[發明專利]一種低功耗無線接收機射頻前端電路

無效

• 申請號: 200710172617.1
• 申請日: 2007-12-20
• 公開（公告）號: CN101183878A
• 公開（公告）日: 2008-05-21
• 發明（設計）人: 李巍;楊光
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H04B1/18
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于射頻無線接收機集成電路技術領域，具體涉及一種應用于無線接收機集成電路中射頻前端電路(RF?Front-end)。可用于寬帶無線網絡以及高速無線數據傳輸等技術標準的射頻信號接收機芯片，如WiMax和UWB等。

背景技術

隨著通信和半導體技術的發展，各種移動通信系統和無線數據傳輸技術迅速發展，它們中的代表有GSM、CDMA和Bluetooth以及WiFi等，特別是近幾年3G、IEEE802.11a/b/g、WiMax和UWB超寬帶技術等高數據率無線傳輸技術不斷涌現，對高性能的射頻信號接收機提出了很高的要求。由于移動通信和無線數據傳輸技術的載波頻率較高，部分技術中采用的信號帶寬非常大，無線射頻接收機接收放大處于很高頻率或者很大帶寬的無線信號放大并進行數字化信號處理。同時，移動通信或者無線技術絕大部分應用在手持終端上，這就要求手持終端的信號接收和發射設備必須盡可能降低功耗以延長工作時間。

射頻前端作為無線通信接收機中的主要組成部分之一，其作用就是將天線接收到的微弱信號放大并進行信號的頻率搬移。傳統射頻前端電路中一般將這兩個功能分別分配給低噪聲放大器(Low?Noise?Amplifier)和下混頻器(Down?Conversion?Mixer)兩部分相互獨立。這樣做的缺點在于兩部分電路互相影響，設計時需要經歷單獨設計、仿真到相互連接、聯合仿真、參數修改的流程，設計難度和周期加大。兩部分電路接口設計的困難導致整體電路的功耗、噪聲和線性度等性能不能得到充分的優化。

傳統寬帶射頻前端電路的射頻輸入匹配網絡一般由柵極片上電感、電容及其組合的濾波網絡與輸入共源晶體管及源極電感共同組成，使用的片上電感數目較多，占用芯片面積較大。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于射頻無線接收機的射頻前端電路，要求其工作頻率范圍特性為寬帶和超寬帶，直流功耗小、電源電壓低，噪聲系數小同時線性度高。

本發明提供的射頻前端電路，其結構如圖1所示，該射頻前端電路包括輸入匹配網絡、放大級、橋接變壓器和LO開關級以及IF中頻負載和電流源偏置集資電路連接組成；其中射頻輸入匹配網絡做天線與放大級之間的阻抗匹配，放大級進行信號的放大，橋接變壓器將放大后的信號傳遞給LO開關級并實現前后級的直流隔離，LO開關級使RF電流信號與LO信號進行混頻并在輸出差分負載上交替輸出中頻IF信號。

本發明中，射頻輸入匹配網絡可由片上集成變壓器或片上集成變壓器與放大級部分元件結合形成的反饋結構實現。可使用的片上變壓器結構結構與分類如圖2(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。圖3給出兩種典型設計的單邊電路示意圖，一種是射頻RF信號從片上集成變壓器初級輸入，再由次級同相端接放大級主放大管柵極，主放大管的源極接反饋電感，漏極接后級負載電路，變壓器的其它端口都接交流地(固定偏置電壓、差分共模電流偏置管漏極或者地)；另一種是射頻RF信號從片上變壓器初級一端輸入，另一端接放大級主放大管柵極，放大級主放大管源極接變壓器次級反相端，次級另一端接交流地，主放大管漏極接后級放大電路。

本發明中，放大級一般為共源接法或者共源共柵連接方式的MOS?FET晶體管或者bipolar三極管組合，并可與輸入匹配網絡元件結合成反饋結構。以共源共柵為例，共源管為主放大管，用以提供較大的跨導；共柵管為輔助放大管，可提供較大的輸出阻抗，并提供后級與RF輸入端的隔離，避免LO大信號的反向泄漏。

本發明中，橋接變壓器為片上集成變壓器，其結構與分類如圖2(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。所述橋接變壓器為片上集成變壓器；它的作用是將放大的射頻信號從初級耦合到次級，提供給LO開關級進行混頻。若放大級為單端結構、LO開關級為單平衡結構，其連接方法如圖4(a)所示；若放大級為單端結構、LO開關級為雙平衡結構，其連接方法如圖4(b)所示；若放大級為差分結構、LO開關級為雙平衡結構，其連接方法如圖4(c)所示。其中的片上變壓器可從線圈中間抽頭，提供偏置電壓或者偏置電流。

本發明中，LO開關級一般為NMOS?FET晶體管或者NPN?bipolar三極管，射頻信號一般從其共源(射)端輸入，LO信號從柵(基)極輸入。

中頻負載一般為片上電阻、電容、電感或者它們的組合網絡，可用于寬帶下變頻、窄帶下變頻和上變頻以及有特別中頻頻響要求的電路。其電流源負載為柵極(基極)電壓固定的NMOS管或者NPN三極管。

本電路可采用單端結構或全差分結構，可用CMOS、BiCMOS、Bipolar等工藝實現。