CN101873128A - 无源混频器与有源滤波器的耦合结构以及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了无源混频器与有源滤波器的耦合结构以及接收机，本发明的耦合结构将无源混频器输出端与有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合，相对于现有技术省去了连接于所述无源混频器后级的跨阻放大器和所述有源滤波器中的串联输入电阻，减小了由所述串联输入电阻和所述跨阻放大器带来的噪声影响，从而提高了所述无源混频器的噪声性能，且达到了所述无源混频器的转换增益及所述有源滤波器的传输特性不发生改变的技术效果；另外，由于所述跨阻放大器的缺省，克服了由跨阻放大器大电流造成的高功耗缺陷。

Description

无源混频器与有源滤波器的耦合结构以及接收机

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种无源混频器与有源滤波器的耦合结构以及接收机。

背景技术

在现代通信的接收系统中，信号调制的日益复杂化和通信误码率日益提高之间的矛盾越发突出，接收系统的低噪声和高线性度也因而显得越来越重要，因此，基于无源混频器的接收机以其较低的闪烁噪声，较高的线性度，而越来越受到人们的青睐。

现有技术中，无源混频器属于电流驱动类的混频器，如图1a所示，所述无源混频器的后级连接一个由运算放大器A1和两个反馈电阻Rf1构成的跨阻放大器，所述跨阻放大器的作用在于：将从所述无源混频器输出的电流信号转化为电压信号。有源滤波器连接于所述跨阻放大器后级，所述有源滤波器以单端输入的biquad类型举例说明如图1b所示，串联输入电阻为Rin，第一级运算放大器A2的正输入端接地，由于反馈和虚地的特性，A2的负输入端也等同于接地，因此输入电压Vin(即上述的由所述无源混频器输出的电压信号)与所述第一级运算放大器A2的负输入端之间存在电压差，所述电压差由所述串联输入电阻Rin转化为电流信号，因此，传输至所述有源滤波器第一级运算放大器A2的信号实际上是电流信号。

然而，现有技术至少存在如下的缺点：所述跨阻放大器的作用在于：将从所述无源混频器输出的电流信号转化为电压信号，而所述串联输入电阻Rin将输入所述有源滤波器的电压信号，转换为电流信号输入至所述有源滤波器的第一级运算放大器，可见，所述跨阻放大器与所述串联输入电阻的转换作用相反，并且由于现有技术中的串联输入电阻Rin的热噪声(又称白噪声，由导体中电子的热震动引起)在这一级的总噪声中占到50％以上，因而，串联输入电阻Rin的热噪声的存在降低了无源混频器的低噪声优势；另外，为了达到较好的线性度，并保证所述无源混频器负载低阻抗，所述跨阻放大器中的运算放大器需要做到较高的增益(60dB以上)和较大的带宽(增益带宽积在1GHz以上)，增益的提高和带宽的加大，要求所述运算放大器提供更大的电流(2mA)，大电流的运算放大器存在功耗大的缺点，因此现有的接收机的功耗相对较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种无源混频器与有源滤波器耦合结构以及接收机，以实现提高无源混频器的噪声性能、及减小所述接收机功耗的目的。

一种无源混频器与有源滤波器的耦合结构，包括：

所述无源混频器输出端与有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合。

优选地，所述有源滤波器具体为：biquad滤波器。

一种接收机，包括无源混频器与有源滤波器，包括：

所述无源混频器的输出端与所述有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合。

优选地，所述有源滤波器具体为：biquad滤波器。

从上述的技术方案可以看出，本发明是将无源混频器输出端与有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合，相对于现有技术省去了连接于所述无源混频器后级的跨阻放大器和所述有源滤波器中的串联输入电阻，减小了由所述串联输入电阻和所述跨阻放大器带来的噪声影响，从而提高了所述无源混频器的噪声性能，且达到了所述无源混频器的转换增益及所述有源滤波器的传输函数不发生改变的技术效果；另外，由于所述跨阻放大器的缺省，克服了由跨阻放大器大电流造成的接收机高功耗的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为现有技术中的无源混频器与有源滤波器耦合结构示意图；

图1b为现有技术中的biquad有源滤波器结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种无源混频器与有源滤波器耦合结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种接收机中无源混频器与有源滤波器耦合内部结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种零中频接收机的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：

Biquad：一种有源滤波器的结构类型。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种无源混频器与有源滤波器耦合结构以及接收机，实现提高无源混频器的噪声性能、及减小所述接收机功耗的目的。

首先应当明确的是，在本说明书中有源滤波器的结构以biquad类型进行说明，而并不限于biquad类型的有源滤波器。

图2示出了一种无源混频器与有源滤波器耦合结构，包括：

无源混频器201和有源滤波器202，所述无源混频器201与有源滤波器202直接耦合。

该耦合结构减小了由所述串联输入电阻带来的噪声影响：

对于由多级子系统级联组成的系统，若假设其各个子系统的噪声因子为F_i(i＝1，2，...，n)，可获得功率增益为G_ai(i＝1，2，...，n)，则整个系统的噪声因子为

$F=F_1+\frac{F_2-1}{G_{a1}}+\frac{F_3-1}{G_{a2}{G}_{a1}}+...$

对于接收机系统来说，F₁、G_a1为所述无源混频器前一级连接的低噪声放大器的噪声因子和增益；F₂、G_a2为所述无源混频器和所述跨阻放大器总共的噪声因子和增益；F₃、G_a3为有源滤波器的噪声因子和增益，现有技术由于跨阻放大器的存在，F2较大；由于有源滤波器串联输入电阻Rin的存在，F3也较大。由所述上述的公式知，尽管对整个系统而言所述无源混频器的噪声在所述G_a1的作用下有所抑制，但所述无源混频器，以及所述有源滤波器的噪声对整个接收机通道噪声性能存在很大的影响。

对于本发明而言，由于缺省了跨阻放大器，所述F2将极大的降低；而所述串联输入电阻Rin的省略，使得所述F3减小了50％以上。从而整个接收机通道的噪声性能得到了明显的提高；

设定所述有源滤波器的增益为1，则该biquad类型有源滤波器传输函数为：

其中：

R1、R2、C分别为图1b中标示的器件标识；

由于设定增益为1，故有Rin＝R1；所述无源混频器到有源滤波器输出之间的转换增益(CG)为：

$\mathrm{CG}=\frac{2\sqrt{2}}{\mathrm{\π}}*\mathrm{gm}*\mathrm{Rf}1*G_{\mathrm{passive}};$

其中：gm为输入跨导，Rf1为所述跨阻放大器的反馈电阻，Gpassive为无源混频器的增益损耗；

在本发明的方法中，有源滤波器的反馈电阻R1的值(参照图1b)与现有技术中跨阻放大器的反馈电阻Rfl(参照图1a)相等，则从所述无源混频器到有源滤波器输出的转换增益仍然为：

$\mathrm{CG}=\frac{2\sqrt{2}}{\mathrm{\π}}*\mathrm{gm}*\mathrm{Rf}1*G_{\mathrm{passive}},$

而该biquad类型的有源滤波器传输函数具体为：

$H\left(s\right)=\frac{{{\mathrm{\ω}}_0}^2*R1}{s^2+s*\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{\frac{R2}{R1}}\right)+{{\mathrm{\ω}}_0}^2},$

可见，对于本方法对应的所述有源滤波器来说，由于是电流输入电压输出，其传输函数比现有技术中的传输函数的分子上多了“R1”项，而所述有源滤波器的传输函数并没有发生改变。

因而，本发明的方法在减小了由所述串联输入电阻和所述跨阻放大器带来的噪声影响的同时，并未使所述无源混频器的转换增益和所述有源滤波器的传输函数发生改变，从而保证了所述有源滤波器的正常工作。

图3示出了一种无源混频器与有源滤波器耦合内部结构：

所述耦合结构包括：

无源混频器301，所述无源混频器的输出端3011、有源滤波器302、和所述有源滤波器302的第一级运算放大器3021，其中：

所述无源有源滤波器301的输出端3011与所述有源滤波器302的第一级运算放大器3021的输入端连接。

本实例中，由于所述跨阻放大器的缺省，克服了降低由跨阻放大器大电流造成的高功耗的缺点。

图4示出了一种零中频接收机的结构：包括：

需要说明是，本实施例以零中频接收机为例，而采用了本发明耦合结构的接收机均是本发明保护的内容，接收机的种类并不局限于本实施例列举的类型，所述零中频接收机包括：

无线信号接收装置401、所述无线信号接收装置401具体为射频接收天线，用于接收所述射频信号；

声表滤波器402，低噪声放大器403：

所述声表滤波器402和低噪声放大器403将所述射频信号分别进行滤波和放大处理，得到放大信号；

无源混频器404、基频低通滤波器405、模数转换器406、和正交输出分频器408：

所述正交输出分频器408将压控振荡器407产生的差分本振信号转换为正交差分本振信号；

所述无源混频器404由所述压控振荡器407驱动，将所述放大信号与所述无源混频器404的本振信号进行混频，得到混频后的信号；

所述基频低通滤波器405、模数转换器406将所述混频信号分别进行滤波、模数转换处理，得到基带信号。

在本实施例中，所述无源混频器具体为所述基频低通滤波器405，所述无源混频器404与所述基频低通滤波器405直接耦合：所述无源混频器404输出端与所述基频低通滤波器405的第一级运算放大器的输入端直接耦合。

由以上实施例可知：本零中频接收机在结构上由于缺省了现有技术中的跨阻放大器和有源滤波器的串联输入电阻，减少了接收机的芯片面积，且由于所述跨阻放大器的缺省，克服了由跨阻放大器大电流造成的高功耗缺陷。

综上所述：

本发明是将无源混频器输出端与有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合，相对于现有技术省去了连接于所述无源混频器后级的跨阻放大器和所述有源滤波器中的串联输入电阻，减小了由所述串联输入电阻和所述跨阻放大器带来的噪声影响，从而提高了所述无源混频器的噪声性能，且达到了所述无源混频器的转换增益及所述有源滤波器的传输特性不发生改变的技术效果；另外，在结构上由于缺省了现有技术中的跨阻放大器和有源滤波器的串联输入电阻，减少了接收机的芯片面积，且由于所述跨阻放大器的缺省，克服了由跨阻放大器大电流造成的接收机高功耗的缺陷。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种无源混频器与有源滤波器的耦合结构，其特征在于，包括：

所述无源混频器输出端与有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合。

2.根据权利要求1所述耦合方法，其特征在于，所述有源滤波器具体为：biquad滤波器。

3.一种接收机，包括无源混频器与有源滤波器，其特征在于，包括：

所述无源混频器的输出端与所述有源滤波器的第一级运算放大器的输入端直接耦合。

4.根据权利要求3所述的接收机，其特征在于，所述有源滤波器具体为：biquad滤波器。

Images