[發(fā)明專利]一種用于無線通信節(jié)點的超低功耗欠采樣接收機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610003466.6
• 申請日: 2016-01-04
• 公開（公告）號: CN105680890B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田彤;孟凡振;劉宏;汪明亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H04B1/10
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

本發(fā)明涉及一種用于無線通信節(jié)點的超低功耗欠采樣接收機，其中，射頻匹配網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)射頻前端和天線之間的阻抗匹配；偽差分低噪聲放大器用于實現(xiàn)保證高增益和低噪聲，同時將射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的單端輸入信號轉(zhuǎn)為差分輸出信號；欠采樣混頻器用于將射頻差分信號欠采樣變頻到低中頻，并分成兩路輸出，兩路信號分別依次經(jīng)過各自的中頻放大器、數(shù)字濾波器和比較器；中頻放大器用于對微弱的低中頻濾波和放大；數(shù)字濾波器用于濾除雜波信號和進一步抽取采樣變頻信號；比較器用于解調(diào)實現(xiàn)信號處理；時鐘產(chǎn)生器用于產(chǎn)生時鐘控制信號，并作為采樣混頻器和數(shù)字濾波器的時鐘。本發(fā)明具有較高的功耗和噪聲優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信節(jié)點的低功耗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于無線通信節(jié)點的超低功耗欠采樣接收機。

背景技術(shù)

近幾十年以來，隨著科技的迅猛發(fā)展和日益增長的通信需求，無線通信技術(shù)的重要性越來越明顯。各種各樣的通信系統(tǒng)不斷的出現(xiàn)，如IEEE國際工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)ISM WLAN無線通系統(tǒng)，其頻率范圍覆蓋射頻頻段。在這些復(fù)雜龐大整個無線通信系統(tǒng)中無線通信芯片技術(shù)起到至關(guān)重要的作用，而無線接收機(Receiver)芯片是無線通信收發(fā)機芯片中最難克服的部分。為了滿足大規(guī)模的應(yīng)用，目前無線通信芯片技術(shù)必須考慮以下關(guān)鍵幾個方面：1)小尺寸；2)高集成度；3)低功耗；4)多標(biāo)準(zhǔn)多模式；5)低成本。研究表明隨著MOS管尺寸的減少，如0.18um、90nm、65nm、40nm、28nm、14nm等，不但解決無線芯片小尺寸高集成度問題，而且很大程度上節(jié)約了成本。但是，無線通信芯片的超低功耗和多標(biāo)準(zhǔn)多模式仍是目前研究的難點，并且隨著芯片集成度的提高和通信協(xié)議的增多，將越來越成為無線通信芯片大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

針對CMOS高集成度射頻無線通信接收機芯片領(lǐng)域，國內(nèi)外知名學(xué)校和研究機構(gòu)包括美國以及加拿大、法國、瑞典、荷蘭、等西方國家以及亞洲國家韓國、日本在降低功耗問題上投入了大量的研究。例如，美國加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)AsadA.Abidi教授于1997年使用采用接收機進行變頻，并在微電子領(lǐng)域頂級期刊IEEE固態(tài)電路期刊(JSSC)上發(fā)表一篇用于直接變頻無線接收機CMOS通道選擇濾波器研究的論文。荷蘭屯特大學(xué)Bram Nauta教授課題組針對開關(guān)濾波、變頻等類型的數(shù)字接收機有數(shù)十幾年的研究，其中比較重要研究于2009年發(fā)表在IEEE國際固態(tài)電路會議(ISSCC)發(fā)表了一篇基于正交采樣混頻器的接收機架構(gòu)。同時，國內(nèi)的一些著名大學(xué)和機構(gòu)如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、電子科技大學(xué)、中科院上海微系統(tǒng)所等也開展了類似的研究。

雖然現(xiàn)已報道過的接收機在一定程度上降低了功耗，但是以犧牲系統(tǒng)的噪聲和靈敏度等為代價。同時，國內(nèi)外頻譜劃分和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不同而國內(nèi)相關(guān)射頻低功耗接收機芯片的研究比較缺乏。因此，在保證其他性能要求的同時，研究適用于國內(nèi)無線通信節(jié)點新型的超低功耗射頻接收機將顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于無線通信節(jié)點的超低功耗欠采樣接收機，不但簡化系統(tǒng)架構(gòu)提高集成度，而且具有較高的功耗和噪聲優(yōu)勢。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種用于無線通信節(jié)點的超低功耗欠采樣接收機，包括射頻匹配網(wǎng)絡(luò)、偽差分低噪聲放大器、欠采樣混頻器、中頻放大器、數(shù)字濾波器、比較器和時鐘產(chǎn)生器；所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)射頻前端和天線之間的阻抗匹配；所述偽差分低噪聲放大器用于實現(xiàn)保證高增益和低噪聲，同時將射頻匹配網(wǎng)絡(luò)的單端輸入信號轉(zhuǎn)為差分輸出信號；所述欠采樣混頻器用于將射頻差分信號欠采樣變頻到低中頻，并分成兩路輸出，兩路信號分別依次經(jīng)過各自的中頻放大器、數(shù)字濾波器和比較器；所述中頻放大器用于對微弱的低中頻濾波和放大；所述數(shù)字濾波器用于濾除雜波信號和進一步抽取采樣變頻信號；所述比較器用于解調(diào)實現(xiàn)信號處理；所述時鐘產(chǎn)生器用于產(chǎn)生時鐘控制信號，并作為所述采樣混頻器和數(shù)字濾波器的時鐘。

所述欠采樣混頻器利用欠采樣技術(shù)在保證低功耗和靈活性情況下實現(xiàn)射頻信號的變頻和解調(diào)。

所述射頻匹配網(wǎng)絡(luò)采用LC匹配電路實現(xiàn)。