定为参考讯号的频率。也因此，调谐讯号的频率就等于参考讯号频率的N倍。改变1/N分频器的分频N值(此分频N值可视为一分频数据)，就能产生出不同频率的调谐讯号来将待传输数据调制为至不同的频道。换句话说，此分频N值就代表了待传输数据的频率范围。而本发明映射电路就可依据分频器的分频N值来调整可变负载电路的容感槽等效阻抗，使等效阻抗的频率表现能符合待传输讯号的频率范围。

在本发明的一实施例中，可变负载电路中的可变容感槽是以一可变电容电路及一定值电感所构的。此可变电容电路是由一连接端口而向放大电路中的放大器提供可变的电容值，使容感槽的共振频率能随电容值改变，进而使容感槽等效阻抗的通带能够在频域上平移。此一可变电路中可设有多个定值电容及多个对应的开关；各开关对应于一电容，每一开关的导通与否可控制该对应电容是否能连接于该连接端口。当本发明通讯***中的放大电路运作时，映射电路就可依据频率合成器中的分频N值(也就是分频数据的值)而分别控制各开关的导通与否，以调整该可变电容电路所提供的电容值。

附图说明

图1为一传统调谐放大电路的电路示意图。

图2示意的是图1中定值容感槽负载电路的频域特性。

图3示意的是图1中定值容感槽负载电路为不同频道所提供的等效阻抗。

图4为本发明通讯***的电路示意图。

图5为图4中通讯***进一步的实施样态。

图6示意的是图4中具可变负载电路的放大电路为不同频道讯号提供均等功率增益的情形。

图7示意的是图4中通讯***的运作流程。

附图符号说明

10、30放大电路        20通讯***

12负载电路            24频率合成器

22可变负载电路        26接口电路

28映射电路            32分频器

PFD频率相位检测器     LPF低通滤波器

VCO震荡器             Nc-Nd位数

Na-Nb节点             C可变电容电路

S1-S2开关             M放大器

V直流电压             M0晶体管

N-Data、N-Dt分频数据      CLK时钟

f0-f1、fa-fc频率          Za-Zc等效阻抗

Si-So、Fref-Ft、LE讯号    Lp、L电感

Rp电阻                    Cp、C0-C2电容

具体实施方式

本发明提出一种通讯***其应用一具可变负载电路的调谐放大电路，则可兼顾高增益及高频宽，以为广大频段中分布的各频道提供均等的高功率增益。请参考图4，其示意的即为本发明通讯***一实施例20的功能方块图。通讯***20中设有一频率合成器24及一放大电路30，并可由一接口电路26(譬如说是一三线接口，TWIF，Three-Wire InterFace)接收一分频数据N-Data、一时钟CLK及一锁存讯号LE。接口电路26可根据时钟CLK的触发而接收分频数据N-Data，以将此分频数据N-Data转换为Nd位(Nd为一定值)的分频数据N-Dt，并依据锁存讯号LE的控制而维持(hold)此分频数据N-Dt，让频率合成器24及本发明放大电路30能经由Nd位的总线取得此一分频数据N-Dt。频率合成器24则可依据分频数据N-Dt的指示而利用一定频参考讯号Fref来合成一对应的调谐讯号Ft。譬如说，频率合成器24可根据分频数据N-Dt的值来决定一倍率N，并使调谐讯号Ft的频率为定频参考讯号Fref频率的N倍。当分频数据N-Dt的值改变时，频率合成器24就会对应的改变N值，使调谐讯号Ft的频率亦随之改变。依据频率合成器24所提供的调谐讯号Ft，通讯***20就能将待传输数据调制为待传输讯号，使此待传输讯号的频率范围被载波调制至调谐讯号Ft的频率附近，让待传输讯号的频率范围对应于调谐讯号Ft的频率。而此待传输讯号就能作为放大电路30的输入讯号Si，由放大电路30将其功率放大为输出讯号So。

由于分频数据N-Dt可决定调谐讯号Ft的频率，而输入讯号Si的频率范围就对应于调谐讯号Ft的频率，故分频数据N-Dt就能用来代表输入讯号Si的频率范围。事实上，分频数据N-Data(及N-Dt)就是用来向通讯***20指示通讯所用的频道。

更具体地说，在频率合成器24中设有一频率相位检测器PFD、一低通滤波器LPF、一压控震荡器VCO及一1/N分频器32，以构成一锁相回路。压控震荡器VCO震荡出调谐讯号Ft，分频器32依据分频数据N-Dt而决定对应的分频N值，以此分频N值对调谐讯号Ft分频。频率相位检测器PFD就能将此分频后的调谐讯号与定频参考讯号Fref进行比较，以检测出两者间的频率、相位差异。低通滤波器LPF根据频率相位检测器PFD的比较结果来回授控制压控震荡器VCO，使压控震荡器VCO回授调整调谐讯号Ft的频率，以此回授回路来反复修正调谐讯号Ft的频率，使调谐讯号Ft分频后的频率能锁定为定频参考讯号Fref的频率。也因此，调谐讯号Ft的频率就等于定频参考讯号Fref频率的N倍。改变分频数据N-Data(及N-Dt)就能改变分频器32的分频N值，以经由锁相回路产生出不同频率的调谐讯号Ft来调制出不同频道的待传输讯号。

就如先前讨论过的，不同频道的待传输讯号会分布在宽广的频段中；为了实现本发明的精神而为不同频道输入讯号Si提供均等的功率增益，本发明具可变负载电路的放大电路30中设有一放大器M、一可变负载电路22及一映射电路28。其中，放大器M可依据输入讯号Si而提供对应的电力(像是电流)，以在可变负载电路22上建立功率放大后的输出讯号So。可变负载电路22可提供可变的等效阻抗，而映射电路28即可根据分频数据N-Dt的值而调整可变负载电路22的等效阻抗，使等效阻抗可随分频数据改变，以在频域上将等效阻抗的通带移动至输入讯号Si的频率范围。这样一来，本发明就能在不牺牲功率增益的情形下为不同频道的输入讯号Si提供均等的功率增益。

如图4所示，在本发明的一实施例中，本发明可变负载电路22可用一可变电容电路C及一定值电感L来形成一容感槽。可变电容电路C可提供可变的电容值，而映射电路28就是根据分频数据N-Dt来控制可变电容电路C所提供的电容值(譬如说是经由一Nc位总线来控制可变电容电路C所提供的电容值)，使可变负载电路22的共振频率(与通带)能在频域上移动，让可变负载电路22的通带能实际符合输入讯号Si的频率范围。一般来说，容感槽的共振频率(及通带的位置)会与电容值与电感值的乘积的平方根成反比，故只要改变容感槽中的电容值，就能改变共振频率及通带的位置。在实作时，本发明映射电路28中设置一映射表(mapping table)，以查表对应的方式来实现本发明映射电路28的功能。此映射表中预先为不同分频数据N-Dt分别设定其所对应的可变电容操控模式。当映射电路28收到某一数值的分频数据N-Dt时，就能查表找出对应的可变电容操控模式，并以该操控模式来实际操控可变电容电路C。譬如说，若分频数据N-Dt代表的是一较大的分频N值，代表输入讯号Si会被调制至较高的频率范围，而映射电路28就能对应地使可变电容电路C减少其所提供的电容值，以将可变负载电路22的通带移动至高频，因应较高频率范围的输入讯号Si。

请参考图5，其更详细地示意了本发明的实施样态。如图5所示，在图4中的可变电容电路C可由多个定值电容C0、C1、C2搭配开关S1、S2来实现。节点Na-Nb可视为可变电容电路C的连接端口，而电容C0、C1、C2即并联于此连接端口上，使可变电容电路C可由此连接端口提供其可变电容值。其中，电容C0可为可变电容电路C提供基本的电容值，开关S1、S2分别对应于电容C1、C2，开关S1、S2的导通与否可分别控制对应电容C1、C2是否能连接于连接端口，而映射电路28就可依据分频数据N-Dt的值而以两位讯号(Nc＝2)来分别控制各开关S1、S2的导通，以调整可变电容电路C在节点Na-Nb间所能提供的电容值。譬如说，当映射电路28要减少可变电容电路C所提供的电容时，可使开关S1、S2皆不导通，而可变电容电路C就只由电容C0来提供电容值，此电容值将可使可变负载电路22的通带向高频移动，以为高频频道的输入讯号进行功率放大。相对地，当映射电路28要增加可变电容电路C所提供的电容时，就可选择性地使开关S1、S2导通。譬如说，当开关S1、S2均导通时，可变电容电路C所提供的电容值将是电容C0、C1、C2的电容值总和，而此高电容值就可使可变负载电路22的通带向低频移动，以为低频频道的输入讯号进行功率放大。另外，如图5所示，放大电路30偏压于直流电压V与接地端电压G之间，图4中的放大器M可用(但不限于)一n型金属氧化物半导体晶体管来实现。

请继续参考图6，其示意的就是本发明放大电路30利用映射电路28及可变负载电路22以对不同频道输入讯号进行增益放大的情形，图6的横轴为频率，纵轴为等效阻抗的幅度。当分频数据N-Dt(请见图4、图5)使频率合成器24合成出频率为fa的调谐讯号Ft时，代表放大电路30的输入讯号Si也会被调制至频率fa附近，而本发明映射电路28就能根据分频数据N-Dt来调整可变负载电路22中的可变电容值(譬如说是使图5中的开关S1、S2皆导通)，使可变负载电路22可在频域上提供等效阻抗Za(如图6所示)，以此等效阻抗Za来为频率范围在频率fa附近的输入讯号Si进行功率放大。同理，当分频数据N-Dt改变而要频率合成器24合成出频率fb的调谐讯号Ft时，代表通讯电路20要改变通讯所用的频道而将待传输讯号调制至频率fb附近，而本发明映射电路28就能由分频数据N-Dt中得知此频道改变，并对应地调整可变负载电路22的可变负载(譬如说是使某一开关S1或S2不导通以减少总电容值)，使可变负载电路22可在频域上提供等效阻抗Zb，以因应频率范围在频率fb附近的输入讯号Si。

以此类推，当分频数据N-Dt指示频率合成器24要提供频率fc的高频调谐讯号Ft时，本发明放大电路30的输入讯号Si会被调制到频率fc附近，而本发明映射电路28就会对应地调整可变负载电路22(譬如说是使开关S1、S2皆不导通，以进一步降低容感槽的电容值)，使可变负载电路22能在频域上提供等效阻抗Zc，以因应频率范围在频率fc附近的输入讯号Si。

由于映射电路28及可变负载电路22的协同运作，本发明通讯***20就能动态地因应输入讯号Si的频率范围为各个不同频道的输入讯号Si提供均等的增益。等效上，映射电路28对可变负载电路22的调整控制就是使可变负载电路22的等效阻抗通带能在频域上移动，而这些移动的等效阻抗通带就能合成一平坦的宽频等效阻抗，代表本发明放大电路30可为宽广频段中不同频带的输入讯号Si提供均等的功率增益。由于本发明是以频域通带移动的方式来进行功率放大，故本发明中的各等效阻抗Za、Zb、Zc等等可以是高Q值的等效阻抗，以提供高功率增益。虽然高Q值等效阻抗的通带较窄，但映射电路28的运作可使这些通带有效地被移动到输入讯号Si的频率范围，还是可为不同频道的输入讯号提供均等功率增益。也因此，本发明可兼顾高功率增益及高频宽，不必像传统调谐放大电路10要在频宽与功率增益间妥协。

在实现本发明时，可采用适当Q值的等效阻抗Za、Zb、Zc，使各等效阻抗本身可涵盖一定数量的频道，而这些等效阻抗组合的后就能在宽广频段中涵盖更多频道。譬如说，若某一频道的频率fa’就在频率fa附近，也同样能被阻抗Za的通带所涵盖，则频率fa、fa’就可共享同一个等效阻抗Za。换句话说，当映射电路28经由分频数据得知调谐讯号的频率为fa或fa’时，映射电路28都会使可变负载电路22提供等效阻抗Za。这种「多频道对同一等效阻抗」的多对一映射关系能减省可变负载电路22的电路复杂程度，使可变负载电路22不必实现出太多种的等效阻抗。

请参考图7，其示意的是本发明通讯***20的运作流程100。流程100中有以下步骤：

步骤102：以分频数据N-Data(图4)控制频率合成器24的分频N值，使频率合成器24可提供对应频率的调谐讯号。

步骤104：映射电路28可根据分频数据来对应地调整可变负载电路22，使可变负载电路22的通带能在频域移动以因应输入讯号的频率范围。

步骤106：维持可变负载电路22的阻抗。若是分频数据N-Data改变，代表输入讯号Si的频道改变，而流程100就可重复进行步骤102、104及106，重新因应被调制至新频道的输入讯号Si。

事实上，流程100可在时钟CLK、锁存讯号LE(图4、图5)的控制触发下重复进行，在输入讯号Si的频道改变时动态地随时予以对应，以对不同频道的输入讯号提供均等的功率增益。

在图4至图7的实施例中，是以锁相回路的频率合成器24为例来说明本发明的运作情形。然而，本发明中放大电路30也可与其它类型的频率合成器协同运作，并不受限于锁相回路的频率合成器。任何用来向频率合成器指示通讯频道的讯号也同样能被映射电路28所运用，让映射电路28能依据待传输讯号的频道(频率范围)而调整可变负载电路22，以使本发明具有可变负载电路的通讯***能为不同频道的待传输讯号进行均等的功率增益。值得强调的是，频率合成器是现代通讯***中原本就必需具备的电路，故本发明并不需要额外设立一个频率合成器才能实现。另外，在实现可变负载电路22时，也可采用可变电感等等。譬如说，可变负载电路22可包含有多个阻抗单元及对应的开关，每一开关的导通与否可控制该对应阻抗单元是否能提供其阻抗。而映射电路28控制各开关的导通，就能调整该可变负载电路所提供的总阻抗。像在图5的实施例中，电容C1、C2就可视为阻抗单元，开关S1、S2就是对应的开关。当然，各阻抗单元也可由电感形成。

总结来说，相较于传统调谐放大电路中相互牵制的频宽与增益关系，本发明的通讯***能以可变负载的调整来动态地对应不同频带的讯号，故能为宽广频段中不同频道的讯号提供均等的高功率增益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种通讯***，其包含有：

一频率合成器，其受控于一分频数据而依据一参考讯号产生一对应的调谐讯号，使该调谐讯号的频率对应于该参考讯号的频率与该分频数据的值；而该通讯***可依据该调谐讯号的频率提供一输入讯号，使该输入讯号的频率范围对应于该调谐讯号的频率；以及

一放大电路，其包含有：

一放大器及一负载电路，该负载电路用来提供一等效阻抗，而该放大器可根据该输入讯号而在该负载电路提供的等效阻抗上建立一对应的输出讯号；以及

一映射电路，用来根据该分频数据的值而调整该负载电路的等效阻抗，使所述等效阻抗可随该分频数据改变。

2.如权利要求1所述的通讯***，其中，该频率合成器中包含一锁相回路，该锁相回路中包含有一分频器，其可根据该分频数据的值而对该调谐讯号分频，而该锁相回路可将该调谐讯号分频后的频率调整至该参考讯号的频率，使该调谐讯号的频率对应于该参考讯号的频率与该分频数据的值。

3.如权利要求1所述的通讯***，其中，该负载电路中包含有：至少一电感；以及

一可变电容电路，用来提供可变的电容值；该映射电路依据该分频数据的值而调整该可变电容电路所提供的电容值，使该负载电路所提供的等效阻抗可随该分频数据改变。

4.如权利要求3所述的通讯***，其中，该可变电容电路设有一连接端口，该可变电容电路经由该连接端口提供可变的电容值；而该可变电容电路中包含有至少一电容及至少一开关；各开关对应于一电容，每一开关的导通与否可控制该对应电容是否能连接于该连接端口；而该映射电路系依据该分频数据的值而控制各开关的导通与否，以调整该可变电容电路所提供的电容值。

5.如权利要求1所述的通讯***，其中，该负载电路经由一连接端口而提供等效阻抗；而该负载电路中包含有至少一阻抗单元及至少一开关；各开关对应于一阻抗单元，每一开关的导通与否可控制该对应阻抗单元是否能连接于该连接端口；而该映射电路依据该分频数据的值而控制各开关的导通，以调整该负载电路所提供的等效阻抗。

6.如权利要求5所述的通讯***，其中，各阻抗单元是一电容。

7.如权利要求1所述的通讯***，其中，当该映射电路根据该分频数据的值而调整该负载电路的等效阻抗时，使所述等效阻抗的通带可于频域移动而对应于该输入讯号的频率范围。

8.一种进行通讯讯号调谐放大的方法，以根据一输入讯号而提供一输出讯号，该方法其包含有：

设定一分频数据；

进行一频率合成程序，以根据该分频数据而利用一参考讯号产生一对应的调谐讯号，使该调谐讯号的频率对应于该参考讯号的频率与该分频数据的值，并使该输入讯号的频率范围对应于该调谐讯号的频率；

进行一映射程序，以根据该分频数据的值而提供一对应的等效阻抗，使所述等效阻抗的值可反映该分频数据的值；以及

进行一调谐放大程序，以根据该输入讯号而在所述等效阻抗上建立该输出讯号。

9.如权利要求8所述的方法，其中，当进行该映射程序时，针对不同数值的分频数据而以不同数量的阻抗组件来组合出所述等效阻抗，使所述等效阻抗的值可反映该分频数据的值。

10.如权利要求8所述的方法，其中，当进行该映射程序时，使所述等效阻抗的通带可于频域移动而对应于该输入讯号的频率范围。

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