CN111800152A - 一种用于接收机中提取接收信号强度的电路 - Google Patents

一种用于接收机中提取接收信号强度的电路 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于接收机中提取接收信号强度的电路，属于集成电路技术领域。本申请的用于接收机中提取接收信号强度的电路包括：限幅放大器模块，包括N级限幅放大器，N级限幅放大器依次级联，限幅放大器模块用于将输入信号通过N级限幅放大器，输出单端满摆幅信号；接收信号强度指示器模块，包括N个接收信号强度指示器，N个接收信号强度指示器中每一者将各自输入的信号转换为直流电压信号；偏置电路，其用于为限幅放大器模块和接收信号强度指示器模块提供偏置电压和/或偏置电流。本申请实现了无模数转换器的接收机中输入信号强度的提取，而且本申请具有电路简单，功耗低等优点。

Description

一种用于接收机中提取接收信号强度的电路
技术领域
本申请涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于接收机中提取接收信号强度的电路。
背景技术
在无线通信系统中，随着传输距离的变化以及其他一些因素的影响，电波在空间传播过程中存在明显衰落，在接收机输入端的信号强度有很大的变化。自动增益控制系统能够使接收机的输出信号电平保持在一定的范围内，因此自动增益控制系统被广泛应用于各种接收机中。
现有的自动增益控制器（AGC）系统包括：可变增益放大器、信号强度计算模块和AGC判决模块。可变增益放大器可以根据来自AGC判决模块的不同的输入控制值来调整其增益值，从而实现对输入信号强度的控制；信号强度计算模块根据输入的信号，计算出信号的强度值，信号的强度值用于在AGC判决模块中生成自动增益控制判决结果。
在具有模数转换器的接收机中，模数转换器可以将输入信号的功率以码字的形式输出，比如功率最低时对应10字节全0，功率最高时对应10字节全1，一半功率时对应10字节的1000000000等。AGC系统中的信号强度计算模块通过模数转换器获取输入信号的强度。
为了节省成本和降低能耗，低功耗蓝牙通信系统的接收机中可以不设置模数转换器（ADC）。在不具有模数转换器的接收机中，输入信号的强度不能够直接获取，接收机中需要设置新的模块获取信号的强度，由于未设置模数转换器，获取的信号强度值需要用模拟信号；相应地，AGC判决模块也需要进行结构和算法上的调整。
因此，现有技术中亟需解决的技术问题是如何在无ADC架构的接收机中提取信号强度。
发明内容
鉴于现有技术中的上述问题，本申请提供一种用于接收机中提取接收信号强度的电路。
在本申请的一级技术方案中，提供的一种用于接收机中提取接收信号强度的电路，其包括：限幅放大器模块，包括N级限幅放大器，N级限幅放大器依次级联，其中N为不小于1的自然数，限幅放大器模块用于将输入信号通过N级限幅放大器，输出单端满摆幅信号；接收信号强度指示器模块，包括N个接收信号强度指示器，N个接收信号强度指示器中每一者的输入端依次对应连接N级限幅放大器中每一者的输入端，N个接收信号强度指示器中每一者的输出端连接并作为接收信号强度指示器模块的输出端，N个接收信号强度指示器中每一者将各自输入的信号转换为直流电压信号；偏置电路，其用于为限幅放大器模块和接收信号强度指示器模块提供偏置电压和/或偏置电流。
本申请技术方案可以达到的有益效果是：在本申请中输入信号经过一组限幅放大器逐级进行放大，并将N个接收信号强度指示器中每一者的输入信号转换为直流电压信号，实现了无模数转换器的接收机中输入信号强度的提取，而且本申请具有电路简单，功耗低等优点。
附图说明
图1为本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路的一个具体实施例的结构框图；
图2为本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中限幅放大器模块的一个具体实例的电路原理图；
图3为本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中接收信号强度指示器的一个具体实例的电路原理图；
图4为本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中低通滤波器的一个具体实例的电路原理图；
附图中各部件的标记如下：1-第一隔直电容、2-第二隔直电容、3-第一阻抗器件、4-第二阻抗器件，5-第三阻抗器件、6-第四阻抗器件、7-第三隔直电容、8-第一MOS管，9-第二MOS管，10-第三MOS管、11-第四MOS管、12-第五阻抗器件、13-第五MOS管、14-第六MOS管、15-第七MOS管、16-第八MOS管、17-第九MOS管、18-第十MOS管、19-第十一MOS管、20-第十二MOS管、21-第六阻抗器件、22-第七阻抗器件、23-第八阻抗器件、24-第十三MOS管和25-第十四MOS管。
具体实施方式
为了使本申请的上述特征和优点更加易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明。该详细说明仅仅是为了帮助理解本申请，本申请的保护范围不仅仅限于具体实施方式中的具体说明。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一级实体或者操作与另一级实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
图1示出了本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路的一个具体实施例。在该具体实施例中，本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路包括：限幅放大器模块、接收信号强度指示器模块和偏置电路。其中偏置电路用于为限幅放大器模块和接收信号强度指示器模块提供偏置电压和/或偏置电流。限幅放大器模块包括N级限幅放大器，N级限幅放大器依次级联，其中N为不小于1的自然数，限幅放大器模块用于将输入信号通过N级限幅放大器，输出单端满摆幅信号。
具体地，限幅放大器的作用为将信号幅度大于一定阈值的任何输入信号放大到一个确定的幅度输出。在该具体实施的一个实例中，将输入信号依次经过N级限幅放大并输出。又因为前N-1级限幅放大器为差分输入差分输出结构，第N级限幅放大器为差分输入单端输出结构。因此，限幅放大器模块最后输出的信号为单端满摆幅信号。
值得注意的是，在具体应用中，可以根据实际需要选择任意类型的限幅放大器，限幅放大器的数量可以根据实际需要进行选择，同时N级限幅放大器中每者的增益之间可以相同，也可以不同。级联的限幅放大器的数量与提取接收信号强度的电路的电压增益有关，例如每级限幅放大器的增益为13dB时，级联的6个限幅放大器提供的电压增益的理论值为13dB×6＝78dB。
具体地，首级限幅放大器的正输出端和负输出端分别与次级限幅放大器的负输入端和正输入端一一对应连接，相邻两级限幅放大器之间的连接关系依此类推。
在该具体实施例的一个实例中，偏置电路BIAS 可以是恒定gm 型偏置电压偏置电流产生电路，或者可以是带隙基准偏置电压偏置电流产生电路。偏置电路BIAS 为常规电路，在本申请中不做详细介绍。
在该具体实施例的一个实例中，限幅放大器模块还包括第一隔直电容1、第二隔直电容2、第一阻抗器件3和第二阻抗器件4；其中，第一隔直电容1的一端连接限幅放大器模块的正输入端VIP和第二隔直电容2的一端连接限幅放大器模块的负输入端VIN，N级限幅放大器中第N者的输出端作为限幅放大器模块的输出端LIMIT_OUT，第一隔直电容1的另一端连接N级限幅放大器中第一者的正输入端和第一阻抗器件3的一端，第二隔直电容2的另一端连接N级限幅放大器中第一者的负输入端和第二阻抗器件4的一端，第一阻抗器件3的另一端和第二阻抗器件4的另一端连接偏置电路的第一输出端VB。
在该实例中，阻抗器件可以选用电阻器件。例如，第一阻抗器件3和第二阻抗器件4为第一电阻3和第二电阻4。
在该具体实施例的一个实例中，限幅放大器模块还包括：直流偏移消除电路，当N为奇数时，直流偏移消除电路用于将N级限幅放大器中第(N+1)/2者的输出信号反馈到N级限幅放大器中第一者的输入端；当N为偶数时，直流偏移消除电路用于将N级限幅放大器中第N/2者的输出信号反馈到N级限幅放大器中第一者的输入端。
在该实例中，限幅放大器之间级联方式可分为直流耦合和交流耦合，相对于交流耦合，直流耦合可减少寄生参数影响。由于限幅放大器模块的高增益特性，器件失配等非理想因素所导致的直流偏移将会使得后级限幅放大器提前饱和。为消除直流偏移，因此限幅放大器模块还包括直流偏移消除电路。
在该实例中，直流偏移消除电路包括，第三阻抗器件5、第四阻抗器件6、第三隔直电容7、第一MOS管8和第二MOS管9；其中，第三阻抗器件5的一端和第四阻抗器件6的一端连接N级限幅放大器中第N/2或(N+1)/2者的输出端，第三阻抗器件5的另一端连接第三隔直电容7的一端、第一MOS管的栅极8和N级限幅放大器中第一者的输入端，第一MOS管8的源极和漏极连接并接地，第四阻抗器件6的另一端连接第三隔直电容7的另一端、第二MOS管9的栅极和N级限幅放大器中第一者的输入端，第二MOS管9的源极和漏极连接并接地。
在该实例中，阻抗器件可以选用电阻器件。例如，第三阻抗器件5和第四阻抗器件6为第三电阻5和第四电阻6。
图2示出了本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中限幅放大器模块的一个具体实例。在在该实例中，综合考虑功效、动态范围以及带宽等因素，限幅放大器模块包括6个限幅放大器，第一限幅放大器AMP1 放大倍数为10dB，4个第二限幅放大器AMP2 放大倍数为15dB，第三限幅放大器AMP3 放大倍数为15dB，并通过AMP3 将输入信号转为单端满摆幅信号输出，最终提供高达70dB 的电压增益。
具体地，输入信号的两端VIP和VIN分别通过第一隔直电容1，第二隔直电容2后进入第一放大器AMP1。BIAS电路的输出端经过第一电阻3和第二电阻4将0.8V 偏置电压提供给AMP1。AMP1 的输出信号为VN<1>,VP<1>，然后依次输入到4个AMP2 进行第二级放大。其中VP<3>,VN<3>的输出信号经过直流偏移消除电路反馈到AMP1，从而去除直流偏置的影响。最终信号通过AMP3 放大并将差分信号转换为单端信号输出，供后级电路处理。在该实例中，输入信号是差分模拟小信号，输出信号为单端满摆幅模拟信号，相当于数字信号，为了使前后级信号流能匹配上，因此需要AMP3 进行转换。
在图1所示的具体实施例中，接收信号强度指示器模块包括N个接收信号强度指示器，N个接收信号强度指示器中每一者的输入端依次对应连接N级限幅放大器中每一者的输入端，N个接收信号强度指示器中每一者的输出端连接并作为接收信号强度指示器模块的输出端，N个接收信号强度指示器中每一者将各自输入的信号转换为直流电压信号。
在该具体实施例中，N个接收信号强度指示器具有相同的结构。具体地，每级限幅放大器的正输入端和负输入端分别与各自对应的接收信号强度指示器的正输入端和负输入端一一对应连接。另外，接收信号强度指示器为差分输入单端输出结构。
图3示出了本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中接收信号强度指示器的一个具体实例。在该实例中，接收信号强度指示器包括：第三MOS管10、第四MOS管11、第五MOS管13、第六MOS管14、第七MOS管15、第八MOS管16、第九MOS管17、第十MOS管18、第十一MOS管19、第十二MOS管20、第五阻抗器件12以及第六阻抗器件21；其中，
第三MOS管10和第四MOS管11的栅极作为接收信号强度指示器的输入端，即第三MOS管10的栅极为接收信号强度指示器的VIP，第四MOS管11的栅极为接收信号强度指示器的VIN。第十二MOS管20的漏极作为接收信号强度指示器的输出端Vout，电源电压VDD依次连接第七MOS管15、第八MOS管16、第九MOS管17、第十MOS管18、第十一MOS管19和第十二MOS管20的源极，第三MOS管10的源极连接第五阻抗器件12的一端和第五MOS管13的漏极，第四MOS管11的源极连接第五阻抗器件12的另一端和第六MOS管14的漏极，第五MOS管13的栅极和第六MOS管14的栅极连接并连接偏置电路的第二输出端VBN1，第五MOS管13的源极和第六MOS管14的源极接地，第八MOS管16的漏极连接第三MOS管10的漏极，第八MOS管16的漏极与栅极连接，第九MOS管的漏极17连接第四MOS管11的漏极和第十一MOS管19的漏极，第八MOS管的栅极16连接第九MOS管17的栅极和第七MOS管15的漏极，第七MOS管15的栅极和第十MOS管18的栅极作为PDN输入端，第十一MOS管19的栅极连接第十二MOS管20的栅极和第十MOS管18的漏极，第十一MOS管19的漏极与栅极连接，第十二MOS管20的漏极连接第六阻抗器件21的一端，第六阻抗器件21的另一端接地。同时可以得出，第八MOS管16和第九MOS管17，第十一MOS管19和第十二MOS管20分别为两组电流镜。
在该实例中，第三MOS管10、第四MOS管11、第五MOS管13和第六MOS管14为N型MOS管；以及第七MOS管15、第八MOS管16、第九MOS管17、第十MOS管18、第十一MOS管19和第十二MOS管20为P型MOS管。
在该实例中，阻抗器件可以选用电阻器件。例如，第五阻抗器件12以及第六阻抗器件21为第五电阻12以及第六电阻21。
具体地，输入信号的两端VIP和VIN输入射频信号，输入的射频信号由第三MOS管10、第四MOS管11、第五电阻12转换为射频电流信号，射频电流信号通过第八MOS管16和第九MOS管17，第十一MOS管19和第十二MOS管20组成的两组电流镜注入第六电阻21中产生直流电压Vout，从而完成直流电压的转换。第五MOS管13和第六MOS管14为提供直流偏置管。第七MOS管15和第十MOS管18为开关管。
在图1所示的具体实施例中，本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路还包括低通滤波器，其中低通滤波器连接接收信号强度指示器模块的输出端，低通滤波器用于将接收信号强度指示器模块输出的直流电压信号进行低通滤波处理，滤除高频部分，从而使得直流电压信号平滑。
图4示出了本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路中低通滤波器的一个具体实例。在该实例中，低通滤波器包括：第七阻抗器件22、第八阻抗器件23、第十三MOS管24以及第十四MOS管25；其中，接收信号强度指示器模块的输出端连接第七阻抗器件22的一端、第八阻抗器件23的一端和第十三MOS管24的栅极，第七阻抗器件22的另一端接地，第八阻抗器件23的另一端连接第十四MOS管25的栅极，第十三MOS管24的源极和漏极连接并接地，第十四MOS管25的源极和漏极连接并接地。
在该实例中，阻抗器件可以选用电阻器件。例如，第七阻抗器件22和第八阻抗器件23为第七电阻22和第八电阻23。
在图1所示的具体实施例中，本申请用于接收机中提取接收信号强度的电路还包括单位增益缓冲器，其中单位增益缓冲器用于将低通滤波处理后的直流电压信号输出。
具体地，单位增益缓冲器输出的直流电压信号与输入信号成正相关。单位增益缓冲器的作用之一就是缓冲，在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用。
在本申请中输入信号经过一组限幅放大器逐级进行放大，并将N个接收信号强度指示器中每一者的输入信号转换为直流电压信号，实现了无模数转换器的接收机中输入信号强度的提取，而且本申请具有电路简单，功耗低等优点。
以上综述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，包括：
限幅放大器模块，包括N级限幅放大器，所述N级限幅放大器依次级联，其中所述N为不小于1的自然数，所述限幅放大器模块用于将输入信号通过所述N级限幅放大器，输出单端满摆幅信号；
接收信号强度指示器模块，包括N个接收信号强度指示器，所述N个接收信号强度指示器中每一者的输入端依次对应连接所述N级限幅放大器中每一者的输入端，所述N个接收信号强度指示器中每一者的输出端连接并作为所述接收信号强度指示器模块的输出端，所述N个接收信号强度指示器中每一者将各自输入的信号转换为直流电压信号；
偏置电路，其用于为所述限幅放大器模块和所述接收信号强度指示器模块提供偏置电压和/或偏置电流。
2.根据权利要求1所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述限幅放大器模块还包括：第一隔直电容、第二隔直电容、第一阻抗器件和第二阻抗器件；其中，
所述第一隔直电容的一端和所述第二隔直电容的一端连接所述限幅放大器模块的输入端，所述N级限幅放大器中第N者的输出端作为所述限幅放大器模块的输出端，所述第一隔直电容的另一端连接所述N级限幅放大器中第一者的输入端和所述第一阻抗器件的一端，所述第二隔直电容的另一端连接所述N级限幅放大器中第一者的输入端和所述第二阻抗器件的一端，所述第一阻抗器件的另一端和所述第二阻抗器件的另一端连接所述偏置电路的第一输出端。
3.根据权利要求1所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述N级限幅放大器中前N-1者为差分输入差分输出结构，所述N级限幅放大器中第N者为差分输入单端输出结构。
4.根据权利要求3所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述限幅放大器模块还包括：直流偏移消除电路，
当所述N为奇数时，所述直流偏移消除电路用于将所述N级限幅放大器中第(N+1)/2者的输出信号反馈到所述N级限幅放大器中第一者的输入端；
当所述N为偶数时，所述直流偏移消除电路用于将所述N级限幅放大器中第N/2者的输出信号反馈到所述N级限幅放大器中第一者的输入端。
5.根据权利要求4所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述直流偏移消除电路包括，第三阻抗器件、第四阻抗器件、第三隔直电容、第一MOS管和第二MOS管；其中，
所述第三阻抗器件的一端和所述第四阻抗器件的一端连接所述N级限幅放大器中第N/2或(N+1)/2者的输出端，所述第三阻抗器件的另一端连接所述第三隔直电容的一端、第一MOS管的栅极和所述N级限幅放大器中第一者的输入端，所述第一MOS管的源极和漏极连接并接地，所述第四阻抗器件的另一端连接所述第三隔直电容的另一端、第二MOS管的栅极和所述N级限幅放大器中第一者的输入端，所述第二MOS管的源极和漏极连接并接地。
6.根据权利要求1所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述N个接收信号强度指示器具有相同的结构，所述接收信号强度指示器包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第十一MOS管、第十二MOS管、第五阻抗器件以及第六阻抗器件；其中
所述第三MOS管和所述第四MOS管的栅极作为所述接收信号强度指示器的输入端，所述第十二MOS管的漏极作为所述接收信号强度指示器的输出端，电源电压连接所述第七MOS管、所述第八MOS管、所述第九MOS管、所述第十MOS管、所述第十一MOS管和所述第十二MOS管的源极，所述第三MOS管的源极连接所述第五阻抗器件的一端和所述第五MOS管的漏极，所述第四MOS管的源极连接所述第五阻抗器件的另一端和所述第六MOS管的漏极，所述第五MOS管的栅极和所述第六MOS管的栅极连接并连接所述偏置电路的第二输出端，所述第五MOS管的源极和所述第六MOS管的源极接地，所述第八MOS管的漏极连接所述第三MOS管的漏极，所述第八MOS管的漏极与栅极连接，所述第九MOS管的漏极连接所述第四MOS管的漏极和所述第十一MOS管的漏极，所述第八MOS管的栅极连接所述第九MOS管的栅极和所述第七MOS管的漏极，所述第七MOS管的栅极和所述第十MOS管的栅极作为PDN输入端，所述第十一MOS管的栅极连接所述第十二MOS管的栅极和所述第十MOS管的漏极，所述第十一MOS管的漏极与栅极连接，所述第十二MOS管的漏极连接所述第六阻抗器件的一端，所述第六阻抗器件的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述第三MOS管、所述第四MOS管、所述第五MOS管和所述第六MOS管为N型MOS管；以及所述第七MOS管、所述第八MOS管、所述第九MOS管、所述第十MOS管、所述第十一MOS管和所述第十二MOS管为P型MOS管。
8.根据权利要求1所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，还包括低通滤波器，其连接所述接收信号强度指示器模块的输出端，所述低通滤波器用于将所述接收信号强度指示器模块输出的直流电压信号进行低通滤波处理。
9.根据权利要求8所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，所述低通滤波器包括：第七阻抗器件、第八阻抗器件、第十三MOS管以及第十四MOS管；其中，
所述接收信号强度指示器模块的输出端连接所述第七阻抗器件的一端、所述第八阻抗器件的一端和所述第十三MOS管的栅极，所述第七阻抗器件的另一端接地，所述第八阻抗器件的另一端连接所述第十四MOS管的栅极，所述第十三MOS管的源极和漏极连接并接地，所述第十四MOS管的源极和漏极连接并接地。
10.根据权利要求8所述的用于接收机中提取接收信号强度的电路，其特征在于，还包括单位增益缓冲器，其用于将低通滤波处理后的直流电压信号输出。
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