一种射频收发装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种射频收发装置，包括：双工器、射频前端、滤波器、自动增益调整器、解调器、缓冲器、振荡器、存储器、功率放大器、基带处理器和数字控制器。本发明专利技术提供的射频收发装置，可采用广泛的ＣＭＯＳ工艺制作，电路均可芯片内实现，系统结构简单，整个射频收发装置的功耗低，解决了胶囊内窥镜应用中的超低功耗问题，特别适合应用于无线传感器网络和可植入医疗用途等一些超低功耗应用的通信领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频收发
，特别是一种极低功耗的射频收发装置。
技术介绍
在无线传感器网络和可植入医疗用途的无线通信等领域中，通常要求系统功耗必须极低，因而在CMOS工艺上集成超低功耗的射频收发器系统是一项关键技术。 近年来一些超低功耗的射频收发器系统基于无源RFID的技术来实现，然而这些系统的数据速率通常很低(< 100Kbps)，其接收系统的灵敏度通常不高，为了使接收系统能够有效的接收信号，发射系统必须发射足够高的功率，然而高的射频功率对人体是有害的，所以基于以上缺点方面的考虑，无源RFID技术来实现的超低功耗射频收发器并不适合应用于无线传感器网络和可植入医疗用途的无线通信领域中。
技术实现思路
( — )要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种极低功耗的射频收发装置，使其能够适用于无线传感器网络和可植入医疗用途等超低功耗应用的场合中。( 二 )技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供了一种射频收发装置，该装置包括 双工器IO，该双工器的一端与天线连接，另一端与射频前端11的输入端连接，再一端与功率放大器18的输出端连接，用于接收和发射的选通和隔离； 射频前端11，该射频前端11的输入端分别与双工器10的一端和缓冲器15的输出端连接，输出端与滤波器12的输入端连接，用于放大接收到的微弱信号，降低整体接收系统的噪声指数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理； 滤波器12，该滤波器12的输入端与射频前端11的输出端连接，输出端与自动增益调整器13的输入端连接，用于抑制带外噪声和本振泄露干扰； 自动增益调整器13，该自动增益调整器13的输入端与滤波器12的输出端接连，输 出端与解调器14的输入端连接，用于中频信号动态范围的调整，将信号幅度稳定在一个合 理的电平上； 解调器14，该解调器14的输入端与自动增益调整器13的输出端连接，输出端输出 解调后的信号，用于解调前级自动增益调整器13输出的模拟中频的信号，将该信号恢复为 原始的数字数据； 缓冲器15，该缓冲器15的输入端与振荡器16的输出端连接，输出端与射频前端 11连接，用于隔离射频前端11和振荡器16 ; 振荡器16，该振荡器16的输入端分别与存储器17的输出端和基带处理器19的输 出端连接，输出端分别与缓冲器15的输入端和功率放大器18的输入端连接，用于向射频前 端11提供载波信号，向功率放大器18提供射频调制信号； 存储器17，该存储器17的输入端与数字控制器20的输出端连接，输出端与振荡 器16的输入端连接，用于存储振荡器16的频率控制信号，向振荡器16提供频率控制信号 以控制振荡器的频率； 功率放大器18，该功率放大器18的输入端分别与振荡器16的输出端、基带处理 器19的输出端和数字控制器20的输出端连接，输出端与双工器10的一端连接，用于放大 振荡器16的输出信号； 基带处理器19，该基带处理器19的输入端与数字控制器20的输出端连接，输出端 分别与振荡器16的输入端和功率放大器18的输入端连接，用于向振荡器16和功率放大器 18提供基带数据，利用该基带数据控制振荡器16的导通和关断； 数字控制器20，该数字控制器20的输出端分别与存储器17的输入端、功率放大器 18的输入端和基带处理器19的输入端连接，用于向存储器17、功率放大器18和基带处理 器19提供数字控制信号。 上述方案中，所述射频前端11包括依次连接的偏置电路、增益可变功耗可变的低 噪声放大器和无源混频器。 上述方案中，所述偏置电路由恒流源和宽长比可选择的N型晶体管构成，通过选 择N型晶体管的尺寸，实现低噪声放大器偏置电压的改变，从而改变低噪声放大器的功耗； 所述低噪声放大器，其增益模式分为高增益模式和低增益模式，高低增益模式的 切换由位于低噪声放大器负载处的P型晶体管控制； 所述混频器是无源混频器，其功耗可忽略，该混频器的一端接低噪声放大器的输 出，另一端接地电位，输出为差分信号。 上述方案中，所述低噪声放大器的输出和输入之间有一反馈电路，该反馈电路由P 型晶体管和电容组成，数字信号控制该P型晶体管的通断，从而实现反馈电路的通和断，用 于降低低增益模式下低噪声放大器的输入品质因子，使得其在超低功耗下仍然具有一定的 线性度。 上述方案中，所述滤波器12为无源滤波器，由一阶低通滤波器和一阶高通滤波器 级联构成。 上述方案中，所述自动增益调整器13包括依次连接的变增益放大器、峰值检测 器和差分放大器，该变增益放大器由六个单级变增益放大器和一个高通滤波器级联构成， 该高通滤波器插在六个单级变增益放大器中间，用于消除前三个单级放大器产生的直流失 调。 上述方案中，所述单级变增益放大器中进一步包括一线性补偿网络，使得该单级 变增益放大器在极低的功耗下仍具有一定的线性特性。 上述方案中，所述存储器17是非易失性存储器，利用该存储器17来保存振荡器16 的频率控制信号，避免每次上电的校正环节。 上述方案中，所述功率放大器18包括一频率补偿网络，使得该收发装置在接收和 发射两种模式下振荡器16的输出频率相等，有助于减小振荡器16的频率调谐范围，从而降 低振荡器16的功耗。 上述方案中，所述功率放大器18由两级构成，第一级是反相器结构，第二级是 CLASS B型互补推挽式结构，在没有射频信号的情况下，该功率放大器的功耗为零。5[OOSO](三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果 1、本专利技术提供的射频收发装置，可采用广泛的CM0S工艺制作，电路均可芯片内实 现，系统结构简单，整个射频收发装置的功耗低，解决了胶囊内窥镜应用中的超低功耗问 题。 2、本专利技术提供的射频收发装置，由于低噪声放大器采用变增益、变偏置、输出到输 入反馈的结构，所以可以根据接收信号强度的大小来动态调整信号的增益和电路的功耗， 改变信号的线性特性；混频器采用了无源混频器，其功耗几乎为零。 3、本专利技术提供的射频收发装置，由于滤波器由无源的一阶低通滤波器和一阶高通 滤波器级联组成，其功耗几乎为零。 4、本专利技术提供的射频收发装置，通过在六个单级变增益放大器中间插入高通滤波器，消除了前三级变增益放大器产生的直流失调；通过在单级变增益放大器中加入线性补偿网络，使得单级变增益放大器即使在极低的功耗下仍具有一定的线性特性。 5、本专利技术提供的射频收发装置，使用了非易失性存储器，利用该存储器17来保存振荡器16的频率控制信号，利用该控制信号来直接确定振荡器的频率，避免了常规收发装置中锁相环的使用，节省了功耗，且由于非易失性存储器的使用，避免了每次上电的校正环节。 6、本专利技术提供的射频收发装置，由于在功率放大器中加入了频率补偿网络，所以 可以使得接收和发射两种模式下载波信号的频率几乎相等，从而降低振荡器的频率调谐范 围，而这有利于降低功耗；功率放大器由反相器型放大器和CLASS B型互补推挽式放大器 级联组成，在没有射频信号的情况下，其功耗几乎为零。 7、本专利技术提供的射频收发装置特别适合应用无线传感器网络和可植入医疗用途 等一些超低功耗应用的通信领域中。附图说明 图1为本专利技术提供的超低功耗射频收发装置的结构示意图； 图2为本专利技术提供射频前端的电路图； 图3为本专利技术提供的自动增益本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频收发装置，其特性在于，该装置包括：双工器（１０），该双工器的一端与天线连接，另一端与射频前端（１１）的输入端连接，再一端与功率放大器（１８）的输出端连接，用于接收和发射的选通和隔离；射频前端（１１），该射频前端（１１）的输入端分别与双工器（１０）的一端和缓冲器（１５）的输出端连接，输出端与滤波器（１２）的输入端连接，用于放大接收到的微弱信号，降低整体接收系统的噪声指数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理；滤波器（１２），该滤波器（１２）的输入端与射频前端（１１）的输出端连接，输出端与自动增益调整器（１３）的输入端连接，用于抑制带外噪声和本振泄露干扰；自动增益调整器（１３），该自动增益调整器（１３）的输入端与滤波器（１２）的输出端接连，输出端与解调器（１４）的输入端连接，用于中频信号动态范围的调整，将信号幅度稳定在一个合理的电平上；解调器（１４），该解调器（１４）的输入端与自动增益调整器（１３）的输出端连接，输出端输出解调后的信号，用于解调前级自动增益调整器（１３）输出的模拟中频的信号，将该信号恢复为原始的数字数据；缓冲器（１５），该缓冲器（１５）的输入端与振荡器（１６）的输出端连接，输出端与射频前端（１１）连接，用于隔离射频前端（１１）和振荡器（１６）；振荡器（１６），该振荡器（１６）的输入端分别与存储器（１７）的输出端和基带处理器（１９）的输出端连接，输出端分别与缓冲器（１５）的输入端和功率放大器（１８）的输入端连接，用于向射频前端（１１）提供载波信号，向功率放大器（１８）提供射频调制信号；存储器（１７），该存储器（１７）的输入端与数字控制器（２０）的输出端连接，输出端与振荡器（１６）的输入端连接，用于存储振荡器（１６）的频率控制信号，向振荡器（１６）提供频率控制信号以控制振荡器的频率；功率放大器（１８），该功率放大器（１８）的输入端分别与振荡器（１６）的输出端、基带处理器（１９）的输出端和数字控制器（２０）的输出端连接，输出端与双工器（１０）的一端连接，用于放大振荡器（１６）的输出信号；基带处理器（１９），该基带处理器（１９）的输入端与数字控制器（２０）的输出端连接，输出端分别与振荡器（１６）的输入端和功率放大器（１８）的输入端连接，用于向振荡器（１６）和功率放大器（１８）提供基带数据，利用该基带数据控制振荡器（１６）的导通和关断；数字控制器（２０），该数字控制器（２０）的输出端分别与...

【技术特征摘要】
一种射频收发装置，其特性在于，该装置包括双工器(10)，该双工器的一端与天线连接，另一端与射频前端(11)的输入端连接，再一端与功率放大器(18)的输出端连接，用于接收和发射的选通和隔离；射频前端(11)，该射频前端(11)的输入端分别与双工器(10)的一端和缓冲器(15)的输出端连接，输出端与滤波器(12)的输入端连接，用于放大接收到的微弱信号，降低整体接收系统的噪声指数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理；滤波器(12)，该滤波器(12)的输入端与射频前端(11)的输出端连接，输出端与自动增益调整器(13)的输入端连接，用于抑制带外噪声和本振泄露干扰；自动增益调整器(13)，该自动增益调整器(13)的输入端与滤波器(12)的输出端接连，输出端与解调器(14)的输入端连接，用于中频信号动态范围的调整，将信号幅度稳定在一个合理的电平上；解调器(14)，该解调器(14)的输入端与自动增益调整器(13)的输出端连接，输出端输出解调后的信号，用于解调前级自动增益调整器(13)输出的模拟中频的信号，将该信号恢复为原始的数字数据；缓冲器(15)，该缓冲器(15)的输入端与振荡器(16)的输出端连接，输出端与射频前端(11)连接，用于隔离射频前端(11)和振荡器(16)；振荡器(16)，该振荡器(16)的输入端分别与存储器(17)的输出端和基带处理器(19)的输出端连接，输出端分别与缓冲器(15)的输入端和功率放大器(18)的输入端连接，用于向射频前端(11)提供载波信号，向功率放大器(18)提供射频调制信号；存储器(17)，该存储器(17)的输入端与数字控制器(20)的输出端连接，输出端与振荡器(16)的输入端连接，用于存储振荡器(16)的频率控制信号，向振荡器(16)提供频率控制信号以控制振荡器的频率；功率放大器(18)，该功率放大器(18)的输入端分别与振荡器(16)的输出端、基带处理器(19)的输出端和数字控制器(20)的输出端连接，输出端与双工器(10)的一端连接，用于放大振荡器(16)的输出信号；基带处理器(19)，该基带处理器(19)的输入端与数字控制器(20)的输出端连接，输出端分别与振荡器(16)的输入端和功率放大器(18)的输入端连接，用于向振荡器(16)和功率放大器(18)提供基带数据，利用该基带数据控制振荡器(16)的导通和关断；数字控制器(20)，该数字控制器(20)的输出端分别与存储器(17)的输入端、功率放大器(18)的输入端和基带处理器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿志卿，吴南健，颜小舟，章琪，李国锋，楼文峰，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]