1.1 子計劃概述
此子計畫中高效能的OFDM中、基頻傳收機電路，如圖1.1所示，包含了：1. 適用於中 頻(Intermediate Frequency, IF)、基頻(BaseBand, BB)之寬頻可調增益放大器(Variable Gain Amplifier, VGA)，2.寬頻低通濾波器，3.RSSI電路，4. 適用於中、基頻之升、降頻混波器 (Mixer)，5. 校正I/Q訊號誤差的I/Q訊號校正電路(I/Q Calibration)。
BBRSSI IFRSSI
sinωLOt
cosωLOt I/Q
Calibration
I
Q
BBRSSI IFRSSI
sinωLOt
cosωLOt I/Q
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I
Q
圖 1.1 中、基頻傳收機電路系統圖。
可調增益放大器為通訊系統中不可或缺之電路，如超寬頻帶(Ultra Wide Band)或光纖通 訊(Optical Fiber Communication)等應用系統，皆需要非常寬頻的可調增益放大器。除了操作 頻率及頻寬的考量之外，放大器的增益範圍必須能涵蓋信號的動態範圍(Dynamic Range)，
在60-GHz傳收機的架構中，我們會將增益的可調範圍分配於中頻以及基頻當中；在此我們 所採用之中頻頻率為5-GHz。中頻之可調增益放大器一般可採用可調負載(Tuned Load)電路 來達到高頻操作，其增益控制大多不需要非常精確，而在基頻可變方面，則會需要有較多 的設計考量，例如必須有很大的頻寬（於本子計劃中為120 MHz），同時具有大範圍增益微 調及直流偏移(DC Offset)消除的功能等。目前這方面的參考文獻尚屬有限[1,2]，而且系統規 格及應用均不相同，在[1]當中並沒有特別考慮採用高通轉移系統來消除直流偏移，在[2]當 中則採用了電阻電容的迴授網路來產生高通轉移系統。整體而言，這方面的電路還可以有 更進ㄧ步的研究空間。
用於基頻之寬頻低通濾波器(Wide-Band Low Pass Filter)主要功能為通道選擇(Channel Selection)，因此其設計之要求是由無線通訊系統的相關規格所決定；於本計畫中，由於傳 輸速率甚高，因此低通濾波器的操作頻寬也隨之上升。近幾年來有許多相關於寬頻低通濾 波器的研究被發表，其中多半是以Gm-C濾波器(Gm-C Filter)為主[3,4]，然而Gm-C濾波器的 線性度通常會較差，並且所容許的動態範圍較小，將使系統效能受到限制，在60-GHz OFDM 系統傳收機的架構中，所需的基頻類比濾波器其規格要求甚高，尤其在線性度的要求上更 為嚴苛，因此對於Gm-C濾波器的使用必須詳加評估；另一個設計方案為主動式電阻電容濾 波器(Active-RC Filters)，雖然此類濾波器通常需要搭配一個相當高速的運算放大器[5]，可 能會有相當的功率消耗，但是其在線性度方面有較好的效能，適合此子計劃中對於線性度 的要求，因而在此子計劃中，我們是採用主動式電阻電容濾波器。
RSSI電路為可量測接收信號強弱的元件，接收器便是依此元件的量測結果作為調整信
號路徑上增益大小的參考依據，而使接收器後端所取得到之信號能達到一個適當範圍。在 RSSI 的 電 路 實 現 上 ， 目 前 主 要 是 以 峰 值 檢 測 器 (Peak Detector) [6] 以及對數型放大器 (Logarithmic Amplifier) [7]為主，不過因其設計的議題上主要是以改善RSSI 的線性度 (Linearity)和動態範圍這兩者為重點，所以通常會採用有較佳動態範圍的對數型放大器。
多數無線通訊系統僅使用基頻RSSI並且操作頻率不高，至於操作上，多數通訊系統皆 只量測I (In-Phase, I)或Q (Quadrature, Q)其中一路訊號，然而這樣的電路架構在本子計畫中 可能不盡適用，一個高效能的系統可能需要搭配中頻RSSI作為使用，並且在OFDM的調變 不匹配(Gain Mismatch)所產生的相位誤差(Phase Error)與振幅誤差(Amplitude Error)，都將造 成錯誤的鏡像成分(Image)的產生。這是因為，假設本地振盪源(Local Oscillator, LO)輸入到 混波器的 I 訊號與 Q 訊號不是理想正交，而存在一相位誤差φ，並且亦有著振幅誤差(1+α)， (Image Rejection Ratio, IRR)，鏡像排斥比率的計算為式子(1.2)所示，當誤差越大時，第二
項次的比重將變得更為顯著，使得干擾源(Interferer)直接干擾所接收的目標訊號。因此，I/Q 訊號的校正電路必須在不能過度消耗功率與面積的前題下被精確設計，如此才能提升接收 端訊號的鏡像排斥比率。
1.2 本篇報告結構
在本篇進度報告當中，我們將針對目前的研究進度與成果作一完整說明。此次的研究 設計重心為類比濾波器、I/Q訊號的校正機制與功能驗證。本篇報告的組織如下，首先我們 將於第二章中針對所作的接收端基本元件進行介紹，當中將描述類比濾波器的設計與校 正，並且列出在此方面的完整設計結果；接下來於第三章將針對本篇報告的另一個重點，
I/Q校正技術，作一相關探討與分析，當中描述我們所提出的想法與設計方案，並且介紹為 了達到更高的精確度，所設計的其他創新電路。最後，我們將於第四章就目前子計畫的成 果作一介紹。