CN105391461A - 接收器、接收器操作的方法及其中使用的电流缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种接收器装置，包括LNA混频器装置、电流缓冲器装置和模拟滤波器装置。LNA混频器装置接收多个输入信号并提供用于指定频率范围操作的宽带输入匹配。该LNA混频器装置包括多个低噪声放大器结构和多个混频器结构，其中每个LNA结构路径耦接至单一混频器结构，该LNA混频器装置输出至少一个第一信号。电流缓冲器装置接收该第一信号并降低该第一信号的高频部分和低频部分之间的镜像抑制不对称性，以及提供增益至该第一信号，其中该电流缓冲装置输出至少一个第二信号。模拟滤波器装置接收该第二信号并执行滤波和校准。本发明还提供一种接收器操作的方法以及接收器装置中使用的电流缓冲器，有助于降低高频侧与低频侧之间的镜像抑制的不对称性。

Description

接收器、接收器操作的方法及其中使用的电流缓冲器
【技术领域】
本发明涉及通信系统领域，并且特别涉及一种多模多频带接收器。
【背景技术】
为了全球可操作性，目前一代的蜂窝电话需要支持多种模式(GSM/GPRS/EDGE，WCDMA/HSDPA/HSPA+，TDSCDMA，LTE-TDD/FDD/BW＝1.4MHz至20MHz)和多种频带。这给接收器前端的设计增加了巨大的复杂性，也提出具备高度可编程模拟滤波器的需求，以优化模拟-数字转换器(ADC)跨越各种模式的动态范围，从而节省功率消耗。另外，对于具有高阶调制(64QAM)的LTE支持BW>10MHz的需求，在接收器的镜像抑制(ImageRejection，IR)上增加了严格的要求。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供一种接收器装置、相关的操作方法以及接收器装置中使用的电流缓冲器。
根据本发明的一实施例，提供一种接收器装置，包括LNA-混频器装置、电流缓冲器装置和模拟滤波器装置。LNA-混频器装置接收多个输入信号并提供用于指定频率范围操作的宽带输入匹配。该LNA-混频器装置包括多个低噪声放大器结构和多个混频器结构，其中每个LNA结构路径耦接至单一混频器结构，该LNA混频器装置输出至少一个第一信号。电流缓冲器装置接收该至少一个第一信号并降低该至少一个第一信号的高频部分和低频部分之间的镜像抑制不对称性，以及提供一增益至该至少一个第一信号，其中该电流缓冲装置输出至少一个第二信号。模拟滤波器装置接收该至少一个第二信号并执行滤波和校准。
根据本发明的另一实施例，提供一种执行接收器操作的方法，包含：接收多个输入信号，并使用低噪声放大器-混频器装置提供用于特定频率范围操作的宽带输入匹配，该低噪声放大器-混频器装置包括多个低噪声放大器结构和多个混频器结构，该低噪声放大器-混频器装置输出至少一个第一信号；使用电流缓冲器装置接收该至少一个第一信号，该电流缓冲器装置降低该至少一个第一信号的高频部分和低频部分之间的镜像抑制不对称性以及提供一增益至该至少一个第一信号，其中该电流缓冲装置输出至少一个第二信号；以及提供模拟滤波器装置，接收该至少一个第二信号并执行滤波和校准。
根据本发明的再一实施例，提供一种接收器装置中使用的电流缓冲器，包括：直接路径模式，包括被导通的多个第一组晶体管和多个第一组电流源，而所有其余的晶体管和电流源都被关断，在该直接路径模式期间，输入节点的信号电流直接出现在输出节点；以及镜像路径模式，包括被关断的第一晶体管和第一电流源，而多个第二组晶体管和多个第二组电流源都被导通；其中输入节点的该电流信号经过电流镜像对并以一增益出现在该输出节点，该增益通过切片该电流镜像对其中之一晶体管和第二电流源来控制，该第二电流源在该镜像路径模式中允许一个以上的增益。
上述接收器装置、相关的操作方法以及接收器装置中使用的电流缓冲器，有助于降低高频侧与低频侧的增益不对称性以及高频侧与低频侧之间的镜像抑制的不对称性。
【附图说明】
图1为根据本发明实施方式的接收器2的示意图。
图2为根据本发明实施方式的无源混频器架构的示意图。
图3为根据本发明实施例的电流缓冲器的拓扑结构40的示意图。
图4为根据本发明实施例的模拟滤波器4,6的拓扑30的示意图。
【具体实施方式】
本发明提供一种多模多频带接收器(multimodemultibandreceiver)，支持例如GSM/GPRS/EDGE，WCDMA/HSDPA/HSPA+，TDSCDMA，LTE-TDD/FDD/BW＝1.4MHz至20MHz。该接收器具有被优化分别用于每个模式的可编程模拟滤波器，以在基带电路的模拟-数字转换(ADC)之前提供充分的拦截(blocker)滤波。RF前端具有多个低噪声放大器(low-noise-amplifier，LNA)/混频器路径，它们的输出连接到共同的一对I/Q电流缓冲器，该I/Q电流缓冲器之后跟随模拟滤波器。测试单音发生器(testtonegenerator，TTG)用来在混频器输入处馈送(feed)单音(tone)以对每个RF路径做镜像抑制校准。
图1示出了根据本发明实施方式的接收器2的示意图。接收器2包括八个低噪声放大器(图中简示为LNA)14与混频器12路径，它们的输出连接到共同的一对I/Q电流缓冲器(currentbuffer，CB)8和10，其后跟随模拟滤波器4和6。在该实施例中，低噪声放大器是具有推挽式核心(push-pullcore)的差分并联反馈(differentialshuntfeedback)低噪声放大器。此结构的优点是不存在电感器，这使得它易于在不严重损失面积的情况下拓展低噪声放大器的数量，也减少了任何耦合问题。它还提供了宽带输入匹配，这给予了在宽频率范围上使用特定的低噪声放大器路径很大的灵活性。每个低噪声放大器14具有6个增益设置，以更好地优化自动增益控制(automaticgaincontrol，AGC)方案中的信噪比vs净空(SNRvsHeadroom)折衷(tradeoff)。最低的两个增益设置是具有非常好线性度的无源(passive)实现方式，以适应大拦截和高信号电平。
该低噪声放大器输出是交流耦合的以驱动射频电流至具有NMOS开关IIon-IIop和QIon-QIop的T/4无源混频器，如图2所示。混频器开关的尺寸进行了优化，以在TX偏移频率处取得良好的二阶截点(second-orderinterceptpoint，IIP2)。混频器输出节点的电容C有助于降低信号/拦截摆动，从而提高线性度。混频器输入端的电阻R提供I/Q隔离，从而提高接收器的镜像抑制性能。然而，它们需要被仔细地设计尺寸(sized)，以避免降低线性度。
无源混频器架构包括对应的T/4本地振荡器(localoscillator，LO)的波形26。混频器输出与具有低噪声、可编程增益的电流缓冲器8、10连接。电流缓冲器8、10有助于降低低噪声放大器-混频器装置所输出的信号的高频侧与低频侧的增益不对称性。低噪声、可编程增益的电流缓冲器8、10另一个优点是，它减少了该信号高频侧与低频侧之间的镜像抑制的不对称性。这有助于避免多点(multi-point)频率相依的镜像抑制校准。如果混频器的输出是直接与模拟滤波器连接，则由于混频器输出端的大电容，滤波器的频率响应上会看到随着制程角落(processcorner)的显著变化(对于较高LTE信号带宽的模式)。电流缓冲器8、10有助于将模拟滤波器4、6从混频器12屏蔽(shield)，从而降低了频率响应的变化。电流缓冲器8和10的可编程增益范围有助于使低噪声放大器14在自动增益控制中的较高信号范围是处于高增益的，从而提供了良好的SNR，以支持高吞吐量的64QAM调制。
具有两个高增益设置模式(一个直接路径和一个镜像路径)的电流缓冲器8、10中实施了多个增益设置。直接高增益路径具有较低的噪声，可用于非常低的输入信号电平。当将增益从高增益设置切换至较低的增益设置时，镜像路径高增益设置比直接路径具有更好的相位跃变性能。有了这样的增益实现，相比于输入电流控制(steering)方法，较低的电流缓冲器增益设置会有更好的噪声性能，从而进一步有助于64QAM调制的SNR。
图3示出了根据本发明实施例的电流缓冲器的拓扑结构40。电流缓冲器上的可编程增益也有助于降低模拟滤波器4、6上所需要的增益范围。电流缓冲器将电流馈入模拟滤波器。电流缓冲器40包括直接路径模式和镜像路径模式。在直接路径模式下，只有晶体管M1、M2和电流源I1、I2被接通(turnon)。其余的晶体管和电流源都被关闭。在这种模式下，输入节点(In)处的信号电流直接出现在输出节点(Out)。这是电流缓冲器40的高增益模式。
在镜像路径模式下，晶体管M2和电流源I2被关闭。晶体管M1、M3、M4、M5和电流源I1、I3被接通。在这种模式下，输入节点(In)处的电流经过电流镜像对M4和M5，并出现在输出节点(Out)，其增益通过切片(slicing)晶体管M5和电流源I3所控制。这是电流缓冲器40的低增益模式。通过控制切片数量，可以在镜像路径模式中实现一个以上的增益。
图4示出了根据本发明实施例的模拟滤波器4、6的拓扑30。第一级(A0)是一阶滤波器，其作用就像跨阻抗放大器(trans-impedanceamplifier，TIA)。后面两级(A1，A2)形成双二阶(bi-quad)结构。跨阻抗放大器和双二阶结构的电阻和电容是随模式可编程的。这样分别为每种模式优化滤波器并有助于降低面积。对于每一个模式，双二阶结构的输入电阻RI随着增益变化，提供具有3dB步阶的5个增益设置。A1级包括模拟电路RX来做数字辅助RC校准。滤波器RC结果被校准至+/-2％的精度。A1级还包括电流模式的6位DC偏移DAC来做DC偏移校准。
虽然本发明已以具体实施例揭露如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求所界定者为准。

Claims (19)

1.一种接收器装置，其特征在于，包括：
低噪声放大器-混频器装置，接收多个输入信号，并提供用于特定频率范围操作的宽带输入匹配，该低噪声放大器-混频器装置包括多个低噪声放大器结构和多个混频器结构，该低噪声放大器-混频器装置输出至少一个第一信号；
电流缓冲器装置，接收该至少一个第一信号，并降低该至少一个第一信号的高频部分和低频部分之间的镜像抑制不对称性，以及提供一增益至该至少一个第一信号，其中该电流缓冲装置输出至少一个第二信号；以及
模拟滤波器装置，接收该至少一个第二信号，并执行滤波和校准。
2.如权利要求1所述的接收器装置，其特征在于，该低噪声放大器结构包括具有推挽式核心的差分并联反馈低噪声放大器结构。
3.如权利要求1所述的接收器装置，其特征在于，该混频器结构包括无源混频器。
4.如权利要求1所述的接收器装置，其特征在于，该混频器结构包括一电容在其输出处，以提升线性度。
5.如权利要求1所述的接收器装置，其特征在于，该模拟滤波器装置包括多个级。
6.如权利要求5所述的接收器装置，其特征在于，该多级中的一级包含跨阻抗放大器。
7.如权利要求6所述的接收器装置，其特征在于，该跨阻抗放大器还作用为滤波器。
8.如权利要求5所述的接收器装置，其特征在于，该多个级的至少其中之一形成双二阶滤波器结构。
9.一种执行接收器操作的方法，其特征在于，包括：
接收多个输入信号，并使用低噪声放大器-混频器装置提供用于特定频率范围操作的宽带输入匹配，该低噪声放大器-混频器装置包括多个低噪声放大器结构和多个混频器结构，该低噪声放大器-混频器装置输出至少一个第一信号；
使用电流缓冲器装置接收该至少一个第一信号，该电流缓冲器装置降低该至少一个第一信号的高频部分和低频部分之间的镜像抑制不对称性以及提供一增益至该至少一个第一信号，其中该电流缓冲装置输出至少一个第二信号；以及
提供模拟滤波器装置，接收该至少一个第二信号并执行滤波和校准。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该低噪声放大器结构包括具有推挽式核心的差分并联反馈低噪声放大器结构。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该混频器结构包括无源混频器。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该混频器结构包括一电容在其输出处，以提升线性度。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该模拟滤波器装置包括多个级。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该多个级的其中一级包含跨阻抗放大器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该跨阻抗放大器还作用为滤波器。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该多个级的至少其中之一形成双二阶滤波器结构。
17.一种接收器装置中使用的电流缓冲器，其特征在于，包括：
被导通的第一组的多个晶体管和第一组的多个电流源，而所有其余的晶体管和电流源都被关断，其中在直接路径模式期间，输入节点的信号电流直接出现在输出节点；以及
被关断的第一晶体管和第一电流源，而第二组的多个晶体管和第二组的多个电流源都被导通；其中在镜像路径模式中，该输入节点的电流信号经过电流镜像对并经一增益后出现在该输出节点，该增益通过切片该电流镜像对其中之一晶体管和第二电流源来控制，从而允许在该镜像路径模式中有一个以上的增益。
18.如权利要求17所述的电流缓冲器，其特征在于，该直接路径模式和该镜像路径模式被配置为提供可编程增益。
19.如权利要求17所述的电流缓冲器，其特征在于，该镜像路径模式通过控制该电流镜像对中的晶体管切片，提供一个或多个增益模式。
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