專利名稱：收發(fā)器裝置的數(shù)字式自動增益控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明系相關于用于無線通訊系統(tǒng)的方法及設備，而且特別是相關于用于例如無線局域網(wǎng)絡(WLAN)、移動電話及其類似收發(fā)器裝置的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣釉鲆婵刂菩袨椤?br> 背景技術：
現(xiàn)今，人們做了很大的努力去發(fā)展能以低成本提供高信賴度的收發(fā)器裝置。此需求的關鍵問題在于與可能制造的相關收發(fā)器裝置的整合程度?；诔杀居行缘目剂?，此整合程度在許多應用上，例如直播衛(wèi)星(DBS)接收器及無線局域網(wǎng)絡裝置，是非常重要的，但在其它應用上，例如移動電話、行動收音機及其的類的，低耗電量則是首要的考量。
目前，收發(fā)器裝置的兩個重要結構在市場上相互競爭，其中，基于高整合度與降低耗電量的趨勢，所謂的直接轉(zhuǎn)換結構似乎較所謂的超外差式結構更成為受喜好的拓撲方法。超外差式接收器將接收到的射頻(RF)信號降頻成一較低的中頻(IF)信號，此中頻信號可以更方便地被濾波、放大、或做其它的處理。雖然超外差結構已建立完備且允許組建操作無虞的接收器裝置，但使這些裝置能正常運作所需的高選擇性中頻濾波器需要運用高品質(zhì)的電容及電感，從而限制了與超外差結構可達到的整合度，這是因為高品質(zhì)的電感可能不易實作于半導體基板上。再者，以極高的中頻信號運作的放大器需要相當大的驅(qū)動電流來為所需的增益因素做準備，使得這些裝置的耗電量可能無法下降至運作于極低頻率的放大器的電平。
在直接轉(zhuǎn)換式接收器中，射頻信號被直接降頻成一直流電平，亦即中頻為零，這使得所需的濾波器及放大器，排除低噪聲放大器及輸入濾波器，可以以基頻帶運作。因此，所需的濾波器可以整合至帶有全部或大部分殘余電路的芯片中，同時，相關的放大器其耗電量明顯低于超外差結構中的耗電量。盡管有這些優(yōu)點，但直接轉(zhuǎn)換式裝置卻顯示出一個嚴重的缺點，在于任何的偏位漂移，例如本地振蕩器(localoscillator)相對于進來的射頻信號的些微不匹對所引起的偏位漂移，可能無法予輕易分離而因此成為基頻帶信號的一部分。
不管用以取得基頻帶信號所使用的結構為何，若要能正常運作，接收器裝置必須把射頻信號的信號強度變化納入考量，這些變化可能是環(huán)境影響所致或是經(jīng)常改變接收器的位置所致，就如同行動電話或手提式計算機裝置的情況一般。另外，在許多應用方面，可能需要偵測一射頻信號突發(fā)脈沖以確認一數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，其中在搜尋射頻信號突發(fā)脈沖時，接收器的敏感度通常是最高的。然而，一旦偵測到射頻信號突發(fā)脈沖，就必須針對射頻信號來調(diào)整接收器的增益值，以便產(chǎn)生一適當?shù)幕l帶需信號電平以完成一可靠的資料接收。
在2001年IEEE國際固態(tài)電路會議上由Peter M.Stroet所發(fā)表的于22Mb/s QPSK 802.11B無線局域網(wǎng)絡中的零中頻單一芯片收發(fā)器(″AZero-IF Single Chip Transceiver for up to 22Mb/sQPSK 802.11B WirelessLAN)″中，一符合IEEE802.11b標準的直接轉(zhuǎn)換結構的2.45GHz無線局域網(wǎng)絡收發(fā)器展示出高整合度。這僅僅藉由使用一外部前端濾波器、一功率放大器、一基頻帶芯片、一晶體及一電池來達成的，而剩下的零件被包含在單一芯片中。原則上，此芯片含有一低噪聲放大器(LNA)，其后緊接著一混波器及一調(diào)變?yōu)V波器單元。接著，信號被導入至在2dB刻度中具有40dB增益的可變增益放大器，此可變增益放大器之后緊接著一個設有兩個增益設定、相距1dB的交流耦合驅(qū)動電路。此外，信號從驅(qū)動電路的輸入端供應至一限制器(limiter)及一信號接收強度指示器電路、一低通濾波器及一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以便使一狀態(tài)機得以決定信號強度。由于QPSK信號不具備一固定的封套(envelope)，所以很難精確地估算接收到的信號強度指示器電平。因此，藉由接收兩基頻帶信號、使用一高階的低過沖低通濾波器于接收到的信號強度指示器上、并使用一降低限制器，接收到的信號強度指示器范圍約為30dB，便可更精確地決定信號強度。因縮小接收到信號強度指示器的范圍的故，則增益安定(gain settling)必須在至少三個刻度中完成。在狀態(tài)機中執(zhí)行重置自動增益控制之后，大約要花9微秒以決定正確的增益設定，以及另一個5微秒使直流補償衰減。因此，可變增益放大器對一般的動態(tài)范圍來說需要相當長的安定時間。
在2000年IEEE國際固態(tài)電路會議上由Arun Jayaraman等人所發(fā)表的對于DBS應用的完全整合廣播基頻帶直接轉(zhuǎn)換接收器″(A FullyIntegrated Broadband Direct-Conversion Receiver for DBS Applications)″中揭示了一個接收器芯片，其前端由一低噪聲可變增益衰減器所組成，衰減器之后緊接著一I-Q混波器。此混波器的輸出提供信號至一基頻帶區(qū)，其增益與頻寬可動態(tài)地受到控制。此基頻帶區(qū)包含可變增益放大器及調(diào)變?yōu)V波器組件，其中目前操縱的可變增益放大器可藉由超過55dB的增益控制來產(chǎn)生一基頻帶增益最大值65dB。可變增益放大器設有數(shù)字控制以便設定增益及補償，而此數(shù)字控制允許基頻帶增益的重新分配，以便適應不同的資料速率。為了防止因本地振蕩器的漏出及裝置的不匹配所造成的直流補償?shù)膫鞑?，在第一階段時就必須提供一連續(xù)的直流消除回路。然而，在此接收器芯片中，增益控制的范圍相當適度且未明確說明安定可變增益放大器所需的時間。
因此，因應大動態(tài)范圍內(nèi)的可變增益放大器的使用，在自動增益控制中改善封閉回路的小信號的安定性是很重要的，如此收發(fā)器才可快速地適應射頻信號的廣大動態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，本發(fā)明提供多種裝置與方法，用以數(shù)字方式控制一大動態(tài)范圍內(nèi)的中頻信號的增益，其中可變增益放大器的安定時間短，以便，特別是，可在一資料封包的表頭(preamble)內(nèi)完成安定，而使接收器和傳送器相當?shù)叵嗯涠粫匈Y料遺失。本發(fā)明藉由運用最少量的數(shù)字零件，例如加法器及閂鎖器，使有效的增益控制得以在幾個時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生，如此，自動增益控制可輕易地整合至一單一芯片收發(fā)器內(nèi)以利直接轉(zhuǎn)換而不會過度地增加設計的復雜性。
在本發(fā)明的一樣態(tài)中，一種收發(fā)器裝置的自動增益控制包含一可變增益放大器區(qū)，此放大器區(qū)被設置成用以輸出一已放大的中頻信號，并在多個離散的增益設定中變換增益設刻度量(gain step-wise)，以作為對一控制信號的反應。此裝置首先包含一基頻帶整流區(qū)，此整流區(qū)被設置成用以同步于一時鐘信號的方式，提供輸出信號以表示放大后的中頻信號。設有一比較器區(qū)，此比較器區(qū)設置成用以將輸出信號，以同步于一時鐘信號的方式，和多種不同的參考電壓作比較。此外，提供一控制區(qū)，此控制區(qū)被設置成用以輸出控制信號，以作為對該比較器區(qū)所提供的比較器輸出信號的反應。
在另一實施例中，該比較器區(qū)具有內(nèi)存組件以暫存比較器的結果以及與時鐘信號同時輸出該結果。
在另一實施例中，鄰近的各增益設定約有3dB的差異。
在另一實施例中，可變增益區(qū)用于輸出基頻信號。
在另一實施例中，可變增益區(qū)具有低噪聲放大器和具有可變增益的濾波器單元，其中該低雜音放大器具有用于接收無線頻率的可變增益。
在另一實施例中，濾波器單元具有至少一個雙正交(Bi-quad)濾波器。
在另一實施例中，中頻整流區(qū)域設為周期性地拉其輸出至已定義的參考電壓。
在另一實施例中，控制區(qū)具有一輸出，該輸出用于提供信號以指示供應在可變增一區(qū)的無線頻率信號的無線信號強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一樣態(tài)，一種射頻接收器的自動增益控制器包含一信號輸入?yún)^(qū)，此輸入?yún)^(qū)被調(diào)適成用以接收來自可變增益放大器的中頻信號，并提供一樣本信號以表示中頻信號。此控制器另包含一控制輸出，用以輸出一增益設定信號至可變增益放大器。一比較器區(qū)被設置成用以提供樣本信號和多種臨限電壓的比較后的結果。設有一增益設定控制器，此控制器設置成用以從比較器的結果中產(chǎn)生增益設定信號，此結果中的離散增益設定的第一個數(shù)字與提供至該增益設定控制器的一時鐘信號同步。然后，增益設定控制器包含一加法器及一閂鎖器，此閂鎖器由時鐘信號產(chǎn)生作用并連接于加法器的一輸出與一輸入之間，以便構成一累加器。
在另一實施例中，加法器的值域與離散增益設定的數(shù)目一致。
在另一實施例中，復數(shù)個臨界電壓的某些臨界電壓涵蓋具有約3dB分隔的已定義動態(tài)域。
在另一實施例中，已定義動態(tài)域約為12dB。
依據(jù)本發(fā)明的另一樣態(tài)，一種自動控制輸入信號的增益的方法包含提供一時鐘信號并從與時鐘信號同步的輸入信號產(chǎn)生一樣本信號，其中，此樣本信號用以表示輸入信號的振幅。此方法另包含將樣本信號和多種不同的臨限電壓作比較，并根據(jù)以同步于時鐘信號的方式的比較結果來產(chǎn)生一位圖樣。此外，代表位圖樣的數(shù)字被連續(xù)加入并與時鐘信號同步，接著產(chǎn)生一輸出信號以表示離散增益設定。
在另一實施例中，該方法進一步包含偵測輸出信號并于該輸出信號的偵測后提供第二時鐘信號時鐘循環(huán)的已預定數(shù)字做為該時鐘信號。
在另一實施例中，產(chǎn)生取樣信號包含在該時鐘信號的半周期間量測該輸入信號。
在另一實施例中，加法器具有與增益設定已定義的數(shù)字一致的計算域。
在另一實施例中，比較該取樣信號系于該時鐘信號的升高邊緣和下降邊緣其中的一個時間實施。
在另一個實施例中，該方法進一步包括在取樣信號與該復數(shù)個臨界電壓比較號，將該取樣信號拉至參考電壓。
在另一實施例中，在加法器的輸出的數(shù)字暫存于連接在該輸出與該加法器的第二輸入間的閂鎖器中。
在另一實施例中，閂鎖器可與該時鐘信號同步。
在另一樣態(tài)中，一種用以提供增益設定信號來挑選多種增益設定的一的自動增益控制器包含一整流區(qū)，此整流區(qū)被設置成用以接收一輸入信號并輸出一樣本信號以表示輸入信號的信號振幅。設有一數(shù)字化區(qū)，此數(shù)字化區(qū)被設置成用以將此樣本信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字，以及一加法器設有一輸出、接收此數(shù)字的第一輸入以及一第二輸入，其中此加法器設有對應多種增益設定的計數(shù)范圍。一閂鎖器設有一輸入及一輸出，其中此閂鎖器的輸入連接至加法器的輸出，而此閂鎖器的輸出連接至加法器的第二輸入。另外，此自動增益控制器包含一譯碼器，此譯碼器設有連接至加法器輸出的輸入及用以提供增益設定信號的輸出，其中數(shù)字化區(qū)及閂鎖器是以同步于一時鐘信號的方式運作。
在另一實施例中，該數(shù)字化區(qū)包含整流區(qū)和連接至復數(shù)個不同臨界電壓的比較器區(qū)。
在另一實施例中，比較器區(qū)具有閂鎖器以暫存表示比較器區(qū)的輸出信號的位圖樣。
在另一實施例中，數(shù)字化區(qū)進一步包括編碼器，該編碼器用于轉(zhuǎn)換位圖樣成為數(shù)字數(shù)字。
在另一實施例中，該整流區(qū)的輸出用于拉該輸出至定義的參考電壓。
在另一實施例中，該整流區(qū)的輸出拉至與該時鐘信號同步的參考電壓。
在另一實施例中，自動增益控制器用于接受該時鐘信號的時鐘周期的已定義的數(shù)字。


本發(fā)明的進一步的優(yōu)點、目的與實施例在附加的申請專利范圍中有明確的定義，而且在參考附件圖式時，藉由以下詳細的說明，將變得更為清晰明了，其中第1a圖概要地顯示自動增益控制的一實施例的區(qū)塊圖；第1b圖概要地顯示第1a圖所示的實施例的變化的區(qū)塊圖；第2圖顯示一流程圖，描述收發(fā)器裝置的自動控制增益的方法的一說明性實施例；第3圖概要地顯示一時序圖，當自動增益控制器接收到一輸入信號突發(fā)脈沖時，概要地描述出自動增益控制器的各種組件間的時間關系，以及第4圖概要地顯示一時序圖，描述當接收一緩增或緩減信號時的一說明性實施例的作用。
具體實施例方式
要注意的是，雖然本發(fā)明乃藉由參照以下詳細說明及所附圖式闡明的實施例來描述，但詳細的說明以及圖式并非將本發(fā)明限制于其中所揭示的特定實施例，反的所描述的這些實施例僅僅說明了本發(fā)明的各個觀點，其范圍明確地定義于附加的申請專利范圍中。
茲參照第1a圖，以下將描述一說明性實施例。收發(fā)器裝置100包含一可變增益放大器及濾波器區(qū)110，此后稱為可變增益區(qū)，此區(qū)設有一輸入102，用以接收射頻信號、一輸入103，用以接收增益設定信號、以及一輸出104，用以提供中頻信號，例如用于直接轉(zhuǎn)換結構時的基頻帶信號，至可變增益區(qū)110?？勺冊鲆鎱^(qū)110之后緊接著一整流區(qū)120，設有一輸入121，用以接收可變增益區(qū)110的中頻信號、一輸出122，用以提供一信號以表示輸入中頻信號的振幅，以及在一特定實施例中的一時鐘輸入123，用以接收使整流區(qū)120運作的時鐘信號。
比較器區(qū)130在運作上系連接于整流區(qū)120及閂鎖器14之間。比較器區(qū)130包含一輸入131，用以接收整流區(qū)120的輸出，以及一輸出132，用以提供一位圖樣以表示進入輸入131的信號的振幅。另外，亦設有一輸入133以便接收多種不同的參考電壓，這些電壓在內(nèi)部連接至比較器區(qū)130中的各個比較器組件。閂鎖器140將其輸入141連接至比較器區(qū)130并將其輸出142連接至一控制區(qū)150的一輸入151。再者，閂鎖器140包含一時鐘信號輸入143來接收由時鐘產(chǎn)生器所產(chǎn)生的時鐘信號，此產(chǎn)生器在第1a圖中未顯示?？刂茀^(qū)150的一輸出152連接至可變增益區(qū)110的輸入103。
收發(fā)器裝置100的操作方式將藉由參照第1a圖及第2圖而描述于下文。
首先，例如無線局域網(wǎng)絡、電視衛(wèi)星或任何其它的無線電裝置所傳送的射頻信號在輸入102被接收，并由可變增益區(qū)110進行處理，使得于輸出104獲得一中頻信號。倘若將直接轉(zhuǎn)換拓撲方法使用于可變增益區(qū)110，則中頻信號會以同相且正交的基頻帶信號的形式被提供?；l帶信號在輸出104可進行進一步的處理，且同時被提供至整流區(qū)120的輸入121(步驟201)。
在輸入121接收到的信號可予整流并且可能順利地在輸出122產(chǎn)生一個信號，顯示在輸入121接收到的基頻帶信號的振幅(步驟202)。
在一實施例中，可于輸入123接收時鐘信號，其中整流區(qū)120定期地切換至一定義的狀態(tài)，以便，舉例來說，釋放出可能存在于整流區(qū)120中的任何電容量。否則，在輸入121的信號的較大變化可能會因整流區(qū)120中的RC時間常數(shù)的故而造成輸出122的延遲反應。由輸出122提供的信號代表基頻帶信號的振幅且被提供至比較器區(qū)130，其中該信號和多種提供至輸入133的參考電壓做比較。
在一特定實施例中，參考電壓依據(jù)對數(shù)標尺(logarithmic scale)可能互不相同，因此輸出132所提供的位樣本可能在對數(shù)標尺上代表相對于一預設需求電壓的增益超量。比較器區(qū)130可以設置成使其于信號一越過對應的參考電壓相交時就提供一邏輯1及位圖樣。然而必須了解的是，其它任何的邏輯都可以用在比較器區(qū)130以便產(chǎn)生一個適當?shù)奈粓D樣。一接收到時鐘信號的上升緣與下降緣，位于閂鎖器140的輸入141的位圖樣將暫時存放且可用于輸出142中(步驟205)。
閂鎖器140中所儲存的位圖樣被提供至控制區(qū)150，其中位圖樣可轉(zhuǎn)成一數(shù)字，代表目前有效的增益超量。該數(shù)字被轉(zhuǎn)換成一個別的增益設定，而可變增益區(qū)110設成該增益設定以達到或接近所需的增益設定。數(shù)字轉(zhuǎn)換成對應的增益設定可藉由連續(xù)將增益超量數(shù)字加至前一個時鐘周期中所取得的一數(shù)字來達成(步驟206)。
接著，一用以表示增益設定的信號被提供至可變增益區(qū)110。在一實施例中，提供至比較器區(qū)130的參考電壓中，至少某些參考電壓會以可變增益區(qū)110的最小增益刻度的差異而互不相同，以便提供一個「好的」解答?？勺冊鲆鎱^(qū)110的增益設定可以快速地在一時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生作用，只要當整流區(qū)120的輸出122信號所代表的增益超量是落于這些提供至比較器區(qū)130的輸入133且已微調(diào)的參考電壓的范圍內(nèi)時。然而，若輸出122所提供的信號振幅超過參考電壓中的最高者，則可變增益區(qū)110的增益設定可能會以一預設的量下降。在一實施例中，至少挑選一參考電壓，以便表示一較大的增益超量，例如一36dB的增益超量，而增益設定以此增益超量下降以便加速對較大信號變化的增益下降量。
第1b圖顯示第1a圖的實施例的更詳細的變化。在第1b圖中，相同的參考數(shù)字用于相同的組件與零件。
收發(fā)器裝置100包含可變增益區(qū)110，此區(qū)在輸入階段包括一低噪聲放大器(LNA)105，其后緊接一混波器106，此混波器被設置成用以在一接收到本地振蕩器(未顯示)的中頻信號時提供同相的信號及正交的信號。兩基頻帶濾波器107及108，于此范例中被提供作為雙正交(Bi-quad)濾波器，形成可變增益區(qū)110的最后階段。在第1b圖所示的實施例中，低噪聲放大器105、第一濾波器107及第二濾波器108皆改造成用以接收一可相對調(diào)整對應階段增益的增益設定信號，使得可變增益區(qū)110的總增益被定義成個別增益設定的乘積。以此方式，此配置允許藉由切換二元加權電阻器來調(diào)整增益，使得個別組件105、107及108的對應增益設定會變成在對數(shù)dB值域的相加。在一特定實施例中，可變增益區(qū)110的增益可根據(jù)以3dB分隔的28個增益刻度來調(diào)整，那么便可獲得總共29個離散增益設定。因此，有效的動力范圍為84dB。
在第1b圖中，控制區(qū)150包含一編碼器154，此編碼器連接至標示為130、140的比較器-閂鎖器區(qū)，其后緊接著一加法器155，此加法器包括連接于加法器的輸出與輸入之間的閂鎖器156。加法器155的輸出亦連接至一譯碼器157，其輸出連接至可變增益區(qū)110的輸入103。加法器155可包含一重置輸入159，以便在接收一重置信號時建立加法器155的已定義的狀態(tài)。再者，加法器155最好能調(diào)適成用以顯示飽和的特性，亦即，在一實施例中，加法器155被設置成不要計數(shù)低于0及高于28。假如使用到不同數(shù)量的增益設定，加法器155可適當?shù)卣{(diào)整至可變增益區(qū)110中的對應的增益設定數(shù)量。
在操作中，可變增益區(qū)110在輸入102接收一射頻輸入信號，根據(jù)目前有效的增益設定，此射頻信號被低噪聲放大器105所放大。為了方便起見，假設可變增益區(qū)110目前正收尋一射頻信號且總增益被調(diào)整至最大增益，此最大增益在上述的實施例中可以是84dB。作為第一放大器級的由低噪聲放大器105所放大的射頻信號被提供至混波器106，此混波器106是由本地振蕩器的兩個相移位的頻率信號所驅(qū)動的。本地振蕩器與射頻信號的載頻相符合，而產(chǎn)生的基頻帶信號被雙正交濾波器107及108過濾且放大。最后獲得的基頻帶信號可在輸出104取得，此基頻帶信號亦被提供至整流區(qū)120，此整流區(qū)，以同步于一時鐘信號的方式，將基頻帶信號整流以產(chǎn)生一整流過的信號或樣本信號，用以表示基頻帶輸出的信號振幅。舉例來說，在時鐘信號的高周期期間，整流區(qū)120的輸出可能被拉至零，如第1a圖所示，然而在時鐘信號的低周期期間，整流后的基頻帶信號的測量可能藉由比較器-閂鎖器區(qū)130、140來執(zhí)行。定期地將整流區(qū)120的輸出拉至零可大大地制止整流區(qū)120的整流直流刻度反應，而且也可大大地避免因在巨大的增益降低發(fā)生后的平均RC時間常數(shù)所造成的整流輸出信號太慢下降。在時鐘信號的上升緣或下降緣，提供至比較器-閂鎖器區(qū)的整流后的輸出信號將暫時予以儲存在閂鎖器器，且可用于比較器-閂鎖器區(qū)130、140的輸出上。
在具有84dB的動態(tài)范圍的一實施例中，如上所述，比較器與閂鎖器L0至L7可將整流后的基頻帶信號和8個不同的參考電壓做比較，以便產(chǎn)生一位圖樣，用以表示基頻帶信號的振幅并因此表示目前可變增益區(qū)110的有效增益超量。舉例來說，被提供至比較器/閂鎖器L2的參考電壓可代表可變增益區(qū)110的需求輸出電壓，并且可被標示為0dB位。倘若，舉例來說，需求的輸出電壓大約為125mV，則L2的參考電壓可能被選為大約2.5dB，在125mV以上，與大約167mV相符合。比較器/閂鎖器L3至L5可接收參考電壓，這些參考電壓各以3dB與毗鄰的參考電壓分隔。比較器/閂鎖器L7可接收一參考電壓，表示在0dB以上超過36dB信號電平的一信號振幅，而比較器/閂鎖器L6可接收一參考電壓，表示超過24dB的一信號振幅。最好選擇36dB電平為低于或位于可變增益區(qū)110的飽和電平。當射頻輸入信號擁有一相當大強度時，整流區(qū)120可提供一輸出信號至參考電壓超過L7的比較器/閂鎖器區(qū)130、140，使得編碼器154產(chǎn)生一數(shù)字，表示一適合將總增益降低36dB的增益刻度。由編碼器154輸出的數(shù)字被提供至加法器155，并且在時鐘信號的上升緣時被加至閂鎖器156所提供的數(shù)字中。因為目前的增益設定是被假設為最大增益，即84dB，所以暫存于閂鎖器156且在時鐘信號上升緣被提供至加法電器輸入的加法電器輸出為零，使得在時鐘信號的上升緣之后，加法器提供一數(shù)字至譯碼器157，表示下降36dB的新增益設定。譯碼器157提供一增益設定信號至可變增益區(qū)110，此增益設定信號適于將總增益調(diào)整為低于之前設定的36dB，亦即84dB減36dB。
在整流區(qū)120的下一個測量周期中，由新設定的可變增益區(qū)110所獲得的信號再次和L2至L7的參考電壓做比較。如果信號介于L2至L5的12dB范圍內(nèi)，則可變增益區(qū)110的總增益則在此步驟中被設定，以便產(chǎn)生一基頻帶輸出，此輸出大約位于L2的相對于0dB信號的需求參考電壓。
倘若由新設定的可變增益區(qū)110所獲得的信號再次超過L7的臨限值，則增益再次下降36dB，而因此在下一個增益下降步驟后，根據(jù)84dB的動態(tài)范圍，此增益便介于L2至L5的12dB范圍內(nèi)。
倘若由新設定的可變增益區(qū)110所獲得的信號超過L6的臨限值，但低于L7的臨限值，則增益則再次被下降24dB，而因此在下一個增益降低步驟后，此增益便介于L2至L5的12dB范圍內(nèi)。
根據(jù)此實施例，增益下降被設計成使得剩余接收器的增益超量為0或以上，藉此使可變增益區(qū)110的增益調(diào)整能夠達到一單調(diào)性的安定行為。因此，可大大地避免總增益的任何過沖或下沖。再者，增益安定會在至多三個刻度內(nèi)達成。當增益控制被設計成主要對射頻突發(fā)脈沖而非L6及L7做出反應時，比較器閂鎖器L0及L1可用于此目的。否則，如下文將述及，閂鎖器L0及L1可用于增大增益。
參照第3圖，自動增益控制的說明性實施例的操作系藉由一對應的時序圖來描述，此時序圖適用于收發(fā)器裝置100觀測一可能的射頻信號的特定無線電頻道的情況，就如同在一無線局域網(wǎng)絡中一周邊裝置正等待一數(shù)據(jù)傳輸時的情況一樣。描述此情況的實施例設置成如第1b圖所示，其中被挑選在22MHz/26的時鐘頻率等于846.153KHz，對應至1.1818微秒的時鐘周期。22MHz代表每秒11百萬位的IEEE802.11B標準時鐘速率。自動增益控制設計成在至多三個刻度中調(diào)整好增益設定，使得增益安定在對應射頻突發(fā)脈沖的表頭其第一個128位內(nèi)完成，而此射頻突發(fā)脈沖系遵循上述的標準。
在第3圖中，水平軸被分割成時鐘信號CLK的離散時鐘周期。如前所述，在時鐘信號的高周期期間，整流區(qū)120的輸出可能拉至零且無法執(zhí)行測量。在一時間點t1上，一射頻信號可能在輸入102被接收并以一84dB的增益因子被放大，這是因為在觀測一可能信號的無線電頻道時，收發(fā)器裝置100通常處于最大增益。在時鐘信號的下一個低電平上產(chǎn)生一樣本信號，代表由可變增益設定110所輸出的基頻帶信號的振幅。在時鐘信號的上升緣期間，亦即在時鐘周期2一開始時，位于整流區(qū)120的輸出的信號和參考電壓做比較，且對于一相當大的射頻信號而言，比較器/閂鎖器L7指出增益超量超過36dB，所以譯碼器157提供一增益設定信號，使可變增益區(qū)110將增益降低36dB。在時鐘信號的下一個高電平中，整流區(qū)120的輸出被拉至零，而可變增益區(qū)110可設定于48dB的新增益設定。在時鐘信號的下一個低電平期間，根據(jù)新調(diào)整的增益設定而放大的基頻帶信號被整流并提供至比較器/閂鎖器區(qū)130、140。在時鐘信號的下一個上升緣期間，亦即在時鐘周期3一開始時，比較器結果被儲存且亦提供至控制區(qū)至150，在其內(nèi)產(chǎn)生了新增益設定的增益設定信號。我們假定提供至比較器區(qū)的信號仍在L2至L5所涵蓋的12dB范圍之上，而且也在L6的參考電壓之上，但低于L7的參考電壓，亦即增益超量超過24dB但低于36dB。因此，根據(jù)新獲得的增益設定信號，增益下降了24dB。在時鐘信號的下一個高電平中，整流區(qū)120的輸出被拉至零，而可變增益區(qū)110設定于24dB的增益上。
于是確定了在第三個測量周期后所取得的信號電平是介于0及12dB范圍內(nèi)，使得最后的增益調(diào)整可在射頻突發(fā)脈沖發(fā)生后的第三個時鐘周期中獲得。再者，閂鎖器L0、L1分別可設定成約-3dB及-12dB，以便在增益適應射頻突發(fā)脈沖后，當信號慢慢變化時，為增益增大做準備。上述的實施例于是代表介于提供的參考電壓的數(shù)量與安定增益設定所需的時鐘周期的數(shù)量之間的折衷。在上述實施例中可以確定的是，以8個所提供的參考電壓，在上述IEEE802.11B標準的表頭內(nèi)的84dB的整個動態(tài)范圍上，增益安定可在三個時鐘周期內(nèi)獲得。藉此，可假設挑選了0dB參考電壓，使得任何可能的射頻信號在符合0dB的增益設定中不會超過0dB參考電壓，這表示不需要放大即可取得預設的基頻帶信號的振幅。
在另一實施例中，相對于提供至閂鎖器140的時鐘信號，提供至整流區(qū)120與閂鎖器156的時鐘信號可能被延遲，以便在整流區(qū)120的輸出被拉至0之前，確定閂鎖器儲存了比較結果。
在一實施例中，在觀察可能的射頻突發(fā)脈沖的無線電頻道模式中，被提供至閂鎖器140的時鐘信號可能被攔下(gated)，使得僅有隨后的3個時鐘周期被提供至閂鎖器140，藉此顯著地減少因錯誤的測量行動而造成的濾波器轉(zhuǎn)換風險。一對應的濾波器轉(zhuǎn)換反而可能不正確地使接收到的信號變形。在第3圖中，被攔下的時鐘信號以clk1表示。此外，根據(jù)另一說明性實施例，自動增益控制可能會因提供至，例如，編碼器154的個別致能信號而被設成暫停。如前所述，輸入159所提供的一重置信號可將加法器重置成一定義的狀態(tài)，例如一零狀態(tài)。再者，加法器的輸出可用以作為收到信號強度的指示器。
茲參照第4a圖及第4b圖，第1b圖所闡明的實施例的操作方式將描述于下文，針對相當緩慢遞增或遞減的輸入信號，將完成自動增益控制。
第4a圖顯示一圖表，其中水平軸表示時間，而垂直軸代表一進來的射頻信號的信號振幅。我們假定接收到的射頻信號單調(diào)性地遞增直到一時間點t2，然后射頻信號在該點連續(xù)地降下，例如，因為收發(fā)器的位置改變或其的類的。
在第4b圖中，在時鐘信號的低電平期間測量且于整流區(qū)120的輸出獲得的對應的整流后信號的振幅是以關于dB值域(左側軸)及在mV(右側軸)的相對應已校準的線性標尺來闡明的。我們假定，在對應時間軸原點的低于t0的時間點上，整流后的信號振幅大約在0dB或125mV的要求的信號振幅上。在t0上，射頻信號以及整流后的信號振幅上升并在時間點t1達到2.5dB或167mV的比較器L2的參考電壓。于是，自動增益控制在一個時鐘周期內(nèi)將增益下降3dB，使得t1后的整流后的信號振幅大約為-0.5dB。從t1至t2，射頻信號的振幅依然遞增，因而被整流后的信號振幅亦遞增，從-0.5dB開始，在時間點t2再次達到比較器L2的2.5dB參考電壓。因此，增益再次于一個時鐘周期內(nèi)下降3dB，使得整流后的信號振幅再次處于-0.5dB。
在時間點t2上，射頻信號的振幅會下降，這是由于，例如，任何環(huán)境上的影響或其的類所致，對于此種情況必須增大可變增益區(qū)110的增益。在第1b圖的實施例中，L1的比較器參考電壓可被調(diào)整成-2.5dB，而L0的參考電壓可調(diào)整成-12dB。然而，必須注意若有需要，可提供任何其它數(shù)量的參考電壓。
在時間點t3上，整流后的信號振幅達到比較器L1的-2.5dB的參考電壓，結果自動增益控制在一個時鐘周期內(nèi)使增益值增加了3dB。因此，根據(jù)新的增益設定，整流后的信號振幅將上升至0.5dB。因此，在上述實施例中，整流后的信號振幅變化以及基頻帶信號的變化系介于+/-2.5dB的范圍內(nèi)。然而，應注意的是，藉由相對地挑選參考電壓與增益刻度，便可獲得其它任何適當?shù)男⌒盘栕兓Ａ硗?，在上述范例中會得到?dB磁滯量，如第4b圖所示。一般而言，輸出信號的變化是由以下方程序的增益刻度大小及磁滯量所決定的輸出變化＝+/-1/2x(增益刻度大小+磁滯量)。
對一個由，例如，整流后低于L0參考電壓的信號振幅所表示的快速遞減的射頻輸入信號而言，自動增益控制以12dB增加增益。因為是對大約125mV的需求輸出電壓，通常必須容許一大約+/-10mV的直流補償，所以當10mV已代表低于名義輸出電壓約28dB的信號電平時，可能較難偵測一整流后信號振幅的較低電平。
總的，本發(fā)明提供一自動增益控制，使得增益安定能夠快速達成，即便是在依據(jù)IEEE802.11B標準所編碼的資料封包的表頭內(nèi)，在其內(nèi)建立了一僅能由閂鎖器切斷的數(shù)字封閉回路，閂鎖器被用以暫存一代表基頻帶信號的位圖樣。在更新閂鎖器的內(nèi)容后，數(shù)個數(shù)字信號同步地穿過一編碼器、一加法器及一譯碼器以使一新的增益設定產(chǎn)生作用。該加法器包括一作為回饋組件的閂鎖器，以便構成一具備飽和狀態(tài)的累加器。對最大增益而言，累加器狀態(tài)為零。在自動增益控制的安定狀態(tài)中，編碼器的輸出為零，而加法器的輸出維持不變。
根據(jù)一實施例，可藉由以3dB分隔的29個增益設定來獲得完全可控制的84dB的動態(tài)范圍，其中自動增益控制的最大安定時間可設定成時鐘周期的一預設數(shù)字。
雖然對一84dB的動態(tài)范圍而言已描述了特定的實施例，但亦可選擇任何其它預設的范圍?？山逵上陆祫討B(tài)范圍來加速增益安定或縮短刻度。再者，只要保證增益安定與基頻帶信號的測量在半個時鐘周期內(nèi)完成，便可根據(jù)設計需求來選擇時鐘頻率。
鑒于此說明，熟習此項技術者會立即想到本發(fā)明的其它的修改與變化。因此，此說明僅被看作是例證，而且是用于教導熟習此項技術者實行本發(fā)明的一般的方法。
工業(yè)上的應用顯然，本發(fā)明有益于應用在工業(yè)的領域當中。
權利要求
1.一種收發(fā)器裝置的自動增益控制，包含一可變增益區(qū)(110)，此增益區(qū)被設置成用以輸出一放大的中頻信號，并在多個離散的增益設定中變換一增益設刻度量以作為對一控制信號(103)的反應；一中頻整流區(qū)(120)，此整流區(qū)被設置成用以同步于一時鐘信號的方式來提供一表示放大的中頻信號的樣本信號；一比較器區(qū)(130，140)，此比較器區(qū)被設置成用以同步于該時鐘信號的方式將該樣本信號和多種不同的參考電壓做比較；以及一控制區(qū)(150)，此控制區(qū)被設置成用以輸出該控制信號，以作為對該比較器區(qū)(130，140)所提供的比較器輸出信號的反應。
2.如權利要求1的自動增益控制，其中該控制區(qū)(150)包含一累加器及一內(nèi)存裝置(156)，此累加器(155)包括設有一輸入與一輸出的加法器(155)，而此內(nèi)存裝置(156)被連接于該輸入與該輸出之間以用于同步于該時鐘信號的方式來暫存該加法器的輸出。
3.如權利要求2的自動增益控制，其中該累加器被調(diào)適成對該多種離散增益設定具有飽和的特性。
4.如權利要求3的自動增益控制，其中該控制區(qū)另包含一編碼器(154)，此編碼器(154)被設置成用以將該比較器輸出信號轉(zhuǎn)換成一數(shù)字。
5.如權利要求4的自動增益控制，其中該控制區(qū)另包含一譯碼器(157)，此譯碼器(157)被設置成用以將該加法器(155)的輸出轉(zhuǎn)換成該控制信號。
6.如權利要求1的自動增益控制，系設置成用以在一些預設的時鐘周期內(nèi)達到增益安定。
7.一種射頻接收器的自動增益控制器，包含一信號輸入?yún)^(qū)(110，120)，此輸入?yún)^(qū)調(diào)適用以接收中頻信號，并提供一樣本信號以表示中頻信號的振幅；一控制輸出(103)，用以輸出一增益設定信號；一比較器區(qū)(130，140)，此較器區(qū)被設置成用以提供該樣本信號和多種不同臨限電壓的比較結果；以及一增益設定控制器(150)，此控制器被設置成用以從該比較器結果提供該增益設定信號，并以同步于一時鐘信號的方式將離散增益設定的第一數(shù)字提供至該增益設定控制器(150)，其中該增益設定控制器(150)包含一加法器(155)及一閂鎖器(156)，此閂鎖器(156)由該時鐘信號產(chǎn)生作用，并且連接于該加法器(155)的一輸出與一輸入之間，以便構成一累加器。
8.如權利要求7的自動增益控制器，其中該信號輸入?yún)^(qū)包含以同步于該時鐘信號的方式來運作的整流區(qū)(120)。
9.如權利要求7的自動增益控制器，其中該比較器區(qū)另包含一閂鎖器以暫存代表該比較結果的位圖樣。
10.一種自動控制輸入信號的增益的方法，此方法包含提供一時鐘信號；以同步于該時鐘信號的方式從該輸入信號產(chǎn)生(202)一樣本信號，此樣本信號表示該輸入信號的振幅；將該樣本信號和多種不同臨限電壓做比較(204)；以同步于該時鐘信號的方式從該比較產(chǎn)生(204)一位圖樣；提供代表該位圖樣的一數(shù)字至一加法器的第一輸入；以同步于該時鐘信號的方式提供(206)代表先前已取得的樣本信號的位圖樣的一數(shù)字至該加法器的第二輸入；以及從該加法器的一輸出產(chǎn)生(207)一增益設定，其中該增益設定信號被改調(diào)適以控制一可變增益放大器區(qū)的增益。
全文摘要
一種收發(fā)器組件的自動增益控制器，使用一數(shù)字拓撲方法(topology)以達到有效且快速的增益安定(settling)，使得一可變增益區(qū)的輸出信號能夠介于一預設范圍內(nèi)。在一實施例中，一輸出信號被定期地抽樣檢查并鎖存以便代表一可變增益區(qū)的增益超量(gainexcess)。一累加器產(chǎn)生對新增益設定的一數(shù)字，使得可變增益區(qū)能夠在一個時鐘周期內(nèi)適應此新增益設定，此累加器包含一具有飽和特性的加法器及一作為回饋組件的閂鎖器。在一范例中，84dB的增益范圍是可控制的，而且最多在三個時鐘周期內(nèi)可達到安定。
文檔編號H03G3/20GK1650516SQ03809782
公開日2005年8月3日 申請日期2003年2月28日 優(yōu)先權日2002年4月30日
發(fā)明者W·克拉格, L·岱瑟, D·艾格特 申請人:先進微裝置公司