TWI533646B - 配合可變增益放大器之信號處理系統及信號處理方法 - Google Patents

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Description

配合可變增益放大器之信號處理系統及信號處理方法
本發明與可變增益放大器相關，並且尤其與如何補償因可變增益放大器提供之增益瞬間變化造成的問題相關。
隨著通訊技術的進步，數位電視廣播的發展漸趨成熟。數位視訊廣播(digital video broadcasting,DVB)規範是目前該領域中被廣泛採用的標準之一。依傳輸媒介及信號型態的差異，數位視訊廣播還可被進一步細分為數位視訊電纜廣播(digital video broadcasting-cable,DVB-C)、數位視訊衛星廣播(digital video broadcasting-satellite,DVB-S)、數位視訊地面廣播(digital video broadcasting-terrestrial,DVB-T)等幾個子標準。
圖一呈現一DVB-C接收端的局部電路方塊圖。進入此接收系統的射頻信號會被低雜訊放大器11放大。接著，低雜訊放大器11的輸出信號被分別提供至類比-數位轉換器12以及濾波器14。自動增益控制電路13會根據類比-數位轉換器12的輸出信號選擇性地調整低雜訊放大器11施於該射頻信號的增益。可程式化增益放大器15接收濾波器14的輸出信號後也會對該信號施以放大程序。相似地，自動增益控制電路17係根據類比-數位轉換器16的輸出信號選擇性地調整可程式化增益放大器15提供的增益量。上述透過回饋機制調整增益量的目的在於將進入類比-數位轉換器16的信號之振幅被調整為符合類比-數位轉換器16的輸入信號動 態範圍。類比-數位轉換器16產生的數位信號將被提供至解調電路18。
在DVB-C接收系統中，低雜訊放大器11提供的增益之變化範圍是-18dB~24dB，而其最小單位變化量為6dB。可程式化增益放大器15提供的增益之變化範圍則是-5dB~22dB，其最小單位變化量為3dB。經過實際測試證明，當低雜訊放大器11及/或可程式化增益放大器15提供的增益發生變化，且因此令數位基頻電路18之輸入信號的振幅瞬間被施以大於0.25dB的增益變化時，數位基頻電路18提供的信號處理結果可能會出現錯誤。
除了上述DVB-C接收系統之外，其他採用類似電路架構的信號處理系統亦可能遭遇同樣的問題。
為解決上述問題，本發明提出一種新的信號處理系統及信號處理方法。藉由對放大器的輸出信號提供一補償增益，傳遞至數位基頻電路的信號振幅瞬間變化可被有效降低或消除，進而避免數位基頻電路因此而產生的錯誤率升高問題。本發明的概念不僅可應用在DVB-C接收系統，亦適用於其他採用類似電路架構的信號處理系統。
根據本發明之一具體實施例為一種信號處理系統，其中包含一可變增益放大器、一類比-數位轉換器、一增益補償模組及一信號處理模組。該可變增益放大器對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號。該類比-數位轉換器將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號。該增益補償模組對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號。該增益補償模組令該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量。該信號處理模組對該補償後信號施以一信號處理程序。
根據本發明之另一具體實施例為一種信號處理方法。首先，一 類比輸入信號被施以一可變增益，以產生一類比放大後信號。接著，該類比放大後信號被轉換為一數位放大後信號。該數位放大後信號被施以一補償增益，以產生一補償後信號；其中該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量。隨後，該補償後信號被施以一信號處理程序。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
11‧‧‧低雜訊放大器
12‧‧‧類比-數位轉換器
13‧‧‧自動增益控制電路
14‧‧‧濾波器
15‧‧‧可程式化增益放大器
16‧‧‧類比-數位轉換器
17‧‧‧自動增益控制電路
18‧‧‧解調電路
200‧‧‧信號處理系統
21‧‧‧可變增益放大器
22‧‧‧類比-數位轉換器
23‧‧‧自動增益控制電路
24‧‧‧增益補償模組
24A‧‧‧轉換單元
24B‧‧‧延遲單元
24C‧‧‧增益補償單元
25‧‧‧信號處理模組
30‧‧‧類比輸入信號
31‧‧‧類比放大後信號
32‧‧‧數位放大後信號
33‧‧‧補償後信號
51‧‧‧查找表
52‧‧‧判斷單元
53‧‧‧拆解單元
54‧‧‧轉換單元
S61~S64‧‧‧流程步驟
圖一呈現一數位視訊電纜廣播(DVB-C)接收端的局部電路方塊圖。
圖二為根據本發明之一實施例中的信號處理系統之功能方塊圖。
圖三(A)和圖三(B)呈現根據本發明之可變增益GV、補償增益GC、加成後增益GI以及各信號的兩種時序關係範例。
圖四呈現根據本發明之增益補償模組的一種詳細實施範例。
圖五呈現根據本發明之轉換單元的一種詳細實施範例。
圖六為根據本發明之一實施例中的信號處理方法之流程圖。
能實現本發明概念之一具體實施例為一信號處理系統，其功能方塊圖係繪示於圖二。信號處理系統200包含一可變增益放大器21、一類比-數位轉換器22、一自動增益控制電路23、一增益補償模組24與一信號處理模組25。實務上，信號處理系統200可為但不限於一數位視訊電纜廣播(DVB-C)接收系統或一數位視訊衛星廣播(DVB-S)接收系統。於實際應用中，可變增益放大器21為一低雜訊放大器或一可程式化增益放大 器。此外，可變增益放大器21可為單一放大器，亦可包含複數個串聯之放大器電路。
可變增益放大器21受到自動增益控制電路23的控制，負責對 一類比輸入信號30施以一可變增益GV，以產生一類比放大後信號31。如圖二所示，類比放大後信號31被提供至類比-數位轉換器22。提供至信號處理系統200的類比輸入信號30之振幅並非定值，而是可能會隨著時間變化而有所不同。類比-數位轉換器22的作用之一在於為自動增益控制電路23提供一個數值，指出類比放大後信號31的概略振幅。自動增益控制電路23根據類比-數位轉換器22的輸出信號決定是否應調整可變增益放大器21施於類比輸入信號30的增益值GV，以使類比放大後信號31的振幅大致符合類比-數位轉換器22的輸入動態範圍。須說明的是，自動增益控制和類比-數位轉換的詳細實施方式為本發明所屬技術領域中具有通常知識者所知，於此不贅述。
類比-數位轉換器22將類比放大後信號31轉換為一數位放大後 信號32。當自動增益控制電路23改變可變增益放大器21採用的可變增益GV時，會將相關的變化資訊提供給增益補償模組24。於一實施例中，當可變增益放大器21將可變增益GV由一第一增益值調整為一第二增益值時，自動增益控制電路23提供給增益補償模組24的資訊為第一增益值和第二增益值的大小。於另一實施例中，自動增益控制電路23提供給增益補償模組24的資訊為其中一增益值的大小與兩增益值間的差異量。
根據自動增益控制電路23提供的資訊，增益補償模組24對數位放大後信號32施以一補償增益GC，以產生一補償後信號33。增益補償模組24被設計為令補償增益GC與可變增益GV對數位放大後信號32構成之一加成後增益GI被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量，詳述如下。
圖三(A)為可變增益GV、補償增益GC、加成後增益GI以及各信號之一時序關係範例。為便於說明，圖三(A)以類比型態呈現數位放大後信號32和補償後信號33的波形。於此範例中，可變增益GV於時間點t11由1倍(x1)被提高為2倍(x2)。因此，類比放大後信號31的振幅自時間點t11開始變為原本的兩倍大。由於類比-數位轉換器22會貢獻一信號傳播延遲(propagation delay)DP，直到時間點t12，數位放大後信號32的振幅才開始變為原本的兩倍大。數位放大後信號32也可被視為自時間點t12才開始受到可變增益GV的影響。圖三(A)中的可變增益GV’係用以表示可變增益GV對數位放大後信號32構成之一等效增益。對數位放大後信號32構成之加成後增益GI即為可變增益GV’與補償增益GC的乘積。實務上，信號傳播延遲DP的長度為預先量測估計得知的，時間點t11則是可由自動增益控制電路23告知增益補償模組24。因此，增益補償模組24可得知時間點t12的位置，並將時間點t12設定為一補償起始時間。於此範例中，增益補償模組24在時間點t12之前提供的補償增益GC為1倍(x1)，並且在時間點t12將補償增益GC調降為0.5倍(x0.5)。因此，加成後增益GI在時間點t12前後皆大致為1倍(x1)。如圖三(A)所示，自時間點t12開始，增益補償模組24逐漸提高補償增益GC，藉此令加成後增益GI逐漸趨近2倍(x2)，亦即第二增益值。在時間點t13，加成後增益GI達到2倍(x2)，此時補償增益GC大致被調升至1倍(x1)。
可變增益GV的變化為增益補償模組24所知。另一方面，補償增益GC隨著時間改變的幅度可由增益補償模組24控制。藉由適當控制補償增益GC，補償增益GC與可變增益GV對數位放大後信號32構成之加成後增益GI便可被保持為不具有任何高於一預設門檻值(例如0.25dB)的瞬間變化量。由圖三(A)可看出，不同於在時間點t12會出現瞬間大幅變化的數位放大後信號32，補償後信號33的振幅在時間點t12後為逐步小幅度提高；在時間點t13之後，補償後信號33與數位放大後信號32幾乎為同一 信號。
隨後，信號處理模組25接收補償後信號33，並對該補償後信號 施以一信號處理程序，例如解調程序。由於補償後信號33的振幅不會因可變增益GV的在短時間內的改變而出現大幅瞬間變化。信號處理模組25因此產生的錯誤率升高問題可被有效避免。實務上，前述預設門檻值可根據信號處理模組25所能承受的信號瞬間變化量來決定，不以特定數值為限。此外，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，補償增益GC的變化模式不一定要為圖三(A)所繪示者，亦可為規則或不規則的曲線。 須說明的是，時間點t13的出現位置會與可變增益GV以及補償增益GC的改變幅度相關。若增益補償模組24採用另一種補償增益GC變化模式，時間點t13的出現位置便可能不同。假設可變增益放大器21將可變增益GV由一第一增益值調整為一第二增益值。實務上，增益補償模組24可令第二增益值與補償起始時間t12時之補償增益GC之乘積大致等於第一增益值與補償起始時間t12前之補償增益GC之乘積。自補償起始時間t12起，加成後增益GI逐漸趨近第二增益值。
圖三(B)呈現可變增益GV、補償增益GC、加成後增益GI以及各 信號之另一時序關係範例。於此範例中，可變增益GV在時間點t21由1倍變為2倍，隨後在時間點t22又從2倍被調整回1倍。如圖三(B)所示，因類比-數位轉換器24貢獻之信號傳遞延遲(DP1、DP2)，對數位放大後信號32而言的等效可變增益GV’係於時間點t23、t24始出現變化。增益補償模組24自時間點t23開始提供一逐漸增高之補償增益GC。由於等效可變增益GV’在時間點t24由2倍下降為1倍，增益補償模組24於時間點t24之後並未令補償增益GC繼續向上攀升、趨近1倍。此範例係假設經過時間點t23至時間點t24這段時間的緩步上升，時間點t24時的補償增益GC係由原本的0.5倍提高為大致等於0.8125倍。為補償等效可變增益GV’在時間點t24的下降變化，增益補償模組24於時間點t24將補償增益GC瞬 間提高為1.625倍，並且令補償增益GC自此開始緩步下降。如圖三(B)所示，這種做法將令加成後增益GI自時間點t24開始逐漸減少。相似地，增益補償模組24會將補償增益GC設定為對數位放大後信號32構成之加成後增益GI不具有任何高於預設門檻值得瞬間變化量。
於實際應用中，增益補償模組24可被實現為固定式及/或可程式化數位邏輯電路，包含可程式化邏輯閘陣列、特定應用積體電路、微控制器、微處理器、數位信號處理器，與其他必要電路。圖四呈現增益補償模組24的一種詳細實施範例。於此範例中，增益補償模組24包含一轉換單元24A、一延遲單元24B以及一增益補償單元24C。轉換單元24A係用以從自動增益控制電路23接收前述第一增益值與第二增益值以分貝為單位之一初始差異，並據此產生以線性倍數為單位之一轉換後差異，供增益補償單元24C決定補償增益GC(可利用計算電路或查找的方式實現)。須說明的是，若自動增益控制電路23提供給增益補償模組24的資訊原本即以線性倍數為單位，轉換單元24A便可省略。延遲單元24B係用以根據可變增益放大器21與增益補償單元24C間的信號傳播延遲，提供對應於前述補償起始時間之一延遲。於一實施例中，延遲單元24B所提供的延遲量被設計為可程式化的，以配合製程變異可能造成的傳播延遲變化。須說明的是，可變增益放大器21與增益補償單元24C間亦可另設置有其他電路(例如濾波器)。增益補償單元24C係用以產生前述補償增益GC，並將補償增益GC施加於數位放大後信號32。
圖五呈現轉換單元24A的一種詳細實施範例。此範例中的轉換單元24A包含一查找表51、一判斷單元52、一拆解單元53以及一轉換單元54。查找表51中儲存有對應於一查找範圍之複數筆轉換關係。舉例而言，該查找範圍可為-6dB~+6dB，而查找表51中儲存有以0.1dB為單位差異的分貝值與線性倍數對應關係。判斷單元52係用以判斷前述以分貝為單位之初始差異是否落在該查找範圍內。若判斷單元52之判斷結果為 是，轉換單元54便直接以該初始差異為索引值，至查找表51中查找出對應於該初始差異的線性倍數，做為轉換單元24A的輸出結果。若判斷單元52之判斷結果為否，則拆解單元53首先將該初始差異拆解為在該查找範圍外之一第一部份與在該查找範圍內之一第二部分。舉例而言，若查找範圍可為-6dB~+6dB，而該初始差異為+9dB，拆解單元53可將+9dB拆解為在該查找範圍外之一第一部份(+6dB)和在該查找範圍內之一第二部分(+3dB)。接著，轉換單元54根據該第一部份計算出一第一數值(+6dB=2倍)、自查找表51查找出對應於該第二部分(+3dB)之一第二數值，並將該第一數值與該第二數值組合(透過乘法)為該轉換後差異。圖五呈現之轉換單元24A的優點在於，將一部分易於計算的數值(例如6dB的整數倍)拆解出來，因而得以縮小查找表51的內容資料量。
本發明的範疇並不限於以某種特定組態或架構來實現信號處理系統200。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，另有多種電路組態和元件可在不背離本發明精神的情況下實現本發明的概念。
根據本發明之另一具體實施例為一種信號處理方法，其流程圖係繪示於圖六。首先，步驟S61為對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號。步驟S62為將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號。接著，步驟S63為對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號，其中該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量。步驟S64則是接收該補償後信號，並對該補償後信號施以一信號處理程序。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者可理解，先前在介紹信號處理系統200時描述的各種操作變化亦可應用至圖六中的信號處理方法，其細節不再贅述。
如上所述，本發明提出一種新的信號處理系統及信號處理方 法。藉由對放大器的輸出信號提供一補償增益，傳遞至數位基頻電路的信號振幅瞬間變化可被有效降低或消除，進而避免數位基頻電路因此而產生的錯誤率升高問題。本發明的概念不僅可應用在DVB-C接收系統，亦適用於其他採用類似電路架構的信號處理系統。
200‧‧‧信號處理系統
21‧‧‧可變增益放大器
22‧‧‧類比-數位轉換器
23‧‧‧自動增益控制電路
24‧‧‧增益補償模組
25‧‧‧信號處理模組
30‧‧‧類比輸入信號
31‧‧‧類比放大後信號
32‧‧‧數位放大後信號
33‧‧‧補償後信號

Claims (14)

  1. 一種信號處理系統，包含：一可變增益放大器，用以對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號；一類比-數位轉換器，用以將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號；一增益補償模組，用以對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號，該增益補償模組令該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量；以及一信號處理模組，用以接收該補償後信號，並對該補償後信號施以一信號處理程序；其中若該可變增益放大器將該可變增益由一第一增益值調整為一第二增益值，該增益補償模組設定一補償起始時間；該第二增益值與該補償起始時間時之該補償增益之乘積大致等於該第一增益值與該補償起始時間前之該補償增益之乘積；自該補償起始時間起，該加成後增益逐漸趨近該第二增益值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理系統，其中該增益補償模組包含：一延遲單元，用以根據該可變增益放大器與該增益補償模組間之一信號傳播延遲，提供對應於該補償起始時間之一延遲。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理系統，其中該可變增益放大器為一低雜訊放大器或一可程式化增益放大器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理系統，其中該可變增益放大器包含複數個串聯之放大器電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之信號處理系統，其中該信號處理程序為一 解調程序。
  6. 一種信號處理系統，包含：一可變增益放大器，用以對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號；一類比-數位轉換器，用以將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號；一增益補償模組，用以對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號，該增益補償模組令該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量；以及一信號處理模組，用以接收該補償後信號，並對該補償後信號施以一信號處理程序；其中該增益補償模組包含：一轉換單元，用以接收一第一增益值與一第二增益值以分貝為單位之一初始差異，並據此產生以線性倍數為單位之一轉換後差異，供該增益補償模組決定該補償增益。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理系統，其中該轉換單元包含：一查找表，其中儲存有對應於該初始差異與該轉換後差異之複數筆轉換關係；以及一轉換單元，用以根據該初始差異，自該查找表查找出對應的該轉換後差異。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之信號處理系統，其中該轉換單元包含：一查找表，其中儲存有對應於一查找範圍之複數筆轉換關係；一判斷單元，係用以判斷該初始差異是否落在該查找範圍內；一拆解單元，若該判斷單元之判斷結果為否，該拆解單元將該初始 差異拆解為在該查找範圍外之一第一部份與在該查找範圍內之一第二部分；以及一轉換單元，用以根據該第一部份計算出一第一數值，自該查找表查找出對應於該第二部分之一第二數值，並將該第一數值與該第二數值透過乘法組合為該轉換後差異。
  9. 一種信號處理方法，包含：(a)對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號；(b)將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號；(c)對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號，其中該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量；以及(d)接收該補償後信號，並對該補償後信號施以一信號處理程序；其中步驟(c)包含：若該可變增益由一第一增益值調整被為一第二增益值，設定一補償起始時間；該第二增益值與該補償起始時間時之該補償增益之乘積大致等於該第一增益值與該補償起始時間前之該補償增益之乘積；自該補償起始時間起，該加成後增益逐漸趨近該第二增益值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中該補償起始時間係根據與步驟(b)相關之一傳播延遲來決定。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之信號處理方法，其中該信號處理程序為一解調程序。
  12. 一種信號處理方法，包含：(3)對一類比輸入信號施以一可變增益，以產生一類比放大後信號；(b)將該類比放大後信號轉換為一數位放大後信號；(c)對該數位放大後信號施以一補償增益，以產生一補償後信號，其 中該補償增益與該可變增益對該數位放大後信號構成之一加成後增益，被保持為具有低於一預設門檻值之一瞬間變化量；以及(d)接收該補償後信號，並對該補償後信號施以一信號處理程序；其中步驟(c)包含：接收一第一增益值與一第二增益值以分貝為單位之一初始差異，並據此產生以線性倍數為單位之一轉換後差異；以及根據該轉換後差異決定該補償增益。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之信號處理方法，其中一查找表係預先提供，用以儲存有對應於該初始差異與該轉換後差異之複數筆轉換關係；其中步驟(c)包含根據該初始差異，自該查找表查找出對應的該轉換後差異。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之信號處理方法，其中一查找表係預先提供，用以儲存有對應於一查找範圍之複數筆轉換關係；其中步驟(c)包含：(c1)判斷該初始差異是否落在該查找範圍內；(c2)若步驟(c1)之判斷結果為否，將該初始差異拆解為在該查找範圍外之一第一部份與在該查找範圍內之一第二部分；(c3)根據該第一部份計算出一第一數值；(c4)自該查找表查找出對應於該第二部分之一第二數值；以及(c5)將該第一數值與該第二數值透過乘法組合為該轉換後差異。
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