专利名称：复数滤波器及校正方法
技术领域：
本发明是指一种复数滤波器及校正方法，尤指一种可通过少量且能简易集成的补 偿电阻实现相位及振幅校正的复数滤波器及校正方法。
背景技术：
在现今无线通讯系统的接收器中，能达到高度集成化及多模式的接收器架构有两 大主流，一种为低中频(Low IF)接收器，另一种为直接转换(DirectConversion)，或称为 零中频(Zero IF)接收器。前者可避免直流偏移及低频噪声的问题，但会受到镜像信号 (Image Signal)的干扰。后者则相反，较无镜像信号干扰的问题，但会遭受到直流偏移及低 频噪声的问题。时至今日，低中频的架构在无线通讯的传输和接收端上已获得广泛的应用，因此， 如何解决低中频接收器中镜像干扰的问题也就成为产业界和学术界重要探讨的议题。现 阶段最为普遍的做法是在低中频或超低中频接收器的架构中将无线射频信号自天线接收 下来之后，利用一组混波装置对此射频信号做降频并输出一对正交信号，再利用一复数 滤波器(Complex Filter)来处理该对正交信号。请参考图1，图1为已知一低中频接收 装置10的示意图。低中频接收装置10用来处理一射频信号RF，其包含有一低噪声放大 器(LowNoise Amplifier, LNA) 100、一本地振荡器 102、一相移器(Phase Shifter) 104、 混频器106、108、一复数带通滤波器110、一模拟至数字转换器(Analog-to-digital Converter) 112及一数字信号处理器114。低中频接收装置10的运作原理为业界所熟知， 以下仅简述之。低噪声放大器100用来将信号振幅适度放大。本地振荡器102用来产生 一本地振荡信号予混频器106，而相移器104则将本地振荡器102所产生的本地振荡信号 的相位平移-90°后输出至混频器108。因此，通过相位差90°的振荡信号，混频器106、 108可将射频信号RF降频至特定频率，并输出一同相位αη-Phase)信号I及一正交相位 (Quadrature-Phase)信号Q。信号I、Q互为正交，并夹杂镜像信号，而复数带通滤波器110 则用来消除信号I、Q中的镜像信号，最后再通过模拟至数字转换器112转换为数字信号的 型态，传至下一级数字信号处理器114作处理。在低中频接收装置10这类模拟、数字分工的架构中，一个重要的精神就是整个 通道选取以及镜像消除的功能是由复数带通滤波器110完成，也就是说，关于信号处理的 过程和运作方式是使用复数(Complex)运算的架构，以期能对信号相位的部分作精确的控 制。一般而言，复数带通滤波器110的实现方式有许多种，其中之一为跳位(Leapfrog)式 架构。举例来说，图2为一一阶跳位式复数带通滤波器20的示意图。一阶复数带通滤波器 20主要由两低通滤波器(亦为积分器)200,202所组成，而低通滤波器200与202间则以电 阻及反相器所组成的一连结单元连结。跳位式复数带通滤波器不限于图2所示的例，可拓 展至多阶、差分式等，主要概念是将低通滤波器的频率响应特性平移至所需的中心频率处， 以达到复数带通滤波功能。此外，由于低中频接收装置10将模拟及数字分工，若模拟部分(即模拟至数字转换器112之前)发生相位或增益不匹配的问题，则难以通过数字部分完全消除。因此，已知 技术已提出许多技术，着眼于正交信号I、Q的相位和振隔的校正，以达到消除镜像的目的。 然而，这类校正机制大都仍建立在繁杂的运算，无法以少量且能与接收器简易集成的元件 所实现。同时，为了处理镜像消除的问题而添加的繁杂运算和过多的外加元件反而容易衍 生出如能源消耗等的问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供复数滤波器及校正方法。本发明揭露一种复数滤波器，用于处理一同相位信号及一正交相位信号，该复数 滤波器包含有一第一低通滤波器，用来接收该同相位信号，并输出一滤波结果；一第二低通 滤波器，用来接收该正交相位信号，并输出另一滤波结果；一连结单元，耦接于该第一低通 滤波器与该第二低通滤波器之间；一第一补偿电阻，其一端耦接于该第一低通滤波器的一 第一输入电阻未接收该同相位信号的一端，另一端耦接于该第二低通滤波器接收该正交相 位信号的一端；以及一第二补偿电阻，其一端耦接于该第二输入电阻未接收该正交相位信 号的一端，另一端耦接于该第一输入电阻接收该同相位信号的一端。本发明还揭露一种校正方法，用于一接收器中消除一同相位信号及一正交相位 信号的不匹配，该接收器包含一复数滤波器用来滤除该同相位信号及该正交相位信号的镜 像信号，该校正方法包含有形成一第一补偿电阻，该第一补偿电阻的一端耦接于该复数滤 波器的一第一输入电阻未接收该同相位信号的一端，另一端耦接于该复数滤波器的一第二 输入电阻接收该正交相位信号的一端；形成一第二补偿电阻，该第二补偿电阻的一端耦接 于该第二输入电阻未接收该正交相位信号的一端，另一端耦接于该第一输入电阻接收该同 相位信号的一端；以及根据该同相位信号与该正交相位信号的振幅不匹配的程度，决定该 第二输入电阻与该第一输入电阻的比。
图1为已知一低中频接收装置的示意图。图2为一一阶跳位式复数带通滤波器的示意图。图3A为图1的低中频接收装置未有不匹配时的信号示意图。图;3B为一一阶跳位式复数带通滤波器的示意图。图4为图1的低中频接收装置有不匹配时的信号示意图。图5为本发明实施例一一阶跳位式复数带通滤波器的示意图。图6为本发明实施例一三阶跳位式复数带通滤波器的示意图。图7A及7B为图6的复数带通滤波器所输出的实部及虚部信号的频率响应示意 图。图8为本发明实施例一三阶跳位式复数带通滤波器的示意图。图9为本发明实施例一校正程序的示意图。[主要元件标号说明]10低中频接收装置RF射频信号
5
100低噪声放大器
102本地振荡器
104相移器
106,108混频器
110复数带通滤波器
112模拟至数字转换器
114数字信号处理器
I同相位信号
Q正交相位信号200、202低通滤波器20一阶复数带通滤波器90校正程序900、902、904、906、908、910 步骤
具体实施例方式本发明通过少量且能与接收器简易集成的元件，改善同相位信号I及正交相位信 号Q不匹配的问题。以下通过一连串的分析，说明本发明的概念。首先，以图1为例，当同相位信号I及正交相位信号Q匹配时，表示混频器106、 108运作所依据的振荡信号是相同振幅且相位差90°，则相关信号可以图3A表示。在图3A 中，为简化说明，有限频宽的射频信号RF可表示为XmCos — ^coJt+X^coMo^-G^) t，其中，Xsig为欲接收的信号成分，)(iMg为镜像信号成分。本地振荡信号及其-90°相位平 移信号分别为AujCOS (ω LOt)及AujSin (ω LOt)，表示振幅及相位匹配。此外，为清楚说明，混 频器106、108的混频结果另经过低通滤波的处理，以滤除高频成分。因此，经过混频器106、 108及低通滤波处理后，同相位信号I及正交相位信号Q中分别包含镜像信号的实部成分
总=及虚部成分及=-^^释知 4ο接着，镜像信号的实部成分X J号Χ_Α“)及虚部成分 ^Lrwraf^…通过如图:3B所示的一阶复数带通滤波器后，可得
rmQQlVfl R^xim-Rn -》(ι + ￥/.Χr=LKn」 以及
吟——Il + Rhlscj\，
「 η- U、Rh]R^Xre + Rf2(\ + Rh]sCn)ximγ=L Rn
ο" 一\\ +
ο若接收器的模拟部分发生相位或增益不匹配，其等效上可以例如为弦波信号的 振荡信号的不匹配表示，因此，可将增益不匹配以振荡信号间的振幅比例。表示，并将相位不匹配以振荡信号间的相位差θ ε表示，即如图4所示。由图4可知，当振荡-号的振幅与相位不匹配时，同相位信号I及正交相位信号Q中镜像信号的实部成分仍为
权利要求
1.一种复数滤波器，用于处理一同相位信号及一正交相位信号，该复数滤波器包含有一第一低通滤波器，用来接收该同相位信号，并输出一滤波结果；一第二低通滤波器，用来接收该正交相位信号，并输出另一滤波结果；一连结单元，耦接于该第一低通滤波器与该第二低通滤波器之间；一第一补偿电阻，其一端耦接于该第一低通滤波器的一第一输入电阻未接收该同相位 信号的一端，另一端耦接于该第二低通滤波器接收该正交相位信号的一端；以及一第二补偿电阻，其一端耦接于该第二输入电阻未接收该正交相位信号的一端，另一 端耦接于该第一输入电阻接收该同相位信号的一端。
2.根据权利要求1所述的复数滤波器，其中于该同相位信号与该正交相位信号的相位 不匹配时，该第一输入电阻与该第二补偿电阻的比值是相关于该同相位信号与该正交相位 信号的相位不匹配的程度。
3.根据权利要求1所述的复数滤波器，其中于该同相位信号与该正交相位信号的振幅 不匹配时，该第一补偿电阻的电阻值远大于该第二输入电阻的电阻值，且该第二输入电阻 与该第一输入电阻之比是相关于该同相位信号与该正交相位信号的振幅不匹配的程度。
4.根据权利要求1所述的复数滤波器，其中该第一输入电阻包含有并联的一定值电阻 及一可变电阻。
5.根据权利要求1所述的复数滤波器，其中该第二输入电阻包含有并联的一定值电阻 及一可变电阻。
6.根据权利要求1所述的复数滤波器，其还包含一缓冲单元，耦接于该第一输入电阻 未接收该同相位信号的一端。
7.根据权利要求1所述的复数滤波器，其还包含一缓冲单元，耦接于该第二输入电阻 未接收该正交相位信号的一端。
8.根据权利要求1所述的复数滤波器，其中该复数滤波器是一跳位式复数带通滤波器。
9.一种校正方法，用于一接收器中消除一同相位信号及一正交相位信号的不匹配，该 接收器包含一复数滤波器用来滤除该同相位信号及该正交相位信号的镜像信号，该校正方 法包含有形成一第一补偿电阻，该第一补偿电阻的一端耦接于该复数滤波器的一第一输入电阻 未接收该同相位信号的一端，另一端耦接于该复数滤波器的一第二输入电阻接收该正交相 位信号的一端；形成一第二补偿电阻，该第二补偿电阻的一端耦接于该第二输入电阻未接收该正交相 位信号的一端，另一端耦接于该第一输入电阻接收该同相位信号的一端；以及根据该同相位信号与该正交相位信号的振幅不匹配的程度，决定该第二输入电阻与该 第一输入电阻的比。
10.根据权利要求9所述的校正方法，其还包含根据该同相位信号与该正交相位信号 的相位不匹配的程度，决定该第一输入电阻与该第二补偿电阻的比值。
11.根据权利要求9所述的校正方法，其还包含将该第一补偿电阻的电阻值设定为远 大于该第二输入电阻的电阻值。
12.根据权利要求9所述的校正方法，其还包含形成一缓冲单元，耦接于该第一输入电 阻未接收该同相位信号的一端。
13.根据权利要求9所述的校正方法，其还包含形成一缓冲单元，耦接干该第二输入电 阻未接收该正交相位信号的一端。
14.根据权利要求9所述的校正方法，其中该复数滤波器是一跳位式复数带通滤波器。
全文摘要
一种复数滤波器，用于处理一同相位信号及一正交相位信号，包含有一第一低通滤波器、一第二低通滤波器、一介于该第一低通滤波器与该第二低通滤波器间的一连结单元、一第一补偿电阻及一第二补偿电阻。该第一补偿电阻及该第二补偿电阻交错耦接于该第一低通滤波器与该第二低通滤波器的输入电阻。
文档编号H03D1/04GK102104369SQ200910253788
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者廖哲宏 申请人:雷凌科技股份有限公司