[發(fā)明專利]接收器前端電路、通信模塊以及用于接收器前端電路的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410233901.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN104218960A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖之帆;蔡明達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 聯(lián)發(fā)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04B1/10
• 分類號(hào): H04B1/10;H04B1/16
• 代理公司: 北京萬慧達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11111
• 代理人: 張金芝;楊穎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及接收器前端電路，尤其涉及無線通信模塊的接收器前端電路，所述接收器前端電路包括無電感低噪聲放大器以及噪聲消除電路。

背景技術(shù)

在無線通信領(lǐng)域中，通信接收器是通信模塊中的關(guān)鍵元件，可用來接收并處理無線接收信號(hào)。通常，由于從遠(yuǎn)處無線傳送器傳來的信號(hào)傳遞衰減的緣故，當(dāng)無線傳送信號(hào)到達(dá)接收器時(shí)，所接收到的信號(hào)的功率非常低。

接收信號(hào)在被天線接收下來后，一般會(huì)先進(jìn)入接收器前端電路，例如集成電路或是模塊。典型的接收器前端電路包括低噪聲放大器，接著是降頻轉(zhuǎn)換電路以及相關(guān)濾波器。通常低噪聲放大器位于收發(fā)器設(shè)備中的天線開關(guān)或是收發(fā)雙工器之后，其中天線開關(guān)或是收發(fā)雙工器用來將通過天線的傳送信號(hào)和接收信號(hào)分開。低噪聲放大器的作用則是盡量地線性放大天線所接收進(jìn)來的所需信號(hào)。低噪聲放大器不僅用于處理較微弱的所需信號(hào)，同時(shí)亦需要處理較大的干擾(例如收發(fā)雙工器對傳送器泄漏的消除不夠完全)。低噪聲放大器的增益可以消除接收器中后級元件造成的噪聲影響，然而低噪聲放大器裝置/電路本身所造成的噪聲則會(huì)直接被饋入接收信號(hào)。因此，低噪聲放大器所制造的噪聲在此是一關(guān)鍵的系數(shù)，其影響接收信號(hào)能否在被放大之后不帶有噪聲與失真的成分，同時(shí)還要兼具低功耗的低噪聲放大器設(shè)計(jì)。如此一來，接收器的后續(xù)電路(基頻電路及/或降頻轉(zhuǎn)換電路)中才能順利地將信號(hào)正確地?cái)X取下來。

高效能的低噪聲放大器通常為電流模式輸出接口(用作跨導(dǎo)放大器，或稱跨導(dǎo)器)，且具有低噪聲系數(shù)(low-noise?factor,簡稱NF或F)(一般普遍在1dB的大小)，并應(yīng)具有夠大的互調(diào)(intermodulation)以及壓縮點(diǎn)(三階攔截點(diǎn)(third?order?intercept?point,IP3))以及1dB的壓縮點(diǎn)(1dB?compression?point,P1dB))的效能表現(xiàn)。設(shè)計(jì)低噪聲放大器的其它重要條件還包括：操作帶寬、增益平坦度、穩(wěn)定度以及輸入和輸出電壓常駐波比(voltage?standing?wave?ratio,VSWR)。另一關(guān)鍵的低噪聲放大器質(zhì)量要素是：獲得天線和低噪聲放大器輸入之間良好的阻抗匹配。通常對這一潛在問題的解決方法是：使用含有電感源極退化(inductive?source?degeneration)的共源極耦合晶體管(common-source?coupled?transistor)的芯片上低噪聲放大器。源極電感在目標(biāo)頻率處共振以得到實(shí)值輸入阻抗。不過，由于電感電路的共振效應(yīng)，此類型的低噪聲放大器的帶寬較低，且有時(shí)對必須接收涵蓋在較寬范圍內(nèi)的信號(hào)的行動(dòng)通信應(yīng)用來說較不合用，例如移動(dòng)電話的帶寬分布自850MHz至2.5GHz。

在目前的移動(dòng)電話裝置來說，其中的一種作法是利用若干低噪聲放大器來使其支持完整的帶寬。當(dāng)中使用開關(guān)并依據(jù)所接收的頻率來啟動(dòng)對應(yīng)的低噪聲放大器。此時(shí)每一低噪聲放大器都各自具有其電感，以提供良好的增益以及低噪聲，但會(huì)使用到較大的集成電路。電感元件所占的芯片面積以及衍生的芯片外匹配元件亦占據(jù)大量印刷電路板空間。更糟的是，為了達(dá)到高Q值，芯片上電感的制造工序相當(dāng)昂貴。

因此，接收器前端設(shè)計(jì)近來的趨勢乃是逐漸將電感淘汰，并以其它噪聲消除機(jī)制來取代。不過，眾所皆知的是，不使用電感的低噪聲放大器設(shè)計(jì)要達(dá)到高線性度同時(shí)具有良好噪聲系數(shù)是相當(dāng)困難的，其為了提供有效率的信號(hào)功率轉(zhuǎn)換，需要主動(dòng)輸入匹配，使得線性度以及噪聲系數(shù)表現(xiàn)都被限制。

圖1為包括一噪聲消除迭接互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體低噪聲放大器(noise-cancelling?cascode?CMOS?LNA)配置的一接收器前端電路100的一簡化電路圖。在美國專利US8503967B2的說明書中提到，所示之接收器前端電路100中的噪聲消除功能的主要目的在于實(shí)現(xiàn)無電感的前端電路設(shè)計(jì)。在此為說明無電感低噪聲放大器的低噪聲系數(shù)限制效應(yīng)，接收器前端電路100包括一源極(利用具有一源極阻抗R_S110的一輸入信號(hào)105來表示)。迭接的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體115、120包括一反饋?zhàn)杩筊_FB125。接收器前端輸出140使用第一和第二跨導(dǎo)放大器130、135的輸出加總來表示。由于輸入信號(hào)和源極阻抗R_S110相匹配，可知接收器前端電路的噪聲系數(shù)F可以表示如下：

源極阻抗R_S110的輸入匹配可以定義如下：