CN102347780B - 一种增益可调的射频接收前端电路 - Google Patents
一种增益可调的射频接收前端电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102347780B CN102347780B CN201110240869.XA CN201110240869A CN102347780B CN 102347780 B CN102347780 B CN 102347780B CN 201110240869 A CN201110240869 A CN 201110240869A CN 102347780 B CN102347780 B CN 102347780B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transistor
- connect
- source
- drain terminal
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
- Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
Abstract
本发明提供了一种增益可调的射频接收前端电路,属于射频集成电路技术领域。该电路包括低噪声放大器、I/Q两路混频器和增益调节电路,所述低噪声放大器的信号输出端与所述I/Q两路混频器的信号输入端连接,所述增益调节电路设置在所述I/Q两路混频器的负载端。本发明通过将增益调节电路改为加在混频器的负载端,当增益调节电路工作的时候,增益调节电路导通,形成低阻通道,混频器的负载阻抗变低,从而降低了系统的增益。由于低噪声放大器的增益没有下降,因此整体的噪声系数没有恶化。
Description
技术领域
本发明属于射频集成电路技术领域,具体涉及一种增益可调的低功耗射频接收前端电路,该电路可应用于zigbee系统。
背景技术
在各种近距离无线传输技术中,Zigbee技术以其低功耗,低成本,容量大,安全性高等优势脱颖而出,成为一种市场前景广阔的技术。这对射频接收前端电路提出了要求,射频接收前端电路主要包括低噪声放大器和混频器。
传统的射频接收前端电路是由低噪声放大器和混频器级联组成,低噪声放大器和混频器是用不同的直流电流偏置的,因此这样射频接收前端电路的功耗会很大。为了增大接收信号的动态范围,射频接收前端电路需要能够有增益调节的功能。
传统的射频接收前端电路的增益调节功能是在低噪声放大器实现的。这种方案在降低低噪声放大器的增益的同时,恶化了射频接收前端电路的噪声系数。如图1中所示的M19’和M20’构成增益调节电路,置于低噪声放大器的负载端。当所述的增益调节电路工作时,形成低阻通道,低噪声放大器的增益降低。其中F为总的噪声系数,F1为低噪声放大器的噪声系数,F2为混频器的噪声系数,AV1为低噪声放大器的增益。当低噪声放大器增益降低时,前端电路的噪声系数被恶化。
发明内容
本发明为解决现有射频接收技术中存在的当低噪声放大器增益降低时,前端电路的噪声系数被恶化的问题,进而提供一种增益可调的射频接收前端电路
本发明的增益可调的射频接收前端电路包括低噪声放大器、I/Q两路混频器和增益调节电路,所述低噪声放大器的信号输出端与所述I/Q两路混频器的信号输入端连接,所述增益调节电路设置在所述I/Q两路混频器的负载端。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明通过将增益调节电路改为加在混频器的负载端,当增益调节电路工作的时候,增益调节电路导通,形成低阻通道,混频器的负载阻抗变低,从而降低了系统的增益。由于低噪声放大器的增益没有下降,因此整体的噪声系数没有恶化。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的增益可调的射频接收前端电路的整体结构示意图;
图2为本发明具体实施方式提供的增益可调的射频接收前端电路的电路结构示意图;
图3为本发明具体实施方式提供的增益可调的射频接收前端电路中交叉耦合电路的结构示意图;
图4为本发明具体实施方式提供的与现有技术射频接收前端电路性能参数对比示意图。
具体实施方式
本发明具体实施方式提供了一种增益可调的射频接收前端电路,如图1所示,包括低噪声放大器1、I/Q两路混频器2和增益调节电路3,低噪声放大器1的信号输出端与I/Q两路混频器2的信号输入端连接,增益调节电路3设置在I/Q两路混频器2的负载端。
具体的参见图2,第一晶体管M1,第二晶体管M2,第一电容C1,第二电容C2,第一电感L1和第二电感L2构成了低噪声放大器1的主电路;其中M1和M2是低噪声放大器1的放大管,C1和C2通过电容交叉耦合可以降低M1和M2一半的直流电流;L1和L2作为低噪声放大器1的负载。第三晶体管M3,第四晶体管M4,第五晶体管M5,第六晶体管M6构成了I/Q两路混频器2的跨导级;第七晶体管M7,第八晶体管M8,第九晶体管M9,第十晶体管M10,第十一晶体管M11,第十二晶体管M12,第十三晶体管M13和第十四晶体管M14构成了I/Q两路混频器2的开关级电路;第一电阻R1,第二电阻R2,第十五晶体管M15,第十六晶体管M16和第三电阻R3,第四电阻R4,第十六晶体管M16,第十七晶体管M17分别构成I/Q两路混频器2的有源负载。第十九晶体管M19,第二十晶体管M20,第二十一晶体管m21,第二十二晶体管M22构成增益调节电路3。
在图2中,本具体实施方式提供的射频接收前端电路由共栅结构的低噪声放大器1和I/Q两路混频器2组成。低噪声放大器1提供良好的输入匹配,适当的电压增益和足够低的噪声系数。I/Q两路混频器2通过交流耦合与低噪声放大器共用直流偏置,将高频的信号下变频到低频,供基带处理。
在图2中,低噪声放大器1使用的是共栅结构,这种结构较之共源结构的优点在于可以不以面积为代价轻易的实现输入匹配。第一电感和第二电感作为低噪声放大器1的负载。使用电感作为负载可以不消耗电路的电压余度,同时电感和寄生电容谐振可以使增益在2.4GHz处最大。为了降低低噪声放大器消耗的功耗,在差分输入端加入了电容交叉耦合电路。该电路可以降低低噪声放大器一半的功耗,并且可以同时降低低噪声放大器的噪声系数。
图3是电容交叉耦合电路的示意图。第一电容C1和第二电容C2是交叉耦合电容,Cgs1和Cgs2是第一晶体管M1和第二晶体管M2的寄生栅源电容,Cgs1=Cgs2。电容交叉耦合电路的等效跨导Gm=(1+A)gm,,其中gm是M1和M2的跨导,则有如下的公式:
在C1远远大于Cgs的条件下,
Gm=2gm。
使用了电容交叉耦合电路,在没有增大功耗的条件下,电路的等效跨导增大了一倍。因此可以使用一半的直流电流来实现同样的跨导,降低了一半的功耗。
低噪声放大器1的噪声系数也可以由以下公式推导出:
其中 α=gm/gd0
可以简化为
在输入完全匹配的条件下,
低噪声放大器1的噪声系数为:
输入的差分信号RFP和RFN经过M1和M2被转化为电流信号,在电感L1和L2处转化为电压信号。由于电感L1和L2是高频阻抗电路,电压信号通过耦合电容C3和C4耦合到混频器跨导管的栅端。而M1和M2的直流电流通过L1和L2流经混频器的跨导管。这样就实现了电流复用,而同时射频信号被放大了两次,可以有效的提高增益。
为了提高增益,I/Q两路混频器2的负载使用晶体管作为有源负载,这样可以在使用较低的电压余度的情况下提供较大的阻抗。为了克服在低增益模式下电路的噪声系数恶化的问题,将增益调节电路放在I/Q两路混频器2的负载端。
图4是本发明和背景技术的性能参数对照表。可见本发明工作在2.4GHz时,工作电源电压是1.8V,消耗电流是2.1mA,输入匹配-12.5dB,高增益模式下增益为49dB,噪声系数为4.1dB。而在低增益模式下增益为12dB,噪声系数为4.7dB。对比与高增益模式,噪声系数没有明显的恶化。而现有技术在低增益模式下,噪声系数被恶化到36dB。本发明在仅改动了增益调节电路的位置,没有任何功耗和面积的牺牲的条件下,可以明显的改善低增益模式的噪声系数。
采用本具体实施方式提供的技术方案,通过将增益调节电路改为加在混频器的负载端,当增益调节电路工作的时候,增益调节电路导通,形成低阻通道,混频器的负载阻抗变低,从而降低了系统的增益。由于低噪声放大器的增益没有下降,因此整体的噪声系数没有恶化。在低噪声放大器和混频器之间增加了耦合电路和高频阻抗电路,使低噪声放大器的直流电流通过高频阻抗电路直接流入混频器中,低噪声放大器的交流信号通过耦合电路加到混频器的第三晶体管,第四晶体管,第五晶体管和第六晶体管的栅端,实现了电流复用。由于I/Q两路的混频器的直流电流都是由低噪声放大器提供,因此这种电流复用技术节省了I/Q两路的混频器的功耗。相比于传统的结构,这种结构可以极大的降低系统的功耗。当增益调节电路工作的时候,增益调节电路导通,形成低阻通道。混频器的负载阻抗变低,从而降低了系统的增益。由于低噪声放大器的增益没有下降,因此整体的噪声系数没有恶化。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种增益可调的射频接收前端电路,其特征在于,包括低噪声放大器、I/Q两路混频器和增益调节电路,所述低噪声放大器的信号输出端与所述I/Q两路混频器的信号输入端连接,所述增益调节电路设置在所述I/Q两路混频器的负载端;
所述噪声放大器包括:第一晶体管(M1)、第二晶体管(M2)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电感(L1)和第二电感(L2),第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)是所述低噪声放大器的放大管,第一电容(C1)连接的第一晶体管(M1)的栅端和第二晶体管(M2)的源端,第二电容(C2)连接第二晶体管(M2)的栅端和第一晶体管(M1)的源端,第一电容(C1)和第二电容(C2)通过电容交叉耦合降低第一晶体管(M1)和第二晶体管(M2)一半的直流电流,第一电感(L1)和第二电感(L2)是所述低噪声放大器的负载,第一电感(L1)的第一端连接第一晶体管(M1)的漏端,第二电感(L2)的第一端连接第二晶体管(M2)的漏端;所述I/Q两路混频器包括由第三晶体管(M3)、第四晶体管(M4)、第五晶体管(M5)和第六晶体管(M6)组成的跨导级,由第七晶体管(M7)、第八晶体管(M8)、第九晶体管(M9)、第十晶体管(M10)、第十一晶体管(M11)、第十二晶体管(M12)、第十三晶体管(M13)和第十四晶体管(M14)组成的开关级电路以及由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第十五晶体管(M15)、第十六晶体管(M16)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第十六晶体管(M16),和第十七晶体管(M17)组成的有源负载;所述增益调节电路包括:第十九晶体管(M19)、第二十晶体管(M20)、第二十一晶体管(M21)和第二十二晶体管(M22);第一电感(L1)的第二端连接第三晶体管(M3)和第四晶体管(M4)的源端,第二电感(L2)的第二端连接第五晶体管(M5)和第六晶体管(M6)的源端,第三晶体管(M3)的漏端连接的第七晶体管(M7)和第八晶体管(M8)源端,第四晶体管(M4)的源端连接第九晶体管(M9)和第十晶体管(M10)的源端,第七晶体管(M7)和第九晶体管(M9)的漏端连接第十五晶体管(M15)的漏端、第一电阻(R1)的第一端和第十九晶体管(M19)的漏端,第八晶体管(M8)和第十晶体管(M10)的漏端连接第十六晶体管(M16)的漏端、第二电阻(R2)的第一端和第二十晶体管(M20)的漏端,第十五晶体管(M15)的源端连接第十六晶体管(M16)的源端,第一电阻(R1)的第二端和第二电阻(R2)的第二端连接第十五晶体管(M15)的栅端和第十六晶体管(M16)的栅端,第十九晶体管(M19)的源端连接第二十晶体管(M20)的源端,第五晶体管(M5)的漏端连接的第十一晶体管(M11)和第十二晶体管(M12)源端,第六晶体管(M6)的漏端连接第十三晶体管(M13)和第十四晶体管(M14)的源端,第十一晶体管(M11)和第十三晶体管(M13)的漏端连接第十七晶体管(M17)的漏端、第三电阻(R3)的第一端和第二十一晶体管(M21)的漏端,第十二晶体管(M12)和第十四晶体管(M14)的漏端连接第十八晶体管(M18)的漏端、第四电阻(R4)的第一端和第二十二晶体管(M22)的漏端,第十七晶体管(M17)的源端连接第十八晶体管(M18)的源端,第三电阻(R3)的第二端和第四电阻(R4)的第二端连接第十七晶体管(M17)的栅端和第十八晶体管(M18)的栅端,第二十一晶体管(M21)的源端连接第二十二晶体管(M22)的源端。
2.根据权利要求1所述的增益可调的射频接收前端电路,其特征在于,所述低噪声放大器与所述I/Q两路混频器通过高频阻抗电路和耦合电路共用直流电流。
3.根据权利要求1所述的增益可调的射频接收前端电路,其特征在于,所述低噪声放大器采用共栅结构,在输入端使用电容交叉耦合电路,用于降低功耗和噪声系数。
4.根据权利要求1所述的增益可调的射频接收前端电路,其特征在于,所述I/Q两路混频器采用Gilbert结构。
5.根据权利要求1所述的增益可调的射频接收前端电路,其特征在于,所述增益调节电路采用有源负载,用于提高高增益模式下的增益。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110240869.XA CN102347780B (zh) | 2011-08-19 | 2011-08-19 | 一种增益可调的射频接收前端电路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110240869.XA CN102347780B (zh) | 2011-08-19 | 2011-08-19 | 一种增益可调的射频接收前端电路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102347780A CN102347780A (zh) | 2012-02-08 |
CN102347780B true CN102347780B (zh) | 2014-10-15 |
Family
ID=45546102
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110240869.XA Expired - Fee Related CN102347780B (zh) | 2011-08-19 | 2011-08-19 | 一种增益可调的射频接收前端电路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102347780B (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102832885B (zh) * | 2012-09-07 | 2015-01-21 | 电子科技大学 | 一种低噪声可变增益混频器 |
CN103078594B (zh) * | 2012-12-24 | 2017-12-15 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种电流复用射频前端电路 |
CN103117708A (zh) * | 2013-01-25 | 2013-05-22 | 东南大学 | 一种低功耗高增益的下混频器 |
TWI561015B (en) | 2014-10-28 | 2016-12-01 | Realtek Semiconductor Corp | Front-end circuit of wireless communication system and wireless communication system |
CN105634531B (zh) * | 2014-10-30 | 2018-09-04 | 瑞昱半导体股份有限公司 | 无线通信系统的前端电路以及无线通信系统 |
CN108683409B (zh) * | 2018-05-24 | 2020-07-28 | 清华大学深圳研究生院 | 一种功率混频器电路 |
CN110336538B (zh) * | 2019-04-16 | 2021-02-02 | 电子科技大学 | 一种cmos电容中和有源混频器 |
CN110764061B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-12-14 | 北京无线电测量研究所 | 一种正交变频接收机 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100654459B1 (ko) * | 2005-06-30 | 2006-12-06 | 삼성전자주식회사 | 광대역 저잡음 증폭기 및 상기 증폭기를 이용한 rf 신호증폭 방법 |
US7539471B2 (en) * | 2006-03-30 | 2009-05-26 | Intel Corporation | Method and apparatus to provide variable gain in a radio receiver front end |
CN101110573A (zh) * | 2007-06-28 | 2008-01-23 | 复旦大学 | 一种采用噪声抵消技术的超宽带低噪声放大器电路 |
CN101547014B (zh) * | 2009-04-24 | 2013-04-24 | 锐迪科科技有限公司 | 数字低中频am信号接收机及信号接收方法 |
CN101902242B (zh) * | 2010-07-14 | 2013-10-16 | 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 |
CN101969314B (zh) * | 2010-11-25 | 2013-06-12 | 电子科技大学 | 零中频接收机的自动增益控制电路 |
-
2011
- 2011-08-19 CN CN201110240869.XA patent/CN102347780B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102347780A (zh) | 2012-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102347780B (zh) | 一种增益可调的射频接收前端电路 | |
CN101478294B (zh) | 共源共栅开关功率放大器的系统和方法 | |
CN101741316B (zh) | 一种增益可变的宽带射频低噪声放大器 | |
CN103117711B (zh) | 一种单片集成的射频高增益低噪声放大器 | |
CN101656516A (zh) | 一种全差分cmos超宽带低噪声放大器 | |
CN104270100B (zh) | 一种采用正反馈技术和有源跨导增强技术的低功耗低噪声放大器 | |
CN101483409A (zh) | 一种采用多路噪声抵消的低噪声放大器 | |
CN104539242B (zh) | 电流复用低噪声放大器 | |
CN109379051A (zh) | 一种双模式高增益、低噪声的宽带低噪声放大器 | |
CN103219952B (zh) | 一种采用噪声抵消技术的宽带低噪声放大器 | |
CN101350592A (zh) | 超宽带低噪声放大器 | |
CN104158501A (zh) | 一种多模可配置Class AB功率放大器 | |
CN105281682A (zh) | 低功耗双向降噪低噪声放大器 | |
CN104124923B (zh) | 一种低噪声混频器电路 | |
CN106130489B (zh) | 一种低噪声放大器 | |
CN103762947A (zh) | 一种交叉耦合输入的低噪声跨导放大器 | |
CN105245189A (zh) | 一种低功耗半有源半无源宽带下混频器 | |
CN106953612A (zh) | 一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路 | |
CN103338015B (zh) | 一种提高增益的放大器及其设计方法 | |
CN103457555A (zh) | 使用具有任意耦合系数的片上变压器的毫米波放大器单向化网络 | |
CN106559042A (zh) | 应用于低电压下的低噪声放大器 | |
CN107623496A (zh) | 一种带双路阻性反馈的宽带微波集成低噪声放大器 | |
CN106505901A (zh) | 一种线性‑谐振复合式超高频逆变器 | |
CN206727964U (zh) | 一种基于寄生反馈消除技术的高增益放大电路 | |
CN102780457A (zh) | 低噪声放大器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20200819 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |