[發明專利]一種高頻率選擇性的射頻前端集成電路結構

有效

• 申請號: 201210007837.X
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102571134A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 廖懷林;陳龍;劉軍華
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B1/40
• 分類號: H04B1/40
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明涉及一種適用于軟件無線電的射頻前端，特別涉及在相當寬帶范圍內具備高的三階諧波抑制能力同時具有良好的頻率選擇性的射頻前端集成電路結構，屬于射頻集成電路領域。

背景技術

隨著無線通信技術的迅速發展，個人移動終端的應用越來越多樣化。當前市場上的智能手機已能夠同時兼容2G通信、3G通信、藍牙、Wi-Fi和移動數字電視等多種功能，覆蓋頻帶從數百MHz至若干GHz。為滿足多種用戶需求和適應不同的通信協議，當前個人移動終端的主流解決方案是針對不同標準采用各自獨立的信號處理芯片，或者使用多種前端接收芯片然后采用統一的數字基帶處理。這將極大增加系統的成本和功耗，且不利于系統的小型化。同時在使用過程中，為抑制各種強干擾信號(如使用移動數字電視時的GSM信號)，一般需要在芯片的射頻輸入端口加入高Q值的表面聲波(Surface?acoustic?wave，SAW)濾波器預先濾除干擾信號，這進一步增加了成本并且因SAW濾波器的插入損耗會惡化靈敏度。因此，無論是從系統對于干擾的抑制能力、功耗還是物理實現成本考慮，開發一種寬帶、兼容多標準、具備高頻率選擇性(亦即具備高帶外干擾抑制能力)的射頻前端芯片具有極佳的應用價值。

軟件無線電(Software-Defined?Radio，SDR)是一種預期可應用于多頻帶、多標準的收發機。對于SDR的接收機，其顯著特點是在寬頻帶范圍內可接收和放大信號，可在同時存在強帶外干擾的條件下并不顯著惡化靈敏度。通常的SDR設計為低中頻或是零中頻接收機，頻率在本地振蕩(Local?Oscillator，LO)信號附近的射頻信號被下變頻和放大，同時受限于當前常規混頻器的結構局限，在LO的整數階諧波附近的射頻信號也將被下變頻和放大。若在LO整數階諧波附近存在強干擾，干擾信號將被下變頻和放大，從而急劇惡化接收機性能。諧波抑制能力從另外一方面成為衡量SDR的重要指標。

文獻A.Mirzaei，et?al，“A?frequency?translation?technique?for?SAW-Less?3G?receivers”，in?Symp.VLSI?Circuits?Dig.Tech.Papers，2010闡述了開關作用對基帶阻抗在頻域上的搬移效應；利用該技術，可以作高Q值的帶通濾波，從而達到濾除帶外干擾的目的。美國和歐洲專利申請號為US20100317311A1和EP2270982A2基于阻抗變換技術，實現了一種無需SAW濾波器、抗干擾能力強的射頻前端。

以上參考文獻和專利具備好的帶外干擾抑制能力，同時具備低的噪聲系數，但是不具備好的諧波抑制能力，這是采用4相或8相時鐘作阻抗變換的本質屬性。本發明針對當前解決方案中的缺點，采用3相、各自120度相移的時鐘進行阻抗變換，使得前端具備高的頻率選擇性，同時具備良好的三階諧波抑制能力；在混頻器中，本發明采用6相、各自相移60度的時鐘，并分別對0度、60度和120度下變頻的信號以1∶2∶1的比例組合作放大和加和，使三階諧波抑制能力進一步增強。相較于傳統的4相或8相時鐘，3相阻抗變換具備三階諧波抑制能力；在混頻器中，6相變換可以1∶2∶1的比例組合，而在傳統的8相操作中需要以的比例組合，本發明簡化了電路實現難度并減少了器件失配對諧波抑制能力的影響。

電路的頻率選擇性亦即濾波性能可用品質因數Q來判斷，通常濾波器的Q值是指帶通濾波器的中心頻率與通帶帶寬頻率之比，中心頻率一般是射頻信號的載波頻率，而通帶帶寬則反映了射頻信號所包含數據的有效帶寬。濾波器的Q值越高，在某一中心頻率下，通帶帶寬越小，表明濾波器的頻率選擇性越高，也表明濾波器抑制干擾信號的能力越強。

發明內容

針對當前SDR接收機亟待解決的干擾抑制問題，本發明提供了一種頻率選擇性好、諧波抑制能力強的射頻前端，適用于未來多功能集成系統尤其是下一代通信系統的應用。

一種具備高三階諧波抑制能力的高頻率選擇性射頻前端集成電路結構，包括低噪聲放大器和下變頻混頻器，所述低噪聲放大器輸入端連接天線和匹配網絡，輸出端連接負載網絡和下變頻混頻器，所述匹配網絡和負載網絡電路為高Q值帶通電路。

所述高Q值輸入匹配網絡和高Q值帶通負載電路由三路相同的阻抗串聯結構并聯而成，每路阻抗由一個NMOS元件聯一個低通基帶阻抗構成。

所述低通基帶阻抗不與NMOS元件連接的一端共同接地，NMOS開關的另一端連接至一共同節點，從而在該節點和地之間形成一個高Q值帶通負載。

所述低噪聲放大器由兩級放大級級聯而成，每一級由一跨導和高Q帶通負載組成。