CN110572167B - 射频前端发射电路、射频前端接收电路和射频前端电路 - Google Patents

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Abstract

本公开实施例中提供了一种射频前端发射电路、射频前端接收电路和射频前端电路。该电路包括：功率放大器；第一电容C1；巴伦，所述巴伦的输入电感与所述第一电容C1构成谐振网络，所述谐振网络与所述功率放大器的输出连接，所述巴伦的输出一端接地，另一端并联连接第一电感L1和天线；其中所述第一电感L1与第一电路、第二电路和第三电路并联连接；所述第一电路包括串联连接的第二电容C2和第一开关S1，所述第一开关S1接地；所述第二电路包括串联连接的第三电容C3和第二开关S2，所述第二开关S2接地；所述第三电路包括串联连接的第四电容C4和低噪声放大器，所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。该电路能够抑制本振牵引，改善发射机的性能。

Description

射频前端发射电路、射频前端接收电路和射频前端电路
技术领域
本公开涉及物联网技术领域，尤其涉及一种应用于NB-IOT芯片的抑制本振牵引的射频前端发射电路、射频前端接收电路和射频前端电路。
背景技术
随着物联网(IoT)需求的日益增长，NB-IoT(窄带物联网)技术已成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。很多企业预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。已经出现了大量物与物的联接，这些联接大多通过蓝牙、Wi-Fi和Zigbee等短距通信技术承载。然而NB-IoT的应用范围与这些短距离通信技术的应用范围有很多重叠。在短距离物联网通信技术千亿级市场竞争中，如何使NB-IoT技术迅速抢占更多的市场份额，低成本芯片设计是关键因素之一。
NB-IoT芯片与其它通信芯片类似都有射频模块和基带模块。射频模块分为接收机和发射机。发射机中功率放大器(PA)输出的有用信号频率与本振信号频率接近，如果功率放大器发射出去的有用信号功率很大，会直接通过空中辐射干扰压控振荡器，或者在功率放大器电源和硅衬底上产生大量的噪音，这些噪声会通过耦合的方式泄漏到压控振荡器中，干扰压控振荡器，形成本振牵引。由于引入的干扰与震荡频率很接近，无法通过环路滤波器滤除，直接成为环路的一部分，参与环路锁定，因此有些文献也成为注入锁定(injection locking)。不论发射机采用直接上变频结构还是极性发射结构，本振牵引问题都会存在。图1为直接上变频结构中本振牵引形成的示意图。
即使压控振荡器的频率为载波频率(fLO)的两倍，但由于功率放大器的非线性产生的高次谐波也同样会引起本振牵引，不仅如此这种干扰还会影响电路中的除2电路或混频器中的感性器件。本振牵引过大会恶化发射机的EVM和输出频谱，严重的本振牵引可以导致发射机无法正常工作。
抑制本振牵引的办法目前并不多，通过降低压控振荡器的对电源的敏感性，降低发射机功率或提高功率放大器的线性在一定程度上可以减小本振牵引，但是以牺牲发射机性能或增加功耗为代价的。在实际应用中给片外的功率放大器加屏蔽罩也可以减小其辐射，但是会额外增加芯片的成本。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种应用于NB-IOT芯片的抑制本振牵引的射频前端发射电路、射频前端接收电路和射频前端电路，至少部分解决现有技术中存在的问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种抑制本振牵引的射频前端电路，包括：
功率放大器，被配置为对输入信号进行放大；
第一电容C1；
巴伦，所述巴伦的输入电感与所述第一电容C1构成谐振网络，所述谐振网络与所述功率放大器的输出连接，所述巴伦的输出一端接地，并且另一端并联连接第一电感L1和天线；其中
所述第一电感L1与第一电路、第二电路和第三电路并联连接；
所述第一电路包括串联连接的第二电容C2和第一开关S1，所述第一开关S1接地；
所述第二电路包括串联连接的第三电容C3和第二开关S2，所述第二开关S2接地；并且
所述第三电路包括串联连接的第四电容C4和低噪声放大器，并且所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述功率放大器包括一个或者多个跨导单元，以通过切换所述跨导单元来改变所述输入信号的增益。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述跨导单元包括：第一放大管和第二放大管，输入信号被输入到所述第一放大管的栅极，所述第一放大管的源极接地，所述第一放大管的漏极与所述第二放大管的源极连接，并且所述第二放大管的漏极作为所述跨导单元的输出。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述巴伦的输入电感与所述第一电容构成的谐振网络的谐振频率被设置为与所述射频前端电路的发射频率大致相等。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述巴伦的输出经由电容与所述天线连接。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第一电感L1与第二电容C2构成陷波器，所述陷波器的谐振频率约为2倍的本振频率f，所述第一电感L1与第二电容C2满足：
Figure BDA0002195271710000031
其中ω为f的角频率，f为本振频率。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，在发射模式下，所述第一开关S1闭合，并且所述第二开关S2断开。
根据本公开实施例的一种具体实现方式，在发射模式下，所述第一开关S1断开，并且所述第二开关S2闭合。
第二方面，本公开实施例提供了一种射频前端发射电路，所述电路包括：
功率放大器，被配置为对输入信号进行放大；
第一电容C1；
巴伦，所述巴伦的输入电感与所述第一电容C1构成谐振网络，所述谐振网络与所述功率放大器的输出连接，所述巴伦的输出一端接地，并且另一端连接天线；以及
附加电路，所述附加电路与所述天线并联连接，并且包括串联连接的第一电感L1和第二电容C2，并且所述附加电路的另一端接地。
第三方面，本公开实施例提供了一种射频前端接收电路，所述电路包括：
天线，用于接收信号；
附加电路，所述附加电路与所述天线连接，并且包括串联连接的第一电感L1和第三电容C3，其中所述第一电感L1被设置得比所述第三电容C3更靠近所述天线；以及
第一电路，被连接在所述第一电感L1和第三电容C3之间，并且所述第一电路包括第四电容C4和低噪声放大器，且所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。
本公开实施例中的抑制本振牵引的射频前端电路，包括：功率放大器，被配置为对输入信号进行放大；第一电容C1；巴伦，所述巴伦的输入电感与所述第一电容C1构成谐振网络，所述谐振网络与所述功率放大器的输出连接，所述巴伦的输出一端接地，并且另一端并联连接第一电感L1和天线；其中所述第一电感L1与第一电路、第二电路和第三电路并联连接；所述第一电路包括串联连接的第二电容C2和第一开关S1，所述第一开关S1接地；所述第二电路包括串联连接的第三电容C3和第二开关S2，所述第二开关S2接地；并且所述第三电路包括串联连接的第四电容C4和低噪声放大器，并且所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。该电路能够抑制本振牵引，改善发射机的性能。在发射模式下，电感L1与电容C2组成的谐振网络，可以减小功率放大器输出的2次谐波，并且在接收模式下，电感L1为接收机匹配网络的一部分。接收和发射模式下复用电感L1可以节省芯片的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本公开实施例提供的直接上变频结构中本振牵引形成的示意图；
图2为本公开实施例提供的应用于NB-IOT芯片的抑制本振牵引的射频前端电路的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的L1与C2组成的陷波器的电路图；
图4为本公开实施例提供的发射模式下的电路图；
图5为本公开实施例提供的接收模式下的电路图；并且
图6为本公开实施例提供的跨导单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
首先，参考图2，描述根据本公开实施例的应用于NB-IoT芯片的抑制本振牵引的射频前端电路的结构示意图，该图示的射频前端电路包括射频前端发射电路以及射频前端接收电路。
在NB_IoT的发射机中，压控振荡器(VCO)的振荡频率为发射载频的2倍。如图2所示，有用信号(PA输入)被输入到功率放大器中，功率放大器由若干个跨导单元组成，如此能够通过切换跨导单元来实现增益的改变。
功率放大器的输出连接电容C1和巴伦，电容C1和巴伦的输入电感并联连接以构成谐振网络，并且该谐振网络与功率放大器的输出连接。巴伦将差分信号转换成单端信号。在本公开实施例中，电容C1与巴伦中的输入电感组成的谐振网络的谐振频率在发射频率(fLO)附近。
巴伦的输出一端接地，另外一端连接电感L1和片外的天线，通过片外的电线将有用信息发射出去。如图所示，电感L1和片外的天线并联连接到巴伦的输出端，并且在天线和巴伦之间可以设置电容，并且该电容不在巴伦和电感L1的电路中。
电感L1的一端与巴伦连接，并且另外一端连接电容C2、C3和C4，电容C2、C3和C4与电感L1并联连接。电容C2和C3的另外一端分别连接开关S1和S2，并且开关S1和S2的另一端接地。电容C4的另外一端连接低噪声放大器的输入。
在发射模式下，开关S1闭合，S2开启(关断)，L1与C2组成的电路，为一个电容C2与电感L1的串联，如图3所示。使L1与C2谐振在2倍的本振频率f附近，对信号通路来讲L1与C2组成了陷波器，陷波频率在2f附近，即：
Figure BDA0002195271710000071
其中ω为f的角频率，f为本振频率。所以信号的2次谐波通过这个谐振电路流到地，减小了对压控振荡器的干扰。由于发射模式下低噪声放大器处于关断模式，其输入阻抗为高阻，对功率放大器的效率和性能影响很小，如图4所示。
接收模式下，开关S1开启(关断)，S2闭合，L1与C3为接收机前端的匹配电路的一部分，如图5所示。此时功率放大器处于关断状态，从天线端看到的功率放大器的输出阻抗为高阻，对接收机性能影响很小。
图6是跨导单元的电路图，输入信号经过隔直电容C5和C6后进入放大管M1和M2的栅极，M1和M2的源极接地，M1和M2的漏极分别接M3和M4的源极，M3和M4的漏极作为跨导单元的输出。
当跨导单元工作时，控制信号输入高电平，此时M3和M4的栅极偏置电压通过开关S6由VB1提供，M1和M2的栅极偏置电压通过开关S4由VB2提供。
当跨导单元不工作时，控制信号输入为低电平，此时M3和M4的栅极偏置电压通过开关S5接地，M1和M2的栅极偏置电压通过开关S3接地。
为了减小输入负载，M1和M2采用低压的MOS(金属氧化物半导体)管。而由于M3和M4的负载是感性负载，当输出功率很大时，M3和M4的漏极电压会超过电源电压，因此M3和M4采用耐高压的MOS管。
如果功率放大器工作于开关模式(Class D、F、E)，电容C5、C6和电阻R1和R2可以删除，输入信号直接连接M1和M2的栅极。
以上，已经参考附图描述了根据本公开实施例的应用于NB-IOT芯片的抑制本振牵引的射频前端电路。该电路能够抑制本振牵引，改善发射机的性能。在发射模式下，电感L1与电容C2组成的谐振网络，可以减小功率放大器输出的2次谐波，并且在接收模式下，电感L1为接收机匹配网络的一部分。接收和发射模式下复用电感L1可以节省芯片的成本。
以上，已经参考附图描述了包含射频前端发射电路和射频前端接收电路二者的射频前端电路。在本公开实施例中，还单独提供了射频前端发射电路和射频前端接收电路。
根据本公开的射频前端发射电路如图4所示。如图4所示，有用信号(PA输入)被输入到功率放大器中，功率放大器由若干个跨导单元组成，如此能够通过切换跨导单元来实现增益的改变。
功率放大器的输出连接电容C1和巴伦，电容C1和巴伦的输入电感并联连接以构成谐振网络，并且该谐振网络与功率放大器的输出连接。巴伦将差分信号转换成单端信号。在本公开实施例中，电容C1与巴伦中的输入电感组成的谐振网络的谐振频率在发射频率(fLO)附近。
巴伦的输出一端接地，另外一端连接电感L1和片外的天线，通过片外的电线将有用信息发射出去。如图所示，电感L1和片外的天线并联连接到巴伦的输出端，并且在天线和巴伦之间可以设置电容，并且该电容不在巴伦和电感L1的电路中。
另外，电感L1和电容C2串联连接，并且电容C2接地。可替代地，电感L1和电容C2的位置可以交换。在这种情况下，电感L1和电容C2构成附加电路，该附加电路与天线并联连接。可见，在本公开实施例中，可以不设置开关S2。
在本公开实施例中，使L1与C2谐振在2倍的本振频率f附近，对信号通路来讲L1与C2组成了陷波器，陷波频率在2f附近，即：
Figure BDA0002195271710000091
其中ω为f的角频率，f为本振频率。所以信号的2次谐波通过这个谐振电路流到地，减小了对压控振荡器的干扰。由于发射模式下低噪声放大器处于关断模式，其输入阻抗为高阻，对功率放大器的效率和性能影响很小。
根据本公开的射频前端接收电路如图5所示，该电路包括天线、附加电路和第一电路。天线用于接收信号附加电路，所述附加电路与所述天线连接，并且包括串联连接的第一电感L1和第三电容C3，其中所述第一电感L1被设置得比所述第三电容C3更靠近所述天线。第一电路被连接在所述第一电感L1和第三电容C3之间，并且所述第一电路包括第四电容C4和低噪声放大器，且所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种抑制本振牵引的射频前端电路，其特征在于，包括：
功率放大器，被配置为对输入信号进行放大；
第一电容C1；
巴伦，所述巴伦的输入电感与所述第一电容C1构成谐振网络，所述谐振网络与所述功率放大器的输出连接，所述巴伦的输出一端接地，并且另一端并联连接第一电感L1和天线；其中
所述第一电感L1与第一电路、第二电路和第三电路并联连接；
所述第一电路包括串联连接的第二电容C2和第一开关S1，所述第一开关S1接地；
所述第二电路包括串联连接的第三电容C3和第二开关S2，所述第二开关S2接地；并且
所述第三电路包括串联连接的第四电容C4和低噪声放大器，并且所述第四电容C4与所述低噪声放大器的输入连接。
2.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，所述功率放大器包括一个或者多个跨导单元，以通过切换所述跨导单元来改变所述输入信号的增益。
3.根据权利要求2所述的射频前端电路，其特征在于，所述跨导单元包括：第一放大管和第二放大管，输入信号被输入到所述第一放大管的栅极，所述第一放大管的源极接地，所述第一放大管的漏极与所述第二放大管的源极连接，并且所述第二放大管的漏极作为所述跨导单元的输出。
4.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，所述巴伦的输入电感与所述第一电容构成的谐振网络的谐振频率被设置为与所述射频前端电路的发射频率相等。
5.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，所述巴伦的输出经由电容与所述天线连接。
6.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，所述第一电感L1与第二电容C2构成陷波器，所述陷波器的谐振频率为2倍的本振频率f，所述第一电感L1与第二电容C2满足：
Figure FDA0003019322640000021
其中ω为f的角频率，f为本振频率。
7.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，在发射模式下，所述第一开关S1闭合，并且所述第二开关S2断开。
8.根据权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于，在接收模式下，所述第一开关S1断开，并且所述第二开关S2闭合。
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