CN106385240A - 一种增益连续可调的射频前端电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增益连续可调的射频前端电路，包括辅助电路、低噪声放大器、隔直电容、混频器和直流电源，所述辅助电路将输入的射频信号转换为差分电压信号，差分电压信号输入到所述低噪声放大器中，所述低噪声放大器将电压信号转化为电流信号，并在输出端再次转换为电压信号，所述低噪声放大器输出的电压信号通过隔直电容输入到混频器中进行变频，变频后的中频信号输入到后级电路中；所述直流电源给所述混频器中的开关管提供直流偏置电压。通过调整混频器的偏置电压,控制无源混频器的占空比，从而实现了电路的增益连续可变；配置中频滤波电容阵列的电容值，实现多种中频带宽可选的功能，从而可以满足各种通讯标准的需要。

Description

一种增益连续可调的射频前端电路
技术领域
本发明属于多模多标准接收机领域，特别涉及一种增益连续可调的射频前端电路。
背景技术
随着多模多标准通信载波频段不断增加，窄带多模接收机的复杂度和成本也大大增加，窄带多模结构的发展进化不具有可持续性，而宽带多模多标准无线通信模式的接收机具有载频频率范围宽、信号动态范大、信道带宽变化范围广、干扰信号复杂等特点，使之成为多模多标准接收机发展的趋势。
目前，现有技术中采用的多模多标准接收机的增益改变方法多为通过数字编码控制改变电路的参数特性，这种方法参数变化不连续、控制方法复杂等，极大得影响了多模多标准接收机的使用效果。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种使用方便，能够使参数变化连续的增益连续可调的射频前端电路。
技术方案：本发明提供了一种增益连续可调的射频前端电路，包括辅助电路、低噪声放大器、隔直电容、混频器和直流电源，所述辅助电路将接收到的射频信号转换为差分电压信号，转换后的差分电压信号输入到所述低噪声放大器中，所述低噪声放大器将差分电压信号转化为电流信号，并在输出端再次转换为电压信号后输出；所述低噪声放大器输出的电压信号通过隔直电容输入到混频器中进行变频，变频后的中频信号输入到后级电路中；所述直流电源给所述混频器中的开关管提供直流偏置电压。
进一步，所述混频器中包括中频电容阵列，在混频器中变频后的中频信号经过所述中频电容阵列滤波后进入后级电路。这样能够灵活调节中频输出带宽。
进一步，所述中频电容阵列由多个电容值成比例递增的电容并联而成。
进一步，所述中频电容阵列中的电容值成两倍的比例递增。
进一步，所述辅助电路包括：接收天线、第一巴伦、第一电感和第二电感，所述接收天线接收到射频信号，通过巴伦1转换为差分输入信号送入低噪声放大器中，所述第一电感和第二电感的一端分别与低噪声放大器连接，另一端均接地，所述第一电感和第二电感起到扼流作用。
进一步，所述低噪声放大器包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一负载电阻、第二负载电阻、第一电容和第二电容，所述第一负载电阻的一端接电源，另一端与第一NMOS管的漏极连接；第二负载电阻的一端接电源，另一端与第二NMOS管的漏极连接；第一NMOS管与第二NMOS管的栅级接在一起后接第一偏置电压，第一NMOS管的源级与第三NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的源级与第四NMOS管的漏极连接；第三NMOS管的栅极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第四NMOS管的源级连接，第四NMOS管的栅极与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第三NMOS管的源级连接；第三NMOS管和第四NMOS管的源级与辅助电路连接，第一NMOS管和第二NMOS管的漏极通过隔直电容与混频器连接。
进一步，所述混频器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管，第一偏置电阻、第二偏置电阻、中频电容阵列；其中，所述第五NMOS管和第六NMOS管的源级与一个隔直电容连接，所述第七NMOS管和第八NMOS管的源级与另一个隔直电容连接；第五NMOS管和第八NMOS管的栅极与本振信号的正极连接；第六NMOS管和第七NMOS管的栅极与本振信号的负极连接；第五NMOS管和第七NMOS管的漏极与中频电容阵列的一端连接，第六NMOS管和第八NMOS管的漏极与中频电容阵列的另一端连接；直流电源通过第一偏置电阻和和第二偏置电阻给第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管和第八NMOS管提供第二偏置电压。
进一步，所述本振信号通过第二巴伦转化为差分振荡信号后输入到所述混频器中。
工作原理：接收天线接收到射频信号，通过第一巴伦转换为差分输入信号送入低噪声放大器，第一电感和第二电感起到扼流作用。低噪声放大器中的第三NMOS管M3和第四NMOS管M4将输入电压信号转换为电流信号，电流信号流过共源共栅管M1、M2后流入第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2，第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2再次将电流信号转化为电压信号输出。低噪声放大器的输出信号通过第一隔直电容C3和第二隔直电容C4后送入混频器进行变频，在无源混频器中，通过改变其开关管的直流偏置电压VBLO，从而改变混频器开关管输入信号的占空比，进而来调节混频器的电压转换增益，同时通过设置其中频电容阵列，来配置所需的中频带宽。变频后的中频信号经过中频电容阵列滤波后送入后级电路做进一步的处理。
有益效果：与现有的技术相比，本发明通过调节混频器的偏置电压，可以连续改变电路的增益；通过配置电容阵列，灵活得调节中频输出带宽，从而可以满足各种通讯标准的需要。同时，本发明中采用了电容交叉耦合共栅结构的低噪声放大器，其中，输入共栅NMOS管M3、M4可以提供五十欧姆的带外匹配，这样就省去了片外匹配网络，再者由于电容交叉耦合的作用，使得跨导有倍增效益，降低了功耗的同时，又降低了电路的噪声；共源共栅管M1、M2有效提升了低噪声放大器的反向隔离度；负载使用电阻，这样可以提高其输出端的带宽。低噪声放大器的信号通过隔直电容接入无源混频器，通过隔直电容可以屏蔽前级的闪烁噪声，提高了系统的噪声特性。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为变化混频器偏置时，混频器开关管输入信号占空比的变化情况示意图；
图3为变化混频器偏置时，整个电路增益的变化示意图；
图4为改变混频器电容阵列配置，中频输出带宽变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明提供的增益连续可调的射频前端电路，包括辅助电路、低噪声放大器、隔直电容、混频器和直流电源，辅助电路将接收到的射频信号转换为差分电压信号，转换后的差分电压信号输入到低噪声放大器中，低噪声放大器将差分电压信号转化为电流信号，并在输出端再次转换为电压信号后输出；低噪声放大器输出的电压信号通过隔直电容输入到混频器中进行变频，变频后的中频信号输入到后级电路中；直流电源给混频器中的开关管提供直流偏置电压。
其中，辅助电路设置在片外，其包括接收天线、第一巴伦1、第一电感L1和第二电感L2，接收天线接收到射频信号，通过第一巴伦1转换为差分输入信号送入低噪声放大器中，第一巴伦1分别与第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源级连接，第一电感L1和第二电感L2的一端分别与第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源级连接，另一端均接地，第一电感L1和第二电感L2主要起到扼流作用。
低噪声放大器采用电容交叉耦合共栅结构的低噪声放大器，其中，包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第一负载电阻RL1、第二负载电阻RL2、第一电容C1和第二电容C2，第一负载电阻RL1的一端接电源，另一端与第一NMOS管M1的漏极连接；第二负载电阻RL1的一端接电源，另一端与第二NMOS管M2的漏极连接；第一NMOS管M1与第二NMOS管M2的栅级接在一起后接第一偏置电压VBLNA，第一NMOS管M1的源级与第三NMOS管M3的漏极连接，第二NMOS管M2的源级与第四NMOS管M4的漏极连接；第三NMOS管M3的栅极与第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端与第四NMOS管M4的源级连接，第四NMOS管M4的栅极与第二电容C2的一端连接，第二电容C2的另一端与第三NMOS管M3的源级连接；第一NMOS管M1的漏极通过第二隔直电容C4和与混频器中的第七NMOS管M7和第八NMOS管M8的源级连接，第二NMOS管M2的漏极通过第一隔直电容C3与混频器中的第五NMOS管M5和第六NMOS管M6的源级连接。
混频器采用双平衡无源混频器，包括第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第七NMOS管M7、第八NMOS管M8，第一偏置电阻R1、第二偏置电阻R2、中频电容阵列；其中，第五NMOS管M5和第八NMOS管M8的栅极与本振信号的正极LO+连接；第六NMOS管M6和第七NMOS管M7的栅极与本振信号的负极LO-连接，其中，本振信号为差分交流信号；本振信号通过第二巴伦2转化为差分振荡信号后输入到第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第七NMOS管M7和第八NMOS管M8中，第二巴伦2和本振信号源设置在片外。第五NMOS管M5和第七NMOS管M7的漏极与中频电容阵列的一端连接，第六NMOS管M6和第八NMOS管M8的漏极与中频电容阵列的另一端连接；直流电源通过第一偏置电阻R1和第二偏置电阻R2给第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第七NMOS管M7和第八NMOS管M8提供第二偏置电压VBLO，其中，第一偏置电阻R1和第二偏置电阻R2用于隔离交流信号，提供直流偏置电位，第一偏置电阻R1的一端与直流电源连接，第一偏置电阻R1的一端的另一端与第五NMOS管M5和第八NMOS管M8的栅极连接；第二偏置电阻R2的一端与直流电源连接，第二偏置电阻R2的另一端与第六NMOS管M6和第七NMOS管M7的栅极连接。提供第二偏置电压VBLO的直流电压源设置在片外。混频器的中频电容阵列由电容值成比例的电容并联构成，最小的电容单元为C，2C是最小电容单元值的两倍大，2C的一端接C的一端，另一端串联开关S1后接C的另一端。同样4C是最小电容单元值的四倍，它和开关S2串联后和C、2C并联，以此类推可以根据所需带宽大小和控制精度来继续添加二进制电容阵列内的电容。混频器的输出接后级电路，对中频信号进行进一步的处理和测试。如图2所示，在无源混频器中，通过改变其NMOS管M5、M6、M7、M8的直流偏置电压VBLO，即可以线性改变混频器开关信号的占空比D，进而可以调整混频器的电压转换增益，而偏置电压的变化可以是连续的，故接收机的增益也可以连续变化。例如偏置电压从VBLO1到VBLO3不断升高，由于开管关的阈值电压VTH没有改变，故输入本振信号的占空比D不断增加，从而可以改变混频器的电压转换增益，其中D1、D2、D3分别表示偏置电压从VBLO1到VBLO3不断升高时，对应输入本振信号的占空比。如图3所示，连续得增加偏置电压，整个前端电路的增益由0dB到20dB连续变化。
图4为配置不同的混频器电容阵列值，电容阵列中的每一个电容都是成比例变化，最小的电容单元为C，2C是最小电容单元值的两倍大，通过与其串联的开关S1控制其是否接入电路。同样4C是最小电容单元值的四倍，通过与其串联的开关S2控制其是否接入电路，以此类推可以根据所需的控制精度来决定最小单元C的电容值，而并入电容的总值决定了中频带宽。
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 (8)

1.一种增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：包括辅助电路、低噪声放大器、隔直电容、混频器和直流电源，所述辅助电路将接收到的射频信号转换为差分电压信号，转换后的差分电压信号输入到所述低噪声放大器中，所述低噪声放大器将差分电压信号转化为电流信号，并在输出端再次转换为电压信号后输出；所述低噪声放大器输出的电压信号通过隔直电容输入到混频器中进行变频，变频后的中频信号输入到后级电路中；所述直流电源给所述混频器中的开关管提供直流偏置电压。
2.根据权利要求1所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述混频器中包括中频电容阵列，在混频器中变频后的中频信号经过所述中频电容阵列滤波后进入后级电路。
3.根据权利要求2所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述中频电容阵列由多个电容值成比例递增的电容并联而成。
4.根据权利要求3所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述中频电容阵列中的电容值成两倍的比例递增。
5.根据权利要求1所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述辅助电路包括：接收天线、第一巴伦、第一电感和第二电感，所述接收天线接收到射频信号，通过第一巴伦转换为差分输入信号送入低噪声放大器中，所述第一电感和第二电感的一端分别与低噪声放大器连接，另一端均接地，所述第一电感和第二电感起到扼流作用。
6.根据权利要求1所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述低噪声放大器包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一负载电阻、第二负载电阻、第一电容和第二电容，所述第一负载电阻的一端接电源，另一端与第一NMOS管的漏极连接；第二负载电阻的一端接电源，另一端与第二NMOS管的漏极连接；第一NMOS管与第二NMOS管的栅级接在一起后接第一偏置电压，第一NMOS管的源级与第三NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的源级与第四NMOS管的漏极连接；第三NMOS管的栅极与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第四NMOS管的源级连接，第四NMOS管的栅极与第二电容的一端连接，第二电容的另一端与第三NMOS管的源级连接；第三NMOS管和第四NMOS管的源级与辅助电路连接，第一NMOS管和第二NMOS管的漏极通过隔直电容与混频器连接。
7.根据权利要求2所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述混频器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管，第一偏置电阻、第二偏置电阻、中频电容阵列；其中，所述第五NMOS管和第六NMOS管的源级与一个隔直电容连接，所述第七NMOS管和第八NMOS管的源级与另一个隔直电容连接；第五NMOS管和第八NMOS管的栅极与本振信号的正极连接；第六NMOS管和第七NMOS管的栅极与本振信号的负极连接；第五NMOS管和第七NMOS管的漏极与中频电容阵列的一端连接，第六NMOS管和第八NMOS管的漏极与中频电容阵列的另一端连接；直流电源通过第一偏置电阻和和第二偏置电阻给第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管和第八NMOS管提供第二偏置电压。
8.根据权利要求2所述的增益连续可调的射频前端电路，其特征在于：所述本振信号通过第二巴伦转化为差分振荡信号后输入到所述混频器中。
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