多模式处理电路及其多模式控制方法

技术领域

本发明是有关于一种多模式整合技术，且特别是有关于一种多模式处理电路及其多模式控制方法。

背景技术

混波器(mixer)与缓冲器(buffer)是通讯传送器、接收器或收发器中常见的电子组件。值得注意的是，混波器与缓冲器都可接收本地振荡器(Local Oscillator，LO)所提供的本地振荡信号。在现有技术中，电路设计会为个别的混波器与缓冲器搭配开关(switch)电路来切换使用本地振荡信号。然而，前述现有电路设计所需要的布线(layout)面积较大，且系统整体较为耗电。此外，混波与缓冲两模式之间频繁切换使用也可能会造成插入损失(insertion loss)。由此可知，整合混波器与缓冲器的现有电路设计仍有待改进。

发明内容

本发明提供一种多模式处理电路及其多模式控制方法。

本发明实施例的多模式处理电路，其包括但不仅限于控制电路及混波器。控制电路用以接收输入信号，并依据此输入信号输出控制信号及另一控制信号中的一者。混波器耦接控制电路，并用以将控制电路所输出的控制信号与另一输入信号、或另一控制信号与此另一输入信号混波，以将输出信号输出。

另一方面，本发明提供了一种多模式控制方法，其包括但不仅限于下列步骤：提供前述多模式处理电路；依据控制信号操作于一模式；依据另一控制信号操作于不同的另一模式。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本发明一实施例的多模式处理电路的组件模块图。

图2A是依据本发明一实施例的控制电路的组件模块图。

图2B是依据本发明另一实施例的控制电路的组件模块图。

图3A是依据本发明一实施例的混波器的组件模块图。

图3B是依据本发明另一实施例的混波器的组件模块图。

图4是依据本发明另一实施例的多模式处理电路的组件模块图。

图5是依据本发明一实施例的控制电路的组件模块图。

图6是依据本发明又一实施例的混波器的组件模块图。

图7是依据本发明一实施例的多模式控制方法的流程图。

图8是依据本发明一实施例的短脉冲(pulse)信号的波形图。

图9A是依据本发明一实施例的2-连续波(Continuous Wave，CW)应用的波形图。

图9B是依据本发明一实施例的2-CW应用的相位与时间(距离)对应图。

【符号说明】

100、100’：多模式处理电路

110、110-1、110-2、110’、110’-1：控制电路

111、117：控制开关

113：数字模拟转换器

115：低通滤波器

130、130-1、130-2、150、150-1：混波器

131～135、151～155：开关电路

170：模式决定电路

CS1、CS2、CS3：控制信号

IS1～IS5、IS1-：输入信号

OS1、OS2：输出信号

SC1、SC3：电流源

T11、T12、T21、T22：输入端

T13、T23：输出端

T1～T6：晶体管

CH：扼流圈

VDD：电源供应电压

S710～S730：步骤

TD：时间区间

Δφ：相位差

φf1、φf2、φIF、-φIF：相位

具体实施方式

图1是依据本发明一实施例的多模式处理电路100的组件模块图。请参照图1，多模式处理电路100包括但不仅限于控制电路110及混波器130。多模式处理电路100可应用在各类型通讯传送器或收发器。例如，多模式处理电路100可设在雷达装置或测距装置中。

控制电路110用以接收输入信号IS1。此输入信号IS1可能是任何波形(例如，弦波、三角波或方波等)的交流信号、或任何波形或固定振幅的直流信号。在一实施例中，输入信号IS1是待混波的中频(Intermediate Frequency，IF)信号。在另一实施例中，输入信号IS1是直流偏压。又一实施例中，输入信号IS1是经编码的数字信号。

此外，控制电路110可依据输入信号IS1选择性地输出控制信号CS1及控制信号CS2中的一者。在一实施例中，控制电路110可依据模式选择操作选择输出控制信号CS1或控制信号CS2。此模式选择操作可能是基于预设触发条件(例如，相关于测距或对象侦测的侦测结果、时间等)，也可能是基于使用者在输入设备(例如，开关、键盘、触碰面板等)上的输入操作。此外，在一实施例中，控制信号CS1是直流信号，且控制信号CS2是交流信号。值得注意的是，直流或交流信号的选择相关于模式的选择，并待后续实施例详细说明。

控制电路110的变化有很多种。图2A是依据本发明一实施例的控制电路110-1的组件模块图。请参照图2A，控制电路110-1包括控制开关111。控制开关111的输入端T11用以接收输入信号IS1，其输入端T12用以接收输入信号IS3，且其输出端T13耦接混波器130并用以选择性地输出控制信号CS1及控制信号CS2中的一者。

在一实施例中，输入信号IS1是中频信号，输入信号IS3是直流偏压(例如，电源供应电压(VDD)、或其他固定电压)。控制电路110-1可能更连接有控制端(图未绘示)，此控制端是反应于前述模式选择操作而接收对应控制信号(相关于选择输入信号IS1或输入信号IS3)，从而选择输入信号IS1作为控制信号CS2输出(即，控制信号CS2是中频信号)、或选择输入信号IS3作为控制信号CS1输出(即，控制信号CS1是直流偏压)。

图2B是依据本发明另一实施例的控制电路110-2的组件模块图。请参照图2B，控制电路110-2包括数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter，DAC)113及低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)115。数字模拟转换器113可藉由N阶(N为大于零的正整数)过取样调变器或N-位(N-bit)奈奎斯特(Nyquist)频率取样器来实现。在本实施例中，输入信号IS1是经编码的数字信号，且数字模拟转换器113依据输入信号IS1的编码内容输出控制信号CS1及控制信号CS2中的一者。例如，表(1)是编码内容与数字模拟转换器113的输出电压的对照表：

表(1)

编码内容为“00”，则输出信号为0或1.2伏特的直流偏压(即，直流形式的控制信号CS1)；编码内容为“01”，则输出信号为介于0.33及1伏特之间的交流信号(即，控制信号CS2)；编码内容为“10”，则输出信号为0.67伏特的直流偏压(即，直流形式的控制信号CS1)；编码内容为“11”，则输出信号为介于1及0.33伏特之间的交流信号(即，控制信号CS2)。而模式项目待后续实施例详述。

需说明的是，表(1)中的项目、其数值及项数可能依据实际需求而变化，本发明实施例不加以限制。此外，表(1)记录两个输出端，其中一端可耦接至混波器130。

另一方面，低通滤波器115耦接数字模拟转换器113，并对数字模拟转换器113所输出的控制信号CS1或控制信号CS2进行低通滤波处理，以滤除噪声。

在其他实施例中，控制电路110亦可能是其他芯片或数字电路，并经组态依据模式选择操作而选择仅输出控制信号CS1或仅输出控制信号CS2。

请参照图1，混波器130耦接控制电路110，接收控制电路110所输出的控制信号CS1或控制信号CS2，并用以将控制信号CS1与输入信号IS2、或控制信号CS2与输入信号IS2混波，以将输出信号OS1输出。

在一实施例中，输入信号IS2是振荡器(图未绘示)或其他信号产生器所提供的频率信号或本地振荡信号。混波器130可基于频率信号或本地振荡信号对控制信号CS1或控制信号CS2混波(上变频(up conversion))以形成射频信号(即，输出信号OS1)。

混波器130的变化有很多种。图3A是依据本发明一实施例的混波器130-1的组件模块图。请参照图3A，混波器130-1包括开关电路131及133，从而形成非平衡式混波器。

开关电路131包括晶体管T1。晶体管T1的控制端(例如，栅极)耦接控制电路110的输出端并用以接收控制信号CS1或控制信号CS2，晶体管T1的第一端(例如，源极)耦接电流源SC1(其另一端用以耦接一参考电压端，例如是接地)，且晶体管T1的第二端(例如，漏极)作为开关电路131的输出端。开关电路131受控于控制信号CS1及控制信号CS2中的一者而改变导通程度，例如可被导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者输出或截止。

例如，控制信号CS1为高电压位准，则开关电路131导通，使开关电路131输出控制信号CS1至开关电路133。又例如，交流形式的控制信号CS2输入至开关电路131，即可动态控制开关电路131的导通程度，例如是导通或断开。再例如，控制信号CS1为低电压位准(也就是参考电压的电位，例如是接地电位)，则开关电路131断开，使开关电路131无输出。

开关电路133包括晶体管T2。晶体管T2的控制端(例如，栅极)用以接收输入信号IS2，晶体管T2的第一端(例如，源极)耦接开关电路131的输出端，且晶体管T2的第二端(例如，漏极)作为开关电路133的输出端。开关电路133受控于输入信号IS2而改变导通程度，例如可被导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者通过或截止，进而达成混波效果。开关电路133即可依据开关电路131所输出的控制信号CS1与输入信号IS2、或控制信号CS2与输入信号IS2进行混波(例如，操作在混波模式)，以形成输出信号OS1。

若开关电路133接收控制信号CS1，则输出信号OS1的载波频率可以是控制信号CS1与输入信号IS2的载波频率总和。在一实施例中，控制信号CS1为直流信号，则输出信号OS1的载波频率等同于输入信号IS2的载波频率，且混波器130可作为缓冲器使用(例如，操作在缓冲模式)。

另一方面，若开关电路133接收控制信号CS2，则输出信号OS1的载波频率可以是控制信号CS2与输入信号IS2的载波频率总和。在一实施例中，控制信号CS2为具有特定周期特性的交流信号(例如，弦波的中频信号或其他波形的信号)，输出信号OS1即形成射频信号。

在一实施例中，多模式处理电路100更包括扼流圈CH。扼流圈CH的一端耦接混波器130-1的输出端(例如，开关电路133的输出端)，且其另一端接收电源供应电压VDD或其他固定电压。扼流圈CH可用于降低或滤除噪声干扰。

图3B是依据本发明另一实施例的混波器130-2的组件模块图。请参照图3B，与混波器130-1的实施例不同之处在于，混波器130-2更包括开关电路135，从而形成单平衡式混波器。

开关电路135包括晶体管T3。晶体管T3的控制端(例如，栅极)用以接收输入信号IS4，晶体管T3的第一端(例如，源极)耦接开关电路131的输出端，且晶体管T3的第二端(例如，漏极)作为开关电路135的输出端(可选择性地耦接扼流圈CH)。输入信号IS4可以是频率信号或本地振荡信号。开关电路135受控于输入信号IS4而改变导通程度，例如可被导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者通过或截止，进而达成混波效果。开关电路135即可依据开关电路131所输出的控制信号CS1与输入信号IS4、或控制信号CS2与输入信号IS4进行混波(例如，操作在混波模式)，以形成不同于输出信号OS1的输出信号OS2。

在一实施例中，输入信号IS4是输入信号IS2的反相信号。若开关电路133接收控制信号CS2(例如，具有特定周期特性的交流信号)，则输出信号OS2的载波频率是控制信号CS2与输入信号IS2的载波频率差值。在其他实施例中，输入信号IS4也可能与输入信号IS2不同频率。

在另一实施例中，若开关电路131接收直流形式的控制信号CS1，则混波器130-2可作为差分(differential)放大器，即可具有缓冲功能(例如，操作在缓冲模式)，且输出信号OS1及OS2相关于输入信号IS2及IS4的电压差值。

前述实施例是相关于单一混波器，然多模式处理电路100还有其他变化。

图4是依据本发明另一实施例的多模式处理电路100’的组件模块图。请参照图4，与多模式处理电路100的实施例不同之处在于，多模式处理电路100’更包括另一个混波器150(耦接控制电路110’)，且控制电路110’提供两个输出端以分别输出控制信号CS1及控制信号CS2中的一者至混波器130及混波器150。

控制电路110’的变化有很多种。图5是依据本发明一实施例的控制电路110’-1的组件模块图。请参照图5，与控制电路110-1的实施例不同之处在于，控制电路110’-1更包括控制开关117。控制开关117的输入端T21用以接收反相的输入信号IS1(以输入信号IS1-表示)，其输入端T22接地，且其输出端T23耦接混波器150并用以输出控制信号CS1或控制信号CS2。即，控制电路110’-1包括两个输出端T13及T23。

相似地，控制电路110’-1可能更连接有控制端(图未绘示)，此控制端是反应于前述模式选择操作而接收对应控制信号(相关于选择输入信号IS1及IS1-、或输入信号IS3及参考电位端的电位，例如是接地)，从而选择输入信号IS1作为混波器130的输出且选择输入信号IS1-作为混波器150的输出(即，输出控制信号CS2)，或者选择输入信号IS3作为混波器130的输出且选择混波器150不输出或0电位(即，输出控制信号CS1)。

例如，表(2)是控制电路110’-1的输出电压与模式的对照表：

表(2)

若输出端T23接地且输出端T13输出电源供应电压VDD(即，输入信号IS3，且也可能是其他固定电压)，则输出信号电源供应电压VDD(即，直流的控制信号CS1)；若输出端T23输出输入信号IS1-且输出端T13输出输入信号IS1，则输出信号为控制信号CS2(交流形式的振幅可能为正值或负值)；若输出端T13及T23输出相同电位的信号，即输出直流的控制信号CS1。

在另一实施例中，控制电路110’可以是如图2B实施例的控制电路110-2。以表(1)的对照表为例，输出端1可耦接混波器150，且输出端2可耦接混波器130。

另一方面，图6是依据本发明又一实施例的混波器130及150的组件模块图。请参照图6，混波器130以图3B实施例中的混波器130-2为例，但于其他实施例可能是图3A的混波器130-1或其他混波器，且其详细说明将不再赘述。而另一混波器150-1包括开关电路151、153及155，且与混波器130-2共同形成双平衡式混波器(例如，吉尔伯特单元(Gilbert cell))。

开关电路151包括晶体管T4。晶体管T4的控制端(例如，栅极)耦接控制电路110的输出端(例如，图5的输出端T23或表(1)的输出端1)并用以接收控制信号CS1或控制信号CS2，晶体管T4的第一端(例如，源极)耦接电流源SC3(其另一端接地)，且晶体管T4的第二端(例如，漏极)作为开关电路151的输出端。开关电路151受控于控制信号CS1及控制信号CS2中的一者而导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者输出或截止。

开关电路153包括晶体管T5。晶体管T5的控制端(例如，栅极)用以接收输入信号IS5，晶体管T5的第一端(例如，源极)耦接开关电路151的输出端，且晶体管T5的第二端(例如，漏极)作为开关电路153的输出端(可选择性地耦接扼流圈CH)。开关电路153受控于输入信号IS5而导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者通过或截止，进而达成混波效果。开关电路153即可依据开关电路151所输出的控制信号CS1与输入信号IS5、或控制信号CS2与输入信号IS5进行混波(例如，操作在混波模式)，以形成输出信号OS2。

在一实施例中，输入信号IS5的载波频率相同于输入信号IS2。例如，输入信号IS5即为输入信号IS2。若开关电路153接收反相的控制信号CS2(例如，具有特定周期特性的交流信号)，则输出信号OS2的载波频率是控制信号CS2与输入信号IS2的载波频率差值(即，反相的控制信号CS2与输入信号IS5的载波频率总和)。

开关电路155包括晶体管T6。晶体管T6的控制端(例如，栅极)用以接收输入信号IS4，晶体管T6的第一端(例如，源极)耦接开关电路151的输出端，且晶体管T6的第二端(例如，漏极)作为开关电路155的输出端(可选择性地耦接扼流圈CH)。输入信号IS4可以是频率信号或本地振荡信号。开关电路155受控于输入信号IS4而改变导通程度，例如可被导通或断开，使控制信号CS1及控制信号CS2中的一者通过或截止，进而达成混波效果。开关电路155即可依据开关电路151所输出的控制信号CS1与输入信号IS4、或控制信号CS2与输入信号IS4进行混波(例如，操作在混波模式)，以形成输出信号OS1(假设输入信号IS4为输入信号IS2的反相信号)。

在一实施例中，若开关电路151接收直流形式的控制信号CS1，则混波器150-1可作为差分放大器，即可具有缓冲功能(例如，操作在缓冲模式)，且输出信号OS1及OS2相关于输入信号IS4及IS5的电压差值。

需说明的是，在另一实施例中，混波器150亦可能不包括开关电路155(即，混波器150仅包括开关电路151及153)，且其相关说明可参酌图3A中混波器130-1的叙述，于此不再赘述。

此外，请参照图4，在一实施例中，多模式处理电路100’更包括模式决定电路170。模式决定电路170耦接控制电路110’(例如，前述控制电路110’的控制端)。模式决定电路170输出控制信号CS3，且控制电路110’可基于控制信号CS3选择输出控制信号CS1及控制信号CS2中的一者。

在一实施例中，此控制信号CS3是依据侦测结果决定控制电路110’提供控制信号CS1及控制信号CS2中的一者，且此侦测结果是基于输出信号OS1所侦测。具体而言，混波器130的输出端可连接射频前端电路(图未绘示，例如，功率放大器(Power Amplifier，PA)及天线)，以将输出信号OS1及/或输出信号OS2传送而出。接收器可接收输出信号OS1及/或输出信号OS2的反射信号，并依据参考距离判断是否有移动物体的分析结果。而模式决定电路170可基于分析结果提供控制信号CS3。例如，控制信号CS3是高电位表示有移动物体，且低电位表示未有移动物体。

在另一实施例中，此控制信号CS3也可能是基于使用者的输入操作、时间调整或其他分析结果而产生。

由前述说明可知，本发明实施例的混波器130及150将整合缓冲器以共同形成单一单元，并可藉由输入不同控制信号CS1及CS2，形成混波器及缓冲器中的一者。以下将详细说明其运作。为了方便说明，以下将以图4及图6的实施例为主来说明，然其他实施例亦可实现。

图7是依据本发明一实施例的多模式控制方法的流程图。请参照图7，多模式处理电路100’依据控制信号CS 1操作于一模式(步骤S710)。在一实施例中，控制信号CS1为直流信号。以表(2)及图5的控制电路110’-1为例，控制开关111的输出端T13连接输入端T12，控制开关117的输出端T23连接输入端T22，且此模式为缓冲模式。或者，以表(1)及图2B的控制电路110-2为例，编码内容为“00”，且假设电源供应电压VDD为1.2伏特。

值得注意的是，请参照图6，混波器130-2的开关电路131的电压为电源供应电压VDD，且开关电路133的输出端的电压为电源供应电压VDD，使得混波器130-2无输出。另一方面，混波器150-1的开关电路151的电压为参考电位端的电位，例如是0伏特，且开关电路153的输出端的电压为电源供应电压VDD，使得混波器150-1作为差动放大器，即具有缓冲功能。在缓冲模式下，多模式处理电路100’可提供1-连续波(Continuous Wave，CW)信号(例如，输出信号OS 1及OS2作为雷达信号)，并可用于物体移动侦测。

在另一实施例中，若混波器130-2与混波器150-1接收相同电位的信号(例如，表(1)中编码内容为“10”，或表(2)中的相同电位)。此时，开关电路131及151所形成的差动对(pair)将两电位相减得出0电位，并使混波器130-2与混波器150-1皆无输出(以下称作无输出模式)。

在一实施例中，缓冲模式结合无输出模式可实现在超宽带(Ultra-wideband，UWB)应用。具体而言，图8是依据本发明一实施例的短脉冲(pulse)信号的波形图。请参照图8，多模式处理电路100’在时间区间TD中切换至缓冲模式，并待时间区间TD结束而切换至无输出模式。假设时间区间TD的数值小于特定阈值(例如，小于或大约2纳秒(nanoseconds，ns))，将使得输出信号OS1及/或OS2在频谱上形成平坦的展频信号，并可作为UWB应用，以进行距离及位置决定。

请参照图7，多模式处理电路100’依据控制信号CS2操作于另一模式(步骤S730)。在一实施例中，控制信号CS2为交流信号。以表(2)及图5的控制电路110’-1为例，控制开关111的输出端T13连接输入端T11，控制开关117的输出端T23连接输入端T21，且此模式为混波模式。或者，以表(1)及图2B的控制电路110-2为例，编码内容为“01”或“11”。值得注意的是，请参照图6，交流形式的输入信号IS1及IS1-将动态地改变开关电路131及151的导通程度，例如开启或关闭开关电路131及151，且结合频率信号或本地振荡信号的输入，即可达到混波功能。

在混波模式下，多模式处理电路100’可提供2-CW信号(例如，输出信号OS1及OS2作为雷达信号)，并可用于对移动物体的距离侦测(例如，短范围窄频距离估测)。具体而言，以图6为例，假设混波器130-2接收的控制信号CS2为中频信号，且混波器150-1接收的控制信号为反相的中频信号。图9A是依据本发明一实施例的2-CW应用的波形图。请参照图9A，假设输出信号OS1及OS2的信号波形如图所示。输出信号OS1的频率f

值得注意的是，基于多普勒(Doppler)频移，信号传播距离与相位的变化相关。假设输出信号OS1及OS2经由射频前端电路传送而出，不同载波频率的两传送信号经移动物体反射且透过接收器接收后，两信号之间的相位差

图9B是依据本发明一实施例的2-CW应用的相位与时间(距离)对应图。请参照图9B，相位

在一实施例中，若基于控制信号CS1的模式(即，使用1-CW动态侦测)的侦测结果(即，前述分析结果)是出现移动物体，则模式决定电路170可产生驱动控制电路110提供控制信号CS2的控制信号CS3，即可切换至基于控制信号CS2的模式(即，使用2-CW针对移动物体的距离侦测)。另一方面，若基于控制信号CS1的模式的侦测结果是未出现移动物体，则多模式处理电路100’维持在当前模式。由于1-CW动态侦测相较于2-CW距离侦测更省电，而透过前述切换机制可让多模式处理电路100’有距离侦测需求(例如，出现移动物体)的情况下再切换至2-CW距离侦测的模式，且无须随时维持在2-CW距离侦测，从而节省能量。

另一方面，本发明实施例的混波器130及150是电流驱动(如图3A、图3B及图6)，且透过改变输入信号IS1及IS1-的电压位准或是透过改变数字编码内容，即可实现快速切换模式。

综上所述，本发明实施例的多模式处理电路及其多模式控制方法，将缓冲器与混波器整合，例如可将混波器及缓冲器整合于单一单元，从而节省布线面积及功耗。此外，经由输入不同控制信号，即可实现模式切换，并可减少插入损失。在雷达应用上，本发明实施例可提供1-CW、2-CW及短脉冲模式的侦测或估测。在电流驱动切换的情况下，本发明实施例可实现快速模式切换。此外，针对2-CW的距离侦测，可提供同步的初始参考相位，从而提升距离估测的准确性。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。