[發明專利]超低功耗OOK接收裝置

有效

• 申請號: 201110025020.0
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN102163982A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 章琦;吳南健
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H04L27/06
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及無線射頻接收機芯片技術領域，特別是一種超低功耗幅移鍵控(OOK)接收裝置。

背景技術

在無線傳感器網絡，無線體域網等應用領域當中，無線接收機無疑扮演著極為重要的角色。在這些應用中，首先其功耗必須非常低以延長電池的使用壽命，因為在很多應用場合更換電池要付出非常大的代價甚至幾乎不可能。值得一提的是，某些應用場合中，對于功耗的容忍程度僅限于幾百微瓦。其次，要求射頻接收機可以和其他模擬傳感器，數字處理器集成在同一塊CMOS芯片上，以增加穩定性和減低成本。因而在CMOS工藝上集成超低功耗射頻接收機是一項關鍵技術。

傳統的射頻接收機絕大部分基于頻率轉換結構，將射頻信號正交下變頻到I/Q兩路，在I/Q中頻信號鏈路上對信號進行多次濾波，放大，最后經過模數轉換器(ADC)轉換到數字域，在數字域中對信號進行解調。這種結構的關鍵是需要一個相位噪聲很小的鎖相環頻率綜合器，以達到高靈敏度和較強的信道選擇性，而高性能的鎖相環頻率綜合器通常消耗非常大的功耗。而且，中頻信號鏈路上的高性能濾波器也將消耗大量的功耗。更為嚴重的是，模數轉換器(ADC)消耗的功耗也非常的客觀。因而傳統的接收機結構無法滿足超低功耗的要求。

最近國外也有學者提出基于包絡檢波的低功耗接收機，它試圖去除接收機中的高性能鎖相環頻率綜合器，降低系統功耗；而在射頻域直接對信號進行放大，并對信號進行包絡檢波，獲取信號的幅度信息。遺憾的是，這種接收機結構，在實現低功耗的同時大大降低了系統的靈敏度，導致它們在實際的應用中滿足不了靈敏度的要求；而如果要提高系統的靈敏度，那么就必須增加在射頻域對信號放大的力度，從而有不可避免地增加了功耗。因而這種接收機也沒有實際的意義。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種超低功耗幅移鍵控(OOK)接收裝置，其是用超低功耗的自由振蕩環形振蕩器去替代鎖相環頻率綜合器(通常是基于LC壓控振蕩器)，大大降低了產生本振所需要的功耗；而對于信號的放大，我們還是放在了中頻頻段，這樣可以以很低功耗的代價換取信號的放大。對于自由振蕩環形振蕩器所固有的頻率飄移問題，我們采用了包絡檢波器對信號的幅度信息進行了檢測，其對于信號的頻率不敏感。因此，整個接收機的功耗可以減小到幾百微瓦，而又可以確保實際應用中所需的靈敏度。使其能夠適用于無線傳感器網絡，無線體域網等超低功耗應用的場合中。

本發明提供一種超低功耗OOK接收裝置，包括：

一射頻濾波器，其輸入端連接一天線，用于選擇相應的頻段，濾除帶外干擾信號；

一電流復用正交下混頻器，其輸入端與射頻濾波器的輸出端連接，用于將輸入射頻信號變換成中頻信號輸出；

一全差分環形振蕩器，其輸出端與電流復用正交下混頻器的輸入端連接，為電流復用正交下混頻器提供下變頻所需要的正交本振信號；

一鏡像抑制寬帶中頻放大器，其輸入端與電流復用正交下混頻器的輸出端連接，用于對電流復用正交下混頻器輸出的中頻信號進行進一步放大；

一包絡檢波器，其輸入端與鏡像抑制寬帶中頻放大器的輸出端連接，用于檢測鏡像抑制寬帶中頻放大器輸出中頻信號的幅度信息；

一高精度比較器，其輸入端與包絡檢波器的輸出端連接，用于解調包絡檢波器輸出的幅度信息；

一數字頻率校準器，其輸出端與全差分環形振蕩器的輸入端連接，用于對全差分環形振蕩器的輸出頻率進行數字校正。

其中所述的電流復用正交下混頻器由混頻器和混頻器構成，它們的輸入信號是相同的，它們用來混頻的本振信號是相互正交的，它們輸出的中頻信號也是相互正交的。

其中所述的電流復用正交下混頻器中的混頻器或混頻器是由上下兩級電路堆疊而成的，上級電路對信號進行放大，下級電路對信號進行混頻，而且兩級電路公用偏置電流，從而實現了超低功耗。

其中全差分環形振蕩器，由四個延遲單元和兩個電阻調諧網絡構成，該全差分環形振蕩器產生差分正交本振信號，其采用電路網絡來進行頻率調諧，避免了傳統的電流偏置進行頻率調諧，從而實現超低功耗。

其中所述的鏡像抑制寬帶中頻放大器，由八個放大器和一無源多相濾波器構成，能夠對有用中頻信號進行放大，對鏡像信號和帶外干擾信號進行抑制。

其中所述的鏡像抑制寬帶中頻放大器中的無源多相濾波器由RC網絡構成，它不僅對輸入信號的幅度、頻率有響應，而且對輸入信號的相位也有響應，從而可以濾除鏡像信號，并實現超低功耗。