具有可调匹配网络的超低功耗RF接收器前端制造技术

本发明专利技术实施例描述了一种可调匹配电路，可调匹配电路与超低功耗RF接收器配合使用以支持各种RF通信频带。开关电容器阵列和开关电阻器阵列被用来调整由在超低功耗模式下的晶体管的运行特性呈现的输入阻抗。RF传感器可用来监控可调匹配电路的性能，从而确定驱动开关电容器阵列和开关电阻器阵列的数字控制字的最佳设置。在有效带宽范围内的有效匹配是可以实现的。最佳匹配配置可随时更新以适应改变的操作条件。存储器可用来储存开关电容器阵列和开关电阻器阵列的最佳匹配配置。本发明专利技术实施例涉及具有可调匹配网络的超低功耗RF接收器前端。

Ultra low power RF receiver front end with tunable matching network

The embodiment of the invention describes an adjustable matching circuit, and an adjustable matching circuit is used in conjunction with an ultra low power RF receiver to support various RF communication frequency bands. Switched capacitor array and switch resistor array are used to adjust the input impedance presented by the operating characteristics of transistors in ultra low power mode. The RF sensor can be used to monitor the performance of an adjustable matching circuit so as to determine the optimum setting of the digital control word for the drive switched capacitor array and the switch resistor array. Effective matching within the effective bandwidth range is possible. The best match configuration can be updated at any time to suit the changing operating conditions. The memory can be used to store the best match configuration of the switch capacitor array and the switch resistor array. The embodiment of the invention relates to an ultra low power RF receiver front end with an adjustable matching network.

【技术实现步骤摘要】
具有可调匹配网络的超低功耗RF接收器前端
本专利技术实施例涉及具有可调匹配网络的超低功耗RF接收器前端。
技术介绍
本专利技术大体涉及RF接收器领域。由于减小功耗会增加电池寿命，因此在无线器件中将功耗考虑为重要的设计。RF收发器用于许多现代无线器件中，例如蜂窝电话、个人数字助理器以及智能手机。RF接收器前端电路通常使用相对大量的DC电源，因此需要减小RF接收器前端电路的DC功耗以便减小无线收发器的整体DC功耗。除了要解决接收器前端电路的DC功耗设计需求，RF接收器前端电路还必须有效地将输入RF信号从天线连接至低噪音放大器(LNA)以便通过下转换电路进行后续工艺。输入RF信号的有效连接通常取决于低噪音放大器的操作点。然而，选择用来满足低DC功耗需求的操作点可能不支持输入RF信号的有效连接。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，提供了一种可调匹配电路，包括：输入端口，用于通过具有寄生电感的电连接接收RF输入信号；输出端口；开关电容器电路，连接至所述输入端口和接地，所述开关电容器电路具有第一数字控制位输入端口；开关电阻器电路，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述开关电阻器电路具有第一数字控制位输入端口；以及低噪音放大器(LNA)，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述低噪音放大器配置为放大所述RF输入信号以形成RF输出信号，其中，所述低噪音放大器配置为在超低功耗模式下运行。根据本专利技术的另一实施例，还提供了一种可调匹配电路的设计方法，包括：通过具有寄生电感的电连接在可调匹配电路的输入端口处接收RF输入信号；通过从第一数字控制位输入端口接收输入来改变开关电容器电路的状态以调整所述可调匹配电路，所述可调匹配电路连接至所述输入端口和接地；通过从第二数字控制位输入端口接收输入来改变开关电阻器电路的状态以调整所述可调匹配电路，所述可调匹配电路连接至所述输入端口和输出端口；以及通过使用连接至所述输入端口和所述输出端口的低噪音放大器(LNA)放大所述RF输入信号以形成RF输出信号，其中，在超低功耗模式下使用所述低噪音放大器。根据本专利技术的又一实施例，还提供了一种可调匹配RF接收电路，包括：输入端口，用于通过具有寄生电感的电连接接收RF输入信号；输出端口；开关电容器电路，连接至所述输入端口和接地，所述开关电容器电路具有第一数字控制位输入端口；开关电阻器电路，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述开关电阻器电路具有第一数字控制位输入端口；低噪音放大器(LNA)，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述低噪音放大器配置为放大所述RF输入信号以形成RF输出信号；以及同相/正交下变频器对，连接至所述RF输出信号以及配置为输出同相基带信号和正交基带信号，其中，所述低噪音放大器和所述同相/正交下变频器对配置为在超低功耗模式下运行。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1是无线接收器前端的框图。图2是无线接收器前端的电路图。图3示出了根据一些实施例的随时间的变化的局部振荡器波形。图4是根据一些实施例的用于无线接收器前端的电路图。图5示出了根据一些实施例的用于图4的开关电容器阵列的电路拓扑。图6示出了根据一些实施例的用于图4的开关电阻器阵列的电路拓扑。图7示出了根据一些实施例的以2.5GHz为中心的各种频率的回波损耗。图8示出了根据一些实施例的示例方法。将参照附图描述本专利技术的实施例。具体实施方式图1描述了RF接收器前端电路100的总体框图。RF接收器100通常通过天线(没有示出)接收信号，RF输入。RF接收器前端电路100包括低噪音放大器(LNA)110、局部振荡器(LO)120以及同相(in-phase)工艺链和正交工艺链。同相工艺链包括同相混频器130a以及跨阻放大器(TIA)140a。正交工艺链包括正交混频器130b以及TIA140b。LO120提供振荡器信号I+和I-至同相混频器130a。LO120也提供振荡器信号Q+和Q-至正交混频器130b。正交振荡器信号Q+和Q-与同相振荡器信号I+和I-处于相同频率，但是有90度异相。同相混频器130a混合放大输入RF信号与同相振荡器信号I+和I-以便下转换放大输入RF信号至期望的频率，例如，中频(IF)或者基带频率。在该混合工艺中，振荡器信号与输入RF信号交互以在频率(该频率等于两种输入频率的和频和两种输入频率的差频)处被称为混合产品的输出。其它混合产品也会产生，其它混合产品是和差产品的的整数倍，并且通常在振幅上低于和差产品。此外，通过较高频率的和频产品的低通滤波的优点，相对于差频产品和频产品通常会显著衰减。就多余的产品需要进一步的衰减，额外的滤波可用于具体的实施例中。同样地，正交混频器130b混合放大输入RF信号与正交振荡器信号Q+和Q-以便将放大输入RF信号下转换至相同的期望频率，例如，中频(IF)或者基带(BB)频率。TIA140a放大同相基带电流信号，并且还将同相基带电流信号转换至同相基带电压信号。同样地，TIA140b放大下转换正交基带电流信号，并且还将下转换正交基带电流信号转换至正交基带(BB)电压信号。基带滤波器150从TIA140a和TIA140b中接收电压输出信号，并且过滤这些信号以提供输出基带信号BB输出。基带滤波器150提供的过滤可用于移除下转换工艺引入的任何虚假信号。RF接收器前端电路100可用于任何无线器件中，无线器件可根据任何已知的无线标准或者协议无线地接收信号。在实施例中，图1的系统架构可作为超低功耗RF接收器执行。在这种超低功耗RF接收器的实施例中，混频器可能是无源混频器，以及可通过低电源电压VDD提供动力给LNA110内的有源器件(例如，晶体管)。例如，电源电压VDD可能低至0.8V。然而，考虑到半导体有源器件的电流电压特性中的拐点或者拐角，这种低电源电压可能会严格地限制LNA110中的有源器件的线性特性。使用这种低电源电压来操作半导体器件构成操作的超低功耗模式。为了解决这种操作模式下的线性特性问题，LNA110可能使用电流模式操作而不是电压模式操作。在电流模式操作中，LNA110将输入电压信号RF输入转换为输出电流信号以用于输入混频器130a、130b，以用于随后的频率下转换。使用电流模式方法还提供了关于减少芯片面积设计的更多好处，这事因为在LNA110和下转换混频器130a、130b之间不再需要分路感应线圈以便通过LNA110提供合适的输出电压信号电平。不同的电路可执行图1中示出的系统构架。图2描述了电流模式超低功耗RF接收器前端电路200的实施例的电路图。RF接收器前端电路200包括了互补LNA210以及I/Q无源下转换混频器230a、b。LNA210包括被配置为形成互补放大器的n沟道晶体管M1以及p型沟道晶体管M2。术语“互补”放大器指的是使用两种类型的串联晶体管。在另一个互补放大器的实施例中，M1可能是p沟道晶体管以及M2可能是n沟道晶体管。N型沟道晶体管M1以及p型沟道晶体管M2串联连接以便电流被两种晶体管使用(或者“再使用”)。相比于两个晶体管原本可能需要的DC功耗，这种电流“再使用”配置降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调匹配电路，包括：输入端口，用于通过具有寄生电感的电连接接收RF输入信号；输出端口；开关电容器电路，连接至所述输入端口和接地，所述开关电容器电路具有第一数字控制位输入端口；开关电阻器电路，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述开关电阻器电路具有第一数字控制位输入端口；以及低噪音放大器(LNA)，连接至所述输入端口和所述输出端口，所述低噪音放大器配置为放大所述RF输入信号以形成RF输出信号，其中，所述低噪音放大器配置为在超低功耗模式下运行。

【技术特征摘要】
2016.04.14 US 15/098,7841.一种可调匹配电路，包括：输入端口，用于通过具有寄生电感的电连接接收RF输入信号；输出端口；开关电容器电路，连接至所述输入端口和接地，所述开关电容器电路具有第一数字控制位输入端...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱虹霖，谢协宏，叶子祯，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71