CN104052513B - 一种基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，包括：天线、带通滤波器、低通滤波器、注入锁定环形振荡器、两个混频器、信号合成器以及比较器。其中，环形振荡器采用两级反相器级联的结构，输入为通-断键控的RF信号，输出为两路与RF信号同频率的相互正交的差分信号。两个混频器将RF信号分别与环形振荡器输出的同相信号以及正交信号进行混频，得到两路相互正交的零中频信号。将两路零中频信号经过信号合成器合成后通过比较器进行解调。本发明的正交调制接收机电路架构可大大降低电路的功率消耗，减小电路占用面积，避免由于RF信号和振荡器输出信号间相位差的存在而产生的解调错误，消除解调盲点，不会导致信号丢失。

Description

一种基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，更具体的说，是涉及基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构。

背景技术

目前，在射频收发机采用零中频结构时，通常用固定的振荡器产生与RF（射频）信号载波频率相同的本振信号，经过与RF信号混频后得到零中频信号，然而，由于天线一端接收到的RF信号频率可能会出现抖动，使得混频后得到的信号并非理想的零中频信号，而采用锁相环技术产生本振信号的方法会因为锁相环电路而产生巨大的功耗开销。另外，混频器输入的本振信号和RF信号就算频率一致，其存在的相位差别也会影响解调的正确性，导致数据丢失。

对于上述的问题，有许多应用采用正交调制的方法解决RF信号和本振信号相位差的问题，但没有解决对锁相环的依赖而产生的高功耗的问题。而另一方面，近年来有解决方案通过采用注入锁定振荡器产生与RF信号同频率的本振信号，避免了采用锁相环的功率开销，但没有消除相位差对于信号正确解调的影响（如图1所示），而且注入锁定振荡器多采用LC振荡核结构，存在注入锁定范围小，芯片面积占用大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供了一种基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，以克服现有技术中RF信号与本振信号相位差造成的解调错误、电路占用面积大、功耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，包括：

带通滤波器，输入端与天线相连，输出RF信号；

注入锁定环形振荡器，其输入端与带通滤波器的输出端相连，输出相互正交的两路差分信号；

两个混频器，将注入锁定环形振荡器两路正交输出信号分别与RF信号进行混频，第一混频器的第一输入端与注入锁定环形振荡器的同相输出端相连，第二输入端与带通滤波器的输出端相连，第二混频器的第一输入端与注入锁定环形振荡器的正交输出端相连，第二输入端与带通滤波器的输出端相连；

信号合成器，将两个混频器输出的两路正交的零中频信号进行合成，信号合成器的两个输入端分别与第一、第二两个混频器的输出端相连；

低通滤波器，其输入端与信号合成器的输出端相连，滤除合成器输出信号的高频分量，输出直流信号；

比较器，对来自低通滤波器的直流信号进行解调，其输入端与低通滤波器的输出端相连。

本发明中，所述的注入锁定环形振荡器采用两级五管反相器级联而成，第一级反相器的正输出端与第二级反相器的正输入端相连，第一级反相器的负输出端与第二级反相器的负输入端相连，第二级反相器的正输出端与第一级反相器的负输入端相连，第二级反相器的负输出端与第一级反相器的正输入端相连，RF信号注入第一级反相器。

上述的五管反相器采用差分输入和差分输出的方式，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管以及第五MOS管；第一MOS管的第一端与电源相连，第二端与第三MOS管的第一端相连，第二MOS管的第一端与电源相连，第二端与第四MOS管的第一端相连，第五MOS管的第一端与第三MOS管和第四MOS管的第二端相连，第二端接地；RF信号注入第一级反相器的第五MOS管的栅端。

上述的第一MOS管和第二MOS管均为P型MOS管，第三MOS管、第四MOS管和第五MOS管均为N型MOS管。

为了使本发明的正交调制接收机电路输出的解调信号能够更好推动下一级负载，可以在比较器的输出端连接输出缓冲器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，其中，注入锁定环形振荡器采用两级反相器级联的结构，输入为通-断键控的RF信号，输出为两路相互正交的差分信号，被RF信号锁定在同一频率上。两个混频器分别与所述注入锁定环形振荡器相连，将所述RF信号分别与所述环形振荡器输出的同相信号以及正交信号通过混频器进行混频，得到两路相互正交的零中频信号。将所述两路零中频信号经过信号合成器合成后与所述比较器相连，输出得到解调后的信号。由于采用注入锁定技术，能够使得混频器的本振信号频率被RF信号严格锁定，产生零中频信号，避免使用锁相环电路，大大降低了电路的功率消耗。由于采用环形振荡器，能够取消采用LC振荡器需要的片上电感和电容，减小了电路占用面积。由于采用两路正交信号进行解调，避免了由于RF信号和振荡器输出信号间相位差的存在而产生的解调错误，消除了解调盲点，不会导致信号丢失。

附图说明

图1为现有技术中采用注入锁定振荡器产生本振信号的接收机原理图；

图2为本发明的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构原理示意图；

图3为注入锁定环形振荡器拓扑结构图；

图4为五管反相器一种具体电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参照图2，本发明的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，包括：

带通滤波器B，输入端与天线A相连，输出RF信号；

注入锁定环形振荡器O，其输入端与带通滤波器B的输出端相连，输出相互正交的两路差分信号；

两个混频器X1、X2，将注入锁定环形振荡器O两路正交输出信号分别与RF信号进行混频，第一混频器X1的第一输入端与注入锁定环形振荡器O的同相输出端相连，第二输入端与带通滤波器B的输出端相连，第二混频器X2的第一输入端与注入锁定环形振荡器O的正交输出端相连，第二输入端与带通滤波器B的输出端相连；

信号合成器C，将两个混频器X1、X2输出的两路正交的零中频信号进行合成，信号合成器C的两个输入端分别与第一、第二两个混频器X1、X2的输出端相连；

低通滤波器L，其输入端与信号合成器C的输出端相连，滤除合成器输出信号的高频分量，输出直流信号；

比较器D，对来自低通滤波器L的直流信号进行解调，其输入端与低通滤波器L的输出端相连。

图示实例中，在比较器D的输出端连接输出缓冲器D1，这样可以使本发明的正交调制接收机电路输出的解调信号能够更好推动下一级负载。

注入锁定环形振荡器如图3所示；采用两级五管反相器V1、V2级联而成，第一级反相器V1的正输出端与第二级反相器V2的正输入端相连，第一级反相器V1的负输出端与第二级反相器V2的负输入端相连，第二级反相器V2的正输出端与第一级反相器V1的负输入端相连，第二级反相器V2的负输出端与第一级反相器V1的正输入端相连，RF信号注入第一级反相器V1。

所述第一级反相器V1的正负输出信号相位分别为0°和180°，形成I路信号，所述第二级反相器V2的正负输出信号相位分别为90°和270°，形成Q路信号。

图4所示为五管反相器一种具体电路结构图，五管反相器采用差分输入和差分输出的方式，包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4以及第五MOS管M5；第一MOS管M1的第一端与电源相连，第二端与第三MOS管M3的第一端相连，第二MOS管M2的第一端与电源相连，第二端与第四MOS管M4的第一端相连，第五MOS管M5的第一端与第三MOS管M3和第四MOS管M4的第二端相连，第二端接地；RF信号注入第一级反相器V1的第五MOS管M5的栅端。

本发明的工作原理如下：

RF信号加在所述第一级反相器的第五MOS管M5的栅端，使得环形振荡器输出两路相互正交的差分信号，且信号频率被锁定在与注入的RF信号相同的频率上。所述第一级反相器V1的正负输出信号相位分别为0°和180°，形成I路信号，所述第二级反相器V2的正负输出信号相位分别为90°和270°，形成Q路信号。将RF信号分别与所述环形振荡器输出的同相信号以及正交信号通过混频器进行混频，得到两路相互正交的零中频信号。由于I、Q两路信号中总有一路会保留较大部分的原始信号分量，因此理论上永远有一路可以高于解调门限。采用正交调制解调的方法对信号进行处理，彻底解决混频器两个输入端口中RF信号与本振信号相位不匹配的问题，并且无论相位差别多大都能正确解调。

相较于现有技术，本发明集合了注入锁定环形振荡器和正交调制接收机的所有优点，同时实现有效降低芯片的占用面积，减小电路的功率消耗，同时彻底解决由于RF信号和振荡器输出信号间相位差的存在而产生的解调错误的问题，消除了解调盲点，避免信号丢失的情况。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，而不是对本发明进行限制。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，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，其特征在于，包括：

带通滤波器（B），输入端与天线（A）相连，输出RF信号；

注入锁定环形振荡器（O），其输入端与带通滤波器（B）的输出端相连，输出相互正交的两路差分信号；

两个混频器（X1、X2），将注入锁定环形振荡器（O）两路正交输出信号分别与RF信号进行混频，第一混频器（X1）的第一输入端与注入锁定环形振荡器（O）的同相输出端相连，第二输入端与带通滤波器（B）的输出端相连，第二混频器（X2）的第一输入端与注入锁定环形振荡器（O）的正交输出端相连，第二输入端与带通滤波器（B）的输出端相连；

信号合成器（C），将两个混频器（X1、X2）输出的两路正交的零中频信号进行合成，信号合成器（C）的两个输入端分别与第一、第二两个混频器（X1、X2）的输出端相连；

低通滤波器（L），其输入端与信号合成器（C）的输出端相连，滤除合成器输出信号的高频分量，输出直流信号；

比较器（D），对来自低通滤波器（L）的直流信号进行解调，其输入端与低通滤波器（L）的输出端相连；

上述的注入锁定环形振荡器（O）采用两级五管反相器（V1、V2）级联而成，第一级反相器（V1）的正输出端与第二级反相器（V2）的正输入端相连，第一级反相器（V1）的负输出端与第二级反相器（V2）的负输入端相连，第二级反相器（V2）的正输出端与第一级反相器（V1）的负输入端相连，第二级反相器（V2）的负输出端与第一级反相器（V1）的正输入端相连，RF信号注入第一级反相器（V1）；

所述的五管反相器包括第一MOS管（M1）、第二MOS管（M2）、第三MOS管（M3）、第四MOS管（M4）以及第五MOS管（M5）；第一MOS管（M1）的第一端与电源相连，第二端与第三MOS管（M3）的第一端相连，第二MOS管（M2）的第一端与电源相连，第二端与第四MOS管（M4）的第一端相连，第五MOS管（M5）的第一端与第三MOS管（M3）和第四MOS管（M4）的第二端相连，第二端接地；RF信号注入第一级反相器（V1）的第五MOS管（M5）的栅端；上述第一MOS管（M1）的第一端为源极端，第二端为漏极端，第二MOS管（M2）的第一端为源极端，第二端为漏极端，第三MOS管（M3）的第一端为漏极端，第二端为源极端，第四MOS管（M4）的第一端为漏极端，第二端为源极端，第五MOS管（M5）的第一端为漏极端，第二端为源极端。

2.根据权利要求1所述的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，其特征在于，所述第一MOS管（M1）和第二MOS管（M2）均为P型MOS管，第三MOS管（M3）、第四MOS管（M4）和第五MOS管（M5）均为N型MOS管。

3.根据权利要求1所述的基于注入锁定环形振荡器的正交调制接收机电路架构，其特征在于，比较器（D）的输出端连接输出缓冲器（D1）。