CN102377439A

CN102377439A - 具有用于输入匹配的平移环路的多模式接收机

Info

Publication number: CN102377439A
Application number: CN2011102222262A
Authority: CN
Inventors: 何新
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-03-14
Also published as: US20120033769A1; US8520785B2; EP2416499A1

Abstract

本发明涉及一种多模式接收机，包括：跨导放大器TCA，具有输入端子，并且适于接收电压RF信号(RF)并传送电流RF信号。所述放大器还包括：电流混频器，耦合至跨导放大器，并适于接收电流RF信号，所述电流混频器还适于将电流RF信号与本地振荡器LO产生的信号进行组合，所述混频器产生中频IF信号，所述中频信号的频率等于电流RF信号的频率与本地振荡器的频率的组合。低通滤波器LPF耦合至混频器，并适于产生低通电流信号。跨阻抗放大器TIA耦合至低通滤波器，并适于接收低通电流信号，所述跨阻抗放大器适于产生与低通电流信号成比例的中频电压信号。还提供了：第一开关(SW1)，适于在第一端接收与中频电压信号成比例的信号，第二端耦合至输入端子；第二开关(SW2)，耦合在输入端子和参考端子之间。在多模式接收机的特定操作模式中，第一开关(SW1)和第二开关(SW2)的开状态互斥。

Description

具有用于输入匹配的平移环路的多模式接收机

技术领域

本发明涉及一种多模式接收机，包括：

-跨导放大器，具有输入端子，适于接收电压RF信号并传送电流RF信号；

-电流混频器，耦合至跨导放大器，适于接收电流RF信号，所述电流混频器还适于将电流RF信号与本地振荡器产生的信号进行组合，所述混频器产生中频信号，所述中频信号的频率等于电流RF信号的频率与本地振荡器的频率的组合；

-低通滤波器，耦合至混频器，适于产生低通电流信号；以及

-跨阻抗放大器，耦合至低通滤波器，适于接收低通电流信号，所述跨阻抗放大器适于产生与低通电流信号成比例的中频电压信号。

背景技术

在现代技术设备(如便携式设备、计算机、电话等等)中，广泛使用接收机。无线通信设备形成使用便携式无线设备的大部分应用。通常，在现代通信设备中，接收机(RX)与发射机(TX)耦合。

在无线通信中，主要挑战之一在于，RF接收机(即，处理输入射频信号的接收机)在接收较弱的所需信号时应当容许较强的带外干扰。例如，在WCDMA应用中，TX和RX同时操作。由于TX频带中有限的TX-RX隔离，在TX频带中相对较大的TX泄漏继而确定了严格的RX带外输入截取点3(IIP3)和IIP2要求。这些要求位于低噪声系数要求之上。为了减轻RX前端的带外线性要求，通常在LNA与混频器之间添加级间表面声波(SAW)滤波器，以进一步抑制TX泄漏，如图1所示。

在GPS必须与WCDMA和其他应用共存的GPS接收机中具有类似情形。

已经做出了许多努力以消除该SAW滤波器，以降低成本并且减小滤波器的大小。N.Yanduru et al.，“AWCDMA，GSM/GPRS/EDGE receiverfront end without interstage SAW filter，”in RFIC Symp.Dig.，Jun.2006，pp.77-80采用了一种高Q LC储能电路，利用LNA负载处的焊接线的帮助来进一步衰减TX泄漏，从而改进带外IIP3和IIP2。B.Tenbroek et al.，“Single-Chip tri-band WCDMA/HSDPA transceiver without external SAWfilters and with integrated TX power control，”in IEEE ISSCC Dig.，Feb.2008，pp.202-203在LNA的中间节点处采用了一种调谐Q增强LC陷波滤波器，以抑制TX泄漏。两种方法均需要用于不同频带的许多电感器，并且对于具有较小频率双工距离的WCDMA频带而言可能是不实际的。在没有额外电感器的情况下，H.Darabi，“A blocker filtering technique forSAW-less wireless receivers，”IEEE J.of Solid-State Circuits，vol.42，no.12，pp.2766-2773，Dec.2007展示了一种使用平移环路的阻断滤波技术。然而，它牺牲了功耗和噪声系数的性能。

近来，D.Kaczman et al.，“A Single-Chip 10-Band WCDMA/HSDPA4-Band GSM/EDGE SAW-less CMOS Receiver With DigRF 3G Interfaceand+90dBm IIP2”，IEEE J.of Solid-State Circuits，vol.44，pp 718-739，Mar.2009提出了一种较好的方案，使用单级RF跨导放大器(TCA)，接着是无源电流混频器，无源电流混频器的切换由本地振荡器(LO)控制，LO的波形提供了混频器的25％占空比的切换。图2中呈现了该电路构思。利用这种示意，实现了较大的带外IIP3，这是因为在TCA的输出处没有较高电压摆动，因此，与传统低噪声放大器(LNA)相比具有更小的线性退化。在利用跨阻抗放大器(TIA)转换至电压之前，添加低通滤波，显著改善了总RX带外IIP3。此外，与混频器中利用50％占空比的LO的切换相比，利用25％占空比的LO的切换带来更高3dB的转换增益，更好的噪声系数和更低的闪烁噪声。由于RF TCA的输出是电流，因此不可能如在传统电压模式LNA中一样使用并并反馈来实现输入匹配。一般地，采用感应源极退化电路来改进低噪声系数，如图3(a)所示。对于多标准应用，需要多个电感器，这决定了芯片面积的显著增大。共栅极输入也用于输入匹配，如在图3(b)和(c)中所示。然而，这些实现提供了高噪声系数。

这些输入匹配电路的其他缺点在于，对于不同增益，TCA(或LNA)的跨导必须固定，导致对于所有增益设置具有较高电流消耗。

发明内容

因此，需要一种接收机来减轻或避免上述缺点。

因此，本发明的目的是提供一种在介绍段落中描述的多模式接收机，所述多模式接收机的特征在于：

-第一开关，适于在第一端接收与中频电压信号成比例的信号，第二端耦合至输入端子；

-第二开关，耦合在输入端子和参考端子之间；

在所述多模式接收机的特定操作模式中，第一开关和第二开关的开状态互斥。

在这种配置中，通过选择第一开关为开且第二开关为关，可以使用高增益模式，将跨导-混频器-跨阻抗链与平移环路组合在一起。还可以通过选择第二开关为开且第一开关为关，来获得低增益模式。

在本发明的实施例中，第一开关经由反馈电阻器耦合至第二混频器，第二混频器适于将与中频电压信号成比例的信号与本地振荡器的信号进行组合，并产生RF信号到反馈电阻器。可以利用源极跟随器来替代反馈电阻器。当希望使用模拟中频信号时，这种连接尤其有利。第二开关经由输入电阻器耦合至参考节点。

有利地，与中频电压信号成比例的信号是由跨阻抗放大器(TIA)来产生的。

在本发明的另一实施例中，与中频电压信号成比例的信号是由数模转换器来产生的，所述数模转换器经由模数转换器耦合至跨阻抗放大器，所述模数转换器耦合至跨阻抗放大器。当从所述多模式接收机的数字域中取得反馈信号时，这种连接尤其有利。

具体地，模数转换器经由可变增益放大器耦合至跨阻抗放大器，以获得对幅度中频信号的更精确指示。

有利地，第一和第二混频器包括MOS开关，所述MOS开关由具有25％占空比的非重叠周期性数字信号来控制。

具体地，跨导放大器包括第一差分跨导放大器和第二差分跨导放大器，所述放大器适于接收电流RF信号并产生互相正交的差分信号。这种构造适用于几乎所有现代通信接收机。

在本发明的另一实施例中，如前述任一权利要求所述的多模式接收机，其中，第一混频器分别是频率下转换或频率上转换混频器，第二混频器分别是频率上转换或频率下转换混频器。这允许构建以下电路，该电路首先利用第一混频器对RF信号进行频率上转换，然后利用第二混频器将其频率下转换回到RF域；或者反之。这些特征提高了使用平移环路的灵活性。

在整个描述中，第一混频器、第二混频器和对电路输入的反馈的组合表示为平移环路。

本发明由独立权利要求来限定。从属权利要求限定了优选实施例。

附图说明

根据附图的示例性描述，上述和其他优点将显而易见，附图中：

图1描述了具有级间SAW滤波器以处理带外阻断的接收机；

图2描述了使用低噪声RF跨导放大器的干扰健壮接收机；

图3a描述了利用具有感应源极退化的输入匹配的RF TCA或LNA；

图3b描述了利用具有扼流器的共栅连接中的输入匹配的RF TCA或LNA；

图3c描述了利用具有电流源的共栅连接中的输入匹配的RF TCA或LNA；

图4描述了根据本发明使用模拟IF至RF平移环路来进行输入匹配的干扰健壮接收机；

图5描述了根据本发明使用数字IF至RF平移环路来进行输入匹配的干扰健壮接收机；

图6描述了根据本发明利用模拟IF至RF反馈输入匹配的干扰健壮接收机的实施例。

具体实施方式

图4描述了根据本发明使用模拟IF至RF平移环路来进行输入匹配的干扰健壮接收机。

图4所示的多模式接收机包括：跨导放大器TCA，具有输入端子，并且适于接收电压RF信号RF并传送电流RF信号。电流混频器耦合至跨导放大器，并接收电流RF信号。电流模式频率下转换混频器利用本地振荡器LO对电流RF信号进行频率下转换。混频器产生中频(IF)信号，所述中频信号的频率等于电流RF信号的频率与本地振荡器的频率的偏差。低通滤波器LPF耦合至混频器，产生低通电流信号。跨阻抗放大器TIA耦合至低通滤波器，接收低通电流信号，跨阻抗放大器还产生与低通电流信号成比例的中频电压信号。多模式接收机还包括：第一开关SW1，开启/关闭平移环路，其第一端具有中频电压信号，第二端耦合至输入端子。第二开关SW2耦合在输入端子和参考端子之间，并用于低增益模式下的输入匹配。在多模式接收机的特定操作模式中，第一开关(SW1)和第二开关(SW2)的开状态互斥。

第一开关SW1经由反馈电阻器R_f耦合至频率上转换混频器。频率上转换混频器用于将与中频电压信号成比例的信号与本地振荡器LO的信号进行频率上转换，并产生信号到反馈电阻器R_f。第二开关SW2经由输入电阻器R_in耦合至参考节点(即地)。与中频电压信号成比例的信号是由跨阻抗放大器TIA来产生的。

图4所示的接收机可以被配置为在高增益模式和低增益模式下操作。当在高增益模式下操作时，SW1接通而SW2关断。输出低通滤波的IF，将其频率上转换至RF，然后反馈至RF输入，从而形成IF至RF平移环路。利用

R_{S} = \frac{R_{f}}{G}

来实现输入匹配，其中R_S是要匹配的源阻抗，即产生RF信号的产生器的阻抗，G是TIA输出处的开环增益。

在低增益模式下，SW2接通而SW1关断。电阻器R_in提供输入匹配，代价为3dB的噪声系数损失。由于在低增益模式下信号电平较高，因此提高的底噪不是问题。关断环路避免了低增益模式下的LO泄漏问题。

与使用并并反馈进行输入匹配的传统LNA相比，在平移环路中开环增益可以大得多，得到更大的反馈电阻从而得到更低的噪声。在实现中，对于高于30dB的增益，反馈电阻所贡献的噪声可以忽略。此外，在低增益模式下TCA的跨导可以适配至信号电平，带来功耗的降低。注意，可以利用源极跟随器来替代反馈电阻器。

图5描述了根据本发明使用数字IF至RF平移环路进行输入匹配的干扰健壮接收机。

与中频电压信号成比例的信号是由数模转换器DAC来产生的，数模转换器DAC经由模数转换器ADC耦合至跨阻抗放大器TIA，模数转换器ADC耦合至跨阻抗放大器TIA。模数转换器ADC经由可变增益放大器VGA耦合至跨阻抗放大器TIA。第一和第二混频器包括MOS开关，所述MOS开关由具有25％占空比的非重叠周期性数字信号来控制。

也可以以数字方式来实现平移环路。如图5所示，DAC将数字化IF信息转换至模拟域，然后将其频率上转换至RF，再将其反馈至输入。

多模式接收机包括第一差分跨导放大器和第二差分跨导放大器，所述放大器适于接收电流RF信号并产生互相正交的差分信号。

基本上，跨导放大器TCA是反用换流器类型的放大器。由25％占空比LO驱动的无源电流混频器将TCA的电流输出频率下转换至IF电流。耦合至无源电流混频器的电容器确定对信号的一阶低通滤波。然后，使用跨导放大器将IF电流输出转换为正交I/Q电压输出信号。通过将IF电压输出频率上转换并反馈至RF输入，形成平移环路。为了减小电流，采用由25％占空比LO驱动的无源电压混频器作为频率上转换混频器。

应当指出，不限于使用跨导放大器TCA的接收机，用于输入匹配的平移环路还可以适用于在RF输入处使用低噪声放大器(LNA)的传统接收机。

注意，本发明的保护范围不限于这里描述的实施例。本发明的保护范围也不限于权利要求中的参考标号。“包括”一词不排除权利要求中所述部分之外的其他部分。在元件之前的词语“一”不排除多个这些元件。形成本发明一部分的装置可以以专用硬件的形式来实现，或者以编程用途的处理器的形式来实现。本发明在于每个新特征或特征的组合。

Claims

1.一种多模式接收机，包括：

-跨导放大器TCA，具有输入端子，并且适于接收电压RF信号RF并传送电流RF信号；

-电流混频器，耦合至跨导放大器，并适于接收电流RF信号，所述电流混频器还适于将电流RF信号与本地振荡器LO产生的信号进行组合，所述混频器产生中频IF信号，所述中频IF信号的频率等于电流RF信号的频率与本地振荡器的频率的组合；

-低通滤波器LPF，耦合至混频器，并适于产生低通电流信号；

-跨阻抗放大器TIA，耦合至低通滤波器，并适于接收低通电流信号，所述跨阻抗放大器适于产生与低通电流信号成比例的中频电压信号，

所述多模式接收机的特征在于：

-第一开关SW1，适于在第一端接收与中频电压信号成比例的信号，第二端耦合至输入端子；

-第二开关SW2，耦合在输入端子和参考端子之间；

在所述多模式接收机的特定操作模式中，第一开关SW1和第二开关SW2的开状态互斥。

2.根据权利要求1所述的多模式接收机，其中，第一开关SW1经由反馈电阻器R_f耦合至第二混频器，所述第二混频器适于将与中频电压信号成比例的信号与本地振荡器LO的信号进行组合，并产生RF信号到反馈电阻器R_f。

3.根据权利要求2所述的多模式接收机，其中，第二开关SW2经由输入电阻器R_in耦合至参考节点。

4.根据权利要求1至3所述的多模式接收机，其中，与中频电压信号成比例的信号是由跨阻抗放大器TIA来产生的。

5.根据权利要求1至4所述的多模式接收机，其中，与中频电压信号成比例的信号是由数模转换器DAC来产生的，所述数模转换器DAC经由模数转换器ADC耦合至跨阻抗放大器TIA，所述模数转换器耦合至跨阻抗放大器TIA。

6.根据权利要求1至5所述的多模式接收机，其中，模数转换器ADC经由可变增益放大器VGA耦合至跨阻抗放大器TIA。

7.根据前述任一权利要求所述的多模式接收机，其中，第一和第二混频器包括MOS开关，所述MOS开关由具有25％占空比的非重叠周期性数字信号来控制。

8.根据前述任一权利要求所述的多模式接收机，其中，跨导放大器TIA包括第一差分跨导放大器和第二差分跨导放大器，所述放大器适于接收电流RF信号并产生互相正交的差分信号。

9.根据前述任一权利要求所述的多模式接收机，其中，第一混频器分别是频率下转换或频率上转换混频器，第二混频器分别是频率上转换或频率下转换混频器。