极化发射器,相位调变器以及相位调变方法

摘要

本发明是有关于极化发射器，尤其是有关于应用于极化发射器中的相位调变器及相位调变方法。本发明通过一个180度的相位切换器以提升相位调变的范围，并选用适当的过取样率使原先在数控式振荡器内用来克服工艺、电压及温度偏移的电容阵列可兼用来提供多相位变化的信号。同时辅以相位误差的校正，以提高相位调变的准确度。

说明书

技术领域

本发明是有关于极化发射器，尤其是有关于应用于极化发射器中的相位调变器以及相位调变方法。

背景技术

极化(Polar)架构的射频发射器(RF transmitter)为近年来无线通讯发展的重要技术之一，因其较容易维持功率放大器(power amplifier)的效能。不过极化架构将原始有限频宽的正交(I/Q)信号转变为极化(振幅/相位)信号，理论上极化的振幅(amplitude)与相位(phase)信号需要极大的频宽才能维持原发射信号的品质。当限制振幅与相位信号的使用频宽会增加误差向量幅度(error vector magnitude，EVM)及产生频谱增长(spectral regrowth)的问题。因此如何找出一个可调整频宽的简洁、有效的方法，增加频宽的使用量，是业界极欲解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种极化发射器及应用于极化发射器中的相位调变器以及相位调变方法，通过180度的相位切换器以提升相位调变的范围，并选用适当的过取样率(over sampling rate)使原先在数控式振荡器内用来克服工艺、电压及温度偏移的电容阵列(capacitor array)可兼用来提供多相位变化的信号。同时辅以相位误差的校正，以提高相位调变的准确度。

本发明的实施例之一是一种相位调变器，可用于极化发射器，根据一相位样本产生具有相位变化的一射频信号。其中包含一回路控制器，可根据一参考频率、该相位样本以及该射频信号以决定一目标频率值。接着，一逻辑控制单元根据该目标频率值产生一振荡调控字。该振荡调控字被送至一数字振荡器，以产生一准射频信号。该数字振荡器具有一调变能力范围，为负90度到正90度。该准射频信号经过一相位切换器的处理后，即产生具有目标频率值的射频信号。该相位切换器可根据一切换信号，视情况将该准射频信号跳转180度。

当该目标频率值超过该调变能力范围时，该逻辑控制单元根据该目标频率值扣除180度的余值产生该振荡调控字，并发出一切换信号至该相位切换器，使该准射频信号跳转180度以合成具有该目标频率值的该射频信号。相对地，当该目标频率值不超过该调变能力范围时，该逻辑控制单元直接根据该目标频率值产生该振荡调控字，而该相位切换器将该准射频信号直接输出以合成具有该目标频率值的该射频信号。

本发明的另一实施例是采用上述相位调变器的极化发射器。其中除了包含上述相位调变器之外，还包含一极化处理器，用以将该基频信号转换为一振幅样本以及一相位样本，一振幅调变器根据该振幅样本产生一振幅调控信号，以及一数字功率放大器接收该振幅调控信号，将该射频信号放大并发送出去。

本发明的另一实施例是利用上述相位调变器的相位调变方法。该相位调变方法用于一极化发射器，根据一相位样本产生具有相位变化的一射频信号，包含：将该射频信号与一参考频率及该相位样本进行比较以决定一目标频率值；根据该目标频率值产生一振荡调控字；提供具有一调变能力范围为一第一角度到一第二角度之间的一数字振荡器，用以根据该振荡调控字产生一准射频信号；当该目标频率值超过该调变能力范围时，根据该目标频率值扣除180度的余值产生该振荡调控字，并使该准射频信号跳转180度以合成具有该目标频率值的该射频信号；以及当该目标频率值不超过该调变能力范围时，直接根据该目标频率值产生该振荡调控字，并使该准射频信号直接输出以合成具有该目标频率值的该射频信号。详细的发明细节将于实施方式中详述。

本发明相对于已知做法，跳转180度的方法可以减少多相位切换器所造成的相位误差，也可以使调变能力较低的数字振荡器达到较大的相位调变的结果。

附图说明

图1是一极化发射器的架构图；

图2是图1中相位调变器的实施例；

图3a是温度计码编码器的实施例；

图3b是数字振荡器中电容阵列的实施例；

图4是相位切换器的实施例；

图5是本发明相位调变方法的流程图；

图6是决定振荡调控字的流程图。

【主要元件符号说明】

100    极化发射器

110    极化处理器

120    振幅调变器

130    相位调变器

140    数字功率放大器

210    回路控制器

220    逻辑控制单元

230    温度计码编码器

240    数字振荡器

250    相位切换器

302    缓存器

310    第一编码器

320    第二编码器

330    第三编码器

340    积分三角调变器

312、322、332    缓存器

350    电容阵列

402    第一多工器

404    第二多工器

具体实施方式

下列实施例具体的说明如何以较佳的方式实现本发明。实施例仅供说明一般应用的方式，而非用以限缩本发明的范围。实际范围以申请专利范围所列为准。

图1是一般极化发射器的架构图，而本发明所提出的相位调变方法是基于此架构所产生的改良。在极化发射器100中，欲对外发送的基频信号通常分为正交两路(以I、Q表示)，以一特定的数据传输率(data rate)传送至一极化处理器110。该极化处理器110可进行坐标转换运算，将该基频信号极化为一振幅样本A以及一相位样本F。振幅样本A会被送至一振幅调变器120，经过调变之后产生一振幅调控信号α。而相位样本F会被送至一相位调变器130，经过调变之后产生具有相位变化的射频信号ω。最后由一数字功率放大器140根据该振幅调控信号α将该射频信号ω放大后发送出去。一般来说，为了提供良好的传输品质，相位调变器130必须具备足够高的取样频率，并准确的校准相位误差。

图2是图1中相位调变器130的实施例。相位调变器130基本上是一个数字化的锁相回路，输出端的射频信号P_OUT回馈回来与输入端的相位样本DATA、无线频道CHANNEL及参考频率F_REF交互作用以达成准确输出。首先，一回路控制器210根据参考频率F_REF、相位样本DATA以及射频信号P_OUT以决定一目标频率值P_DATA。较佳的，该回路控制器210还可进一步参考一无线频道的频道频率调控字(CHANNEL)以决定该目标频率值。接着由一逻辑控制单元220根据该目标频率值P_DATA产生一振荡调控字(Oscillation TuningWord；OTW)，用以控制其后的一数字振荡器240。基本上相位样本DATA是由极化处理器110所提供的信息，而无线频道CHANNEL是根据不同应用领域与通讯标准所决定的值。参考频率F_REF是一般锁相回路必备的参考基准，因此详细说明不再赘述。

在本实施例中，该数字振荡器240的调变能力范围特别调制为负90度到正90度，其中包含多个电容并联，可根据该振荡调控字产生一准射频信号P_DCO。更进一步地说，该数字振荡器240的调变能力范围可以是介于一第一角度和一第二角度之间，而该第一角度和该第二角度相差180度。为了产生大的相位变化的射频信号P_OUT，并降低相位误差，本发明提出一种相位切换器250，耦接该数字振荡器240以及该逻辑控制单元220，可根据一切换信号#SW视情况将该准射频信号P_DCO跳转180度。

该切换信号#SW实际上是由逻辑控制单元220判断目标频率值P_DATA的大小而决定的。举例来说，由于数字振荡器240的调变能力范围定在负90度到正90度之间，如果目标频率值P_DATA超过该调变能力范围时，数字振荡器240无法直接产生对应目标频率值P_DATA的射频信号P_OUT。为了达成这个目的，该逻辑控制单元220先根据该目标频率值扣除180度的余值产生该振荡调控字，使数字振荡器240先产生一个调变能力范围内的准射频信号P_DCO。同时该逻辑控制单元220发出一切换信号#SW至该相位切换器250，使该相位切换器250将该准射频信号跳转180度以合成具有该目标频率值P_DATA的该射频信号P_OUT。

相对的，当该目标频率值P_DATA不超过该调变能力范围时，该逻辑控制单元220直接产生该振荡调控字来驱动该数字振荡器240，所产生的准射频信号P_DCO则不需再跳转，直接输出为该射频信号P_OUT。换句话说，相位切换器250所输出的射频信号P_OUT，实际上可能是准射频信号P_DCO和相位180度的组合结果。相对于已知的做法，跳转180度的方法可以减少多相位切换器250所造成的相位误差。此外，也可以使调变能力较低的数字振荡器240达成较大的相位调变结果。

为了透过振荡调控字精确的控制数字振荡器240，本发明还提出一个温度计码(Thermometer Code)编码器230的实施例，将振荡调控字中的位做适当安排后再送至数位振荡器240。一般来说，该振荡调控字是一串二进制值，依照最大意义位顺序可分类为一工艺电压温度(Process-Voltage-Temperature，PVT)调控字，一撷取(Acquisition，ACQ)调控字以及一追踪(Track，TRK)调控字。举例来说，如果振荡调控字中包含24位OTW[0:23]，最高的八个位OTW[16:23]即为PVT调控字，接着八个位OTW[8:15]构成了ACQ调控字，而最低的八个位OTW[0:7]则构成了TRK调控字。在本发明中，三种调控字的分类方式不限定是上述的8位等分法，不同调控字所对应的位可以随实际需求而调整。举例来说，在该振荡调控字的24位中，该PVT调控字可以是前六个最大意义位，该ACQ调控字为其次七个位，而该TRK调控字为再其次十一个位。

基本上具有高字节的PVT调控字对于数字振荡器240可以调整的范围最大，但是其分辨率却也最粗，一般是用来校正芯片的工艺、电压以及温度对于相位调变器130的影响。具有低字节的TRK调控字对于数字振荡器240可以调整的范围最小，但是其分辨率却也最细，一般是用来追踪载波信号(carriersignal)所使用。具有中间字节的ACQ调控字对于数字振荡器240可以调整的范围以及分辨率都是三者之中的中间，一般是用来大致地决定无线频道(channel)。

图3a是温度计码编码器230的实施例。该温度计码编码器230耦接该逻辑控制单元220，包含了一缓存器302，用以接收该振荡调控字中的PVT调控字、ACQ调控字以及TRK调控字。一第一编码器310可根据该PVT调控字的部分位产生一第一温度计码PVT’。举例来说，如果本实施例是应用在全球互通微波存取(WiMAX)通讯标准的话，PVT振荡调控字中的每一位对应的频率范围为4MHZ(2¹²)到128MHZ(2¹⁷)。该第一编码器310可将该PVT调控字中的前三个最大意义位(亦即2¹⁵，2¹⁶以及2¹⁷)转换为包含七个等值位P₁到P₇的第一温度计码PVT’，存放在缓存器312中。换句话说，缓存器312中的每一等值位可使数字振荡器240产生的准射频信号P_DCO调动32MHz。

该第一编码器310转换的位数是可选择的。假设本发明是应用在宽频码分多址(WCDMA)通讯协议，则该第一编码器310可将该PVT调控字中的前四个最大意义位(即2¹⁴到2¹⁷)转换为包含十五个等值位的该第一温度计码，存放在该缓存器312中。换句话说，在此例中该缓存器312的每一等值位可使该数字振荡器240产生的准射频信号P_DCO调动16MHz。

同样的，一第二编码器320可根据该ACQ调控字产生一第二温度计码MSB，存放于缓存器322中，包含127个等值位M₁到M1₂₇，每一等值位可使数字振荡器240微调数百KHz或至数MHz不等，例如1MHz。微调的范围是可以视需要自由选择的，本发明并不限定之。同样地，一第三编码器330根据该TRK调控字的部分位产生一第三温度计码LSB，存放于缓存器332中，包含等值位L₁到L₃₁。在图3a中，该TRK调控字中的前五个最大意义位(2⁰到2⁴)被转换为包含31个等值位的该第三温度计码LSB。该TRK调控字中的部分分数位(2^-5到2^-1)，可透过一积分三角调变器340转换为校准码L_C，提供数字振荡器240当做分数微调的参数。

图3b为数字振荡器240中电容阵列350的实施例。数字振荡器240接收温度计码编码器230产生的温度计码，以提供对应频率的准射频信号P_DCO，其中包含一电容阵列350，由多个电容与至少一电感并联组成。每一电容对应受到一等值位的控制而决定开关状态，借此整体的等效电容电感常数就决定了准射频信号P_DCO的振荡频率。在本实施例中，电容阵列350中的电容可分为PVT组、ACQ组和TRK组，各对应图3a所输出的第一温度计码PVT’，第二温度计码MSB以及第三温度计码LSB。其中每一组的电容值可视实际应用的规格而弹性决定，本发明并不限定之。

图4为相位切换器250的实施例。一般来说，数字振荡器240输出的准射频信号P_DCO是一种差动信号，包含P_DCO+和P_DCO-彼此反相(亦即相差180度)。该相位切换器250包含两个选择器，各同时耦接该P_DCO+和P_DCO-。当该切换信号#SW为0时，相位切换器250将该第一多工器402直接将P_DCO+输出为P_OUT+，该第二多工器404直接将P_DCO-输出为P_OUT-。相对的，当切换信号#SW为1时，第一多工器402选择P_DCO-成为P_OUT+，而第二多工器404选择P_DCO+成为P_OUT-。借此，所输出的射频信号P_OUT包含P_OUT+和P_OUT-，即是一个180度跳转的信号。

图5为本发明相位调变方法的流程图。综上所述，本发明的相位调变方法可以整理成下列步骤。在步骤501中，启动相位调变器130开始接收极化的相位样本DATA。在步骤503中，由回路控制器210决定目标频率值P_DATA。在步骤505中，该逻辑控制单元220判断该目标频率值P_DATA对应的相位角大小是否大于90度或小于负90度。如果是，则跳至步骤511，采用相位跳转方式合成射频信号P_OUT。如果否，则跳至步骤507，不启动相位跳转直接产生射频信号P_OUT。在步骤507中，该逻辑控制单元220根据目标频率值P_DATA决定振荡调控字。更进一步地说，该温度计码编码器230将振荡调控字转换为不同范围的温度计码PVT’、MSB和LSB，借该等温度计码的线性组合来控制数字振荡器240。在步骤509中，该数字振荡器240根据温度计码PVT’、MSB和LSB的线性组合驱动对应的电容，以产生准射频信号P_DCO。该准射频信号P_DCO随即直接输出为射频信号P_OUT。

另一方面，在步骤511中进行的是，以相位跳转的方式合成射频信号P_OUT。首先将目标频率值扣除180度，作为振荡调控字的产生根据。举例来说，如果目标频率值落在130度，则扣除180度后为-50度。接着在步骤513中，该逻辑控制单元220即根据该目标频率值扣除180度的余值，例如-50度，来产生该振荡调控字。在步骤515中，同样地是经由温度计码编码器230将振荡调控字转换为不同范围的温度计码PVT’、MSB和LSB，借这些温度计码的线性组合来控制数字振荡器240产生准射频信号P_DCO。接着在步骤517中，该相位切换器250根据逻辑控制单元220发出的切换信号#SW，将准射频信号P_DCO跳转180度，即可合成具有该目标频率值的射频信号P_OUT。

图6是决定振荡调控字的流程图。由于准射频信号P_DCO的振荡频率是该PVT调控字、该ACQ调控字以及该TRK调控字的线性组合结果，欲减少电容的使用数量，需由大到小依序决定调控字的值。如前所述，PVT调控字的调动范围最大，ACQ调控字次之，而TRK调控字最小。在步骤601中，启动一程序以决定步骤507和513所述的振荡调控字。在步骤603中，首先根据振荡调控字决定最大可能的PVT调控字。假设每一PVT调控字可调动30度，欲达成50度，可先产生2x30＝60度。接着在步骤605中，根据振荡调控字和PVT调控字的差值决定ACQ调控字的值。由于前一步骤所得的差值是-10度，假设每一ACQ调控字可调动1度，所以ACQ调控字可设定减少为10x1度来补足差值。最后在步骤607中可进一步的计算TRK调控字的值，将更小的误差补足。

虽然本发明以较佳实施例说明如上，但可以理解的是本发明的范围未必如此限定。相对的，任何基于相同精神或对已知技术者为显而易见的改良皆在本发明涵盖范围内。因此权利要求的范围必须以最广义的方式解读。