CN105553492A - 一种低电源电压二次变频射频接收前端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低电源电压二次变频射频接收前端，基于无源变频方式，可以工作在更低的电源电压下；该前端第一次变频和第二次变频单元直接级联，第二次正交无源变频将跨阻放大器的低输入阻抗搬移到中间频率，构造出对射频电流的带通滤波功能；两次变频后的射频电流经跨阻放大器转换为输出中频电压。相比于传统的有源+有源或者有源+无源的二次变频方式，本发明省去了中间级有源电路和滤波电路，节约了功耗和版图面积，在保证了高转换增益的同时实现了对镜像信号的充分抑制。

Description

一种低电源电压二次变频射频接收前端
技术领域
本发明涉及一种用于低电源电压场合的二次变频射频接收前端电路，其电源电压可低至0.6V。
背景技术
手持无线通信终端设备的迅速普及对射频接收模块的功耗提出了更高的要求。二次变频接收机结构使用了两次变频技术，在镜像抑制和功耗方面均取得了较好的性能，在低功耗射频接收电路中广泛使用。传统二次变频射频前端多采用有源和无源混频相结合的方式，在第一次变频后进行带通滤波，再由第二次正交变频将接收信号搬移至基带。
近年来，随着工艺尺寸的不断降低以及对低功耗的不断追求。设计人员开始尝试将在近阈值电压条件下射频接收电路的设计方法。对于传统的二次变频射频接收前端而言，当电源电压下降到0.6V以下时，其中的有源混频电路很难获得足够的电压裕度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低电源电压二次变频射频接收前端，利用无源变频的阻抗搬移效果，在第一级混频后构造带通滤波效果，从而将两级无源变频直接级联，在保证了高转换增益的同时实现了对镜像信号的充分抑制，具有电路结构简单和功耗低的特点。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种低电源电压二次变频射频接收前端，包括低电压射频跨导放大器、二次变频混频开关对和跨阻放大器；二次变频混频开关将第一次变频单元和第二次变频单元直接级联，第二次变频单元将跨阻放大器的低输入阻抗搬移到中间频率，构造出对射频电流的带通滤波功能；两次变频后的射频电流经跨阻放大器转换为输出中频电压。本发明的前端取消了中间级缓冲及滤波电路，进一步降低了功耗和版图面积；本发明在保证了高转换增益的同时实现了对镜像信号的充分抑制。
具体的，所述低电压射频跨导放大器包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一参考电流源I1和第二参考电流源I2；
第一NMOS管MN1的栅极和漏极短接，源极接地；
第二NMOS管MN2的源极接地，栅极接第五电阻R5的正极，漏极接第一PMOS管MP1的漏极；第五电阻R5的负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第三NMOS管MN3的源极接地，栅极接第六电阻R6的正极，漏极接第二PMOS管MP2的漏极；第六电阻R6的负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第一PMOS管MP1的源极接电源VDD，栅极接第一电阻R1的正极；
第二PMOS管MP2的源极接电源VDD，栅极接第二电阻R2的正极；
第一电容C1的正极接第一NMOS管MN1的漏极，负极接地；
第二电容C2的正极接输入电压正极INP，负极接第三NMOS管MN3的栅极；
第三电容C3的正极接输入电压负极INN，负极接第二NMOS管MN2的栅极；
第四电容C4的正极接第二NMOS管MN2的栅极，负极接第一NMOS管MN1的栅极；
第五电容C5的正极接第三NMOS管MN3的栅极，负极接第二NMOS管MN2的栅极；
第一参考电流源I1的正极接电源VDD，负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第二参考电流源I2的正极接第一电阻R1的负极、第二电阻R2的负极、第三电阻R3的负极和第四电阻R4的负极，负极接地；第三电阻R3的正极接第一PMOS管MP1的漏极，第四电阻R4的第二PMOS管MP2的漏极。
具体的，所述二次变频混频开关对包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14和第十五NMOS管MN15；
第六电容C6的正极接第一PMOS管MP1的漏极，负极接第六NMOS管MN6的源极和第七NMOS管MN7的源极；
第七电容C7的正极接第二PMOS管MP2的漏极，负极接第四NMOS管MN4的源极和第五NMOS管MN5的源极；
第八电容C8的正极接第五NMOS管MN5的漏极和第六NMOS管MN6的漏极，负极接第四NMOS管MN4的漏极和第七NMOS管MN7的漏极；
第四NMOS管MN4的栅极和第六NMOS管MN6的栅极接第一本振信号正极LO1+，第五NMOS管MN5的栅极和第七NMOS管MN7的栅极接第一本振信号负极LO1-；
第八电容C8的正极接第八NMOS管MN8的源极和第九NMOS管MN9的源极，负极接第十四NMOS管MN14的源极和第十五NMOS管MN15的源极；第八NMOS管MN8的漏极和第十四NMOS管MN14的漏极短接，第九NMOS管MN9的漏极和第十五NMOS管MN15的漏极短接，第八NMOS管MN8的栅极和第十五NMOS管MN15的栅极接第二Q路本振信号正极LO2Q+，第九NMOS管MN9的栅极和第十四NMOS管MN14的栅极接第二Q路本振信号负极LO2Q-；
第八电容C8的正极接第十NMOS管MN10的源极和第十一NMOS管MN11的源极，负极接第十二NMOS管MN12的源极和第十三NMOS管MN13的源极；第十NMOS管MN10的漏极和第十二NMOS管MN12的漏极短接，第十一NMOS管MN11的漏极和第十三NMOS管MN13的漏极短接，第十NMOS管MN10的栅极和第十三NMOS管MN13的栅极接第二I路本振信号正极LO2I+，第十一NMOS管MN11的栅极和第十二NMOS管MN12的栅极接第二I路本振信号负极LO2I-。
具体的，所述跨阻放大器包括第一跨导放大器A1、第二跨导放大器A2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10；
第一跨导放大器A1的正输入端接第十NMOS管MN10的漏极，负输入端接第十三NMOS管MN13的漏极；第七电阻R7的正极接第一跨导放大器A1的正输入端，负极接第一跨导放大器A1的负输出端；第八电阻R8的正极接第一跨导放大器A1的负输入端，负极接第一跨导放大器A1的正输出端；第一跨导放大器A1的正输出端为I路输出正极OUTIP，负输出端为I路输出负极OUTIN；
第二跨导放大器A2的正输入端接第八NMOS管MN8的漏极，负输入端接第十五NMOS管MN15的漏极；第九电阻R9的正极接第二跨导放大器A2的正输入端，负极接第二跨导放大器A2的负输出端；第十电阻R10的正极接第二跨导放大器A2的负输入端，负极接第二跨导放大器A2的正输出端；第二跨导放大器A2的正输出端为Q路输出正极OUTQP，负输出端为Q路输出负极OUTQN。
有益效果：本发明提供的低电源电压二次变频射频接收前端，基于无源变频方式，可以工作在更低的电源电压下；该前端第一次变频和第二次变频单元直接级联，第二次正交无源变频将跨阻放大器的低输入阻抗搬移到中间频率，构造出对射频电流的带通滤波功能；相比于传统的有源+有源或者有源+无源的二次变频方式，本发明省去了中间级有源电路和滤波电路，节约了功耗和版图面积，在保证了高转换增益的同时实现了对镜像信号的充分抑制。
附图说明
图1为本发明的低电源电压二次变频射频接收前端电路结构图；
图2为本发明的低电源电压二次变频射频接收前端转换增益曲线；
图3为本发明在输入镜像频率处的转换增益曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种低电源电压二次变频射频接收前端，包括低电压射频跨导放大器、二次变频混频开关对和跨阻放大器，二次变频混频开关将第一次变频单元和第二次变频单元直接级联，第二次变频单元将跨阻放大器的低输入阻抗搬移到中间频率，构造出对射频电流的带通滤波功能；两次变频后的射频电流经跨阻放大器转换为输出中频电压。
本案中的低电压射频跨导放大器采用CMOS结构，NMOS管和PMOS管同时提供跨导，其中PMOS跨导管为自偏置结构。为了节约电压裕度以适应低电源电压应用场合，本案在PMOS管的栅极增加了一个固定电流源，该电流源使得栅极偏置电压低于漏极电压，从而释放出更多的电压裕度。
二次变频混频开关对由两级双平衡本振开关级联组成，为无源变频方式。第一级为单路结构，第二级为正交混频结构。第二级开关将跨阻放大器的输入阻抗搬移到中间频率附近，在第一级本振开关输出端构造出中间频率处的带通频率响应。该带通频率响应由低频频率响应直接进行频率搬移得出，因此在第一本振开关输出端获得了较高的Q值。最终可实现50dB以上的镜像抑制比。第一级开关再将中间频率处的低阻抗搬移到输入射频频率附近，在跨导级输出端构造低阻抗节点，将射频电流吸收进入第一级本振级。
跨阻放大器由全差分跨导放大器输入和输出端之间跨接电阻构成，将下变频后的电流转化成输出电压。该跨导放大器结构采用的低电压主从结构跨导放大器结构系本发明人前期专利。
如图1所示为本案的电路结构石油图。图2所示为本案的低电源电压二次变频射频接收前端转换增益曲线，图中，freq表示输入频率，CG表示转换增益，MO表示测量值；从图中可以看出：在0.6V的低电源电压下，本案的前端电路对位于1.575GHz附近的输入信号转换增益可达28dB。图3所示为本案的低电源电压二次变频射频接收前端电路在输入镜像频率处的转换增益曲线，图中，freq表示输入频率，CG表示转换增益，MO表示测量值；从图中可以看出：本案的射频前端对位于940MHz附近的镜像信号的转换增益为-25dB以下，其等效镜像抑制比为53dB以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低电源电压二次变频射频接收前端，包括低电压射频跨导放大器、二次变频混频开关对和跨阻放大器，其特征在于：二次变频混频开关将第一次变频单元和第二次变频单元直接级联，第二次变频单元将跨阻放大器的低输入阻抗搬移到中间频率，构造出对射频电流的带通滤波功能；两次变频后的射频电流经跨阻放大器转换为输出中频电压。
2.根据权利要求1所述的低电源电压二次变频射频接收前端，其特征在于：所述低电压射频跨导放大器包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一参考电流源I1和第二参考电流源I2；
第一NMOS管MN1的栅极和漏极短接，源极接地；
第二NMOS管MN2的源极接地，栅极接第五电阻R5的正极，漏极接第一PMOS管MP1的漏极；第五电阻R5的负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第三NMOS管MN3的源极接地，栅极接第六电阻R6的正极，漏极接第二PMOS管MP2的漏极；第六电阻R6的负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第一PMOS管MP1的源极接电源VDD，栅极接第一电阻R1的正极；
第二PMOS管MP2的源极接电源VDD，栅极接第二电阻R2的正极；
第一电容C1的正极接第一NMOS管MN1的漏极，负极接地；
第二电容C2的正极接输入电压正极INP，负极接第三NMOS管MN3的栅极；
第三电容C3的正极接输入电压负极INN，负极接第二NMOS管MN2的栅极；
第四电容C4的正极接第二NMOS管MN2的栅极，负极接第一NMOS管MN1的栅极；
第五电容C5的正极接第三NMOS管MN3的栅极，负极接第二NMOS管MN2的栅极；
第一参考电流源I1的正极接电源VDD，负极接第一NMOS管MN1的漏极；
第二参考电流源I2的正极接第一电阻R1的负极、第二电阻R2的负极、第三电阻R3的负极和第四电阻R4的负极，负极接地；第三电阻R3的正极接第一PMOS管MP1的漏极，第四电阻R4的第二PMOS管MP2的漏极。
3.根据权利要求2所述的低电源电压二次变频射频接收前端，其特征在于：所述二次变频混频开关对包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10、第十一NMOS管MN11、第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14和第十五NMOS管MN15；
第六电容C6的正极接第一PMOS管MP1的漏极，负极接第六NMOS管MN6的源极和第七NMOS管MN7的源极；
第七电容C7的正极接第二PMOS管MP2的漏极，负极接第四NMOS管MN4的源极和第五NMOS管MN5的源极；
第八电容C8的正极接第五NMOS管MN5的漏极和第六NMOS管MN6的漏极，负极接第四NMOS管MN4的漏极和第七NMOS管MN7的漏极；
第四NMOS管MN4的栅极和第六NMOS管MN6的栅极接第一本振信号正极LO1+，第五NMOS管MN5的栅极和第七NMOS管MN7的栅极接第一本振信号负极LO1-；
第八电容C8的正极接第八NMOS管MN8的源极和第九NMOS管MN9的源极，负极接第十四NMOS管MN14的源极和第十五NMOS管MN15的源极；第八NMOS管MN8的漏极和第十四NMOS管MN14的漏极短接，第九NMOS管MN9的漏极和第十五NMOS管MN15的漏极短接，第八NMOS管MN8的栅极和第十五NMOS管MN15的栅极接第二Q路本振信号正极LO2Q+，第九NMOS管MN9的栅极和第十四NMOS管MN14的栅极接第二Q路本振信号负极LO2Q-；
第八电容C8的正极接第十NMOS管MN10的源极和第十一NMOS管MN11的源极，负极接第十二NMOS管MN12的源极和第十三NMOS管MN13的源极；第十NMOS管MN10的漏极和第十二NMOS管MN12的漏极短接，第十一NMOS管MN11的漏极和第十三NMOS管MN13的漏极短接，第十NMOS管MN10的栅极和第十三NMOS管MN13的栅极接第二I路本振信号正极LO2I+，第十一NMOS管MN11的栅极和第十二NMOS管MN12的栅极接第二I路本振信号负极LO2I-。
4.根据权利要求3所述的低电源电压二次变频射频接收前端，其特征在于：所述跨阻放大器包括第一跨导放大器A1、第二跨导放大器A2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10；
第一跨导放大器A1的正输入端接第十NMOS管MN10的漏极，负输入端接第十三NMOS管MN13的漏极；第七电阻R7的正极接第一跨导放大器A1的正输入端，负极接第一跨导放大器A1的负输出端；第八电阻R8的正极接第一跨导放大器A1的负输入端，负极接第一跨导放大器A1的正输出端；第一跨导放大器A1的正输出端为I路输出正极OUTIP，负输出端为I路输出负极OUTIN；
第二跨导放大器A2的正输入端接第八NMOS管MN8的漏极，负输入端接第十五NMOS管MN15的漏极；第九电阻R9的正极接第二跨导放大器A2的正输入端，负极接第二跨导放大器A2的负输出端；第十电阻R10的正极接第二跨导放大器A2的负输入端，负极接第二跨导放大器A2的正输出端；第二跨导放大器A2的正输出端为Q路输出正极OUTQP，负输出端为Q路输出负极OUTQN。
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