專利名稱：復數(shù)濾波器及校正方法
技術領域：
本發(fā)明是指一種復數(shù)濾波器及校正方法，尤指一種可通過少量且能簡易集成的補 償電阻實現(xiàn)相位及振幅校正的復數(shù)濾波器及校正方法。
背景技術：
在現(xiàn)今無線通訊系統(tǒng)的接收器中，能達到高度集成化及多模式的接收器架構有兩 大主流，一種為低中頻(Low IF)接收器，另一種為直接轉(zhuǎn)換(DirectConversion)，或稱為 零中頻(Zero IF)接收器。前者可避免直流偏移及低頻噪聲的問題，但會受到鏡像信號 (Image Signal)的干擾。后者則相反，較無鏡像信號干擾的問題，但會遭受到直流偏移及低 頻噪聲的問題。時至今日，低中頻的架構在無線通訊的傳輸和接收端上已獲得廣泛的應用，因此， 如何解決低中頻接收器中鏡像干擾的問題也就成為產(chǎn)業(yè)界和學術界重要探討的議題。現(xiàn) 階段最為普遍的做法是在低中頻或超低中頻接收器的架構中將無線射頻信號自天線接收 下來之后，利用一組混波裝置對此射頻信號做降頻并輸出一對正交信號，再利用一復數(shù) 濾波器(Complex Filter)來處理該對正交信號。請參考圖1，圖1為已知一低中頻接收 裝置10的示意圖。低中頻接收裝置10用來處理一射頻信號RF，其包含有一低噪聲放大 器(LowNoise Amplifier, LNA) 100、一本地振蕩器 102、一相移器(Phase Shifter) 104、 混頻器106、108、一復數(shù)帶通濾波器110、一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital Converter) 112及一數(shù)字信號處理器114。低中頻接收裝置10的運作原理為業(yè)界所熟知， 以下僅簡述之。低噪聲放大器100用來將信號振幅適度放大。本地振蕩器102用來產(chǎn)生 一本地振蕩信號予混頻器106，而相移器104則將本地振蕩器102所產(chǎn)生的本地振蕩信號 的相位平移-90°后輸出至混頻器108。因此，通過相位差90°的振蕩信號，混頻器106、 108可將射頻信號RF降頻至特定頻率，并輸出一同相位αη-Phase)信號I及一正交相位 (Quadrature-Phase)信號Q。信號I、Q互為正交，并夾雜鏡像信號，而復數(shù)帶通濾波器110 則用來消除信號I、Q中的鏡像信號，最后再通過模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器112轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的 型態(tài)，傳至下一級數(shù)字信號處理器114作處理。在低中頻接收裝置10這類模擬、數(shù)字分工的架構中，一個重要的精神就是整個 通道選取以及鏡像消除的功能是由復數(shù)帶通濾波器110完成，也就是說，關于信號處理的 過程和運作方式是使用復數(shù)(Complex)運算的架構，以期能對信號相位的部分作精確的控 制。一般而言，復數(shù)帶通濾波器110的實現(xiàn)方式有許多種，其中之一為跳位(Leapfrog)式 架構。舉例來說，圖2為一一階跳位式復數(shù)帶通濾波器20的示意圖。一階復數(shù)帶通濾波器 20主要由兩低通濾波器(亦為積分器)200,202所組成，而低通濾波器200與202間則以電 阻及反相器所組成的一連結單元連結。跳位式復數(shù)帶通濾波器不限于圖2所示的例，可拓 展至多階、差分式等，主要概念是將低通濾波器的頻率響應特性平移至所需的中心頻率處， 以達到復數(shù)帶通濾波功能。此外，由于低中頻接收裝置10將模擬及數(shù)字分工，若模擬部分(即模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器112之前)發(fā)生相位或增益不匹配的問題，則難以通過數(shù)字部分完全消除。因此，已知 技術已提出許多技術，著眼于正交信號I、Q的相位和振隔的校正，以達到消除鏡像的目的。 然而，這類校正機制大都仍建立在繁雜的運算，無法以少量且能與接收器簡易集成的元件 所實現(xiàn)。同時，為了處理鏡像消除的問題而添加的繁雜運算和過多的外加元件反而容易衍 生出如能源消耗等的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供復數(shù)濾波器及校正方法。本發(fā)明揭露一種復數(shù)濾波器，用于處理一同相位信號及一正交相位信號，該復數(shù) 濾波器包含有一第一低通濾波器，用來接收該同相位信號，并輸出一濾波結果；一第二低通 濾波器，用來接收該正交相位信號，并輸出另一濾波結果；一連結單元，耦接于該第一低通 濾波器與該第二低通濾波器之間；一第一補償電阻，其一端耦接于該第一低通濾波器的一 第一輸入電阻未接收該同相位信號的一端，另一端耦接于該第二低通濾波器接收該正交相 位信號的一端；以及一第二補償電阻，其一端耦接于該第二輸入電阻未接收該正交相位信 號的一端，另一端耦接于該第一輸入電阻接收該同相位信號的一端。本發(fā)明還揭露一種校正方法，用于一接收器中消除一同相位信號及一正交相位 信號的不匹配，該接收器包含一復數(shù)濾波器用來濾除該同相位信號及該正交相位信號的鏡 像信號，該校正方法包含有形成一第一補償電阻，該第一補償電阻的一端耦接于該復數(shù)濾 波器的一第一輸入電阻未接收該同相位信號的一端，另一端耦接于該復數(shù)濾波器的一第二 輸入電阻接收該正交相位信號的一端；形成一第二補償電阻，該第二補償電阻的一端耦接 于該第二輸入電阻未接收該正交相位信號的一端，另一端耦接于該第一輸入電阻接收該同 相位信號的一端；以及根據(jù)該同相位信號與該正交相位信號的振幅不匹配的程度，決定該 第二輸入電阻與該第一輸入電阻的比。


圖1為已知一低中頻接收裝置的示意圖。圖2為一一階跳位式復數(shù)帶通濾波器的示意圖。圖3A為圖1的低中頻接收裝置未有不匹配時的信號示意圖。圖;3B為一一階跳位式復數(shù)帶通濾波器的示意圖。圖4為圖1的低中頻接收裝置有不匹配時的信號示意圖。圖5為本發(fā)明實施例一一階跳位式復數(shù)帶通濾波器的示意圖。圖6為本發(fā)明實施例一三階跳位式復數(shù)帶通濾波器的示意圖。圖7A及7B為圖6的復數(shù)帶通濾波器所輸出的實部及虛部信號的頻率響應示意 圖。圖8為本發(fā)明實施例一三階跳位式復數(shù)帶通濾波器的示意圖。圖9為本發(fā)明實施例一校正程序的示意圖。[主要元件標號說明]10低中頻接收裝置RF射頻信號
5
100低噪聲放大器
102本地振蕩器
104相移器
106,108混頻器
110復數(shù)帶通濾波器
112模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器
114數(shù)字信號處理器
I同相位信號
Q正交相位信號200、202低通濾波器20一階復數(shù)帶通濾波器90校正程序900、902、904、906、908、910 步驟
具體實施例方式本發(fā)明通過少量且能與接收器簡易集成的元件，改善同相位信號I及正交相位信 號Q不匹配的問題。以下通過一連串的分析，說明本發(fā)明的概念。首先，以圖1為例，當同相位信號I及正交相位信號Q匹配時，表示混頻器106、 108運作所依據(jù)的振蕩信號是相同振幅且相位差90°，則相關信號可以圖3A表示。在圖3A 中，為簡化說明，有限頻寬的射頻信號RF可表示為XmCos — ^coJt+X^coMo^-G^) t，其中，Xsig為欲接收的信號成分，)(iMg為鏡像信號成分。本地振蕩信號及其-90°相位平 移信號分別為AujCOS (ω LOt)及AujSin (ω LOt)，表示振幅及相位匹配。此外，為清楚說明，混 頻器106、108的混頻結果另經(jīng)過低通濾波的處理，以濾除高頻成分。因此，經(jīng)過混頻器106、 108及低通濾波處理后，同相位信號I及正交相位信號Q中分別包含鏡像信號的實部成分
總=及虛部成分及=-^^釋知 4ο接著，鏡像信號的實部成分X J號Χ_Α“)及虛部成分 ^Lrwraf^…通過如圖:3B所示的一階復數(shù)帶通濾波器后，可得
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ο若接收器的模擬部分發(fā)生相位或增益不匹配，其等效上可以例如為弦波信號的 振蕩信號的不匹配表示，因此，可將增益不匹配以振蕩信號間的振幅比例。表示，并將相位不匹配以振蕩信號間的相位差θ ε表示，即如圖4所示。由圖4可知，當振蕩-號的振幅與相位不匹配時，同相位信號I及正交相位信號Q中鏡像信號的實部成分仍為
權利要求
1.一種復數(shù)濾波器，用于處理一同相位信號及一正交相位信號，該復數(shù)濾波器包含有一第一低通濾波器，用來接收該同相位信號，并輸出一濾波結果；一第二低通濾波器，用來接收該正交相位信號，并輸出另一濾波結果；一連結單元，耦接于該第一低通濾波器與該第二低通濾波器之間；一第一補償電阻，其一端耦接于該第一低通濾波器的一第一輸入電阻未接收該同相位 信號的一端，另一端耦接于該第二低通濾波器接收該正交相位信號的一端；以及一第二補償電阻，其一端耦接于該第二輸入電阻未接收該正交相位信號的一端，另一 端耦接于該第一輸入電阻接收該同相位信號的一端。
2.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其中于該同相位信號與該正交相位信號的相位 不匹配時，該第一輸入電阻與該第二補償電阻的比值是相關于該同相位信號與該正交相位 信號的相位不匹配的程度。
3.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其中于該同相位信號與該正交相位信號的振幅 不匹配時，該第一補償電阻的電阻值遠大于該第二輸入電阻的電阻值，且該第二輸入電阻 與該第一輸入電阻之比是相關于該同相位信號與該正交相位信號的振幅不匹配的程度。
4.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其中該第一輸入電阻包含有并聯(lián)的一定值電阻 及一可變電阻。
5.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其中該第二輸入電阻包含有并聯(lián)的一定值電阻 及一可變電阻。
6.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其還包含一緩沖單元，耦接于該第一輸入電阻 未接收該同相位信號的一端。
7.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其還包含一緩沖單元，耦接于該第二輸入電阻 未接收該正交相位信號的一端。
8.根據(jù)權利要求1所述的復數(shù)濾波器，其中該復數(shù)濾波器是一跳位式復數(shù)帶通濾波器。
9.一種校正方法，用于一接收器中消除一同相位信號及一正交相位信號的不匹配，該 接收器包含一復數(shù)濾波器用來濾除該同相位信號及該正交相位信號的鏡像信號，該校正方 法包含有形成一第一補償電阻，該第一補償電阻的一端耦接于該復數(shù)濾波器的一第一輸入電阻 未接收該同相位信號的一端，另一端耦接于該復數(shù)濾波器的一第二輸入電阻接收該正交相 位信號的一端；形成一第二補償電阻，該第二補償電阻的一端耦接于該第二輸入電阻未接收該正交相 位信號的一端，另一端耦接于該第一輸入電阻接收該同相位信號的一端；以及根據(jù)該同相位信號與該正交相位信號的振幅不匹配的程度，決定該第二輸入電阻與該 第一輸入電阻的比。
10.根據(jù)權利要求9所述的校正方法，其還包含根據(jù)該同相位信號與該正交相位信號 的相位不匹配的程度，決定該第一輸入電阻與該第二補償電阻的比值。
11.根據(jù)權利要求9所述的校正方法，其還包含將該第一補償電阻的電阻值設定為遠 大于該第二輸入電阻的電阻值。
12.根據(jù)權利要求9所述的校正方法，其還包含形成一緩沖單元，耦接于該第一輸入電 阻未接收該同相位信號的一端。
13.根據(jù)權利要求9所述的校正方法，其還包含形成一緩沖單元，耦接干該第二輸入電 阻未接收該正交相位信號的一端。
14.根據(jù)權利要求9所述的校正方法，其中該復數(shù)濾波器是一跳位式復數(shù)帶通濾波器。
全文摘要
一種復數(shù)濾波器，用于處理一同相位信號及一正交相位信號，包含有一第一低通濾波器、一第二低通濾波器、一介于該第一低通濾波器與該第二低通濾波器間的一連結單元、一第一補償電阻及一第二補償電阻。該第一補償電阻及該第二補償電阻交錯耦接于該第一低通濾波器與該第二低通濾波器的輸入電阻。
文檔編號H03D1/04GK102104369SQ200910253788
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者廖哲宏 申請人:雷凌科技股份有限公司