CN113890554B - 一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，本发明覆盖的技术领域包含了生物成像与检测、便携式实时安防成像系统或生物检测系统；解决了当前传统超再生接收机带宽窄的问题；本专利通过宽带增益可调低噪声放大器、可配置超再生振荡器采用阵列形式分配电路的工作频率范围的方式来提高超再生接收机的带宽，同时通过基于整流结构的电流复用共栅放大器构成高灵敏度的检波器及高品质因子无源器件等提高电路的灵敏度、采用电路唤醒及电流复用等技术降低了电路的功耗，从而实现具有低功耗、高灵敏度特征的带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路；该电路主要应用于毫米波频段微弱信号检测、成像、高速数据通信等领域。

Description

一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路
技术领域
本发明涉及超再生接收机领域，特别是涉及一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路。
背景技术
在二十世纪初，由Armstrong首次提出了超再生接收机的概念。超再生接收机具有结构简单、成本/功耗低、易实现、集成度及灵敏度高等优势，受到了科研学者和业界电路设计工程师的青睐。
如图1所示，现有的超再生接收机中的电路主要包括超再生振荡器、低噪声放大器、检波器三部分。超再生接收机的原理是通过振荡器起振时间的不同来区分输入信号的强度；其中注入的信号越强，振荡器起振越快，注入的信号越弱，振荡器起振越慢。这种因起振时间不同而产生的间歇振荡波形，经过包络检波器检波和滤波以后，形成了均方值大小不同的包络波形，经后端数据处理以后，实现信号的传递或感知。
由于目前的短距无线通信市场、物联网技术及无线连接技术的蓬勃发展，促使了超再生接收机及其扩展方案的迅速发展。超再生接收机被应用于相关电子系统中实现信号接收或检测，或作为低功耗通信系统中的唤醒电路、无线传感中的接收电路等。同时，伴随着无线体域网技术的发展，超再生接收机被应用在可穿戴、可植入的人体健康监护/医疗设备中，以监察和记录人体健康信号，实现诊断和治疗，或应用于神经肌电信号传输系统，实现无线康复治疗。
近年来，硅基集成电路工艺的截止频率进入毫米波乃至太赫兹频段，并具有易于与当前主流的数字处理/基带芯片片上集成以及可大规模量产的优势。目前已成为45GHz/60GHz频段、77GHz汽车雷达、毫米波通信与成像等产品的主要生产和研发平台。毫米波技术的不断进步，基于硅基集成电路工艺的毫米波成像、短距高速通信、生物和医疗领域内信息采集或检测、环境检测、无损探伤、毫米波安检和雷达等技术发展迅速，极大地推动了具有低功耗、高集成度及高灵敏度等特点的硅基毫米波超再生接收机的研究迅速发展，并被应用于生物成像、便携式实时（安防）成像系统或生物检测系统。
尽管具有上述的诸多优势与应用途径，但超再生接收机的带宽窄的特点限制了其发展和拓展更多的应用。其中在毫米波（Millimeter Wave，30-300GHz）频段包含了丰富的频谱资源，具有大带宽、窄波束、高分辨率等特点，促进了毫米波集成电路的迅速发展。相对毫米波的大带宽优势以及丰富的应用，超再生接收机的带宽亟待提升。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，包括低噪声放大器单元、超再生振荡器阵列、包络检波器和基带放大器单元；其中超再生振荡器阵列设置于低噪声放大器单元与包络检测器之间；包络检测器还与基带放大器单元连接；低噪声放大器单元用于检测低噪声放大器LNA输出信号的强度，根据信号的强度调节可变增益低噪声放大器VGLNA的增益；超再生振荡器阵列用于分配电路的工作频率范围，超再生振荡器阵列包括两个及以上的相互并联的工作频段不同的耦合振荡器；包络检波器包括基于整流结构的电流复用共栅放大器，包络检波器具有电流复用的特征；基带放大器单元包括开环运算放大器和增益可调的闭环放大器，基带放大器单元用于确保数模转换器输入端不受输入信号功率和数据速率变化的影响。
进一步的，所述低噪声放大器单元包括低噪声放大器LNA、信号幅度检测单元DETA、可变增益低噪声放大器VGLNA；其中低噪声放大器LNA的输入端设置有接收天线ANT；低噪声放大器LNA的输出端与可变增益低噪声放大器VGLNA的输入端连接；信号幅度检测单元DETA用于检测低噪声放大器LNA和信号幅度检测单元DETA之间的信号强弱。
进一步的，所述超再生振荡器阵列包括四个并联的耦合振荡器；其中耦合振荡器为超再生压控振荡器SRO；所述超再生压控振荡器SRO包括超再生振荡器QSRO以及可调零相移网络ZPS；可调零相移网络ZPS设置于相邻的超再生振荡器QSRO之间；可调零相移网络ZPS用于实现输入电流和输出电流的移相，保证可调零相移网络ZPS连接的超再生振荡器QSRO两两之间的相位保持同相。
进一步的，所述超再生压控振荡器SRO包括四个超再生振荡器QSRO以及四个可调零相移网络ZPS；四个超再生振荡器QSRO呈方形分布，超再生振荡器QSRO设置于方形的顶点上，位于方形结构的同一条边上的两个超再生振荡器QSRO通过可调零相移网络ZPS相连接；位于方形结构的对角线上的两个超再生振荡器QSRO通过导线连接，两条对角线的交点相互连通，并将交点作为超再生压控振荡器SRO的控制端，用于输入熄灭控制信号。
进一步的，所述超再生振荡器QSRO包括晶体管、可变电容、开关电感Switchinductor以及开关电容阵列Switch cap array；晶体管共六个，分别为nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10、pmos管M11和pmos管M12，其中nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10共同构成对称的负阻单元；pmos管M11和pmos管M12用于引入熄灭控制信号；pmos管M9以及pmos管M10的源极均与Vdd电压连接；pmos管M9的漏极与pmos管M10的栅极连接，pmos管M10的漏极与pmos管M9的栅极连接；pmos管M9的漏极还与pmos管M11的漏极连接，pmos管M10的漏极还与pmos管M12的漏极连接；pmos管M11的源极与pmos管M12的源极连接，pmos管M11的栅极与pmos管M12的栅极用于输入熄灭控制信号；开关电感Switch inductor的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；开关电容阵列Switch caparray的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；可变电容Cvar1的一端与pmos管M11的漏极连接，另一端与可变电容Cvar2连接，可变电容Cvar2的另一端与pmos管M12的漏极连接；在可变电容Cvar1和可变电容Cvar2之间输入电压Vtune ；nmos管M7以及nmos管M8的源极均接地；nmos管M7的漏极与nmos管M8的栅极连接，nmos管M8的漏极与nmos管M7的栅极连接；nmos管M7的漏极还与pmos管M11的漏极连接，nmos管M8的漏极还与pmos管M12的漏极连接；其中将pmos管M11的漏极与pmos管M12的漏极分别作为正极输出Vout_Q+以及负极输出Vout_Q-。
进一步的，所述开关电感Switch inductor为高品质因子开关电感，包括电感线圈、耦合线圈、螺旋谐振单元和MOS开关；MOS开关设置于耦合线圈上；耦合线圈相对电感线圈设置；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
进一步的，所述可调零相移网络ZPS包括电容、电感以及可变电容；其中电容C5分别与电感L1、可变电容C6以及电感L2连接；电感L1的另一端接地；可变电容C6的另一端接地；电容C5作为可调零相移网络ZPS的输入或输出端，相对的电感L2作为输出或输入端。
进一步的，所述可调零相移网络ZPS中的电感为高品质因子电感，高品质因子电感包括电感线圈以及螺旋谐振单元；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
进一步的，所述低噪声放大器单元还包括有源隔离电路，有源隔离电路包括电感ld、电感Lg、电感Ls、电感L4、电感L3、以及nmos管M14、nmos管M13；其中电感Ld的两端分别连接电源Vdd以及nmos管M14的漏极；nmos管M14的栅极通过电感Lg与电源Vdd连接；nmos管M14的源极通过电感Ls与nmos管M13的漏极连接；nmos管M13的源极通过电感L4接地；nmos管M13的栅极通过电感L3接偏置电压Vbias；其中nmos管M13的栅极作为有源隔离电路的输入，nmos管M14的漏极作为输出。
进一步的，所述电感采用高品质因子电感，高品质因子电感包括电感线圈以及螺旋谐振单元；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
本发明的有益效果为：
通过在低噪声放大器单元中设置信号幅度检测单元DETA，检测低噪声放大器LNA输出的信号强度，调节可变增益低噪声放大器VGLNA的增益，在满足低噪声放大器单元的输出信号指标的前提下，尽可能降低调节可变增益低噪声放大器VGLNA的功耗；
通过设置四个频段的超再生压控振荡器SRO，构成超再生振荡器阵列，使得低噪声放大器单元输出的不同频段的信号，可配置地输入对应的超再生压控振荡器SRO中，其他不满足频段要求的超再生压控振荡器SRO则保持休眠，降低整体电路的功耗；
通过设置低噪声放大器LNA、可变增益低噪声放大器VGLNA和超再生振荡器阵列扩展超再生接收机带宽；
通过设置具有电流复用的特征的包络检波器，降低检波器电路单元的功耗；
通过在超再生振荡器QSRO之间设置可调零相移网络ZPS，使得与可调零相移网络ZPS连接的两个超再生振荡器QSRO的相位保持同相，降低了噪声的同时改善了增益，同时可以克服因工艺误差、温度/电压扰动带来的频率浮动和输出摆幅降低等因素的影响，具有高稳定；
通过在电感或开关电感Switch inductor中设置电感线圈与螺旋谐振单元形成感应耦合，螺旋谐振单元在电感的谐振频率附近形成阻带，阻止感生信号的传输，相比传统的电感提高了电感的品质因子，降低无源匹配网络的热噪声，改善振荡器的相位噪声，从而提高电路的灵敏度；通过在低噪声放大器单元中设置有源隔离电路，阻止超再生振荡器阵列的信号泄露到接收天线ANT的端口，减小超再生振荡器阵列的阻抗变化对接收天线ANT的影响；
通过在超再生振荡器QSRO的电路中设置晶体管M1-M4构成对称的负阻单元，维持电路振荡的同时减少电路的功耗；
通过在超再生振荡器QSRO的电路中设置在高品质因子开关电感和开关电容阵列，拓展单个压控振荡器的带宽。
附图说明
图1为传统的超再生接收机架构示意图；
图2为本发明实施例一的硅基毫米波超再生接收机芯片架构；
图3为本发明实施例一的耦合振荡器原理图；
图4为本发明实施例一的压控振荡器(VCO)单元电路；
图5为本发明实施例一的开关电感Switch inductor俯视图；
图6为本发明实施例一的可调零相移网络示意图；
图7为本发明实施例一的可调零相移网络的相位零点示意图；
图8为本发明实施例一的电感俯视图；
图9为本发明实施例一的低噪声放大单元中的有源电路。
附图标识说明：电感线圈1、耦合线圈2、螺旋谐振单元3、螺旋结构4、导电结构5。
实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明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。
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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。
实施例
如图2所示，一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，包括低噪声放大器单元、超再生振荡器阵列、包络检波器和基带放大器单元。其中超再生振荡器阵列设置于低噪声放大器单元与包络检测器之间；包络检测器还与基带放大器单元连接。低噪声放大器单元用于检测其低噪声放大器LNA输出信号的强度，并根据信号的强度调节可变增益低噪声放大器VGLNA的增益；超再生振荡器阵列用于分配电路的工作频率范围，超再生振荡器阵列包括两个及以上的相互并联的耦合振荡器，超再生振荡器阵列中的耦合振荡器的工作频段不同；包络检波器包括基于整流结构的电流复用共栅放大器，包络检波器具有电流复用的特征；基带放大器单元包括开环运算放大器和增益可调的闭环放大器，基带放大器单元用于确保数模转换器输入端不受输入信号功率和数据速率变化的影响。需要说明的是在图2中的包络检测器部分的箭头表示箭头一端的电路是另一端的元件的具体展开。
所述低噪声放大器单元包括低噪声放大器LNA、信号幅度检测单元DETA、可变增益低噪声放大器VGLNA；其中低噪声放大器LNA的输入端设置有接收天线ANT；低噪声放大器LNA的输出端与可变增益低噪声放大器VGLNA的输入端连接；在本例中信号幅度检测单元DETA用于检测低噪声放大器LNA和信号幅度检测单元DETA之间的信号强弱。
所述超再生振荡器阵列包括耦合振荡器，其中耦合振荡器为超再生压控振荡器SRO，在本例中由四个并联的超再生压控振荡器SRO组成超再生振荡器阵列，需要说明的是低噪声放大器单元的输出频率覆盖超再生振荡器阵列可配置的整个调谐频率范围，使得超再生接收机的带宽能够展宽，存在带宽展宽的空间。在本例中由四个超再生压控振荡器SRO共同分配低噪声放大器的工作频率范围，若低噪声放大器的带宽为 f a  GHz，则分配到每个超再生压控振荡器SRO的频带宽度为 f a  /4 GHz，确保电路能够正常工作。
如图3所示，所述超再生压控振荡器SRO包括超再生振荡器QSRO以及可调零相移网络ZPS；可调零相移网络ZPS设置于相邻的超再生振荡器QSRO之间。在本例中每个超再生压控振荡器SRO包括四个超再生振荡器QSRO以及四个可调零相移网络ZPS。四个超再生振荡器QSRO呈方形分布，超再生振荡器QSRO设置于方形的顶点上，位于方形结构的同一条边上的两个超再生振荡器QSRO通过可调零相移网络ZPS相连接；位于方形结构的对角线上的两个超再生振荡器QSRO通过导线连接，两条对角线的交点相互连通，并将交点作为超再生压控振荡器SRO的控制端，用于输入熄灭控制信号，控制超再生压控振荡器SRO启动和关闭；熄灭控制信号为外部输入的控制信号。
如图4所示，所述超再生振荡器QSRO包括晶体管、可变电容、开关电感Switchinductor以及开关电容阵列Switch cap array。在本例中，晶体管共六个，并且均采用mos管，分别为nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10、pmos管M11和pmos管M12，其中nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10共同构成对称的负阻单元；pmos管M11和pmos管M12用于引入熄灭控制信号，注入到振荡器，有效避免包络检波电路错误检波。在nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10中，pmos管M9和pmos管M10交叉连接，nmos管M7和nmos管M8交叉连接。具体的，pmos管M9以及pmos管M10的源极均与Vdd电压连接；pmos管M9的漏极与pmos管M10的栅极连接，pmos管M10的漏极与pmos管M9的栅极连接；pmos管M9的漏极还与pmos管M11的漏极连接，pmos管M10的漏极还与pmos管M12的漏极连接；pmos管M11的源极与pmos管M12的源极连接，pmos管M11的栅极与pmos管M12的栅极用于输入熄灭控制信号；开关电感Switch inductor的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；开关电容阵列Switch cap array的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；可变电容Cvar1的一端与pmos管M11的漏极连接，另一端与可变电容Cvar2连接，可变电容Cvar2的另一端与pmos管M12的漏极连接；在可变电容Cvar1和可变电容Cvar2之间输入电压Vtune，电压Vtune为调谐电压，用于实现超再生压控振荡器的频率调谐；nmos管M7以及nmos管M8的源极均接地；nmos管M7的漏极与nmos管M8的栅极连接，nmos管M8的漏极与nmos管M7的栅极连接；nmos管M7的漏极还与pmos管M11的漏极连接，nmos管M8的漏极还与pmos管M12的漏极连接；其中将pmos管M11的漏极与pmos管M12的漏极分别作为正极输出Vout_Q+以及负极输出Vout_Q-。其中因为考虑到毫米波频段有源晶体管本征增益降低，无源器件损耗增加，因此设置晶体管M7M7-M70共同构成对称的负阻单元，维持电路振荡的同时减少电路的功耗。
如图5所示，所述开关电感Switch inductor为高品质因子开关电感，高品质因子开关电感包括电感线圈、耦合线圈、螺旋谐振单元和MOS开关；MOS开关设置于耦合线圈上；耦合线圈相对电感线圈设置；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。在本例中电感线圈以及螺旋谐振单元均采用硅基工艺中的顶层厚金属。通过电感线圈与螺旋谐振单元形成感应耦合，螺旋谐振单元在电感的谐振频率附近形成阻带，阻止感生信号的传输，相比传统的开关电感提高了电感的品质因子；通过MOS开关改变电感线圈和耦合线圈之间的感应耦合，从而实现电感感值的改变。在本例中开关电容阵列采用现有技术。
如图6、7所示，所述可调零相移网络ZPS包括电容、电感以及可变电容；其中电容C5分别与电感L1、可变电容C6以及电感L2连接；电感L1的另一端接地；可变电容C6的另一端接地；电容C5作为可调零相移网络ZPS的输入或输出端，相对的电感L2作为输出或输入端。在本例中，由电感L1、L2，电容C5以及可变电容C6共同构成了复合左右手特性的网络，实现了信号的低损耗传输路径。其中，电感L1和电容C5具有左手特性，电感L2和可变电容C6具有右手特性；通过调节可变电容C6的电容值实现连续可调的零相移，确保在带宽范围内的各个频率点均能产生相位零点，使得与可调零相移网络ZPS连接的两个超再生振荡器QSRO的相位保持同相，降低了噪声的同时改善了增益，同时克服因工艺误差、温度/电压扰动带来的频率浮动和输出摆幅降低等因素的影响，具有高稳定性。
如图8所示，所述可调零相移网络ZPS中的电感为高品质因子电感，高品质因子电感包括电感线圈以及螺旋谐振单元；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。电感线圈及电感线圈内部的螺旋谐振单元均采用硅基工艺中的顶层厚金属。通过电感线圈与螺旋谐振单元形成感应耦合，螺旋谐振单元在电感的谐振频率附近形成阻带，阻止感生信号的传输，相比传统的电感提高了电感的品质因子。需要说明的是，在本例中的其他部分电路中也可以采用上述的高品质因子电感，包括在低噪声放大器单元的电路中。
如图9所示，所述低噪声放大器单元还包括有源隔离电路，有源隔离电路用于阻止超再生振荡器阵列的信号泄露到接收天线ANT的端口，减小超再生振荡器阵列的阻抗变化对接收天线ANT的影响。有源隔离电路包括电感ld、电感Lg、电感Ls、电感L4、电感L3、以及nmos管M14、nmos管M13，在本例中有源隔离电路中的电感采用高品质因子电感，晶体管采用mos管。电感Ld的两端分别连接电源Vdd以及nmos管M14的漏极；nmos管M14的栅极通过电感Lg与电源Vdd连接；nmos管M14的源极通过电感Ls与nmos管M13的漏极连接；nmos管M13的源极通过电感L4接地；nmos管M13的栅极通过电感L3接偏置电压Vbias；其中nmos管M13的栅极作为有源隔离电路的输入，nmos管M14的漏极作为输出。在本例中电感Ld远离nmos管M14的一端与电感Ls靠近nmos管M14的一端为同名端；电感L4远离nmos管M13的一端与电感L3靠近nmos管M13的一端为同名端。
所述包络检波器包括检流计、电阻、电容、可变电容以及晶体管，其中晶体管采用mos管。pmos管M6的源极与nmos管M5的源极连接，并且M6的源极还连接电容，作为输入端VIN；pmos管M6的漏极与pmos管M4的漏极连接，pmos管M6的漏极还分别通过可变电容和电阻接地；pmos管M6的栅极和pmos管M4的栅极连接；nmos管M5的漏极与nmos管M3的漏极连接，nmos管M5的漏极还分别通过电阻和可变电容与高电平电源连接；nmos管M3的源极与pmos管M4的源极连接，nmos管M3的源极还用连接电容，作为输入端VIP； nmos管M3的栅极与nmos管M1的栅极连接，nmos管M3的栅极还通过电容接地；pmos管M4的栅极与pmos管M2的栅极连接，pmos管M4的栅极还通过电容接地；nmos管M1的漏极与nmos管M1的栅极连接，nmos管M1的漏极还通过检流计与高电平电源连接；pmos管M2的漏极与pmos管M2的栅极连接，pmos管M2的漏极还通过电阻接地。其中将pmos管M6的漏极作为输出端VOP1，将pmos管M5的漏极作为输出端VON1。
在实施的过程中，由天线ANT接收到的信号经过低噪声放大器单元放大后，送至由熄灭信号控制的超再生振荡器阵列，再经由包络检波器解调后输出的包络信号通过基带放大器放大后送至数模转换器。在超再生振荡器阵列的熄灭信号的高电平期间，超再生振荡器的起振快慢随着低噪声放大器单元注入的信号强度的变化而变化，这些信号强度的变化经过包络检波和低通滤波后，体现为高低变化的电平，使得信号完成了解调。
在实施的过程中，通过在低噪声放大器单元中设置信号幅度检测单元DETA，检测低噪声放大器LNA输出的信号强度，调节可变增益低噪声放大器VGLNA的增益，在满足低噪声放大器单元的输出信号指标的前提下，尽可能降低调节可变增益低噪声放大器VGLNA的功耗；通过设置四个频段的超再生压控振荡器SRO，构成超再生振荡器阵列，使得低噪声放大器单元输出的不同频段的信号，可配置地输入对应的超再生压控振荡器SRO中，其他不满足频段要求的超再生压控振荡器SRO则保持休眠，降低整体电路的功耗；通过设置具有电流复用的特征的包络检波器，降低检波器电路单元的功耗；通过在超再生振荡器QSRO之间设置可调零相移网络ZPS，使得与可调零相移网络ZPS连接的两个超再生振荡器QSRO的相位保持同相，降低了噪声的同时改善了增益，同时可以克服因工艺误差、温度/电压扰动带来的频率浮动和输出摆幅降低等因素的影响，具有高稳定；通过在电感或开关电感Switchinductor中设置电感线圈与螺旋谐振单元形成感应耦合，螺旋谐振单元在电感的谐振频率附近形成阻带，阻止感生信号的传输，相比传统的电感提高了电感的品质因子，降低无源匹配网络的热噪声，改善振荡器的相位噪声，从而提高电路的灵敏度；通过在低噪声放大器单元中设置有源隔离电路，阻止超再生振荡器阵列的信号泄露到接收天线ANT的端口，减小超再生振荡器阵列的阻抗变化对接收天线ANT的影响；通过在超再生振荡器QSRO的电路中设置晶体管M7-M10构成对称的负阻单元，维持电路振荡的同时减少电路的功耗；通过在超再生振荡器QSRO的电路中设置在高品质因子开关电感和开关电容阵列，拓展单个压控振荡器的带宽。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，包括低噪声放大器单元、超再生振荡器阵列、包络检波器和基带放大器单元；其中超再生振荡器阵列设置于低噪声放大器单元与包络检测器之间；包络检测器还与基带放大器单元连接；低噪声放大器单元用于检测低噪声放大器LNA输出信号的强度，根据信号的强度调节可变增益低噪声放大器VGLNA的增益；超再生振荡器阵列用于分配电路的工作频率范围，超再生振荡器阵列包括两个及以上的相互并联的工作频段不同的耦合振荡器；包络检波器包括基于整流结构的电流复用共栅放大器，包络检波器具有电流复用的特征；基带放大器单元包括开环运算放大器和增益可调的闭环放大器；
所述低噪声放大器单元包括低噪声放大器LNA、信号幅度检测单元DETA、可变增益低噪声放大器VGLNA；其中低噪声放大器LNA的输入端设置有接收天线ANT；低噪声放大器LNA的输出端与可变增益低噪声放大器VGLNA的输入端连接；信号幅度检测单元DETA用于检测低噪声放大器LNA和信号幅度检测单元DETA之间的信号强弱。
2.根据权利要求1所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述超再生振荡器阵列包括四个并联的耦合振荡器；其中耦合振荡器为超再生压控振荡器SRO；所述超再生压控振荡器SRO包括超再生振荡器QSRO以及可调零相移网络ZPS；可调零相移网络ZPS设置于相邻的超再生振荡器QSRO之间；可调零相移网络ZPS用于实现输入电流和输出电流的移相，保证可调零相移网络ZPS连接的超再生振荡器QSRO两两之间的相位保持同相。
3.根据权利要求2所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述超再生压控振荡器SRO包括四个超再生振荡器QSRO以及四个可调零相移网络ZPS；四个超再生振荡器QSRO呈方形分布，超再生振荡器QSRO设置于方形的顶点上，位于方形结构的同一条边上的两个超再生振荡器QSRO通过可调零相移网络ZPS相连接；位于方形结构的对角线上的两个超再生振荡器QSRO通过导线连接，两条对角线的交点相互连通，并将交点作为超再生压控振荡器SRO的控制端，用于输入熄灭控制信号。
4.根据权利要求3所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述超再生振荡器QSRO包括晶体管、可变电容、开关电感Switch inductor以及开关电容阵列Switch cap array；晶体管共六个，分别为nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10、pmos管M11和pmos管M12，其中nmos管M7、nmos管M8、pmos管M9、pmos管M10共同构成对称的负阻单元；pmos管M11和pmos管M12用于引入熄灭控制信号；pmos管M9以及pmos管M10的源极均与Vdd电压连接；pmos管M9的漏极与pmos管M10的栅极连接，pmos管M10的漏极与pmos管M9的栅极连接；pmos管M9的漏极还与pmos管M11的漏极连接，pmos管M10的漏极还与pmos管M12的漏极连接；pmos管M11的源极与pmos管M12的源极连接，pmos管M11的栅极与pmos管M12的栅极用于输入熄灭控制信号；开关电感Switch inductor的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；开关电容阵列Switch cap array的两端分别与pmos管M11的漏极以及pmos管M12的漏极连接；可变电容Cvar1的一端与pmos管M11的漏极连接，另一端与可变电容Cvar2连接，可变电容Cvar2的另一端与pmos管M12的漏极连接；在可变电容Cvar1和可变电容Cvar2之间输入电压Vtune ；nmos管M7以及nmos管M8的源极均接地；nmos管M7的漏极与nmos管M8的栅极连接，nmos管M8的漏极与nmos管M7的栅极连接；nmos管M7的漏极还与pmos管M11的漏极连接，nmos管M8的漏极还与pmos管M12的漏极连接；其中将pmos管M11的漏极与pmos管M12的漏极分别作为正极输出Vout_Q+以及负极输出Vout_Q-。
5.根据权利要求4所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述开关电感Switch inductor为高品质因子开关电感，包括电感线圈、耦合线圈、螺旋谐振单元和MOS开关；MOS开关设置于耦合线圈上；耦合线圈相对电感线圈设置；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
6.根据权利要求3所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述可调零相移网络ZPS包括电容、电感以及可变电容；其中电容C5分别与电感L1、可变电容C6以及电感L2连接；电感L1的另一端接地；可变电容C6的另一端接地；电容C5作为可调零相移网络ZPS的输入或输出端，相对的电感L2作为输出或输入端。
7.根据权利要求6所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述可调零相移网络ZPS中的电感为高品质因子电感，高品质因子电感包括电感线圈以及螺旋谐振单元；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
8.根据权利要求1所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述低噪声放大器单元还包括有源隔离电路，有源隔离电路包括电感ld、电感Lg、电感Ls、电感L4、电感L3、以及nmos管M14、nmos管M13；其中电感Ld的两端分别连接电源Vdd以及nmos管M14的漏极；nmos管M14的栅极通过电感Lg与电源Vdd连接；nmos管M14的源极通过电感Ls与nmos管M13的漏极连接；nmos管M13的源极通过电感L4接地；nmos管M13的栅极通过电感L3接偏置电压Vbias；其中nmos管M13的栅极作为有源隔离电路的输入，nmos管M14的漏极作为输出。
9.根据权利要求8所述的一种带宽展宽的硅基毫米波超再生接收机电路，其特征在于，所述电感采用高品质因子电感，高品质因子电感包括电感线圈以及螺旋谐振单元；螺旋谐振单元设置于电感线圈的内侧；螺旋谐振单元包括四个螺旋结构，四个螺旋结构通过“十”字型的导电结构连接，并且四个螺旋结构关于“十”字型的导电结构对称设置。
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