CN107547093B - 无线通信接收机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线通信接收机，包括：天线，用于接收无线通信信号；第一混频器，耦接于天线，用于通过将所述无线通信信号与本地振荡器信号进行混频来对来自所述天线的所接收的无线通信信号执行频率转换，以提供第一中频信号；以及第一滤波器，耦接于所述第一混频器，被配置为通过预定频带的第一混频器的第一中频信号，并产生第一信道信号，其中所述第一滤波器包括：负反馈回路，耦接于第一混频器，用于对来自第一混频器的第一中频信号执行负反馈回路控制；以及正电容反馈回路，耦接于第一混频器，用于对来自第一混频器的第一中频信号执行正电容反馈回路控制，所述负反馈回路和所述正电容反馈回路并联耦接。本发明具有更好的带外抑制和线性度。

Description

无线通信接收机

【技术领域】

本发明涉及一种无线通信接收机。

【背景技术】

许多现代射频(RF)接收机使用直接转换或零中频(zero-IF，ZIF)架构。在天线处接收的RF信号通过由本地振荡器(local oscillator，LO)驱动的混频器而馈送，并随后被滤波以产生基带信道解调输出信号。理想情况下，RF接收机的RF功率放大器将线性地工作，在其输出端如实地再现放大的RF信号而不失真。

对于RF接收机的设计目标，需要低噪声系数(noise figure，NF)、高三阶拦截点(third-order intercept point，IIP3)和高中心频率(fc)。

混频器优先的接收机(mixer-first receiver)具有例如良好的线性度、高可调Q值和低噪声系数的优点。改善接收机的IIP3的需求是其中的一个问题。

此外，为了抑制带外信号，可以使用高阶带通滤波器(band pass filter，BPF)。但是，众多的片外带通滤波器会增加设备成本。

因此，需要一种实现高线性度并需要简单的外部低成本低通滤波器(low passfilter，LPF)或带通滤波器的无线通信接收机架构。

【发明内容】

因此，本发明的目的之一在于提供一种无线通信接收机，以解决上述问题。

依据本发明实施例，提供一种示范性一种无线通信接收机，包括：天线，用于接收无线通信信号；第一混频器，耦接于所述天线，用于通过将所述无线通信信号与本地振荡器信号进行混频来对来自所述天线的所接收的无线通信信号执行频率转换，以提供第一中频信号；以及第一滤波器，耦接于所述第一混频器，被配置为通过预定频带的所述第一混频器的所述第一中频信号，并产生第一信道信号，其中所述第一滤波器包括：负反馈回路，耦接于所述第一混频器，用于对来自所述第一混频器的所述第一中频信号执行负反馈回路控制；以及正电容反馈回路，耦接于所述第一混频器，用于对来自所述第一混频器的第一中频信号执行正电容反馈回路控制，所述负反馈回路和所述正电容反馈回路并联耦接。

为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

【附图说明】

图1示出了根据本申请实施例的无线通信接收机的电路图。

图2示出了根据本申请实施例的图1的接收机的等效电路模型。

图3示出了本申请实施例的接收机的传递函数。

图4示出了根据本申请实施例的单信道无线通信接收机的电路图。

图5示出了根据本申请实施例的双信道四混频器的无线通信接收机的电路图。

在下面的详细描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本申请实施例的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实现一个或多个实施例。在其他情况下，为了简化附图，示意性地示出了众所周知的结构和装置。

【具体实施方式】

本发明公开了无线通信接收机结构。注意，本文描述的实施例包括各种要素和限制，没有一个要素或限制被认为是关键要素或限制。每一个权利要求就其整体而言都列举了本发明的一个方面。一个或多个系统、设备、组件等可以包括一个或多个实施例，其可以包括由相同或不同的系统、设备、组件等执行的权利要求的一些要素或限制。下文描述的实施例体现了在本发明的范围和精神内的各个方面和配置，附图示出了示例性和非限制性的配置。

所披露的技术术语是基于本申请技术领域的一般定义。如果本申请描述或解释一个或某些术语，则术语的定义是基于本申请的描述或解释。所公开的每一个实施例具有一个或多个技术特征。在可能的实现方式中，本领域技术人员可选择性地实现本申请的任何实施例的部分或全部技术特征，或选择性地组合本申请的实施例的部分或全部技术特征。

图1示出了根据本申请实施例的无线通信接收机的电路图。无线通信接收机100包括天线101、多个混频器(在本实施例中为两个混频器105A和105B，但是本申请不限于此)和多个滤波器(在本实施例中为两个滤波器107A和107B，但本申请不限于此)。无线通信接收机还可以可选地包括平衡-不平衡转换(balanced to unbalanced，图示为balun)电路103和两个输入电容器Cin1和Cin2。在本申请其他可能的实施例中，可以省略输入电容器Cin1和Cin2。

天线101用于接收RF信号。在图1中，还示出了天线101的等效电路模型，其包括串联连接的电阻元件Rs和电压源Vs.

平衡-不平衡转换电路103耦接于天线101。平衡-不平衡转换电路103是在平衡信号和不平衡信号之间转换的电气设备。为了简化起见，这里不详细说明平衡-不平衡转换电路103的细节。

混频器105A和105B耦接于平衡-不平衡转换器电路103。混频器105A和105B对来自天线101的所接收的RF信号执行频率转换，并将所得到的频率转换信号分别输出到后续的滤波器107A和107B。此外，混频器105A和105B将所接收到的RF信号与本地振荡器信号进行混频，以分别向后续的滤波器107A和107B提供中频(intermediate frequency，IF)信号。在本申请的实施例中，混频器105A和105B可以具有相同或相似的电路结构和操作。

滤波器107A和107B耦接于混频器105A和105B。滤波器107A和107B操作以抑制来自相邻信道的干扰波。滤波器107A和107B被配置为允许通过预定频带的来自混频器105A和105B的输出信号，并产生输出I/Q信道信号。

在本申请的实施例中，滤波器107A和107B可以具有相同或相似的电路结构和操作。

现在将对混频器105A和105B进行说明。混频器105A包括NMOS晶体管M1-M4，如图1所示。NMOS晶体管M1包括耦接于滤波器107A的运算放大器OP1非反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ0的栅极。NMOS晶体管M2包括耦接于NMOS晶体管M1源极(或漏极)和滤波器107A的运算放大器OP1非反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ180的栅极。NMOS晶体管M3包括耦接于滤波器107A的运算放大器OP1反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)以及接收时钟信号Φ180的栅极。NMOS晶体管M4包括耦接于NMOS晶体管M3源极(或漏极)和滤波器107A的运算放大器OP1反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)以及接收时钟信号Φ0的栅极。

混频器105B包括NMOS晶体管M5-M8，如图1所示。NMOS晶体管M5包括耦接于滤波器107B的运算放大器OP2非反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ90的栅极。NMOS晶体管M6包括耦接于NMOS晶体管M5源极(或漏极)和滤波器107B的运算放大器OP2非反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或漏极)和接收时钟信号Φ270的栅极。NMOS晶体管M7包括耦接于滤波器107B的运算放大器OP2反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ270的栅极。NMOS晶体管M8包括耦接于NMOS晶体管M7源极(或漏极)和滤波器107B的运算放大器OP2反相输入端的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ90的栅极。

时钟信号Φ0，Φ90，Φ180和Φ270是由时钟分频器109分频振荡器信号2LO+和2LO-产生的四个时钟相位，其中振荡器信号2LO+和2LO-由本地振荡器(未示出)产生。

滤波器107A耦接于混频器105A，滤波器107B耦接于混频器105B。滤波器107A是包括运算放大器OP1、电阻元件RF1-RF2和R1-R3以及电容器C1-C4、C9-C12和Ca1的有源滤波器。滤波器107B也是有源滤波器，其包括运算放大器OP2、电阻元件RF3-RF4和R4-R6以及电容器C5-C8、C13-C16和Ca2。以下将说明滤波器107A。滤波器107B的细节可以参考滤波器107A的细节，因此这里省略。

在滤波器107A中，电容器C1和电阻元件RF1并联耦接于运算放大器OP1的非反相输入端和反相输出端之间。电容器C2和电阻元件RF2并联耦接于运算放大器OP1的反相输入端和非反相输出端之间。电容器C3耦接于运算放大器OP1的非反相输入端和电容器Ca1的一个端子之间。电容器C4耦接于运算放大器OP1的反相输入端和电容器Ca1的另一端子之间。电容器C9从运算放大器OP1的非反相输入端耦接至GND。电容器C10从运算放大器OP1的反相输入端耦接至GND。电容器C11从运算放大器OP1的输出端耦接至GND。电容器C12从运算放大器OP1的输出端耦接至GND。电容器C9-C12可以是寄生电容器或实际电容器。电阻元件R1-R3串联耦接于运算放大器OP1的非反相输出端和反相输出端之间。电容器Ca1(也称为“衰减电容器”)进一步与电阻元件R2并联耦接。电阻元件R1-R3和电容器Ca1形成衰减器A1。

在滤波器107B中，电容器C5和电阻元件RF3并联耦接于运算放大器OP2的非反相输入端和反相输出端之间。电容器C6和电阻元件RF4并联耦接于运算放大器OP2的反相输入端和非反相输出端之间。电容器C7耦接于运算放大器OP2的非反相输入端和电容器Ca2的一个端子之间。电容器C8耦接于运算放大器OP2的反相输入端和电容器Ca2的另一端子之间。电容器C13从运算放大器OP2的非反相输入端耦接至GND。电容器C14从运算放大器OP2的反相输入端耦接至GND。电容器C15从运算放大器OP2的输出端耦接至GND。电容器C16从运算放大器OP2的输出端耦接至GND。电容器C13-C16可以是寄生电容器或实际电容器。电阻元件R4-R6串联耦接于运算放大器OP2的非反相输出端和反相输出端之间。电容器Ca2(也称为“衰减电容器”)进一步与电阻元件R5并联耦接。电阻元件R4-R6和电容器Ca2形成衰减器A2。

运算放大器OP1的输出为I信道输出，运算放大器OP2的输出为Q信道输出。因此，图1的接收机100是双信道接收机(two-channel receiver)。另外，运算放大器OP1和OP2的电路结构没有特别指定。

可以通过控制电容器C1-C8的电容值或电阻元件R1-R6的电阻来改变滤波器107A和107B的通带宽度(passband width)。

在本申请其他可能的实施例中，电容器C1，C2，C5和/或C6可以耦接于GND。也就是说，电容器C1，C2，C5和/或C6可以耦接于晶体管M1-M8的各个源极(或漏极)与GND之间，这仍然在本申请的精神和范围内。例如，电容器C1可以耦接于晶体管M1的源极(或漏极)与GND之间，等等。

图2示出了根据本申请实施例的图1的接收机的等效电路模型。为了简单起见，在图2中示出了单端示意图，省略了一些元件(例如，平衡-不平衡转换电路103，滤波器107B，运算放大器OP2，电阻元件RF2，滤波器107A的电容器C2和C4)。

如图2所示，电容器C1(以及电容器C2)和运算放大器OP1形成负反馈回路(negative feedback loop)，用于对来自混频器105A的输出信号执行负反馈回路控制。电容器C3(以及电容器C4)和衰减器A1形成正电容反馈回路(positive capacitive feedbackloop)，用于对来自混频器105A的输出信号执行正电容反馈回路控制。负反馈回路和正电容反馈回路并联耦接。

运算放大器OP1的增益(A0)高于1，衰减器A1的增益(G1)低于1(A0和G1都大于0)。如果运算放大器OP1的增益(A0)和衰减器A1的增益(G1)被调谐到很大，则接收机的Q因子也很大。换句话说，如果A0*G1较大，则Q也较大。

在图2的天线输入侧，带内信号(即需要的信号)较小，而“拦截”(即，不需要的带外信号)较大。在由本申请实施例的接收机处理之后，带内信号被放大，而带外信号被衰减。

如运算放大器OP1/OP2的输出侧所示，根据本申请实施例的接收机由于高阶LPF/BPF而具有更好的带外抑制。

图3示出了本申请实施例的接收机100的传递函数(transfer function)。如图3所示，在混频器105的输入侧，传递函数TF1具有理论上的4阶BPF(带通滤波器)特性，其中“fLO”表示LO频率(即RF频率)，“BW”是带通滤波器的带宽。在运算放大器OP2的输入侧，传递函数TF2具有理论上的二阶LPF特性。在传送函数TF2中，“f3dB，BB”是基带信号带宽，“r0”是运算放大器OP2的输出阻抗，“C0”是运算放大器OP2的输出侧的电容。在运算放大器OP2的输出侧，传递函数TF3具有理论上的二阶LPF特性。

图4示出了根据本申请实施例的单信道无线通信接收机400的电路图。无线通信接收机400包括天线401、平衡-不平衡转换电路403、两个输入电容器Cin1-Cin2、混频器405和滤波器407。混频器405和滤波器407可以具有与本申请图1的混频器105A/105B和滤波器107A/107B相同或类似的电路结构和操作。因此，单信道接收机400的电路操作可以参考双信道接收机100的电路操作。此外，本申请实施例的单信道接收机400具有改进的LPF和BPF性能。

图5示出了根据本申请实施例的双信道四混频器的无线通信接收机500的电路图。无线通信接收机500包括天线501、平衡-不平衡转换电路503、两个输入电容器Cin1-Cin2、四个混频器505A1,505A2,505B1和505B2以及两个滤波器507A和507B。混频器505A1、505B1和滤波器507A、507B可以具有与本申请实施例图1的混频器105A、105B和滤波器107A、107B相同或类似的电路结构和操作。这里省略了混频器505A1、505B1和滤波器507A、507B的细节。

现在，将说明混频器505A2和505B2。混频器505A2包括NMOS晶体管M9-M12。NMOS晶体管M9包括耦接于滤波器507A的电容器C3的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ0的栅极。NMOS晶体管M10包括耦接于NMOS晶体管M9源极(或漏极)和滤波器507A的电容器C3的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ180的栅极。NMOS晶体管M11包括耦接于滤波器507A的电容器C4的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ180的栅极。NMOS晶体管M12包括耦接于NMOS晶体管M11源极(或漏极)和滤波器507A的电容器C4的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ0的栅极。

类似地，混频器505B2包括NMOS晶体管M13-M16。NMOS晶体管M13包括耦接于滤波器507B的电容器C7的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ90的栅极。NMOS晶体管M14包括耦接于NMOS晶体管M13源极(或漏极)和滤波器507B的电容器C7的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ270的栅极。NMOS晶体管M15包括耦接于滤波器507B的电容器C8的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin1的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ270的栅极。NMOS晶体管M16包括耦接于NMOS晶体管M15源极(或漏极)和滤波器507B的电容器C8的源极(或漏极)，耦接于输入电容器Cin2的漏极(或源极)和接收时钟信号Φ90的栅极。

如图5所示，I信道具有混频器505A1和505A2，并且Q信道具有混频器505B1和505B2。并联耦接的混频器505A1和505A2被配置为通过将RF信号与本地振荡器信号(即，时钟信号)混频来对来自天线101的接收RF信号进行频率转换，以提供输出信号给滤波器507A。混频器505A1和505A2大致上具有相同或相似的功能和电路配置。类似地，并联耦接的混频器505B1和505B2被配置为通过将RF信号与本地振荡器信号(即，时钟信号)混频来对来自天线101的接收RF信号进行频率转换，以将输出信号提供给滤波器507B。混频器505B1和505B2大致上具有相同或相似的功能和电路配置。

此外，本申请实施例的双信道四混频器的接收机500具有改进的LPF和BPF性能。

在本申请的可能实施例中，来自运算放大器OP1和OP2的所得到的信号可以被模数转换器(ADC)(未示出)进一步转换成数字信号，数字信号然后经由数字基带单元(未示出)执行数字处理操作。

在本申请的上述实施例中，馈入混频器105A、105B、405、505A1、505A2、505B1和5056B2的时钟信号具有四个时钟相位Φ0，Φ90，Φ180和Φ270。但是，本申请不受此限制。在本申请其他可能的实施例中，馈送到接收机的混频器中的时钟信号可以具有六个或八个或更多个时钟相位，这仍然在本申请的精神内。

如上所述，与现有技术(具有1阶LPF和/或2阶BPF)相比，根据本申请实施例的接收机包括更高阶的滤波器(例如但不限于，理论二阶LPF和/或理论4阶BPF)。因此，根据本申请实施例的接收机可以具有优于现有技术的优点，例如但不限于更好的带外抑制和线性度。

此外，根据本申请实施例的接收机具有可忽略的噪声系数衰减，这是因为运算放大器OP1/OP2的增益将除以电阻衰减器(例如，图1中的电阻元件R1-R3和电容器Ca1形成的衰减器A1)的噪声。

此外，根据本申请实施例的接收机的Q因子可以通过调谐衰减器和/或运算放大器的增益来调节，其中Q因子可以确定滤波器形状。因此，根据本申请实施例的接收机的理论二阶LPF和/或理论4阶BPF可以通过调谐Q因子(即调谐衰减器和/或运算放大器的增益)而具有良好的滤波器形状。

本申请实施例的接收机可以应用于无线通信系统中，例如但不限于LTE-A(TermEvolution-Advanced)系统。

本领域的技术人员将很容易地观察到，在保持本发明的教导同时可以对装置和方法做出许多修改和变化。因此，上述公开应当被解释为仅由所附权利要求书的边界和范围界定。

Claims (4)

1.一种无线通信接收机，其特征在于，包括：

天线，用于接收无线通信信号；

第一混频器，耦接于所述天线，用于通过将所述无线通信信号与本地振荡器信号进行混频来对来自所述天线的所接收的无线通信信号执行频率转换，以提供第一中频信号；以及

第一滤波器，耦接于所述第一混频器，被配置为通过预定频带的所述第一混频器的所述第一中频信号，并产生第一信道信号，

其中所述第一滤波器包括：

负反馈回路，耦接于所述第一混频器，用于对来自所述第一混频器的所述第一中频信号执行负反馈回路控制；以及

正电容反馈回路，耦接于所述第一混频器，用于对来自所述第一混频器的所述第一中频信号执行正电容反馈回路控制，所述负反馈回路和所述正电容反馈回路并联耦接；

其中，所述负反馈回路包括运算放大器、第一电容器和第二电容器，所述第一电容器耦接于所述运算放大器的第一输入端和第一输出端之间，以及所述第二电容器耦接于所述运算放大器的第二输入端和第二输出端之间；

其中，所述正电容反馈回路包括：

第三电容器和第四电容器；以及

衰减器，耦接于所述第三电容器和所述第四电容器；

其中所述第三电容器耦接于所述运算放大器的第一输入端和所述衰减器的衰减电容器的一端子之间，以及

所述第四电容器耦接于所述运算放大器的第二输入端与所述衰减器的衰减电容器的另一端子之间；

其中，所述正电容反馈回路的衰减器包括串联耦接于所述运算放大器的第一输出端和所述第二输出端之间的多个电阻元件，并且所述多个电阻元件中的其中之一并联耦接于所述衰减电容器。

2.如权利要求1所述的无线通信接收机，其特征在于，所述第一混频器包括耦接于所述天线与所述运算放大器的所述第一输入端之间或耦接于所述天线与所述运算放大器的所述第二输入端之间的多个有源元件，所述第一混频器的所述多个有源元件分别由所述本地振荡器信号的多个时钟相位控制。

3.如权利要求2所述的无线通信接收机，其特征在于，还包括：

第二混频器，耦接于所述天线，用于通过将所述无线通信信号与所述本地振荡器信号混频来对来自所述天线的所接收的无线通信信号进行频率转换以提供第二中频信号；以及

第二滤波器，耦接于所述第二混频器，被配置为通过预定频带的所述第二混频器的第二中频信号，并产生第二信道信号。

4.如权利要求3所述的无线通信接收机，其特征在于，还包括：

第三混频器，耦接于所述天线和所述第一滤波器之间；以及

第四混频器，耦接于所述天线和所述第二滤波器之间；

其中所述第一和第三混频器并联耦接，被配置为通过将所述无线通信信号与所述本地振荡器信号混频来对来自所述天线的所接收的无线通信信号执行频率转换，以提供第一中频信号；以及

所述第二和第四混频器并联耦接，被配置为通过将所述无线通信信号与所述本地振荡器信号混频来对来自所述天线的所接收到的无线通信信号执行频率转换，以提供第二中频信号。