CN102970053A - 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置 - Google Patents

一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102970053A
CN102970053A CN2012105485796A CN201210548579A CN102970053A CN 102970053 A CN102970053 A CN 102970053A CN 2012105485796 A CN2012105485796 A CN 2012105485796A CN 201210548579 A CN201210548579 A CN 201210548579A CN 102970053 A CN102970053 A CN 102970053A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
low
output
power consumption
signal
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.)
Granted
Application number
CN2012105485796A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102970053B (zh
Inventor
陈晶晶
吴南健
王海永
刘威扬
刘晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN201210548579.6A priority Critical patent/CN102970053B/zh
Publication of CN102970053A publication Critical patent/CN102970053A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102970053B publication Critical patent/CN102970053B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Transceivers (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，包括双工器、射频前端、可变增益复数滤波器、自动频率调谐电路、可编程增益放大器、锁相环频率综合器、数字处理器、存储器、可变增益功率放大器、混频器和低通滤波器；双工器、射频前端、可变增益复数滤波器、自动频率调谐电路和可编程增益放大器构成接收链路，用于接收和处理射频信号，并转换为低中频数字信号以方便后续的模数转换器处理；双工器、可变增益功率放大器、混频器和低通滤波器构成发射链路，用于将基带模拟调制信号混频到载波频率，并发送无线信号；该接收链路和该发射链路共用该双工器。本发明采用标准CMOS工艺实现单片集成，结构简单，功耗低，适合于无线传感网应用。

Description

一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置
技术领域
本发明涉及无线射频收发技术领域，特别是针对无线传感网，要求低功耗、低成本、较低收发速率和高接收灵敏度的一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置。
背景技术
无线传感网主要针对于短距离范围的低速无线通信，在工业监控、环境监测、智能家居、医疗护理和公共安全等领域中得到了广泛的应用，为了延长电池使用时间，降低更换电池的成本，通常要求收发机消耗的功耗必须很低，因而在标准CMOS工艺上集成低功耗的射频收发机是一项关键技术。
出于低成本和低功耗的考虑，直接下变频接收机和低中频接收机结构更适合于无线传感网应用。然而直接下变频接收机的缺点是有直流失调和闪烁噪声问题，直流失调通常是在数字基带部分进行消除，这样增加了数字基带的设计复杂度。低中频接收机很好的克服了直接下变频接收机所遇到的问题，但是由于增益和相位的不匹配引入了镜像抑制信号问题，可以通过加入一个复数滤波器达到系统所要求的镜像抑制率。对于发射机，采用直接上变频发射机结构能达到较好的发射效率和性能，并且可以满足不同的调制信号发射，既可以发射恒包络信号，也可以发射非恒包络信号，而基于锁相环调制的发射机结构只能发射恒包络信号。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，使其能够适用于无线传感网应用场合中。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，该装置包括双工器10、射频前端11、可变增益复数滤波器12、自动频率调谐电路13、可编程增益放大器14、锁相环频率综合器15、数字处理器16、存储器17、可变增益功率放大器18、混频器19和低通滤波器20，其中：双工器10、射频前端11、可变增益复数滤波器12、自动频率调谐电路13和可编程增益放大器14构成接收链路，该接收链路用于接收和处理射频信号，并转换为低中频数字信号方便后续的模数转换器处理；双工器10、可变增益功率放大器18、混频器19和低通滤波器20构成发射链路，该发射链路用于将基带模拟调制信号混频到载波频率，并发送无线信号；该接收链路和该发射链路共用该双工器10。
上述方案中，该双工器10的一端与天线连接，一端与射频前端11的输入端连接，一端与可变增益功率放大器18的输出端连接，用于接收和发射的选通和隔离。
上述方案中，该射频前端11的输入端分别与双工器10的一端、锁相环频率综合器15的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端与可变增益复数滤波器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系数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理。该射频前端11由增益可变的低噪声放大器和无源正交混频器构成，低噪声放大器的增益模式分为高增益和低增益，无源正交混频器将射频信号通过与本振信号混频输出正交差分的低中频信号。为了降低噪声系数，在低噪声放大器输出和输入之间引入反馈电路，反馈电路由NMOS管、电阻和电容构成，同时不影响电路的线性特性。
上述方案中，该可变增益复数滤波器12由可变增益前置放大器120和主滤波器121构成，其输入端分别与射频前端11的输出端、自动频率调谐电路13的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端与可编程增益放大器14的输入端连接，用于选通放大低中频信号和抑制镜像干扰信号。该可变增益前置放大器120的增益由数字信号控制，具有高增益和低增益两种模式；该主滤波器121中的跨导基于伪差分反相器结构。
上述方案中，该自动频率调谐电路13的输出端与可变增益复数滤波器12的输入端连接，用于控制复数滤波器的频率特性，使其不受工艺误差而变化。该自动频率调谐电路13是基于锁相环结构的，使得复数滤波器的带宽和中心频率能够跟随外部输入的参考频率，而不受工艺误差而变化。
上述方案中，该可编程增益放大器14的输入端分别与可变增益复数滤波器12的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端输出放大后的中频信号，将信号幅度稳定在设定的电平范围内，方便后续电路处理。该可编程增益放大器14由两个单级放大器和一个高通滤波器构成；高通滤波器插在两个单级放大器中间，用于消除前级产生的直流失调；单级放大器的增益和带宽均由数字控制，用于产生分贝线性的增益并保持相同的带宽。
上述方案中，该锁相环频率综合器15的输入端与数字处理器16的输出端连接，输出端分别与射频前端11的输入端以及混频器19的输入端连接，用于向射频前端11提供下变频的本振信号和向混频器19提供发射的本振信号。该锁相环频率综合器15由鉴频鉴相器150、电荷泵151、低通滤波器152、LC压控振荡器153、可编程分频器154、多模预分频器155、除2分频器156和输出缓冲器157构成，通过数字编程控制产生确定的射频载波信号。在该锁相环频率综合器15中，LC压控振荡器153采用了电流复用和衬底反偏技术，不仅降低了功耗，而且提高了相位噪声。
上述方案中，该数字处理器16的输入端与存储器17的输出端连接，并接收外部输入的编程配置数据，输出端分别与射频前端11的输入端、可变增益复数滤波器12的输入端、可编程增益放大器14的输入端、可变增益功率放大器18的输入端以及锁相环频率综合器15的输入端连接，用于对整个收发机芯片进行数字控制，控制整个接收和发射链路的增益配置，以及处理基带数字信号及非易失性存储器的读写控制。
上述方案中，该存储器17是一种基于标准CMOS工艺的极低功耗的非易失性存储器，连接于数字处理器16，用于存储整个芯片的数字配置数据，在掉电情况下也能保存接收机的配置数据，避免重新上电时重复配置。
上述方案中，该可变增益功率放大器18的输入端分别与数字处理器16的输出端和混频器19的输出端连接，输出端与双工器10的一端连接，用于将混频器19输出的射频调制信号进行功率放大。该可变增益功率放大器18是由功率驱动级和功率放大级构成。
上述方案中，该混频器19的输入端分别与锁相环频率综合器15的输出端以及低通滤波器20输出端连接，输出端与可变增益功率放大器18的输入端连接，用于将模拟基带信号上变频到发射载波。该混频器19由有源正交差分混频器和失配调谐电路构成；有源正交差分混频器用于将基带数据频率与载波频率相混频，实现信号的直接上变频；失配调谐电路用于调节混频器的相位失配和幅度失配，提高混频器的性能。
上述方案中，该低通滤波器20采用无源方式实现，其输入端输入基带模拟调制信号，输出端连接于正交混频器19的输入端。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，各构成电路均可以用标准CMOS工艺单芯片集成，系统结构简单，满足无线传感网的低成本要求，接收机功耗低，发射机以低的功耗实现高数据率通信，解决了相关应用中的低功耗问题。
2、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，由于低噪声放大器采用变增益结构，所以可以根据接收信号强度的大小来动态调整增益和电路的功耗，采用噪声消除技术降低噪声，使其在线性度和噪声系数之间达到了良好的折中；混频器采用了无源混频器，几乎不消耗功耗，同时具有高线性度。
3、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，采用了可变增益的复数滤波器对镜像信号进行抑制，这样可以灵活控制复数滤波器的增益，复数滤波器采用低功耗的gm-C结构，。由于采用了基于锁相环结构的自动频率调谐电路对复数滤波器的频率特性进行调谐，避免了工艺误差和温度变化的影响。
4、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，放大器之间插入高通滤波器，消除了直流失调，这种直流失调消除方法不需要消耗功耗，而且正好适合于低中频接收机应用。数字控制的电阻和电容阵列，很方便的控制放大器的增益和带宽，使得在不同的增益下保持恒定的带宽。
5、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，使用了非易失性存储器保存射频收发机的数字配置信号，因此在遇到掉电或者更换电池等情况时，可以避免重复配置。
6、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，锁相环频率综合器中的LC压控振荡器采用了电流复用技术和负阻耦合对管衬底反偏技术，降低了功耗，并且提高了相位噪声性能。
7、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其可变增益功率放大器是由功率驱动级和功率放大级构成。其功率驱动级采用AB类电路结构，功率放大级采用B类互补推挽式结构，该结构在满足功放线性要求的同时，降低了系统功耗。功率驱动级输入采用电感匹配，提高发射机增益，而且当无射频信号输入时，只有功率驱动级消耗功耗，降低发射功耗，提高发射效率。
8、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，混频器由有源正交差分混频器和失配调谐电路构成。有源正交差分混频器将基带数据与载波频率混频，实现信号的直接上变频。失配调谐电路用于调节混频器的相位失配和幅度失配，提高混频器的性能。
9、本发明提供的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，特别适合应用于无线传感网及其它短距离低速低功耗应用的无线通信领域中。
附图说明
图1为依照本发明实施例的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图；
图2为图1中射频前端11的电路图；
图3为图1中可变增益复数滤波器12的结构示意图；
图4为图1中可变增益前置放大器120的电路图；
图5为图1中主滤波器121的电路图；
图6为图1中可编程增益放大器14的电路图；
图7为图1中锁相环频率综合器15的结构示意图；
图8为图1中可变增益功率放大器18的电路图。
图9为图1中上混频器19的电路图。
具体实施方式
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。
如图1所示，图1为依照本发明实施例的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，该射频收发装置包括：双工器10、射频前端11、可变增益复数滤波器12、自动频率调谐电路13、可编程增益放大器14、锁相环频率综合器15、数字处理器16、存储器17、可变增益功率放大器18、混频器19和低通滤波器20。其中，双工器10、射频前端11、可变增益复数滤波器12、自动频率调谐电路13和可编程增益放大器14构成接收链路，该接收链路用于接收和处理射频信号，并转换为低中频数字信号方便后续的模数转换器处理。双工器10、可变增益功率放大器18、混频器19和低通滤波器20构成发射链路，该发射链路用于将基带模拟调制信号混频到载波频率，并发送无线信号。该接收链路和该发射链路共用该双工器10。
双工器10，该双工器10的一端与天线连接，一端与射频前端11的输入端连接，一端与可变增益功率放大器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、锁相环频率综合器15的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端与可变增益复数滤波器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系数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理。该射频前端11由增益可变的低噪声放大器和无源正交混频器构成。低噪声放大器的增益模式分为高增益和低增益。为了降低噪声系数，在低噪声放大器输出和输入之间引入反馈电路，反馈电路由NMOS管、电阻和电容构成，同时不影响电路的线性特性。无源正交混频器将射频信号通过与本振信号混频输出正交差分的低中频信号，使得射频前端不仅具有高增益，低噪声系数；而且提高的电路的线性特性，降低系统功耗。
可变增益复数滤波器12，该可变增益复数滤波器12由可变增益前置放大器120和主滤波器121构成，其输入端分别与射频前端11的输出端、自动频率调谐电路13的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端与可编程增益放大器14的输入端连接，用于选通放大低中频信号和抑制镜像干扰信号。可变增益复数滤波器12中的前置放大器120的增益由数字信号控制，具有高增益和低增益两种模式，主滤波器121中的跨导基于伪差分反相器结构，消耗功耗很低，且线性度较高。
自动频率调谐电路13，该自动频率调谐电路13的输出端与可变增益复数滤波器12的输入端连接，用于控制复数滤波器的频率特性，使其不受工艺误差而变化。该自动频率调谐电路13是基于锁相环结构的，使得复数滤波器的带宽和中心频率能够跟随外部输入的参考频率，而不受工艺误差而变化。
可编程增益放大器14，该可编程增益放大器14的输入端分别与可变增益复数滤波器12的输出端以及数字处理器16的输出端连接，输出端输出放大后的中频信号，将信号幅度稳定在设定的电平范围内，方便后续电路处理。该可编程增益放大器14由两个单级放大器和一个高通滤波器构成，高通滤波器插在两个单级放大器中间，用于消除前级产生的直流失调。单级放大器的增益和带宽均由数字控制，可以产生分贝线性的增益并保持相同的带宽。
锁相环频率综合器15，该锁相环频率综合器15的输入端与数字处理器16的输出端连接，输出端分别与射频前端11的输入端以及混频器19的输入端连接，用于向射频前端11提供下变频的本振信号和向混频器19提供发射的本振信号。该锁相环频率综合器15由鉴频鉴相器150、电荷泵151、低通滤波器152、LC压控振荡器153、可编程分频器154、多模预分频器155、除2分频器156和输出缓冲器157构成。该频率综合器具有低功耗和低相位噪声，其通过数字编程控制产生确定的射频载波信号。在该锁相环频率综合器15中，LC压控振荡器153采用了电流复用和衬底反偏技术，不仅降低了功耗，而且提高了相位噪声。
数字处理器16，该数字处理器16的输入端与存储器17的输出端连接，并接收外部输入的编程配置数据，输出端分别与射频前端11的输入端、可变增益复数滤波器12的输入端、可编程增益放大器14的输入端、可变增益功率放大器18的输入端以及锁相环频率综合器15的输入端连接，用于对整个收发机芯片进行数字控制，控制整个接收和发射链路的增益配置，以及处理基带数字信号及非易失性存储器的读写控制。
存储器17，该存储器17是一种基于标准CMOS工艺的极低功耗的非易失性存储器，连接于数字处理器16，用于存储整个芯片的数字配置数据，在掉电情况下也能保存接收机的配置数据，避免重新上电时重复配置。
可变增益功率放大器18，该可变增益功率放大器18的输入端分别与数字处理器16的输出端和混频器19的输出端连接，输出端与双工器10的一端连接，用于将混频器19输出的射频调制信号进行功率放大。该可变增益功率放大器18是由功率驱动级和功率放大级构成。其功率驱动级是AB类结构，功率放大级是B类互补推挽式结构，该结构在满足功放线性要求的同时，尽可能降低系统功耗。当无射频信号输入时，只有功率驱动级消耗功耗，降低发射功耗，提高发射效率。其增益模式分为高，中，低三档增益用于调节发射信号功率的大小。其中，A类指放大器在整个周期都导通，B类指在一般的周期导通，AB类指在一大半的周期内导通，这是功率效率与线性度之间的trade off的关系。
混频器19，该混频器19的输入端分别与锁相环频率综合器15的输出端以及低通滤波器20输出端连接，输出端与可变增益功率放大器18的输入端连接，用于将模拟基带信号上变频到发射载波。该混频器19由有源正交差分混频器和失配调谐电路构成。有源正交差分混频器用于将基带数据频率与载波频率相混频，实现信号的直接上变频。失配调谐电路用于调节混频器的相位失配和幅度失配，提高混频器的性能。
低通滤波器20，该低通滤波器20的输入端输入基带模拟调制信号，输出端连接于正交混频器19的输入端；该低通滤波器20采用无源方式实现，不需要消耗功耗，用于滤除基带信号中的杂散高频信号。
基于图1所示的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，图2示出了图1中射频前端11的电路图。该射频前端11由增益可变的低噪声放大器和无源正交混频器构成。该低噪声放大器是共源共栅结构，为了降低噪声系数，在低噪声放大器输出和输入之间引入反馈电路，反馈电路由器件M3、CF和RF构成。其中器件M3、CF构成负反馈环路，用于实现低噪声阻抗匹配；器件CF和RF构成的负反馈环路用于扩展频率带宽。该低噪声放大器的增益模式分为高增益和低增益。当开关SW为0时，且偏置电压VB1也为0时，电路工作在低增益模式，同时电路的功耗为零。所述的无源正交混频器将射频信号通过与本振信号混频输出正交的差分低中频信号。被低噪声放大器放大的射频信号通过Ca电容耦合到混频器的输入，混频器的另一端通过电容Cb连接到地。中频输出两端电容与中频输出的阻抗一起形成低通滤波器，滤除高频干扰和噪声。该无源混频器的功耗为零。整个射频前端不仅具有高增益，低噪声系数，而且功耗很低。
图3示出了图1中可变增益复数滤波器12的结构示意图，该可变增益复数滤波器12由可变增益前置放大器120和主滤波器121构成。可变增益前置放大器120用于对下变频后的信号进行预放大，从而在线性度和噪声之间达到了良好的折中。主滤波器121用于选通有用信号并完成对镜像信号的抑制。
基于图3给出的可变增益复数滤波器12的结构示意图，图4示出了图1中可变增益前置放大器120的电路图。其中电阻R1和R2构成共模反馈网络，用于稳定输入和输出的共模电平，电容C与电阻R1和R2构成一个高通极点，起到隔直流的作用，消除来自混频器的直流失调。对于差分信号，R1和R2产生的等效电阻为R1·R2/(R2-R1)。当选择合理电阻值，使得“R2-R1”的值很小时，可以产生非常大的等效电阻，这样对于相同的高通截止频率，就可以选择电容值较小的隔直电容，节省了芯片面积。开关D0和D1由数字信号控制，当D1、D0为”11”时，前置放大器处于高增益模式，当D1、D0为”01”时，前置放大器为低增益模式。
基于图3给出的可变增益复数滤波器12的结构示意图，图5示出了图1中主滤波器121的电路图。复数滤波器的带宽可以通过调整跨导gm的值而改变，复数滤波器的中心频率可以通过调整跨导G1，G2，G3的值而改变。
基于图1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，图6示出了图1中可编程增益放大器14的电路图。可变增益放大器共有两级放大，中间电容C3和电阻R3构成高通滤波器，起到抑制前级直流失调的作用。Rf-array是数字控制的电阻阵列，Cc-array是数字控制的电容阵列。每一级放大器增益由Rf/R的值决定，因此改变Rf-array的控制字就可以改变放大器的增益；每一级放大器的带宽由密勒电容Cc决定，因此改变Cc-array的控制字就可以改变放大器的带宽。这样就可以在不同的增益设置下，达到相同的带宽。
基于图1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，图7示出了图1中锁相环频率综合器15的结构示意图。锁相环频率综合器15由鉴频鉴相器150、电荷泵151、低通滤波器152、LC压控振荡器153、可编程分频器154、多模预分频器155、除2分频器156和输出缓冲器157构成。鉴频鉴相器150用于对参考信号fREF和可编程分频器154的输出信号fDIV的频率和相位进行比较。鉴频鉴相器的输出电压脉冲控制电荷泵151的充放电。低通滤波器152用于将电荷泵的充放电信号转化成控制LC压控振荡器153振荡频率的模拟电压VC。除2分频器156用于将LC压控振荡器的输出信号进行除2分频，除2分频后的信号一路通过多模预分频器155，可编程分频器154反馈到鉴频鉴相器的输入，另一路通过输出缓冲器157输出。
基于图1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，图8示出了图1中可变增益功率放大器18的电路图。功率放大器的第一级为CLASS AB放大器，由晶体管M1和M2构成共源共栅结构，控制信号SW0和SW1分别控制晶体管M3和M4，控制驱动级增益。第二级为CLASS B型互补推挽型放大器，晶体管M5和M6为放大管，并通过匹配网络到天线。
基于图1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置的结构示意图，图9示出了图1中混频器19的电路图。该混频器由混频器I和混频器Q构成。它们的电路结构完全一致，唯一不同的是它们的输入本振信号是相互正交的。以混频器I为例，其由无源低通滤波器，有源正交差分混频器和失配调谐电路构成。无源低通滤波器有器件电阻、电容构成一阶低通滤波器，用于滤除杂散的高频信号。有源正交差分混频器中，器件MI1是尾电流源，用于提供混频器电流；器件MI2，MI3构成上级放大器，而器件MI4～MI7构成开关管，将基带模拟信号与载波信号相混频，实现信号的直接上变频。失配调谐电路是由两路可变电流源构成，用于调节混频器的相位失配和幅度失配，提高混频器的性能。
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 (21)

1.一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该装置包括双工器(10)、射频前端(11)、可变增益复数滤波器(12)、自动频率调谐电路(13)、可编程增益放大器(14)、锁相环频率综合器(15)、数字处理器(16)、存储器(17)、可变增益功率放大器(18)、混频器(19)和低通滤波器(20)，其中：
双工器(10)、射频前端(11)、可变增益复数滤波器(12)、自动频率调谐电路(13)和可编程增益放大器(14)构成接收链路，该接收链路用于接收和处理射频信号，并转换为低中频数字信号以方便后续的模数转换器处理；
双工器(10)、可变增益功率放大器(18)、混频器(19)和低通滤波器(20)构成发射链路，该发射链路用于将基带模拟调制信号混频到载波频率，并发送无线信号；
该接收链路和该发射链路共用该双工器(10)。
2.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该双工器(10)的一端与天线连接，一端与射频前端(11)的输入端连接，一端与可变增益功率放大器(18)的输出端连接，用于接收和发射的选通和隔离。
3.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该射频前端(11)的输入端分别与双工器(10)的一端、锁相环频率综合器(15)的输出端以及数字处理器(16)的输出端连接，输出端与可变增益复数滤波器(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系数，将射频信号变频到中频信号以方便后续中频电路的处理。
4.根据权利要求3所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该射频前端(11)由增益可变的低噪声放大器和无源正交混频器构成，低噪声放大器的增益模式分为高增益和低增益，无源正交混频器将射频信号通过与本振信号混频输出正交差分的低中频信号。
5.根据权利要求4所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，为了降低噪声系数，在低噪声放大器输出和输入之间引入反馈电路，反馈电路由NMOS管、电阻和电容构成，同时不影响电路的线性特性。
6.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可变增益复数滤波器(12)由可变增益前置放大器(120)和主滤波器(121)构成，其输入端分别与射频前端(11)的输出端、自动频率调谐电路(13)的输出端以及数字处理器(16)的输出端连接，输出端与可编程增益放大器(14)的输入端连接，用于选通放大低中频信号和抑制镜像干扰信号。
7.根据权利要求6所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可变增益前置放大器(120)的增益由数字信号控制，具有高增益和低增益两种模式；该主滤波器(121)中的跨导基于伪差分反相器结构。
8.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该自动频率调谐电路(13)的输出端与可变增益复数滤波器(12)的输入端连接，用于控制复数滤波器的频率特性，使其不受工艺误差而变化。
9.根据权利要求8所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该自动频率调谐电路(13)是基于锁相环结构的，使得复数滤波器的带宽和中心频率能够跟随外部输入的参考频率，而不受工艺误差而变化。
10.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可编程增益放大器(14)的输入端分别与可变增益复数滤波器(12)的输出端以及数字处理器(16)的输出端连接，输出端输出放大后的中频信号，将信号幅度稳定在设定的电平范围内，方便后续电路处理。
11.根据权利要求10所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可编程增益放大器(14)由两个单级放大器和一个高通滤波器构成；高通滤波器插在两个单级放大器中间，用于消除前级产生的直流失调；单级放大器的增益和带宽均由数字控制，用于产生分贝线性的增益并保持相同的带宽。
12.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该锁相环频率综合器(15)的输入端与数字处理器(16)的输出端连接，输出端分别与射频前端(11)的输入端以及混频器(19)的输入端连接，用于向射频前端(11)提供下变频的本振信号和向混频器(19)提供发射的本振信号。
13.根据权利要求12所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该锁相环频率综合器(15)由鉴频鉴相器(150)、电荷泵(151)、低通滤波器(152)、LC压控振荡器(153)、可编程分频器(154)、多模预分频器(155)、除2分频器(156)和输出缓冲器(157)构成，通过数字编程控制产生确定的射频载波信号。
14.根据权利要求13所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，在该锁相环频率综合器(15)中，LC压控振荡器(15)3采用了电流复用和衬底反偏技术，不仅降低了功耗，而且提高了相位噪声。
15.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该数字处理器(16)的输入端与存储器(17)的输出端连接，并接收外部输入的编程配置数据，输出端分别与射频前端(11)的输入端、可变增益复数滤波器(12)的输入端、可编程增益放大器(14)的输入端、可变增益功率放大器(18)的输入端以及锁相环频率综合器(15)的输入端连接，用于对整个收发机芯片进行数字控制，控制整个接收和发射链路的增益配置，以及处理基带数字信号及非易失性存储器的读写控制。
16.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该存储器(17)是一种基于标准CMOS  艺的极低功耗的非易失性存储器，连接于数字处理器(16)，用于存储整个芯片的数字配置数据，在掉电情况下也能保存接收机的配置数据，避免重新上电时重复配置。
17.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可变增益功率放大器(18)的输入端分别与数字处理器(16)的输出端和混频器(19)的输出端连接，输出端与双工器(10)的一端连接，用于将混频器(19)输出的射频调制信号进行功率放大。
18.根据权利要求17所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该可变增益功率放大器(18)是由功率驱动级和功率放大级构成。
19.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该混频器(19)的输入端分别与锁相环频率综合器(15)的输出端以及低通滤波器(20)输出端连接，输出端与可变增益功率放大器(18)的输入端连接，用于将模拟基带信号上变频到发射载波。
20.根据权利要求19所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该混频器(19)由有源正交差分混频器和失配调谐电路构成；有源正交差分混频器用于将基带数据频率与载波频率相混频，实现信号的直接上变频；失配调谐电路用于调节混频器的相位失配和幅度失配，提高混频器的性能。
21.根据权利要求1所述的面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置，其特征在于，该低通滤波器(20)采用无源方式实现，其输入端输入基带模拟调制信号，输出端连接于正交混频器(19)的输入端。
CN201210548579.6A 2012-12-17 2012-12-17 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置 Active CN102970053B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210548579.6A CN102970053B (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210548579.6A CN102970053B (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102970053A true CN102970053A (zh) 2013-03-13
CN102970053B CN102970053B (zh) 2015-05-20

Family

ID=47799957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210548579.6A Active CN102970053B (zh) 2012-12-17 2012-12-17 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102970053B (zh)

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103580686A (zh) * 2013-10-29 2014-02-12 中国电子科技集团公司第四十一研究所 用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法
CN103607213A (zh) * 2013-11-06 2014-02-26 苏州磐启微电子有限公司 一种高镜像抑制比的低中频接收机
CN103825559A (zh) * 2014-03-03 2014-05-28 西安华芯半导体有限公司 高速rcv偏置系统
CN103904764A (zh) * 2014-03-17 2014-07-02 东南大学 自供电射频收发组件中砷化镓基热电和光电传感器
CN104393910A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块
CN104393909A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块的使用方法
CN104410386A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 北京时代民芯科技有限公司 一种应用于Gm-C型复数滤波器的直流失调消除电路
CN104485974A (zh) * 2014-11-26 2015-04-01 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块及其使用方法
CN105099440A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 北京大学深圳研究生院 一种基于锁相环的收发机及通信方法
WO2015196406A1 (zh) * 2014-06-26 2015-12-30 中国科学院半导体研究所 一种无线射频发射装置
CN105704799A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 重庆邮电大学 一种支持IEEE802.15.4g标准的510MHz无线低功耗通信模块
CN106656903A (zh) * 2016-12-03 2017-05-10 河池学院 一种微波传输系统
CN107422857A (zh) * 2017-07-21 2017-12-01 成都沃赢创投科技有限公司 一种基于多方位运动点捕捉的光学定位系统
CN107634780A (zh) * 2017-09-30 2018-01-26 天津大学 一种基于鉴频鉴相器的新型收发机结构
CN107834997A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 成都前锋电子仪器有限责任公司 一种滤波增益电路
CN107847139A (zh) * 2015-07-09 2018-03-27 高通股份有限公司 阻抗感测
CN108512790A (zh) * 2017-02-27 2018-09-07 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种收发一体机及终端
CN109462420A (zh) * 2018-12-28 2019-03-12 西安烽火电子科技有限责任公司 一种超短波无线传输装置
CN109768813A (zh) * 2018-12-03 2019-05-17 东南大学 一种面向高速率移动互联的无线系统
CN109818588A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种射频功率放大器模组
CN110301103A (zh) * 2017-09-11 2019-10-01 韩国科学技术院 用于5g移动通信和雷达的波束形成电路
CN110429952A (zh) * 2019-06-04 2019-11-08 广东圣大电子有限公司 一种Ku波段综合射频收发系统
CN111490801A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 上海川土微电子有限公司 一种镜像抑制比可调节的射频接收机架构
CN111699402A (zh) * 2019-04-24 2020-09-22 深圳市大疆创新科技有限公司 连续波雷达的中频模拟电路、连续波雷达和可移动平台
CN112313889A (zh) * 2018-06-22 2021-02-02 华为技术有限公司 一种降低混频器与滤波器交互产生的失真的接收器
CN112383331A (zh) * 2020-11-30 2021-02-19 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 基于5G-IoT技术的电力无线传感网通信装置
CN113405579A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 江南大学 一种面向多检测场景的微波传感器检测电路及其设计方法
CN113422613A (zh) * 2021-05-11 2021-09-21 翱捷科技股份有限公司 一种高效率多模射频发射机
CN113852215A (zh) * 2021-09-22 2021-12-28 西安天科铭创石油技术服务有限公司 一种用于井下电能和信号传输的装置
CN113991969A (zh) * 2021-02-26 2022-01-28 河北晶禾电子技术股份有限公司 一种多频点自适应宽范围上下变频模块
US12003281B1 (en) 2022-03-28 2024-06-04 Southeast University Radio frequency domain calibration system and method for radio frequency circuit units

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1933343A (zh) * 2005-09-12 2007-03-21 Lg伊诺特有限公司 前端模块
CN200994123Y (zh) * 2007-01-15 2007-12-19 无锡硅动力微电子股份有限公司 自动频率调谐器
CN201042006Y (zh) * 2007-06-07 2008-03-26 杭州中科微电子有限公司 单片集成的低功耗2.4GHz收发芯片

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1933343A (zh) * 2005-09-12 2007-03-21 Lg伊诺特有限公司 前端模块
CN200994123Y (zh) * 2007-01-15 2007-12-19 无锡硅动力微电子股份有限公司 自动频率调谐器
CN201042006Y (zh) * 2007-06-07 2008-03-26 杭州中科微电子有限公司 单片集成的低功耗2.4GHz收发芯片

Cited By (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103580686A (zh) * 2013-10-29 2014-02-12 中国电子科技集团公司第四十一研究所 用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法
CN103580686B (zh) * 2013-10-29 2016-07-06 中国电子科技集团公司第四十一研究所 用于宽带高性能频率合成器的振荡器预调谐电路及方法
CN103607213A (zh) * 2013-11-06 2014-02-26 苏州磐启微电子有限公司 一种高镜像抑制比的低中频接收机
CN103607213B (zh) * 2013-11-06 2016-04-13 上海磐启微电子有限公司 一种高镜像抑制比的低中频接收机
CN103825559A (zh) * 2014-03-03 2014-05-28 西安华芯半导体有限公司 高速rcv偏置系统
CN103904764B (zh) * 2014-03-17 2016-04-13 东南大学 自供电射频收发组件中砷化镓基热电和光电传感器
CN103904764A (zh) * 2014-03-17 2014-07-02 东南大学 自供电射频收发组件中砷化镓基热电和光电传感器
CN105099440B (zh) * 2014-05-22 2018-03-20 北京大学深圳研究生院 一种基于锁相环的收发机及通信方法
CN105099440A (zh) * 2014-05-22 2015-11-25 北京大学深圳研究生院 一种基于锁相环的收发机及通信方法
US9991895B2 (en) 2014-06-26 2018-06-05 Institute Of Semiconductors, Chinese Academy Of Sciences Wireless radio-frequency transmission apparatus
WO2015196406A1 (zh) * 2014-06-26 2015-12-30 中国科学院半导体研究所 一种无线射频发射装置
CN104393909A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块的使用方法
CN104485974A (zh) * 2014-11-26 2015-04-01 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块及其使用方法
CN104393910B (zh) * 2014-11-26 2017-04-26 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块
CN104393909B (zh) * 2014-11-26 2017-05-24 成都中远信电子科技有限公司 一种无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块的使用方法
CN104393910A (zh) * 2014-11-26 2015-03-04 成都中远信电子科技有限公司 一种用于无人机遥测、遥控和数传系统的射频模块
CN104410386B (zh) * 2014-11-27 2017-10-03 北京时代民芯科技有限公司 一种应用于Gm‑C型复数滤波器的直流失调消除电路
CN104410386A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 北京时代民芯科技有限公司 一种应用于Gm-C型复数滤波器的直流失调消除电路
CN107847139A (zh) * 2015-07-09 2018-03-27 高通股份有限公司 阻抗感测
CN105704799A (zh) * 2016-01-22 2016-06-22 重庆邮电大学 一种支持IEEE802.15.4g标准的510MHz无线低功耗通信模块
CN106656903A (zh) * 2016-12-03 2017-05-10 河池学院 一种微波传输系统
CN108512790A (zh) * 2017-02-27 2018-09-07 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种收发一体机及终端
CN108512790B (zh) * 2017-02-27 2020-11-10 深圳市中兴微电子技术有限公司 一种收发一体机及终端
CN107422857B (zh) * 2017-07-21 2020-07-07 成都沃赢创投科技有限公司 一种基于多方位运动点捕捉的光学定位系统
CN107422857A (zh) * 2017-07-21 2017-12-01 成都沃赢创投科技有限公司 一种基于多方位运动点捕捉的光学定位系统
CN110301103A (zh) * 2017-09-11 2019-10-01 韩国科学技术院 用于5g移动通信和雷达的波束形成电路
CN110301103B (zh) * 2017-09-11 2022-06-14 韩国科学技术院 用于5g移动通信和雷达的波束形成电路
CN107634780B (zh) * 2017-09-30 2020-03-17 天津大学 一种基于鉴频鉴相器的新型收发机结构
CN107634780A (zh) * 2017-09-30 2018-01-26 天津大学 一种基于鉴频鉴相器的新型收发机结构
CN109818588A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种射频功率放大器模组
CN109818588B (zh) * 2017-11-21 2023-08-22 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种射频功率放大器模组
CN107834997A (zh) * 2017-12-08 2018-03-23 成都前锋电子仪器有限责任公司 一种滤波增益电路
CN107834997B (zh) * 2017-12-08 2024-02-06 成都前锋电子仪器有限责任公司 一种滤波增益电路
CN112313889A (zh) * 2018-06-22 2021-02-02 华为技术有限公司 一种降低混频器与滤波器交互产生的失真的接收器
CN109768813B (zh) * 2018-12-03 2021-03-19 东南大学 一种面向高速率移动互联的无线系统
CN109768813A (zh) * 2018-12-03 2019-05-17 东南大学 一种面向高速率移动互联的无线系统
CN109462420A (zh) * 2018-12-28 2019-03-12 西安烽火电子科技有限责任公司 一种超短波无线传输装置
CN111490801A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 上海川土微电子有限公司 一种镜像抑制比可调节的射频接收机架构
CN111699402A (zh) * 2019-04-24 2020-09-22 深圳市大疆创新科技有限公司 连续波雷达的中频模拟电路、连续波雷达和可移动平台
CN110429952B (zh) * 2019-06-04 2024-04-19 广东圣大电子有限公司 一种Ku波段综合射频收发系统
CN110429952A (zh) * 2019-06-04 2019-11-08 广东圣大电子有限公司 一种Ku波段综合射频收发系统
CN112383331A (zh) * 2020-11-30 2021-02-19 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 基于5G-IoT技术的电力无线传感网通信装置
CN113991969A (zh) * 2021-02-26 2022-01-28 河北晶禾电子技术股份有限公司 一种多频点自适应宽范围上下变频模块
CN113991969B (zh) * 2021-02-26 2023-12-22 河北晶禾电子技术股份有限公司 一种多频点自适应宽范围上下变频模块
CN113422613A (zh) * 2021-05-11 2021-09-21 翱捷科技股份有限公司 一种高效率多模射频发射机
CN113405579A (zh) * 2021-06-21 2021-09-17 江南大学 一种面向多检测场景的微波传感器检测电路及其设计方法
CN113852215A (zh) * 2021-09-22 2021-12-28 西安天科铭创石油技术服务有限公司 一种用于井下电能和信号传输的装置
US12003281B1 (en) 2022-03-28 2024-06-04 Southeast University Radio frequency domain calibration system and method for radio frequency circuit units

Also Published As

Publication number Publication date
CN102970053B (zh) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102970053B (zh) 一种面向无线传感网应用的低功耗射频收发装置
CN103051354B (zh) 一种片上超低功耗的无线收发装置
CN201966902U (zh) 具有高一致性的多通道射频电路
US10454432B2 (en) Radio frequency amplifiers with an injection-locked oscillator driver stage and a stacked output stage
CN101719776B (zh) 一种射频收发装置
EP2707948B1 (en) System providing switchable impedance transformer matching for power amplifiers
CN102870333B (zh) 无线收发器、自适应负电导电路及校准陷波滤波器方法
EP2412093B1 (en) Amplifier supporting multiple gain modes
US8648657B1 (en) Mobile device including a power amplifier with selectable voltage supply
CN102082579B (zh) 一种超低功耗恒定包络收发系统及其实现方法
CN204425335U (zh) 一种北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构
CN102255621B (zh) 一种软件无线电收发机射频前端电路
CN102946230B (zh) 一种超宽带单端输入差分输出低噪声放大器
US8928415B2 (en) Adjustable gain for multi-stacked amplifiers
US20200099348A1 (en) Load-line switching for push-pull power amplifiers
CN201042006Y (zh) 单片集成的低功耗2.4GHz收发芯片
CN203537380U (zh) 一种小型化微波收发信道装置
CN103391049B (zh) 可调整增益的低噪声放大器
US11044671B2 (en) Communication system including a wake-up radio
US20120014423A1 (en) Peak detector having extended dynamic range
US10326491B2 (en) Transceiving device
CN101594163B (zh) 一种基于wlan的零中频结构实现收发的方法和装置
US20130303091A1 (en) Method and apparatus for transmitting and receiving high frequency
CN102163982A (zh) 超低功耗ook接收装置
CN113904696B (zh) 一种基于电流复用技术的超宽带调频连续波系统的接收机射频前端

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