CN102163982B - 超低功耗ook接收装置 - Google Patents

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Abstract

一种超低功耗OOK接收装置，包括：一射频滤波器，其输入端连接一天线；一电流复用正交下混频器，其输入端与射频滤波器的输出端连接；一全差分环形振荡器，其输出端与电流复用正交下混频器的输入端连接；一镜像抑制宽带中频放大器，其输入端与电流复用正交下混频器的输出端连接；一包络检波器，其输入端与镜像抑制宽带中频放大器的输出端连接；一高精度比较器，其输入端与包络检波器的输出端连接；一数字频率校准器，其输出端与全差分环形振荡器的输入端连接，用于对全差分环形振荡器的输出频率进行数字校正。

Description

超低功耗OOK接收装置
技术领域
本发明涉及无线射频接收机芯片技术领域，特别是一种超低功耗幅移键控(OOK)接收装置。
背景技术
在无线传感器网络，无线体域网等应用领域当中，无线接收机无疑扮演着极为重要的角色。在这些应用中，首先其功耗必须非常低以延长电池的使用寿命，因为在很多应用场合更换电池要付出非常大的代价甚至几乎不可能。值得一提的是，某些应用场合中，对于功耗的容忍程度仅限于几百微瓦。其次，要求射频接收机可以和其他模拟传感器，数字处理器集成在同一块CMOS芯片上，以增加稳定性和减低成本。因而在CMOS工艺上集成超低功耗射频接收机是一项关键技术。
传统的射频接收机绝大部分基于频率转换结构，将射频信号正交下变频到I/Q两路，在I/Q中频信号链路上对信号进行多次滤波，放大，最后经过模数转换器(ADC)转换到数字域，在数字域中对信号进行解调。这种结构的关键是需要一个相位噪声很小的锁相环频率综合器，以达到高灵敏度和较强的信道选择性，而高性能的锁相环频率综合器通常消耗非常大的功耗。而且，中频信号链路上的高性能滤波器也将消耗大量的功耗。更为严重的是，模数转换器(ADC)消耗的功耗也非常的客观。因而传统的接收机结构无法满足超低功耗的要求。
最近国外也有学者提出基于包络检波的低功耗接收机，它试图去除接收机中的高性能锁相环频率综合器，降低系统功耗；而在射频域直接对信号进行放大，并对信号进行包络检波，获取信号的幅度信息。遗憾的是，这种接收机结构，在实现低功耗的同时大大降低了系统的灵敏度，导致它们在实际的应用中满足不了灵敏度的要求；而如果要提高系统的灵敏度，那么就必须增加在射频域对信号放大的力度，从而有不可避免地增加了功耗。因而这种接收机也没有实际的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种超低功耗幅移键控(OOK)接收装置，其是用超低功耗的自由振荡环形振荡器去替代锁相环频率综合器(通常是基于LC压控振荡器)，大大降低了产生本振所需要的功耗；而对于信号的放大，我们还是放在了中频频段，这样可以以很低功耗的代价换取信号的放大。对于自由振荡环形振荡器所固有的频率飘移问题，我们采用了包络检波器对信号的幅度信息进行了检测，其对于信号的频率不敏感。因此，整个接收机的功耗可以减小到几百微瓦，而又可以确保实际应用中所需的灵敏度。使其能够适用于无线传感器网络，无线体域网等超低功耗应用的场合中。
本发明提供一种超低功耗OOK接收装置，包括：
一射频滤波器，其输入端连接一天线，用于选择相应的频段，滤除带外干扰信号；
一电流复用正交下混频器，其输入端与射频滤波器的输出端连接，用于将输入射频信号变换成中频信号输出；
一全差分环形振荡器，其输出端与电流复用正交下混频器的输入端连接，为电流复用正交下混频器提供下变频所需要的正交本振信号；
一镜像抑制宽带中频放大器，其输入端与电流复用正交下混频器的输出端连接，用于对电流复用正交下混频器输出的中频信号进行进一步放大；
一包络检波器，其输入端与镜像抑制宽带中频放大器的输出端连接，用于检测镜像抑制宽带中频放大器输出中频信号的幅度信息；
一高精度比较器，其输入端与包络检波器的输出端连接，用于解调包络检波器输出的幅度信息；
一数字频率校准器，其输出端与全差分环形振荡器的输入端连接，用于对全差分环形振荡器的输出频率进行数字校正。
其中所述的电流复用正交下混频器由混频器和混频器构成，它们的输入信号是相同的，它们用来混频的本振信号是相互正交的，它们输出的中频信号也是相互正交的。
其中所述的电流复用正交下混频器中的混频器或混频器是由上下两级电路堆叠而成的，上级电路对信号进行放大，下级电路对信号进行混频，而且两级电路公用偏置电流，从而实现了超低功耗。
其中全差分环形振荡器，由四个延迟单元和两个电阻调谐网络构成，该全差分环形振荡器产生差分正交本振信号，其采用电路网络来进行频率调谐，避免了传统的电流偏置进行频率调谐，从而实现超低功耗。
其中所述的镜像抑制宽带中频放大器，由八个放大器和一无源多相滤波器构成，能够对有用中频信号进行放大，对镜像信号和带外干扰信号进行抑制。
其中所述的镜像抑制宽带中频放大器中的无源多相滤波器由RC网络构成，它不仅对输入信号的幅度、频率有响应，而且对输入信号的相位也有响应，从而可以滤除镜像信号，并实现超低功耗。
其中所述的高精度比较器15，由五个开关和一预放大器、一锁存器以及电容构成，实现对输入信号进行比较，并输出比较结；同时它还能够存储模拟电路的直流失调，提高放大器的精度，进而提高整个接收装置的灵敏度。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的射频接收机，所有电路可单芯片集成，并且可以用标准CMOS工艺实现，系统结构简单明了，接收机用自由振荡环形振荡器去替代大功耗的锁相环频率综合器，而用宽带中频放大器和包络检波器去实现信号的解调，并且弥补了自由振荡环形振荡器的缺陷，解决了相关应用中的超低功耗问题。
2.本发明提供的射频接收机，采用了电流复用正交下混频器，对射频信号进行放大和混频的电路共用了直流电流，提高了系统的能量效率。
3.本发明提供的射频接收机，采用OOK调制，在模拟域直接对信号进行解调，避免了ADC的使用；利用无源多相滤波器对镜像信号进行抑制，避免在数字域进行镜像抑制，这些都大大降低了功耗。
4.本发明提供的超低功耗OOK射频接收机特别适合于无线传感器网络，无线体域网等无线收发机应用领域。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1为本发明提供的一种超低功耗OOK接收装置的系统框图；
图2为本发明提供的电流复用正交下混频器11的电路图；
图3为本发明提供的全差分环形振荡器12的子系统框图；
图4为本发明提供的镜像抑制宽带中频放大器13的子系统框图；
图5为本发明提供的高精度比较器15的子系统框图；
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种超低功耗OOK接收装置，包括：
一射频滤波器10，该射频滤波器10的输入端连接一天线，用于选择相应的频段，滤除带外干扰信号；
一电流复用正交下混频器11，其输入端与射频滤波器10的输出端连接，用于将输入射频信号变换成中频信号输出；所述的电流复用正交下混频器11由混频器21和混频器22构成，它们的输入信号是相同的，它们用来混频的本振信号是相互正交的，它们输出的中频信号也是相互正交的；所述的电流复用正交下混频器11中的混频器21或混频器22是由上下两级电路堆叠而成的，上级电路对信号进行放大，下级电路对信号进行混频，而且两级电路共用偏置电流，从而实现了超低功耗；以混频器21为例，它由晶体管MI1-MI5，电阻RI1-RI6和电容CI1-CI4构成，晶体管MI4、MI5构成上级放大器，而晶体管MI1-MI3构成下级单平衡混频器，上下两级电路共用直流偏置电流，输入射频信号，首先经过上级放大器(晶体管MI4、MI5构成)的放大，然后通过耦合电容CI1输入到下级混频器(晶体管MI1-MI3构成)上，然后经过混频之后输出中频信号IF0和IF180。
一全差分环形振荡器12，其输出端与电流复用正交下混频器11的输入端连接，为电流复用正交下混频器11提供下变频所需要的正交本振信号；所述的全差分环形振荡器12，由四个延迟单元120、121、122、123和两个电阻调谐网络124、125构成，该全差分环形振荡器12产生差分正交本振信号，其采用电路网络来进行频率调谐，避免了传统的电流偏置进行频率调谐，从而实现超低功耗；电阻调谐网络124、125通过调节电源的电流供给能力，从而控制延迟单元的充放电时间，最终实现频率调节；
一镜像抑制宽带中频放大器13，其输入端与电流复用正交下混频器11的输出端连接，用于对电流复用正交下混频器11输出的中频信号进行进一步放大；所述的镜像抑制宽带中频放大器13，由八个放大器130、131、133、134、135、136、137、138和一无源多相滤波器132构成，能够对有用中频信号进行放大，对镜像信号和带外干扰信号进行抑制；所述的镜像抑制宽带中频放大器13中的无源多相滤波器132由RC网络构成，它不仅对输入信号的幅度、频率有响应，而且对输入信号的相位也有响应，从而可以滤除镜像信号，并实现超低功耗；所述的放大器130是没有直流失调消除功能的，而放大器131是带有直流失调消除功能的，在系统中让它们交替分配，可以有效消除直流失调，同时也能够保证足够的电压增益。
一包络检波器14，其输入端与镜像抑制宽带中频放大器13的输出端连接，用于检测镜像抑制宽带中频放大器13输出中频信号的幅度信息。
一高精度比较器15，其输入端与包络检波器14的输出端连接，用于解调包络检波器14输出的幅度信息。所述的高精度比较器15，由五个开关150、151、152、155、156和一预放大器153、一锁存器154以及电容构成，实现对输入信号进行比较，并输出比较结；同时它还能够存储模拟电路的直流失调，提高放大器的精度，进而提高整个接收装置的灵敏度；
一数字频率校准器16，其输出端与全差分环形振荡器12的输入端连接，用于对全差分环形振荡器12的输出频率进行数字校正。
以上所述的系统框图和实施电路图，对本发明的目的，技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超低功耗OOK接收装置，包括： 
一射频滤波器，其输入端连接一天线，用于选择相应的频段，滤除带外干扰信号； 
一电流复用正交下混频器，其输入端与射频滤波器的输出端连接，用于将输入射频信号变换成中频信号输出； 
一全差分环形振荡器，其输出端与电流复用正交下混频器的输入端连接，为电流复用正交下混频器提供下变频所需要的正交本振信号； 
一镜像抑制宽带中频放大器，其输入端与电流复用正交下混频器的输出端连接，用于对电流复用正交下混频器输出的中频信号进行进一步放大； 
一包络检波器，其输入端与镜像抑制宽带中频放大器的输出端连接，用于检测镜像抑制宽带中频放大器输出中频信号的幅度信息： 
一高精度比较器，其输入端与包络检波器的输出端连接，用于解调包络检波器输出的幅度信息，该高精度比较器包括一预放大器，其正输入端通过一电容连接一第一开关，其正输入端与正输出端之间连接一第三开关，其负输入端通过一电容连接一第四开关，该第一开关与第四开关的输出端之间连接有一第二开关，其负输入端与复输出端之间连接一第五开关，其正输出端与负输出端分别与一锁存器的正输入端与负输入端连接;
一数字频率校准器，其输出端与全差分环形振荡器的输入端连接，用于对全差分环形振荡器的输出频率进行数字校正。 
2.根据权利要求1所述的超低功耗OOK接收装置，其中所述的电流复用正交下混频器由混频器和混频器构成，它们的输入信号是相同的，它们用来混频的本振信号是相互正交的，它们输出的中频信号也是相互正交的。 
3.根据权利要求2所述的超低功耗OOK接收装置，其中所述的电流复用正交下混频器中的混频器或混频器是由上下两级电路堆叠而成的，上级 电路对信号进行放大，下级电路对信号进行混频，而且两级电路公用偏置电流，从而实现了超低功耗。 
4.根据权利要求1所述的超低功耗OOK接收装置，其中全差分环形振荡器，由四个延迟单元和两个电阻调谐网络构成，该全差分环形振荡器产生差分正交本振信号，其采用电路网络来进行频率调谐，避免了传统的电流偏置进行频率调谐，从而实现超低功耗。 
5.根据权利要求1所述的超低功耗OOK接收装置，其中所述的镜像抑制宽带中频放大器，由八个放大器和一无源多相滤波器构成，能够对有用中频信号进行放大，对镜像信号和带外干扰信号进行抑制。 
6.根据权利要求5所述的超低功耗OOK接收装置，其中所述的镜像抑制宽带中频放大器中的无源多相滤波器由RC网络构成，它不仅对输入信号的幅度、频率有响应，而且对输入信号的相位也有响应，从而可以滤除镜像信号，并实现超低功耗。 
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102664645B (zh) * 2012-04-23 2014-04-09 清华大学深圳研究生院 一种ook信号接收电路
CN102882821B (zh) * 2012-09-13 2015-02-18 清华大学 一种ook射频接收机
CN105680890B (zh) * 2016-01-04 2018-05-29 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于无线通信节点的超低功耗欠采样接收机
KR102243344B1 (ko) * 2017-03-13 2021-04-22 텔레호낙티에볼라게트 엘엠 에릭슨(피유비엘) 라디오 수신기, 방법 및 컴퓨터 프로그램
CN109379097A (zh) * 2018-12-11 2019-02-22 上海精密计量测试研究所 基于零中频的基带正交iq数据的数字化提取方法及装置
CN109510638A (zh) * 2018-12-27 2019-03-22 复旦大学 一种应用于5g毫米波通讯的高灵敏度唤醒接收机
CN111665901B (zh) * 2020-06-03 2021-08-24 重庆百瑞互联电子技术有限公司 一种稳定输出直流电位的检波电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1913378A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 清华大学 内窥镜胶囊系统用的低功耗无线收发机模拟前端组件
CN101902242A (zh) * 2010-07-14 2010-12-01 复旦大学 应用于超宽带系统的单端输入差分输出的射频前端电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2846166A1 (fr) * 2002-10-18 2004-04-23 St Microelectronics Sa Oscillateur controle en tension comprenant un circuit de compensation de l'effet d'entrainement en frequence

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1913378A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 清华大学 内窥镜胶囊系统用的低功耗无线收发机模拟前端组件
CN101902242A (zh) * 2010-07-14 2010-12-01 复旦大学 应用于超宽带系统的单端输入差分输出的射频前端电路

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种低电压低功耗的环形压控振荡器设计;伍翠萍;《微电子学与计算机》;20080531;第25卷(第5期);70-71 *
伍翠萍.一种低电压低功耗的环形压控振荡器设计.《微电子学与计算机》.2008,第25卷(第5期),69-72.
图1.
图2.

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