CN109981190B - 一种片上噪声测试及自修复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种片上噪声测试及自修复系统，该系统包括片上噪声接收链路单元和片上噪声源及噪声校准单元，片上噪声接收链路单元包括片上DUT单元，片上接收机单元和噪声及非线性抵消单元。片上噪声接收链路单元用于噪声接收，噪声频谱输出和噪声特性优化。片上噪声源及噪声校准单元用于提供噪声并实现噪声校准。该片上噪声测试及自修复系统能够通过在片测试接收机在不同噪声温度下的噪声能量，得到噪声系数，调节射频前端的工作状态达到最佳噪声特性，从而实现在片噪声性能测试及自修复。

Description

一种片上噪声测试及自修复系统
技术领域
本发明涉及射频模拟电路的噪声性能的测试领域，具体涉及一种片上噪声测试及自修复系统。
背景技术
随着现代技术以及工艺的发展，射频模拟电路各项性能在不断优化，其中，射频模拟电路的噪声性能由前端低噪声放大器决定，而噪声性能决定了接收机的灵敏度和工作距离，这就需要系统能够对电路的噪声性能进行评估并且优化从而提高接收机的灵敏度。
现有技术采用集成片以外的仪器对电路进行噪声特性测试，也就意味着无法将噪声特性测试部分集成到片上，也就无法实现系统噪声性能的自修复。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种片上噪声测试及自修复系统，能够实现集成片上噪声测试及自修复，该片上噪声性能测试及自修复系统，包括：
一种片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，该系统包括片上噪声接收链路单元和片上噪声源及噪声校准单元；
所述的片上噪声接收链路单元包括片上DUT单元、片上噪声接收机单元、噪声及非线性抵消单元，所述的片上DUT单元包括低噪声放大器，所述的片上噪声接收机单元包括下变频混频器、可调增益放大器、低通滤波器、集成含乘法器和累加器的数字信号处理系统的模/数转换模块；
所述的低噪声放大器的输入端与信号输入端相连，信号由外部天线信号通过耦合器接入；低噪声放大器的输出端与所述的下变频混频器的第一个信号输入端相连，下变频混频器的输出端与可调增益放大器的输入端连接；可调增益放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端与所述的模/数转换模块的第一个信号输入端连接；其中，下变频混频器第二个信号输入端接入接收芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出；所述的模/数转换模块的第二个信号输入端接入ADC时钟信号，所述的ADC时钟信号由外部电路信号控制；所述的噪声及非线性抵消单元的两端分别接在低噪声放大器的两端；
所述的噪声及非线性抵消单元用于电路中噪声抵消和非线性抵消；
所述的片上噪声源及噪声校准单元用于产生冷、热噪声，所述的冷、热噪声可用于模拟Dicke开关，构建两个交错的工作周期，在接收周期中，检测来自天线的输入信号，在校准周期中检测该单元中的参考电阻，使天线的输入电阻与参考电阻相等从而实现噪声校准，并实现复用片上噪声接收链路。
进一步地，所述的噪声及非线性抵消单元，包括两个NMOS管M1、M2，一个电阻R、两个电容器C1、C2和两个直流电压源V1、V2，M1的栅极连接V1的正极，V1的负极接地，M1的源极同时接C1的一端和电阻R的一端，电阻的另一端接地，M1的漏极连接C2的一端，C2的另一端连接V2的正极，V2的正极同时连接M2的栅极，V2的负极接地，M2的源极接地，M1的漏极、M2的漏极和C1的另一端连接所述的低噪声放大器。
进一步地，所述的噪声源及噪声校准单元，包括两个NMOS管M1、M2，可变电流源、电流源型噪声源、电压源型噪声源、恒定电流源和参考电阻Rref，所述的参考电阻Rref一端连接电压信号，一端连接恒定电流源，恒定电流源的另一端同时连接M1的漏极和栅极，M1的源极接地，M1的栅极与电压源型噪声源的一端连接，电压源型噪声源的另一端连接M2的栅极，M2的源极和漏极分别与电流源型噪声源的两端相连，电流源型噪声源两端并联所述的可变电流源。
进一步地，所述的模/数转换模块,采用10比特流水线型模/数转换模块，所述的流水线型模/数转换模块的核心单元包括9级模数转换单元，第1级与第8级结构相同，每级包括采样保持电路和1.5比特精度的模数转换单元，第九级采用2比特的快闪模数转换单元。
进一步地，为了实现等效的输入噪声温度降到最低，所述的低噪声放大器的电路噪声模型中噪声温度需满足以下条件：
Figure BDA0002015524760000021
其中，Ts,1表示等效输入噪声温度，T1表示系统输入晶体管的噪声温度，T2表示负载噪声温度，ΓS，ΓL为影响因子，Temin表示参考噪声温度，G21表示导纳矩阵。
本发明的有益效果：
本发明的片上噪声测试及自修复系统，能够在片测试接收机在不同噪声温度下的噪声能量，得到系统噪声系数，实现在片噪声特性测试，调整射频前端的工作状态达到最佳噪声特性，进而实现集成片上噪声性能自修复。
附图说明
图1是片上噪声测试及自修复系统的结构示意图；
图2是噪声及非线性抵消电路示意图；
图3是噪声源及噪声校准单元电路示意图；
图4是低噪声放大器电路噪声模型示意图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为一种片上噪声测试及自修复系统示意图，片上噪声测试及自修复系统包括片上噪声接收链路单元和片上噪声源及噪声校准单元；片上噪声接收链路单元包括片上DUT单元、片上噪声接收机单元和噪声及非线性抵消单元。片上DUT单元包括低噪声放大器，片上噪声接收机单元包括下变频混频器、可调增益放大器、低通滤波器、集成了含乘法器和累加器的数字信号处理系统的模/数转换模块。
片上噪声测试及自修复系统的结构为：天线信号的a端分别连接耦合器的1端和噪声源及噪声校准单元的2端，耦合器的4端连接噪声及噪声校准单元的1端，低噪声放大器的a端与耦合器的2端连接，低噪声放大器的c端与耦合器的3端连接；低噪声放大器的b端与下变频混频器的a端相连，下变频混频器的b端与可调增益放大器的a端连接；可调增益放大器的b端与低通滤波器的a端连接；低通滤波器的b端与模/数转换模块的a端连接；其中，下变频混频器c端接入接收芯片的LO信号，LO信号由外部电路给出；模/数转换模块的c端接入ADC时钟信号，ADC时钟信号由外部电路信号控制；噪声及非线性抵消单元的a端接在低噪声放大器的a端，噪声及非线性抵消单元的b端接在低噪声放大器的b端。
噪声及非线性抵消单元用于电路中噪声抵消和非线性抵消，实现在片电路噪声性能的优化。
片上噪声源及噪声校准单元通过调节可变电流源产生冷、热噪声。所产生的冷、热噪声可用于模拟Dicke开关，模拟的Dicke开关用于消除缓慢的增益变化，其工作模式为：构建两个交错的工作周期，在接收周期中，检测来自天线的输入信号，在校准周期中检测该单元中的参考电阻，通过平衡天线的输入电阻与参考电阻，使二者的电阻值匹配从而实现噪声校准，并实现复用片上噪声接收链路。
片上噪声测试及自修复系统的工作流程为：来自天线的输入信号通过耦合器耦合进入片上噪声接收链路单元，流经低噪声放大器后进入片上噪声接收机部分，该部分中滤波器和可调增益放大器对信号分别对高频信号滤除并进一步放大低频信号。集成了数字处理系统的ADC模块将模拟信号转换到数字域，进行乘法和整合等进一步信号处理，由于片上噪声源及校准单元提供的冷、热噪声，可通过Y因子测量方法得到不同噪声温度下的输出噪声谱以衡量噪声特性，并在在数字域实现包络能量检测。通过在片噪声特性测试得到的噪声系数，对射频前端的工作状态进行调节，优化噪声性能，以实现最佳噪声特性。
如图2所示，为噪声及非线性抵消单元电路示意图。该单元包括：两个NMOS管，分别为M1、M2，一个电阻R，两个电容器，分别为C1、C2，和两个直流电压源，分别为V1、V2。M1的c端连接V1的a端，V1的b端接地，M1的b端同时接C1的b端和电阻的a端，电阻的b端接地，M1的a端连接C2的a端，C2的b端连接V2的a端，V2的a端同时连接M2的c端，V2的b端接，M2的b端接地。M1的a端、C1的a端和M2的a端均用于接入低噪声放大器的具体电路中。
如图3所示，为噪声源及噪声校准单元电路示意图。该单元包括：两个NMOS管、分别为M1、M2，可变电流源、电流源型噪声源、电压源型噪声源、恒定电流源和参考电阻Rref。参考电阻Rref的a端连接电压信号，b端连接恒定电流源的a端，恒定电流源的b端连接M1的a端和c端，M1的b端接地，M1的c端与电压源型噪声源的a端连接，电压源型噪声源的b端连接M2的c端，M2的a端与电流源型噪声源的a端相连，M2的b端与电流源型噪声源的b端相连并接地，电流源型噪声源两端并联所述的可变电流源。
如图4所示，为低噪声放大器噪声模型示意图。其中包括系统端，输入匹配电路，低噪声放大器电路，输出匹配电路以及负载端。输入匹配电路两端分别连接系统端和低噪声放大器电路，低噪声放大电路另一侧连接输出匹配电路。输出匹配电路另一端连接负载端。为了实现等效的输入噪声温度降到最低，实现噪声性能优化，低噪声放大器的电路噪声模型中噪声温度需满足以下条件：
Figure BDA0002015524760000041
其中，Ts,1表示等效输入噪声温度，T1表示系统输入晶体管的噪声温度，T2表示负载噪声温度，ΓS，ΓL为影响因子，Temin表示参考噪声温度，G21表示导纳矩阵。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，该系统包括片上噪声接收链路单元和片上噪声源及噪声校准单元；
所述的片上噪声接收链路单元包括片上DUT单元、片上噪声接收机单元、噪声及非线性抵消单元，所述的片上DUT单元包括低噪声放大器，所述的片上噪声接收机单元包括下变频混频器、可调增益放大器、低通滤波器、集成含乘法器和累加器的数字信号处理系统的模/数转换模块；
所述的低噪声放大器的输入端与信号输入端相连，信号由外部天线信号通过耦合器接入；低噪声放大器的输出端与所述的下变频混频器的第一个信号输入端相连，下变频混频器的输出端与可调增益放大器的输入端连接；可调增益放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接；低通滤波器的输出端与所述的模/数转换模块的第一个信号输入端连接；其中，下变频混频器第二个信号输入端接入接收芯片的LO信号，所述的LO信号由外部电路给出；所述的模/数转换模块的第二个信号输入端接入ADC时钟信号，所述的ADC时钟信号由外部电路信号控制；所述的噪声及非线性抵消单元的两端分别接在低噪声放大器的两端；
所述的噪声及非线性抵消单元用于电路中噪声抵消和非线性抵消；
所述的片上噪声源及噪声校准单元用于产生冷、热噪声，所述的冷、热噪声可用于模拟Dicke开关，构建两个交错的工作周期，在接收周期中，检测来自天线的输入信号，在校准周期中检测该单元中的参考电阻，使天线的输入电阻与参考电阻相等从而实现噪声校准，并实现复用片上噪声接收链路。
2.根据权利要求1所述的片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，所述的噪声及非线性抵消单元，包括两个NMOS管M1、M2，一个电阻R、两个电容器C1、C2和两个直流电压源V1、V2，M1的栅极连接V1的正极，V1的负极接地，M1的源极同时接C1的一端和电阻R的一端，电阻的另一端接地，M1的漏极连接C2的一端，C2的另一端连接V2的正极，V2的正极同时连接M2的栅极，V2的负极接地，M2的源极接地，M1的漏极、M2的漏极和C1的另一端连接所述的低噪声放大器。
3.根据权利要求1所述的片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，所述的噪声源及噪声校准单元，包括两个NMOS管M1、M2，可变电流源、电流源型噪声源、电压源型噪声源、恒定电流源和参考电阻Rref，所述的参考电阻Rref一端连接电压信号，另一端连接恒定电流源，恒定电流源的另一端同时连接M1的漏极和栅极，M1的源极接地，M1的栅极与电压源型噪声源的一端连接，电压源型噪声源的另一端连接M2的栅极，M2的源极和漏极分别与电流源型噪声源的两端相连，电流源型噪声源两端并联所述的可变电流源。
4.根据权利要求1所述的片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，所述的模/数转换模块,采用10比特流水线型模/数转换模块，所述的流水线型模/数转换模块的核心单元包括9级模数转换单元，第1级与第8级结构相同，每级包括采样保持电路和1.5比特精度的模数转换单元，第九级采用2比特的快闪模数转换单元。
5.根据权利要求1所述的片上噪声测试及自修复系统，其特征在于，为了实现等效的输入噪声温度降到最低，所述的低噪声放大器的电路噪声模型中噪声温度需满足以下条件：
Figure FDA0002344821430000021
其中，Ts,1表示等效输入噪声温度，T1表示系统输入晶体管的噪声温度，T2表示负载噪声温度，ΓS，ΓL为影响因子，Temin表示参考噪声温度，G21表示导纳矩阵。
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