具有自动增益控制功能的无线接收器及自动增益控制方法

摘要

本发明提供一种具有自动增益控制功能的无线接收器及自动增益控制方法，其中，该接收电路包含可程序化增益放大器以及低噪声放大器。该自动增益控制方法包含：将该可程序化增益放大器的增益代码与预定代码范围进行比较，其中该增益代码经由该低噪声放大器所接收的频率信号所决定；以及，当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整该低噪声放大器的增益。因此，本发明提供了一种经济有效的机制以对全球卫星定位系统接收器当中的射频集成电路进行自动增益控制，避免糟糕操作点的产生，保证射频集成电路的性能。

说明书

技术领域

本发明有关于一种用于无线接收器的接收电路的自动增益控制方法与装置，尤指用于全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收器中的射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuit，RFIC)的自动增益控制的方法与装置。

背景技术

众所周知，全球导航卫星定位系统用于判断移动载具的纬度与经度的坐标，目前的全球导航卫星定位系统包含有全球卫星定位系统(GlobalPositioning System，GPS)、欧盟的伽利略(Galileo)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLObal NAvigation Satellite System，GLONASS)以及其它的卫星定位科技等。为了简单说明起见，在本文件中的一无线接收器，例如一全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)接收器在此是作为全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收器的一个例子来加以讨论，其中“全球导航卫星定位系统”以及“全球卫星定位系统”两个名词可替换地使用。

一般而言，对于在GPS接收器中的射频集成电路(Radio FrequencyIntegrated Circuit，RFIC)，将其设计为提供一预定的总增益。举例来说，该预定的总增益可以被设定为100dB，然而，对于在该射频集成电路中的一些在高频操作的组件(例如低噪声放大器以及混波器)而言，其增益会因为一些因素(例如制作过程变异性或电路设计)而改变，而这样的现象会对于一可程序化的增益放大器造成很糟糕的操作点(operating point)，进而会降低该射频集成电路的电性表现。

此外，在某些特定情况下，可能需要将一外部低噪声放大器耦接于上述GPS接收器中之射频集成电路，以降低该射频集成电路的整体噪声，虽然在该外部低噪声放大器耦接于该射频集成电路之后，该射频集成电路的实际总增益会降低，但上述关于该可程序化增益放大器与射频集成电路所无法接受的操作点的问题仍然会存在，这是因为在该射频集成电路中的一些在高频操作的组件(例如低噪声放大器以及混波器)的增益变化还是一样很不稳定。

因此，需要一种经济有效的机制以对全球卫星定位系统接收器当中的射频集成电路进行自动增益控制。

发明内容

有鉴于上述可程序化增益放大器糟糕操作点的问题，根据本发明之一实施例，提供一种具有自动增益(gain)控制功能的无线接收器以及用于一无线接收器中之一接收电路的自动增益控制方法，以解决上述的问题。

依据本发明之一实施例，其揭露一种用于一无线接收器中的一接收电路的自动增益控制方法，该接收电路包含有一可程序化的增益放大器以及一低噪声放大器，该方法包含有：将该可程序化的增益放大器的一增益代码与一预定代码范围进行比较，其中该增益代码为经由该低噪声放大器所接收的一频率信号所决定；以及当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整该低噪声放大器的一增益。

依据本发明之一实施例，其另揭露一种用于无线接收器中的接收电路的自动增益控制方法，该接收电路包含有一可程序化的增益放大器以及一混波器模块，该方法包含有：将该可程序化的增益放大器的一增益代码与一预定代码范围进行比较，其中该增益代码为经由该混波器模块所接收的一频率信号所决定；以及当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整该混波器模块的一增益。

依据本发明之一实施例，其揭露一种具有自动增益控制功能的无线接收器。该无线接收器包含有：一接收电路以及一控制电路，其中接收电路包含有：一低噪声放大器、一混波器模块以及一可程序化的增益放大器。该低噪声放大器用于放大一射频信号，该混波器模块用于处理该放大后的射频信号以产生一中频信号，以及该可程序化的增益放大器用于利用对应于一增益代码的一增益来放大该中频信号，并且该控制电路用于将该增益代码与一预定代码范围进行比较，并且当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整该低噪声放大器的一增益。

依据本发明之一实施例，其另揭露一种具有自动增益控制功能的无线接收器。该无线接收器包含有：一接收电路以及一控制电路，其中接收电路包含有：一混波器模块以及一可程序化的增益放大器。该混波器模块用于处理一射频信号以产生一中频信号，以及该可程序化的增益放大器用于利用对应于一增益代码的一增益来放大该中频信号，并且该控制电路用于将该增益代码与一预定代码范围进行比较，并且当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整该混波器模块的一增益。

这样，对于具有预定总增益的射频集成电路，当其中的高频操作组件增益因为一些因素而不稳定的改变时，本发明提供的具有自动增益控制机制可以避免可程序化增益放大器的糟糕的操作点，保证射频集成电路的性能。

附图说明

图1所绘示的为依据本发明的第一实施例的全球卫星定位系统接收器100的简化框图。

图2到图4绘示了三个范例示意图来举例说明图1中的可程序化的增益放大器128的增益代码设定。

图5所绘示的为依据本发明的第二实施例，在图1中的全球卫星定位系统接收器100另连接有一外部低噪声放大器140的简化框图。

图6所绘示的为依据分别在图1与图5中的第一实施例与第二实施例来概述本发明的用于一全球卫星定位系统接收器中一接收电路的自动增益控制方法的流程图。

图7所绘示的为依据本发明的第三实施例，在图1中的全球卫星定位系统接收器100另连接有一外部低噪声放大器150的简化框图。

图8所绘示的为依据在图7中的第三实施例来概述本发明的用于一全球卫星定位系统接收器中一接收电路的自动增益控制方法的流程图。

附图标号：

100：全球卫星定位系统接收器

110：天线模块

112：接收电路

114：基频电路

120：低噪声放大器

122：混波器模块

124：混波器

126：滤波器模块

128：可程序化的增益放大器

130：模拟数字转换器

132：第一开关

134：第二开关

140、150：外部低噪声放大器

S600-S630，S800-S830：步骤

具体实施方式

在本说明书以及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件，而所属领域中普通技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件，本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含有”为一开放式的用语，故应解释成“包含有但不限定于”，此外，“耦接”一词在此包含有任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可以直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

为了简单说明起见，在本文件中的无线接收器，例如全球卫星定位系统接收器在此作为全球导航卫星定位系统接收器的一个例子来加以讨论，其中“全球导航卫星定位系统”以及“全球卫星定位系统”两个名词可替换地使用。然而，本领域中的普通技术人员应该可以了解本发明并不限制用于一全球卫星定位系统装置，而是可以应用于其它全球导航卫星定位系统类型的装置，例如欧盟的Galileo或俄罗斯的GLONASS等，这些同样可以适用于本发明的精神。

请参考图1，图1所绘示的为依据本发明的第一实施例的全球卫星定位系统接收器100的简化框图。如图1所示，全球卫星定位系统接收器100包含有一天线模块110、一接收电路112以及一基频电路114。接收电路112包含有一低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)120、具有两个混波器124的一混波器模块122、一滤波器模块126、一可程序化的增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)128、一模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)130、一第一开关132以及一第二开关134。举例来说，接收电路112可以为一射频集成电路(Radio FrequencyIntegrated Circuit，RFIC)，以及滤波器模块126可以包含有一影像排除滤波器(未显示)(例如一被动多相位滤波器或是一主动多相位滤波器)以及一信道选择滤波器(未显示)。低噪声放大器120用于放大一射频信号，该射频信号可以由天线模块110所接收。混波器模块122用于处理该放大后的射频信号以产生一中频信号，以及可程序化增益放大器128用于利用对应于一增益代码的一增益来放大该中频信号。基频电路114在本实施例中作为一控制电路，并且用于将该增益代码与一预定代码范围进行比较，并且当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整低噪声放大器120的一增益或是/以及混波器模块122的一增益。当然，在此请注意上述的实施例仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。此外，接收电路112以及基频电路114也可以整合于一系统单芯片(System On Chip，SOC)中或者分开成不同的集成电路部分。请注意为了简洁说明起见，只有与本发明相关的组件才会显示于示意图中。

在本实施例中，当全球卫星定位系统接收器100在运作中时，第一开关132为导通以及第二开关134为不导通。将接收电路112的一总增益设计为一预定值，因此低噪声放大器120、混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益之总和需要实质上等于该预定的总增益。举例来说，在后续的实施例中，该预定的总增益被设定为100dB，当然，在此请注意上述预定的总增益仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。

首先，可程序化的增益放大器128的预定代码范围由一第一极限值以及一第二极限值所定义，并且该预定代码范围是储存于基频电路114中，而基频电路114作为一控制电路来设定低噪声放大器120的一增益，其中第一极限值不小于第二极限值，换句话说，第一极限值定义一上限，以及第二极限值定义一下限，在此请注意第一极限值以及第二极限值分别对应于可程序化的增益放大器128的一第一增益以及一第二增益，并且第一增益以及第二增益可以由实地测试(field trial)所决定。举例来说，由于30dB到50dB之间的范围适合可程序化的增益放大器128以及接收电路112的运作，所以一实地测试就会指出第一增益可以等于50dB以及第二增益可以等于30dB。也就是说，预定代码范围对应于可程序化的增益放大器128的一可运作增益范围。而在确认第一增益以及第二增益之后，就可以由此决定第一极限值以及第二极限值，当然，在此请注意上述之增益仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。

用于全球卫星定位系统接收器100中之一接收电路112的自动增益控制之一实施例将可程序化的增益放大器128的一增益代码与该预定代码范围进行比较，其中增益代码为经由低噪声放大器120所接收的一频率信号所决定。

接着，当所述增益代码落在该第一极限值与该第二极限值之间的预定代码范围外时(亦即当可程序化的增益放大器128的一增益落在该第一增益以及该第二增益之间的范围外时)，该实施例利用控制电路(例如基频电路114)来调整低噪声放大器120的一增益，以使得可程序化的增益放大器128的增益代码回到该第一极限值以及该第二极限值之间的范围，也就是使得可程序化的增益放大器128的增益回到该第一增益以及该第二增益之间的范围。换句话说，该实施例依据可程序化的增益放大器128的增益代码来调整低噪声放大器120的增益，并且由此使得可程序化的增益放大器128的增益代码回到由该第一极限值以及该第二极限值所限定的范围，也就是该预定代码范围。

进一步来说，调整低噪声放大器120的增益的步骤包含有：如果可程序化的增益放大器128的增益代码大于该第一极限值时(也就是可程序化的增益放大器128的增益大于该第一增益时)，提高低噪声放大器120的增益；以及如果可程序化的增益放大器128的增益代码小于该第二极限值时(也就是可程序化的增益放大器128的增益小于该第二增益时)，降低低噪声放大器120的该增益。

图2到图4绘示了三个范例示意图来举例说明图1中的可程序化的增益放大器128的增益代码设定。如图2所示，当一实地测试指出可程序化的增益放大器128的第一增益以及第二增益分别为50dB以及30dB时，本实施例会利用相对应于50dB的一第一极限值H以及相对应于30dB的一第二极限值L来定义可程序化的增益放大器128的一预定代码范围，然后再将可程序化的增益放大器128的预定代码范围储存于基频电路114中，例如将第一极限值H以及第二极限值L储存于基频电路114中。

举例来说，将应用于全球卫星定位系统接收器100中的接收电路112的一总增益设计为一预定值100dB，也就是说，低噪声放大器120、混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益可以分别被设计为20dB、20dB、20dB以及40dB，因此，如图2所示，可程序化增益放大器128的增益会落在30dB以及50dB之间的范围内(亦即可程序化的增益放大器128的增益代码为A，没有落在第一极限值H与第二极限值L之间的该预定代码范围外)。

在某一情况下，当低噪声放大器120的增益因为一些因素(例如制造过程变异性或电路设计)而改变为40dB时，那么可程序化的增益放大器128的增益会被调整为20dB，如图3所示，所以可程序化的增益放大器128的增益代码会变成LA，小于第二极限值L(亦即可程序化的增益放大器128之增益代码会落在储存于基频电路114中的该预定代码范围外)。在基频电路114侦测到可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L之后，本实施例会利用基频电路114来降低低噪声放大器120的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。同样地，如果混波器模块122的增益的一变动或是低噪声放大器120以及混波器模块122两者增益的变动造成可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L时，本实施例也会利用基频电路114来降低低噪声放大器120之增益，直到可程序化的增益放大器128的增益代码回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。

在另一情况下，当低噪声放大器120的增益因为一些因素(例如制造过程变异性或电路设计)而改变为5dB时，那么可程序化的增益放大器128的增益会被调整为55dB，如图4所示，所以可程序化的增益放大器128的增益代码会变成HA，大于第一极限值H(亦即可程序化的增益放大器128的增益代码会落在储存于基频电路114中的该预定代码范围外)。在基频电路114侦测到可程序化的增益放大器128的增益代码大于第一极限值H之后，本实施例会利用基频电路114来提高低噪声放大器120的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。同样地，如果混波器模块122的增益的一变动或是低噪声放大器120以及混波器模块122两者增益的变动造成可程序化的增益放大器128的增益代码大于第一极限值H时，本实施例也会利用基频电路114来提高低噪声放大器120的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益代码回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。

此外，请参考图5，图5所绘示的为依据本发明的第二实施例，在图1中的全球卫星定位系统接收器100另连接有一外部低噪声放大器140的简化框图。如图5所示，当需要外部低噪声放大器140设置在天线模块110与接收电路112的低噪声放大器120之间时，接收电路112所提供的该预定总增益会依据外部低噪声放大器140的一增益而改变。在本实施例中，当全球卫星定位系统接收器100在运作中时，第一开关132为导通以及第二开关134为不导通，以使用外部低噪声放大器140来接收从天线模块110来的射频信号。基频电路114用于将该增益代码与一预定代码范围进行比较，并且当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整低噪声放大器120的一增益或是/以及混波器模块122的一增益。

举例来说，将应用于全球卫星定位系统接收器100中的接收电路112的一总增益设计为一预定值100dB，也就是说，可以将低噪声放大器120、混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益分别设计为20dB、20dB、20dB以及40dB。当提供一增益15dB的外部低噪声放大器140设置在天线模块110以及接收电路112的低噪声放大器120之间时，接收电路112所提供的增益会降低到85dB，并且低噪声放大器120、混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益可能会分别被改变为30dB、15dB、20dB以及20dB。因此，可程序化的增益放大器128的增益代码会变成LA，小于第二极限值L(亦即可程序化的增益放大器128的增益代码会落在储存于基频电路114中的该预定代码范围外)，如图3所示。在基频电路114侦测到可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L之后，本实施例会利用基频电路114来降低低噪声放大器120的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。当然，在此请注意上述的增益、增益代码以及该预定代码范围仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。

同样地，如果外部低噪声放大器140的增益、或混波器模块122的增益、或低噪声放大器120的增益的一变动或是上述三者的任一组合之增益的变动造成可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L或是大于第一极限值H时，本实施例也会利用基频电路114来降低或提高低噪声放大器120的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。

为了简单扼要地总结上述的运作方式，请参考图6，图6所绘示的为依据分别在图1与图5中的第一实施例与第二实施例来概述本发明的用于一GPS接收器中一接收电路的自动增益控制方法的流程图。但本实施例的流程不一定需要照图6所示的顺序来执行，亦可获得实质上相同的结果，也就是说，这些步骤之间可以插入其它的步骤。本发明之自动增益控制方法包含有下列步骤：

步骤600：开始。

步骤620：将该可程序化的增益放大器的一增益代码A与一预定代码范围进行比较，其中该预定代码范围由一第一极限值H以及一第二极限值L所定义；如果增益代码A大于第一极限值H时，进行步骤622；如果增益代码A小于第二极限值L时，进行步骤624；如果增益代码A落在由第一极限值H以及第二极限值L共同定义的预定代码范围内时，进行步骤630。

步骤622：利用该基频电路来提高该低噪声放大器的增益，然后回到步骤620。

步骤624：利用该基频电路来降低该低噪声放大器的增益，然后回到步骤620。

步骤630：维持该可程序化放大器的增益代码A，如果有需要的话再回到步骤620持续监视增益代码A。

接着，请参考图7，图7所绘示的为依据本发明的第三实施例，在图1中的全球卫星定位系统接收器100另连接有一外部低噪声放大器150的简化框图。如图7所示，当需要外部低噪声放大器150设置在天线模块110与接收电路112的混波器模块122之间时，接收电路112所提供的该预定总增益会依据外部低噪声放大器150的一增益而改变。在本实施例中，当全球卫星定位系统接收器100在运作中时，第二开关134为导通以及第一开关132为不导通，以使用外部低噪声放大器150来接收从天线模块110来的射频信号。基频电路114用于将该增益代码与一预定代码范围进行比较，并且当该增益代码落在该预定代码范围外时，调整低噪声放大器120的一增益或是混波器模块122的一增益。

举例来说，将应用于全球卫星定位系统接收器100中的接收电路112的一总增益设计为一预定值100dB，也就是说，可以将混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益分别设计为40dB、20dB以及40dB。当提供一增益20dB的外部低噪声放大器150设置在天线模块110与接收电路112的混波器模块122之间时，接收电路112所提供的增益会降低到80dB，并且混波器模块122、滤波器模块126以及可程序化的增益放大器128的增益可能会分别被改变为40dB、20dB以及20dB。因此，可程序化的增益放大器128的增益代码会变成LA，小于第二极限值L(亦即可程序化的增益放大器128的增益代码会落在储存于基频电路114中的该预定代码范围外)，如图3所示。在基频电路114侦测到可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L之后，本实施例会利用作为混波器模块122的控制电路的基频电路114来降低混波器模块122的增益，直到可程序化增益放大器128的增益代码回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。当然，在此请注意上述的增益、增益代码以及该预定代码范围仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。

同样地，如果外部低噪声放大器150的增益或混波器模块122的增益的一变动或是外部低噪声放大器150以及混波器模块122两者的增益的变动造成可程序化的增益放大器128的增益代码小于第二极限值L或是大于第一极限值H时，本实施例也会利用基频电路114来降低或提高混波器模块122的增益，直到可程序化的增益放大器128的增益代码回到储存于基频电路114中的该预定代码范围中。

为了简单扼要地总结上述的运作方式，请参考图8，图8所绘示的为依据在图7中的第三实施例来概述本发明的用于一全球卫星定位系统接收器中的一接收电路的自动增益控制方法的流程图。但本实施例之流程不一定需要照图7所示的顺序来执行亦可获得实质上相同的结果，也就是说，这些步骤之间可以插入其它的步骤。本发明之自动增益控制方法包含有下列步骤：

步骤800：开始。

步骤820：将该可程序化的增益放大器的一增益代码A与一预定代码范围进行比较，其中该预定代码范围由一第一极限值H以及一第二极限值L所定义；如果增益代码A大于第一极限值H时，进行步骤822；如果增益代码A小于第二极限值L时，进行步骤824；如果增益代码A落在由第一极限值H以及第二极限值L共同定义的预定代码范围内时，进行步骤830。

步骤822：利用该基频电路来提高该混波器模块的增益，然后回到步骤820。

步骤824：利用该基频电路来降低该混波器模块的增益，然后回到步骤820。

步骤830：维持该可程序化放大器的增益代码A，如果有需要的话再回到步骤820持续监视增益代码A。

综上所述，本发明的各个实施例对于用于一无线接收器中的一接收电路(例如在一全球卫星定位系统接收器中的一射频集成电路)的自动增益控制提供了一有效且经济的解决方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。