一种噪声消除宽带射频接收前端制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电流模式的噪声消除宽带射频接收前端，属于集成电路领域。该射频接收前端为差分输入/输出结构，包括共栅输入级、电流镜放大级、辅助路径反相器级、负阻级、主路径开关对Msw,main和辅助路径开关对Msw,aux。射频输入信号RFin由共栅输入级输入，于主路径上，经共栅输入级的转化、电流镜放大级的放大、Msw,main的混频和负阻级的倍增，信号传到输出节点C；辅助路径上，输入信号经过辅助路径开关对的混频、辅助路径反相器的转化后，转为电流信号传到输出节点C，两路信号叠加产生输出信号IFout。本发明专利技术可在较宽的频带内提高电路的增益，改善噪声、线性度性能。

【技术实现步骤摘要】
一种噪声消除宽带射频接收前端
本专利技术属于集成电路领域，尤其涉及一种宽带射频接收前端设计技术。
技术介绍
软件无线电源于军事领域对通信系统灵活性的特殊需要。1994年，在美国国防部高级研究项目局的主持下，世界首个军用软件无线电系统SPEAKeasy进行了第一阶段的展示。进而，该项目的第二阶段也完成了15种军用无线电系统的软件实现。SPEAKeasy的进展直接催化出了软件无线电论坛MMITS(modularmultifunctioninformationtransfersystems)的成立及其日益活跃，也直接促进了软件无线电在民用通信领域的应用研究。软件无线电技术，在民用市场也促使无线通信的发展经历了由固定到移动，由模拟到数字，由硬件到软件的三次变革。与传统无线电系统相比，软件无线电系统的A/D、D/A变换移到了中频，并尽可能靠近射频端，对整个系统频带进行采样。而且,软件无线电以可编程力强的DSP器件代替专用数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并对工作频率、系统带宽、调制方式、信源编码等进行编程控制，系统灵活性大为增强。对应地，该技术对宽带射频收发技术的研发变得日益迫切。同时注意到伴随着CMOS工艺的等比例缩减，CMOS晶体管的线性度却由于电源电压递减和迁移率的退化而恶化。随着射频集成电路工作频率越来越高，在高速和低压低功耗的应用环境中，传统的电压模式电路设计方法已不能很好地应对电路信号的处理，非线性等缺点逐渐暴露出来。而以电流为信号变量表征载体的电流模式电路可以解决电压模式电路在速度、带宽、低压、低功耗方面的瓶颈。近年来，电流模式电路在模拟/混合信号处理中的潜在优势正逐渐被挖掘，并快速推动基于电流域工作的电路设计技术的发展。目前，在射频集成电路领域以电流模式工作的电路比较有代表性的如电流镜式低噪声放大器，电流换向型混频器等。近年来，注意到以低噪声跨导器、电流换向型无源混频器、带滤波功能的基带放大器为基本组成单元的射频接收前端，以良好的噪声、线性特性引发了学术界和产业界的广泛研发投入。如图1所示，该跨导器位于接收链路的第一级，其噪声至关重要，所以在宽带内的噪声优化问题成为了宽带接收技术的首要难点。面向如是的射频接收前端架构，对其中的低噪声跨导器的研发普遍借鉴了低噪声放大器的设计技术。典型代表如图2所示，为德州农工大学使用噪声消除技术设计的基于电压域放大的低噪声跨导器(H.M.Geddada,et.al.,“Wide-bandinductorlesslow-noisetransconductanceamplifierswithhighlarge-signallinearity,”IEEEtrans.microwavetheoryandtechn.,vol.62,no.7,2014)。该研究取得了优越的噪声性能，以及良好的线性特性。但是该电路结构存在较多的电压-电流转换，制约了其线性性能。我们也注意到澳门大学的研究者直接使用电阻反馈的NMOS、PMOS反相器结构作为跨导器(ZhichengLin；Pui-InMak；Martins,1.4-mW59.4-dB-SFDR2.4-GHzZigBee/WPANReceiverExploitinga“Split-LNTA+50％LO”Topologyin65-nmCMOS，IEEEtrans.microwavetheoryandtechn.,Volume:62,Issue:7.2014)。注意到此结构存在输入匹配和噪声的紧密相关关系，使得两个性能之间很难同时满足设计需求。另一方面，加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究人员提出了一种噪声消除结构的接收机，如图3所示，该结构不同于图1所示的结构。在借鉴噪声消除原理的基础上，该电路结构通过采用两路的混频，基带滤波放大，在基带输出端口实现射频输入端的噪声消除。对应地，图示中的跨导器也是基于反相器原理实现，不具有图2结构的噪声消除功能。为了取得好的频谱特性，该电路使用过采样技术，搭建多路的混频、基带放大通道，增加了硬件开销和技术难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种能够获得低噪声指数、高线性、又具有低功耗的宽带射频接收前端电路。如图4所示，本专利技术提出了一种基于电流模式的噪声消除宽带射频接收前端原理框图。核心单元如框图内阴影部分所示，它的噪声消除特性使得该电路具有良好的噪声性能。电流域放大使之兼有良好的线性度。负阻技术和电流复用技术，更节约了电路功耗。本专利技术采用以下技术手段解决上述技术问题的：如图5所示，一种噪声消除宽带射频接收前端，包括电容交叉耦合反馈共栅输入级、电流镜放大级、负阻级、主路径开关对、辅助路径开关对、辅助路径反相器级，整体上可视为一种低噪声放大器和混频器的融合结构；射频差分信号RFin的两路信号均由电容交叉耦合反馈共栅输入级输入，每一路信号分为主路径及辅助路径两路信号流向：主路径上，输入信号经过电容交叉耦合反馈输入级转化为电流信号，然后经过电流镜放大级的放大、主路径开关对的混频和负阻级的倍增作用，信号传递到输出节点C；辅助路径上，输入信号经过辅助路径开关对的混频、辅助路径反相器的转化后，转为电流信号传递到输出节点C，和主路径输出信号同向叠加产生输出信号IFout；所述共栅输入级包括NMOS晶体管Mn1、Mn1'，谐振电感LS和LS'，反馈电容CC和CC'；电流镜放大级包括PMOS晶体管Mp1、Mp2、Mp1'、Mp2'；辅助路径反相器级包括NMOS管晶体管Mn2和Mn2'、PMOS晶体管Mp4和Mp4'；负阻级包括晶体管Mp3、Mp3'；主路径开关对Msw,main包括四个相同尺寸的NMOS开关管Mn3、Mn4、Mn3'、Mn4'，辅助路径开关对Msw,aux包括四个相同尺寸的NMOS开关管Mn5、Mn6、Mn5'、Mn6'；所述开关管均工作在三极管区；于主路径方向，共栅输入晶体管Mn1的源极通过节点A连接至电感LS'的正极，节点A通过耦合电容CC'连接到晶体管Mn1'的栅极；晶体管Mn1的栅极通过耦合电容CC连接到晶体管Mn1'的源极，其漏极接至晶体管Mp1的漏极，晶体管Mn1'的漏极连接至晶体管Mp1'的漏极；晶体管Mp1'的栅极连接至晶体管Mp3'的漏极，晶体管Mp1'的栅极直接与晶体管Mp1'的漏极相连，其源极连接至电源VDD；晶体管Mp1的栅极直接与Mp1的漏极相连，其源极连接至电源VDD；于负阻级，Mp3的漏极通过节点B连接至Mp1的漏极，Mp3的栅极连接至Mp3'的漏极，Mp3的源极连接至电源VDD；Mp3'的栅极连接至节点B，Mp3'的源极连接至电源VDD；节点B与开关管Mn3、Mn4的源极连接，开关管Mn3'、Mn4'的源极与Mp1'的栅极连接，Mn3'的漏极与Mn4的漏极连接，Mn4'的漏极与Mn3的漏极连接，Mn3'的栅极与Mn3的栅极共同连至差分本振信号LO-的输入端，Mn4'的栅极与Mn4的栅极共同连至差分本振信号LO+的输入端；晶体管Mp2的源极连接至电源VDD，其栅极连接到开关管Mn3'、Mn4的漏极，其漏极则连接到节点C；晶体管Mp2'的源极连接至电源VDD，其栅极连接到开关管Mn4'本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪声消除宽带射频接收前端，其特征在于，包括电容交叉耦合反馈共栅输入级、电流镜放大级、负阻级、主路径开关对、辅助路径开关对、辅助路径反相器级；所述射频接收前端的射频差分信号RFin的两路信号均由所述电容交叉耦合反馈共栅输入级输入，其每一路信号分为主路径及辅助路径两路信号流向：主路径上，输入信号经过电容交叉耦合反馈输入级转化为电流信号，然后经过电流镜放大级的放大、主路径开关对的混频和负阻级的倍增作用，信号传递到输出节点C；辅助路径上，输入信号经过辅助路径开关对的混频、辅助路径反相器的转化后，转为电流信号传递到输出节点C并与主路径输出信号同向叠加产生输出信号IFout。

【技术特征摘要】
1.一种噪声消除宽带射频接收前端，其特征在于，包括电容交叉耦合反馈共栅输入级、电流镜放大级、负阻级、主路径开关对、辅助路径开关对、辅助路径反相器级；所述射频接收前端的射频差分信号RFin的两路信号均由所述电容交叉耦合反馈共栅输入级输入，其每一路信号分为主路径及辅助路径两路信号流向：主路径上，输入信号经过电容交叉耦合反馈输入级转化为电流信号，然后经过电流镜放大级的放大、主路径开关对的混频和负阻级的倍增作用，信号传递到输出节点C；辅助路径上，输入信号经过辅助路径开关对的混频、辅助路径反相器的转化后，转为电流信号传递到输出节点C并与主路径输出信号同向叠加产生输出信号IFout；所述电容交叉耦合反馈共栅输入级包括NMOS晶体管Mn1、Mn1'，谐振电感LS和LS'，反馈电容CC和CC'；电流镜放大级包括PMOS晶体管Mp1、Mp2、Mp1'、Mp2'；辅助路径反相器级包括NMOS管晶体管Mn2和Mn2'、PMOS晶体管Mp4和Mp4'；负阻级包括晶体管Mp3、Mp3'；主路径开关对Msw,main包括四个相同尺寸的NMOS开关管Mn3、Mn4、Mn3'、Mn4'，辅助路径开关对Msw,aux包括四个相同尺寸的NMOS开关管Mn5、Mn6、Mn5'、Mn6'；于主路径方向，共栅输入晶体管Mn1的源极通过节点A连接至电感LS'的正极，节点A通过耦合电容CC'连接到晶体管Mn1'的栅极；晶体管Mn1的栅极通过耦合电容CC连接到晶体管Mn1'的源极，其漏极接至晶体管Mp1的漏极，晶体管Mn1'的漏极连接至晶体管Mp1'的漏极；晶体管Mp1'的栅极连接至晶体管Mp3'的漏极，晶体管Mp1'的栅极直接与晶体管Mp1'的漏极相连，其源极连接至电源VDD；晶体管Mp1的栅极直接与Mp1的漏极相连，其源极连接至电源VDD；于负阻级，Mp3的漏极通过节点B连接至Mp1的漏极，Mp3的栅极连接至Mp3'的漏极，Mp3的源极连接至电源VDD；Mp3'的栅极连接至节点B，Mp3'的源极连接至电源VDD；节点B与开关管Mp1的栅极连接，开关管Mp1的栅极与开关管Mn3、Mn4的源极连接，开关管Mn3'、Mn4'的源极与Mp1'的栅极连接，Mn3'的漏极与Mn4的漏极连接，Mn4'的漏极与Mn3的漏极连接，Mn3'的栅极与Mn3的栅极共同连至差分本振信号LO-的输入端，Mn4'的栅极与Mn4的栅极共同连至差分本振...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭本青，王耀，陈俊，文光俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51