CN112737519B - 低噪声大带宽信号接收单元 - Google Patents

低噪声大带宽信号接收单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪声大带宽信号接收单元，包括：低噪声大带宽放大器，其用于产生两组经过放大和噪声消除的差分信号；对称设置的第一跨导放大器和第二跨导放大器，第一组差分信号的两个输出端子连接至第一跨导放大器，第二组差分信号的两个输出端子连接至第二跨导放大器，通过跨导放大器放大后，相同极性的输出端进行叠加，得到第三组差分信号和第四组差分信号；双无源混频器，其为对称设置的两组无源混频器，第三组差分信号连接至一组无源混频器，第四组差分信号连接至另外一组无源混频器上，相同极性的输出端进行叠加，并连接至负载。该接收单元既能够满足低噪声大带宽，又能够扩大带宽，增加信噪比，灵活匹配输入输出阻抗，灵活配置增益。

Description

低噪声大带宽信号接收单元
技术领域
本发明涉及半导体领域。更具体地说，本发明涉及一种低噪声大带宽信号接收单元。
背景技术
在通信系统中，接收单元性能的好坏直接影响到通信系统的品质。集成电路中接收单元的设计是通信系统的典型一环，是一个重要模块。通常既要求低功耗低噪声，又要求大带宽，同时还要求上下匹配性能好，方便使用和电路设计。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种低噪声大带宽信号接收单元，该接收单元既能够满足低噪声大带宽，又能够扩大带宽，增加信噪比，灵活匹配输入输出阻抗，灵活配置增益。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种低噪声大带宽信号接收单元，包括：
低噪声大带宽放大器，其用于产生两组经过放大和噪声消除的差分信号，第一组差分信号为OUTP_N和OUTP_P，第二组差分信号为OUTN_P和OUTN_N，其中，信号OUTP_N和信号OUTN_P极性相同，信号OUTP_P和信号OUTN_N极性相同；
对称设置的第一跨导放大器和第二跨导放大器，所述第一组差分信号的两个输出端子连接至所述第一跨导放大器，所述第二组差分信号的两个输出端子连接至所述第二跨导放大器，所述第一组差分信号和所述第二组差分信号经过所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器放大后，相同极性的输出端进行叠加，得到第三组差分信号和第四组差分信号；
双无源混频器，其为对称设置的两组无源混频器，得到的所述第三组差分信号连接至一组无源混频器，得到的所述第四组差分信号连接至另外一组无源混频器上，所述第三组差分信号和所述第四组差分信号经过所述双无源混频器混频后，相同极性的输出端进行叠加，得到第五组差分信号和第六组差分信号。
优选的是，所述的低噪声大带宽信号接收单元，每组无源混频器均设置有两个无源混频器。
优选的是，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述第五组差分信号和所述第六组差分信号分别连接至一跨阻放大器，以将电流信号转变为电压信号。
优选的是，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述低噪声大带宽放大器包括：
电源；
中间抽头电感，其中间抽头与所述电源连接；
P端噪声消除单元和N端噪声消除单元，射频差分正电压信号RFP连接至所述P端噪声消除单元，经过所述P端噪声消除单元的处理后产生所述第一组差分信号，射频差分负电压信号RFN连接至所述N端噪声消除单元，经过所述N端噪声消除单元处理后产生所述第二组差分信号，其中，所述中间抽头电感的一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的另外两个极性相同的信号输出端。
优选的是，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述中间抽头电感的一端分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端也分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除元的另外两个极性相同的信号输出端。
优选的是，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元均设置有作为射频信号输入且用以噪声消除的共源放大级和用以放大以及阻抗匹配的的共栅放大级。
本发明至少包括以下有益效果：一、设置的低噪声大带宽放大器，利用中间抽头电感分配电源，能够提升低噪声放大器的带宽；设置的双噪声消除单元，一组差分信号输入，两组差分信号输出，实现噪声消除的同时能够对信号进行放大；二、在低噪声大带宽放大器的后面先接对称设置的第一跨导放大器和第二跨导放大器，能够对差分信号进行放大，且相同极性的输出端进行叠加，信号进行叠加，既扩大了带宽，增加了信噪比，又提高了增益；三、在跨导放大器的后面继续接两组无源混频器，进行混频后，相同极性的输出端进行叠加，进一步扩大了带宽，增加了信噪比，既实现了直接对低噪声大带宽放大器输出的两组差分信号的接收，信号差分输入，并差分输出至负载，又可灵活匹配输入输出阻抗，如匹配50、75、100欧等，可灵活调整增益，加大带宽，使带宽覆盖6GHz以上。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明实施例的低噪声大带宽信号接收单元结构示意图；
图2为本发明实施例中低噪声大带宽放大器的结构示意图；
图3为本发明实施例中低噪声大带宽放大器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的低噪声大带宽信号接收单元，包括：低噪声大带宽放大器，其用于产生两组经过放大和噪声消除的差分信号，第一组差分信号为OUTP_N和OUTP_P，第二组差分信号为OUTN_P和OUTN_N，其中，信号OUTP_N和信号OUTN_P极性相同，信号OUTP_P和信号OUTN_N极性相同；低噪声大带宽放大器，其用于产生两组经过放大和噪声消除的差分信号，第一组差分信号为OUTP_N和OUTP_P，第二组差分信号为OUTN_P和OUTN_N，其中，信号OUTP_N和信号OUTN_P极性相同，信号OUTP_P和信号OUTN_N极性相同；对称设置的第一跨导放大器GM和第二跨导放大器GM，所述第一组差分信号的两个输出端子连接至所述第一跨导放大器，所述第二组差分信号的两个输出端子连接至所述第二跨导放大器，所述第一组差分信号和所述第二组差分信号经过所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器放大后，相同极性的输出端进行叠加，得到第三组差分信号I Channel和第四组差分信号QChannel；双无源混频器，其为对称设置的两组无源混频器，得到的所述第三组差分信号IChannel连接至一组无源混频器，得到的所述第四组差分信号Q Channel连接至另外一组无源混频器上，所述第三组差分信号I Channel和所述第四组差分信号Q Channel经过所述双无源混频器混频后，相同极性的输出端进行叠加，得到第五组差分信号M Channel和第六组差分信号N Channel。
在上述实施例中，在低噪声大带宽放大器的后面先接对称设置的第一跨导放大器和第二跨导放大器，能够对差分信号进行放大，且相同极性的输出端进行叠加，信号进行叠加，既扩大了带宽，增加了信噪比，又提高了增益；在跨导放大器的后面继续接两组无源混频器，进行混频后，相同极性的输出端进行叠加，进一步扩大了带宽，增加了信噪比，既实现了直接对低噪声大带宽放大器输出的两组差分信号的接收，信号差分输入，并差分输出至负载，又可灵活匹配输入输出阻抗，如匹配50、75、100欧等，可灵活调整增益，加大带宽，使带宽覆盖6GHz以上。
在其中一具体实施方式中，所述的低噪声大带宽信号接收单元，每组无源混频器均设置有两个无源混频器，便于对差分信号进行混频。
在其中一具体实施方式中，如图1所示，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述第五组差分信号M Channel和所述第六组差分信号N Channel分别连接至一跨阻放大器，能够将电流信号转变为电压信号。具体设置时，第五组差分信号M Channel连接至跨阻放大器1，第六组差分信号N Channel连接至跨阻放大器2。
在其中一具体实施方式中，如图2所示，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述低噪声大带宽放大器包括：电源；中间抽头电感，其中间抽头与所述电源连接；P端噪声消除单元和N端噪声消除单元，射频差分正电压信号RFP连接至所述P端噪声消除单元，经过所述P端噪声消除单元的处理后产生所述第一组差分信号，射频差分负电压信号RFN连接至所述N端噪声消除单元，经过所述N端噪声消除单元处理后产生所述第二组差分信号，其中，所述中间抽头电感的一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的另外两个极性相同的信号输出端。
在上述实施例中，设置的低噪声大带宽放大器，利用中间抽头电感分配电源，能够提升低噪声放大器的带宽；设置的双噪声消除单元，一组差分信号输入，两组差分信号输出，实现噪声消除的同时能够对信号进行放大。
在其中一具体实施方式中，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述中间抽头电感的一端分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端也分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除元的另外两个极性相同的信号输出端。通过调节负载，可以调节低噪声大带宽放大器的增益，实现了灵活配置增益。具体设置时，可调电阻R1_P与信号OUTP_N输出端连接，R2_P与信号OUTP_P输出端连接，可调电阻R2_N与信号OUTN_P输出端连接，可调电阻R1_N和信号OUTN_N输出端连接。
在其中一具体实施方式中，如图3所示，所述的低噪声大带宽信号接收单元，所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元均设置有作为射频信号输入且用以噪声消除的共源放大级和用以放大以及阻抗匹配的的共栅放大级。共源放大级对反向信号进行放大，共栅放大级对同相信号进行放大。在具体设置时，P端噪声消除单元的共源放大级包括晶体管M1_P和晶体管M3_P，P端噪声消除单元的共栅放大级包括晶体管M2_P和晶体管M4_P，N端噪声消除单元的共源放大级包括晶体管M1_N和晶体管M3_P，N端噪声消除单元的共栅放大级包括晶体管M2_N和晶体管M4_N；射频差分正电压信号RFP通过电容C1耦合至P端噪声消除单元的共源放大级，并与P端噪声消除单元的共栅放大级的晶体管M2_P的源极连接；射频差分负电压信号RFN通过电容C2耦合至N端噪声消除单元的共源放大级，并和N端噪声消除单元的共栅放大级的晶体管M2_N的源极连接。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，包括：
低噪声大带宽放大器，其用于产生两组经过放大和噪声消除的差分信号，第一组差分信号为OUTP_N和OUTP_P，第二组差分信号为OUTN_P和OUTN_N，其中，信号OUTP_N和信号OUTN_P极性相同，信号OUTP_P和信号OUTN_N极性相同；
对称设置的第一跨导放大器和第二跨导放大器，所述第一组差分信号的两个输出端子连接至所述第一跨导放大器，所述第二组差分信号的两个输出端子连接至所述第二跨导放大器，所述第一组差分信号和所述第二组差分信号经过所述第一跨导放大器和所述第二跨导放大器放大后，相同极性的输出端进行叠加，得到第三组差分信号和第四组差分信号；
双无源混频器，其为对称设置的两组无源混频器，得到的所述第三组差分信号连接至一组无源混频器，得到的所述第四组差分信号连接至另外一组无源混频器上，所述第三组差分信号和所述第四组差分信号经过所述双无源混频器混频后，相同极性的输出端进行叠加，得到第五组差分信号和第六组差分信号。
2.如权利要求1所述的低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，每组无源混频器均设置有两个无源混频器。
3.如权利要求2所述的低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，所述第五组差分信号和所述第六组差分信号分别连接至一跨阻放大器，以将电流信号转变为电压信号。
4.如权利要求1所述的低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，所述低噪声大带宽放大器包括：
电源；
中间抽头电感，其中间抽头与所述电源连接；
P端噪声消除单元和N端噪声消除单元，射频差分正电压信号RFP连接至所述P端噪声消除单元，经过所述P端噪声消除单元的处理后产生所述第一组差分信号，射频差分负电压信号RFN连接至所述N端噪声消除单元，经过所述N端噪声消除单元处理后产生所述第二组差分信号，其中，所述中间抽头电感的一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端一分为二分别连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的另外两个极性相同的信号输出端。
5.如权利要求4所述的低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，所述中间抽头电感的一端分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元的极性相同的信号输出端，所述中间抽头电感的另一端也分别通过一可调负载连接至所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单 元的另外两个极性相同的信号输出端。
6.如权利要求5所述的低噪声大带宽信号接收单元，其特征在于，所述P端噪声消除单元和所述N端噪声消除单元均设置有作为射频信号输入且用以噪声消除的共源放大级和用以放大以及阻抗匹配的的共栅放大级。
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